Mạng lưới trạm định vị vệ tinh quốc gia được triển khai thực hiện từ năm 2016 hoàn thành vào năm 2019. Tổng số trạm định vị vệ tinh quốc gia được xây dựng là 65 trạm, trong đó có 24 trạm tham chiếu cơ sở hoạt động liên tục phân bố đều trên toàn lãnh thổ Việt Nam với khoảng cách giữa các trạm từ 150 km đến 200 km và 41 trạm tham chiếu hoạt động liên tục tại các khu vực trọng điểm với mật độ từ 50 km đến 80 km/trạm và 01 Trạm điều khiển xử lý trung tâm tại Hà Nội. Công trình hoàn thành sẽ làm thay đổi cơ bản hạ tầng đo đạc theo xu hướng hiện đại và đáp ứng độ chính xác cao.

Hệ thống định vị bằng vệ tinh được Mỹ đưa vào sử dụng từ những năm 80 của thế kỷ trước. Năm 1990, Việt Nam lần đầu tiên ứng dụng công nghệ này cho mục đích xây dựng các lưới khống chế đo đạc. Công nghệ góp phần quan trọng trong việc xây dựng hệ quy chiếu và hệ tọa độ VN-2000 đã được Thủ tướng Chính phủ công bố và quyết định đưa vào sử dụng. Đây cũng là công nghệ chủ yếu để xây dựng hơn 13.000 điểm tọa độ quốc gia phủ trùm lãnh thổ Việt Nam.

Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, công nghệ định vị bằng vệ tinh trong những năm gần đây được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong tất cả các ngành kinh tế. Hầu hết các nước ở châu Âu, châu Á, Úc, Mỹ … đều đã xây dựng hệ thống trạm định vị vệ tinh của quốc gia mình và xem đây như là một hạ tầng không thể thiếu trong việc phát triển kinh tế, phòng chống thiên tai, cứu hộ, cứu nạn, đảm bảo quốc phòng an ninh, đặc biệt là trong việc xây dựng hạ tầng dữ liệu không gian.

Mạng lưới trạm định vị vệ tinh quốc gia được triển khai thực hiện từ năm 2016 hoàn thành vào năm 2019. Tổng số trạm định vị vệ tinh quốc gia được xây dựng là 65 trạm, trong đó có 24 trạm tham chiếu cơ sở hoạt động liên tục phân bố đều trên toàn lãnh thổ Việt Nam với khoảng cách giữa các trạm từ 150 km đến 200 km và 41 trạm tham chiếu hoạt động liên tục tại các khu vực trọng điểm với mật độ từ 50 km đến 80 km/trạm và 01 Trạm điều khiển xử lý trung tâm tại Hà Nội. Công trình hoàn thành sẽ làm thay đổi cơ bản hạ tầng đo đạc theo xu hướng hiện đại và đáp ứng độ chính xác cao.

Trong các dịch vụ của mạng lưới hiện đang cung cấp, đối với dịch vụ đo động thời gian thực là hiện đại và được ứng dụng nhiều nhất hiện nay. Giải pháp đo động thời gian thực được cung cấp bởi mạng lưới trạm định vị vệ tinh quốc gia có thể nói là giải pháp đáp ứng độ chính xác cao nhất hiện nay. Giải pháp này nhằm mục đích chính, đó là tạo ra các dịch vụ cải chính số liệu GNSS độ chính xác cao trong chế độ thời gian thực; đồng thời khắc phục hạn chế lớn nhất trong kỹ thuật đo GNSS RTK là việc bị hạn chế khoảng cách trạm di động có thể thu nhận được tín hiệu cải chính do trạm cố định phát đi qua thiết bị truyền phát sóng vô tuyến. Giải pháp này sử dụng phương thức NTRIP (Networked Transport of RTCM via Internet Protocol) đây là phương thức mới phục vụ cho việc truyền và cấp phát số liệu hiệu chỉnh GNSS thông qua kết nối mạng Internet. NTRIP cho phép truyền dẫn số liệu hiệu chỉnh RTK thông qua Internet sử dụng các kỹ thuật truyền dẫn di động như 3G/4G hay các cách thức truyền dẫn tốc độ cao sẽ được định hình trong tương lai. Một hệ thống NTRIP được cấu thành bởi những hợp phần sau: TRIP Sources (tổng hợp dòng số liệu tại các địa chỉ xác định); NTRIP Servers (truyền tải dòng số liệu từ NTRIP Sources tới NTRIP Caster); NTRIP Caster (hợp phần chính của một hệ thống NTRIP); NTRIP Client (quản lý truy suất vào dòng số liệu đã tạo ra từ NTRIP Caster ).

