Perry Trunick - Nhóm kỹ thuật Công ty TNHH ANTHI Việt Nam dịch và biên soạn   

TẦNG ĐIỆN LY VÀ HIỆU CHỈNH

Chúng ta đều biết rằng tầng điện ly bao quanh trái đất có rất nhiều ảnh hưởng tới các tín hiệu vệ tinh sử dụng bởi hệ thống GNSS. Đặc biệt là tầng điện ly và tầng đối lưu có khả năng làm biến dạng các tín hiệu. Có khá nhiều mô hình hiệu chỉnh giúp chúng ta chuẩn hóa hoặc giảm thiểu những yếu tố ảnh hưởng này.

Hãng Hemisphere GNSS đã công bố một tập hợp các tài liệu nghiên cứu có liên quan đến những chủ đề nêu trên. Một trong số các tài liệu của Hemisphere có tên gọi “Athena GNSS Engine” đã đưa ra những mô tả hết sức rõ nét về sự ảnh hưởng cũng như cách thức giảm thiểu tác động bằng cách sử dụng cơ chế đo thời gian thực RTK (Real Time Kinematic). Nguyên lý cơ bản của phương thức hiệu chỉnh này cũng rất đơn giản đó là các máy thu lân cận sẽ có chung những nguồn sai số xác định. Điều này cho phép chúng ta có thể loại bỏ những sai số này thông qua các phép đo phân sai. Kỹ thuật RTK sẽ sử dụng một trạm tham chiếu (trạm cố định) đã biết chính xác tọa độ và có khả năng phát truyền thông tin hiệu chỉnh tới cho các máy thu di động của người sử dụng. Các máy thu GNSS có thể được xác lập và bố trí dưới dạng máy trạm tham chiếu hoặc máy di động, nếu chúng ta có thể triển khai được một trạm tham chiếu đã biết chính xác tọa độ thì chính trạm này sẽ cho phép chúng ta thực hiện “các phép đo phân sai” sử dụng để loại bỏ các sai số định vị cho những máy đo di động khác.

Để có thể áp dụng được kỹ thuật hiệu chỉnh phép đo phân sai, tại Hoa Kỳ dưới sự bảo trợ của chính phủ đã triển khai xây dựng hệ thống hiệu chỉnh dựa vào các trạm tham chiếu cố định hoạt động suốt ngày đêm CORS (Continously Operating Reference Stations), các trạm này hợp thành một lưới phủ trùm lãnh thổ Hoa Kỳ với tổng số trên 2.000 trạm và được quản lý bởi Cơ quan Khí tượng và Hải dương Quốc gia NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), gắn kết trực tiếp với hệ thống tham chiếu không gian quốc gia NSRS (National Spatial Reference System). Trong khi các lưới CORS là hệ thống hiệu chỉnh trên mặt đất thì hệ thống hiệu chỉnh diện rộng WAAS (Wide Area Augmentation System) lại là hệ thống hiệu chỉnh dựa vào các vệ tinh địa tĩnh hay còn được biết đến với tên gọi SBAS (Space-Based Augmentation System) được điều hành bởi Cơ quan Hàng không Liên bang FAA (Federal Aviation Administration). Ngoài ra còn có thêm một vài hệ thống hiệu chỉnh phân sai thương mại khác như StarFire, OmniStar.

Phương pháp chung nhất thường được sử dụng để truyền phát các tín hiệu hiệu chỉnh phân sai từ trạm tham chiếu là tín hiệu vô tuyến (radio) hoặc thông qua môi trường Internet. Các máy thu GNSS thế hệ mới đều có khả năng nhận tín hiệu hiệu chỉnh vô tuyến và/hoặc thông qua kết bối Internet bằng giao thức của điện thoại di động (3G, 4G). Các máy thu GNSS hai tần số thế hệ mới sẽ có lợi thế hơn với khả năng nhận tín hiệu vệ tinh mỗi giây trên tần số L2C.

