Nc thiết lập độ cao chuẩn - GS.TSKH. Phạm Hoàng Lân by Truong Kenny

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ -------------***-------------

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA H ỌC CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP HỆ THỐNG ĐỘ CAO CHUẨN THỐNG NHẤT CHO CẢ LÃNH THỔ VÀ LÃNH HẢI VIỆT NAM TRÊN CƠ SỞ KHÔNG SỬ DỤNG MẶT NƯỚC BIỂN TRUNG BÌNH

Chủ nhiệm đề tài GS.TSKH. Phạm Hoàng Lân

7988 Hà nội, 12 – 2009

TÓM TẮT Đề tài định hướng vào việc nghiên cứu triển khai phương pháp đo cao GPS trên cơ sở xác định độ cao trắc địa bằng công nghệ GPS khoảng cách dài chính xác cao và xác định dị thường độ cao theo phương pháp collocation bình phương nhỏ nhất và thuật toán “loại ra- hoàn trả” (“removerestore”) thông qua số liệu trọng lực mặt đất, mô hình trọng trường và địa hình. Trên cơ sở phân tích bản chất của độ cao chuẩn và các phương pháp xác định đề tài đã nhấn mạnh nhược điểm của cách giải quyết truyền thống và chỉ ra các ưu thế của cách giải quyết mới. Sau khi hệ thống lại tình hình triển khai và kết quả nhận được cho hệ thống độ cao chuẩn hiện hành của nước ta theo phương pháp truyền thống, đề tài đã phân tích, đánh giá kết quả xác định độ cao trắc địa cho 5 điểm xét chọn trước trên lãnh thổ nước ta bằng công nghệ GPS chính xác cao trên khoảng cách dài. Đã cho thấy độ chính xác rất cao của kết quả đo đạc thực nghiệm. Tiếp đó đề tài đã tập trung phân tích để lựa chọn phương pháp collocation bình phương nhỏ nhất cho việc trực tiếp xác định dị thường độ cao theo số liẹu trọng lực, mô hình trọng trường và địa hình với thuật toán “loại ra – hoàn trả”. Kết quả đã nhận được giá trị độ cao chuẩn tính theo mặt khởi tính là quasigeoid toàn cầu với độ chính xác 0,2 – 0,3 m cho 5 điểm xét cụ thể trên lãnh thổ nước ta với tư cách là các điểm gốc độc lập trong cơ sở độ cao chuẩn mới thống nhất cho cả lãnh thổ và lãnh hải nước ta. Kết quả thu nhận được đã khẳng định tính khả thi của việc không dùng đến mặt biển trung bình làm mặt khởi tính độ cao vốn vẫn được sử dụng trong các phương pháp truyền thống. Cuối cùng đề tài đã đề xuất phương án thiết lập hệ thống độ cao chuẩn và quá trình chuyển đổi độ cao tương ứng.

MỤC LỤC TÓM TẮT ....................................................................................................... 1 MỤC LỤC ...................................................................................................... 2 MỞ ĐẦU......................................................................................................... 4 CHƯƠNG I .................................................................................................... 6 ĐỘ CAO CHUẨN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ........................ 6 1.1. Các hệ thống độ cao cơ bản trong trắc địa ............................................... 6 1.1.1. Độ cao chính ..................................................................................................... 6 1.1.2. Độ cao chuẩn (hay độ cao bình thường) ........................................................... 7 1.1.3. Độ cao trắc địa .................................................................................................. 8

1.2. Bản chất và ưu thế của độ cao chuẩn ........................................................ 8 1.2.1. Bản chất của độ cao chuẩn................................................................................ 8 1.2.2. Các ưu thế của độ cao chuẩn........................................................................... 11

1.3. Các phương pháp xác định độ cao chuẩn ............................................... 11 1.3.1. Phương pháp dựa trên công nghệ truyền thống .............................................. 11 1.3.2. Phương pháp dựa trên công nghệ định vị vệ tinh ........................................... 12

CHƯƠNG II. XÁC ĐỊNH ĐỘ CAO CHUẨN THEO PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG ....................................................................................... 14 2.1. Mạng lưới độ cao hạng I, hạng II Nhà nước........................................... 14 2.1.1. Sơ lược về mạng lưới độ cao hạng I, II trước năm 2001 ................................ 14 2.1.2. Hoàn thiện lưới độ cao nhà nước hạng I, II .................................................... 17

2.2. Các số hiệu chỉnh do ảnh hưởng của trọng trường................................ 26 2.3. Xử lí toán học mạng lưới độ cao hạng I, hạng II Nhà nước .................. 27 2.3.1. Tính khái lược................................................................................................. 27 2.3.2. Tính toán bình sai lưới độ cao quốc gia.......................................................... 30

2.4. Nhận xét, đánh giá..................................................................................... 31

CHƯƠNG 3. THIẾT LẬP CƠ SỞ ĐỘ CAO CHUẨN THEO SỐ LIỆU GPS VÀ SỐ LIỆU TRỌNG LỰC TRÊN DẢI VEN BỜ VÀ MỘT VÀI ĐẢO Ở VIỆT NAM...................................................................................... 33 3.1. Nguyên lý đo cao GPS và các phương án triển khai .............................. 33 3.1.1. Nguyên lý đo cao GPS.................................................................................... 33 3.1.2. Các phương án triển khai ................................................................................ 33

3.2. Xác định độ cao trắc địa theo số liệu đo GPS chính xác cao ...................... 35 3.2.1. Đo GPS chính xác cao .................................................................................... 35 3.2.2. Thực hiện xử lí số liệu bằng phần mềm Bernese 5.0...................................... 36

3.3. Xác định dị thường độ cao theo số liệu trọng lực................................... 48 3.3.1. Cơ sở lí thuyết................................................................................................. 48 3.3.2. Các bước tính toán .......................................................................................... 54

CHƯƠNG 4. PHƯƠNG ÁN THIẾT LẬP HỆ THỐNG ĐỘ CAO MỚI VÀ QUY TRÌNH CHUYỂN ĐỔI ĐỘ CAO ...................................................... 76 4.1. Phương án thiết lập hệ thống độ cao mới................................................ 76 4.2. Quy trình chuyển đổi độ cao ........................................................................ 78

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 84

Các phụ lục Phụ lục 1. Quy trình xử lts số liệu đo GPS chính xác cao tại: Bạch long vĩ, Đồ sơn, Quảng nam, Vũng tàu, Côn đảo Phụ lục 2. Giá trị hiệp phương sai dị thường trọng lực phần dư Phụ lục 3. Sai số nội suy dị thường trọng lực chân không Phụ lục 4. Mô hình trọng trường EIGEN-5C Phụ lục 5. Mặt địa hình tham khảo Phụ lục 6. Dị thường trọng lực phần dư Phụ lục 7. Chương trình xác định tham số của hàm hiệp phương sai giải tích Phụ lục 8. Chương trình xử lý theo phương pháp collocation bình phương nhỏ nhất

MỞ ĐẦU Vị trí không gian của một điểm xét được đặc trưng bởi 3 yếu tố toạ độ. Ở trên mặt đất và trong khoảng không bên ngoài bao quanh Trái đất yếu tố toạ độ thứ ba gắn chặt với trường sức hút của Trái đất có tên gọi đầy đủ và chính xác là trường trọng lực hay trọng trường. Nó thường được đề cập đến với khái niệm độ cao và được tính theo phương hướng về phía tâm quán tính của Trái đất theo chiều ngược lại, kể từ một bề mặt khởi tính có liên quan ở mức này hay mức khác với mặt đẳng thế cơ bản của trọng trường Trái đất. Tuỳ thuộc vào mặt khởi tính, phương tính và các xác định, người ta có các hệ thống độ cao cụ thể khác nhau. Bên cạnh hệ thống độ cao chính được đề xuất từ lâu có liên quan tới lí thuyết Stokes nghiên cứu xác định hình dạng Trái đất được đặc trưng bởi geoid và vì thế có nhược điểm cơ bản là không thể được xác định chặt chẽ, đã xuất hiện một hệ thống độ cao mới được xây dựng trên cơ sở lí thuyết hoàn chỉnh của Molodenski về bề mặt thực và thế trọng trường bên ngoài của Trái đất. Tương ứng, hệ thống độ cao với tên gọi là độ cao chuẩn có nhiều ưu điểm cơ bản so với hệ thống độ cao chính đã và đang được sử dụng ngày càng rộng rãi ở nhiều quốc gia trên thế giới. Trước đây, độ cao chuẩn được xây dựng trên cơ sở đo thuỷ chuẩn truyền thống kết hợp với đo trọng lực dọc tuyến đo cao và có độ chính xác cao nhất trong các phương pháp đo cao được biết đến. Tuy vậy, đây là dạng đo đạc tốn nhiều công sức và không thể phát huy hiệu quả ở vùng địa hình phức tạp như đồi núi, sình lầy và hoàn toàn không khả thi khi gặp mặt nước bao phủ như sông rộng, biển cả. Cùng với sự ra đời của các hệ thống định vị vệ tinh, vấn đề xác định độ cao chuẩn có được một hướng giải quyết mới cho phép khắc phục các hạn chế và nhược điểm của phương pháp truyền thống. Phương pháp mới này có tên là đo cao GPS. Phương pháp đo cao GPS đã được triển khai nhanh chóng trong công tác đo đạc ở nhiều nước trong đó có Việt nam. Ngoài việc cho phép truyền độ cao đi xa, vượt qua bề mặt địa hình phức tạp và đạt được độ chính xác ngày càng cao tiệm cận tới thuỷ chuẩn chính xác hạng III, hạng II và có thể là hạng I, đo cao GPS còn mở ra một khả năng mới là không cần sử dụng mặt biển trung bình làm mặt khởi tính vốn không thống nhất cho các khu vực khác nhau trên thế giới và lại thay đổi theo thời gian do biến đổi khí hậu toàn cầu. 4

Để kịp thời tiếp cận và triển khai những tiến bộ kĩ thuật mới nhất trong lĩnh vực đo đạc và định vị nói chung và xác định độ cao nói riêng trên cơ sở công nghệ vệ tinh và lí thuyết thế trọng trường của Trái đất, chúng tôi đã đề xuất và được Bộ tài nguyên và môi trường cho phép triển khai đề tài NCKH với tiêu đề: “Nghiên cứu thiết lập hệ thống độ cao chuẩn thống nhất cho cả lãnh thổ và lãnh hải Việt nam trên cơ sở không sử dụng mặt nước biển trung bình”. Dưới đây là mục tiêu nghiên cứu và các nhiệm vụ cụ thể đã giải quyết trong quá trình thực hiện đề tài nói trên. 1. Mục tiêu của đề tài Trên cơ sở phân tích bản chất, các khả năng xây dựng hệ thống độ cao chuẩn đã tập trung nghiên cứu triển khai lí thuyết đo cao GPS thông qua việc sử dụng kết quả xác định độ cao trắc địa chính xác cao bằng GPS và xác định trực tiếp dị thường trọng lực theo số liệu trọng lực, mô hình trọng trường và địa hình, đã thiết lập cơ sở độ cao chuẩn trên dải ven bờ và một vài đảo lớn phục vụ cho mục đích thống nhất hệ thống độ cao trên lãnh thổ và lãnh hải nước ta trong đó không dùng đến mặt biển trung bình. 2. Nhiệm vụ cụ thể cần giải quyết 2.1. Phân tích đánh giá bản chất độ cao chuẩn và các phương pháp xác định để lựa chọn cách giải quyết 2.2. Phân tích đánh giá thực trạng, kết quả xác định độ cao chuẩn theo phương pháp truyền thống ở nước ta 2.3. Triển khai lí thuyết đo cao GPS trên cơ sở xác định độ cao trắc dịa bằng GPS chính xác cao và xác định trực tiếp dị thường độ cao trọng lực bằng phương pháp collocation bình phương nhỏ nhất với thuật toán “loại ra – hoàn trả” (“removerestore”); Xử lí số liệu trọng lực, mô hình trọng trường và địa hình để nhận được độ cao chuẩn cho 5 điểm trên dải ven bờ và một vài đảo ở nước ta. 2.4. Đề xuất phương án thiết lập hệ thống độ cao mới và quy trình chuyển đổi độ cao Các nhiệm vụ cụ thể nêu trên và kết quả giải quyết được trình bày trong 4 chương của Báo cáo tổng kết này như đã giới thiệu trong mục lục. Trong quá trình nghiên cứu, triển khai đề tài, chúng tôi luôn nhận được sự quan tâm động viên và chỉ đạo của các đồng chí lãnh đạo và các bộ phận chức năng của Bộ tài nguyên và môi trường, Vụ khoa học kĩ thuật, Viện khoa học đo đạc và bản đồ, Cục đo đạc và bản đồ, Trung tâm viễn thám và nhiều bạn đồng nghiệp thuộc Bộ tài nguyên và môi trường và Khoa Trắc địa trường Đại học Mỏ-Địa chất. Chúng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành. 5

CHƯƠNG I ĐỘ CAO CHUẨN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH 1.1. Các hệ thống độ cao cơ bản trong trắc địa §é cao lµ mét trong ba thµnh phÇn to¹ ®é x¸c ®Þnh vÞ trÝ cña mét ®iÓm xÐt. Tuú thuéc vµo bÒ mÆt khëi tÝnh ®ưîc chän, chóng ta cã çc hÖ thèng ®é cao kh¸c nhau. Çc hÖ thèng ®é cao ®· vµ ®ang ®îc sö dông réng r·i trong thùc tÕ thêng cã bÒ mÆt khëi tÝnh rÊt gÇn víi mùc níc biÓn trung b×nh trªn Tr¸i ®Êt. §ã cã thÓ lµ mÆt geoid trong hÖ thèng ®é cao chÝnh hay mÆt quasigeoid trong hÖ thèng ®é cao chuÈn. Thµnh phÇn chñ yÕu cña hai lo¹i ®é cao nµy lµ ®é cao ®o ®ù¬c- tæng cña çc chªnh cao nhËn ®ưîc t¹i mçi tr¹m m¸y theo phư¬ng ph¸p ®o cao h×nh häc (®o cao thuû chuÈn) tõ ®iÓm gèc ®é cao trªn mÆt biÓn ®Õn ®iÓm xÐt. B»ng çch tÝnh thªm vµo ®é cao ®o ®ược çc sè hiÖu chØnh t¬ng øng ta sÏ cã ®é cao chÝnh, ®é cao chuÈn hay ®é cao ®éng häc. Ngo¹i trõ ®é cao ®éng häc thÝch øng chñ yÕu cho môc ®Ých thuû v¨n, c¶ ®é cao chÝnh vµ ®é cao chuÈn ®Òu ®îc sö dông réng r·i trong c«ng t¸c tr¾c ®Þa-b¶n ®å nãi riªng vµ cho nhiÒu ngµnh khoa häc-kü thuËt nãi chung. HÖ thèng ®é cao chuÈn ®ưîc biÕt ®Õn çch ®©y kh«ng l©u, tõ kho¶ng gi÷a thÕ kû trø¬c, vµ cã u ®iÓm c¬ b¶n lµ chÆt chÏ vÒ mÆt lý thuyÕt, ®¬n gi¶n h¬n vÒ mÆt tÝnh to¸n. Trªn thùc tÕ çc sè hiÖu chØnh ph©n biÖt ®é cao chÝnh, ®é cao chuÈn vµ ®é cao ®o ®¹c thêng nhá ®Õn møc cã thÓ bá qua trong nhiÒu trêng hîp kh«ng ®ßi hái ®é chÝnh x¸c cao. ChÝnh v× vËy trong çc phÇn tiÕp theo, trõ trêng hîp cÇn ph©n biÖt r¹ch rßi, chóng ta sÏ gäi chung ba lo¹i ®é cao ®ã lµ “®é cao thñy chuÈn” ®Ó nhÊn m¹nh nguån gèc xuÊt xø cña chóng lµ ®ưîc rót ra tõ kÕt qu¶ ®o cao thuû chuÈn 1.1.1. Độ cao chính Độ cao chính của một điểm trên mặt đất là khoảng cách được tính theo đường sức từ điểm này tới mặt geoid. Nó được ký hiệu là hg và được xác định theo biểu thức: B

gdh W0 − WB ∫0 h = = B , g mB gm g B

(1.1.1)

trong đó dh là chênh cao thuỷ chuẩn, g là giá trị trọng lực tại trạm máy; g mB là giá trị trọng lực trung bình trên đoạn đường sức giữa điểm xét B và mặt 6

geoid; W0 là giá trị thế trọng trường trên mặt geoid, WB là giá trị thế trọng trường trên mặt đẳng thế đi qua điểm xét. Vì hiệu số thế trọng trường thực của điểm B so với mặt geoid là đại lượng không phụ thuộc vào tuyến truyền độ cao, cho nên độ cao chính của điểm được xác định không phụ thuộc vào tuyến đo cao, có nghĩa nó là đại lượng đơn trị. Tuy vậy độ cao chính của các điểm khác nhau trên cùng một mặt đẳng thế lại không bằng nhau, vì mặc dù ch úng có cùng hiệu thế trọng trường so với geoid, nhưng các giá trị g m ứng với chúng lại khác nhau. Tính g m là một vấn đề phiền phức và không thể thực hiện được một cách chặt chẽ, chính xác, vì ta không biết biết chính xác mật độ phân bố vật chất trong lớp giữa mặt đất và geoid cũng như qui luật thay đổi giá trị trọng lực theo độ cao trong lớp này. Độ cao chính vì thế không thể được xem là một hệ thống độ cao chặt chẽ và hoàn chỉnh về mặt lý thuyết. Song, do nó khá đơn giản và trực quan về mặt nhận biết, nên đã được sử dụng rộng rãi từ rất lâu ở nhiều quốc gia, kể cả cho đến nay ở một số nước. 1.1.2. Độ cao chuẩn (hay độ cao bình thường) Hệ thống độ cao này được xây dựng cùng với lý thuyết hoàn chỉnh và chặt chẽ của Molođenski về nghiên cứu xác định bề mặt thực và thế trọng trường bên ngoài của Trái đất. Như ta đã biết, độ cao bình thường được ký hiệu là hBγ và được xác định theo công thức: B

h Bγ =

∫ gdh 0

γ mB

(1.1.2)

trong đó γ mB là giá trị trọng lực chuẩn trung bình ứng với điểm B, có thể được tính một cách đơn giản và chính xác.Ta sẽ xem xét kỹ hơn ở phía dưới. Cũng như độ cao chính, độ cao chuẩn của điểm cho trước là một đại lượng đơn trị, không phụ thuộc vào tuyến truyền độ cao. Mặc dù độ cao chuẩn của các điểm khác nhau trên cùng một mặt đẳng thế nói chung cũng không bằng nhau, nhưng nó chỉ thay đổi theo độ vĩ. Hiện nay độ cao chu ẩn đã được sử dụng thay thế độ cao chính trong việc xây dựng hệ thống độ cao quốc gia ở rất nhiều nước trên thế giới.

1.1.3. Độ cao trắc địa Độ cao trắc địa của một điểm là đoạn pháp tuyến với ellipsoid tính từ mặt này tới điểm xét. Mặt ellipsoid đó có thể là ellipsoid thực dụng, ellipsoid chuẩn (ellipsoid trọng lực) hay ellipsoid chung của Trái đất. Độ cao trắc địa của điểm xét M được ký hiệu là HM.

1.2. Bản chất và ưu thế của độ cao chuẩn 1.2.1. Bản chất của độ cao chuẩn Mét trong nh÷ng vÊn ®Ò c¬ b¶n nhÊt trong viÖc thiÕt lËp hÖ thèng ®é cao lµ chän mÆt khëi tÝnh. Tõ tr−íc ®Õn nay mÆt khëi tÝnh ®é cao th−êng ®−îc g¾n ë møc ®é nµy hay møc ®é kh¸c víi mÆt ®¼ng thÕ träng tr−êng cña Tr¸i §Êt. §iÒu nµy dÔ hiÓu, v× träng tr−êng, kÝch th−íc vµ h×nh d¹ng cña Tr¸i §Êt cã liªn quan mËt thiÕt víi nhau. Çc mÆt ®¼ng thÕ tån t¹i kh¸ch quan vµ lµ mét trong çc ®Æc tr−ng c¬ b¶n cña träng tr−êng Tr¸i §Êt ta cã thÓ nhËn biÕt trùc quan. §ã chÝnh lµ mÆt n−íc yªn tÜnh kh«ng bÞ nhiÔu (bëi çc nguyªn nh©n kh¸c nhau ngoµi t¸c dông cña träng lùc) trong çc s«ng, hå, trªn biÓn, ®¹i d−¬ng.Trªn ph¹m vi toµn cÇu ng−êi ta ®· ®−a ra kh¸i niÖm vÒ mÆt geoid vµ coi nó lµ mÆt khëi tÝnh cho mét hÖ thèng ®é cao ®−îc ®Ò xuÊt tõ thÕ kû 19 cã tªn lµ ®é cao chÝnh [8]. Song, kh«ng ®¬n gi¶n vµ dÔ dµng chØ ra vÞ trÝ chÝnh x¸c cña mÆt geoid ë çc khu vùc cô thÓ kh¸c nhau trªn bÒ mÆt Tr¸i §Êt ; h¬n n÷a, mÆt nµy l¹i uèn nÕp kh¸ phøc t¹p vµ cã d¹ng ph×nh dÇn ra khi ®i tõ hai cùc vÒ phÝa xÝch ®¹o cña Tr¸i §Êt. V× thÕ, trªn thùc tÕ kh«ng thÓ sö dông mÆt geoid lµm mÆt khëi tÝnh chung cho ®é cao cña mäi ®iÓm xÐt. Ng−êi ta ®· ph¶i chÊp nhËn mùc n−íc biÓn trung b×nh ë mét vïng biÓn cô thÓ nµo ®ã lµm mèc khëi tÝnh ®é cao cho mét quèc gia, mét nhãm quèc gia hay cho c¶ mét lôc ®Þa. Do mùc n−íc biÓn trung b×nh t¹i çc khu vùc kh¸c nhau kh«ng trïng nhau, nªn gi¸ trÞ ®é cao cña mét ®iÓm xÐt ®−îc tÝnh theo çc hÖ thèng ®é cao quèc gia kh¸c nhau sÏ chªnh kh¸c. Bµi to¸n trùc tiÕp hoµ nhËp çc hÖ thèng ®é cao quèc gia nãi riªng hay hoµ nhËp çc hÖ thèng ®é cao víi çc ®iÓm gèc kh¸c nãi chung lµ vÊn ®Ò kh«ng cã lêi gi¶i. Khi ®ã, chØ cã thÓ ®¹t tíi môc ®Ých hoµ nhËp trong cïng mét hÖ thèng chung b»ng çch ®o nèi çc hÖ thèng riªng biÖt víi nhau vµ sö dông mét ®iÓm gèc chung. Nh−ng trong tr−êng hîp nµy sÏ nÈy sinh nhiÒu vÊn ®Ò bÊt cËp, ch¼ng h¹n, kh«ng thÓ liªn kÕt çc m¹ng l−íi ®é cao bÞ ph©n çch bëi biÓn vµ ®¹i d−¬ng. Gi¸ trÞ ®é cao tÝnh theo hÖ thèng chung cã thÓ chªnh kh¸c nhiÒu so víi gi¸ trÞ ®é cao t−¬ng øng tÝnh theo mùc n−íc biÓn trung b×nh ®Þa ph−¬ng, tøc lµ gi¸ trÞ ®é cao sÏ kh«ng thÝch øng víi vÞ trÝ thùc tÕ kh¸ch quan cña mÆt ®¼ng thÓ 8

träng tr−êng t¹i ®iÓm xÐt cô thÓ. Ngay ë n−íc ta, gi¸ trÞ ®é cao tÝnh theo mùc n−íc biÓn trung b×nh t¹i Mòi Nai (Hµ tiªn) nhá h¬n gi¸ trÞ ®é cao t−¬ng øng tÝnh theo mùc n−íc biÓn trung b×nh t¹i Hßn DÊu (§å s¬n) cì 0,16 m. ChÝnh ®iÒu nµy ®−a ®Õn kh«ng Ýt bÊt tiÖn cho çc tØnh ven biÓn ë miÒn Nam khi sö dông b¶n ®å ®Þa h×nh víi hÖ thèng ®é cao nhµ n−íc. VÒ mÆt lý thuyÕt th× M.S. Molodenski vµ çc nhµ b¸c häc X« viÕt kh¸c [9] ®· kh¶o s¸t vµ chøng minh kh«ng thÓ x¸c ®Þnh mÆt geoid mét çch chÆt chÏ vµ chÝnh x¸c. V.F. Eremeev còng ®· chØ ra b¶n th©n ®é cao chÝnh lÊy geoid lµm mÆt khëi tÝnh còng kh«ng thÓ ®−îc tÝnh ra mét çch chÆt chÏ vµ chÝnh x¸c, v× ph¶i dïng ®Õn çc gi¶ thuyÕt kh¸c nhau vÒ cÊu t¹o bªn trong cña Tr¸i §Êt.§Ó tho¸t khái çc trë ng¹i kh«ng thÓ kh¾c phôc trong viÖc sö dông geoid, M.S. Molodenski ®· ®Ò xuÊt ý t−ëng kh−íc tõ kh¸i niÖm ®é cao chÝnh vµ thay thÕ nã cÇn x©y dùng vµ sö dông mét lo¹i ®é cao míi víi mÆt khëi tÝnh lµ mÆt ellipsoid chuÈn vµ tu©n thñ ®iÒu kiÖn: khi chän thÕ träng trưêng chuÈn trªn mÆt ellipsoid chuÈn b»ng thÕ thùc trªn mÆt geoid, gi¸ trÞ thÕ träng tr−êng chuÈn UN t¹i ®iÓm N t−¬ng øng víi ®iÓm xÐt M trªn bÒ mÆt thùc S cña Tr¸i đÊt b»ng gi¸ trÞ thÕ träng tr−êng thùc WM t¹i ®iÓm M. Çc ®iÓm N t−¬ng øng víi çc ®iÓm M trªn mÆt ®Êt sÏ hîp thµnh mét bÒ mÆt mà M.S. Molodenski gäi lµ bÒ mÆt phô trî hay bÒ mÆt xÊp xØ (gÇn ®óng) cña Tr¸i §Êt. BÒ mÆt nµy ®· ®−îc R.A. Hirvonen ®Æt tªn lµ mÆt teluroid [10] vµ th−êng ®−îc ký hiÖu lµ Σ. Kho¶ng çch tÝnh theo ph¸p tuyÕn gi÷a ®iÓm N vµ mÆt ellipsoid chuÈn, tøc lµ gi÷a mÆt teluroid vµ mÆt ellipsoid chuÈn, ®−îc V.F. Eremeev [9] gäi lµ ®é cao chuÈn vµ th−êng ®−îc ký hiÖu lµ hγ. Ta cã ®é cao chuÈn cña ®iÓm xÐt M trªn mÆt ®Êt (h×nh l) lµ : Kho¶ng çch gi÷a mÆt teluroid vµ mÆt ®Êt thùc øng víi ®iÓm xÐt chÝnh lµ dÞ th−êng ®é cao ; Nã ®−îc ký hiÖu lµ ζ. Ta cã : ζM

Kho¶ng c¸ch MM0 ®−îc gäi lµ ®é cao tr¾c ®Þa vµ ®−îc ký hiÖu lµ H. Theo h×nh 1 ta cã : (1.2.1) §¹i l−îng ζ ®−îc x¸c ®Þnh theo sè liÖu träng lùc th«ng qua c¸c c«ng thøc chÆt chÏ cña lý thuyÕt x¸c ®Þnh thÕ träng tr−êng vµ bÒ mÆt thùc cña Tr¸i §Êt do M.S. Molodenski ®Ò xuÊt. Kh¸i niÖm vÒ ®é cao chuÈn còng nh− lý thuyÕt võa nh¾c tíi ®−îc ghi nhËn vµ ®¸nh gi¸ lµ b−íc ngoÆt c¬ b¶n trong lÜnh vùc nghiªn cøu x¸c ®Þnh thÕ träng tr−êng vµ bÒ mÆt Tr¸i §Êt.

Song, do tÝnh chÊt "çch m¹ng" cña nã, lý thuyÕt nµy ®· kh«ng ®−îc hiÓu thÊu ®¸o, ®¸nh gi¸ ®Çy ®ñ vµ thõa nhËn réng r·i nh− tõ sau nh÷ng n¨m 60 cña thÕ kû tr−íc vµ hiÖn nay. ChÝnh trong bèi c¶nh ®ã M.S. Molodenski ®· t×m çch liªn hÖ lý thuyÕt míi cña m×nh víi lý thuyÕt kinh ®iÓn vèn ®· trë nªn quen thuéc cña G. Stokes, theo ®ã ®· ®−a ra kh¸i niÖm vÒ mÆt quasigeoid víi nghÜa "tùa nh− geoid" vµ lý gi¶i ®é cao chuÈn cña ®iÓm xÐt trªn mÆt ®Êt nh− ®é cao cña nã so víi mÆt quasigeoid. Dùa theo çch lý gi¶i nµy, trong mét thêi gian dµi nhiÒu nhµ tr¾c ®Þa ë Liªn X« còng nh− ë ph−¬ng T©y ®· lý gi¶i tiÕp dÞ th−êng ®é cao nh− ®é cao cña quasigeoid so víi ellipsoid chuÈn. GÇn ®©y, L.V. Ogorodova [11] ®· nhÊn m¹nh b¶n chÊt nguyªn c¨n cña ®é cao chuÈn vµ chØ ra sù kh«ng chØnh vµ kh«ng chuÈn cña çch hiÓu th−êng gÆp cho ®Õn nay vÒ ®é cao chuÈn vµ dÞ th−êng ®é cao. Víi çch hiÓu ®Çy ®ñ, chÝnh x¸c xuÊt ph¸t tõ kh¸i niÖm gèc rÔ theo M.S. Molodenski, ®é cao chuÈn sÏ lµ vµ chØ cã nã míi cã thÓ lµ yÕu tè c¬ b¶n ®Ó x©y dùng nªn mét hÖ thèng ®é cao, trong ®ã ®é cao cña çc ®iÓm kh¸c nhau ®Òu ®−îc tÝnh tõ cïng mét mÆt khëi tÝnh lµ mÆt ellipsoid chuÈn, nhê vËy hÖ thèng ®é cao sÏ lµ thèng nhÊt cho çc phÇn riªng rÏ còng nh− cho toµn bé bÒ mÆt Tr¸i §Êt. §iÓm gèc ®é cao kh«ng ph¶i chØ cã 1, mµ cã thÓ cã nhiÒu, do ®ã cã thÓ thùc hiÖn kiÓm tra, ®¸nh gi¸ kh¸ch quan vµ n©ng cao ®é chÝnh x¸c còng nh− tÝnh chÆt chÏ cña m¹ng l−íi ®é cao trªn c¬ së tÝnh to¸n b×nh sai víi nhiÒu ®iÓm gèc. Thªm vµo ®ã, gi¸ trÞ ®é cao cña ®iÓm xÐt kh«ng cã liªn quan vµ sÏ kh«ng phô thuéc vµo sù thay ®æi cña mùc n−íc biÓn trung b×nh, v× thÕ cã thÓ ®−îc xem lµ ®¹i l−îng kh«ng ®æi theo thêi gian vèn rÊt 10

cÇn thiÕt cho viÖc nghiªn cøu chuyÓn ®éng hiÖn ®¹i cña vá Tr¸i §Êt trong kho¶ng thêi gian dµi còng nh− c¸c biÕn ®éng tù nhiªn kh¸c. 1.2.2. Các ưu thế của độ cao chuẩn 1) Do độ cao chuẩn chính là đoạn pháp tuyến với elllipsoid chuẩn tính từ mặt elllipsoid chuẩn tới mặt teluroid, nên độ cao chuẩn của các điểm xét khác nhau trên bề mặt Trái đất đều được tính từ cùng một bề mặt thống nhất, không kể điểm xét nằm trên đất liền hay trên biển, nằm trên cùng một lục địa hay khác châu lục. Nói cách khác, độ cao chuẩn của các điểm xét trên phạm vi toàn cầu sẽ có cùng một bề mặt khởi tính và nhờ vậy các mạng lưới độ cao quốc gia hay châu lục, trên đất liền hay hải đảo hoàn toàn có thể dễ dàng liên kết và hợp nhất. 2) Do độ cao chuẩn hợp với dị thường độ cao thành độ cao trắc địa, cho nên đây chính là tiền đề lý thuyết cho việc sử dụng một cách có hiệu quả công nghệ định vị vệ tinh vào mục đích xác định độ cao được biết đến với tên gọi là đo cao GPS mà ta sẽ có dịp tìm hiểu kỹ trong các phần sau.

1.3. Các phương pháp xác định độ cao chuẩn 1.3.1. Phương pháp dựa trên công nghệ truyền thống §é cao chuÈn cña ®iÓm xÐt M trªn mÆt ®Êt vÒ thùc chÊt lµ kho¶ng c¸ch tÝnh theo ph¸p tuyÕn MM0 víi ellipsoid chuÈn gi÷a mÆt ®¼ng thÕ träng tr−êng chuÈn víi thÕ UN = WM ®i qua ®iÓm N vµ mÆt ellipsoid chuÈn víi thÕ U0. §óng nh− b¶n chÊt cña nã, ®é cao chuÈn nãi riªng vµ ®é cao nãi chung ph¶i g¾n víi vµ chØ cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh th«ng qua thÕ träng tr−êng cña Tr¸i §Êt. T−¬ng øng ta cã c«ng thøc [9] : hMγ =

U N −U0

(1.3.1)

γ mN

§Ó cã ®−îc (UN – U0), ng−êi ta ®· ®Æt yªu cÇu chän thÕ träng tr−êng chuÈn sao cho: U N − U 0 = WM − W0

(1.3.2)

trong ®ã W0 - thÕ träng tr−êng thùc trªn mÆt geoid. Nếu lại chọn Uo = Wo, ta sẽ có UN = WM. MÆt kh¸c, ta l¹i biÕt :

WM − W0 =

∫ g dh

(1.3.3)

trong ®ã dh - chªnh cao thuû chuÈn gi÷a hai ®iÓm kÒ nhau trªn tuyÕn ch¹y tõ ®iÓm gèc ®é cao O trªn mÆt geoid ®Õn ®iÓm xÐt M trªn mÆt ®Êt ; g - gi¸ trÞ träng lùc däc theo tuyÕn OM. Trªn thùc tÕ, nh− ®· nãi ë trªn, thay v× lÊy ®iÓm O trªn mÆt geoid vèn kh«ng thÓ chØ ra cô thÓ trªn thùc ®Þa, ng−êi ta th−êng ph¶i sö dông ®iÓm gèc ®é cao O chÊp nhËn theo mùc n−íc biÓn trung b×nh côc bé ë mét vïng biÓn cô thÓ nµo ®ã [4]. Khi ®ã ta sÏ cã: γ

hM =

γ mM

∫ g dh

(1.3.4)

BiÓu thøc (1.3.4) cho thÊy, ®Ó x¸c ®Þnh ®−îc gi¸ trÞ ®é cao chuÈn hγ, ng−êi ta ph¶i sö dông kÕt qu¶ ®o thuû chuÈn kÕt hîp víi ®o träng lùc däc tuyÕn ®o cao ®−îc dÉn tõ ®iÓm gèc ®é cao lÊy theo mÆt biÓn trung b×nh ®· chän. Ph¶i nãi rằng, cho ®Õn khi xuÊt hiÖn çch gi¶i quyÕt kh¸c do c«ng nghÖ ®Þnh vÞ toµn cÇu (GPS) mang l¹i mà ta sÏ xÐt kü ë phÝa d−íi, viÖc sö dông mùc n−íc biÓn trung b×nh vµ phÐp ®o thuû chuÈn ®Ó x¸c ®Þnh ®é cao lµ ph−¬ng ph¸p kh¶ thi duy nhÊt vµ tÊt yÕu. Ngoµi çc nh−îc ®iÓm ®· ®−îc ®Ò cËp ë phÝa trªn, ph−¬ng ph¸p ®o thuû chuÈn truyÒn thèng cßn rÊt h¹n chÕ, thËm chÝ kh«ng kh¶ thi trong ®iÒu kiÖn ®Þa h×nh phøc t¹p hoÆc bÞ chia c¾t bëi mÆt n−íc tr¶i réng. Çc nh−îc ®iÓm vµ h¹n chÕ ®· nªu sÏ ®−îc kh¾c phôc trong çch gi¶i quyÕt d−íi ®©y. 1.3.1. Phương pháp dựa trên công nghệ định vị vệ tinh Trên cơ sở biểu thức (1.2.1) ta có: hγ = H − ζ

(1.3.5)

Nh− vËy, ®o cao GPS chÝnh lµ c¬ së cña viÖc thiÕt lËp hÖ thèng ®é cao míi cã nhiÒu −u ®iÓm c¬ b¶n h¬n h¼n so víi ph−¬ng ph¸p truyÒn thèng ®· nãi ®Õn ë c¸c phÇn tr−íc.