Giải pháp mạng Chính - Phụ MAX (Master-Auxiliary)

Mạng Chính - Phụ sử dụng các hiệu cải chính pha tán xạ và không tán xạ để nén thông tin mạng RTK mà không cần các mô hình cải chính được chuẩn hóa. Các hiệu cải chính tính theo giải pháp này có một số ưu điểm đặc biệt do thành phần tán xạ và không tán xạ biến thiên với tốc độ không giống nhau. Thường các sai số không tán xạ thay đổi chậm theo thời gian còn các sai số tán xạ thay đổi nhanh hơn, nhất là ở những thời điểm hoạt động mạnh tầng điện ly. Như vậy nếu tối ưu hóa tốc độ truyền các thành phần tán xạ và không tán xạ thì có thể tiếp tục tối ưu được dung lượng số liệu cần truyền đi.

Việc xử lý mạng và cung cấp số liệu cải chính Chính - Phụ dựa trên cơ sở hệ thống mạng, cụm mạng phụ (Clusters) và các trạm (Cells). Mạng là tập hợp các trạm CORS có khả năng tích hợp tạo ra số liệu cải chính. Cluster là mạng phụ (Sub-network) bao gồm một số trạm CORS được xử lý cùng nhau để nhận được mức đa trị chu kỳ chung. Với các mạng nhỏ, toàn bộ mạng có thể được đưa vào một Cluster. Với mạng lớn, có thể thiết kế một vài Clusters để chia sẻ việc xử lý tính toán trên một vài máy tính. Các cluster có thể phủ trùm nhau. Mỗi Cluster trong mạng có thể hoặc không cùng mức đa trị chu kỳ. Cell bao gồm một trạm chính và một số trạm phụ chọn từ Cluster được sử dụng để tạo các mô hình cải chính chính-phụ.

Mạng lưới sử dụng từ 5 đến 6 trạm CORS cho cải chính để nâng cao cấu trúc hình học của mạng đối với trạm di động và ước tính được ảnh hưởng khí quyển ở khu vực là nhỏ nhất. Với hệ thống phần mềm đang sử dụng là Spider Net sẽ tự động chọn các trạm phù hợp nhất để tạo cải chính MAX cho từng trạm di động. Dịch vụ cải chính này có tên gọi là Auto-MAX. Khi chọn cấu hình Cell thích hợp nhất, Auto-MAX sẽ tối ưu hóa được băng thông truyền số liệu cải chính. Trạm chính thường là trạm gần trạm di động nhất. Các trạm phụ là các trạm xung quanh vị trí trạm di động. Trong các mạng CORS lớn, Auto-MAX có thể cung cấp dịch vụ đầy đủ với kênh truyền thông đơn. Số liệu cải chính MAX có đủ thông tin từng Cell, hỗ trợ mức cao nhất về độ chính xác và độ tin cậy cho trạm di động. Như vậy, người vận hành mạng có thể truyền số liệu cải chính bằng cả công nghệ truyền thông hai chiều và một chiều.

Giải pháp cải chính trạm Chính - Phụ đơn (i-MAX)

Số liệu cải chính i-MAX yêu cầu truyền thông hai chiều và có thể truyền dạng chuẩn RTCM 2.3 và RTCM 3.0. Nguyên tắc cơ bản của giải pháp này  là dữ liệu từ các trạm CORS được truyền về Trạm Xử lý và Điều khiển Trung tâm để xử lý tính toán. Phần mềm tự động phân tích lựa chọn trạm CORS phù hợp nhất làm trạm cơ sở (trạm chính) đối với vị trí của trạm di động. Sau đó sẽ tính toán số liệu cải chính và cung cấp cho trạm di động thông qua định dạng chuẩn RTCM 3.x.