Hemisphere cũng chỉ rõ trong tài liệu của hãng rằng “Với việc có thể xác định gần như chính xác những nguồn sai số từ trạm tham chiếu và trạm máy thu di động, chúng ta có khả năng nhận được các phép đo với độ chính xác cao khi thực hiện việc hiệu chỉnh phân sai các tín hiệu, điều này làm cho phương pháp đo RTK trở thành phương pháp có hiệu quả và dễ triển khai trong thực tiễn”.

Khả năng định vị trên diện rộng đạt tới độ chính xác cỡ cm chỉ có thể đạt được khi sử dụng các máy thu đa tần số, theo nhận định của Hemisphere. Bằng cách quan trắc tín hiệu từ cùng một vệ tinh trên những tần số khác nhau thì những sai số có thể loại bỏ được. Tầng khí quyển không phải là ảnh hưởng duy nhất buộc chúng ta phải loại bỏ. Sai số quỹ đạo vệ tinh và sai số đồng hồ cũng bổ sung vào danh mục các yếu tố làm suy giảm độ chính xác của các phép định vị sử dụng vệ tinh GNSS, nếu chúng ta muốn các phép đo đạt được độ chính xác phục vụ cho các ứng dụng chuyên nghiệp, hiệu chỉnh phân sai chắc chắn là tác vụ phải được thực thi.

Tầng đối lưu cũng góp một phần vào việc tạo ra khoảng trễ nhất định khi tín hiệu di chuyển từ vệ tinh xuống bề mặt trái đất, kết hợp với các yếu tố khác chúng tạo ra sự sai khác về mặt thới gian. Vấn đề này không chỉ ảnh hưởng tới độ chính xác mà chúng còn gây ra những ảnh hưởng tới hiệu quả của quy trình thực thi nhiệm vụ. Thời gian nhận khóa tín hiệu và quy trình xử lý tín hiệu hiệu chỉnh để tạo ra lời giải vị trí có độ chính xác cao hơn có thể thực hiện được ở bất kỳ đâu trong khoảng thời gian một vài đến mười phút tại mỗi trạm máy. Một số hệ thống còn tích hợp sẵn những thuật toán nhằm cải thiện thời gian để có được lời giải hiệu chỉnh phân sai nhanh hơn.

YÊU CẦU VỚI MÁY THU GNSS THẾ HỆ MỚI

Tháng 11/2016, trong một bài nghiên cứu Jacek Pietruczanis, Giám đốc Tiếp thị hợp phần GNSS và Thiết bị Hình ảnh của Trimble đã nêu ra một danh mục những yêu cầu liên quan tới các máy thu GNSS. Chúng ta có thể xem đây là những điểm tham khảo hết sức quan trọng:

- Máy thu GNSS không chỉ cung cấp cho người dùng lựa chọn và độ chính xác cũng như khả năng thực thi nhiệm vụ trong từng ứng dụng cụ thể mà chúng còn phải có khả năng mang lại kết quả của các phép định vị với độ chính xác từ dưới một mét đến cm trong chế độ thời gian thực.

- Giúp người sử dụng nhận được các phép đo với độ chính xác cao hơn trong chế độ thời gian thực sử dụng nhiều nguồn hiệu chỉnh như hệ thống hiệu chỉnh qua vệ tinh SBAS, hiệu chỉnh qua trạm tĩnh ảo VRS, đo động thời gian thực RTK và các dịch vụ hiệu chỉnh thời gian thực mở rộng RTX.

- Hỗ trợ đa chùm vệ tinh và đa hệ thống hiệu chỉnh nhằm mang lại các phép định vị không chỉ có độ chính xác cao mà còn có độ tin cậy cũng như tính khả dụng cao hơn nữa.

- Có khả năng kết nối trực tiếp với các thiết bị cá nhân di động như điện thoại thông minh hay máy tính bảng chạy trên những nền tảng và hệ điều hành khác nhau.

- Dễ dàng tích hợp với các phần mềm bản đồ và GIS để quy trình thu thập số liệu thực địa, truyền số liệu về văn phòng, xử lý và cấp phát số liệu được thực hiện một cách liên tục, đảm bảo khối số liệu chuyển giao có chất lượng và độ chính xác cao nhất.