CHƯƠNG II. XÁC ĐỊNH ĐỘ CAO CHUẨN THEO PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG 2.1. Mạng lưới độ cao hạng I, hạng II Nhà nước Mạng lưới độ cao Nhà nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam là lưới khống chế về độ cao thống nhất trong cả nước, được đo bằng phương pháp đo cao hình học nhằm mục đích phục vụ cho nhu cầu xây dựng, phát triển kinh tế, quốc phòng và nghiên cứu khoa học. Lưới độ cao hạng I, II là cơ sở để phát triển và khống chế các lưới độ cao cấp thấp và trực tiếp phục vụ cho các mục đích kinh tế, kỹ thuật khác nhau. Lưới độ cao Nhà nước lấy mực nước biển trung bình tại trạm nghiệm triều Hòn Dấu (Đồ Sơn, Hải Phòng) làm mực chuẩn “0” và được tính toán trong hệ thống độ cao chuẩn. Lưới độ cao Nhà nước hạng I, II (cũ) được xây dựng qua nhiều giai đoạn, đến nay đã bộc lộ nhiều bất cập không thể đáp ứng nhu cầu cung cấp độ cao cho việc xây dựng phát triển xã hội. Tình trạng mốc chôn chìm, cọc dấu chôn nổi, vật chuẩn không ổn định lâu dài do thời gian xây dựng đã lâu, nhiều tuyến đường giao thông được nâng cấp mở rộng, nhiều khu vực được đô thị hoá, địa hình địa vật thay đổi, cho nên nhiều mốc hiện nay không tìm thấy hoặc đã bị phá huỷ. Mặt khác cùng với thời gian độ cao của một số mốc bị thay đổi do các hoạt động địa chất của vỏ trái đất hoặc của con người, gây không ít khó khăn cho người sử dụng. Để khắc phục những tình trạng nói trên, từ năm 2001- 2004 Bộ Tài nguyên và Môi trường đã tiến hành hoàn thiện mạng lưới độ cao Nhà nước hạng I, II phủ trùm toàn Quốc và đến cuối năm 2007 toàn bộ mạng lưới độ cao này đã được tính toán và bình sai xong năm 2007. 2.1.1. Sơ lược về mạng lưới độ cao hạng I, II trước năm 2001 Mạng lưới độ cao hạng I, II hiện đang sử dụng gồm 10 đường hạng I và 41 đường hạng II, có một số đặc điểm sau:

1) Về kết cấu mạng lưới: Mạng lưới có cấu trúc đồ hình khá chặt chẽ với những vòng khép được tạo bởi các đường độ cao hạng 1, 2. Mật độ đường độ cao dày và đều trên lãnh thổ cả nước. Tuy nhiên vẫn còn đường độ cao hạng 1 có ý nghĩa quan trọng tựa như “xương sống” của lưới độ cao Nhà nước từ Đông Hà đến Đà Nẵng là đường đơn, không có các đường hạng 2 khác tạo thành vòng khép kín. Đây chính là điểm yếu nhất của của lưới độ cao Quốc gia. Bất kỳ một sai sót nào thuộc đoạn này cũng đều ảnh hưởng đến toàn bộ phần lưới độ cao ở miền Trung và Nam bộ. Ngoài ra do địa hình hẹp nên vẫn còn đoạn đường hạng I từ Rạch Giá đến Hà Tiên là đường treo. 2) Về tài liệu đo ngắm ngoại nghiệp: - Việc đo ngắm ngoại nghiệp nói chung tuân thủ nghiêm túc “Qui phạm xây dựng lưới độ cao Nhà nước hạng 1, 2, 3 và 4” do Cục đo đạc và bản đồ Nhà nước ban hành năm 1988. - Thời gian đo ngắm tương đối dài, một số đường phải xử lý nhiều lần mới đạt độ chính xác qui định. - Việc xây dựng mốc đều tuân theo qui định: Trên các đường độ cao hạng 1, 2 đều có chôn 2 loại mốc: + Loại mốc “cơ bản” chôn chìm hoặc gắn vào vỉa đá ngầm. + Loại mốc “thường” chôn chìm, chôn nửa nổi nửa chìm hoặc gắn vào tảng đá, vào chân tường nhà cao tầng, móng cầu hoặc các địa vật kiên cố khác. Các mốc được chôn theo mật độ: - Cứ cách nhau khoảng 50 – 60 km và tại các điểm nút, gần các trạm nghiệm triều, các trạm thuỷ văn, cửa sông, hồ lớn, các công trình xây dựng lớn thì chôn mốc cơ bản. - Từ 3 – 5 km (ở đồng bằng) hay 4 – 6 km (ở miền núi) chôn một mốc thường. Ở vùng khó khăn khoảng cách giữa các mốc có dài hơn nhưng không quá 8 km. Ở thành phố hoặc các công trình xây dựng lớn thì khoảng cách giữa các mốc thường có thể ngắn hơn so với mức trung bình kể trên. Tuy nhiên do sự phát triển do thời gian xây dựng đã lâu, nhiều tuyến đường giao thông được nâng cấp mở rộng, nhiều khu vực được đô thị hoá, địa hình địa vật thay đổi, cho nên nhiều mốc hiện nay không tìm thấy hoặc đã bị phá huỷ, một số mốc còn nhưng độ cao đã thay đổi.

3) Về độ chính xác đo ngắm: - Đã tiến hành đánh giá sai số trung phương ngẫu nhiên, hệ thống 1 km đường đo thuỷ chuẩn theo đúng công thức qui định cho nội nghiệp. Các sai số này nhìn chung đều đạt yêu cầu của qui phạm. - Các vòng khép về cơ bản đạt hạn sai cho phép. 4) Việc tính toán mạng lưới độ cao: - Mạng lưới được xử lý khái lược theo đúng qui định của qui phạm. Giá trị độ cao khái lược mang tính chất tạm thời được tính theo phương thức truyền độ cao theo các đường. - Chênh cao khái lược đã được hiệu chỉnh số cải chính do sự không song song của các mặt đẳng thế, tuy nhiên do thiếu số liệu trọng lực đo trên các điểm thuỷ chuẩn nên giá trị trọng lực chủ yếu được nội suy từ các bản đồ dị thường trọng lực Bouguer tỷ lệ 1/200.000, 1/500.000 của Tổng cục Địa chất, số còn lại (tại các khu vực không có bản đồ) được lấy từ số liệu trọng lực của GS.TS Phạm Hoàng Lân (Trường đại học Mỏ Địa chất – Hà Nội) cho các ô 5′ x 5′ được xây dựng từ 6000 điểm trọng lực theo phương pháp trung bình hoá liên tiếp cho các ô có điểm trọng lực trong đó và suy giải Collocation cho các ô trống còn lại. Do đó sai số khép vòng chưa phản ánh chính xác sai số đo. - Việc bình sai được thực hiện theo 2 bước: + Bình sai hệ thống các điểm nút theo phương pháp gián tiếp có tính đến những chỉ tiêu khác nhau giữa các cấp hạng về độ chính xác, chiều dài đường v.v. . . Trọng số được tính theo công thức: Pi =

k (η Li + σ i2 L2i )

-k

: Hằng số

- Li

: Độ dài đường độ cao giữa các điểm nút.

- ηi

: Là sai số trung phương ngẫu nhiên 1 km của đoạn thứ i.

- σi

: Là sai số trung phương hệ thống 1 km của đoạn thứ i.

2 i

trong đó:

+ Bình sai các đường độ cao giữa các điểm nút: Đường độ cao giữa các điểm nút được coi là một đơn có 2 đầu là là những điểm khởi tính.Việc bình

sai các đường này được thực hiện theo phương pháp gián tiếp với trọng số k được tính theo công thức:Pi = Li trong đó:

- Hệ số

- Chiều dài giữa 2 mốc.

+ Các đoạn treo dược tính truyền độ cao từ các mốc đầu đường đã tham gia tính toán bình sai trong toàn mạng lưới. 5) Về mặt chuẩn “0” Mực nước biển trung bình được tính từ dãy số liệu quan trắc tại trạm triều ký Hòn Dấu trong vòng 43 năm (từ năm 1950 đến 1992). Giá trị h0 = 1.90 m được nhận là mặt nước trung bình của trạm triều ký Hòn Dấu và là mặt chuẩn “0” của lưới độ cao Nhà nước. Tuy nhiên sau 13 năm do nhiều hoạt động địa chất cũng như sự ấm lên của vỏ trái đất thì nhiều khả năng giá trị h0 cũng sẽ thay đổi, ảnh hưởng không nhỏ đến độ cao của điểm gốc. 2.1.2. Hoàn thiện lưới độ cao nhà nước hạng I, II 1) LƯỚI “0” HÒN DẤU VÀ LƯỚI GỐC ĐỒ SƠN - Trạm triều ký Hòn Dấu Trạm triều ký Hòn Dấu nằm sát cạnh đảo Hòn Dấu (Đồ Sơn, Hải Phòng). Trạm được xây dựng năm 1929 và hoạt động từ năm 1930. Do xây dựng đã lâu nên trạm bị xuống cấp vì vậy năm 1990 Tổng cục Khí tượng thuỷ văn đã tiến hành xây dựng trạm triều ký mới. Số “0” của trạm triều ký mới được đặt trùng với số “0” của trạm triều ký cũ. Vị trí của trạm mới ở gần đảo hơn so với trạm cũ. Năm 1995 trạm cũ ngừng hoạt động và trạm mới hoàn toàn thay thế trạm cũ hoạt động cho đến nay. - Mực nước biển trung bình Mực nước biển trung bình được tính từ dãy số liệu quan trắc tại trạm triều ký Hòn Dấu. Dãy số liệu của 56 năm (từ năm 1950 – 2005), trong đó có số liệu của 10 năm (từ năm 1955 – 1964) đã được hiệu chỉnh do sự thay đổi của “0” trạm. Qua tính toán giá trị h0 = 1,9067 m được nhận là mặt nước biển trung bình của trạm triều ký Hòn Dấu và là mặt chuẩn “0” của lưới độ cao Nhà nước. - Cấu trúc lưới “0” và các mốc thuộc lưới “0”

Lưới “0” xây dựng nhằm mục đích lưu giữ ổn định và lâu dài mặt chuẩn “0” của lưới độ cao Nhà nước. Lưới “0” do chuyên gia Trung Quốc cùng cán bộ kỹ thuật Việt Nam xây dựng trong các năm 1963-1964. Năm 1991 Cục Đo đạc và Bản đồ Nhà nước (cũ) tiến hành khôi phục lại. Lưới “0” được thiết kế có dạng giẻ quạt, nằm trọn trên đảo Hòn Dấu (hình 2) VB22

VB2 Đ1

Hình 2. Sơ đồ lưới “0” Lưới “0” bao gồm 6 mốc: + Mốc A là mốc kiên cố gắn trên khối bê tông lớn, kiên cố và vững chắc. Dấu của dấu mốc là dấu đồng. + Mốc Đ1 là mốc thuỷ chuẩn thường bằng bê tông vững chắc. + Mốc VB1 là mốc gắn đá trên bờ biển. Dấu trên là mốc sứ. + Mốc O2, O3 được chôn ngầm bê tông cốt thép qui cách như mốc cơ bản loại A có dấu trên bằng đồng. + Mốc VB22 được gắn bằng đồng trên cầu bê tông đi ra trạm triều ký. - Lưới độ cao gốc đồ Sơn + Cấu trúc lưới độ cao gốc Đồ Sơn và các mốc thuộc lưới độ cao gốc Cùng với lưới “0” lưới độ cao gốc được xây dựng từ năm 1963-1964. Nhằm mục đích lưu giữ ổn định, lâu dài độ cao gốc được dắt từ lưới “0” 18

sang và làm khởi tính cho toàn bộ mạng lưới độ cao Nhà nước. Năm 1991 Cục Đo đạc và Bản đồ Nhà nước đã tiến hành khôi phục, tu sửa và đo đạc lại lưới gốc. Do xây dựng đã lâu, đến nay một số mốc đã bị mất hoặc cóthể thay đổi về độ cao do tác dộng của các yếu tố địa chất và hoạt động của con người. Do vai trò đặc biệt quan trọng của lưới độ cao gốc, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã tiến hành khảo sát, khôi phục, đo và tính toán bình sai lại lưới độ cao gốc Đồ Sơn, từ đó xác định được độ cao chính xác của điểm khởi tính cho toàn bộ mạng lưới độ cao Nhà nước hạng I, II. Mạng lưới độ cao gốc được tạo thành bởi mốc độ cao gốc Đồ Sơn, 4 cụm điểm phụ và các mốc độ cao dị thường trên trên tuyến đo (hình 3) F3

ĐG

F2 F1

Hình 3. Sơ đồ lưới gốc Sau khi khảo sát, các mốc cũ được tìm thấy và được sử dụng lại là: Mốc gốc (ĐG): Còn nguyên vẹn, vẫn bảo đảm ổn dịnh và chắc chắn. Mốc phụ 1 (F1): Được gắn bằng bê tông trên khối bê tông vững chắc dấu mốc bằng đồng. Mốc phụ 2 (F2): Được gắn trên nền đá gốc núi Đối dấu bằng đồng. Mốc phụ 3 (F3): Được gắn ở núi Voi có dạng thước thuỷ tinh quang học. Mốc phụ 4 (F4): Được gắn trên tường nhà ngân hàng Hải Phòng có dạng thước bằng đá mã não. Các mốc I(HN-HP) 20A, I(HN-HP) 19, II(HP-NB)1, L2, L4, L6, L7, L8, L13, TK2, TK4, 06A chất lượng còn tôt. Các mốc đã bị mất là: L3, L15, TK1, TK5 19

Sau khi xem xét và cần nhắc thấy: Do thời gian thi công quá gấp vì vậy chỉ tiến hành khôi phục lại 2 mốc L3 và L15, là mốc nằm ở vị trí điểm nút của lưới. Còn 2 mốc tham khảo TK1, TK5 sẽ được khôi phục khi thực hiện Đề án Xây dựng các điểm gốc Quốc gia. Như vậy lưới độ cao gốc Đồ Sơn có 21 điểm trong đó 19 mốc là các mốc cũ được tu bổ năm 1991 và 2 mốc gắn tường (qui cách như mốcđộ cao hạng I) là mốc L3, L15. Lưới độ cao gốc Đồ Sơn được bố trí đo theo 9 tuyến: F1 – Gốc – F2;

F4 – F1;

F4 – Gốc;

F2 – F3;

F1 – F2;

Gốc – L6;

F3 – F4;

F2 – F4;

L6 – F3.

9 tuyến đo tạo thành 5 vòng khép : F1 – Gốc - F2 – F1;

F4 – Gốc – F1 – F4;

F2 – Gốc – F3 – F2;

F2 – F4 – F3 – F2;

F3 – Gốc – F4 – F3. + Đo chênh cao trên các tuyến lưới gốc Đồ Sơn

•

Máy và mia dùng trong đo ngắm: Đã sử dụng 2 máy đo quang cơ là: Ni 004 và bộ mia inva 42995 + 42996, Wild N3 và bộ mia inva 5717A + 5717B.

Trước khi thi công máy, mia và các dụng cụ phụ trợ đều được kiểm tra, kiểm nghiệm đầy đủ theo yêu cầu của Thiết kế kỹ thuật đã được Cục Đo đạc và Bản đồ phê duyệt. Trước và sau khi thi công mia inva đều được kiểm định trên máy MK-1. Máy kiểm định MK-1 đặt tại Cục Đo đạc và Bản đồ dùng trong việc kiểm định các khoảng cách trên mia inva với sai số trung phương ngẫu nhiên ± 0,01 mm. Trong quá trình đo mia được đặt trên đinh sắt đóng xuống đường nhựa, kích thước đinh dài 8 cm đường kính 0.8 cm, có chóp nửa hình cầu đường kính 1 cm. Đối với đường cấp phối sử dụng cọc sắt dài 15 cm đường kính 2 cm có đỉnh mũ tròn, còn các tuyến đo trên nền đất cứng dùng cọc sắt chiều dài 25 cm đường kính 2,5 cm có mũ chụp. Nhiệt kế sử dụng có độ chính xác 00 2.

• Đo chênh cao: Đo chênh cao được tiến hành theo đúng quy trình đo hạng I qui định trong quy phạm : 20

Đo đi và về trên hai hàng cọc mia, việc tiến hành đo đi và về đối với chặng dài được tiến hành theo khoá số 8 và phân đều vào hai buổi khác nhau của ngày; Chiều dài tia ngắm không vượt quá 50 m, chiều cao tia ngắm > 0,8 m, trường hợp khoảng cách từ máy đến mia < 25m chiều cao tia ngắm > 0,5m; Khoảng cách giữa máy và mia được dùng dây kéo, sau đó do lại bằng máy, số chênh khoảng cách đều nhỏ hơn 0,5 m trong từng trạm; Khi chuyển máy, vị trí đặt chân máy đều được xoay theo chiều kim đồng hồ tuân theo qui định trong qui phạm; Thao tác đo vào các mốc có gắn thước đều tuân thủ theo đúng qui định trong Thiết kế kỹ thuật; Kết quả đo chênh cao tại các trạm nghỉ của trước và sau lúc nghỉ đều nhỏ hơn 0,7 mm; Nhiệt kế được đặt ngang tầm tia ngắm và đọc nhiệt độ cho từng trạm đo. Kết quả đo đạt các chỉ tiêu sau: TT

Tên đường

SSTP ngẫu nhiên

Bảng 2.1 SSTP hệ thống

Sai số chênh cao đi và về

F1 - ĐG – F2

0.20/±0.5

0.04/±0.05

-0.77/±9.90

F2 – F3

0.17/±0.5

0.03/±0.05

+0.15/± 9.59

F3 – F4

0.18/±0.5

0.01/±0.05

-0.50/± 8.85

F4 – F1

0.10/±0.5

0.03/±0.05

-0.52/±10.79

F1 – F2

0.19/±0.5

0.03/±0.05

+4.68/± 10.28

F2 – F4

0.31/±0.5

0.03/±0.05

-0.20/± 9.32

F4 - ĐG

0.30/±0.5

0.05/±0.05

+0.26/± 10.10

ĐG – L6

0.27/±0.5

0.05/±0.05

-0.20/± 8.05

L6 – F3

0.30/±0.5

0.01/±0.05

-1.40/± 9.42

Toàn bộ lưới độ cao gốc tạo thành 5 vòng khép chính. Kết quả tính đạt như sau: Bảng 2.2 TT

Vòng khép

Sai số khép (mm)

Hạn sai (mm)

F1 - ĐG – F2 – F1

- 5.31

± 14.0

F2 - ĐG – F3 – F2

+ 9.89

± 18.2

F3 - ĐG – F4 – F3

+ 0.11

± 18.3

F4 - ĐG – F1 – F4

- 1.61

± 15.3

F2 – F3 – F4 – F2

+ 2.66

± 16.0

Từ các kết quả trên cho thấy lưới gốc được đo với độ chính xác rất cao. 2) LƯỚI ĐỘ CAO NHÀ NƯỚC HẠNG I, II MỚI - Hệ thống mốc: Về cơ bản các mốc của mạng lưới độ cao mới đều sử dụng mốc cũ được gia cố lại. Những mốc đã mất hoặc bị phá hỏng được chôn mới tại các nơi có nền đất vững chắc, tiện lợi cho đo ngắm và bảo đảm khoảng cách giữa các mốc theo qui định. Toàn bộ các mốc được xây tường vây với kích thước 1,4m x 1,4m x 0,5m, phần chìm dưới đất là 0,3 m và nổi trên mặt đất 0,2 m, giúp cho việc bảo vệ cũng như tìm kiếm mốc được thuận tiện hơn. - Cấu trúc lưới: Sau khi được khôi phục, chôn mới và xây tường vây hệ thống các đường độ cao hạng I, II được bố trí rải đều trên lãnh thổ cả nước và có cấu trúc đồ hình chặt chẽ với 36 vòng khép kín. Trong lưới độ cao mới đã xây dựng thêm 2 đường độ cao hạng II là Anh Sơn – Khe Sanh và Đăkrông – Thành Mỹ chạy song song với đường hạng I đoạn từ Diễn Châu đến Đà Nẵng và cùng với đường hạng II Mường Xén - Diễn Châu, Đông Hà – Lao Bảo, đường hạng I Hà Nội – Vĩnh Linh, Vĩnh Linh – Hà Tiên, Đà Nẵng – Buôn Ma Thuột tạo thành 2 vòng khép kín, khắc phục được điểm yếu của lưới độ cao cũ (Phụ lục 1). Mạng lưới hạng I, II gồm 13 đường thủy chuẩn hạng I và 44 đường thủy chuẩn hạng II.

Các đường hạng I có tên đường như sau: Bảng 2.3 TT

Tên đường

Số mốc

Chiều dài (km)

Bảo Hà - Lạng Sơn

105

552.4

Bảo Hà - Thanh Hoá

175

842.3

Hà Nội - Hải Phòng

123.8

Hà Nội - Vĩnh Linh

128

581.5

Hải phòng - Móng Cái

259.5

Vĩnh Linh - Hà Tiên

367

1594.0

Buôn Ma Thuột - An Phú Đông

359.5

Bảo Hà - Hà Nội

258.4

Lạng Sơn - Hà Nội

156.6

Lạng Sơn - Tiên Yên

104.6

Hải Phòng - Ninh Bình

132.9

Đà Nẵng - Buôn Ma Thuột

110

549.0

Buôn Ma Thuột - Ninh Hoà

153.1

1211

11 335.2

Tổng ( 13 đường) Các đường hạng II có tên đường như sau: TT

Tên đường

Bảng 2.4 Số mốc

Chiều dài (km)

Bắc Ninh - Quý Trung

86.3

Hải Dương-Thái Bình

92.2

Mai Châu - Xuân Mai

112.7

Xuân Mai - Hà Nam

69.8

Xuân Mai - Hà Nội

36.0

Thọ Xuân-Tương Dương

284.2

Yên Bái - Cò Nòi

182.2

Lai Châu - Tuần Giáo

183.2

Nguyên Bình - Hà Nội

247.8

Ngô Khê - Phú Thọ

160.1

Di Linh - Phan Rang

152.5

Buôn Ma Thuột - Đức Trọng

184.8

Mỹ Trạch - Tuy Hoà

187.6

Plei Ku - Phước Lộc

151.4

Thạch Trụ - Kon Tum

182.0

Đắc Nông - Di Linh

100.0

Di Linh - Phan Thiết

99.0

Di Linh - Dầu Giây

158.6

Đông Hà - Lao Bảo

82.8

Anh Sơn - Khe Sanh

489.7

Đakrông - Thành Mỹ

250.7

Trung Lương-Trà Vinh

74.3

Mỹ Thuận - Trà Vinh

74.7

Tân Xuân-Trung Lương

107.5

Ấp Bắc - Cai Lậy

27.0

Gò Dầu - ấp Bắc

94.4

Gò Dầu - An Phú đông

64.1

Chơn thành - Gò Dầu

118.9

Hồng Ngự - ấp Bắc

104.1

Hồng Ngự - Mỹ Thuận

101.7

Châu Đốc - Hồng Ngự

33.8

Châu Đốc- Vàm Cống

64.5

Bình Sơn - Châu Đốc

93.7

Biên Hoà - Xuân Lộc

124.1

Rạch Sỏi - Sóc Cheng

33.1

Sóc Cheng-Vĩnh Tường

35.7

Vĩnh Tường - Phú Lộc

45.3

Sóc Cheng - Phú Lộc

175.7

Sóc Trăng - Phú Lộc

34.9

Cái Tắc - Sóc Trăng

45.4

Trà Vinh - Sóc Trăng

65.9

Cái Tắc - Vĩnh Tường

30.7

Vàm Cống - Cái Tắc

70.3

Mường Xén - Diễn Châu

220.7

1117

5324.1

Tổng (44 đường)

Toàn lưới tạo thành 6 vòng khép hạng I, 2 vòng khép hạng II và 36 vòng khép hạng I, II. Ngoài ra một số chỗ do địa hình hẹp không thể tạo thành vòng khép được nên tồn tại 4 đoạn treo thuộc các đường thuỷ chuẩn sau: I Hải Phòng – Móng Cái: Từ mốc 32A – 48A. I Vĩnh Linh – Hà Tiên: Từ mốc 320A – 329A. II Mường Xén – Diễn Châu: Từ mốc 1A – 9A. II Đông Hà - Lao Bảo: Từ mốc 10A – 15A. - Phương pháp đo và các tiêu chuẩn kỹ thuật chính Lưới độ cao Nhà nước hạng I, hạng II được đo theo đúng quy định của “Quy phạm xây dựng lưới độ cao Nhà nước hạng I, II. II. IV do Cục Đo đạc và Bản đồ Nhà nước ban hành năm 1988. Đường độ cao hạng I được đo đi đo về bằng hai hàng mia (đối với máy đo quang cơ) và theo một hàng mia (đối với máy đo điện tử). Sai số trung phương ngẫu nhiên của chênh lệch độ cao trung bình đo đi đo về trên 1 km không vượt quá 0,50 mm, sai số trung phương hệ thống không vượt quá 0,05 mm. Đường độ cao hạng II được đo đi đo về bằng một hàng mia. Sai số trung phương ngẫu nhiên của chênh lệch độ cao trung bình đo đi đo về trên 1km không vượt quá 1,00 mm, sai số trung phương hệ thống không vượt quá 0,15 mm. Sai số khép vòng cho phép được tính theo công thức : 25

Wcho phép = ± 5 mm

Wcho phép = ± 2,5 mm

LI + LII cho vùng đồng bằng, 4

2,25LI + 6,25LII cho vùng núi,

trong đó: LI, LII là độ dài đường độ cao hạng I, II; Vùng núi là vùng khi đo có số trạm máy trên 1 km lớn hơn 15. Máy và mia dùng trong thi công: Các đơn vị thi công đã dùng hai loại máy để đo ngắm là: Máy thủy chuẩn quang cơ: Ni004, Will N3 và bộ mia INVA. Máy thủy chuẩn điện tử: DL-101C, DL-102C và bộ mia có dạng mã vạch của hãng TOPCON (Nhật Bản) đã được Tổng cục địa chính cho phép sử dụng. Máy và mia được kiểm tra, kiểm nghiệm trước và sau khi đo theo đúng yêu cầu của Qui phạm. Chất lượng máy và mia dùng để đo độ cao hạng I, II đều đạt các yêu cầu kỹ thuật.

2.2. Các số hiệu chỉnh do ảnh hưởng của trọng trường Ảnh hưởng của trọng trường được tính đến thông qua hai số hiệu chỉnh, đó là: do sự không song song giữa các mặt đẳng thế trọng trường thực và do sự không song song giữa mặt đẳng thế trọng trường thực và mặt đẳng thế trọng trường chuẩn. Các số hiệu chỉnh này có dạng: δ =-

γm

(γ 0B − γ 0A ) H m +

γm

( g − γ ) m ∆hBA ,

trong đó:

γ m = (γ 0 )ϕm − 0,15H m là giá trị trọng lực trung bình của mạng lưới tính bằng mgal;

γ 0A , γ 0B là giá trị trọng lực chuẩn tại điểm A và B tính bằng mgal. Giá trị trọng lực chuẩn của Elipsoid qui chiếu WGS-84 được tính theo công thức:

γ 0 = 978032,5(1 + 0,0053024sin 2 B − 0,0000058sin 2 2 B) ,

trong đó B là vĩ độ trung bình của khu vực tính chuyển giá trị độ cao. (g - γ)m là giá trị trung bình dị thường trọng lực chân không giữa 2 điểm A, B, lấy đơn vị là mgal. Nó có thể tính trực tiếp từ giá trị trọng lực đo tại chính các mốc độ cao hoặc được nội suy theo bản đồ dị thường trọng lực; Nếu dị thường trọng lực được sử dụng là dị thường Bouguer thì phải chuyển thành dị thường chân không. Hm là độ cao trung bình của 2 điểm A, B tính bằng m. ∆hAB là chênh cao độ cao đo được giữa hai điểm A và B tính bằng m.

Tư liệu sử dụng để tính số cải chính độ cao chuẩn được lấy từ các nguồn tài liệu sau: Kết quả đo trọng lực trên các điểm thuỷ chuẩn do bộ Tài nguyên và Môi trường thực hiện trong các năm 2005-2007; Tại những mốc không có giá trị trọng lực đo được thì giá trị dị thường trọng lực (g - γ) được nội suy từ bản đồ dị trường trọng lực Bouguer tỷ lệ 1/200.000, 1/500.000 do Cục địa chất Việt Nam lập.

2.3. Xử lí toán học mạng lưới độ cao hạng I, hạng II Nhà nước 2.3.1. Tính khái lược

1) Số cải chính mia được tính theo công thức: δmia = f.h

(mm) ,

trong đó: f – số hiệu chỉnh độ dài 1 m của mia nhận được qua kết quả kiểm nghiệm; h – chênh cao đo. 2) Tính số cải chính do nhiệt độ thay đổi cho dải inva theo công thức: (mm) , δnhiêt = α.h.(tđo – tk) trong đó: α - hệ số nở dài của dải Inva, α = 2x10-6 ; h - chênh cao đoạn đo; tđo - nhiệt độ trung bình của không khí khi đo, lấy đến 0,1 độ ; 27

tk - nhiệt độ khi kiểm nghiệm, lấy đến 0,1 độ. 3) Tính sai số trung phương ngẫu nhiên, hệ thống 1 Km đường thuỷ chuẩn: Sai số trung phương ngẫu nhiên và hệ thống cho 1 Km độ cao được tính theo các công thức sau: η2 =

⎧⎪ 1 ⎡ ∆2 ⎤ ⎡ S 2 ⎤ ⎫ 1 ⎨ ⎢ ⎥ − ⎢ ⎥⎬ ; 4(n − N ) ⎪⎩ 4 ⎣ R ⎦ ⎣ L ⎦ ⎭

σ2 =

⎫ 1 ⎧⎪ 1 ⎡ S 2 ⎤ 2 ⎨ ⎢ ⎥ − Nη ⎬ . [R] ⎪⎩ 4 ⎣ L ⎦ ⎭

Kết quả đạt được: Hạng I:

ηmax = 0,389 mm < ηcho phép = 0,5 mm σmax = 0.05 mm ≤ σcho phép = 0,05 mm

Hạng II:

ηmax = 0,767 mm < ηcho phép = 1,0 mm σmax = 0.15 mm ≤ σcho phép = 0,15 mm

4) Tính sai số khép vòng: Các chênh cao đo sau khi được hiểu chỉnh các số cải chính mia, cải chính nhiệt và cải chính sự không song song của các mặt đẳng thế được gọi là chênh cao khái lược. Chúng được sử dụng để tính các sai số khép vòng. Kết quả khép vòng được nêu ở bảng sau: Bảng 2.5 TT

Sai số khép (mm)

Sai số khép cho phép (mm)

-7.86

74.11

-30.0

118.82

-11.26

91.91

51.55

67.25

47.84

55.94

18.67

63.66

3.22

58.30

-20.24

55.87

37.88

80.50

16.41

102.20

-43.70

90.88

6.60

71.98

93.35

110.53

75.32

131.52

-60.25

95.03

-40.20

87.08

-11.91

97.40

6.36

97.24

-2.65

84.48

10.75

95.00

62.89

96.18

3.52

85.20

-29.10

85.19

-17.90

91.06

3.00

58.47

0.44

70.92

-2.54

73.21

28.36

64.32

-57.34

82.22

-18.44

77.97

26.02

73.16

15.33

68.26

30.73

67.99

-5.37

80.11

-28.81

62.25

-1.31

55.22

Kết quả ở bảng trên cho thấy tất cả 36 vòng khép đều đạt hạn sai qui định: + Đối với đường hạng II: W cho phép = ±4 L (vùng đồng bằng) Wcho phép = ±5 L (vùng núi) + Đối với các vòng gồm 2 cấp hạng Wcho phép trong đó:

= ± 5

LI + L 4

W là sai số khép độ cao lấy đơn vị là mm; L là chiều dài đường hoặc vòng khép lấy đơn vị là km.

2.3.2. Tính toán bình sai lưới độ cao quốc gia

1) BÌNH SAI LƯỚI THUỶ CHUẨN GỐC ĐỒ SƠN Lưới độ cao gốc được thiết kế với mục đích lưu giữ độ cao gốc Quốc gia, vì vậy bất cứ giá trị độ cao nào trong lưới đều có thể nhận làm điểm gốc được. Lưới gốc được bình sai bằng phương pháp gián tiếp. Điểm độ cao khởi tính là điểm gốc ký hiệu TCG-ĐG có độ cao được tính chuyền từ lưới “0” ngoài đảo Hòn Dấu sang. Độ chính xác nhận được sau bình sai như sau: - Sai số trung phương trọng số đơn vị µ0 = 0.76 mm - Sai số trung phương 1 Km thuỷ chuẩn mh = 0.76 mm - Sai số trung phương độ cao lớn nhất Mhmax = 2.56 mm - Sai số trung phương độ cao nhỏ nhất Mhmin = 0.78 mm Kết quả trên cho thấy lưới gốc được đo với độ chính xác rất cao. So sánh kết quả tính toán bình sai của năm 2004 với năm 1994 cho thấy trong lưới gốc Đồ Sơn có điểm L6 và L11 có độ cao ổn định nhất, các điểm I(HN-HP)20A, I(HN-HP) 19 và II(HP-NB)1 đều biến động vượt quá hạn sai cho phép. Vì thế, thay cho điểm I(HN-HP) 20A đã được sử dụng làm điểm khởi tính cho toàn mạng lưới độ cao hạng I, II trong giai đoạn trước, nay điểm L6 được lấy làm điểm khởi tính cho toàn mạng lưới độ cao hạng I, II trong giai đoạn mới.

2) BÌNH SAI TỔNG THỂ LƯỚI ĐỘ CAO NHÀ NƯỚC HẠNG I, II - Bình sai lưới độ cao Việc bình sai tổng thể lưới độ cao Nhà nước hạng I, II được tiến hành theo phương pháp gián tiếp, với điểm khởi tính là điểm L6 thuộc lưới độ cao gốc Đồ Sơn có tính cải chính mực nước biển trung bình với chu kỳ 56 năm (từ năm 1950 đến năm 2005). Trọng số có tính đến những chỉ tiêu khác nhau giữa các cấp hạng về độ chính xác, chiều dài đường v.v. . . Độ chính xác nhận được sau bình sai như sau: + Sai số trung phương trọng số đơn vị

µ0 = 0.92 mm (hạng I) µ0 = 2.29 mm (hạng II)

+ SSTP độ cao điểm hạng I nhỏ nhất Mhmin = 3.26 mm + SSTP độ cao điểm hạng I lớn nhất Mhmax = 34.47 mm + SSTP độ cao điểm hạng II nhỏ nhất Mhmin = 7.56 mm + SSTP độ cao điểm hạng II lớn nhất Mhmax = 38.29 mm - Các đường treo Có 4 đường độ cao; Hài phòng – Móng cái (đoạn từ mốc I HP-MC 32A đến I HP-MC 48A), Mường Xén - Diễn Châu (đoạn từ mốc II MX-DC 1A đến II MX-DC 9A), Đông Hà – Lao Bảo (đoạn từ mốc II ĐH-LB 10A đến II ĐH-LB 15A), Vĩnh Linh – Hà Tiên (đoạn từ mốc I VL-HT 320A đến I VL-HT 329A) là các đường treo. Độ cao của các điểm thuộc 4 đường này được tính truyền từ các mốc đầu tiên của mỗi đường đã được tham gia tính toán bình sai tổng thể trong cả mạng lưới hạng I, II.

đích phát triển kinh tế - xã hội, nghiên cứu khoa học, bảo vệ an ninh, quốc phòng v.v . . 4) Tuy nhiên do hình thể nước ta dạng kéo dài từ Bắc xuống Nam, nên việc tính chuyền độ cao xuất phát từ một điểm gốc ở phía Bắc dẫn đến hiện tượng càng đi xuống phía Nam các điểm độ cao càng bị ảnh hưởng của sai số hệ thống lớn hơn. Mặt khác, hệ thống độ cao quốc gia mới chỉ được xây dựng trên phạm vi lãnh thổ, mà chưa có trên các đảo và lãnh hải nói chung. Chính vì thế, bài toán thiết lập hệ thống độ cao quốc gia thống nhất cho cả lãnh thổ và lãnh hải với nhiều điểm gốc là vấn đề đã đến lúc cần được đặt ra để xem xét, giải quyết.

CHƯƠNG 3. THIẾT LẬP CƠ SỞ ĐỘ CAO CHUẨN THEO SỐ LIỆU GPS VÀ SỐ LIỆU TRỌNG LỰC TRÊN DẢI VEN BỜ VÀ MỘT VÀI ĐẢO Ở VIỆT NAM 3.1. Nguyên lý đo cao GPS và các phương án triển khai 3.1.1. Nguyên lý đo cao GPS

Ta viết lại (1.2.1) ở dạng sau: hγ = H − ζ

(3.1.1)

Nhê cã c«ng nghÖ ®Þnh vÞ vÖ tinh mµ cô thÓ lµ hÖ thèng GPS ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc ®é cao tr¾c ®Þa trong hÖ to¹ ®é t−¬ng øng vµ trªn c¬ së ®ã sÏ kh«ng mÊy khã kh¨n nhËn ®−îc gi¸ trÞ ®é cao tr¾c ®Þa H so víi ellipsoid chuÈn phï hîp víi thÕ träng tr−êng chuÈn ®· ®−îc chÊp nhËn ®Ó tÝnh ra çc gi¸ trÞ dÞ th−êng träng lùc cÇn thiÕt cho viÖc x¸c ®Þnh dÞ th−êng ®é cao ζ theo çc c«ng thøc chÆt chÏ cña Molodenski M.S. hoÆc theo çc c«ng thøc gÇn ®óng cña Stokes. Çch x¸c ®Þnh ®é cao chuÈn trªn c¬ së c«ng thøc (7) ®uîc biÕt ®Õn víi tªn gäi phæ biÕn trong çc tµi liÖu chuyªn m«n lµ ph−¬ng ph¸p ®o cao GPS [7]. Nh− vËy, ®o cao GPS chÝnh lµ c¬ së cña viÖc thiÕt lËp hÖ thèng ®é cao míi cã nhiÒu −u ®iÓm c¬ b¶n h¬n h¼n so víi ph−¬ng ph¸p truyÒn thèng ®· nãi ®Õn ë çc phÇn tr−íc. 3.1.2. Các phương án triển khai Çc phư¬ng ¸n ®o cao GPS ®Òu dùa trªn d¹ng sè liÖu c¬ b¶n chung lµ ®é cao tr¾c ®Þa H ®ược x¸c ®Þnh tõ kÕt qu¶ ®o GPS. Chóng chØ kh¸c nhau ë çch x¸c ®Þnh thµnh phÇn thø hai lµ ®¹i lưîng ζ [3]. 1) Trường hîp x¸c ®Þnh trùc tiÕp ζ Sè liÖu ®ược sö dông lµ çc gi¸ trÞ dÞ thưêng träng lùc ch©n kh«ng ®ưîc cho trªn ph¹m vi toµn bé bÒ mÆt Tr¸i ®Êt:

∆g = gs - γ Σ

Gi¸ trÞ dÞ thường ®é cao ζ t¹i ®iÓm xÐt sÏ ®ược x¸c ®Þnh trªn c¬ së gi¶i bµi to¸n biªn trÞ cña lý thuyÕt thÓ theo c¸ch ®Æt vÊn ®Ò cña Molodenski. Lêi 33

gi¶i cuèi cïng ë d¹ng xÊp xØ bËc nhÊt ®¶m b¶o tho¶ m·n yªu cÇu ®é chÝnh x¸c cao cña thùc tÕ, c¶ ë vïng cã bÒ mÆt ®Þa h×nh biÕn ®æi phøc t¹p như vïng nói, cã d¹ng:

ζ(B,L,hγ) = R 2 G1 = 2π

R 4πγ

∫∫ω

∫∫ω ( ∆ g + G γ

− h r

0 3

)S (4)dω ;

(3.1.2)

γ p

∆ gd ω

(3.1.3)

trong ®ã R, γ lµ b¸n kÝnh trung b×nh vµ gi¸ trÞ träng lùc chuÈn trung b×nh cña Tr¸i ®Êt ; r0 lµ kho¶ng çch tÝnh theo d©y cung gi÷a ®iÓm xÐt vµ ®iÓm ch¹y trªn mÆt cÇu ; dω lµ phÇn tö gãc nh×n. G1 chÝnh lµ ¶nh hưởng cña bÒ mÆt ®Þa h×nh trong gi¸ trÞ dÞ thưêng träng lùc. Nã cã thÓ lµm cho gi¸ trÞ dÞ thường ®é cao ζ thay ®æi tíi 5-7 cm. ChÝnh v× vËy khi cÇn ®¹t ®é chÝnh x¸c cao còng nh ë vïng nói, nhÊt thiÕt ph¶i tÝnh ®Õn ¶nh hưởng nµy. Trong trưêng hîp ngược l¹i cã thÓ sö dông c«ng thøc Molodenski ë d¹ng xÊp xØ bËc 0, ®ã chÝnh lµ c«ng thøc Stokes ®· ®ưîc biÕt ®Õn tõ rÊt l©u. 2) Trưêng hîp x¸c ®Þnh gi¸n tiÕp ζ CÇn cã sè liÖu ®o GPS vµ sè liÖu ®o thuû chuÈn kÕt hîp víi sè liÖu träng lùc däc tuyÕn ®o cao. Khi ®ã ta sÏ tÝnh ®ược hiÖu ζ = ( H - hγ) cho mét sè Ýt “®iÓm cøng”, ch¼ng h¹n N ®iÓm. B»ng çch sö dông çc ph ư¬ng ph¸p néi suy kh¸c nhau, ch¼ng h¹n, b»ng ®a thøc, hµm spline, kriging, collocation v.v… ta cã thÓ néi suy çc liÖu ®ã tõ “®iÓm cøng” sang cho ®iÓm xÐt bÊt kú ®ưîc bao quanh bëi çc “®iÓm cøng”. Ngoµi sè liÖu ®o GPS vµ ®o cao thuû chuÈn ta cßn cã thÓ sö dông çc sè liÖu bæ sung như : sè liÖu dÞ thường träng lùc trong mét ph¹m vi h¹n chÕ nµo ®ã, sè liÖu ®é cao ®Þa h×nh. Chóng cã kh¶ n¨ng “lµm nh½n” mÆt quasigeoid vµ do vËy cho phÐp ®¬n gi¶n ho¸ qu¸ tr×nh néi suy ®Ó cã thÓ ®¹t tíi ®é chÝnh x¸c cao h¬n.