Mạng lưới trạm định vị vệ tinh quốc gia hiện đang cung cấp cho người sử dụng rất nhiều các dịch vụ, như: dịch vụ đo động thời gian thực; dịch vụ xử lý sau cho dữ liệu GNSS đo tĩnh, tĩnh nhanh và đo động trên giao diện Web trực tuyến; dịch vụ FTP cho phép Download dữ liệu GNSS từ hệ thống; dịch vụ cho phép tra cứu tình trạng hoạt động thu tín hiệu, sơ đồ vị trí và các thông tin liên quan tại các trạm CORS; dịch vụ trực tuyến giám sát hoạt động thu tín hiệu và cải chính của các máy Rover đo RTK; dịch vụ truyền trực tiếp các tham số tính chuyển tọa độ và mô hình Geoid cho các Rover đo RTK.

Dữ liệu từ 65 trạm GNSS CORS được truyền trực tiếp qua mạng Internet về Trạm xử lý và Điều khiển Trung tâm tại Hà Nội để xử lý tính toán và cung cấp cho người sử dụng qua mạng Internet theo thời gian thực. Tính đến nay, các tổ chức tham gia đăng ký sử dụng dịch vụ chủ yếu là phục vụ đo đạc, bản đồ cũng như quản lý đất đai. Qua theo dõi số lượng tài khoản đăng ký sử dụng dịch vụ ngày một tăng, đến nay, đã có tổng số gần 700 tài khoản được đăng ký thành công. Các địa phương hiện đang ứng dụng dịch vụ của mạng lưới trạm định vị vệ tinh quốc gia nhiều nhất phải kể đến như: thành phố Hà Nội, Thái Nguyên, Quảng Ninh, Bắc Giang, thành phố Hồ Chí Minh…

Ứng dụng trong đo đạc và bản đồ: Giải pháp đo động thời gian thực được cung cấp bởi mạng lưới trạm định vị vệ tinh quốc gia có thể nói là giải pháp đáp ứng độ chính xác cao nhất hiện nay. Giải pháp này nhằm mục đích chính đó là tạo ra các dịch vụ cải chính số liệu GNSS độ chính xác cao trong chế độ thời gian thực.

Với các khu vực có sóng 3G/4G/5G của mạng di động chúng ta có thể xác định được ngay tức thời tọa độ, độ cao tại bất kỳ vị trí nào và thời gian nào ở độ chính xác cỡ cm, đặc biệt khi thử nghiệm đo đạc xác định tọa độ tại những vị trí dưới tán cây thưa, kết quả vẫn đảm bảo độ chính xác cỡ cm.

Với khu vực đô thị nhiều ngõ phố và nhà cao tầng, không có điều kiện thu tín hiệu GNSS tốt, chúng ta sẽ kết hợp với phương pháp toàn đạc điện tử, trong đó mạng lưới trạm CORS cho phép sử dụng phương pháp RTK hoặc PPK để xác định tọa độ các điểm trạm máy, điểm định hướng, điểm kiểm tra tại các vị trí thông thoáng mà chúng ta không cần phải thành lập các mạng lưới trung gian, không cần quan tâm đến điểm gốc tọa độ nhà nước cũng như tọa độ của nó mà vẫn đạt được độ chính xác ở mức cm.

Đối với công tác bay chụp ảnh và quét Lidar có thể sử dụng trực tiếp dữ liệu thu tín hiệu GNSS tần số 1giây/1 epoch tại các trạm định vị vệ tinh hiện hữu hoặc trạm tham chiếu ảo thay cho việc phải thiết lập trạm cố định dưới mặt đất.

Đối với công tác đo đạc công trình ngầm cho phép kết hợp với máy đo công trình ngầm xác định tức thì ngay ngoài thực địa tọa độ, độ cao các tuyến đo.

Đặc biệt hữu ích với công tác đo trích lục bản đồ, đo đạc cập nhật biến động không gian của các đối tượng bản đồ mà không cần phải thành lập lưới chêm dầy, không cần quan tâm đến điểm gốc tọa độ nhà nước, chỉ cần mang máy GNSS ra đo độc lập tại bất kỳ vị trí nào là có tọa độ với độ chính xác cao với thời gian đo trên điểm chỉ tính bằng giây.