- Có khả năng chống chịu những điều kiện môi trường hoạt động khắc nghiệt, đáp ứng những chỉ tiêu khắt khe trong lĩnh vực quân sự.

Rõ ràng những điểm mà Pietruczanis nêu ra trên đây đang được thực thi trong thực tiễn và chính chúng ta là những người theo dõi tiến trình phát triển của kỹ thuật GNSS tới hôm nay.

NHÌN VỀ TƯƠNG LAI

Sự hiện diện của GNSS ngày càng trở nên rõ rệt mặc dù vẫn còn đó những thách thức nhưng lợi ích mà công nghệ này mang lại cho chúng ta lớn hơn rất nhiều. Ở thời điểm hiện tại việc đạt được độ chính xác đáp ứng các yêu cầu đo đạc, bản đồ và GIS là việc gần như các thiết bị GNSS thế hệ mới nào cũng có khả năng làm được. Những ứng dụng cần đến thông tin vị trí và tham chiếu địa lý ngày một nhiều hơn và gần như là hợp phần không thể thiếu trong các ứng dụng thường ngày như Facebook, thị trường ứng dụng tiếp tục phát triển và thay đổi một cách mạnh mẽ. Việc nâng cấp cho các hệ thống vệ tinh, gia tăng khả năng truy cập tới nhiều chức năng mạnh đó là xu hướng phát triển của các loại máy thu GNSS thương mại, từ máy thu hai tần số sang máy thu đa tần số tương thích với tất cả các chùm vệ tinh là hướng đi bắt buộc đối với tất cả các nhà sản xuất trong những năm tới.

Các nhà thiết kế cũng như nghiên cứu phát triển công nghệ đã và đang tạo ra những thế hệ máy thu GNSS mới có khả năng đáp ứng tốt hơn nhu cầu của thị trường. Gần như tất cả các loại máy thu ở thời điểm hiện tại đều được đánh dấu “sẵn sàng cho tương lai”, điều này như một sự đảm bảo rằng những gì các nhà sản xuất tạo ra ở thời điểm hiện tại sẽ không bị lỗi thời trong tương lai gần do sự thay đổi và phát triển nhanh của các hệ thống vệ tinh GNSS như Galileo hay BeiDou. Bên cạnh đó xu hướng tích hợp hoặc giao tiếp với các thiết bị cá nhân thông minh cũng ngày càng được lựa chọn bởi quá nhiều tiện ích mà sự tích hợp này mang lại. Bổ sung vào sự phát triển này chính xác các dịch vụ điện toán đám mây, kỹ thuật này đã làm thay đổi cơ bản những khái niệm mang tính truyền thống về việc thu thập, xử lý, kết nối, công bố và quản trị số liệu, chúng ta không cần thiết phải quay về văn phòng như trước đây mà vẫn có khả năng xử lý sau số liệu đo, hay bất kỳ lúc nào cũng có khả năng kiểm soát vị trí hoạt động của các máy thu GNSS trên thực địa.

Các dịch vụ hiệu chỉnh nhằm hoàn thiện toàn bộ quy trình tăng cường độ chính xác cho các phép định vị trong chế độ thời gian thực ngày càng được nhiều quốc gia quan tâm, đặc biệt là các chương trình của chính phủ nhằm hỗ trợ tốt hơn nữa việc khai thác ứng dụng GNSS một cách hiệu quả. Các dịch vụ hiệu chỉnh phải đăng ký cũng ngày càng được nâng cấp, đặc biệt là việc đa dạng hóa dịch vụ cũng như tăng cường khả năng truy cập dựa trên nền tảng các dịch vụ với kiến trúc mở chắc chắn sẽ là những cú hích quan trọng giúp kỹ thuật GNSS độ chính xác cao ngày càng có vị trí quan trọng trong đời sống của nhân loại.

Mọi thông tin xin liên hệ với chúng tôi qua hòm thư: info@anthi.com.vn