GNSS Là Gì? GPS Là Gì? GNSS Và GPS Khác Nhau Như Thế Nào?

Trong lĩnh vực trắc địa, bản đồ, xây dựng và định vị, hai thuật ngữ GPS và GNSS được sử dụng rất phổ biến. Nhiều người thường gọi chung các thiết bị định vị vệ tinh là “máy GPS”, tuy nhiên về mặt kỹ thuật, GPS chỉ là một hệ thống thuộc GNSS. Hiểu đúng sự khác nhau giữa GPS và GNSS sẽ giúp người dùng lựa chọn thiết bị đo đạc phù hợp, đặc biệt khi sử dụng các dòng máy GNSS RTK hiện nay.

GNSS là gì?

GNSS (Global Navigation Satellite System) là thuật ngữ chung chỉ các hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu. Các hệ thống này sử dụng một mạng lưới vệ tinh phát tín hiệu xuống Trái Đất, cho phép máy thu tương thích xác định vị trí, vận tốc và thời gian.

GNSS không phải tên của một hệ thống vệ tinh duy nhất. Đây là khái niệm bao quát nhiều hệ thống định vị vệ tinh, trong đó những hệ thống toàn cầu quen thuộc gồm GPS của Hoa Kỳ, GLONASS của Nga, Galileo của Liên minh châu Âu và BeiDou (BDS) của Trung Quốc. Ngoài ra còn có các hệ thống khu vực hoặc tăng cường khác phục vụ những phạm vi và mục đích riêng.

GPS là gì?

GPS (Global Positioning System) là hệ thống định vị vệ tinh do Hoa Kỳ phát triển và vận hành. GPS sử dụng các vệ tinh trên quỹ đạo phát tín hiệu thời gian và thông tin quỹ đạo để máy thu trên mặt đất tính toán vị trí.

GPS được ứng dụng rộng rãi trong dẫn đường, bản đồ, điện thoại thông minh, hàng hải, hàng không, quản lý phương tiện và trắc địa. Do GPS được sử dụng phổ biến từ sớm nên trong giao tiếp hàng ngày, nhiều người có thói quen dùng từ “GPS” để gọi chung cho công nghệ định vị vệ tinh.

Về kỹ thuật, cách gọi này không hoàn toàn chính xác khi thiết bị thực tế đang thu đồng thời nhiều hệ thống vệ tinh.

GNSS và GPS khác nhau như thế nào?

Sự khác biệt quan trọng nhất rất dễ nhớ:

GNSS là khái niệm tổng thể – GPS là một hệ thống cụ thể thuộc GNSS.

Có thể hình dung:

GNSS → GPS + GLONASS + Galileo + BeiDou + các hệ thống định vị vệ tinh liên quan khác.

Do đó, nói GPS là GNSS có thể đúng theo nghĩa GPS thuộc nhóm GNSS, nhưng nói GNSS chính là GPS thì chưa đầy đủ.

Bảng so sánh GPS và GNSS

Các hệ thống GNSS phổ biến hiện nay

GPS – Hoa Kỳ: Là một trong những hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu được biết đến rộng rãi nhất và được tích hợp trên rất nhiều thiết bị.

GLONASS – Nga: Hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu của Nga. Khi kết hợp với GPS và các chòm sao khác, GLONASS bổ sung thêm vệ tinh quan sát cho máy thu tương thích.

Galileo – Liên minh châu Âu: Hệ thống GNSS toàn cầu của châu Âu với các tín hiệu hiện đại phục vụ nhiều nhóm ứng dụng định vị.

BeiDou – Trung Quốc: Hệ thống định vị vệ tinh của Trung Quốc đã phát triển thành hệ thống toàn cầu BDS-3 và hiện được nhiều máy GNSS trắc địa hỗ trợ.

Các máy GNSS RTK thế hệ mới thường khai thác đồng thời nhiều chòm sao thay vì chỉ sử dụng GPS.

Vì sao máy GNSS hiện đại sử dụng nhiều hệ thống vệ tinh?

Nếu máy chỉ sử dụng một chòm sao, số vệ tinh có thể quan sát tại một thời điểm sẽ bị giới hạn hơn. Khi hỗ trợ GPS + GLONASS + Galileo + BeiDou, máy thu có thể có thêm nhiều quan sát để lựa chọn và xử lý.

Điều này đặc biệt hữu ích tại những khu vực có nhà cửa, cây cối hoặc địa hình che khuất một phần bầu trời. Việc có nhiều vệ tinh khả dụng có thể cải thiện hình học vệ tinh và khả năng duy trì nghiệm trong một số điều kiện.

Tuy nhiên, cần lưu ý:

Nhiều vệ tinh hơn không đồng nghĩa tự động chính xác hơn.

Độ chính xác còn phụ thuộc vào hình học vệ tinh, chất lượng tín hiệu, đa đường truyền (multipath), anten, thuật toán máy thu, nguồn correction và môi trường đo.

GPS thông thường và GNSS RTK khác nhau như thế nào?

Một máy GPS cầm tay thông thường có thể xác định vị trí phục vụ dẫn đường, ghi waypoint hoặc khảo sát sơ bộ. Trong khi đó, GNSS RTK là giải pháp định vị chính xác sử dụng quan sát GNSS kết hợp dữ liệu hiệu chỉnh thời gian thực.

Máy RTK có thể nhận correction từ trạm Base hoặc mạng CORS/NTRIP. Trong điều kiện phù hợp và khi thiết lập đúng, hệ thống có thể đạt độ chính xác ở mức centimet.

Có thể hiểu đơn giản:

GNSS = nền tảng định vị vệ tinh.