3.2. Xác định độ cao trắc địa theo số liệu đo GPS chính xác cao 3.2.1. Đo GPS chính xác cao

Chúng tôi đã chọn ra 5 điểm phân bố tương đối đều trên dải ven bờ và một vài đảo lớn ở vùng biển phía Bắc và phía Nam ta làm các điểm gốc trong mạng lưới độ cao thống nhất cho cả lãnh thổ và lãnh hải của nước ta, đó là các điểm: Bạch long vĩ thuộc tỉnh Quảng ninh, Đồ sơn thuộc TP Hải phòng, Đại lãnh thuộc tỉnh Quảng nam, Vũng tàu và Côn đảo thuộc tỉnh Bà rịa – Vũng tàu. Tại các điểm đó đã tiến hành đo GPS đồng thời trong 3 ngày đêm liên tục bằng các máy thu hai tần số. Công tác đo đạc được triển khai vào cuối tháng 3 năm 2009 trong điều kiện thời tiết thuận lợi. Thông tin khái quát về số liệu đo được nêu trong bảng 3.1 Bảng 3.1 STT 1

Tªn ®iÓm CDAO

VTAU

QNAM

Start Time

Stop Time

2009-3-21

2009-3-25

23:42:15

00:21:15

2009-3-21

2009-3-22

23:53:15

11:20:15

2009-3-22

2009-3-23

11:32:45

06:10:45

2009-3-23

06:18:00

23:26:15

2009-3-23

2009-3-24

23:44:00

13:19:15

2009-3-24

2009-3-25

13:26:00

00:04:45

2009-3-21

2009-3-22

23:59:15

23:30:30 35

Lo¹i Antenna

§é cao Antenna

Ghi chó

Zephyr Geodetic

1.230m

§o liªn tôc thµnh 1 file, Antenna tèt

Compact L1/L2 1.472m w/Ground Plane

Lo¹i Antenna tèt, Lo¹i m¸y thÕ hÖ cò, bé nhí Ýt, kh«ng thu ®îc P2, File ®o bÞ ng¾t qu·ng thµnh 5 ®o¹n rêi r¹c kh«ng theo 3 ngµy ®o

Zephyr

Lo¹i kh«ng

1.490m

Antenna tèt, Lo¹i

BLVI

DSON

2009-3-22

2009-3-23

23:37:15

09:44:45

2009-3-23

09:51:45

23:33:15

2009-3-23

2009-3-24

23:39:00

23:59:00

2009-3-21

2009-3-23

23:42:00

00:09:45

2009-3-23

2009-3-24

00:38:45

00:11:15

2009-3-24

2009-3-25

00:28:15

00:00:45

2009-3-21

2009-3-22

23:42:00

23:57:30

2009-3-23

00:47:00

23:56:30

2009-3-24

2009-3-25

00:34:15

00:01:00

m¸y tèt, File ®o bÞ ng¾t thµnh 4 ®o¹n rêi r¹c kh«ng theo 3 ngµy ®o.

Trimble 5800 Internal

Lo¹i Antenna kh«ng tèt, Lo¹i m¸y tèt, File ®o bÞ ng¾t thµnh 3 ®o¹n rêi r¹c gÇn theo 3 ngµy ®o.

1.565m

0.811m Trimble 5800 Internal

§é cao Antenna thay ®æi. Lo¹i Antenna kh«ng tèt, File ®o bÞ ng¾t thµnh 3 ®o¹n gÇn theo 3 ngµy ®o.

0.754m 0.754m

3.2.2. Thực hiện xử lí số liệu bằng phần mềm Bernese 5.0 1) ChuÈn bÞ çc d÷ liÖu chung Çc file bæ trî phôc vô cho viÖc tÝnh to¸n b»ng phÇn mÒm Bernese theo çc thêi gian kh¸c nhau, ®ưîc lÊy từ trang Web chÝnh thøc cña phÇn mÒm Bernese, nã ®ưîc ®Æt trong thư môc {X}/GEN gåm çc d÷ liÖu sau:

Bảng 3.2 STT

Lo¹i d÷ liÖu

Tªn file

§Þnh nghÜa hÖ to¹ ®é

DATUM.

Th«ng tin phôc vô viÖc xuÊt ra file ION

IONEX.

C¸c tham sè c¨n chØnh t©m Phase

PHAS_IGS.REL

Danh s¸ch m¸y thu vµ Antenna

RECEIVER.

T×nh tr¹ng vÖ tinh

SAT_2009.CRX

M« h×nh dÞch chuyÓn chương ®éng

IAU2000

M« h×nh chuyÓn ®éng quay Tr¸i ®Êt

IERS2000

Quü ®¹o MÆt tr¨ng, MÆt trêi, Tr¸i ®Êt

DE200.EPH

C¸c file hÖ sè ®iÒu hoµ cÇu Tr¸i ®Êt

GEMT3.JGM3.EGM96.

Th«ng tin vÒ c¸c vÖ tinh

SATELLIT.

Tham sè dÞch chuyÓn cùc Tr¸i ®Êt

POLOFF.

- Việc xử lý, tính toán được thực hiện trên cơ sở kết nối với số liệu đo đạc tại một số trạm IGS trong khu vực. Çc trạm đó được lựa chọn theo çc tiªu chÝ sau: + Ph¶i lµ çc tr¹m ®ưîc qu¶n lý bëi tæ chøc IGS, ph¶i tham gia vµo viÖc x©y dùng Frame IGS vµ ITRF hiÖn hµnh; + D÷ liÖu ®o d¹ng RINEX vµ çc th«ng tin phô trî ph¶i ®ược cung cÊp chÝnh thøc vµ ®Çy ®ñ cïng víi thêi gian diÔn ra ®ît ®o cña chóng ta; + Çc d÷ liÖu to¹ ®é vµ vËn tèc trong Frame tham chiÕu hiÖn thêi ph¶i ®ược c«ng bè chÝnh thøc, ®Çy ®ñ vµ tÝnh to¸n Update, cËp nhËt thường xuyªn khi cã çc biÕn ®æi ®Þa ®éng häc x¶y ra; + Ph¶i cã vÞ trÝ ph©n bè ®Òu vÒ çc hướng vµ gÇn khu vùc ViÖt nam; + §Ó gi¶m ¶nh hưởng cña sai sè m« h×nh vËn tèc, nªn chän cïng m¶ng kiÕn t¹o víi khu vùc ViÖt nam ( m¶ng ¢u- Á ). Theo çc tiªu chÝ trªn, chóng t«i quyÕt ®Þnh chän 4 ®iÓm IGS lµ: KUNM, SHAO, PIMO vµ NTUS lµm çc ®iÓm tham chiÕu phôc vô viÖc xö lý tÝnh to¸n (hình 4) Ngoµi ra çc d÷ liÖu phô trî kh¸c còng ®ưîc chóng t«i lÊy tõ çc nguån c«ng bè chÝnh thøc cña trung t©m IGS. §©y lµ çc d÷ liÖu mới nhất, ®ược xö lý kÕt hîp tõ nhiÒu trung t©m IGS khu vùc, do vËy kÕt qu¶ cã ®é chÝnh x¸c vµ tin cËy cao.

Hình 4. Các điểm IGS khu vực

- B¶ng danh môc c¸c d÷ liÖu cÇn chuÈn bÞ cho xö lý 1 ngµy ®o

Bảng 3.3 STT Th môc

Tªn Files

Lo¹i d÷ liÖu

COD15241.ION

File d÷ liÖu m« h×nh ho¸ tÇng ®iÖn ly

IGS15241.PRE

File d÷ liÖu quü ®¹o vÖ tinh chÝnh x¸c cña vÖ tinh

C04_2009.ERP

M« h×nh chuyÓn ®éng quay cña cùc Tr¸i ®Êt t¹i thêi ®iÓm ®o

P1C10903.DCB

HiÖu Code P1 vµ C1 ®èi víi vÖ tinh vµ m¸y thu

*.09O

Çc files RINEX ®o GPS cña çc tr¹m quan tr¾c vµ çc tr¹m IGS, chuÈn ho¸ gän 1 ngµy

NT-09.ABB

Th«ng tin chuyÓn ®æi tªn ®iÓm 2 vµ 4 ký tù

NT-09.BSL

Th«ng tin ®Þnh nghÜa c¸c ph©n sai ®¬n, ®éc lËp, ng¾n vµ phï hîp víi ®Æc thï d÷ liÖu

NT-09.BLQ

M« h×nh ho¸ sù biÕn thiªn thuû triÒu t¹i tÊt c¶ c¸c tr¹m ®o.

IGS_05.VEL

VËn tèc chuyÓn dÞch c¸c tr¹m IGS theo Frame tham chiÕu IGS05

IGS_05.FIX

§Þnh nghÜa c¸c tr¹m IGS ®îc coi lµm FIX

IGS_05.CRD

To¹ ®é c¸c tr¹m IGS trong Frame IGS05 t¹i Epoch: 2000 – 01 – 01

IGS05082.CRD

To¹ ®é c¸c tr¹m IGS trong Frame IGS05 t¹i Epoch gi÷a ®ît ®o: 2009 – 03 – 23

ATM

2 3

ORB

4 5

RAW

STA

2) Xö lý d÷ liÖu quü ®¹o vÖ tinh - S¬ ®å quy tr×nh c«ng nghÖ như sau:

+ Thùc hiÖn trªn d÷ liÖu:

• T¹o file Tabular Orbir tõ file Quü ®¹o vÖ tinh chÝnh x¸c Ch¹y ch¬ng tr×nh: PRETAB b»ng c¸ch gäi Menu "Menu>Orbits/EOP>Create tabular orbits". Thu ®îc c¸c Files trong th môc ORB nh sau: STT Tªn File

Ngµy ®o

Igs15240.TAB

22-03-2009

Igs15241.TAB

23-03-2009

Igs15242.TAB

24-03-2009

• T¹o file quü ®¹o vÖ tinh chuyên dïng trong Bernese Trong bước nµy, thùc hiÖn viÖc t¹o ra file quü ®¹o vÖ tinh theo chuÈn cña Bernese. File nµy sÏ ®ược dïng trong toµn bé qu¸ tr×nh xö lý tiÕp theo cña Bernese, ®ång thêi ước tÝnh sai sè cña quü ®¹o cña c¸c vÖ tinh Ch¹y chương tr×nh: ORBGEN tõ menu: "Menu>Orbits/EOP>Create standard orbits", 40

thu ®ược c¸c Files trong thư môc ORB cña mçi ngµy ®o như sau: STT Tªn File

Ngµy ®o

Igs15240.STD

22-03-2009

Igs15241.STD

23-03-2009

Igs15242.STD

24-03-2009

Sai sè quü ®¹o vÖ tinh : -----------------------------------------------------------------------------RMS ITERATION:

ERRORS

AND

MAX.

RESIDUALS

ARC

NUMBER:

------------------------------------------------------------------------------

QUADRATIC MEAN OF O-C (M)

MAX. RESIDUALS

(M) SAT

#POS

RMS (M)

TOTAL

RADIAL

ALONG

OUT

RADIAL

ALONG

---

----

-------

0.01

0.02

0.01

0.02

0.00

0.01

0.00

0.01

0.02

0.01

0.00

0.01

OUT -----------------------------

----------------

----

0.02

0.01

0.02

0.01

Như ta thÊy, th«ng tin quan träng nhÊt mµ chóng ta cÇn kiÓm tra lµ sai sè trung phương ( RMS ) quü ®¹o cña hÇu hÕt c¸c vÖ tinh đều bằng 1 ®Õn 2 cm, tức là hoµn toµn ®¹t yªu cÇu cần đáp ứng. 3) Xö lý d÷ liÖu RINEX vµ c¸c bưíc tiÒn xö lý d÷ liÖu S¬ ®å quy tr×nh c«ng nghÖ như sau:

4) Ảnh hưởng của tầng điện ly và địa triều Các ảnh hưởng này được trình bày được trình bày trong Báo cáo chuyên đề tương úng. Về ảnh hưởng của tầng điện ly chúng tôi đã thu thập và nghiên cứu các tài liệu chuyên môn liên quan đến việc xác định TEC bằng số liệu đo GPS, trên cơ sở đó đã lựa chọn phương pháp kết hợp sử dụng tín hiệu code và tín hiệu pha là phương pháp tối ưu đã được áp dụng ở nước ngoài. Kết quả nghiên cứu đã được triển khai thông qua các thuật toán và chương trình tính toán do chúng tôi xây dựng để thực nghiệm trên số liệu thực tế ở vùng Sóc sơn – Tam đảo. Lần đầu tiên ở nước ta phương pháp sử dụng kết hợp tín hiệu code và tín hiệu pha đã được sử dụng thành công để xác định STEC và trên cơ sở sử dụng phép lọc Kalman đã xây dựng được mô hình TEC có độ chính xác khá cao là 1,5 TECU về giá trị tuyệt đối và nhỏ hơn 10% về giá trị tương đối. Với độ chính xác như thế thì ảnh hưởng của tầng điện ly tới kết quả xác định khoảng cách tới vệ tinh sẽ là 0,3 m. Tương ứng, theo công thức đánh giá đã công bố của PGS. TSKH Hà Minh Hoà, sai số xác định chênh cao trắc địa sẽ là: 0,3 m/3 = 0,1m. Trong trường hợp sử dụng máy thu GPS hai tần cộng với việc sử dụng các phần mềm xử lý tốt nhất như BERNESE, ảnh hưởng của tầng điện ly còn được làm giảm đi đáng kể hơn nữa. Các kết quả phân tích, đánh giá nêu trong phần khảo sát chuyên đề cho thấy khi không tính đến hiện tượng triều Trái đất do sức hút của Mặt trăng - Mặt trời, trong cùng một thời gian, sai số được gây ra của hiệu độ cao trắc địa có thể đạt tới 1cm với khoảng cách 300km, và đạt tới 4cm với khoảng cách khoảng 1500km. Như vậy khi giải quyết bài toán truyền độ cao trắc địa độ chính xác cao bằng công nghệ GPS trên các khoảng cách lớn bắt buộc phải tính đến ảnh hưởng của sức hút Mặt trăng - Mặt trời (hiện tượng triều của Trái đất – Solid Earth Tide) Các hiện tượng triều Trái đất và triều cực Trái đất ảnh hưởng lớn đến kết quả xử lí dữ liệu đo GPS độ chính xác cao trên các khoảng cách lớn. Do đó việc tính đến ảnh hưởng của các hiện tượng này phải là yếu tố bắt buộc trong quy trình xử lí dữ liệ đo GPS độ chính xác cao trên các khoảng cách lớn. Điều nêu trên đòi hỏi phải lựa chọn các phần mềm xử lí dữ liệu đo GPS độ chính xác cao thích hợp, có tính đến ảnh hưởng của các hiện tượng này. Phần mềm BERNESE hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu đặt ra ở trên.

5) Kết quả tính toán toạ độ và độ cao trắc địa Sau khi xö lý, thu ®ưîc kÕt qu¶ như sau: - To¹ ®é rót gän: GPS NGHIEM TRIEU

23-APR-09 00:11

------------------------------------------------------------------------------LOCAL GEODETIC DATUM: IGS05

NUM

STATION NAME

EPOCH: 2009-03-23 12:00:00

X (M)

Y (M)

Z (M)

FLAG

BLVI

-1824508.2141

5706301.2096

2181207.1378

COND

-1798210.9215

6044089.5417

953922.9424

DSON

-1724380.5987

5714555.0982

2239890.2743

KUNM

-1281255.8546

5640746.0959

2682879.9116

NTUS

-1508022.9496

6195576.6273

148799.3920

PIMO

-3186293.7985

5286624.2692

1601158.3108

QNAM

-1890362.0554

5838864.4654

1730523.9601

SHAO

-2831733.6278

4675665.8953

3275369.3690

VTAU

-1849664.4704

5995283.3863

1143314.1881

Trong kÕt qu¶ nµy, to¹ ®é cña c¸c tr¹m IGS cung thay ®æi cho phï hîp víi ®å h×nh kh«ng gian cña c¸c trÞ ®o vµ m« h×nh quü ®¹o vÖ tinh chÝnh x¸c. - To¹ ®é ®Çy ®ñ vµ sai sè: Bảng 3.5

Reference epoch: 2009-03-23 12:00:00

-------------------------------------------------------------------------Name

Typ

Estimated value

RMS error

BLVI

-1824508.2141

0.0010

5706301.2096

0.0017

3-D ellipsoid

2-D ellipsoid

COND

DSON

KUNM

NTUS

PIMO

2181207.1378

0.0009

-15.5963

0.0018

4.2

20 7 47.915965

0.0008

5.8

107 43 51.362224

0.0008

0.0008 -2.7

-1798210.9215

0.0011

6044089.5417

0.0019

953922.9424

0.0009

3.9999

0.0020

8 39 33.316781

0.0009

0.0009 174.3

0.0009 174.0

106 34 6.825845

0.0010

0.0010 -1.2

0.001

-1724380.5987

0.0010

5714555.0982

0.0019

2239890.2743

0.0010

-6.4211

0.0021

5.0

20 41 43.905294

0.0008

2.5

106 47 28.728472

0.0009

0.0008 -4.3

-1281255.8546

0.0009

5640746.0959

0.0013

2682879.9116

0.0009

1986.2241

0.0013

25 1 46.337132

0.0008

0.0008 18.3

0.0008 24.1

102 47 49.908480

0.0009

-1508022.9496

0.0010

6195576.6273

0.0013

148799.3920

0.0009

75.4016

0.0013

0.0014 10.6

1 20 44.885508

0.0009

0.0009 167.2

0.0009 162.1

103 40 47.847754

0.0010

0.001

-3186293.7985

0.0010

0.0008 15.1 0.0008

2.0

0.0008 18.0 0.0009

7.3

4.2

6.1

QNAM

SHAO

VTAU

BLVI

5286624.2692

0.0012

1601158.3108

0.0008

95.5225

0.0013

14 38 8.591788

0.0008

0.0008 17.2

0.0008 13.5

121 4 39.830043

0.0009

3.2

0.0009

-1890362.0554

0.0011

5838864.4654

0.0018

1730523.9601

0.0010

5.5951

0.0020

3.8

15 50 51.751052

0.0008

7.4

0.0008

107 56 22.645996

0.0009

0.0009 -0.3

0.0009

-2831733.6278

0.0009

4675665.8953

0.0012

3275369.3690

0.0009

22.0429

0.0013

0.0013 15.3

31 5 58.711195

0.0009

0.0008 131.3

0.0008 128.5

121 12 1.604402

0.0009

2.1

0.0009

-1849664.4704

0.0013

5995283.3863

0.0024

1143314.1881

0.0010

2.1106

0.0025

2.7

10 23 44.148169

0.0009

0.0009 179.9

0.0009 179.2

107 8 45.735168

0.0011

1.7

0.0011

-1824508.2141

0.0010

5706301.2096

0.0017

2181207.1378

0.0009

-15.5963

0.0018

4.2

20 7 47.915965

0.0008

5.8

107 43 51.362224

0.0008

0.0008 -2.7

6.8

0.0008 15.1 0.0008

3. BiÓu ®å tư¬ng quan sai sè: 0.0030 0.0025 0.0020 0.0015 0.0010 0.0005 0.0000 U N E

U N E

BLVI

COND

DSON

QNAM

VTAU

Hình 5. Biểu đồ tương quan sai số BiÓu ®å trªn cho thÊy thµnh phÇn ®é cao cã ®é chÝnh x¸c kÐm h¬n so víi thµnh phÇn mÆt ph¼ng. Điều này phù hợp với xu thế chung trong công tác địn vị GPS. Song, về trị số thì sai số toạ độ mặt bằng của cả 5 điểm đo đều rất nhỏ, đạt xấp xỉ 1 mm; Sai số độ cao trắc địa cũng chỉ xấp xỉ 2 mm, riêng điểm Vũng tàu lên tới 2,5 mm. Cần lưu ý đây là sai số xác định hiệu toạ độ trắc địa giữa điểm xét và các điểm IGS ở khu vực trong khung tham chiếu ITRF mới nhất. Có thể nói là, như vậy, các điểm được chọn làm điểm gốc trong cơ sở độ cao chuẩn thống nhất cho cả lãnh thổ và lãnh hải mà đề tài đang thiết lập đã có được các giá trị độ cao trắc địa với độ chính xác và độ tin cậy rất cao.

3.3. Xác định dị thường độ cao theo số liệu trọng lực 3.3.1. Cơ sở lí thuyết

1. Lựa chọn phương pháp Dị thường độ cao trọng lực chính là khoảng chênh tính theo pháp tuyến với ellipsoid chuẩn giữa các mặt đẳng thế thực WM đi qua điểm xét M trên mặt đất và mặt đẳng thế chuẩn UN đi qua điểm N mà WM = UN. Đại lượng này được xác định theo thể nhiễu T thông qua định lí Bruns như sau [12]: ζM =

(3.3.1)

Thể nhiễu T lại được biểu diễn theo dị thường trọng lực chân không thông qua điều kiện biên trị hay phương trình cơ bản của trắc địa vật lí ở dạng: ∆g = −

∂T 2T − ∂r r

(3.3.2)

Kết quả giải phương trình vi phân (3.3.2) chính là công thức Molodenski [9]: ζ ( B, L, hγ ) = R2 G1 = 2π

R 4πγ

∫∫ω ( ∆g + G ) S (ψ ) dω ; 1

hγ − hPγ ∫∫ω ro3 ∆g dω .

(3.3.3) (3.3.4)

Ở vùng địa hình không phức tạp người ta thường không tính đến thành phần G1 và sử dụng công thức Stokes[11]: ζ ( B , L, hγ ) =

R 4π

π 2π

∫ ∫ ∆g S (ψ ) sin (ψ ) dψ dA ,

(3.3.5)

o o

tích phân số, theo đó bề mặt lấy tích phân được chia thành các ô nhỏ, trong mỗi ô lại có một giá trị dị thường trọng lực và phép tích phân liên tục được thay bằng phép cộng hữu hạn. Mặt khác, để hạn chế giới hạn lấy tổng ở mức hợp lí và do ảnh hưởng của dị thường trọng lực giảm dần (tỉ lệ nghịch) theo khoảng cách từ điểm xét đến điểm chạy, nên người ta chỉ áp dụng lấy tích phân số đối với vùng trực tiếp bao quanh điểm xét và gọi đó là vùng trong (hay vùng gần), còn ảnh hưởng của toàn bộ phần còn lại của bề mặt Trái đất với tên gọi là vùng ngoài (hay vùng xa) sẽ được xác định thông qua các hệ số điều hoà của mô hình triển khai trọng trường Trái đất tới bậc nmax nào đó. Vùng gần cần có số liệu trọng lực chi tiết với mật độ và độ rộng cần thiết. Song, không ít trường hợp các điểm trọng lực không thể có được đều khắp trong toàn bộ vùng gần, do vậy cần phải tiến hành nội suy, kể cả ngoại suy hay nói chung là suy giải các giá trị dị thường trọng lực. Tương ứng, cần đặt ra bài toán đánh giá sai số của các giá trị dị thường trọng lực được sử dụng, ảnh hưởng của chúng đến kết quả xác định các đại lượng dẫn xuất như: dị thường độ cao, độ lệch dây dọi v.v…cũng như độ chính xác của các phương pháp suy giải dị thường trọng lực. Thêm vào đó còn có nhiều vấn đề cần được xem xét khi sử dụng các công thức tính tích phân như: hình dạng của vùng gần, ghép nối giữa vùng gần và vùng xa v.v… Trong khi đó, chúng ta thường quan tâm đến giá trị trung bình của sai số, chứ không phải là từng sai số riêng biệt. Cho nên, cùng với sự phát triển của trắc địa vật lí người ta sử dụng ngày càng rộng rãi và có hiệu quả các phương pháp toán thống kê. Điển hình của phương pháp mới mẻ này là phương pháp collocation trong đó các bài toán cơ bản của lĩnh vực nghiên cứu xác định thể trọng trường và hình dạng Trái đất đều có thể được giải quyết trên cơ sở không cần đến bất kì thông tin nào khác ngoài hàm một biến – hàm hiệp phương sai dị thường trọng lực. Phương pháp collocation có một số tính chất cơ bản như sau: - Kết quả suy giải không phụ thuộc vào số lượng các đại lượng cần suy giải - Các đại lượng đầu vào (đại lượng đo) và các đại lượng cần suy giải có thể là các đại lượng khác loại - Đại lượng đo có thể không có hoặc có sai số - Phương pháp bất biến đối với các phép biến đổi tuyến tính của đại lượng đo hay đại lượng cần suy giải - Lời giải nhận được là tối ưu theo nghĩa kết quả tính toán có độ chính xác tốt nhất trên cơ sở tập hợp trị đo cho trước. 49

Ngoài những ưu điểm nêu trên, phương pháp colocation còn cho phép đánh giá độ chính xác của kết quả suy giải và không đặt ra yêu cầu về trạng thái phân bố của số liệu đầu vào. Với những lí do nêu trên, chúng tôi đã chọn cách giải quyết phù hợp với xu thế chung hiện nay trong lĩnh vực trắc địa vật lí nói chung và trong bài toán xác định dị thường độ cao trọng lực cho 5 điểm xét của đề tài nói riêng là phương pháp collocation bình phương nhỏ nhất. 2. Các công thức cơ bản của collocation bình phương nhỏ nhất Ta kí hiệu T(P) là thể nhiễu tại P, l là véctơ các trị đo - các đặc trưng khác nhau của trường nhiễu, chẳng hạn như dị thường trọng lực ∆g, dị thường độ cao ζ hay các thành phần độ lệch dây dọi ξ,η. Ở dạng tổng quát ta có: l i = Li T ,

i = 1,2,…q,

(3.3.6)

trong đó Li là các phiếm hàm. Bài toán đặt ra là cần tìm T theo q giá trị LiT nhận được từ kết quả đo. Việc xác định hàm bằng cách lựa chọn một xấp xỉ giải tích tương ứng với một số lượng cho trước các phiếm hàm tuyến tính được gọi là collocation và thường được sử dụng trong toán tính toán. Trong trắc địa vật lí phương pháp nêu trên áp dụng vào mục đích xác định thế trọng trường của Trái đất với phương sai nhỏ nhất được gọi là collocation bình phương nhỏ nhất. Lời giải của bài toán được cho ở dạng [10]: ⎡C11C12 K C1q ⎤ ⎢ ⎥ C21C22 K C2 q ⎥ ⎢ Tˆ ( P ) = ⎡⎣C p1C p 2 K C pq ⎤⎦ ⎢ KKKKK ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎣Cq1Cq 2 K Cqq ⎥⎦

−1

⎡l1 ⎤ ⎢l ⎥ ⎢ 2⎥, ⎢ M⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎣lq ⎥⎦

(3.3.7)

trong đó C pi = cov (T ( p ) , li ) ;⎫⎪ ⎬ Cij = cov ( li , l j ) ⎪⎭

(3.3.8)

là các hiệp phương sai; Chúng được xác định theo hàm cơ bản là hàm hiệp phương sai K(P,Q) của thể nhiễu T thông qua các công thức chuyển đổi hiệp phương sai:

C pi = LQi K ( P, Q ) , ⎫⎪ ⎬ Cij = LPi LQj K ( P, Q ) ⎪⎭

(3.3.9)

Trên thực tế người ta thường xét các đặc trưng khác của trường nhiễu, chẳng hạn, đặc trưng s = ST với S là phiếm hàm tuyến tính đối với T. Khi đó lời giải tốt nhất đối với s sẽ là: sˆ = Csl Cll−1l .

(3.3.10)

Trong trường hợp trị đo l i có chứa sai số ngẫu nhiên ni, tức là l i = LiT + ni ,

i = 1,2,…q,

(3.3.11)

ta kí hiệu LiT = ti

(3.3.12)

và viết lại (3.3.11) ở dạng: l i = ti + n i

(3.3.13)

hay ở dạng ma trận: l =t+n.

(3.3.13′)

Khi đó, kết quả suy giải theo collocation bình phương tối thiểu sẽ là sˆ = Cst ( Ctt + Cnn ) l . −1

(3.3.14)

Ma trận hiệp phương sai của sai số tương ứng với (3.3.14) sẽ được cho theo biểu thức sau: Ess = Css − Cst ( Ctt + Cnn ) Cts . −1

(3.3.15)

Trong bài toán xác định dị thường độ cao ζ theo các số liệu khác loại, chẳng hạn, theo dị thường trọng lực ∆g và độ lệch dây dọi ξ và η ta kí hiệu: s = ζ (P)

;

(3.3.16)

⎡ ∆g1 ⎤ ⎢ ⎥ ⎢ M⎥ ⎢ ∆g f ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ξ1 ⎥ l = ⎢⎢ M ⎥⎥ . ⎢ξ f ⎥ ⎢ ⎥ ⎢η1 ⎥ ⎢M ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎣η f ⎥⎦

(3.3.17)

Ta hãy cho rằng các giá trị ∆g được xác định với cùng sai số trung phương bằng mg, các giá trị ξ có sai số trung phương như nhau là mξ , còn các giá trị η có cùng sai số trung phương là mη và giả sử là các kết quả đo không có tương quan. Khi đó ma trận hiệp phương sai Cnn của sai số đo đạc có dạng đường chéo: ⎡ mg2 ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ Cnn = ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣0

O mg2 mζ2 O mζ2 mη2 O

0⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥, ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ 2⎥ mη ⎦

(3.3.18)

còn các ma trận hiệp phương sai của các đại lượng đo là

Cst = ⎡⎣C Pζ 1g K C Pfζ g CPζξ1 K C Pfζξ C Pζη1 K C Pfζη ⎤⎦

;

(3.3.19)

⎡C11gg ⎢ ⎢K ⎢C fgg1 ⎢ ξg ⎢C11 Ctt = ⎢ K ⎢ ξg ⎢C f 1 ⎢C η g ⎢ 11 ⎢K ⎢ ηg ⎣C f 1

K K

C1ggf K

C11gξ K

K K

C1gfξ K

C11gη K

K K

K K K

C ffgg C1ξfg K

C1gfξ C11ξξ K

K K K

C ffgξ C1ξξf K

C fgη1 C11ξη K

K K K

K K

C ξffg C1ηfg

C ξξ f1 ηξ C11

K K

C ξξ ff ηξ C1 f

C ξη f1 ηη C11

K K

K Cηffg

K Cηξ f1

K L

K Cηξ ff

K Cηη f1

K K

C1gfη ⎤ ⎥ K ⎥ C ffgη ⎥ ⎥ C1ξηf ⎥ K ⎥` ⎥ C ξη ff ⎥ C1ηηf ⎥ ⎥ K ⎥ ⎥ Cηη ff ⎦

(3.3.20) Giá trị suy giải của ζ tại điểm P được xác định theo công thức (3.3.14) và ma trận hiệp phương sai của sai số - theo công thức (3.3.15). Hoàn toàn tương tự ta sẽ có các công thức tương ứng cho trường hợp sử dụng thêm các loại trị đo khác như độ cao vệ tinh, đo GPS - thuỷ chuẩn v.v… Vấn đề cốt lõi là phải có được hàm hiệp phương sai K(P,Q) của thể nhiễu T. Như ta thấy, phương pháp collocation cho phép sử dụng kết hợp, đồng thời các số liệu khác loại, trong khi phương pháp tích phân của Stokes chỉ sử dụng một loại số liệu là dị thường trọng lực. Không những thế, trong các công thức tích phân thì các phép xử lí được thực hiện với số liệu đầu vào và ở dạng giá trị số, do vậy thường phải dùng phép nội suy; Còn trong phương pháp collocation các phép biến đổi tuyến tính lại được tiến hành đối với “nhân phục hồi” ( reproducing kernel ) ở dạng hàm hiệp phương sai và dựa trên cơ sở giải tích chặt chẽ. Không những thế, các phép biến đổi toán học trong collocation về bản chất là các phép vi phân, nên đơn giản hơn các phép tích phân trong phương pháp các công thức vi phân. Những điểm nêu trên cho thấy thêm tính ưu việt của phương pháp collocation trong việc giải quyết các bài toán của trắc địa vật lí. Thực ra, bên cạnh đó phương pháp này cũng có nhược điểm cần phải nhắc tới là đòi hỏi nghịch đảo ma trận có kích thước rất lớn, nhất là khi sử dụng kết hợp nhiều loại số liệu. Tuy vậy, khó khăn này mang tính chất kĩ thuật tính toán và đang được nhanh chóng khắc phục nhờ sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực tin học. 3. Nguyên tắc “loại ra – hoàn trả” (“remove – restore”) Phương pháp collocation được xây dựng trên bản chất thống kê, nên nó đòi hỏi dữ liệu được xử lí phải càng đồng nhất và càng trơn nhẵn càng 53

tốt. Trường trọng lực của Trái đất là một đối tượng thống kê đa dạng, do vậy không thể có được các khu vực với các đặc trưng trọng trường giống nhau. Tuy vậy, ở chừng mực nhất định có thể đạt được sự đồng nhất và trơn nhẵn trên quy mô cục bộ nhờ nguyên tắc “loại ra – hoàn trả”. Theo nguyên tắc này, các thành phần thế trọng trường được “loại ra” ở đầu vào sẽ được “hoàn trả” ở đầu ra, không chỉ một mà có thể nhiều thành phần cùng được “loại ra – hoàn trả” đồng thời. Trường dữ liệu còn lại được gọi là trường “phần dư” (residual field). Chính phần này của dữ liệu đầu vào sẽ được xử lí theo phương pháp collocation. Các thành phần được loại ra phải là các đại lượng có thể tính được. Đối với thể trọng trường của Trái đất, đó là: - thành phần được biểu diễn bởi chuỗi các hàm số cầu với các hệ số triển khai điều hoà từ bậc 2 tới bậc tối đa nmax trong mô hình cụ thể; - ảnh hưởng của địa hình, mà cụ thể là của phần lồi lõm so với bề mặt cục bộ nào đó được chọn làm mặt tham khảo cho khu vực xét. Thành phần thứ nhất thường được gắn với các uốn, nếp có bước sóng dài λ của mặt quasigeoid; λ liên hệ với bậc cao nhất nmax của mô hình triển khai thế trọng trường theo biểu thức [13]: λ=

2π nmax

(3.3.21)

- Thực hiện công đoạn “loại ra” của nguyên tắc “loại ra-hoàn trả” đối với ảnh hưởng của mô hình trọng trường cũng như ảnh hưởng của địa hình cục bộ, tạo ta dữ liệu “phần dư” - Xác định hàm hiệp phương sai thực nghiệm của thế trọng trường phần dư - Tìm biểu thức giải tích cho hàm hiệp phương sai thực nghiệm - Xử lí dữ liệu “phần dư” theo phương pháp collocation nhằm xác định giá trị dị thường độ cao tương ứng và sai số của kết quả nhận được. - Thực hiện công đoạn “hoàn trả” đối với ảnh hưởng của mô hình trọng trường và ảnh hưởng của địa hình cục bộ - Tính giá trị cuối cùng của dị thường độ cao 1. Chuẩn bị số liệu dị thường trọng lực Theo lí thuyết hiện đại của trắc địa vật lí được thể hiện ở lí thuyết Molodenski dị thường trọng lực cần được sử dụng phải là hiệu giữa giá trị trọng lực thực gM đo được trên mặt đất tại điểm M và giá trị trọng lực chuẩn γN tại điểm N trên mặt teluroid, tức là ∆g = gM – γN .