Ứng dụng trong khí tượng: Dữ liệu GNSS đo liên tục có khả năng phục vụ công tác nghiên cứu tầng khí quyển căn cứ vào độ trễ của tín hiệu khi di chuyển qua tầng điện ly và tầng đối lưu. Kết quả này sẽ được sử dụng để xây dựng bản đồ hiện trạng tầng khí quyển phục vụ cho công tác nghiên cứu khoa học. Ngoài ra, dữ liệu đo GNSS liên tục kết hợp với dữ liệu thu được từ các các thiết bị cảm biến khí tượng tích hợp cùng các trạm CORS còn được sử dụng để tính lượng bốc hơi và ngưng tụ của hơi nước trong không khí (PWV) phục vụ công tác dự báo thời tiết.

Ứng dụng trong nghiên cứu khoa học trái đất: Giám sát chuyển dịch của các mảng kiến tạo lớp vỏ Trái đất trong phạm vi 24 trạm CORS Geodetic liên tục hàng tháng, hàng quý, hàng năm. Mô hình hóa và giám sát sự biến đổi của tầng điện ly, tầng đối lưu. Xác định tổng lượng điện tử tự do và tổng lượng hơi nước. Tính toán chính xác các tham số quỹ đạo vệ tinh theo định dạng sp3.

Hỗ trợ cho các công nghệ hiện đại khác: Với việc truyền số cải chính theo các định dạng phổ cập khác nhau theo giao thức thông dụng NTRIP cho phép dễ dàng cài đặt, tích hợp trong các thiết bị hiện đại phục vụ cho đa ngàn đa mục đích sử dụng như nông nghiệp, UAV, giao thông, Smart City, Logistics vv… Ví dụ:

Xây dựng phần mềm trên nền tảng hệ điều hành của điện thoại thông minh cho phép tích hợp điện thoại có kết nối 3G để nhận số cải chính NTRIP đồng thời kết nối qua Bluetooth hoặc cổng COM với máy thu GNSS để nhận được tọa độ chính xác ngay trên màn hình điện thoại.

Chế tạo Modul phần cứng cho phép nhận số cải chính NTRIP qua sóng 3G/4G/5G và kết nối bằng Bluetooth hoặc cổng COM với máy thu GNSS, qua đó tính toán chính xác tọa độ / độ cao ở thời gian thực và xuất ra 1 cổng vật lý hoặc giao thức không dây theo định dạng NMEA cho thiết bị tiếp nhận của bên thứ 3.

Xây dựng ứng dụng dạng Mobile-GIS in Field cho phép giám sát và cập nhật CSDL thông tin địa lý ngay ngoài thực địa song song với việc phê chuẩn và đồng bộ hóa với CSDL trên máy chủ ở trong phòng.

Với việc lần đầu tiên Việt Nam có được mạng lưới các trạm định vị vệ tinh thu liên tục tín hiệu từ các hệ thống định vị toàn cầu bằng vệ tinh (GNSS) đáp ứng theo tiêu chuẩn quốc tế. VNGEONET đã góp phần trong việc hoàn thiện và hiện đại hóa hạ tầng đo đạc và bản đồ cơ bản, thúc đẩy việc ứng dụng khoa học, công nghệ đối với Việt Nam trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4; làm nền tảng để hoàn chỉnh hệ qui chiếu và hệ tọa độ quốc gia 3D theo quan điểm động; cung cấp kịp thời, đầy đủ, chính xác thông tin, dữ liệu đo đạc và bản đồ phục vụ phát triển kinh tế-xã hội, quốc phòng, an ninh; giám sát tài nguyên, bảo vệ môi trường, phòng chống thiên tai và cứu nạn, góp phần bảo vệ vững chắc chủ quyền lãnh thổ, thúc đẩy nghiên cứu khoa học về trái đất.

Đây là một trong những công trình khoa học công nghệ tiêu biểu của ngành tài nguyên và môi trường trong những năm qua. Ra mắt mạng lưới trạm định vị vệ tinh quốc gia là một trong 10 sự kiện tiêu biểu ngành tài nguyên và môi trường năm 2019 được Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường công bố tại Quyết định số 79/QĐ-BTNMT ngày 09 tháng 01 năm 2020./.