RTK = kỹ thuật giúp nâng cao độ chính xác định vị tương đối theo thời gian thực bằng dữ liệu hiệu chỉnh.

Do đó, RTK không phải một chòm sao vệ tinh mới.

Máy GNSS RTK hoạt động như thế nào?

Một phương án phổ biến gồm Base và Rover. Base được đặt tại vị trí có tọa độ đã biết hoặc được thiết lập theo phương án kỹ thuật của dự án. Base tạo dữ liệu hiệu chỉnh và truyền tới Rover qua Radio hoặc kết nối dữ liệu phù hợp. Rover đồng thời thu tín hiệu vệ tinh và correction để tính nghiệm tọa độ chính xác.

Một phương án khác là sử dụng CORS/NTRIP. Rover kết nối Internet tới dịch vụ correction tương thích thay vì phải tự bố trí Base tại khu vực làm việc.

Quy trình có thể hình dung:

Vệ tinh GNSS → Base/CORS + Rover → Correction → Xử lý RTK → Tọa độ.

FIX trên máy GNSS RTK có nghĩa là gì?

Trong quá trình đo RTK thường gặp các trạng thái như FIX, FLOAT hoặc SINGLE tùy thiết bị và phần mềm. FIX thường cho biết các ambiguity pha sóng mang đã được giải ở trạng thái cố định theo thuật toán của hệ thống và thường là trạng thái mong muốn khi đo RTK chính xác.

Tuy nhiên:

FIX không đồng nghĩa tọa độ chắc chắn đúng.

Nếu chọn sai hệ tọa độ, sai tham số chuyển đổi, sai tọa độ Base hoặc cấu hình dự án không chính xác, máy vẫn có thể cho nghiệm FIX nhưng tọa độ đầu ra không phù hợp với công trình.

Vì vậy nên kiểm tra trên điểm đã biết tọa độ trước khi bắt đầu đo chính thức.

GNSS nhiều tần số có lợi ích gì?

Các vệ tinh GNSS phát nhiều tín hiệu trên những dải tần khác nhau. Máy thu đa tần có thể khai thác nhiều quan sát để hỗ trợ xử lý ảnh hưởng tầng điện ly, giải ambiguity và cải thiện độ ổn định của nghiệm trong các điều kiện phù hợp.

Đây là lý do các máy RTK hiện đại thường được quảng bá là đa hệ thống – đa tần số.

Khi lựa chọn máy, nên kiểm tra chính xác thiết bị hỗ trợ những tín hiệu nào của GPS, GLONASS, Galileo và BeiDou thay vì chỉ nhìn vào tổng số kênh.

Số kênh GNSS càng nhiều thì máy càng tốt?

Không nhất thiết. Các thông số như 800 kênh, 1.400 kênh hay hơn 1.500 kênh thường được các nhà sản xuất sử dụng để mô tả năng lực phần cứng thu tín hiệu, nhưng không thể dùng riêng con số này để kết luận máy nào đo tốt hơn.

Khả năng làm việc thực tế còn phụ thuộc vào anten GNSS, các tần số được hỗ trợ, thuật toán xử lý, khả năng chống multipath, tốc độ FIX, khả năng duy trì FIX và chất lượng correction.

Do đó, khi mua RTK nên ưu tiên test ngoài thực địa hơn là chỉ so sánh số kênh trên catalogue.

GNSS có hoạt động dưới tán cây không?

Máy GNSS đa hệ thống có thể có lợi thế hơn thiết bị đời cũ tại những khu vực che khuất một phần, nhưng không có nghĩa thiết bị hoạt động hoàn hảo dưới mọi tán cây.

Cây rậm, mái nhà, công trình cao tầng, vách núi và các bề mặt phản xạ có thể làm tín hiệu bị suy giảm hoặc multipath. Khi đó máy có thể FIX chậm, chuyển FLOAT hoặc mất nghiệm chính xác.

Với khu vực che khuất nghiêm trọng, máy toàn đạc hoặc phương pháp đo khác có thể phù hợp hơn.

GNSS được ứng dụng như thế nào trong trắc địa?

GNSS hiện được sử dụng rộng rãi trong khảo sát địa hình, xây dựng lưới khống chế, đo hiện trạng, bố trí điểm, giao thông, san nền, quản lý đất đai, GIS, nông nghiệp và lâm nghiệp.

Đặc biệt, GNSS RTK giúp kỹ sư thu thập nhiều điểm trên phạm vi rộng mà không cần thông hướng quang học giữa các điểm như khi sử dụng máy toàn đạc.

Một quy trình khảo sát hiện đại có thể kết hợp:

GNSS RTK → Máy toàn đạc → UAV → GIS/CAD

Mỗi công nghệ đảm nhiệm phần việc phù hợp với thế mạnh của nó.

Nên chọn máy GPS hay máy GNSS?

Điều này phụ thuộc vào nhu cầu. Nếu chỉ cần dẫn đường, ghi waypoint, đo diện tích tham khảo hoặc hoạt động ngoài trời, GPS cầm tay hoặc thiết bị GNSS phổ thông có thể đáp ứng.

Nếu làm trắc địa chuyên nghiệp và cần tọa độ centimet, nên lựa chọn máy GNSS RTK đa hệ thống, đa tần số và có khả năng sử dụng Base-Rover hoặc CORS/NTRIP phù hợp.

Khi mua máy RTK, nên quan tâm đến độ chính xác thực tế, hệ thống/tần số vệ tinh hỗ trợ, IMU, Radio UHF, 4G/NTRIP, phần mềm khảo sát, sổ tay, pin và dịch vụ kỹ thuật, thay vì chỉ nhìn vào số kênh hoặc giá bán.