(3.3.22)

γN được tính theo biểu thức:

γN =γN − o

trong đó điểm N;

γN

∂γ γ ⋅ hM , ∂h

(3.3.23)

là giá trị trọng lực chuẩn trên mặt ellipsoid tương ứng với

∂γ là gradien trọng lực chuẩn theo độ cao; hMγ là độ cao chuẩn của ∂h

điểm M, tức là độ cao của teluroid so với ellipsoid chuẩn, được xác định theo biểu thức [11]: ⎡ ⎛ C C ⎢ C +⎜ 1 + 1 + α + m − 2α sin 2 ϕ hM = γ No ⎢ a γ No ⎜⎝ a γ No ⎣

(

)

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

⎤ ⎥, ⎥ ⎦

(3.3.24)

trong đó α là độ dẹt của ellipsoid chuẩn; a là bán trục lớn; m=

ω 2a γa M

∫ g dh

;

(3.3.25)

(3.3.26)

Theo lí thuyết Stokes ta có dị thường trọng lực chân không ∆go được xác định theo biểu thức:

∆g o = g M o − γ N o ; gMo = gM +

∂g g ⋅ hM ∂h

(3.3.27) .

(3.3.28)

∆go được gọi là dị thường trọng lực chân không. M N teluroid hMg hMγ

geoid ellipsoid chuẩn

Hình 6. Các mặt cơ bản của hình dạng Trái đất Từ (3.3.21), (3.3.22) ta suy ra ∆g = g M − γ N o +

∂γ γ hM ∂h

(3.3.29)

và từ (3.3.26), (3.3.27) suy ra ∆g o = g M − γ N o +

∂g g hM . ∂h

(3.3.30)

Lưu ý rằng trên thực tế người ta đã chấp nhận

∂g ∂γ ⎛ mgal ⎞ ≈ = 0,3086 ⎜ ⎟ và ∂h ∂h ⎝ m ⎠

hMg ≈ hMγ nên trên cơ sở so sánh (3.3.28) và (3.3.29) có thể rút ra

∆g = ∆go ,

(3.3.31)

có nghĩa là về trị số các đại lượng ∆g và ∆go là bằng nhau. Chính vì thế, đại lượng ∆g xác định theo (3.3.22) cũng được gọi theo tên truyền thống là dị 56

thường trọng lực chân không. Song, về bản chất thì ∆g và ∆go là khác hẳn nhau. Trong khi ∆go liên quan đến geoid và ellipsoid chuẩn ở phía dưới mặt đất và không thể được xác định chính xác do có các đại lượng

∂g và hMg thì ∂h

∆g lại liên quan đến mặt đất thực và mặt teluoid ở xát mặt đất thực và lại được tính chặt chẽ, chính xác theo số liệu đo đạc thực tế. Không những thế, lí thuyết Stokes đòi hỏi phải san bằng bề mặt địa hình so với điểm xét M tại đó có đo trọng lực, và do vậy nhất định phải tính đến số hiệu chỉnh Faye cho giá trị trọng lực, nhất là ở vùng đồi núi. Đây là công việc tốn nhiều công sức. Trong khi đó lí thuyết Molodenski không đưa ra đòi hỏi như vậy, mà chỉ sử dụng dị thường trọng lực chân không xác định theo (3.3.22) và (3.3.23). Như vậy, số liệu trọng lực đầu vào trong bài toán của chúng tôi là dị thường trọng lực chân không với cách hiểu theo lí thuyết Molodenski, nghĩa là dữ liệu nhận được từ kết quả đo đạc trên bề mặt thực của trái đất và không có thêm bất kì số hiệu chỉnh nào khác. Cần nói thêm là phương pháp collocation được sử dụng để giải quyết bài toán cũng sử dụng hàm hiệp phương sai của dị thường trọng lực ở dạng nguyên bản, tức là cho trên bề mặt trái đất tự nhiên vốn có của Trái đất với biến số là khoảng cách giữa vị trí xác định trong không gian ba chiều của điểm xét và điểm chạy. Với lí do như thế phương pháp này có tên đầy đủ là collocation bình phương nhỏ nhất ba chiều (3D-Least squares collocation). Số liệu trọng lực chúng tôi thu thập được gồm trên 6000 điểm trọng lực đã được sử dụng để thành lập bản đồ dị thường trọng lực tỉ lệ 1:500.000 ở nước ta. Chúng được phân bổ trên phạm vi toàn lãnh thổ từ Bắc vào Nam, song tập trung chủ yếu ở vùng đồng bằng và trung du. Ở các vùng núi dọc theo biên giới và ở vùng tây nguyên các điểm đo trọng lực còn khá thưa, có chăng chỉ là một số truyến đo rời rạc dọc theo các đường giao thông chính. Ở các vùng có điểm đo trọng lực (đồng bằng, trung du), mật độ trung bình đạt được là 1 điểm/25-100km2. Như vậy, nhìn chung nếu lấy kích thước ô chuẩn là 5′×5′ tức là 9km × 9km thì trong mỗi ô như thế ít nhất cũng có 1 điểm trọng lực. Toạ độ của các điểm trọng lực được cho trong hệ HN-72, sau đó đã được tính chuyển sang hệ WGS-84. Độ cao được cho theo hệ độ cao nhà nước với mặt khởi tính lấy theo trạm nghiệm triều Hòn Dấu. Dị thường trọng lực là dị thường chân không với giá trị trọng lực chuẩn được tính theo công thức Helmert (1901-1909) có tính đến số hiệu chỉnh Potzdam, sau đó được qui chuyển sang hệ WGS-84. Các giá trị dị thường trọng lực tại các điểm đo có sai số trung phương không vượt quá 2mgal.

Toàn bộ lãnh thổ nước ta được chia thành các ô chuẩn có kích thước 5′×5′, cả thảy có trên 4200 ô như thế. Số lượng ô có chứa từ 1 điểm trọng lực trở lên là 2200 ô, cụ thể là 61,7% số ô có từ 1 đến 2 điểm trọng lực ; 32,5% số ô có từ 3 đến 5 điểm trọng lực ; 5,6% số ô có từ 6 đến 9 điểm trọng lực ; 0,2% số ô có từ 10 điểm trọng lực. - Trung bình hoá dị thường trọng lực theo các ô chuẩn có điểm trọng lực Các giá trị dị thường trọng lực đã được trung bình hoá theo các ô chuẩn với số lượng trung bình là xấp xỉ 3 điểm trọng lực trong mỗi ô. Sai số trung phương của giá trị dị thường trung bình hoá ∆g được xác định theo các biểu thức sau [1a]: ⎛2⎞ N ⎛ 1 ⎞ N N m∆2g = C − ⎜ ⎟ ∑ C j + ⎜ 2 ⎟ ∑∑ Cij ⎝ N ⎠ j =1 ⎝ N ⎠ i =1 j =1 ⎛ 1 ⎞ m n m n ⎛ = C ⎜ 2 2 ⎟ ∑∑∑∑ C ⎜ ⎝ m n ⎠ i =1 k =1 l =1 h =1 ⎝ ⎛ 1 ⎞ m n ⎛ Cj = ⎜ ⎟ ∑∑ C ⎜ ⎝ mn ⎠ i =1 k =1 ⎝ ⎛ Cij = C ⎜ ⎝

⎠

(x − x ) +( y − y ) 2

(3.3.32)

2 2 ( xi − xl ) + ( yk − yh ) ⎞⎟ ;

(x − x ) +( y i

;

⎞ ⎟ ⎠

2 ⎞ − yj ) ⎟ ; ⎠

(3.3.33) (3.3.33a) (3.3.33b)

j = I, II,…,N là các điểm có giá trị dị thường đã biết trong ô chuẩn. Trong các biểu thức trên C là kí hiệu của hàm hiệp phương sai dị thường trọng lực. Chúng tôi đã sử dụng mô hình Jordan [1]: s s2 ⎞ s ⎛ C ( s ) = D∆g e− L ⎜1 + − 2 ⎟ ⎝ L 2L ⎠

(3.3.34)

với các thông số được xác định trên cơ sở sử dụng số liệu dị thường trọng lực thực tế đã nói đến ở trên như sau: D∆g = 100mgal2

, L = 10 km.

- Nội suy dị thường trọng lực cho các ô chuẩn không có điểm trọng lực Để có được giá trị dị thường trọng lực cho tất cả các ô chuẩn 5′×5′ trên lãnh thổ nước ta, chúng tôi đã tiến hành nội suy theo phương pháp collocation từ các ô đã được trung bình hoá. Các ô “trống” cần được nội suy đã được gộp lại theo 30 khu vực nằm lọt giữa các ô đã biết. Mỗi khu vực được xác định một hàm hiệp phương sai dị thường trọng lực cụ thể theo mô hình Jordan để được sử dụng vào việc nội suy. Các giá trị nội suy được đem so sánh với một số giá trị đã biết trước, và trên cơ sở đó đã đánh giá độ chính xác nội suy. Kết quả chúng tôi nhận được sai số trung phương của dị thường trọng lực nội suy cho trên 2000 ô trống trên phạm vi cả nước bằng 5,7 mgal (xem Phụ lục 3) Bằng cách nêu ở trên chúng tôi đã thu nhận được bộ số liệu trọng lực ở dạng dị thường chân không cho 4217 ô chuẩn 5′×5′ trong đó trên 2200 ô có sai số trung phương không vượt quá 3,4 mgal và xấp xỉ 2000 ô còn lại có sai số không vượt quá 5,7 mgal. Các yêu cầu về độ chính xác, mật độ và độ rộng của vùng cần có số liệu trọng lực đã được chúng tôi khảo sát và trình bày trong Báo cáo chuyên đề có liên quan. Theo đó, vïng cÇn ®o träng lùc cã b¸n kÝnh kh«ng nhá h¬n 200 km xung quanh mçi ®iÓm xÐt. Yªu cÇu nµy cã thÓ t¨ng lªn ë vïng cã träng trưêng phøc t¹p. Cô thÓ, nÕu muèn sai số tính dị thường độ cao cã trÞ sè cì 0.01 - 0.02m th× ph¶i ®o träng lùc trong b¸n kÝnh kh«ng nhá h¬n 300km víi mËt ®é trong mçi « chuÈn kÝch thưíc 5km×5km cã 1 ®iÓm träng lùc ë vïng dÞ thưêng träng lùc biÕn ®æi tư¬ng ®èi m¹nh, cßn ë vïng dÞ thưêng träng lùc Ýt biÕn ®æi cÇn ®o träng lùc trong ph¹m vi b¸n kÝnh kh«ng nhá h¬n 200km víi mËt ®é 1 ®iÓm cho mçi « chuÈn cã kÝch thưíc 10km×10km. - Triển khai việc “loại ra” trong phương pháp “loại ra- hoàn trả” Như đã nêu ở trong phương pháp “loại ra-hoàn trả”, trước hết ta cần “loại ra” khỏi các giá trị dị thường trọng lực đầu vào ảnh hưởng của hai nguồn số liệu, đó là ảnh hưởng của các hệ số điều hoà của mô hình trọng trường từ bậc 2 đến bậc nmax và ảnh hưởng của độ chênh giữa địa hình thực so với bề mặt địa hình tham khảo nào đó được chấp nhận cho khu vực xét. Sau đây là các thao tác với các công thức cụ thể. + Tính ảnh hưởng của các hệ số điều hoà của mô hình trọng trường của Trái đất.

Như đã biết, dị thường trọng lực ∆g và thể nhiễu T có mối liên hệ được biết đến ở dạng điều kiện biên trị (2.3.2) Thể nhiễu T lại được triển khai vào chuỗi các hàm số cầu ở dạng [12] fM T= r

nmax

⎛R⎞ ∑ ⎜ ⎟ ( ∆Cnm cos mL + Snm sin mL )Pnm ( sin B ) , n=2 ⎝ r ⎠

(3.3.36) o trong đó ∆Cnm = Cnm − Cnm , S nm là các hệ số điều hoà và Pnm(sinB) là đa thức Legendre liên hợp bậc n cấp m; B,L là độ vĩ và độ kinh trắc địa của điểm xét.

Lời giải của phương trình vi phân (2.3.2) cho ta biểu thức ở dạng tường minh giữa ∆g và T như sau: ∆g EGM

1 nmax R ( B, L, H ) = ∑ ( n − 1) ⎛⎜ ⎞⎟ r n=2 ⎝r⎠

n +1 n

∑ ( ∆C

m =0

cos mL + snm sin mL )Pnm ( sin B ) .

(3.3.37) Các hệ số điều hoà ∆Cnm, Snm được cho trong các mô hình trọng trường cụ thể. Như ta thấy, ∆gEGM(B,L,r) là hàm của toạ độ điểm xét, do đó ứng với mỗi ô chuẩn có giá trị dị thường trọng lực ∆g và các giá trị toạ độ đã biết là B, L, r (r = R + hγ ) ta sẽ tính được giá trị ∆gEGM + Tính ảnh hưởng của độ chênh giữa bề mặt địa hình thực và bề mặt địa hình tham khảo Vấn đề là cần đảm bảo tính đồng nhất và tính đẳng hướng ở mức cao cho số liệu đầu vào sẽ được xử lí theo phương pháp collocation là các giá trị dị thường trọng lực chân không. Các tiêu chí được đặt ra đối với trường dị thường trọng lực phần dư là các đặc trưng trung bình, trung phương nhỏ nhất và lớn nhất phải có giá trị nhỏ trên khu vực cục bộ đang xét. Vì thế, cần “loại ra” tiếp ảnh hưởng của địa hình. Với mục đích này cần chọn ra một bề mặt được làm “trơn” đóng vai trò làm mặt tham khảo cho cả khu vực. Theo cách làm phổ biến hiện nay ở nước ngoài, từ mô hình bề mặt địa hình Trái đất được cho ở dạng ô lưới với dãn cách 30′′× 30′′ chúng tôi đã lấy ra số liệu tương ứng với lãnh thổ nước ta được giới hạn bởi các độ vĩ 8o và 24o, các độ kinh 102o và 110o để xây dựng mô hình được làm “trơn” hơn bằng cách trung bình hoá các giá trị độ cao cho các mắt lưới có dãn cách 3′ × 3′. Tiếp đó bằng thủ pháp trung bình hoá trượt theo cửa sổ bao gồm 9×9 ô

chúng tôi đã nhận được bề mặt địa hình tham khảo được làm “trơn” cho toàn bộ lãnh thổ nước ta như trong Phụ lục 5. Ảnh hưởng của phần địa hình thực nhô lên hay thụt xuống so với bề mặt tham khảo được tính đến ở dạng lực hút theo phương thẳng đứng tại điểm xét, tức là tại các điểm có giá trị dị thường trọng lực đã biết. Chúng tôi đã sử dụng 5 mô hình trọng trường Trái đất trong đó 1 mô hình được xây dựng từ năm 1986 là mô hình EGM–96 và 4 mô hình được xây dựng sau năm 2006, cụ thể là: mô hình EIGEN–GLO4C được xây dựng vào năm 2006, các mô hình ggm03c và EGM–2008 – vào năm 2008, EIGEN–5C – vào năm 2009 (phụ lục 2). Các mô hình kể trên đều dựa trên cơ sở số liệu trọng lực mặt đất, số liệu độ cao vệ tinh và số liệu quan sát vệ tinh GRACE và LAGEOS. Các mô hình EIGEN-GLO4C, ggm03c và EIGEN-5C được xây dựng nhằm đáp ứng tốt nhất cho khu vực Châu âu. Các mô hình EGM-96 và EGM-2008 là mô hình toàn cầu trong đó EGM-2008 có bậc triển khai cao nhất tới 2190, song vẫn có những hạn chế nhất định đối với những khu vực còn thiếu số liệu trọng lực cần thiết trong đó có khu vực Đông nam á. Tuy vậy, với mục đích tính ảnh hưởng của các sóng dài của trọng trường Trái đất các mô hình nêu trên đều được xem là thích hợp như nhau. Chính vì vậy, việc sử dụng cả 5 mô hình cho phép kiểm tra, đối chiếu và bổ trợ số liệu tính toán theo các nguồn dữ liệu khác nhau nhằm đạt được độ tin cậy và khách quan cao hơn cho kết quả cuối cùng. Để thực hiện việc này, ta có các công thức tính toán cụ thể như sau [7]: • Trường hợp khối vật chất hấp dẫn có dạng hình trụ đồng nhất bán kính a, độ dày b, còn điểm xét P nằm trên trục hình trụ và có độ cao c so với đáy của nó

z P

P l

c s

dm z

Hình 7. Ảnh hưởng địa hình (điểm xét nằm ngoài) e = δ gtopo = 2π f δ ⎡b + a 2 + ( c − b ) − a 2 + c 2 ⎤ δ g DH ⎢⎣ ⎥⎦ 2

(3.3.38)

• Trường hợp điểm xét P nằm ngang trên mặt hình trụ o δ g DH = 2π f δ ⎡ a + b − a 2 + b 2 ⎤

⎣

(3.3.39)

⎦

• Trường hợp điểm xét nằm bên trong hình trụ 2 i = 2π f δ ⎡ 2c − b − a 2 + c 2 + a 2 + ( b − c ) ⎤ δ g DH ⎣⎢ ⎦⎥

(3.3.40)

P b

c a

Hình 8. Ảnh hưởng địa hình (điểm xét nằm trong) • Trường hợp khối vật hấp dẫn có dạng hình thang cong giới hạn bởi góc α = 2π n và các cung có bán kính a1, a2 δ ge = δ gi =

2π 2 2 f δ ⎡ a22 + ( c − b ) − a12 + ( c − b ) + ac2 + c 2 + a12 + c 2 ⎤ .(3.3.41) ⎢ ⎥⎦ ⎣ n

Trong các công thức trên δ là mật độ vật chất của lớp vỏ Trái đất

Hình 9. Khối vật hấp dẫn có dạng hình thang cong - Tính dị thường trọng lực phần dư Bằng cách lấy giá trị dị thường trọng lực chân không nhận được theo các ô chuản 5′×5′ trừ đi các ảnh hưởng ∆gEGM và ∆gĐH ta sẽ có các giá trị dị thường trọng lực phần dư ( kết quả tính toán cụ thể được cho trong Phụ lục 6): ∆gdư = ∆g - ∆gEGM - ∆gĐH .

(3.3.42)

Đối với các giá trị dị thường trọng lực đầu vào ∆g ta có : Giá trị trung bình bằng: -19,29mgal; Giá trị chuẩn : 27,53 mgal. Trường dị thường trọng lực phần dư sau khi đã “loại ra” ảnh hưởng của mô hình trọng trường toàn cầu thông qua các hệ số triển khai điều hoà từ bậc 2 đến bậc nmax và ảnh hưởng của địa hình thông qua khoảng chênh giữa bề mặt địa hình thực và bề mặt địa hình tham khảo có các đặc trưng thống kê như sau: Bảng 3.6 Độ vĩ

Độ kinh

Dị thường ggm03 EGMEIGEN- EIGENEGM-96 Độ cao chân 2008 +ĐH +ĐH 5C +ĐH GLO4C+ĐH +ĐH không

Trung bình

16041 106o42 232.27m -19.29mgal 3.8mgal 4.6mgal 4.6mgal

3.4mgal 3.9mgal

Nhỏ nhất

8.50 102.58 0.0

Lớn nhất

23.25 109.50 1756.30 126.74

Trung phương

302.67

-132.57

27.53

-97.04

-88.83 -97.78

-122.36 -103.76

152.23

159.95 153.88

128.13

139.58

16.79

17.19

23.03

18.60

17.02

- Tính phương sai - hiệp phương sai thực nghiệm cho dị thường trọng lực phần dư Từ các giá trị dị thường trọng lực phần dư có được cho 4217 ô chuẩn 5′×5′ trên lãnh thổ Việt nam chúng tôi đã tính các giá trị phương sai - hiệp phương sai thực nghiệm trên cơ sở các công thức [13]: cov (ψ j ) =

1 n ∑ ∆g (ϕi , λi ) .∆g (ϕk , λk ) ; n j ,k

cosψ j = sin ϕi sin ϕk + cos ϕi cos ϕk cos ( λk − λi ) ;

ψj−

(3.3.43) (3.3.44)

∆ψ ∆ψ . ≤ ψ ≤ψ j + 2 2

Các giá trị phương sai - hiệp phương sai thực nghiệm cho dị thường trọng lực phần dư tương ứng với 5 phương án sử dụng mô hình trọng trường được cho trong Phụ lục 7. Dưới đây chúng tôi chỉ xin trích dẫn các đồ thị tương ứng.

Mô hình EGM-96 + Địa hình

400 350 300 250 200 150 100 50 0 ‐50 ‐100

0,00 0,29 0,54 0,79 1,04 1,29 1,54 1,79 2,04 2,29 2,54 2,79 3,04 3,29 3,54 3,79 4,04 4,29 4,54 4,79 5,04 5,29 5,54 5,79

CovVN-tcNew-egm96

Hình 10. Đồ thị hiệp phương sai dị thường trọng lực phần dư ứng với mô hình egm96 và địa hình cục bộ

Mô hình EGM-2008 + Địa hình

CovVN-tcNew-egm08 600 500 400 300 200 100

0,00 0,29 0,54 0,79 1,04 1,29 1,54 1,79 2,04 2,29 2,54 2,79 3,04 3,29 3,54 3,79 4,04 4,29 4,54 4,79 5,04 5,29 5,54 5,79

0 ‐100

Hình 11. Đồ thị hiệp phương sai dị thường trọng lực phần dư ứng với mô hình egm08 và địa hình cục bộ

Mô hình ggm03c + Địa hình

CovVN‐tcNew‐ggm03c 300 250 200 150 100 50 Hình 12. Đồ thị hiệp phương sai dị thường trọng lực phần dư ứng với mô hình ggm03c và địa hình cục bộ

Mô hình EIGEN-GLO4C + Địa hình

CovVN‐tcNew‐EIGEN‐GLO 350 300 250 200 150 100 50 Hình 13. Đồ thị hiệp phương sai dị thường trọng lực phần dư ứng với mô hình EIGEN-GLO4C và địa hình cục bộ

Mô hình EIGEN-GLO5C + Địa hình

350 300 250 200 Thực Nghiệm

150

Giải Tích

100 50

‐50

0,000 0,417 0,792 1,167 1,542 1,917 2,292 2,667 3,042 3,417 3,792 4,167 4,542 4,917 5,292 5,667

Hình 14. Đồ thị hiệp phương sai dị thường trọng lực phần dư ứng với mô hình EIGEN-5C và địa hình cục bộ

- Xác định hàm hiệp phương sai giải tích cho dị thường trọng lực phần dư Từ các giá trị phương sai - hiệp phương sai thực nghiệm nhận được cần xác định hàm hiệp phương sai giải tích tương ứng. Hiện nay hàm giải tích tốt nhất cho hiệp phương sai dị thường trọng lực được chọn là mô hình Tscherning&Rapp [13]: N

cov (ψ , r , r ′ ) = α ∑ σ n=2

∞ D ( n − 1) ⎛ RB ⎞ ⎛ R ⎞ ⎜ ′ ⎟ Pn ( cosψ ) + ∑ ⎜ ⎟ n = N +1 ( n − 2 )( n + 4 ) ⎝ r r ′ ⎠ ⎝rr ⎠ n +1

err n

n +1

Pn ( cosψ ) ,

(3.3.45)

⎛ fM ⎞

σ nerr = ⎜ ⎟ ⎝ a ⎠

∑S

m =− n

;

2 nm

(3.3.46)

Snm là sai số trung phương của hệ số điều hoà bậc n cấp m. α, N, RB và D các tham số cần xác định trên cơ sở nguyên lí bình phương nhỏ nhất với yêu cầu tiệm cận tốt nhất so với hàm hiệp phương sai thực nghiệm nhận được theo số liệu thực tế. Việc này được thực hiện theo chương trình COVFIT (xem Phụ lục 7) Tương ứng với các giá trị hiệp phương sai thực nghiệm của dị thường trọng lực phần dư rút ra theo 5 phương án sử dụng mô hình trọng trường của Trái đất được nêu trong bảng 3.7 chúng tôi đã xác định được bộ 4 tham số cho các hàm hiệp phương sai giải tích như sau: Bảng 3.7 Các tham số của hàm hiệp phương sai giải tích dị thường trọng lực phần dư Các tham số

Các phương án P.án 1

P.án 2

P.án 3

P.án 4

P.án 5

Phương sai D

369 mgal2

564 mgal2

312 mgal2

333 mgal2

333mgal2

Bậc triển khai N

100

360

Hệ số α

7.0

16.8

1.2

3.2

R-2.6km

R-0.51km

R-0.4km

Bán kính mặt cầu R-1.0km Bjerhammar

- Xác định dị thường độ cao phần dư bằng phương pháp collocation Sau khi đã có được biểu thức giải tích của hàm hiệp phương sai dị thường trọng lực phần dư, bài toán còn lại bây giờ là sử dụng phương pháp collocation bình phương tối thiểu để xác định giá trị dị thường độ cao tương ứng cho điểm xét theo các công thức đã nêu ở mục 2 của 3.3.1. Như đã thấy, công đoạn này đòi hỏi phải nghịch đảo ma trận hiệp phương sai dạng vuông có cấu trúc đối xứng với số lượng phương trình bằng số lượng ô chuẩn có giá trị dị thường trọng lực; Trong trường hợp của chúng ta đó là: n = 4217. Để giải quyết bài toán đặt ra, cần sử dụng thuật toán căn bậc hai của Choleski. Công việc này được thực hiện với phần mềm của chương trình GEOCOL (Phụ lục 8)

Kết quả của phép giải chính là dị thường độ cao tại các điểm xét tương ứng với trường dị thường phần dư nhận được trong các bước xử lí tính toán ở trên. Các trị số cụ thể theo 5 phương án được dẫn ở bảng 3.8 Phương án 1 ứng với mô hình trọng trường EGM-96 Phương án 2 ứng với mô hình trọng trường EGM-2008 Phương án 3 ứng với mô hình trọng trường ggm03c Phương án 4 ứng với mô hình trọng trường EIGEN-5C Phương án 5 ứng với mô hình trọng trường EIGEN-GLO4C Bảng 3.8 Giá trị dị thường độ cao phần dư xác định bằng collocation Điểm xét

P.án 1

P. án 2

P. án 3

P. án 4

P.án 5

BLVI

-0.81m

-0.36m

-0.69m

-1.28m

DSON

-0.69

-0.14

-0.23

-0.21

-0.15

QNAM

1.64

0.15

0.92

0.99

0.09

VTAU

-0.13

0.16

-0.13

-0.19

-0.09

COND

0.13

0.26

0.16

0.08

- “Hoàn trả” các ảnh hưởng đã bị “loại ra” + Ảnh hưởng của mô hình trọng trường Ảnh hưởng này đã được “loại ra” ở dạng giá trị dị thường trọng lực được tính thông qua các hệ số điều hoà từ bậc 2 đến bậc nmax trong mỗi mô hình trọng trường cụ thể. Bây giờ ảnh hưởng này được tính đến để “hoàn trả” ở dạng dị thường độ cao thông qua chính các hệ số điều hoà đã được sử dụng để tính dị thường trọng lực đã bị “loại ra” trước đây. Ta có công thức [10] nmax

(

)

ζ EGM = R ∑ ∑ ∆C nm cos mL + snm sin mL Pnm (sin B) n = 2 m=0

(3.3.47)

Ảnh hưởng sai số của các hệ số điều hoà đã được chúng tôi đánh giá trong Báo cáo chuyên đề đã được nhắc tới ở trên. Theo đó sai số trung phương của hiệu dị thường độ cao giữa hai điểm nằm cách xa nhau 500 km có thể đạt tới 0,25 m.

Kết quả tính toán dị thường độ cao theo mô hình trọng trường trên cơ sở (3.3.47) cộng với kết quả nhận được bằng phương pháp collocation được cho trong bảng sau: Bảng 3.9 Giá trị dị thường độ cao tính theo trường dị thường trọng lực phần dư và được “hoàn trả” ảnh hưởng của mô hình trọng trường Mô hình trọng trường

Tên điểm

EGM96

EGM2008

-23.23m 22.64m -25.40 -25.12 -10.05 -10.00 -1.91 -2.25 0.46 -0.12

1 2 3 4 5

EiGENGLO4C

ggm03c

EiGEN5C

Trung bình

-24.51m

-23.66m

-24.31m

-23.67m

-25.78

-25.75

-25.77

-25.56

-9.99

-10.04

-9.99

-10.01

-1.94

-1.90

-1.95

-1.99

0.39

0.49

0.31

- Ảnh hưởng của địa hình Ảnh hưởng của độ chênh giữa bề mặt địa hình thực và bề mặt tham khảo đã bị “loại ra” khỏi dị thường trọng lực đầu vào ở dạng lực hút theo phương thẳng đứng cần được “hoàn trả” ở dạng dị thường độ cao. Đại lượng tương ứng được tính theo các công thức sau [7] ζ DH =

(3.3.48)

Đại lượng U có các biểu thức cụ thể như sau: • Điểm xét nằm phía trên mặt địa hình: U = Ue Ue = π f δ

{(

2 2 2 c − b ) − c 2 − ( c − b ) a 2 + ( c − b ) + c a 2 + c 2 − a 2 ln ⎡ c − b + a 2 + ( c − b ) ⎤ + ⎥⎦ ⎣⎢

}

+ a 2 ln ⎡c + a 2 + c 2 ⎤ ⎣ ⎦

(3.3.49)

. Điểm xét nằm ngay trên mặt địa hình : U = Uo ⎡ b + a 2 + b2 U o = π f δ ⎢ −b 2 + b a 2 + b 2 + a 2 ln a ⎢⎣

⎤ ⎥ ⎥⎦

(3.3.50)

• Điểm xét nằm phía dưới mặt địa hình : U = Ui ⎡ c + a2 + c2 2 2 + U i = π f δ ⎢ −c 2 − ( b − c ) + c a 2 + c 2 + ( b − c ) a 2 + ( b − c ) + a 2 ln a ⎢⎣ 2 b − c + a2 + (b − c ) ⎤ 2 ⎥ + a ln ⎥ a ⎦

(3.3.51) Kết quả tính toán theo các công thức nêu trên được cho trong bảng 3.10 - Tính giá trị cuối cùng của dị thường độ cao và giá trị độ cao chuẩn Với mục đích này chúng ta có các biểu thức sau:

ζ = ζ collocation + ζ EGM + ζ DH

(3.3.52)

hγ = H − ζ ,

(3.3.53)

trong đó các thành phần ở vế phải đã nhận được ở các bước tính toán phía trước. Ta có bảng sau: Bảng 3.10 Giá trị dị thường độ cao, độ cao chuẩn Điểm xét

ζ colocation + ζ EGM

ζĐH

hγ

8.14 m

mhγ = mζ

BLVI

-23.67 m

-0.07m

-23.74 m

-15.60 m

0.30 m

DSON

-25.56

-0.17

-25.73

-6.42

19.31

0.25

QNAM

-10.01

-0.08

-10.09

5.60

15.69

0.20

VTAU

-1.99

-0.07

-2.06

2.11

4.17

0.25

COND

0.31

+0.03

0.34

4.00

3.66

0.30

Trong bảng trên giá trị mhγ được lấy bằng giá trị mζ , vì mH rất nhỏ không vượt quá 3mm. 73

Như vậy là chúng ta đã nhận được giá trị độ cao chuẩn 5 điểm xét trên lãnh thổ nước ta. Cần lưu ý rằng về bản chất đây chính là độ cao của mặt teluroid so với mặt ellipsoid chuẩn quốc tế WGS-84 tại các điểm xét. Theo cách hiểu hiện hành thì đây cũng chính là độ cao của điểm xét trên mặt đất so với mặt quasigeoid toàn cầu. Điều đáng lưu ý nữa là sai số của độ cao chuẩn được cho ngay cùng với các giá trị độ cao nhận được trong phép giải bằng collocation theo số liệu đo đạc thực tế là dị thường độ cao, chứ không phải là giá trị sai số không được đánh giá hoặc chỉ được ước tính như trong các phương pháp khác. Các giá trị sai số của độ cao chuẩn nhận được trong khuôn khổ đề tài của chúng tôi cho 5 điểm xét nằm trong khoảng từ 0.2-0.3 m. Có thể nói rằng đây là kết quả tốt nhất mà chúng ta có thể có được trong điều kiện số liệu trọng lực cụ thể hiện nay ở nước ta. Trong 5 điểm xét thì 3 điểm DSON, QNAM, VTAU nằm trên lãnh thổ và có thể được đo nối độ cao với mạng lưới độ cao quốc gia để có được độ cao chuẩn theo số liệu đo thuỷ chuẩn truyền thống và trọng lực. Đây chính là giá trị độ cao so với mặt quasigeoid cục bộ đi qua mực nước biển γ trung bình tại trạm nghiệm triều Hòn Dấu. Chúng được kí hiệu là hTC và được cho trong bảng sau: Bảng 3.11 γ hTC

Điểm xét

hγ

DSON

19,31 m

17,39m

-1,92m

QNAM

15,69

16,67

0,98

VTAU

4,17

2,54

-1,63

γ - hγ hTC

Trên thực tế 3 điểm xét như trong bảng trên nằm cách nhau khoảng 500km và do vậy không cho ta bức tranh chi tiết và đầy đủ về sự chênh khác giữa mặt quasigeoid toàn cầu và mặt quasigeoid cục bộ trên phạm vi cả lãnh thổ và lãnh hải nước ta. Song, chúng đã cho ta độ lớn có thể có của đại lượng chênh khác giữa hai mặt nói trên tức là chênh khác giữa giá trị độ cao chuẩn nhận được theo phương pháp đo thuỷ chuẩn truyền thống và theo phương pháp đo cao GPS hiện đại. Kết quả nhận được có thể được xem là những số liệu đầu tiên về vị trí tương hỗ giữa hai mặt khởi tính độ cao chuẩn xác định theo 2 phương pháp khác nhau ở nước ta. Cần nói thêm rằng những số liệu nhận được phù hợp với các số liệu tương tự đã được công bố ở nước 74

ngoài [14]. Bài toán xác định chi tiết mức độ chênh khác giữa quasigeoid toàn cầu và quasigeoid cục bộ trên phạm vi lãnh thổ và lãnh hải nước ta cần được xem xét với mật độ điểm gốc nhiều hơn và lượng thông tin đầy đủ hơn.

CHƯƠNG 4. PHƯƠNG ÁN THIẾT LẬP HỆ THỐNG ĐỘ CAO MỚI VÀ QUY TRÌNH CHUYỂN ĐỔI ĐỘ CAO 4.1. Phương án thiết lập hệ thống độ cao mới Các kết quả nhận được trong chương 3 cho thấy là độ cao chuẩn của điểm xét nhận được với sai số trung phương không vượt quá 0.3 m, và có giá trị trung bình bằng 0.26 m. Nếu lưu ý tới khoảng cách trung bình giữa các điểm xét trên đất liền cỡ 500km, ta có thể rút ra là độ cao chuẩn đã được xác định với sai số bằng: 0.26m ≈ 11 mm km 500km

(4.1.1)

tức là với độ chính xác của thuỷ chuẩn hạng III. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với số liệu mà chúng tôi đã có dịp công bố trong [1] . Điều này góp phần khẳng định tính đúng đắn và khách quan của các kết quả đánh giá theo các nguồn số liệu khác nhau ở nước ta. Như vậy là trong điều kiện cụ thể hiện nay, với kết quả đạt được chúng ta có một cơ sở độ cao chuẩn trên dải ven bờ và vài đảo nằm cách bờ khoảng trên dưới 100km trong đó điểm gốc không phải chỉ là 1 và chúng lại có được độ chính xác của thuỷ chuẩn hạn III. Không những thế, như đã thấy, chúng ta đã không dùng đến mặt biển trung bình như trong cách làm truyền thống. Với mục đích thiết lập hệ thống độ cao như thế trên cả lãnh thổ và lãnh hải, chúng ta cần mở rộng cơ sở độ cao chuẩn nói trên. Các điểm gốc không cần bố trí quá dày, nhưng nên phân bố tương đối đồng đều để vừa đảm bảo tính thống nhất, vừa đảm bảo tính đồng nhất trên cả nước, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc kết nối, hoà nhập trong khu vực và rộng hơn. Căn cứ vào hình thể và vị trí địa lí của nước ta, có thể đề xuất phương án thiết lập hệ thông độ cao mới như sau:

1. Về số lượng và vị trí điểm gốc Với dãn cách khoảng 500km, số lượng điểm gốc phân bố trên phạm vi lãnh thổ và lãnh hải nước ta sẽ là khoảg 10-15 điểm. Cụ thể, có thể là 12 điểm trong đó ngoài 5 điểm đã có trong khuôn khổ đề tài này, sẽ bố trí thêm 7 điểm nữa là: Hà Giang Lai Châu Yên Bái Lạng Sơn Mường Xá Phú Quốc Trường Sa 2. Về kết cấu đồ hình điểm gốc Các điểm mới cần được đo GPS có kết nối với nhau và với một vài điểm cũ, cũng như với các điểm IGS trong khu vực. 3. Về số liệu Để xác định dị thường trọng lực, nên sử dụng cách xử lí có nhiều ưu thế đang được thừa nhận rộng rãi trong trắc địa vât lí là phương pháp collocation bình phương nhỏ nhất. Số liệu đầu vào có thể không chỉ là dị thường trọng lực, mà còn là các loại số liệu khác như đo cao vệ tinh, độ lệch dây dọi thiên văn- trắc địa v.v… Song, trên thực tế, số liệu thiên văn- trắc địa vốn không nhiều, số liệu đo cao vệ tinh lại đòi hỏi nguồn số liệu bổ sung là đo đạc hải dương học dài ngày, liên tục với độ chính xác cần thiết mà nước ta chưa có được. Do vậy, nguồn số liệu chủ yếu trước mắt có thể bổ sung nhanh chóng sẽ là số liệu trọng lực biển và hàng không. Độ rộng của vùng cần có số liệu trọng lực cần thiết, như chúng tôi đã có dịp khảo sát và công bố [2] cũng như đã được nhắc tới ở mục 3.3 của báo cáo tổng kết này, chỉ ở mức bán kính xấp xỉ 1o, tức là 120-150 km xung quanh điểm xét. Cần nói thêm là từ cuối năm 2007 dự án GOCE (Gravity field and Steady-state Ocean Circulation Explorer) của cơ quan vũ trụ Châu âu đã bắt đầu được triển khai với sứ mệnh nghiên cứu trường trọng lực và xác định geoid với độ chính xác rất cao trong đó dị thường trọng lực có độ chính xác tới 1mgal và độ cao geoid - tới 1-2 cm, độ phân giải không gian tốt hơn 100km [11]. Dự án dự kiến kéo dài 20 tháng và hiện nay đang ở giai đoạn 77

thu thập, tổng hợp xử lí số liệu. Có thể hy vọng rằng trong một vài năm tới nguồn dữ liệu quý giá này sẽ được khai thác ở quy mô rộng rãi trong đó chúng ta có điều kiện tiếp cận cần thiết. Khi đó, độ chính xác của dị thường độ cao, cũng chính là độ cao chuẩn xác định theo cách giải quyết được sử dụng trong đề tài này của chúng tô, sẽ tăng đến mức dưới 0.1m trên khoảng cách 500km, tức là dưới 5mm trên 1 km chiêu dài. Tương ứng, chúng ta sẽ có cơ sở độ cao chuẩn với nhiều điểm gốc có độ chính xác của thuỷ chuẩn hạng II, thậm chí hạng I mà cho đến nay mới chỉ đạt được bằng công nghệ truyền thống. 4. Về vai trò của các điểm gốc trong hệ thống độ cao chuẩn mới Cùng với sự xuất hiện của công nghệ định vị vệ tinh với độ chính xác đo đạc ngày càng cao, nguyên tắc xác định vị trí điểm đi từ “tổng quát” đến “chi tiết” vẫn được xem là cách giải quyết hợp lí. Trong lĩnh vực đo đạc, cho đến nay mới có công nghệ đo trọng lực tuyệt đối theo nguyên lí rơi tự do cho phép đạt được độ chính xác tương đương và cao hơn so với đo trọng lực tương đối. Trong tất cả cac trường hợp khác, kể cả trong định vị vệ tinh, phép đo tương đối vẫn có độ chính xác cao hơn phép đo tuyệt đối. Nhưng, khi chấp nhận phép đo tương đối, chúng ta đã chấp nhận cách giải quyết “lan truyền” từ một hay nhiều điểm “xuất phát” với “tư cách” cao hơn. Mặt khác, trên thực tế không phải ở mọi vị trí trên quy mô toàn bộ khu vực rộng lớn hay mọi công đoạn định vị, kể cả mặt bằng cũng như độ cao, đều đòi hỏi độ chính xác đồng đều với chi phí như nhau. Rõ ràng là khi đó cần đến một sự phân chia cấp hạng hợp lí cho quá trình triển khai thực hiện. Thêm vào đó, nguyên tắc đi từ “tổng quát” đến “chi tiết” cho phép đạt được sự thống nhất và đồng nhất trên cả quy mô toàn khu vực cũng như trong từng vùng (từng phần), đồng thời đảm bảo tính độc lập và song hành của các dạng công tác khác nhau. Với những lí do nêu trên, hệ thống chuẩn mới được xây dựng dựa trên nguyên lí định vị vệ tinh và số liệu trọng trường dù ở trình độ công nghệ cao hiện nay và sắp tới vẫn cần đến các điểm có chức năng và tư cách là điểm gốc[4].

ellipsoid chuẩn đi qua điểm xét trên mặt đất giữa mặt teluroid và mặt ellipsoid chuẩn. Trước đây, để tính độ cao chuẩn đó, người ta chỉ có thể có hiệu thế trọng trường chuẩn giữa các hình chiếu của điểm xét trên mặt teluroid và trên mặt ellipsoid chuẩn được thay thế bằng hiệu thế trọng trường thực giữa điểm xét trên mặt đất và điểm gốc độ cao được lấy trên mặt geoid (mặt biển trung bình). Tương ứng, có phương pháp xác định độ cao chuẩn dựa trên kết quả đo thuỷ chuẩn kết hợp với số liệu đo trọng lực dọc theo tuyến đo cao mà ta gọi là phương pháp truyền thống. Cách giải quyết đó là tất yếu trong hoàn cảnh hạn chế về trình độ công nghệ đo đạc trước đây. Chính sự tiến bộ về kĩ thuật đo đạc thể hiện ở công nghệ GPS trong những thập kỉ cuối của thế kỉ trước đã cho phép các nhà trắc địa giải quyết bài toán xác định độ cao chuẩn theo một cách khác nữa, đó là đem độ cao trắc địa được xác định bằng nguyên lí định vị vệ tinh thông qua GPS trừ đi dị thường độ cao trọng lực được xác định theo lí thuyết hình dạng và thế trọng trường của Trái đất thông qua số liệu dị thường trọng lực và các đặc trưng khác của trọng trường. Tương ứng, ta có phương pháp đo cao GPS. Như vậy, độ cao chuẩn được xác định theo hai phương pháp nêu trên chỉ là một. Kết quả xác định, nếu không có sai số, sẽ phải có cùng trị số. Song, trên thực tế, mặt khởi tính độ cao, tức là mặt đi qua điểm gốc độ cao để tính độ cao chuẩn theo số liệu đo thuỷ chuẩn truyền thống (kết hợp với số liệu trọng lực) lại không phải là duy nhất và thống nhất. Bề mặt đó được lấy theo kết quả quan trắc mực nước biển nhiều năm (ít nhất 18,6 năm) tại một (hay vài ba) trạm nghiệm triều cụ thể. Đó chính là mặt biển trung bình được chấp nhận cho một quốc gia hay một khu vực. Nó thường được gọi là mặt geoid (hay chính xác hơn là quasigeoid) cục bộ. Như vậy, sẽ có nhiều quasigeoid cục bộ. Chính giá trị độ cao chuẩn cụ thể của một quốc gia hay khu vực được hiểu là tính từ mặt quasigeoid cục bộ như thế. Trong khi đó, độ cao chuẩn nhận được theo phương pháp đo cao GPS trong đó dị thường độ cao nhận được theo số liệu trọng lực trên cơ sở giải bài toán biên trị của lí thuyết thế lại được tính từ mặt quasigeoid toàn cầu là bề mặt xấp xỉ với mặt biển trung bình trên phạm vi toàn bộ Trái đất. (Xin lưu ý là các giá trị độ cao chuẩn mà chúng tôi xác định được cho 5 điểm xét trong đề tài này chính là độ cao chuẩn so với quasigeoid toàn cầu) Dễ hiểu là các mặt quasigeoid cục bộ không trùng nhau và cũng không trùng với mặt quasigeoid toàn cầu (xem hình 15)

Mặt biển trung bình toàn cầu Mặt biển trung bình cục bộ

W0 = const

WM=const

hMγ

Quasigeoid toàn cầu

Wo= const O

Quasigeoid cục bộ

ζM

ζo

ζM Ellipsoid chuẩn Mo

Hình 15. Mặt quasigeoid cục bộ và mặt quasigeoid toàn cầu Ta hãy kí hiệu hMγ là độ cao chuẩn so với quasigeoid toàn cầu của điểm xét M; hMγ là độ cao chuẩn so với quasigeoid cục bộ;

ζ M là dị thường độ cao toàn cầu;

ζ M là dị thường độ cao cục bộ;

HM là độ cao trắc địa của điểm xét so với ellipsoid chuẩn. Khi đó ta có: H M = hMγ + ζ M = hMγ + ζ M

dươngta có mặt geoid toàn cầu và mặt geoid cục bộ; Trên phạm vi đất liền ta có mặt quasigeoid toàn cầu và mặt quasigeoid cục bộ. Các mặt này không phải là mặt đẳng thế. Ta hãy ước tính khoảng cách giữa mặt geoid và mặt quasigeoid trên phạm vi lãnh thổ nước ta. Với mục đích này, ta có công thức [11]: hγ − h g =

( g − γ )Bouguer gM

hγ

(4.2.2)

trong đó (g - γ)Bouguer là dị thường trọng lực Bouguer; g m là giá trị trọng lực thực trung bình trên đoạn đường sức đi qua điểm xét giữa mặt đất thực và mặt geoid. Ở nước ta theo số liệu trọng lực thực tế thì (g - γ)Bouguer có giá trị trung bình bằng -45.3 mgal; hγ có gía trị trung bình bằng 340m. Cho g m = 980 mgal, ta sẽ nhận được: hγ − h g ≈ 0, 016m . Trị số này là khá nhỏ, có thể bỏ qua. Ngay cả ở vùng núi thì (g γ)Bouguer có giá trị tới -150 mgal và hγ có gía trị cỡ 1000 m; Tương ứng h γ − h g ≈ 0 ,1 5 m . Điều này có nghĩa là nhìn chung trong điều kiện bề mặt địa hình và trường trọng lực cụ thể của Việt nam các mặt quasigeoid và geoid có thể được xem là chênh khác không đáng kể. Nói cách khác, có thể coi mặt quasigeoid cũng là mặt đẳng thế trọng trường. Khi đó, khoảng chênh giữa hai mặt quasigeoid có thể được đặc trưng bởi hiệu thế trọng trường tương ứng và để tìm được khoảng chênh giữa mặt quasigeoid toàn cầu và mặt quasigeoid cục bộ tại điểm xét M tuỳ ý, ta cần biết hiệu thế trọng trường thực giữa hai mặt này và biết giá trị trọng lực chuẩn tại điểm đó. Tại điểm gốc độ cao J ta vừa biết độ cao chuẩn hJγ so với quasigeoid toàn cầu, vừa biết độ cao chuẩn hJγ so với quasigeoid cục bộ, tức là biết: . (4.2.3) hJγ − hJγ = ζ J − ζ J = ∆ζ J Do vậy, tương tự như (4.2.7) ta sẽ có ∆WJ = ∆ζ J ⋅ γ J . (4.2.4) Giả sử trong hệ thống độ cao mới ta thiết lập được N điểm độ cao gốc. Khi đó ta sẽ có N giá trị ∆WJ , J = 1,2,…N. Bằng phương pháp collocation, từ các điểm gốc ta sẽ tính được giá trị ∆Wi cho điểm xét i, và sẽ tính được khoảng chênh tương ứng giữa mặt quasigeoid toàn cầu và mặt quasigeoid cục bộ :

∆ζ i =

∆Wi

γi

(4.2.5)

Khi đó, các giá trị độ cao chuẩn tính theo mặt quasigeoid toàn cầu và tính theo mặt quasigeoid cục bộ sẽ được chuyển đổi theo biểu thức: (4.2.6) hi γ − hiγ = ∆ζ i . Như vậy, để chuyển đổi giữa giá trị độ cao chuẩn tính theo mặt quasigeoid toàn cầu mới nhận được và giá trị độ cao chuẩn tính theo mặt quasigeoid cục bộ có sẵn từ trước theo kết quả đo thuỷ chuẩn truyền thống kết hợp với số liệu trọng lực, cần tiến hành quy trình tính toán như sau: 1. Xác định hiệu độ cao chuẩn tương ứng với mặt quasigeoid toàn cầu được xác định theo phương pháp đo cao GPS triển khai như trong đề tài này và độ cao chuẩn tương ứng với mặt quasigeoid cục bộ theo phương pháp đo thuỷ chuẩn truyền thống kết hợp với số liệu trọng lực tại tất cả các điểm gốc độ cao mới theo công thức (4.2.3) 2. Tính hiệu thế trọng trường thực giữa hai mặt nói trên tại các điểm gốc độ cao theo công thức (4.2.4) 3. Tính giá trị hiệu thế trọng trường thực tại điểm xét tuỳ ý theo phương pháp collocation 4. Tính khoảng chênh giữa mặt quasigeoid toàn cầu và mặt quasigeoid cục bộ cho điểm xét theo công thức (4.2.5) 5. Tính chuyển đổi giá trị độ cao chuẩn tương ứng với hai mặt khởi tính theo công thức (4.2.6)

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận Trên cơ sở phân tích, đánh giá bản chất lí thuyết và các phương pháp xác định độ cao chuẩn, đồng thời tiến hành đo đạc thực nghiệm và xử lí tính toán để triển khai phương pháp đo cao GPS nhằm thiết lập hệ thống độ cao chuẩn thống nhất cho cả lãnh thổ và lãnh hải nước ta không dùng đến mặt nước biển trung bình, đề tài đã đạt được những kết quả chính như sau: 1.1 Đã triển khai xác định độ cao trắc địa trong hệ ITRF mới nhất với sai số không vượt quá 3 mm bằng công nghệ GPS chính xác cao trên khoảng cách dài cho 5 điểm trên lãnh thổ Việt nam. 1.2 Đã triển khai phân tích đánh giá lí thuyết và xử lí số liệu dị thường trọng lực, mô hình trọng trường và mô hình số địa hình của Trái đất theo phương pháp được thừa nhận có hiệu quả nhất hiện nay trong lĩnh vực Trắc địa vật lí là phương pháp collocation bình phương nhỏ nhất kết hợp với thuật toán “loại ra – hoàn trả” theo cách hiểu mới nhất. Đã nhận được các giá trị dị thường độ cao và các giá trị độ cao chuẩn tương ứng tính theo mặt khởi tính là quasigeoid toàn cầu cho 5 điểm trong đó 3 điểm trên dải ven bờ và 3 điểm trên các đảo lớn của nước ta. Độ chính xác đạt được là 0,2 – 0,3 m trên khoảng cách cỡ 500 km tức là tương đương với thuỷ chuẩn hạng III truyền thống. 1.3. Kết quả nhận được có thể được xem là tiền đề cho việc thiết lập hệ thống độ cao chuẩn thống nhất cho cả lãnh thổ và lãnh hải nước ta và cho việc kết nối, hoà nhập trong tương lai với hệ thống độ cao trong khu vực[5]. Đây cũng là minh chứng cho tính khả thi của việc xây dựng một hệ thống độ cao hoàn chỉnh không dùng đến mặt biển trung bình vốn có những nhược điểm nhất định mà các phương pháp kinh điển vẫn sử dụng. 1.4. Đã đề xuất phương án thiết lập hệ thống độ cao mới và quy trình chuyển đổi độ cao tương ứng.

2. Kiến nghị Đề nghị các cấp lãnh đạo có thẩm quyền xem xét, cho phép triển khai kết quả nghiên cứu của đề tài vào thực tiễn xây dựng hệ thống độ cao mới ở nước ta.

TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Phạm Hoàng Lân (1980). Khảo sát các phương pháp nghiên cứu hình dạng Trái đất trên phạm vi cục bộ trong điều kiện mạng lưới trọng lực hạn chế. Luận án PTS (nay là TS), Moskva (tiếng Nga) 1a. Phạm Hoàng Lân (1991). Định vị ellipsoid thực dụng. Xác định độ lệch dây dọi và dị thường độ cao. Đề tài nhánh thuộc đề tài Nhà nước 46A-01-01 “ Xây dựng và hoàn thiện mạng lưới toạ độ và mạng lưới trọng lực quốc gia nước CHXHCN Việt nam. Cục đo đạc và Bản đồ Nhà nước, Hà Nội, 1991. 2. Phạm Hoàng Lân (2002). Khảo sát độ chính xác xác định dị thường độ cao trọng lực. Tạp chí địa chính, Tổng cục Địa chính. Hà nội, số 9, 9/2002. 3. Phạm Hoàng Lân (2007). Nghiên cứu các giải pháp nâng cao độ chính xác đo cao GPS trong điều kiện Việt nam. Đề tài NCKH cấp Bộ, Bộ Tài nguyên và Môi trường, năm 2006. 4. Phạm Hoàng Lân (2008). Tiến tới thiết lập một hệ thống độ cao quốc gia có nhiều điểm gốc và thống nhất cho cả lãnh thổ và lãnh hải nước ta. Tạp chí Các khoa học về Trái đất. Viên Khoa học và công nghệ Việt nam, số 4 (T.30)/2008. 5. Phạm Hoàng Lân (2009). Thiết lập hệ thống độ cao thống nhất có nhiều điểm khởi tính cho các nước ASEAN. Hội nghị khu vực lần thứ 7 của Hiệp hội Trắc địa quốc tế (FIG), Hà nội, 10/2009 6. Nguyễn Thanh Vân (1983). Xác định sai số đại diện, sai số nội suy, hàm hiệp phương sai dị thường trọng lực ở đồng bằng Bắc bộ và trung du nước ta. Đồ án tốt nghiệp, Đại học Mỏ - Địa chất (Cán bộ hướng dẫn: Phạm Hoàng Lân) 7. Bernhard Hofman – Wellenhof, Helmut Moritz (2007). Trắc địa vật lí, Moskva, MIIGAiK (tiếng Nga) 8. Molodenski M.S. (1945) Các vấn đề trọng lực trắc địa. Moskva, Geodezizđat (tiếng Nga) 9. Molodenski M.S., Eremeev V.F., Yurkina M.I (1960) Moskva. Các phương pháp nghiên cứu trọng trưòng bên ngoài và hình dạng Trái đất. Các công trình nghiên cứu của TSNIIGAiK, tập 31 (tiếng Nga) 10. Moritz H. (1983). Trắc địa vật lí hiện đại. Moskva, “Nedra” (tiếng Nga) 11. Ogorodova L.V. (2006). Trắc địa cao cấp. Moskva, Geodezkartizđat (tiếng Nga)

12. Pellinen L.P. (1978). Trắc địa cao cấp (Trắc địa lí thuyết). Moskva, “Nedra” (tiếng Nga) 13.Tscherning C.C. (2008). Geoid determination by 3D Least squares collocation. Niels Bohr Institute, University of Copenhagen Denmark. Draft version 2008-09-10. 14. Hussein A. Abd-Elmotaal. A gravimetric geoid for Egypt derived by FFT technique - EGGG2000. Civil Engineering Department, Faculty of Engineering, Minia University, Minia 61111, Egypt

BÁO CÁO TÓM TẮT

Đề tài định hướng vào việc nghiên cứu triển khai phương pháp đo cao GPS trên cơ sở xác định độ cao trắc địa bằng công nghệ GPS khoảng cách dài chính xác cao và xác định dị thường độ cao theo phương pháp collocation bình phương nhỏ nhất và thuật toán “loại ra- hoàn trả” (“removerestore”) thông qua số liệu trọng lực mặt đất, mô hình trọng trường và địa hình. Trên cơ sở phân tích bản chất của độ cao chuẩn và các phương pháp xác định đề tài đã nhấn mạnh nhược điểm của cách giải quyết truyền thống và chỉ ra các ưu thế của cách giải quyết mới. Sau khi hệ thống lại tình hình triển khai và kết quả nhận được cho hệ thống độ cao chuẩn hiện hành của nước ta theo phương pháp truyền thống, đề tài đã phân tích, đánh giá kết quả xác định độ cao trắc địa cho 5 điểm xét chọn trước trên lãnh thổ nước ta bằng công nghệ GPS chính xác cao trên khoảng cách dài. Đã cho thấy độ chính xác rất cao của kết quả đo đạc thực nghiệm. Tiếp đó đề tài đã tập trung phân tích để lựa chọn phương pháp collocation bình phương nhỏ nhất cho việc trực tiếp xác định dị thường độ cao theo số liẹu trọng lực, mô hình trọng trường và địa hình với thuật toán “loại ra – hoàn trả”. Kết quả đã nhận được giá trị độ cao chuẩn tính theo mặt khởi tính là quasigeoid toàn cầu với độ chính xác 0,2 – 0,3 m cho 5 điểm xét cụ thể trên lãnh thổ nước ta với tư cách là các điểm gốc độc lập trong cơ sở độ cao chuẩn mới thống nhất cho cả lãnh thổ và lãnh hải nước ta. Kết quả thu nhận được đã khẳng định tính khả thi của việc không dùng đến mặt biển trung bình làm mặt khởi tính độ cao vốn vẫn được sử dụng trong các phương pháp truyền thống. Cuối cùng đề tài đã đề xuất phương án thiết lập hệ thống độ cao chuẩn và quá trình chuyển đổi độ cao tương ứng.

CHƯƠNG 1 ĐỘ CAO CHUẨN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH 1.1. Các hệ thống độ cao cơ bản trong trắc địa §é cao lµ mét trong ba thµnh phÇn to¹ ®é x¸c ®Þnh vÞ trÝ cña mét ®iÓm xÐt. Tuú thuéc vµo bÒ mÆt khëi tÝnh ®ưîc chän, chóng ta cã çc hÖ thèng ®é cao kh¸c nhau. Çc hÖ thèng ®é cao ®· vµ ®ang ®îc sö dông réng r·i trong thùc tÕ thêng cã bÒ mÆt khëi tÝnh rÊt gÇn víi mùc níc biÓn trung b×nh trªn Tr¸i ®Êt. §ã cã thÓ lµ mÆt geoid trong hÖ thèng ®é cao chÝnh hay mÆt quasigeoid trong hÖ thèng ®é cao chuÈn. Thµnh phÇn chñ yÕu cña hai lo¹i ®é cao nµy lµ ®é cao ®o ®ù¬c- tæng cña çc chªnh cao nhËn ®ưîc t¹i mçi tr¹m m¸y theo phư¬ng ph¸p ®o cao h×nh häc (®o cao thuû chuÈn) tõ ®iÓm gèc ®é cao trªn mÆt biÓn ®Õn ®iÓm xÐt. C¶ ®é cao chÝnh vµ ®é cao chuÈn ®Òu ®îc sö dông réng r·i trong c«ng t¸c tr¾c ®Þa-b¶n ®å nãi riªng vµ cho nhiÒu ngµnh khoa häc-kü thuËt nãi chung. HÖ thèng ®é cao chuÈn ®ưîc biÕt ®Õn çch ®©y kh«ng l©u, tõ kho¶ng gi÷a thÕ kû trø¬c, vµ cã u ®iÓm c¬ b¶n lµ chÆt chÏ vÒ mÆt lý thuyÕt, ®¬n gi¶n h¬n vÒ mÆt tÝnh to¸n 1.1.1. Độ cao chính Độ cao chính của một điểm trên mặt đất là khoảng cách được tính theo đường sức từ điểm này tới mặt geoid. Nó được ký hiệu là hg và được xác định theo biểu thức: B

gdh W0 − WB ∫0 h = = B , g mB gm g B

(1.1.1)

trong đó dh là chênh cao thuỷ chuẩn, g là giá trị trọng lực tại trạm máy; g mB là giá trị trọng lực trung bình trên đoạn đường sức giữa điểm xét B và mặt geoid; W0 là giá trị thế trọng trường trên mặt geoid, WB là giá trị thế trọng trường trên mặt đẳng thế đi qua điểm xét. Tính g m là một vấn đề phiền phức và không thể thực hiện được một cách chặt chẽ, chính xác. Vì vậy độ cao chính vì thế không thể được xem là một hệ thống độ cao chặt chẽ và hoàn chỉnh về mặt lý thuyết. Song, do nó khá đơn giản và trực quan về mặt nhận biết, nên đã được sử dụng rộng rãi từ rất lâu ở nhiều quốc gia, kể cả cho đến nay ở một số nước. 4

1.1.2. Độ cao chuẩn (hay độ cao bình thường) Hệ thống độ cao này được xây dựng cùng với lý thuyết hoàn chỉnh và chặt chẽ của Molođenski về nghiên cứu xác định bề mặt thực và thế trọng trường bên ngoài của Trái đất. Như ta đã biết, độ cao bình thường được ký hiệu là hBγ và được xác định theo công thức: B

hB =

∫ gdh 0

γ mB

(1.1.2) trong đó γ mB là giá trị trọng lực chuẩn trung bình ứng với điểm B, có thể được tính một cách đơn giản và chính xác. Hiện nay độ cao chuẩn đã được sử dụng thay thế độ cao chính trong việc xây dựng hệ thống độ cao quốc gia ở rất nhiều nước trên thế giới. 1.1.3. Độ cao trắc địa Độ cao trắc địa của một điểm là đoạn pháp tuyến với ellipsoid tính từ mặt này tới điểm xét. Mặt ellipsoid đó có thể là ellipsoid thực dụng, ellipsoid chuẩn (ellipsoid trọng lực) hay ellipsoid chung của Trái đất. Độ cao trắc địa của điểm xét M được ký hiệu là HM.

®¹t tíi môc ®Ých hoµ nhËp trong cïng mét hÖ thèng chung b»ng çch ®o nèi çc hÖ thèng riªng biÖt víi nhau vµ sö dông mét ®iÓm gèc chung. Nh−ng trong tr−êng hîp nµy sÏ nÈy sinh nhiÒu vÊn ®Ò bÊt cËp. VÒ mÆt lý thuyÕt th× M.S. Molodenski vµ çc nhµ b¸c häc X« viÕt kh¸c ®· kh¶o s¸t vµ chøng minh kh«ng thÓ x¸c ®Þnh mÆt geoid mét çch chÆt chÏ vµ chÝnh x¸c. §Ó tho¸t khái çc trë ng¹i kh«ng thÓ kh¾c phôc trong viÖc sö dông geoid, M.S. Molodenski ®· ®Ò xuÊt ý t−ëng kh−íc tõ kh¸i niÖm ®é cao chÝnh vµ thay thÕ nã cÇn x©y dùng vµ sö dông mét lo¹i ®é cao míi víi mÆt khëi tÝnh lµ mÆt ellipsoid chuÈn vµ tu©n thñ ®iÒu kiÖn: khi chän thÕ träng trêng chuÈn trªn mÆt ellipsoid chuÈn b»ng thÕ thùc trªn mÆt geoid, gi¸ trÞ thÕ träng tr−êng chuÈn UN t¹i ®iÓm N t−¬ng øng víi ®iÓm xÐt M trªn bÒ mÆt thùc S cña Tr¸i §Êt b»ng gi¸ trÞ thÕ träng tr−êng thùc WM t¹i ®iÓm M. Çc ®iÓm N t−¬ng øng víi çc ®iÓm M trªn mÆt ®Êt sÏ hîp thµnh mét bÒ mÆt mà M.S. Molodenski gäi lµ bÒ mÆt phô trî hay bÒ mÆt xÊp xØ (gÇn ®óng) cña Tr¸i §Êt. BÒ mÆt nµy ®· ®−îc R.A. Hirvonen ®Æt tªn lµ mÆt teluroid vµ th−êng ®−îc ký hiÖu lµ Σ. Kho¶ng çch tÝnh theo ph¸p tuyÕn gi÷a ®iÓm N vµ mÆt ellipsoid chuÈn, tøc lµ gi÷a mÆt teluroid vµ mÆt ellipsoid chuÈn, ®−îc V.F. Eremeev gäi lµ ®é cao chuÈn vµ th−êng ®−îc ký hiÖu lµ hγ. Ta cã ®é cao chuÈn cña ®iÓm xÐt M trªn mÆt ®Êt (h×nh l) lµ :

Kho¶ng c¸ch gi÷a mÆt teluroid vµ mÆt ®Êt thùc øng víi ®iÓm xÐt chÝnh lµ dÞ th−êng ®é cao ; Nã ®−îc ký hiÖu lµ ζ. Ta cã : ζM

Víi çch hiÓu ®Çy ®ñ, chÝnh x¸c xuÊt ph¸t tõ kh¸i niÖm gèc rÔ theo M.S. Molodenski, ®é cao chuÈn sÏ lµ vµ chØ cã nã míi cã thÓ lµ yÕu tè c¬ b¶n ®Ó x©y dùng nªn mét hÖ thèng ®é cao, trong ®ã ®é cao cña çc ®iÓm kh¸c nhau ®Òu ®−îc tÝnh tõ cïng mét mÆt khëi tÝnh lµ mÆt ellipsoid chuÈn, nhê vËy hÖ thèng ®é cao sÏ lµ thèng nhÊt cho çc phÇn riªng rÏ còng nh− cho toµn bé bÒ mÆt Tr¸i §Êt. §iÓm gèc ®é cao kh«ng ph¶i chØ cã 1, mµ cã thÓ cã nhiÒu. Thªm vµo ®ã, gi¸ trÞ ®é cao cña ®iÓm xÐt kh«ng cã liªn quan vµ sÏ kh«ng phô thuéc vµo sù thay ®æi cña mùc n−íc biÓn trung b×nh, v× thÕ cã thÓ ®−îc xem lµ ®¹i l−îng kh«ng ®æi theo thêi gian vèn rÊt cÇn thiÕt cho viÖc nghiªn cøu chuyÓn ®éng hiÖn ®¹i cña vá Tr¸i §Êt trong kho¶ng thêi gian dµi còng nh− çc biÕn ®éng tù nhiªn kh¸c. 1.2.2. Các ưu thế của độ cao chuẩn 1) Độ cao chuẩn của các điểm xét trên phạm vi toàn cầu sẽ có cùng một bề mặt khởi tính là ellipsoid chuẩn và nhờ vậy các mạng lưới độ cao quốc gia hay châu lục, trên đất liền hay hải đảo hoàn toàn có thể dễ dàng liên kết và hợp nhất. 2) Do độ cao chuẩn hợp với dị thường độ cao thành độ cao trắc địa, cho nên đây chính là tiền đề lý thuyết cho việc sử dụng một cách có hiệu quả công nghệ định vị vệ tinh hiện đại vào mục đích xác định độ cao được biết đến với tên gọi là đo cao GPS

U N −U0

γ mN

(1.3.1) §Ó cã ®−îc (UN – U0), ng−êi ta ®· ®Æt yªu cÇu chän thÕ träng tr−êng chuÈn sao cho: U N − U 0 = WM − W0

(1.3.2) trong ®ã W0 - thÕ träng tr−êng thùc trªn mÆt geoid. Nếu lại chọn Uo = Wo, ta sẽ có UN = WM. MÆt kh¸c, ta l¹i biÕt : M

WM − W0 =

∫ g dh 0

(1.3.3) trong ®ã dh - chªnh cao thuû chuÈn gi÷a hai ®iÓm kÒ nhau trªn tuyÕn ch¹y tõ ®iÓm gèc ®é cao O trªn mÆt geoid ®Õn ®iÓm xÐt M trªn mÆt ®Êt ; g - gi¸ trÞ träng lùc däc theo tuyÕn OM. hMγ =

γ mM

∫ g dh

(1.3.4) BiÓu thøc (1.3.4) cho thÊy, ®Ó x¸c ®Þnh ®−îc gi¸ trÞ ®é cao chuÈn hγ, ng−êi ta ph¶i sö dông kÕt qu¶ ®o thuû chuÈn kÕt hîp víi ®o träng lùc däc tuyÕn ®o cao ®−îc dÉn tõ ®iÓm gèc ®é cao lÊy theo mÆt biÓn trung b×nh ®· chän. Ngoµi çc nh−îc ®iÓm ®· ®−îc ®Ò cËp ë phÝa trªn, ph−¬ng ph¸p ®o thuû chuÈn truyÒn thèng cßn rÊt h¹n chÕ, thËm chÝ kh«ng kh¶ thi trong ®iÒu kiÖn ®Þa h×nh phøc t¹p hoÆc bÞ chia c¾t bëi mÆt n−íc tr¶i réng. Çc nh−îc ®iÓm vµ h¹n chÕ ®· nªu sÏ ®−îc kh¾c phôc trong çch gi¶i quyÕt d−íi ®©y.

1.3.1. Phương pháp dựa trên công nghệ định vị vệ tinh Trên cơ sở biểu thức (1.2.1) ta có: hγ = H − ζ

(1.3.5)

CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH ĐỘ CAO CHUẨN THEO PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG 2.1. Mạng lưới độ cao hạng I, hạng II Nhà nước Mạng lưới độ cao Nhà nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam là lưới khống chế về độ cao thống nhất trong cả nước, được đo bằng phương pháp đo cao hình học nhằm mục đích phục vụ cho nhu cầu xây dựng, phát triển kinh tế, quốc phòng và nghiên cứu khoa học. Lưới độ cao hạng I, II là cơ sở để phát triển và khống chế các lưới độ cao cấp thấp và trực tiếp phục vụ cho các mục đích kinh tế, kỹ thuật khác nhau. Lưới độ cao Nhà nước lấy mực nước biển trung bình tại trạm nghiệm triều Hòn Dấu (Đồ Sơn, Hải Phòng) làm mực chuẩn “0” và được tính toán trong hệ thống độ cao chuẩn. Lưới độ cao Nhà nước hạng I, II (cũ) được xây dựng qua nhiều giai đoạn, đến nay đã bộc lộ nhiều bất cập không thể đáp ứng nhu cầu cung cấp độ cao cho việc xây dựng phát triển xã hội. Để khắc phục những tình trạng nói trên, từ năm 2001- 2004 Bộ Tài nguyên và Môi trường đã tiến hành hoàn thiện mạng lưới độ cao Nhà nước hạng I, II phủ trùm toàn Quốc và đến cuối năm 2007 toàn bộ mạng lưới độ cao này đã được tính toán và bình sai xong năm 2007. 2.1.1. Sơ lược về mạng lưới độ cao hạng I, II trước năm 2001 Mạng lưới độ cao hạng I, II hiện đang sử dụng gồm 10 đường hạng I và 41 đường hạng II, có một số đặc điểm sau: 1) Về kết cấu mạng lưới: Mạng lưới có cấu trúc đồ hình khá chặt chẽ với những vòng khép được tạo bởi các đường độ cao hạng 1, 2. Mật độ đường độ cao dày và đều trên lãnh thổ cả nước. Tuy nhiên vẫn còn một vài đường đơn, đường treo. 2) Về tài liệu đo ngắm ngoại nghiệp:

Việc đo ngắm ngoại nghiệp nói chung tuân thủ nghiêm túc “Qui phạm xây dựng lưới độ cao Nhà nước hạng 1, 2, 3 và 4” do Cục đo đạc và bản đồ Nhà nước ban hành năm 1988. 3) Về độ chính xác đo ngắm: Đã tiến hành đánh giá sai số trung phương ngẫu nhiên, hệ thống 1 km đường đo thuỷ chuẩn theo đúng công thức qui định cho nội nghiệp. Các sai số này nhìn chung đều đạt yêu cầu của qui phạm. Các vòng khép về cơ bản đạt hạn sai cho phép. 4) Việc tính toán mạng lưới độ cao: - Mạng lưới được xử lý khái lược theo đúng qui định của qui phạm. Giá trị độ cao khái lược mang tính chất tạm thời được tính theo phương thức truyền độ cao theo các đường. - Chênh cao khái lược đã được hiệu chỉnh số cải chính do sự không song song của các mặt đẳng thế, tuy nhiên do thiếu số liệu trọng lực đo trên các điểm thuỷ chuẩn nên giá trị trọng lực chủ yếu được nội suy từ các bản đồ dị thường trọng lực Bouguer tỷ lệ 1/200.000, 1/500.000 của Tổng cục Địa chất, số còn lại (tại các khu vực không có bản đồ) được lấy từ số liệu trọng lực cho các ô 5′ x 5′ được xây dựng từ 6000 điểm trọng lực theo phương pháp trung bình hoá liên tiếp cho các ô có điểm trọng lực trong đó và suy giải Collocation cho các ô trống còn lại. - Việc bình sai được thực hiện theo 2 bước: + Bình sai hệ thống các điểm nút theo phương pháp gián tiếp có tính đến những chỉ tiêu khác nhau giữa các cấp hạng về độ chính xác, chiều dài đường v.v. . . + Bình sai các đường độ cao giữa các điểm nút. + Các đoạn treo dược tính truyền độ cao từ các mốc đầu đường đã tham gia tính toán bình sai trong toàn mạng lưới. 5) Về mặt chuẩn “0” Mực nước biển trung bình được tính từ dãy số liệu quan trắc tại trạm triều ký Hòn Dấu trong vòng 43 năm (từ năm 1950 đến 1992). Giá trị h0 = 1.90 m được nhận là mặt nước trung bình của trạm triều ký Hòn Dấu và là mặt chuẩn “0” của lưới độ cao Nhà nước. 2.1.2. Hoàn thiện lưới độ cao nhà nước hạng I, II 1) LƯỚI “0” HÒN DẤU VÀ LƯỚI GỐC ĐỒ SƠN 11

- Trạm triều ký Hòn Dấu Trạm triều ký Hòn Dấu nằm sát cạnh đảo Hòn Dấu (Đồ Sơn, Hải Phòng), được xây dựng từ năm 1929, nên trạm bị xuống cấp. Năm 1990 Tổng cục Khí tượng thuỷ văn đã tiến hành xây dựng trạm triều ký mới. Số “0” của trạm triều ký mới được đặt trùng với số “0” của trạm triều ký cũ. Trạm mới hoàn toàn thay thế trạm cũ, hoạt động cho đến nay. - Mực nước biển trung bình Mực nước biển trung bình được tính từ dãy số liệu quan trắc tại trạm triều ký Hòn Dấu. Qua tính toán, giá trị h0 = 1,9067 m được nhận là mặt nước biển trung bình của trạm triều ký Hòn Dấu và là mặt chuẩn “0” của lưới độ cao Nhà nước. - Cấu trúc lưới “0” và các mốc thuộc lưới “0” Lưới “0” xây dựng nhằm mục đích lưu giữ ổn định và lâu dài mặt chuẩn “0” của lưới độ cao Nhà nước, được thiết kế có dạng giẻ quạt, nằm trọn trên đảo Hòn Dấu (hình 2) - Lưới độ cao gốc đồ Sơn Các kết quả tính toán cụ thể cho thấy lưới gốc được đo với độ chính xác rất cao. 2) LƯỚI ĐỘ CAO NHÀ NƯỚC HẠNG I, II MỚI VB22

VB2 Đ1

O3 12

- Hệ thống mốc: Về cơ bản các mốc của mạng lưới độ cao mới đều sử dụng mốc cũ được gia cố lại. Toàn bộ các mốc được xây tường vây và nổi trên mặt đất 0,2 m, giúp cho việc bảo vệ cũng như tìm kiếm mốc được thuận tiện hơn. - Cấu trúc lưới: Hệ thống các đường độ cao hạng I, II được bố trí rải đều trên lãnh thổ cả nước và có cấu trúc đồ hình chặt chẽ với 36 vòng khép kín. Trong lưới độ cao mới đã xây dựng thêm 2 đường độ cao hạng II tạo thành 2 vòng khép kín, khắc phục được điểm yếu của lưới độ cao cũ. Mạng lưới hạng I, II gồm 13 đường thủy chuẩn hạng I và 44 đường thủy chuẩn hạng II. Toàn lưới tạo thành 6 vòng khép hạng I, 2 vòng khép hạng II và 36 vòng khép hạng I, II .

2.2. Các số hiệu chỉnh do ảnh hưởng của trọng trường Ảnh hưởng của trọng trường được tính đến thông qua hai số hiệu chỉnh, đó là: δ =-

γm

(γ 0B − γ 0A ) H m +

γm

( g − γ ) m ∆hBA ,

trong đó:

γ m = (γ 0 )ϕm − 0,15H m là giá trị trọng lực trung bình của mạng lưới tính bằng mgal;

γ 0A , γ 0B là giá trị trọng lực chuẩn tại điểm A và B tính bằng mgal. Giá trị trọng lực chuẩn của Elipsoid qui chiếu WGS-84 được tính theo công thức:

γ 0 = 978032,5(1 + 0,0053024sin 2 B − 0,0000058sin 2 2 B) , trong đó B là vĩ độ trung bình của khu vực tính chuyển giá trị độ cao; (g - γ)m là giá trị trung bình dị thường trọng lực chân không giữa 2 điểm A, B, lấy đơn vị là mgal. Nó có thể tính trực tiếp từ giá trị trọng lực đo tại chính các mốc độ cao hoặc được nội suy theo bản đồ dị thường trọng lực;

Nếu dị thường trọng lực được sử dụng là dị thường Bouguer thì phải chuyển thành dị thường chân không; Hm là độ cao trung bình của 2 điểm A, B tính bằng m; ∆hAB là chênh cao độ cao đo được giữa hai điểm A và B tính bằng m.

2.3. Xử lí toán học mạng lưới độ cao hạng I, hạng II Nhà nước 2.3.1. Tính khái lược

1) Số cải chính mia được tính ; 2) Tính số cải chính do nhiệt độ thay đổi cho dải inva ; .

3) Tính sai số trung phương ngẫu nhiên, hệ thống 1 Km đường thuỷ chuẩn; Kết quả đạt được: Hạng I:

ηmax = 0,389 mm < ηcho phép = 0,5 mm σmax = 0.05 mm ≤ σcho phép = 0,05 mm

Hạng II:

ηmax = 0,767 mm < ηcho phép = 1,0 mm σmax = 0.15 mm ≤ σcho phép = 0,15 mm

4) Tính sai số khép vòng: Kết quả ở bảng trên cho thấy tất cả 36 vòng khép đều đạt hạn sai qui định: + Đối với đường hạng II: W cho phép = Wcho phép = + Đối với các vòng gồm 2 cấp hạng 14

±4 L (vùng đồng bằng) ±5 L (vùng núi)

Wcho phép trong đó:

= ± 5

LI + L 4

W là sai số khép độ cao lấy đơn vị là mm; L là chiều dài đường hoặc vòng khép lấy đơn vị là km.

2.3.2. Tính toán bình sai lưới độ cao quốc gia

1) BÌNH SAI LƯỚI THUỶ CHUẨN GỐC ĐỒ SƠN Lưới gốc được bình sai bằng phương pháp gián tiếp. Điểm độ cao khởi tính là điểm gốc ký hiệu TCG-ĐG có độ cao được tính chuyền từ lưới “0” ngoài đảo Hòn Dấu sang. Độ chính xác nhận được sau bình sai như sau: - Sai số trung phương trọng số đơn vị µ0 = 0.76 mm - Sai số trung phương 1 Km thuỷ chuẩn mh = 0.76 mm - Sai số trung phương độ cao lớn nhất Mhmax = 2.56 mm - Sai số trung phương độ cao nhỏ nhất Mhmin = 0.78 mm Kết quả trên cho thấy lưới gốc được đo với độ chính xác rất cao. 2) BÌNH SAI TỔNG THỂ LƯỚI ĐỘ CAO NHÀ NƯỚC HẠNG I, II - Bình sai lưới độ cao Việc bình sai tổng thể lưới độ cao Nhà nước hạng I, II được tiến hành theo phương pháp gián tiếp, với điểm khởi tính là điểm L6 thuộc lưới độ cao gốc Đồ Sơn có tính cải chính mực nước biển trung bình với chu kỳ 56 năm (từ năm 1950 đến năm 2005). Trọng số có tính đến những chỉ tiêu khác nhau giữa các cấp hạng về độ chính xác, chiều dài đường v.v. . . Độ chính xác nhận được sau bình sai như sau: + Sai số trung phương trọng số đơn vị

µ0 = 0.92 mm (hạng I) µ0 = 2.29 mm (hạng II)

Có 4 đường độ cao là các đường treo. Độ cao của các điểm thuộc 4 đường này được tính truyền từ các mốc đầu tiên của mỗi đường đã được tham gia tính toán bình sai tổng thể trong cả mạng lưới hạng I, II.

2.4. Nhận xét, đánh giá 1) Mạng lưới độ cao hạng I, II Nhà nước là mạng lưới có đồ hình kết cấu chặt chẽ, có hệ thống mốc dày đặc và phân bố đều khắp lãnh thổ, được đo với độ chính xác cao. 2) Mạng lưới độ cao hạng I, II Nhà nước được tính toán, bình sai theo một hệ thống độ cao thống nhất trong cả nước, lấy mực nước biển trung bình Hòn Dấu làm mực chuẩn “0”. Toàn lưới được tính trong hệ thống độ cao chuẩn là hệ thống độ cao tốt nhất về mặt kỹ thuật. 3) Mạng lưới độ cao hạng I, II Nhà nước là cơ sở chính xác để tăng dày, phát triển các mạng lưới độ cao cấp thấp phục vụ trực tiếp cho các mục đích phát triển kinh tế - xã hội, nghiên cứu khoa học, bảo vệ an ninh, quốc phòng v.v . . 4) Tuy nhiên do hình thể nước ta dạng kéo dài từ Bắc xuống Nam, nên việc tính chuyền độ cao xuất phát từ một điểm gốc ở phía Bắc dẫn đến hiện tượng càng đi xuống phía Nam các điểm độ cao càng bị ảnh hưởng của sai số hệ thống lớn hơn. Mặt khác, hệ thống độ cao quốc gia mới chỉ được xây dựng trên phạm vi lãnh thổ, mà chưa có trên các đảo và lãnh hải nói chung. Chính vì thế, bài toán thiết lập hệ thống độ cao quốc gia thống nhất cho cả lãnh thổ và lãnh hải với nhiều điểm gốc là vấn đề đã đến lúc cần được đặt ra để xem xét, giải quyết.

CHƯƠNG 3 THIẾT LẬP CƠ SỞ ĐỘ CAO CHUẨN THEO SỐ LIỆU GPS VÀ SỐ LIỆU TRỌNG LỰC TRÊN DẢI VEN BỜ VÀ MỘT VÀI ĐẢO Ở VIỆT NAM 3.1. Nguyên lý đo cao GPS và các phương án triển khai 3.1.1. Nguyên lý đo cao GPS

Ta viết lại (1.2.1) ở dạng sau: hγ = H − ζ

(3.1.1)

Nhê cã c«ng nghÖ ®Þnh vÞ vÖ tinh mµ cô thÓ lµ hÖ thèng GPS ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc ®é cao tr¾c ®Þa trong hÖ to¹ ®é t−¬ng øng vµ trªn c¬ së ®ã sÏ kh«ng mÊy khã kh¨n nhËn ®−îc gi¸ trÞ ®é cao tr¾c ®Þa H so víi ellipsoid chuÈn phï hîp víi thÕ träng tr−êng chuÈn ®· ®−îc chÊp nhËn ®Ó tÝnh ra çc gi¸ trÞ dÞ th−êng träng lùc cÇn thiÕt cho viÖc x¸c ®Þnh dÞ th−êng ®é cao ζ theo çc c«ng thøc chÆt chÏ cña Molodenski M.S. hoÆc theo çc c«ng thøc gÇn ®óng cña Stokes. Çch x¸c ®Þnh ®é cao chuÈn trªn c¬ së c«ng thøc (1.3.5) ®uîc biÕt ®Õn víi tªn gäi phæ biÕn trong çc tµi liÖu chuyªn m«n lµ ph−¬ng ph¸p ®o cao GPS. Nh− vËy, ®o cao GPS chÝnh lµ c¬ së cña viÖc thiÕt lËp hÖ thèng ®é cao míi cã nhiÒu −u ®iÓm c¬ b¶n h¬n h¼n so víi ph−¬ng ph¸p truyÒn thèng ®· nãi ®Õn ë çc phÇn tr−íc. 3.1.2. Các phương án triển khai Çc phư¬ng ¸n ®o cao GPS ®Òu dùa trªn d¹ng sè liÖu c¬ b¶n chung lµ ®é cao tr¾c ®Þa H ®ược x¸c ®Þnh tõ kÕt qu¶ ®o GPS. Chóng chØ kh¸c nhau ë çch x¸c ®Þnh thµnh phÇn thø hai lµ ®¹i lưîng ζ. 1) Trường hîp x¸c ®Þnh trùc tiÕp ζ Sè liÖu ®ược sö dông lµ çc gi¸ trÞ dÞ thưêng träng lùc ch©n kh«ng ®ưîc cho trªn ph¹m vi toµn bé bÒ mÆt Tr¸i ®Êt:

∆g = gs - γ Σ

Gi¸ trÞ dÞ thường ®é cao ζ t¹i ®iÓm xÐt sÏ ®ược x¸c ®Þnh trªn c¬ së gi¶i bµi to¸n biªn trÞ cña lý thuyÕt thÓ theo c¸ch ®Æt vÊn ®Ò cña Molodenski. Lêi gi¶i cuèi cïng ë d¹ng xÊp xØ bËc nhÊt ®¶m b¶o tho¶ m·n yªu cÇu ®é chÝnh x¸c cao cña thùc tÕ, c¶ ë vïng cã bÒ mÆt ®Þa h×nh biÕn ®æi phøc t¹p như vïng nói, cã d¹ng:

ζ(B,L,hγ) =

R 4πγ

∫∫ω ( ∆ g + G

)S (4)dω ;

(3.1.2) R 2 G1 = 2π

∫∫ω

− h r

0 3

γ p

∆ gd ω

(3.1.3) trong ®ã R, γ lµ b¸n kÝnh trung b×nh vµ gi¸ trÞ träng lùc chuÈn trung b×nh cña Tr¸i ®Êt ; r0 lµ kho¶ng çch tÝnh theo d©y cung gi÷a ®iÓm xÐt vµ ®iÓm ch¹y trªn mÆt cÇu ; dω lµ phÇn tö gãc nh×n. G1 chÝnh lµ ¶nh hưởng cña bÒ mÆt ®Þa h×nh trong gi¸ trÞ dÞ thưêng träng lùc. Nã cã thÓ lµm cho gi¸ trÞ dÞ thường ®é cao ζ thay ®æi tíi 5-7 cm. ChÝnh v× vËy khi cÇn ®¹t ®é chÝnh x¸c cao còng nh ë vïng nói, nhÊt thiÕt ph¶i tÝnh ®Õn ¶nh hưởng nµy. Trong trưêng hîp ngược l¹i cã thÓ sö dông c«ng thøc Molodenski ë d¹ng xÊp xØ bËc 0, ®ã chÝnh lµ c«ng thøc Stokes ®· ®ưîc biÕt ®Õn tõ rÊt l©u. 2) Trưêng hîp x¸c ®Þnh gi¸n tiÕp ζ CÇn cã sè liÖu ®o GPS vµ sè liÖu ®o thuû chuÈn kÕt hîp víi sè liÖu träng lùc däc tuyÕn ®o cao. Khi ®ã ta sÏ tÝnh ®ược hiÖu ζ = ( H - hγ) cho mét sè Ýt “®iÓm cøng”, ch¼ng h¹n N ®iÓm. B»ng çch sö dông çc ph ư¬ng ph¸p néi suy kh¸c nhau, ch¼ng h¹n, b»ng ®a thøc, hµm spline, kriging, collocation v.v… ta cã thÓ néi suy çc liÖu ®ã tõ “®iÓm cøng” sang cho ®iÓm xÐt bÊt kú ®ưîc bao quanh bëi çc “®iÓm cøng”. Ngoµi sè liÖu ®o GPS vµ ®o cao thuû chuÈn ta cßn cã thÓ sö dông çc sè liÖu bæ sung như : sè liÖu dÞ thường träng lùc trong mét ph¹m vi h¹n chÕ nµo ®ã, sè liÖu ®é cao ®Þa h×nh. Chóng cã kh¶ n¨ng “lµm nh½n” mÆt quasigeoid vµ do vËy cho phÐp ®¬n gi¶n ho¸ qu¸ tr×nh néi suy ®Ó cã thÓ ®¹t tíi ®é chÝnh x¸c cao h¬n.

3.2. Xác định độ cao trắc địa theo số liệu đo GPS chính xác cao 3.2.1. Đo GPS chính xác cao

Tªn ®iÓm CDAO

VTAU

QNAM

Start Time

Stop Time

2009-3-21

2009-3-25

23:42:15

00:21:15

2009-3-21

2009-3-22

23:53:15

11:20:15

2009-3-22

2009-3-23

11:32:45

06:10:45

2009-3-23

06:18:00

23:26:15

2009-3-23

2009-3-24

23:44:00

13:19:15

2009-3-24

2009-3-25

13:26:00

00:04:45

2009-3-21

2009-3-22

23:59:15

23:30:30 19

Lo¹i Antenna

§é cao Antenna

Ghi chó

Zephyr Geodetic

1.230m

§o liªn tôc thµnh 1 file, Antenna tèt

Compact L1/L2 1.472m w/Ground Plane

Lo¹i Antenna tèt, Lo¹i m¸y thÕ hÖ cò, bé nhí Ýt, kh«ng thu ®îc P2, File ®o bÞ ng¾t qu·ng thµnh 5 ®o¹n rêi r¹c kh«ng theo 3 ngµy ®o

Zephyr

Lo¹i kh«ng

1.490m

Antenna tèt, Lo¹i

BLVI

DSON

2009-3-22

2009-3-23

23:37:15

09:44:45

2009-3-23

09:51:45

23:33:15

2009-3-23

2009-3-24

23:39:00

23:59:00

2009-3-21

2009-3-23

23:42:00

00:09:45

2009-3-23

2009-3-24

00:38:45

00:11:15

2009-3-24

2009-3-25

00:28:15

00:00:45

2009-3-21

2009-3-22

23:42:00

23:57:30

2009-3-23

00:47:00

23:56:30

2009-3-24

2009-3-25

00:34:15

00:01:00

m¸y tèt, File ®o bÞ ng¾t thµnh 4 ®o¹n rêi r¹c kh«ng theo 3 ngµy ®o.

Trimble 5800 Internal

1.565m

0.811m Trimble 5800 Internal

0.754m 0.754m

Lo¹i Antenna kh«ng tèt, Lo¹i m¸y tèt, File ®o bÞ ng¾t thµnh 3 ®o¹n rêi r¹c gÇn theo 3 ngµy ®o.

§é cao Antenna thay ®æi. Lo¹i Antenna kh«ng tèt, File ®o bÞ ng¾t thµnh 3 ®o¹n gÇn theo 3 ngµy ®o.

+ D÷ liÖu ®o d¹ng RINEX vµ çc th«ng tin phô trî ph¶i ®ược cung cÊp chÝnh thøc vµ ®Çy ®ñ cïng víi thêi gian diÔn ra ®ît ®o cña chóng ta; + Çc d÷ liÖu to¹ ®é vµ vËn tèc trong Frame tham chiÕu hiÖn thêi ph¶i ®ược c«ng bè chÝnh thøc, ®Çy ®ñ vµ tÝnh to¸n Update, cËp nhËt thường xuyªn khi cã çc biÕn ®æi ®Þa ®éng häc x¶y ra; + Ph¶i cã vÞ trÝ ph©n bè ®Òu vÒ çc hướng vµ gÇn khu vùc ViÖt nam; + §Ó gi¶m ¶nh hưởng cña sai sè m« h×nh vËn tèc, nªn chän cïng m¶ng kiÕn t¹o víi khu vùc ViÖt nam ( m¶ng ¢u- Á ). Theo çc tiªu chÝ trªn, chóng t«i quyÕt ®Þnh chän 4 ®iÓm IGS lµ: KUNM, SHAO, PIMO vµ NTUS lµm çc ®iÓm tham chiÕu phôc vô viÖc xö lý tÝnh to¸n . Ngoµi ra çc d÷ liÖu phô trî kh¸c còng ®ưîc chóng t«i lÊy tõ çc nguån c«ng bè chÝnh thøc cña trung t©m IGS. §©y lµ çc d÷ liÖu mới nhất, ®ược xö lý kÕt hîp tõ nhiÒu trung t©m IGS khu vùc, do vËy kÕt qu¶ cã ®é chÝnh x¸c vµ tin cËy cao. 2) Xö lý d÷ liÖu quü ®¹o vÖ tinh + Thùc hiÖn trªn d÷ liÖu:

• T¹o file Tabular Orbir tõ file Quü ®¹o vÖ tinh chÝnh x¸c • Xö lý d÷ liÖu RINEX vµ çc bưíc tiÒn xö lý d÷ liÖu Thùc hiÖn trªn d÷ liÖu: a. NhËp file d÷ liÖu RINEX vµo Bernese b. Xö lý trÞ ®o Code hiÖu chØnh çc sai sè ®ång bé ho¸ ®ång hå m¸y thu víi ®ång hå vÖ tinh c. §Þnh nghÜa çc Baslines ®éc lËp vµ t¹o ra çc files ph©n sai ®¬n d. TiÒn xö lý çc trÞ ®o b»ng chư¬ng tr×nh MAUPRP 3) Xö lý d÷ liÖu ph©n sai bËc hai vµ t¹o çc file hÖ phương tr×nh chuÈn NQ0 b»ng GPSEST 4) Quy tr×nh tính toán Ch¹y chương tr×nh GPSEST qua 4 lÇn trªn d÷ liÖu như sau: + Ch¹y GPSEST lÇn 1: KiÓm tra chÊt lượng d÷ liÖu )

+ Thùc hiÖn viÖc tÝnh to¸n b×nh sai lưới cho ra lêi gi¶i ®Çu tiªn 21

+ Ch¹y GPSEST lÇn 3, gi¶i quyÕt çc Ambiguity + Ch¹y chương tr×nh GPSEST lÇn cuèi: + KiÓm tÝnh nhÊt qu¸n cña to¹ ®é çc ®iÓm IGS chuÈn ë bước nµy chóng ta ®· cã m¹ng lưíi víi quan hÖ h×nh häc tư¬ng quan gi÷a çc ®iÓm th«ng qua trÞ ®o lµ chÝnh x¸c vµ v÷ng ch¾c. B©y giê chóng ta sÏ kh«ng Fix bÊt kú ®iÓm IGS nµo, dïng chư¬ng tr×nh ADDNEQ2 ®Ó t¹o ra kÕt qña to¹ ®é tõng ngµy ®o, sau ®ã dïng chư¬ng tr×nh HELMR1 ®Ó so s¸nh çc kÕt qu¶ to¹ ®é nµy víi gi¸ trÞ to¹ ®é do trung t©m IGS cung cÊp. B»ng çch nµy chóng ta cã thÓ chØ ra ®ựơc điÓm IGS nµo cã to¹ ®é bÞ vªnh, kh«ng nhÊt qu¸n víi çc ®iÓm cßn l¹i trong lưới để tõ ®ã sÏ lo¹i bá ra khái danh s¸ch nh÷ng ®iÓm ®ựơc coi lµ Fix khi xö lý tÝnh to¸n çc kÕt qu¶ cuèi cïng. LÇn ch¹y nµy ®ång thêi còng t¹o ra file m« h×nh tÇng ®èi lưu côc bé chÝnh x¸c h¬n. + KiÓm tra sù nhÊt qu¸n, thèng nhÊt to¹ ®é gi÷a çc ngµy cña ®ît ®o + Ch¹y chư¬ng tr×nh ADDNEQ2 víi ràng buộc tối thiểu ( Minimum Constraint ) 5)

TÝnh to¸n to¹ ®é cuèi cïng cña ®ît ®o b»ng ADDNEQ2

Trong khi tÝnh to¸n, lùa chän 4 ®iÓm IGS lµm ®iÓm Fix hoÆc Contraint rÊt chÆt. Sau khi xö lý, thu ®ưîc kÕt qu¶ như sau: To¹ ®é ®Çy ®ñ vµ sai sè: -----------------------------------------------------------------------Name

Typ

Estimated value

RMS error

BLVI

-1824508.2141

0.0010

5706301.2096

0.0017

2181207.1378

0.0009

-15.5963

0.0018

4.2

20 7 47.915965

0.0008

5.8

107 43 51.362224

0.0008

0.0008 -2.7

-1798210.9215

0.0011

6044089.5417

0.0019

COND

3-D ellipsoid

2-D ellipsoid

0.0008 15.1 0.0008

DSON

KUNM

NTUS

PIMO

QNAM

953922.9424

0.0009

3.9999

0.0020

8 39 33.316781

0.0009

0.0009 174.3

0.0009 174.0

106 34 6.825845

0.0010

0.0010 -1.2

0.001

-1724380.5987

0.0010

5714555.0982

0.0019

2239890.2743

0.0010

-6.4211

0.0021

5.0

20 41 43.905294

0.0008

2.5

106 47 28.728472

0.0009

0.0008 -4.3

-1281255.8546

0.0009

5640746.0959

0.0013

2682879.9116

0.0009

1986.2241

0.0013

25 1 46.337132

0.0008

0.0008 18.3

0.0008 24.1

102 47 49.908480

0.0009

-1508022.9496

0.0010

6195576.6273

0.0013

148799.3920

0.0009

75.4016

0.0013

0.0014 10.6

1 20 44.885508

0.0009

0.0009 167.2

0.0009 162.1

103 40 47.847754

0.0010

6.1

0.001

-3186293.7985

0.0010

5286624.2692

0.0012

1601158.3108

0.0008

95.5225

0.0013

6.8

14 38 8.591788

0.0008

0.0008 17.2

0.0008 13.5

121 4 39.830043

0.0009

-1890362.0554

0.0011

2.0

0.0008 18.0 0.0009

7.3

4.2

3.2

SHAO

VTAU

BLVI

5838864.4654

0.0018

1730523.9601

0.0010

5.5951

0.0020

3.8

15 50 51.751052

0.0008

7.4

0.0008

107 56 22.645996

0.0009

0.0009 -0.3

0.0009

-2831733.6278

0.0009

4675665.8953

0.0012

3275369.3690

0.0009

22.0429

0.0013

0.0013 15.3

31 5 58.711195

0.0009

0.0008 131.3

0.0008 128.5

121 12 1.604402

0.0009

2.1

0.0009

-1849664.4704

0.0013

5995283.3863

0.0024

1143314.1881

0.0010

2.1106

0.0025

2.7

10 23 44.148169

0.0009

0.0009 179.9

0.0009 179.2

107 8 45.735168

0.0011

1.7

0.0011

-1824508.2141

0.0010

5706301.2096

0.0017

2181207.1378

0.0009

-15.5963

0.0018

4.2

20 7 47.915965

0.0008

5.8

107 43 51.362224

0.0008

0.0008 -2.7

3. BiÓu ®å tư¬ng quan sai sè:

6.8

0.0008 15.1 0.0008

0.0030 0.0025 0.0020 0.0015 0.0010 0.0005 0.0000 U N E

U N E

BLVI

COND

DSON

QNAM

VTAU

Biểu đồ tương quan sai số BiÓu ®å trªn cho thÊy thµnh phÇn ®é cao cã ®é chÝnh x¸c kÐm h¬n so víi thµnh phÇn mÆt ph¼ng. Điều này phù hợp với xu thế chung trong công tác địn vị GPS. Song, về trị số thì sai số toạ độ mặt bằng của cả 5 điểm đo đều rất nhỏ, đạt xấp xỉ 1 mm; Sai số độ cao trắc địa cũng chỉ xấp xỉ 2 mm, riêng điểm Vũng tàu lên tới 2,5 mm. Cần lưu ý đây là sai số xác định hiệu toạ độ trắc địa giữa điểm xét và các điểm IGS ở khu vực trong khung tham chiếu ITRF mới nhất. Có thể nói là, như vậy, các điểm được chọn làm điểm gốc trong cơ sở độ cao chuẩn thống nhất cho cả lãnh thổ và lãnh hải mà đề tài đang thiết lập đã có được các giá trị độ cao trắc địa với độ chính xác và độ tin cậy rất cao.

3.3. Xác định dị thường độ cao theo số liệu trọng lực 3.3.1. Cơ sở lí thuyết

1. Lựa chọn phương pháp Dị thường độ cao trọng lực chính là khoảng chênh tính theo pháp tuyến với ellipsoid chuẩn giữa các mặt đẳng thế thực WM đi qua điểm xét M

trên mặt đất và mặt đẳng thế chuẩn UN đi qua điểm N mà WM = UN. Đại lượng này được xác định theo thể nhiễu T thông qua định lí Bruns như sau: ζM =

(3.3.1)

∂T 2T − ∂r r

(3.3.2)

Kết quả giải phương trình vi phân (3.3.2) chính là công thức Molodenski: ζ ( B, L, hγ ) = R2 G1 = 2π

R 4πγ

∫∫ω ( ∆g + G ) S (ψ ) dω ; 1

hγ − hPγ ∫∫ω ro3 ∆g dω .

(3.3.3) (3.3.4)

Ở vùng địa hình không phức tạp người ta thường không tính đến thành phần G1 và sử dụng công thức Stokes: ζ ( B , L, hγ ) =

R 4π

π 2π

∫ ∫ ∆g S (ψ ) sin (ψ ) dψ dA ,

(3.3.5)

o o

trong đó ψ là khoảng cách cầu và A là phương vị của hướng từ điểm xét đến điểm chạy. Việc xác định ζ theo (3.3.3) hoặc (3.3.5) được gọi là phương pháp sử dụng các công thức tích phân. Công thức (3.3.5) đòi hỏi phải biết ∆g ở dạng hàm liên tục trên toàn bộ bề mặt Trái đất. Trên thực tế không thể đo trọng lực tại mọi điểm chi tiết trên qui mô toàn Trái đất, cho nên người ta buộc phải sử dụng phương pháp tích phân số, theo đó bề mặt lấy tích phân được chia thành các ô nhỏ, trong mỗi ô lại có một giá trị dị thường trọng lực và phép tích phân liên tục được thay bằng phép cộng hữu hạn. Mặt khác, để hạn chế giới hạn lấy tổng ở mức hợp lí và do ảnh hưởng của dị thường trọng lực giảm dần (tỉ lệ nghịch) theo khoảng cách từ điểm xét đến điểm chạy, nên người ta chỉ áp dụng lấy tích phân số đối với vùng trực tiếp bao quanh điểm xét và gọi đó là vùng trong (hay vùng gần), còn ảnh hưởng của toàn bộ phần còn lại của bề mặt Trái đất với tên gọi là vùng ngoài (hay vùng xa) sẽ được xác định thông qua các hệ số điều hoà của mô hình triển khai trọng trường Trái đất tới bậc nmax nào đó. 26

Vùng gần cần có số liệu trọng lực chi tiết với mật độ và độ rộng cần thiết. Song, không ít trường hợp các điểm trọng lực không thể có được đều khắp trong toàn bộ vùng gần, do vậy cần phải tiến hành nội suy, kể cả ngoại suy hay nói chung là suy giải các giá trị dị thường trọng lực. Tương ứng, cần đặt ra bài toán đánh giá sai số của các giá trị dị thường trọng lực được sử dụng, ảnh hưởng của chúng đến kết quả xác định các đại lượng dẫn xuất như: dị thường độ cao, độ lệch dây dọi v.v…cũng như độ chính xác của các phương pháp suy giải dị thường trọng lực. Thêm vào đó còn có nhiều vấn đề cần được xem xét khi sử dụng các công thức tính tích phân như: hình dạng của vùng gần, ghép nối giữa vùng gần và vùng xa v.v… Trong khi đó, chúng ta thường quan tâm đến giá trị trung bình của sai số, chứ không phải là từng sai số riêng biệt. Cho nên, cùng với sự phát triển của trắc địa vật lí người ta sử dụng ngày càng rộng rãi và có hiệu quả các phương pháp toán thống kê. Điển hình của phương pháp mới mẻ này là phương pháp collocation trong đó các bài toán cơ bản của lĩnh vực nghiên cứu xác định thể trọng trường và hình dạng Trái đất đều có thể được giải quyết trên cơ sở không cần đến bất kì thông tin nào khác ngoài hàm một biến – hàm hiệp phương sai dị thường trọng lực. Phương pháp collocation có một số tính chất cơ bản như sau: - Kết quả suy giải không phụ thuộc vào số lượng các đại lượng cần suy giải - Các đại lượng đầu vào (đại lượng đo) và các đại lượng cần suy giải có thể là các đại lượng khác loại - Đại lượng đo có thể không có hoặc có sai số - Phương pháp bất biến đối với các phép biến đổi tuyến tính của đại lượng đo hay đại lượng cần suy giải - Lời giải nhận được là tối ưu theo nghĩa kết quả tính toán có độ chính xác tốt nhất trên cơ sở tập hợp trị đo cho trước. Ngoài những ưu điểm nêu trên, phương pháp colocation còn cho phép đánh giá độ chính xác của kết quả suy giải và không đặt ra yêu cầu về trạng thái phân bố của số liệu đầu vào. Với những lí do nêu trên, chúng tôi đã chọn cách giải quyết phù hợp với xu thế chung hiện nay trong lĩnh vực trắc địa vật lí nói chung và trong bài toán xác định dị thường độ cao trọng lực cho 5 điểm xét của đề tài nói riêng là phương pháp collocation bình phương nhỏ nhất. 2. Các công thức cơ bản của collocation bình phương nhỏ nhất 27

Ta kí hiệu T(P) là thể nhiễu tại P, l là véctơ các trị đo - các đặc trưng khác nhau của trường nhiễu, chẳng hạn như dị thường trọng lực ∆g, dị thường độ cao ζ hay các thành phần độ lệch dây dọi ξ,η. Ở dạng tổng quát ta có: l i = Li T ,

i = 1,2,…q,

(3.3.6)

trong đó Li là các phiếm hàm. Bài toán đặt ra là cần tìm T theo q giá trị LiT nhận được từ kết quả đo. Việc xác định hàm bằng cách lựa chọn một xấp xỉ giải tích tương ứng với một số lượng cho trước các phiếm hàm tuyến tính được gọi là collocation và thường được sử dụng trong toán tính toán. Trong trắc địa vật lí phương pháp nêu trên áp dụng vào mục đích xác định thế trọng trường của Trái đất với phương sai nhỏ nhất được gọi là collocation bình phương nhỏ nhất. Lời giải của bài toán được cho ở dạng [10]: ⎡C11C12 K C1q ⎤ ⎢ ⎥ C21C22 K C2 q ⎥ ⎢ ˆ T ( P ) = ⎡⎣C p1C p 2 K C pq ⎤⎦ ⎢ KKKKK ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎣Cq1Cq 2 K Cqq ⎥⎦

−1

⎡l1 ⎤ ⎢l ⎥ ⎢ 2⎥, ⎢ M⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎣lq ⎥⎦

(3.3.7)

trong đó C pi = cov (T ( p ) , li ) ;⎪⎫ ⎬ Cij = cov ( li , l j ) ⎪⎭

(3.3.8)

là các hiệp phương sai; Chúng được xác định theo hàm cơ bản là hàm hiệp phương sai K(P,Q) của thể nhiễu T thông qua các công thức chuyển đổi hiệp phương sai: C pi = LQi K ( P, Q ) , ⎫⎪ ⎬ Cij = LPi LQj K ( P, Q ) ⎪⎭

(3.3.9)

(3.3.10)

Trong trường hợp trị đo l i có chứa sai số ngẫu nhiên ni, tức là l i = LiT + ni ,

i = 1,2,…q,

(3.3.11)

ta kí hiệu LiT = ti

(3.3.12)

và viết lại (3.3.11) ở dạng: l i = ti + n i

(3.3.13)

hay ở dạng ma trận: l =t+n.

(3.3.13′)

Khi đó, kết quả suy giải theo collocation bình phương tối thiểu sẽ là sˆ = Cst ( Ctt + Cnn ) l . −1

(3.3.14)

Ma trận hiệp phương sai của sai số tương ứng với (3.3.14) sẽ được cho theo biểu thức sau: Ess = Css − Cst ( Ctt + Cnn ) Cts . −1

(3.3.15)

;

(3.3.16)

⎡ ∆g1 ⎤ ⎢ ⎥ ⎢ M⎥ ⎢ ∆g f ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ξ1 ⎥ l = ⎢⎢ M ⎥⎥ . ⎢ξ f ⎥ ⎢ ⎥ ⎢η1 ⎥ ⎢M ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎣η f ⎥⎦

(3.3.17)

⎡ mg2 ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ Cnn = ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣0

O mg2 mζ2 O mζ2 mη2 O

0⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥, ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ mη2 ⎦

(3.3.18) còn các ma trận hiệp phương sai của các đại lượng đo là

Cst = ⎡⎣C Pζ 1g K C Pfζ g CPζξ1 K C Pfζξ C Pζη1 K C Pfζη ⎤⎦ (3.3.19) ⎡C11gg ⎢ ⎢K ⎢C fgg1 ⎢ ξg ⎢C11 Ctt = ⎢ K ⎢ ξg ⎢C f 1 ⎢C η g ⎢ 11 ⎢K ⎢ ηg ⎣C f 1

;

K K

C1ggf K

C11gξ K

K K

C1gfξ K

C11gη K

K K

K K K

C ffgg C1ξfg K

C1gfξ C11ξξ K

K K K

C ffgξ C1ξξf K

C fgη1 C11ξη K

K K K

K K

C ξffg C1ηfg

C ξξ f1 ηξ C11

K K

C ξξ ff ηξ C1 f

C ξη f1 ηη C11

K K

K Cηffg

K Cηξ f1

K L

K Cηξ ff

K Cηη f1

K K

C1gfη ⎤ ⎥ K ⎥ C ffgη ⎥ ⎥ C1ξηf ⎥ K ⎥` ⎥ C ξη ff ⎥ C1ηηf ⎥ ⎥ K ⎥ ⎥ Cηη ff ⎦

pháp collocation các phép biến đổi tuyến tính lại được tiến hành đối với “nhân phục hồi” ( reproducing kernel ) ở dạng hàm hiệp phương sai và dựa trên cơ sở giải tích chặt chẽ. Không những thế, các phép biến đổi toán học trong collocation về bản chất là các phép vi phân, nên đơn giản hơn các phép tích phân trong phương pháp các công thức vi phân. Những điểm nêu trên cho thấy thêm tính ưu việt của phương pháp collocation trong việc giải quyết các bài toán của trắc địa vật lí. Thực ra, bên cạnh đó phương pháp này cũng có nhược điểm cần phải nhắc tới là đòi hỏi nghịch đảo ma trận có kích thước rất lớn, nhất là khi sử dụng kết hợp nhiều loại số liệu. Tuy vậy, khó khăn này mang tính chất kĩ thuật tính toán và đang được nhanh chóng khắc phục nhờ sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực tin học. 3. Nguyên tắc “loại ra – hoàn trả” (“remove – restore”) Phương pháp collocation được xây dựng trên bản chất thống kê, nên nó đòi hỏi dữ liệu được xử lí phải càng đồng nhất và càng trơn nhẵn càng tốt. Trường trọng lực của Trái đất là một đối tượng thống kê đa dạng, do vậy không thể có được các khu vực với các đặc trưng trọng trường giống nhau. Tuy vậy, ở chừng mực nhất định có thể đạt được sự đồng nhất và trơn nhẵn trên quy mô cục bộ nhờ nguyên tắc “loại ra – hoàn trả”. Theo nguyên tắc này, các thành phần thế trọng trường được “loại ra” ở đầu vào sẽ được “hoàn trả” ở đầu ra, không chỉ một mà có thể nhiều thành phần cùng được “loại ra – hoàn trả” đồng thời. Trường dữ liệu còn lại được gọi là trường “phần dư” (residual field). Chính phần này của dữ liệu đầu vào sẽ được xử lí theo phương pháp collocation. Các thành phần được loại ra phải là các đại lượng có thể tính được. Đối với thể trọng trường của Trái đất, đó là: - thành phần được biểu diễn bởi chuỗi các hàm số cầu với các hệ số triển khai điều hoà từ bậc 2 tới bậc tối đa nmax trong mô hình cụ thể; - ảnh hưởng của địa hình, mà cụ thể là của phần lồi lõm so với bề mặt cục bộ nào đó được chọn làm mặt tham khảo cho khu vực xét. Thành phần thứ nhất thường được gắn với các uốn, nếp có bước sóng dài λ của mặt quasigeoid; λ liên hệ với bậc cao nhất nmax của mô hình triển khai thế trọng trường theo biểu thức [13]: λ=

2π nmax

(3.3.21)

Dựa trên phương pháp collocation bình phương nhỏ nhất và nguyên tắc “loại ra- hoàn trả”, bài toán xác định dị thường độ cao trọng lực cho 5 điểm xét đã chọn của đề tài sẽ được giải quyết theo nội dung và trình tự như sau: - Qui đổi số liệu đầu vào về hệ thống trắc địa toàn cầu GRS 80/WGS 84 - Thực hiện công đoạn “loại ra” của nguyên tắc “loại ra-hoàn trả” đối với ảnh hưởng của mô hình trọng trường cũng như ảnh hưởng của địa hình cục bộ, tạo ta dữ liệu “phần dư” - Xác định hàm hiệp phương sai thực nghiệm của thế trọng trường phần dư - Tìm biểu thức giải tích cho hàm hiệp phương sai thực nghiệm - Xử lí dữ liệu “phần dư” theo phương pháp collocation nhằm xác định giá trị dị thường độ cao tương ứng và sai số của kết quả nhận được. - Thực hiện công đoạn “hoàn trả” đối với ảnh hưởng của mô hình trọng trường và ảnh hưởng của địa hình cục bộ - Tính giá trị cuối cùng của dị thường độ cao 1. Chuẩn bị số liệu dị thường trọng lực Theo lí thuyết hiện đại của trắc địa vật lí được thể hiện ở lí thuyết Molodenski dị thường trọng lực cần được sử dụng phải là hiệu giữa giá trị trọng lực thực gM đo được trên mặt đất tại điểm M và giá trị trọng lực chuẩn γN tại điểm N trên mặt teluroid, tức là ∆g = gM – γN .

(3.3.22)

γN được tính theo biểu thức:

γN =γN − o

∂γ γ ⋅ hM , ∂h

(3.3.23)

trong đó điểm N;

γN

là giá trị trọng lực chuẩn trên mặt ellipsoid tương ứng với

∂γ là gradien trọng lực chuẩn theo độ cao; hMγ là độ cao chuẩn của ∂h

điểm M, tức là độ cao của teluroid so với ellipsoid chuẩn, Theo lí thuyết Stokes ta có dị thường trọng lực chân không ∆go được xác định theo biểu thức:

∆g o = g M o − γ N o ; gMo = gM +

∂g g ⋅ hM ∂h

(3.3.27) .

(3.3.28)

∆go được gọi là dị thường trọng lực chân không. M N teluroid hMg hMγ

geoid ellipsoid chuẩn

Hình 6. Các mặt cơ bản của hình dạng Trái đất Từ (3.3.21), (3.3.22) ta suy ra ∆g = g M − γ N o +

∂γ γ hM ∂h

(3.3.29)

và từ (3.3.26), (3.3.27) suy ra ∆g o = g M − γ N o +

∂g g hM . ∂h

(3.3.30)

Lưu ý rằng trên thực tế người ta đã chấp nhận

∂g ∂γ ⎛ mgal ⎞ ≈ = 0,3086 ⎜ ⎟ và ∂h ∂h ⎝ m ⎠

hMg ≈ hMγ nên trên cơ sở so sánh (3.3.28) và (3.3.29) có thể rút ra

∆g = ∆go ,

(3.3.31)

có nghĩa là về trị số các đại lượng ∆g và ∆go là bằng nhau. Chính vì thế, đại lượng ∆g xác định theo (3.3.22) cũng được gọi theo tên truyền thống là dị thường trọng lực chân không. Song, về bản chất thì ∆g và ∆go là khác hẳn nhau. Trong khi ∆go liên quan đến geoid và ellipsoid chuẩn ở phía dưới mặt đất và không thể được xác định chính xác do có các đại lượng

∂g và hMg thì ∂h

Toạ độ của các điểm trọng lực được cho trong hệ HN-72, sau đó đã được tính chuyển sang hệ WGS-84. Độ cao được cho theo hệ độ cao nhà nước với mặt khởi tính lấy theo trạm nghiệm triều Hòn Dấu. Dị thường trọng lực là dị thường chân không với giá trị trọng lực chuẩn được tính theo công thức Helmert (1901-1909) có tính đến số hiệu chỉnh Potzdam, sau đó được qui chuyển sang hệ WGS-84. Các giá trị dị thường trọng lực tại các điểm đo có sai số trung phương không vượt quá 2mgal. Toàn bộ lãnh thổ nước ta được chia thành các ô chuẩn có kích thước 5′×5′, cả thảy có trên 4200 ô như thế. Số lượng ô có chứa từ 1 điểm trọng lực trở lên là 2200 ô, cụ thể là 61,7% số ô có từ 1 đến 2 điểm trọng lực ; 32,5% số ô có từ 3 đến 5 điểm trọng lực ; 5,6% số ô có từ 6 đến 9 điểm trọng lực ; 0,2% số ô có từ 10 điểm trọng lực. - Trung bình hoá dị thường trọng lực theo các ô chuẩn có điểm trọng lực Các giá trị dị thường trọng lực đã được trung bình hoá theo các ô chuẩn với số lượng trung bình là xấp xỉ 3 điểm trọng lực trong mỗi ô. Sai số trung phương của giá trị dị thường trung bình hoá ∆g được xác định theo các biểu thức sau : ⎛2⎞ N ⎛ 1 ⎞ N N m∆2g = C − ⎜ ⎟ ∑ C j + ⎜ 2 ⎟ ∑∑ Cij ⎝ N ⎠ j =1 ⎝ N ⎠ i =1 j =1 ⎛ 1 ⎞ m n m n C = ⎜ 2 2 ⎟ ∑∑∑∑ C ⎛⎜ ⎝ m n ⎠ i =1 k =1 l =1 h =1 ⎝ ⎛ 1 ⎞ m n ⎛ Cj = ⎜ ⎟ ∑∑ C ⎜ ⎝ mn ⎠ i =1 k =1 ⎝ ⎛ Cij = C ⎜ ⎝

⎠

(x − x ) +( y − y ) 2

(3.3.32)

2 2 ( xi − xl ) + ( yk − yh ) ⎞⎟ ;

(x − x ) +( y i

;

⎞ ⎟ ⎠

2 ⎞ − yj ) ⎟ ; ⎠

(3.3.33) (3.3.33a) (3.3.33b)

j = I, II,…,N là các điểm có giá trị dị thường đã biết trong ô chuẩn. Trong các biểu thức trên C là kí hiệu của hàm hiệp phương sai dị thường trọng lực. Chúng tôi đã sử dụng mô hình Jordan: C ( s ) = D∆g e

−sL

⎛ s s2 ⎞ ⎜1 + − 2 ⎟ ⎝ L 2L ⎠

(3.3.34)

với các thông số được xác định trên cơ sở sử dụng số liệu dị thường trọng lực thực tế đã nói đến ở trên như sau: D∆g = 100mgal2

, L = 10 km.

Kết quả tính toán cụ thể cho ta giá trị m∆g nằm trong khoảng từ 2,4 – 3,4 mgal. Trong trường hợp trong ô chuẩn chỉ có 1 điểm trọng lực thì sai số trung bình hoá của dị thường trọng lực chính bằng sai số đại diện mà chúng tôi đã có dịp đánh giá bằng 3,8 mgal [6]. - Nội suy dị thường trọng lực cho các ô chuẩn không có điểm trọng lực Để có được giá trị dị thường trọng lực cho tất cả các ô chuẩn 5′×5′ trên lãnh thổ nước ta, chúng tôi đã tiến hành nội suy theo phương pháp collocation từ các ô đã được trung bình hoá. Các ô “trống” cần được nội suy đã được gộp lại theo 30 khu vực nằm lọt giữa các ô đã biết. Mỗi khu vực được xác định một hàm hiệp phương sai dị thường trọng lực cụ thể theo mô hình Jordan để được sử dụng vào việc nội suy. Các giá trị nội suy được đem so sánh với một số giá trị đã biết trước, và trên cơ sở đó đã đánh giá độ chính xác nội suy. Kết quả chúng tôi nhận được sai số trung phương của dị thường trọng lực nội suy cho trên 2000 ô trống trên phạm vi cả nước bằng 5,7 mgal (xem phụ lục 1) Bằng cách nêu ở trên chúng tôi đã thu nhận được bộ số liệu trọng lực ở dạng dị thường chân không cho 4217 ô chuẩn 5′×5′ trong đó trên 2200 ô có sai số trung phương không vượt quá 3,4 mgal và xấp xỉ 2000 ô còn lại có sai số không vượt quá 5,7 mgal. - Triển khai việc “loại ra” trong phương pháp “loại ra- hoàn trả” Như đã nêu ở trong phương pháp “loại ra-hoàn trả”, trước hết ta cần “loại ra” khỏi các giá trị dị thường trọng lực đầu vào ảnh hưởng của hai nguồn số liệu, đó là ảnh hưởng của các hệ số điều hoà của mô hình trọng trường từ bậc 2 đến bậc nmax và ảnh hưởng của độ chênh giữa địa hình thực so với bề mặt địa hình tham khảo nào đó được chấp nhận cho khu vực xét. Sau đây là các thao tác với các công thức cụ thể. + Tính ảnh hưởng của các hệ số điều hoà của mô hình trọng trường của Trái đất. Như đã biết, dị thường trọng lực ∆g và thể nhiễu T có mối liên hệ được biết đến ở dạng điều kiện biên trị (2.3.2) Thể nhiễu T lại được triển khai vào chuỗi các hàm số cầu ở dạng : 36

fM T= r

nmax

⎛R⎞ ∑ ⎜ ⎟ ( ∆Cnm cos mL + Snm sin mL )Pnm ( sin B ) , n=2 ⎝ r ⎠

Lời giải của phương trình vi phân (2.3.2) cho ta biểu thức ở dạng tường minh giữa ∆g và T như sau: ∆g EGM

1 nmax R ( B, L, H ) = ∑ ( n − 1) ⎛⎜ ⎞⎟ r n=2 ⎝r⎠

n +1 n

∑ ( ∆C

m =0

cos mL + snm sin mL )Pnm ( sin B ) .

Ảnh hưởng của phần địa hình thực nhô lên hay thụt xuống so với bề mặt tham khảo được tính đến ở dạng lực hút theo phương thẳng đứng tại điểm xét, tức là tại các điểm có giá trị dị thường trọng lực đã biết. Chúng tôi đã sử dụng 5 mô hình trọng trường Trái đất trong đó 1 mô hình được xây dựng từ năm 1986 là mô hình EGM–96 và 4 mô hình được xây dựng sau năm 2006, cụ thể là: mô hình EIGEN–GLO4C được xây dựng vào năm 2006, các mô hình ggm03c và EGM–2008 – vào năm 2008, EIGEN–5C – vào năm 2009 (phụ lục 2). Các mô hình kể trên đều dựa trên cơ sở số liệu trọng lực mặt đất, số liệu độ cao vệ tinh và số liệu quan sát vệ tinh GRACE và LAGEOS. Các mô hình EIGEN-GLO4C, ggm03c và EIGEN-5C được xây dựng nhằm đáp ứng tốt nhất cho khu vực Châu âu. Các mô hình EGM-96 và EGM-2008 là mô hình toàn cầu trong đó EGM-2008 có bậc triển khai cao nhất tới 2190, song vẫn có những hạn chế nhất định đối với những khu vực còn thiếu số liệu trọng lực cần thiết trong đó có khu vực Đông nam á. Tuy vậy, với mục đích tính ảnh hưởng của các sóng dài của trọng trường Trái đất các mô hình nêu trên đều được xem là thích hợp như nhau. Chính vì vậy, việc sử dụng cả 5 mô hình cho phép kiểm tra, đối chiếu và bổ trợ số liệu tính toán theo các nguồn dữ liệu khác nhau nhằm đạt được độ tin cậy và khách quan cao hơn cho kết quả cuối cùng. Để thực hiện việc này, ta có các công thức tính toán cụ thể như sau: • Trường hợp khối vật chất hấp dẫn có dạng hình trụ đồng nhất bán kính a, độ dày b, còn điểm xét P nằm trên trục hình trụ và có độ cao c so với đáy của nó z P

P l

c s dm z

Hình 7. Ảnh hưởng địa hình (điểm xét nằm ngoài)

e = δ gtopo = 2π f δ ⎡b + a 2 + ( c − b ) − a 2 + c 2 ⎤ δ g DH ⎢⎣ ⎥⎦ 2

(3.3.38)

• Trường hợp điểm xét P nằm ngang trên mặt hình trụ o δ g DH = 2π f δ ⎡ a + b − a 2 + b 2 ⎤

⎣

(3.3.39)

⎦

• Trường hợp điểm xét nằm bên trong hình trụ 2 i = 2π f δ ⎡ 2c − b − a 2 + c 2 + a 2 + ( b − c ) ⎤ δ g DH ⎢⎣ ⎥⎦

(3.3.40)

P b

c a

2π 2 2 f δ ⎡ a22 + ( c − b ) − a12 + ( c − b ) + ac2 + c 2 + a12 + c 2 ⎤ .(3.3.41) ⎢ ⎥⎦ ⎣ n

Trong các công thức trên δ là mật độ vật chất của lớp vỏ Trái đất

∆gdư = ∆g - ∆gEGM - ∆gĐH .

(3.3.42)

Độ kinh

Dị thường ggm03 EGMEIGEN- EIGENEGM-96 Độ cao chân 2008 +ĐH +ĐH 5C +ĐH GLO4C+ĐH không +ĐH

Trung bình

16041 106o42 232.27m -19.29mgal 3.8mgal 4.6mgal 4.6mgal

3.4mgal 3.9mgal

Nhỏ nhất

8.50 102.58 0.0

Lớn nhất

23.25 109.50 1756.30 126.74

Trung phương

302.67

-132.57

27.53

-97.04

-88.83 -97.78

-122.36 -103.76

152.23

159.95 153.88

128.13

139.58

16.79

17.19

23.03

18.60

17.02

1 n ∑ ∆g (ϕi , λi ) .∆g (ϕk , λk ) ; n j ,k

cosψ j = sin ϕi sin ϕk + cos ϕi cos ϕk cos ( λk − λi ) ;

ψj−

∆ψ ∆ψ . ≤ ψ ≤ψ j + 2 2

(3.3.43) (3.3.44)

Các giá trị phương sai - hiệp phương sai thực nghiệm cho dị thường trọng lực phần dư tương ứng với 5 phương án sử dụng mô hình trọng trường được dẫn trong Báo cáo tổng kết. Ở đây chúng tôi chỉ xin dẫn số liệu cho mô hình EIGEN-5C + Địa hình : Mô hình EIGEN-5C + Địa hình ψ (độ) covψ ( mgal 2 )

Số lượng Sai số(mgal) cặp dị thường

0.000 295.2760936

4217 12.7083225 0.0000000

0.083 204.0575434

8005 6.3360393 78.9958371

0.125 168.7530928

7811 5.1098437 109.3337210

0.167 130.6137460

22748 2.6544998 148.9040975

0.208 154.2531806

2964 9.2810784 244.8878807

0.250 95.2080539

26162 2.0373636 169.7053065

0.292 91.1713308

15468 2.8977110 197.0608770

0.333 77.4364115

28922 2.1574990 206.6096692

0.375 65.9931877

13848 2.8773260 228.1319492

0.417 56.6199477

34511 1.8052336 218.7241369

0.458 48.3052775

27948 2.1188135 252.9028588

0.500 37.0754989

31092 1.7289826 229.4252939

0.542 31.3354171

30304 1.8965072 248.5761044

0.583 25.7841673

42630 1.5719035 253.2437279

0.625 20.2037468

32905 1.9252461 280.4573337

0.667 17.6662579

39451 1.5030397 249.9294265

0.708 13.3724471

31308 1.9260162 278.4265536

0.750 15.1316180

47243 1.3775045 261.8778454

0.792 6.4526354

36035 1.8327051 302.0784980

0.833 9.6653399

49134 1.2823044 255.6797867

0.875 4.0061526

42545 1.5015240 283.7753425

0.917 11.3660110

47624 1.3792682 269.8951766 41

0.958 8.2488707

39173 1.5996496 288.1547750

1.000 18.4899302

49478 1.3422037 255.8340168

1.042 10.4743239

44252 1.5196509 281.2933931

1.083 20.1721224

51310 1.4332346 274.0376002

1.125 20.0437066

44446 1.4748072 261.0668369

1.167 26.9769097

52367 1.3979361 259.4635246

1.208 21.0367574

45856 1.4837897 263.8264102

1.250 28.0153708

55566 1.4004794 262.4060097

1.292 27.4490148

44946 1.5266555 252.7613075

1.333 25.8101872

53886 1.3790145 260.8825021

1.375 26.5377456

45766 1.5923744 269.2995345

1.417 20.9530530

56595 1.3396435 265.9692463

1.458 18.7856948

47787 1.4814684 268.7254314

1.500 15.0242642

54089 1.3893739 277.1263222

1.542 11.9795617

47955 1.5002733 279.3607855

1.583 9.5167925

53104 1.4219839 281.1285630

1.625 4.0395357

44566 1.5540083 285.7916807

1.667 6.2937048

52212 1.4636484 297.8184811

1.708 3.1061247

48743 1.5378054 298.4466902

1.750 3.5473845

54206 1.3439039 291.1116177

1.792 -2.3818604

44650 1.5524469 309.0041886

1.833 2.0493143

50028 1.3611297 298.5584919

1.875 0.8271287

49339 1.4051228 302.4982751

1.917 2.8795176

49662 1.3815359 296.8718183

1.958 3.3937246

44701 1.4734309 300.6024668

2.000 7.9765638

49954 1.4165622 304.0803149

2.042 12.0402338

47543 1.3878109 285.3125083

2.083 13.6984119

47840 1.4257399 299.1072404

2.125 15.7742182

42540 1.4833670 290.6545587

2.167 15.6707330

51082 1.3456447 296.0743553

2.208 16.7722063

43845 1.4826330 289.9574641

2.250 20.2950653

45553 1.4465266 295.8585686

2.292 15.3013468

43337 1.5372047 294.1632647

2.333 15.3732800

50366 1.4422227 304.1375682

2.375 12.2566963

41610 1.5718837 305.7275623

2.417 20.0793484

46403 1.4619880 296.1822597

2.458 9.0224383

41860 1.5544151 305.5002484

2.500 10.1557083

47386 1.5189805 307.8685768

2.542 9.6902776

38529 1.6144515 305.7583677

2.583 14.5307951

47206 1.4932919 292.0329810

2.625 7.2534710

41593 1.5671647 308.8633473

2.667 8.1542266

44371 1.5063405 305.7750853

2.708 10.4265643

38022 1.6422964 309.6640466

2.750 13.0024434

43501 1.4985429 292.1908842

2.792 5.5065338

39690 1.6021873 318.9478475

2.833 8.7580773

39811 1.6145968 313.8528870

2.875 5.2923026

38382 1.6443121 304.7054379

2.917 6.4745682

41236 1.6376839 311.7353289

2.958 6.4934018

37010 1.7865797 318.2689413

3.000 6.4434682

40362 1.7317641 322.8684346

3.042 11.1342849

36129 1.7029744 303.6604647

3.083 5.5698268

39803 1.7954125 327.9527379

3.125 12.4521665

33175 1.8440569 322.0361901

3.167 10.5868372

38351 1.7478352 307.0820192

3.208 17.0116112

34675 1.8158519 304.0564835

3.250 7.4704723

37630 1.7346321 320.9807238

3.292 17.2719967

32649 1.9521610 319.1165052

3.333 12.8040008

37344 1.7401755 305.4772718

3.375 12.2448098

31781 1.9461603 315.0172975

3.417 8.4951047

33556 1.8919661 324.6962343

3.458 13.6468024

32107 1.8348259 302.4375182

3.500 4.3951329

33945 1.8024653 314.2377855

3.542 4.2448821

29733 1.9003821 321.7961150

3.583 -0.6995307

33585 1.7724750 321.0953485

3.625 6.8378237

30619 1.7899070 301.2511500

3.667 -7.3308351

32645 1.7065220 317.0642088

3.708 -7.1996827

27116 1.9911443 326.3866754

3.750 -9.3625687

32274 1.7090257 312.7559329

3.792 -14.9918431

27760 1.8142270 309.7042088

3.833 -21.8856803

29602 1.7094013 325.9530639

3.875 -17.0132104

26864 1.7238956 305.3913889

3.917 -16.8727274

31478 1.6340493 314.5859945

3.958 -21.8801721

26317 1.7975050 313.4623542

4.000 -21.5762986

27970 1.7950431 318.4467150

4.042 -13.7402058

26104 1.8494518 298.4032115

4.083 -13.6838885

29143 1.8052774 300.6122619

4.125 -15.1403189

23564 2.0856459 305.7499666

4.167 -5.3485592

27868 1.8902661 289.2309178

4.208 -0.9732564

25593 1.9839173 285.4117489

4.250 0.2525313

28170 1.7792583 281.2670540

4.292 0.5380023

23413 1.9174749 277.4212936

4.333 8.5089620

27829 1.7484597 264.5428256

4.375 6.2594828

24374 1.7272270 262.9486434

4.417 11.3316219

25953 1.8728867 260.3521285

4.458 11.8236359

23397 1.7819672 256.8544701

4.500 15.0350079

27042 1.7228385 253.3997547

4.542 13.9601350

24241 1.9532141 256.1162130

4.583 11.5301219

25999 1.8203901 253.8944320

4.625 18.1590957

23595 1.9658850 248.6416973

4.667 11.7201415

27018 1.7627016 255.5610258

4.708 12.1281316

21833 2.0140400 257.8849967

4.750 7.6944460

25961 1.7288259 256.1698904

4.792 10.0040331

23449 1.7697056 253.7155290

4.833 3.5462198

25763 1.6063892 258.1305299

4.875 6.2708128

21998 1.7853803 262.1863060

4.917 1.5409143

25969 1.5824165 253.7563578

4.958 3.6721223

23475 1.7458964 262.5027738

5.000 -6.0140448

24616 1.7400718 268.7433176

5.042 1.3051822

22673 1.8024275 265.4925348

5.083 -7.5805930

25181 1.6297613 269.9317161

5.125 -0.6771337

22606 1.8209270 269.6248245

5.167 -6.5258255

23543 1.7586604 275.9328568

5.208 0.8901437

22395 1.8137022 267.9272827

5.250 -5.7237943

25016 1.7304185 270.8131384

5.292 -1.7590501

22479 1.8840846 270.6501602

5.333 -6.1360130

23070 1.8224961 276.9546264

5.375 -4.8444463

22457 1.8519281 272.1667169

5.417 -4.9122518

23631 1.8269381 275.1604497

5.458 4.8630044

21208 1.9388027 273.8642985

5.500 -2.3812413

23410 1.7461903 271.8119419

5.542 4.8913513

22040 1.8724466 274.8696886

5.583 -6.6350008

22866 1.7711356 286.5903368

5.625 0.9783606

21558 1.8765687 284.1164915

5.667 -8.2543489

23461 1.7841727 284.4280196

5.708 -1.1708058

21412 1.9101571 285.2363264

5.750 -3.4086202

22949 1.8989579 289.8755504

5.792 -2.1942416

21019 2.0916940 286.0561746

5.833 -0.5937447

23050 1.9854443 287.4492718

5.875 -3.3912246

21213 2.0301462 295.6189993

5.917 -6.1218897

22995 1.9411669 291.3679630

5.958 -6.7894760

21691 2.0082191 292.2265916

350 300 250 200 Thực Nghiệm

150

Giải Tích

100 50

‐50

0,000 0,417 0,792 1,167 1,542 1,917 2,292 2,667 3,042 3,417 3,792 4,167 4,542 4,917 5,292 5,667

Hình 14. Đồ thị hiệp phương sai dị thường trọng lực phần dư ứng với mô hình EIGEN-5C và địa hình cục bộ

cov (ψ , r , r ′ ) = α ∑ σ n=2

∞ D ( n − 1) ⎛ RB ⎞ ⎛ R ⎞ P cos + ψ ( ) ∑ ⎜ ′⎟ n ⎜ ⎟ n = N +1 ( n − 2 )( n + 4 ) ⎝ r r ′ ⎠ ⎝rr ⎠ n +1

err n

(3.3.45) 46

n +1

Pn ( cosψ ) ,

err n

⎛ fM ⎞ =⎜ ⎟ ⎝ a ⎠

∑S

m =− n

;

2 nm

(3.3.46) Snm là sai số trung phương của hệ số điều hoà bậc n cấp m. α, N, RB và D các tham số cần xác định trên cơ sở nguyên lí bình phương nhỏ nhất với yêu cầu tiệm cận tốt nhất so với hàm hiệp phương sai thực nghiệm nhận được theo số liệu thực tế. Việc này được thực hiện theo chương trình COVFIT (xem phụ lục 5) Tương ứng với các giá trị hiệp phương sai thực nghiệm của dị thường trọng lực phần dư rút ra theo 5 phương án sử dụng mô hình trọng trường của Trái đất được nêu trong bảng 3.7. Chúng tôi đã xác định được bộ 4 tham số cho các hàm hiệp phương sai giải tích như sau: Bảng 3.7 Các tham số của hàm hiệp phương sai giải tích mà dị thường trọng lực phần dư Các tham số

Các phương án P.án 1

P.án 2

P.án 3

P.án 4

P.án 5

Phương sai D

369 mgal2

564 mgal2

312 mgal2

333 mgal2

333mgal2

Bậc triển khai N

100

360

Hệ số α

7.0

16.8

1.2

3.2

R-2.6km

R-0.51km

R-0.4km

Bán kính mặt cầu R-1.0km Bjerhammar

Để giải quyết bài toán đặt ra, cần sử dụng thuật toán căn bậc hai của Choleski. Công việc này được thực hiện với phần mềm của chương trình GEOCOL (phụ lục 6) Kết quả của phép giải chính là dị thường độ cao tại các điểm xét tương ứng với trường dị thường phần dư nhận được trong các bước xử lí tính toán ở trên. Các trị số cụ thể theo 5 phương án được dẫn ở bảng 3.8 Phương án 1 ứng với mô hình trọng trường EGM-96 Phương án 2 ứng với mô hình trọng trường EGM-2008 Phương án 3 ứng với mô hình trọng trường ggm03c Phương án 4 ứng với mô hình trọng trường EiGEN-5C Phương án 5 ứng với mô hình trọng trường EiGEN-GLO4C

Bảng 3.8 Giá trị dị thường độ cao phần dư xác định bằng collocation Điểm xét

P.án 1

P. án 2

P. án 3

P. án 4

P.án 5

BLVI

-0.81m

-0.36m

-0.69m

-1.28m

DSON

-0.69

-0.14

-0.23

-0.21

-0.15

QNAM

1.64

0.15

0.92

0.99

0.09

VTAU

-0.13

0.16

-0.13

-0.19

-0.09

COND

0.13

0.26

0.16

0.08

nmax

(

)

ζ EGM = R ∑ ∑ ∆C nm cos mL + snm sin mL Pnm (sin B) n= 2 m=0

(3.3.47)

Tên điểm

EGM96

EGM2008

-23.23m 22.64m -25.40 -25.12 -10.05 -10.00 -1.91 -2.25 0.46 -0.12

1 2 3 4 5

EiGENGLO4C

ggm03c

EiGEN5C

Trung bình

-24.51m

-23.66m

-24.31m

-23.67m

-25.78

-25.75

-25.77

-25.56

-9.99

-10.04

-9.99

-10.01

-1.94

-1.90

-1.95

-1.99

0.39

0.49

0.31

(3.3.48) Đại lượng U có các biểu thức cụ thể như sau: • Điểm xét nằm phía trên mặt địa hình: U = Ue

Ue = π f δ

{(

2 2 2 c − b ) − c 2 − ( c − b ) a 2 + ( c − b ) + c a 2 + c 2 − a 2 ln ⎡ c − b + a 2 + ( c − b ) ⎤ + ⎢⎣ ⎥⎦

}

+ a 2 ln ⎡c + a 2 + c 2 ⎤ ⎣ ⎦

(3.3.49) • Điểm xét nằm ngay trên mặt địa hình : U = Uo ⎡ b + a 2 + b2 ⎤ U o = π f δ ⎢ −b 2 + b a 2 + b 2 + a 2 ln ⎥ a ⎥⎦ ⎣⎢

(3.3.50) • Điểm xét nằm phía dưới mặt địa hình : U = Ui ⎡ c + a2 + c2 2 2 + U i = π f δ ⎢ −c 2 − ( b − c ) + c a 2 + c 2 + ( b − c ) a 2 + ( b − c ) + a 2 ln a ⎢⎣ 2 b − c + a2 + (b − c ) ⎤ 2 ⎥ + a ln ⎥ a ⎦

ζ = ζ collocation + ζ EGM + ζ DH (3.3.52)

hγ = H − ζ , (3.3.53) trong đó các thành phần ở vế phải đã nhận được ở các bước tính toán phía trước. Ta có bảng sau:

Bảng 3.10 Giá trị dị thường độ cao, độ cao chuẩn 50

Điểm xét

ζ colocation + ζ EGM

ζĐH

hγ

8.14 m

mhγ = mζ

BLVI

-23.67 m

-0.07m

-23.74 m

-15.60 m

0.30 m

DSON

-25.56

-0.17

-25.73

-6.42

19.31

0.25

QNAM

-10.01

-0.08

-10.09

5.60

15.69

0.20

VTAU

-1.99

-0.07

-2.06

2.11

4.17

0.25

COND

0.31

+0.03

0.34

4.00

3.66

0.30

Trong bảng trên giá trị mhγ được lấy bằng giá trị mζ vì mH rất nhỏ không vượt quá 3mm. Như vậy là chúng ta đã nhận được giá trị độ cao chuẩn 5 điểm xét trên lãnh thổ nước ta. Cần lưu ý rằng về bản chất đây chính là độ cao của mặt teluroid so với mặt ellipsoid chuẩn quốc tế WGS-84 tại các điểm xét. Theo cách hiểu hiện hành thì đây cũng chính là độ cao của điểm xét trên mặt đất so với mặt quasigeoid toàn cầu. Điều đáng lưu ý nữa là sai số của độ cao chuẩn được cho ngay cùng với các giá trị độ cao nhận được trong phép giải bằng collocation theo số liệu đo đạc thực tế là dị thường độ cao, chứ không phải là giá trị sai số không được đánh giá hoặc chỉ được ước tính như trong các phương pháp khác. Các giá trị sai số của độ cao chuẩn nhận được trong khuôn khổ đề tài của chúng tôi cho 5 điểm xét nằm trong khoảng từ 0.2-0.3 m. Có thể nói rằng đây là kết quả tốt nhất mà chúng ta có thể có được trong điều kiện số liệu trọng lực cụ thể hiện nay ở nước ta. Trong 5 điểm xét thì 3 điểm DSON, QNAM, VTAU nằm trên lãnh thổ và có thể được đo nối độ cao với mạng lưới độ cao quốc gia để có được độ cao chuẩn theo số liệu đo thuỷ chuẩn truyền thống và trọng lực. Đây chính là giá trị độ cao so với mặt quasigeoid cục bộ đi qua mực nước biển γ và trung bình tại trạm nghiệm triều Hòn Dấu. Chúng được kí hiệu là hTC được cho trong bảng sau: Bảng 3.11 Điểm xét

γ hTC

hγ

γ - hγ hTC

DSON

19,31 m

17,39m

-1,92m

QNAM

15,69

16,67

0,98

VTAU

4,17

2,54

-1,63

CHƯƠNG 4 PHƯƠNG ÁN THIẾT LẬP HỆ THỐNG ĐỘ CAO MỚI VÀ QUY TRÌNH CHUYỂN ĐỔI ĐỘ CAO 4.1. Phương án thiết lập hệ thống độ cao mới Các kết quả nhận được trong chương 3 cho thấy là độ cao chuẩn của điểm xét nhận được với sai số trung phương không vượt quá 0.3 m, và có giá trị trung bình bằng 0.26 m. Nếu lưu ý tới khoảng cách trung bình giữa các điểm xét trên đất liền cỡ 500km, ta có thể rút ra là độ cao chuẩn đã được xác định với sai số bằng: 0.26m ≈ 11 mm km 500km

(4.1.1)

tức là với độ chính xác của thuỷ chuẩn hạng III. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với số liệu mà chúng tôi đã có dịp công bố trong. Điều này góp phần khẳng định tính đúng đắn và khách quan của các kết quả đánh giá theo các nguồn số liệu khác nhau ở nước ta. Như vậy là trong điều kiện cụ thể hiện nay, với kết quả đạt được chúng ta có một cơ sở độ cao chuẩn trên dải ven bờ và vài đảo nằm cách bờ khoảng trên dưới 100km trong đó điểm gốc không phải chỉ là 1 và chúng lại có được độ chính xác của thuỷ chuẩn hạn III. Không những thế, như đã thấy, chúng ta đã không dùng đến mặt biển trung bình như trong cách làm truyền thống. Với mục đích thiết lập hệ thống độ cao như thế trên cả lãnh thổ và lãnh hải, chúng ta cần mở rộng cơ sở độ cao chuẩn nói trên. Các điểm gốc không cần bố trí quá dày, nhưng nên phân bố tương đối đồng đều để vừa đảm bảo tính thống nhất, vừa đảm bảo tính đồng nhất trên cả nước, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc kết nối, hoà nhập trong khu vực và rộng hơn. Căn cứ vào hình thể và vị trí địa lí của nước ta, có thể đề xuất phương án thiết lập hệ thông độ cao mới như sau: 1. Về số lượng và vị trí điểm gốc Với dãn cách khoảng 500km, số lượng điểm gốc phân bố trên phạm vi lãnh thổ và lãnh hải nước ta sẽ là khoảg 10-15 điểm. Cụ thể, có thể là 12 điểm trong đó ngoài 5 điểm đã có trong khuôn khổ đề tài này, sẽ bố trí thêm 7 điểm nữa là: Hà Giang, Lai Châu, Yên Bái, Lạng Sơn, Mường Xá, Phú Quốc, Trường Sa. 2. Về kết cấu đồ hình điểm gốc Các điểm mới cần được đo GPS có kết nối với nhau và với một vài điểm cũ, cũng như với các điểm IGS trong khu vực. 3. Về số liệu Để xác định dị thường trọng lực, nên sử dụng cách xử lí có nhiều ưu thế đang được thừa nhận rộng rãi trong trắc địa vât lí là phương pháp collocation bình phương nhỏ nhất. Số liệu đầu vào có thể không chỉ là dị thường trọng lực, mà còn là các loại số liệu khác như đo cao vệ tinh, độ lệch dây dọi thiên văn- trắc địa v.v…

Song, trên thực tế, số liệu thiên văn- trắc địa vốn không nhiều, số liệu đo cao vệ tinh lại đòi hỏi nguồn số liệu bổ sung là đo đạc hải dương học dài ngày, liên tục với độ chính xác cần thiết mà nước ta chưa có được. Do vậy, nguồn số liệu chủ yếu trước mắt có thể bổ sung nhanh chóng sẽ là số liệu trọng lực biển và hàng không. Độ rộng của vùng cần có số liệu trọng lực cần thiết, như chúng tôi đã có dịp khảo sát và công bố cũng như đã được nhắc tới ở mục 3.3 của Báo cáo tổng kết, chỉ ở mức bán kính xấp xỉ 1o, tức là 120150 km xung quanh điểm xét. Cần nói thêm là từ cuối năm 2007 dự án GOCE (Gravity field and Steady-state Ocean Circulation Explorer) của cơ quan vũ trụ Châu âu đã bắt đầu được triển khai với sứ mệnh nghiên cứu trường trọng lực và xác định geoid với độ chính xác rất cao trong đó dị thường trọng lực có độ chính xác tới 1mgal và độ cao geoid - tới 1-2 cm, độ phân giải không gian tốt hơn 100km. Dự án dự kiến kéo dài 20 tháng và hiện nay đang ở giai đoạn thu thập, tổng hợp xử lí số liệu. Có thể hy vọng rằng trong một vài năm tới nguồn dữ liệu quý giá này sẽ được khai thác ở quy mô rộng rãi trong đó chúng ta có điều kiện tiếp cận cần thiết. Khi đó, độ chính xác của dị thường độ cao, cũng chính là độ cao chuẩn xác định theo cách giải quyết được sử dụng trong đề tài này của chúng tô, sẽ tăng đến mức dưới 0.1m trên khoảng cách 500km, tức là dưới 5mm trên 1 km chiêu dài. Tương ứng, chúng ta sẽ có cơ sở độ cao chuẩn với nhiều điểm gốc có độ chính xác của thuỷ chuẩn hạng II, thậm chí hạng I mà cho đến nay mới chỉ đạt được bằng công nghệ truyền thống. 4. Về vai trò của các điểm gốc trong hệ thống độ cao chuẩn mới Cùng với sự xuất hiện của công nghệ định vị vệ tinh với độ chính xác đo đạc ngày càng cao, nguyên tắc xác định vị trí điểm đi từ “tổng quát” đến “chi tiết” vẫn được xem là cách giải quyết hợp lí. Trong lĩnh vực đo đạc, cho đến nay mới có công nghệ đo trọng lực tuyệt đối theo nguyên lí rơi tự do cho phép đạt được độ chính xác tương đương và cao hơn so với đo trọng lực tương đối. Trong tất cả cac trường hợp khác, kể cả trong định vị vệ tinh, phép đo tương đối vẫn có độ chính xác cao hơn phép đo tuyệt đối. Nhưng, khi chấp nhận phép đo tương đối, chúng ta đã chấp nhận cách giải quyết “lan truyền” từ một hay nhiều điểm “xuất phát” với “tư cách” cao hơn. Mặt khác, trên thực tế không phải ở mọi vị trí trên quy mô toàn bộ khu vực rộng lớn hay mọi công đoạn định vị, kể cả mặt bằng cũng như độ cao, đều đòi hỏi độ chính xác đồng đều với chi phí như nhau. Rõ ràng là khi đó cần đến một sự phân chia cấp hạng hợp lí cho quá trình triển khai thực hiện. Thêm vào đó,

nguyên tắc đi từ “tổng quát” đến “chi tiết” cho phép đạt được sự thống nhất và đồng nhất trên cả quy mô toàn khu vực cũng như trong từng vùng (từng phần), đồng thời đảm bảo tính độc lập và song hành của các dạng công tác khác nhau. Với những lí do nêu trên, hệ thống chuẩn mới được xây dựng dựa trên nguyên lí định vị vệ tinh và số liệu trọng trường dù ở trình độ công nghệ cao hiện nay và sắp tới vẫn cần đến các điểm có chức năng và tư cách là điểm gốc.

4.2. Quy trình chuyển đổi độ cao 1. So sánh bản chất của độ cao chuẩn được xác định bằng phương pháp đo thuỷ chuẩn truyền thống và bằng phương pháp đo cao GPS Về bản chất thì độ cao chuẩn, theo cách hiểu của người đề xuất ra nó là M.S.Molodenski, chính là khoảng chênh tính theo pháp tuyến với mặt ellipsoid chuẩn đi qua điểm xét trên mặt đất giữa mặt teluroid và mặt ellipsoid chuẩn. Trước đây, để tính độ cao chuẩn đó, người ta chỉ có thể có hiệu thế trọng trường chuẩn giữa các hình chiếu của điểm xét trên mặt teluroid và trên mặt ellipsoid chuẩn được thay thế bằng hiệu thế trọng trường thực giữa điểm xét trên mặt đất và điểm gốc độ cao được lấy trên mặt geoid (mặt biển trung bình). Tương ứng, có phương pháp xác định độ cao chuẩn dựa trên kết quả đo thuỷ chuẩn kết hợp với số liệu đo trọng lực dọc theo tuyến đo cao mà ta gọi là phương pháp truyền thống. Cách giải quyết đó là tất yếu trong hoàn cảnh hạn chế về trình độ công nghệ đo đạc trước đây. Chính sự tiến bộ về kĩ thuật đo đạc thể hiện ở công nghệ GPS trong những thập kỉ cuối của thế kỉ trước đã cho phép các nhà trắc địa giải quyết bài toán xác định độ cao chuẩn theo một cách khác nữa, đó là đem độ cao trắc địa được xác định bằng nguyên lí định vị vệ tinh thông qua GPS trừ đi dị thường độ cao trọng lực được xác định theo lí thuyết hình dạng và thế trọng trường của Trái đất thông qua số liệu dị thường trọng lực và các đặc trưng khác của trọng trường. Tương ứng, ta có phương pháp đo cao GPS. Như vậy, độ cao chuẩn được xác định theo hai phương pháp nêu trên chỉ là một. Kết quả xác định, nếu không có sai số, sẽ phải có cùng trị số. Song, trên thực tế, mặt khởi tính độ cao, tức là mặt đi qua điểm gốc độ cao để tính độ cao chuẩn theo số liệu đo thuỷ chuẩn truyền thống (kết hợp với số liệu trọng lực) lại không phải là duy nhất và thống nhất. Bề mặt đó được lấy theo kết quả quan trắc mực nước biển nhiều năm (ít nhất 18,6 năm) tại một (hay vài ba) trạm nghiệm triều cụ thể. Đó chính là mặt biển trung 55

bình được chấp nhận cho một quốc gia hay một khu vực. Nó thường được gọi là mặt geoid (hay chính xác hơn là quasigeoid) cục bộ. Như vậy, sẽ có nhiều quasigeoid cục bộ. Chính giá trị độ cao chuẩn cụ thể của một quốc gia hay khu vực được hiểu là tính từ mặt quasigeoid cục bộ như thế. Trong khi đó, độ cao chuẩn nhận được theo phương pháp đo cao GPS trong đó dị thường độ cao nhận được theo số liệu trọng lực trên cơ sở giải bài toán biên trị của lí thuyết thế lại được tính từ mặt quasigeoid toàn cầu là bề mặt xấp xỉ với mặt biển trung bình trên phạm vi toàn bộ Trái đất. (Xin lưu ý là các giá trị độ cao chuẩn mà chúng tôi xác định được cho 5 điểm xét trong đề tài này chính là độ cao chuẩn so với quasigeoid toàn cầu) Dễ hiểu là các mặt quasigeoid cục bộ không trùng nhau và cũng không trùng với mặt quasigeoid toàn cầu.

Mặt biển trung bình toàn cầu Mặt biển trung bình cục bộ

W0 = const

WM=const

hMγ

Quasigeoid toàn cầu

Wo= const O

Quasigeoid cục bộ

ζM

ζo

ζM Ellipsoid chuẩn Mo

ζ M là dị thường độ cao toàn cầu;

ζ M là dị thường độ cao cục bộ;

HM là độ cao trắc địa của điểm xét so với ellipsoid chuẩn. Khi đó ta có: H M = hMγ + ζ M = hMγ + ζ M

(4.2.1) 2. Các công thức Như đã biết, mặt biển trung bình (không có ảnh hưởng của sóng, gió và dòng chảy trên biển) được chấp nhận là trùng với mặt đẳng thế trọng trường thực và gọi là mặt geoid. Tương ứng,trên phạm vi biển và đại dươngta có mặt geoid toàn cầu và mặt geoid cục bộ; Trên phạm vi đất liền ta có mặt quasigeoid toàn cầu và mặt quasigeoid cục bộ. Các mặt này không phải là mặt đẳng thế. Ta hãy ước tính khoảng cách giữa mặt geoid và mặt quasigeoid trên phạm vi lãnh thổ nước ta. Với mục đích này, ta có công thức: hγ − h g =

( g − γ )Bouguer gM

hγ

(4.2.2) trong đó (g - γ)Bouguer là dị thường trọng lực Bouguer; g m là giá trị trọng lực thực trung bình trên đoạn đường sức đi qua điểm xét giữa mặt đất thực và mặt geoid. Ở nước ta theo số liệu trọng lực thực tế thì (g - γ)Bouguer có giá trị trung bình bằng -45.3 mgal; hγ có gía trị trung bình bằng 340m. Cho g m = 980 mgal, ta sẽ nhận được: hγ − h g ≈ 0, 016m . Trị số này là khá nhỏ, có thể bỏ qua. Ngay cả ở vùng núi thì (g γ)Bouguer có giá trị tới -150 mgal và hγ có gía trị cỡ 1000 m; Tương ứng h γ − h g ≈ 0 ,1 5 m . Điều này có nghĩa là nhìn chung trong điều kiện bề mặt địa hình và trường trọng lực cụ thể của Việt nam các mặt quasigeoid và geoid có thể được xem là chênh khác không đáng kể. Nói cách khác, có thể coi mặt quasigeoid cũng là mặt đẳng thế trọng trường. Khi đó, khoảng chênh giữa hai mặt quasigeoid có thể được đặc trưng bởi hiệu thế trọng trường tương ứng và để tìm được khoảng chênh giữa mặt quasigeoid toàn cầu và

mặt quasigeoid cục bộ tại điểm xét M tuỳ ý, ta cần biết hiệu thế trọng trường thực giữa hai mặt này và biết giá trị trọng lực chuẩn tại điểm đó. Tại điểm gốc độ cao J ta vừa biết độ cao chuẩn hJγ so với quasigeoid toàn cầu, vừa biết độ cao chuẩn hJγ so với quasigeoid cục bộ, tức là biết: . hJγ − hJγ = ζ J − ζ J = ∆ζ J (4.2.3) Do vậy, tương tự như (4.2.7) ta sẽ có ∆WJ = ∆ζ J ⋅ γ J . (4.2.4) Giả sử trong hệ thống độ cao mới ta thiết lập được N điểm độ cao gốc. Khi đó ta sẽ có N giá trị ∆WJ , J = 1,2,…N. Bằng phương pháp collocation, từ các điểm gốc ta sẽ tính được giá trị ∆Wi cho điểm xét i, và sẽ tính được khoảng chênh tương ứng giữa mặt quasigeoid toàn cầu và mặt quasigeoid cục bộ : ∆ζ i =

∆Wi

γi

(4.2.5) Khi đó, các giá trị độ cao chuẩn tính theo mặt quasigeoid toàn cầu và tính theo mặt quasigeoid cục bộ sẽ được chuyển đổi theo biểu thức: hi γ − hiγ = ∆ζ i . (4.2.6) Như vậy, để chuyển đổi giữa giá trị độ cao chuẩn tính theo mặt quasigeoid toàn cầu mới nhận được và giá trị độ cao chuẩn tính theo mặt quasigeoid cục bộ có sẵn từ trước theo kết quả đo thuỷ chuẩn truyền thống kết hợp với số liệu trọng lực, cần tiến hành quy trình tính toán như sau: 1. Xác định hiệu độ cao chuẩn tương ứng với mặt quasigeoid toàn cầu được xác định theo phương pháp đo cao GPS triển khai như trong đề tài này và độ cao chuẩn tương ứng với mặt quasigeoid cục bộ theo phương pháp đo thuỷ chuẩn truyền thống kết hợp với số liệu trọng lực tại tất cả các điểm gốc độ cao mới theo công thức (4.2.3) 2. Tính hiệu thế trọng trường thực giữa hai mặt nói trên tại các điểm gốc độ cao theo công thức (4.2.4) 3. Tính giá trị hiệu thế trọng trường thực tại điểm xét tuỳ ý theo phương pháp collocation 4. Tính khoảng chênh giữa mặt quasigeoid toàn cầu và mặt quasigeoid cục bộ cho điểm xét theo công thức (4.2.5) 5. Tính chuyển đổi giá trị độ cao chuẩn tương ứng với hai mặt khởi tính theo công thức (4.2.6) 58

Đây cũng là minh chứng cho tính khả thi của việc xây dựng một hệ thống độ cao hoàn chỉnh không dùng đến mặt biển trung bình vốn có những nhược điểm nhất định mà các phương pháp kinh điển vẫn sử dụng. 1.4. Đã đề xuất phương án thiết lập hệ thống độ cao mới và quy trình chuyển đổi độ cao tương ứng.

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ -------------***-------------

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA H ỌC CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP HỆ THỐNG ĐỘ CAO CHUẨN THỐNG NHẤT CHO CẢ LÃNH THỔ VÀ LÃNH HẢI VIỆT NAM TRÊN CƠ SỞ KHÔNG SỬ DỤNG MẶT NƯỚC BIỂN TRUNG BÌNH Chủ nhiệm đề tài GS.TSKH. Phạm Hoàng Lân

CHUYÊN ĐỀ: ĐÁNH GIÁ SỐ LIỆU ĐO GPS CÓ ĐO NỐI QUỐC TẾ, ĐO THUỶ CHUẨN HẠNG I, II CÓ ĐO GPS, ĐO NGHIỆM TRIỀU, ĐO TRỌNG LỰC, SỐ LIỆU ĐO CAO VỆ TINH VÀ MÔ HÌNH TRỌNG TRƯỜNG

Hà nội, 12 – 2009

ĐÁNH GIÁ SỐ LIỆU ĐO GPS CÓ ĐO NỐI QUỐC TẾ

MỞ ĐẦU Công tác đo đạc GPS độ chính xác cao đã được triển khai từ hơn mười năm nay tại Việt Nam chủ yếu với mục đích nghiên cứu chuyển động hiện đại vỏ Trái đất tại một số đứt gãy hoạt động ở miền Bắc như đứt gãy Sông Hồng, đứt gãy Lai Châu - Điện Biên, đứt gãy Sông Mã,.. và ở miền Nam như đứt gãy Lộc Ninh - Thủ Dầu Một, đứt gãy Sông Sài Gòn,... Các cơ quan thực hiện công việc này là Viện Địa chất thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Viện Nghiên cứu Địa chính nay là Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ và Cục Đo đạc và Bản đồ Việt Nam. Chuyên đề này sẽ trình bày nội dung chủ yếu của công tác đo đạc GPS phục vụ nghiên cứu chuyển động hiện đại vỏ Trái đất (đối với thực trạng hiện nay ở Việt Nam là hoàn toàn tương đương với đo đạc GPS độ chính xác cao) bao gồm: - tổ chức đo đạc thực địa, - kiểm tra số liệu đo, thu thập số liệu phụ trợ, - tính toán trị đo cạnh, bình sai lưới, đánh giá độ chính xác. Kết quả xử lý lưới GPS nghiên cứu đứt gãy Lai Châu - Điện Biên sẽ được sử dụng để minh họa cho các nội dung của chuyên đề. 1. CÔNG TÁC TỔ CHỨC ĐO ĐẠC GPS ĐỘ CHÍNH XÁC CAO Theo Trần Đình Tô (2007) việc tổ chức đo GPS độ chính xác cao ngoài thực địa bao gồm các phần chính sau: - Xác định yêu cầu độ chính xác đo đạc, - Chọn thiết bị đo, - Lập kế hoạch đo, - Xây dựng quy trình đo thống nhất đáp ứng nhiệm vụ nghiên cứu, phù hợp với trang thiết bị, nhân lực và điều kiện giao thông tiếp điểm cụ thể. 1.1 Yêu cầu độ chính xác Cơ sở để xác định độ chính xác đo đạc là những thông tin ban đầu về mức độ hoạt động của đứt gãy quan trắc. Có thể vận dụng một cách linh hoạt những kết quả nghiên cứu bằng kỹ thuật GPS trên các đứt gãy khác tại Việt Nam đã được công bố để tham khảo. Khi đề cập đến độ chính xác kết quả đo trắc địa trong nghiên cứu chuyển động hiện đại, mối quan tâm đầu tiên là sai số trung phương xác định thành phần toạ độ (độ kinh, độ vĩ và độ cao) của điểm đo bởi vì các giá trị này liên quan trực tiếp đến giá trị sai số trung phương thành phần vận tốc chuyển dịch điểm. Hiện tại, công nghệ GPS xác định ba thành phần toạ độ

này nhìn chung với độ chính xác không như nhau, mà theo các khảo cứu đã công bố, tương quan về sai số thành phần độ vĩ / độ kinh / và độ cao trong lưới thường trực khu vực tương ứng là khoảng 1/ 2/ 3. Điều cần lưu ý ở đây là thành phần độ cao thường được xác định với sai số hơn hơn hẳn hai thành phần mặt bằng và điều này cần được đặt ra khi nghiên cứu chuyển động đứng bằng công nghệ GPS. Trường hợp chỉ chú ý theo dõi các đứt gãy trượt bằng ở nước ta, có thể coi đánh giá chuyển động ngang trong khoảng 1-2 mm/năm của đới đứt gãy Sông Hồng là một căn cứ tin cậy. Nhìn chung, đây cũng là giới hạn độ chính xác mà công nghệ GPS có thể bảo đảm tại mỗi chu kỳ đo. Nên thực hiện nguyên tắc “đo càng chính xác càng tốt” trong điều kiện kỹ thuật - tài chính cho phép. Độ chính xác kết quả đo GPS nói trên là tiền đề để chọn lựa thời lượng ca đo và số lượng ca đo đồng thời trên mỗi điểm lưới. Thời lượng ca đo là khoảng thời gian đo đồng thời trên một nhóm điểm hay trên tất cả các điểm của lưới, tính từ thời khắc bắt đầu đến thời khắc kết thúc thu tín hiệu. Ca đo càng dài thì số lượng trị đo thu được càng lớn và do đó càng có nhiều khả năng nhận được các kết quả với độ chính xác càng cao. Độ dài ca đo phải phù hợp với độ dài cạnh GPS (khoảng cách giữa hai máy thu hoạt động đồng thời), vào độ suy giảm đồ hình vệ tinh, độ thông thoáng tại điểm đo và thời gian tổ chức đo trong chu kỳ 11 năm hoạt động của Mặt trời. Đối với điểm đo được xem là điểm gốc của lưới, thì độ dài ca đo còn phụ thuộc vào cách thức xử lý và phần mềm sử dụng. Cần lưu ý thêm là, ca đo dài sẽ cho nhiều hơn khả năng lựa chọn các biện pháp xử lý nhằm nâng cao chất lượng kết quả đo GPS. Theo nghiên cứu của chúng tôi, các biện pháp xử lý có thể giúp giảm nhỏ sai số trung phương thành phần toạ độ xuống vài lần. Quan hệ giữa thời lượng ca đo và chất lượng lời giải chiều dài cạnh đo biểu thị qua số dư so với lời giải chuẩn được giới thiệu trên Hình 1.

Thời lượng ca đo (tính bằng giờ) A

Hình 1. Số dư trung bình (A) và số dư cực đại (B) theo từng phương án

Kết luận chung là với thời lượng ca đo lớn hơn 3 giờ, có một sự gia tăng nhẹ về độ chính xác cũng như độ tin cậy đối với lời giải độ dài cạnh và độ chính xác tăng không đáng kể sau khi tăng thời lượng ca đo quá 24 giờ. Các nghiên cứu gần đây đã khẳng định rằng, đối với các ứng dụng GPS chính xác cao thì ca đo phải bao trùm cả 2 chu kỳ bay quanh Trái đất của vệ tinh – 24 giờ - để giảm thiểu các ảnh hưởng hệ thống của công nghệ GPS. Từ thực tiễn nghiên cứu hoạt động đới đứt gãy tại Việt Nam trong những năm qua, có thể rút ra những độ dài ca đo sau để tham khảo: đối với lưới mà các cạnh dài từ 40 km trở lên, độ dài ca đo nên là 24 giờ. Đối với lưới nhỏ hơn với chiều dài cạnh chủ yếu trong vòng 30 km, thì chọn ca đo khoảng 12 giờ trong trường hợp chỉ theo dõi chuyển dịch bằng và chọn ca đo 24 giờ khi nghiên cứu cả chuyển động thẳng đứng; đối với lưới với cạnh dài không quá 10 km, độ dài ca đo có thể là 6 giờ khi chỉ nghiên cứu chuyển dịch bằng và chọn ca đo 16 giờ khi nghiên cứu cả chuyển dịch đứng. Trong trường hợp độ dài ca đo ngắn, cần lưu ý chọn cửa sổ đo tốt nhất. Cũng phụ thuộc vào các yếu tố vừa nêu trên là số lượng ca đo tại một điểm; nó liên quan tới số lượng cạnh đo độc lập và trị đo dư. Như đã rõ, sai số đại lượng đo sau bình sai giảm khi tăng số lượng trị đo dư. Mặt khác, trong quá trình đo một lưới, nhất là lưới lớn gồm nhiều điểm, những trục trặc do thiết bị, con người hay hoàn cảnh có thể xẩy ra tại một hoặc vài điểm đo và do đó vấn đề dự phòng ở đây cũng cần tính đến khi chọn số lượng ca đo để đảm bảo thành công cho chu kỳ đo. Số lượng ca đo không nhất thiết giống nhau tại mỗi điểm. Trong một lưới GPS địa phương gồm nhiều điểm phát triển chủ yếu theo một trục nào đó, thì số lượng ca đo nên tăng dần lên theo khoảng cách tới trọng tâm lưới và đứt gãy. Tuy nhiên, phương án đo đồng thời trên tất cả các điểm lưới là tốt hơn cả, cần áp dụng khi điều kiện cho phép. Đối với độ chính xác điểm đo, theo kinh nghiệm, độ dài ca đo có ảnh hưởng lớn hơn số lượng ca đo. Hà Minh Hòa (2005) đã đề xuất công thức tính số ca đo như sau: n=

R , 2

với R máy thu đồng thời thu tín hiệu trên R điểm. 1.2 Chọn thiết bị đo Máy thu GPS được chia làm 2 loại: máy thu 1 tần số và máy thu 2 tần số. Loại máy thu 1 tần giá rẻ, chủ yếu được sử dụng để đo đạc địa chính hay thành lập bản đồ. Nó cho phép đo chính xác trong khoảng cách ngắn, chừng 10km trở lại. Do máy chỉ thu được tín hiệu của tần số L1, nên số liệu đo chịu ảnh hưởng đáng kể của độ trễ tầng điện ly rất trầm trọng đối với các quốc gia gần xích đạo như Việt nam. Loại máy thu 2 tần số hạn chế được ảnh hưởng này, nó cho phép đo khoảng cách tới các điểm xa tuỳ ý.

Đối với các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao như nghiên cứu chuyển động hiện đại, máy thu 2 tần số đương nhiên được ưu tiên lựa chọn. Ang ten cũng là một bộ phận không thể thiếu của thiết bị đo GPS. Để giảm ảnh hưởng của sai số khúc xạ đa đường dẫn (multipath), cần lựa chọn loại ăng ten giảm thiểu được ảnh hưởng này, như ăng ten vòng cảm kháng cao tần Choke Ring, ăng ten có vành chống phản xạ,... 1.3 Lập kế hoạch đo Kế hoạch đo lưới từng chu kỳ quy định thời gian đo cụ thể tại mỗi điểm đo cho các nhóm đo. Cơ sở để lập kế hoạch là độ dài ca đo, số lượng ca đo tại mỗi điểm, thời gian chuyển quân tới điểm đo, nhu cầu và khả năng luân chuyển giữa các nhóm đo. Khi lưới được phân đo đồng thời theo từng nhóm điểm, phải thiết kế sao cho các điểm đo đồng thời trong mỗi nhóm tạo nên các cạnh không quá khác biệt về khoảng cách, lại bảo đảm việc chuyển quân hợp lý, ngoài ra phải thích ứng với phần mềm xử lý dự kiến sẽ sử dụng. Chẳng hạn, khi sử dụng phần mềm BERNESE, ít nhất điểm gốc của lưới cần được đo đồng thời với tất cả các điểm còn lại, có như vậy, mới dễ dàng tính được sai số lặp lại toạ độ của từng ca đo mà đây là một cách ước tính độ chính xác toạ độ điểm đo sát thực. Chiến thuật xử lý số liệu đo cũng cần được tính đến khi lập quy trình đo. Để có thể chuyền toạ độ chính xác của các điểm đo IGS (tổ chức Dịch vụ các Hệ thống vệ tinh Định vị Toàn cầu Quốc tế) tới lưới địa phương - trên khoảng cách hàng ngàn cây số với sai số trong vòng vài cm - thì ít nhất tại điểm gốc của lưới địa phương cần có những ca đo đủ dài (tốt nhất là 3-4 ca đo 12-24 giờ). Một vấn đề quan trọng khác là chọn thời gian tiến hành đo GPS trong năm. Như đã rõ, thời tiết ở Việt Nam nói chung chia làm hai mùa rõ rệt : mùa khô và mùa mưa mà thời gian bắt đầu và kết thúc từng mùa không như nhau đối với từng vùng lãnh thổ. Vào mùa khô, công tác đo GPS thực địa diễn ra thuận lợi, tạo điều kiện tốt vừa cho người đo vừa cho thiết bị, nhất là đối với những ca đo kéo dài (suốt ngày hoặc suốt ngày đêm) như vẫn thường có. Vào mùa mưa, điều kiện đi lại, nhất là ở vùng sâu vùng xa rất khó khăn. Mưa rào kéo dài ảnh hưởng đến chất lượng số liệu đo và sét có khả năng làm hỏng ăng ten và cả máy thu. Dĩ nhiên, không nên tổ chức đo và mùa mưa, nhất là vào mùa hạ nóng bức. Các chu kỳ đo hiển nhiên nên chọn tiến hành vào mùa khô trong năm. Ngoài ra, trong việc chọn thời gian đo, cần tính đến ảnh hưởng độ trễ tầng điện ly do hoạt động của Mặt trời như đã nói tới ở trên. Nước ta ở vùng vĩ độ thấp, ảnh hưởng này rất lớn. Cho nên, cần tham khảo dự báo về mức độ hoạt động của Mặt trời trong năm để chọn thời điểm đo ứng vào thời gian ứng với mức thấp nhất. Bảng 1 là kế hoạch đo lưới Lai Châu - Điện Biên chu kỳ năm 2002: Bảng 1: Kế hoạch đo lưới Lai Châu -Điện Biên năm 2002

Tuần Ngày Thứ, GPS của Ngày Công việc năm tháng

52 1154

1155

Thứ - Tập kết Năm tại Viện NCĐC 21/0 - lên đường 2 - nghỉ tại Hát Lót Thứ - Lên Sáu đường 22/0 - Tới điểm 2 - Nghỉ tại: Thứ Bẩy - Đo 23/0 2 Chủ Nhật - Đo 24/0 2 Thứ Hai - Đo 25/0 2 Thứ Ba - Đo 26/0 2 Thứ - Đo Tư - Lấp 27/0 điểm 2 - Nghỉ, kiểm tra SL Thứ - Về Năm T/Giáo 28/0 - Sơn La, 2 kiểm tra SL Thứ Sáu -Về Hà

Tổ 1

Tổ 2

Tổ 3

Tổ 4

Tổ 5

HAM 1

TAU 2

ĐB

NGA1

LEM 1

DON1 HAM 1

TAU 2

NGA1

LEM 1

DON1 HAM 1

TAU 2

NGA1

LEM 1

DON1 HAM 1

TAU 2

NGA1

LEM 1

DON1 HAM 1

TAU 2

NGA1

LEM 1

DON1 HAM 1 LC

TAU 2

LC ĐB đón tổ 4

đón tổ 5

01/0 3

Nội

Ghi chú: Phân công xe: Xe Thái -> tổ 3 Xe Cung -> tổ 2, tổ 5 Xe Mạnh -> tổ 1, tổ 4 Tổ 1: Dương Chí Công Hà Minh Hòa

Tổ 4: Đặng Ngọc Tài (Công) Trần Ngọc Nam

Tổ 2: Nguyễn Quang Xuyên Đinh Văn Khánh Tổ 3: Vi Quốc Hải Nguyễn Văn Kiên

Tổ 5: Nguyễn Tuấn Hiếu Lê Vũ Tuấn Bắt đầu: Kết thúc:

15h40 (giờ HN) 15h00 (ngày hôm sau)

1.4 Xây dựng quy trình đo Việc xây dựng quy trình đo áp dụng cho tất cả các điểm lưới là một khâu không thể thiếu trong ứng dụng GPS nghiên cứu chuyển động hiện đại. Quy trình quy định công tác chuẩn bị một chu kỳ đo, lịch trình đo lưới, các dạng công việc và cách thức thực hiện tại mỗi điểm đo, những công việc cần làm sau mỗi ca đo nhằm đảm bảo chu kỳ đo lưới được tiến hành một cách nhất quán và an toàn. Bảng 2 liệt kê các phần nội dung của quy trình đo GPS độ chính xác cao: Bảng 2: Quy trình đo GPS 1.

CÔNG TÁC CHUẨN BỊ

QUY ĐỊNH KỸ THUẬT

MÁY ĐO VÀ THIẾT BỊ KÈM THEO

KIỂM TRA MÁY, ĐẶT CHẾ ĐỘ ĐO

QUI TRÌNH ĐO

5. 1 5. 2 5. 3

Dựng máy Quá trình đo Trút số liệu đo vào máy tính

5. 4 5. 5

Nén số liệu đo Chuyển đổi tệp đo sang dạng RINEX

Tính vị trí điểm đo (bằng phần mềm

GPSurvey 2.35) BẢNG TÍNH CHUYỂN ÁP SUẤT BẢNG TRA ĐỘ ẨM KHÔNG KHÍ

2. KIỂM TRA SỐ LIỆU ĐO, THU THẬP SỐ LIỆU PHỤ TRỢ Theo quy trình đo GPS độ chính xác cao ngoài thực địa sau mỗi ca đo dữ liệu đo được trút sang máy tính để tiến hành kiểm tra và tính toán khái lược vị trí của điểm đo. Việc kiểm tra này ngoài thực địa là rất cần thiết để đưa ra quyết định có cần phải tiến hành đo bổ sung nữa hay không? Vy Quốc Hải (2007) đã đề xuất các bước cụ thể như sau: 2.1 Kiểm tra số liệu đo, nhật ký đo bao gồm: - tên điểm, - cách đo và số đo độ cao ăngten, - tên, số sêri, số model của máy thu và ăng ten, - góc ngưỡng cao, - chế độ thu tín hiệu, - tốc độ thu tín hiệu, - Số liệu đo nhiệt độ, áp suất, độ ẩm không khí,... 2.2 Chuyển đổi số liệu đo sang dạng RINEX: Người ta sử dụng các phần mềm chuyển đổi đi kèm theo máy hoặc phần mềm TEQC miễn phí để chuyển đổi dữ liệu đo sang dạng RINEX. Cần đặc biệt chú ý tới các tham số sau khi chuyển đổi sang dạng RINEX: - tên điểm, - cách đo và số đo độ cao ăngten, - tên, số seri, số model của máy thu và ăng ten. Bảng 3, 4 là một phần tệp trị đo và tệp lịch đạo hàng thông dụng: Bảng 3: Một phần tệp trị đo lem10550.02o

2.10 OBSERVATION DATA G (GPS) RINEX VERSION / TYPE teqc 2000Feb29 IG-HN 20020329 06:37:34UTCPGM / RUN BY / DATE MSWinNT 4.0|PentPro|bcc32 5.0|MSWin95/98/NT|486/DX+ COMMENT BIT 2 OF LLI FLAGS DATA COLLECTED UNDER A/S CONDITION COMMENT LEM1 MARKER NAME LEM1 MARKER NUMBER NQX IG-HN OBSERVER / AGENCY 21000 TRIMBLE 4000SSI NP 7.27; SP 3.07 REC # / TYPE / VERS 104873 TRM22020.00+GP ANT # / TYPE -1335857.9203 5773081.0183 2353214.4282 APPROX POSITION XYZ 1.4360 0.0000 0.0000 ANTENNA: DELTA H/E/N 1 1 WAVELENGTH FACT L1/2 6 L1 L2 C1 P2 D1 D2 # / TYPES OF OBSERV SNR is mapped to RINEX snr flag value [1-9] COMMENT L1: 3 -> 1; 8 -> 5; 40 -> 9 COMMENT L2: 1 -> 1; 5 -> 5; 60 -> 9 COMMENT 2002 2 24 8 39 30.0000000 GPS TIME OF FIRST OBS END OF HEADER 02 2 24 8 39 30.0000000 0 7G 9G 4G 5G 7G10G24G28 4507.98352 25204533.1564 -1129.0474 137928.79158 69922.85157 21489143.0634 21489161.5004 -1428.4224 -1113.0564 -257827.14753 -28962.25855 24114450.6884 24114477.7544 2853.5004 2223.5064 12719.59557 6706.66256 21296220.8594 21296242.5354 -176.7194 -137.7034 -340610.82656 -161419.22256 23235293.5394 23235317.9344 3544.9224 2762.2774 -18022.79757 -7950.72456 21762687.9614 21762710.3054 148.8754 116.0064 325858.12556 155624.56156 23124873.4694 23124896.1524 -3470.1874 -2704.0424

Bảng 4: Một phần tệp đạo hàng lem10550.02n 2.10 N: GPS NAV DATA RINEX VERSION / TYPE teqc 2000Feb29 IG-HN 20020329 06:37:43UTCPGM / RUN BY / DATE MSWinNT 4.0|PentPro|bcc32 5.0|MSWin95/98/NT|486/DX+ COMMENT 3.0734D-08 1.4901D-08 -1.1921D-07 5.9605D-08 ION ALPHA 1.3926D+05 -3.2768D+04 -6.5536D+04 -5.8982D+05 ION BETA -1.598721155460D-14-2.793967723846D-09 147456 1155 DELTA-UTC: A0,A1,T,W 13 LEAP SECONDS END OF HEADER 4 02 2 24 10 0 0.0 3.286870196462D-05 2.194155968027D-11 0.000000000000D+00 1.850000000000D+02 1.304062500000D+02 3.862303737596D-09 2.315944278569D+00 6.787478923798D-06 5.905477330089D-03 1.021288335323D-05 5.153636474609D+03 3.600000000000D+04 5.587935447693D-09 3.019421813461D+00 2.980232238770D-08 9.714296025936D-01 1.872187500000D+02-3.426752855497D-01-7.737465153624D-09 5.928818387655D-11 1.000000000000D+00 1.155000000000D+03 0.000000000000D+00 2.000000000000D+00 0.000000000000D+00-6.053596735001D-09 1.850000000000D+02 3.108000000000D+04 5 02 2 24 10 0 0.0 2.382323145866D-06 2.160049916711D-12 0.000000000000D+00 7.600000000000D+01 2.668750000000D+01 5.455227232111D-09 2.009505617209D+00 1.259148120880D-06 3.578053554520D-03 5.912035703659D-06 5.153766847610D+03 3.600000000000D+04-1.210719347000D-07 8.388687978869D-01 2.235174179077D-08 9.356491265017D-01 2.521562500000D+02 5.545971080528D-01-8.428565369293D-09 1.782217093638D-10 1.000000000000D+00 1.155000000000D+03 0.000000000000D+00

4.000000000000D+00 0.000000000000D+00-4.656612873077D-09 3.320000000000D+02 3.111000000000D+04 7 02 2 24 10 0 0.0 7.084254175425D-04 2.842170943040D-12 0.000000000000D+00 1.560000000000D+02-3.718750000000D+00 5.024137846936D-09-1.104680385298D+00 -1.247972249985D-07 1.184259040747D-02 8.640810847282D-06 5.153613143921D+03 3.600000000000D+04 6.146728992462D-08 1.912685412373D+00 2.607703208923D-07 9.430332128214D-01 2.049687500000D+02-1.965726648222D+00-8.299274269514D-09 -7.278874622916D-10 1.000000000000D+00 1.155000000000D+03 0.000000000000D+00 2.000000000000D+00 0.000000000000D+00-2.328306436539D-09 1.560000000000D+02 3.108000000000D+04 10 02 2 24 10 0 0.0 5.476176738739D-07 6.821210263297D-13 0.000000000000D+00 1.190000000000D+02 4.303125000000D+01 4.367324773750D-09 7.799220777422D-02 2.359971404076D-06 4.899922641926D-03 1.195818185806D-06 5.153743438721D+03 3.600000000000D+04 2.607703208923D-08-2.238454896220D+00 5.029141902924D-08 9.797556560129D-01 3.641562500000D+02 7.306967715392D-02-8.378206128772D-09 2.728685089258D-10 1.000000000000D+00 1.155000000000D+03 0.000000000000D+00 2.800000000000D+00 0.000000000000D+00-1.862645149231D-09 8.870000000000D+02 3.108000000000D+04

2.3 Kiểm tra chất lượng số liệu đo: Theo thông lệ khi đo GPS độ chính xác cao ngoài thực địa cần phải tiến hành ngay việc kiểm tra chất lượng số liệu. Trong thực tế đã có các tệp số liệu đo không xử lý được, hoặc xử lý được song chất lượng thành quả chưa đạt yêu cầu mà không rõ nguyên nhân nên khó có thể khắc phục. Điều này đã gây ra nhiều khó khăn về chuyên môn cũng như kinh phí, đặc biệt cho các nhiệm vụ yêu cầu độ chính xác cao và đo lặp như các lưới nghiên cứu chuyển dịch kiến tạo. Chất lượng số liệu đo phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: máy thu, độ thông thoáng tại vị trí ăngten, các yếu tố khí hậu, tín hiệu vệ tinh v.v..., nên việc kiểm tra chất lượng số liệu chủ yếu dựa trên các chỉ tiêu liên quan tới các thông số này. Việc kiểm tra chất lượng số liệu đo được thực hiện bằng phần mềm miễn phí TEQC. Tùy thuộc vào việc cài đặt các tham số, kết quả sẽ là tệp góc cao vệ tinh, tệp góc phương vị vệ tinh, tệp hiệu ứng đa phương và nhiễu máy thu trên L1, L2, tệp độ trễ điện ly trên L1, tệp đạo hàm bậc 1 độ trễ điện ly, tệp tổng hợp các thông số liên quan đến chất lượng số liệu (Bảng 5),... Chất lượng số liệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Sau đây là một số chỉ tiêu chủ yếu: - mp1, mp2 là tổ hợp tuyến tính của L1 và L2, chỉ chứa khúc xạ đa phương và phần nhiễu của máy thu. Khúc xạ đa phương phụ thuộc vào vị trí ăngten và đồ hình của các vệ tinh, có chu kỳ dài hơn nhiễu máy thu và được lặp lại theo ngày. Biên độ trung bình của mp1, mp2 đặc trưng cho từng loại máy. - Thời gian chỉnh lại đồng hồ đặc trưng cho chất lượng của đồng hồ máy thu, thời gian chỉnh lại càng lớn đồng hồ càng tốt. - Số trượt điện ly có tầm quan trọng hơn so với toàn bộ số trượt tín hiệu, bởi chỉ có chúng xuất hiện trên số liệu đo pha.

Bảng 5: Một phần tệp tổng hợp kết quả kiểm tra chất lượng số liệu version: teqc 2008Oct2 SV+-|--------|--------|--------|---------|--------|--------|--------|------+ SV 28|L++_ __------MM-MMMMMMMMM| 28 13|-IIo2-__ __---MMMMMMM-----M+_ ___| 13 7|LooooooI_ __----IM-MMMMMIMMM| 7 4|LooooooIo--___ _--MMMMMMMMM| 4 24|Loooooooooooooo---_ __MMMMMM| 24 10|Looooooooooooooo22--___ _-| 10 9|L+__ __LooIIIMI-IMM-----__ ___-M| 9 5|LooooooooooIL+_______--IM---------__ _| 5 30| __-ooooIoooo++___ ____---------MMMMMM__ | 30 23| _LoooooooooooIIMMM-IMM-----__ | 23 26| _LoooooooooI-IIMM---__ | 26 6| _-IooooooIIIImMM--___ ____-----___ | 6 18| __LooooooMMM-IMM-------MMMM__ | 18 17| ___-IooooII--IIM------__ | 17 29| _LIIMII-IMM-------MMMMMMMM--_ | 29 21| ___MM-IMM-------MMMMMMMM_ | 21 14| __--MII-------IMMMMMMMMMMMM-_ | 14 25| _-------MMMMMMMMMMMMMMM----__ | 25 15| _-------------------+ | 15 22| _--MMMMMMMMMMMMM-MMM--___ | 22 20| _-MMMMMMMMMM-MM+___ ___--m-MMMMMMMM-| 20 3| _______ _^MMMMMMMM-MMMMMMM--__ | 3 2| _-MMMMMMM-MMMMMMM-----mM---__ | 2 1|___ _-MMMMMM-MMMMMMM---__ __| 1 31| __--MM-MMMMMMM-------__ | 31 27| __--MMMMM-----MM-MMMM+_ | 27 11| _________ ___-MMMM-----MM-MMMM-_ | 11 8| _______ __-------MM-MMMMMMMM_| 8 -dn| 111211c322ccccccc 1 1 1 11 c11 1 ccccc1 c1 1|-dn +dn|1 11111 11 1112444cccc4ccccccccc211231232 122ccc2cc11cccccccccc1 c 12|+dn +10|7767889988889899aa9aabbbabbbbb988877887888788888999888999989998887876667|+10 Pos|oo ooo oo |Pos Clk| + + ^^^^ ^^^^^^^^^ ^^^ ^^ ^^^^^^^^^^ ^ |Clk +-|--------|--------|--------|---------|--------|--------|--------|------+ 08:39:30.000 08:00:00.002 2002 Feb 24 2002 Feb 25 ********************* QC of RINEX file(s) : lem10550.02o input RnxNAV file(s) : lem10550.02n ********************* 4-character ID Receiver type Antenna type

: LEM1 : TRIMBLE 4000SSI (# = 21000) (fw = NP 7.27; SP 3.07) : TRM22020.00+GP (# = 104873)

Time of start of window : 2002 Feb 24 08:39:30.000 Time of end of window : 2002 Feb 25 08:00:00.002 Time line window length : 23.34 hour(s), ticked every 3.0 hour(s) antenna WGS 84 (xyz) : -1335892.4756 5773092.1489 2353206.6875 (m) antenna WGS 84 (geo) : N 21 deg 47' 29.33" E 103 deg 01' 44.09" antenna WGS 84 (geo) : 21.791481 deg 103.028915 deg WGS 84 height : 585.4776 m |qc - header| position : 37 m Observation interval : 30.0000 seconds

Total satellites w/ obs : 28 NAVSTAR GPS SVs w/o OBS : 12 16 19 32 NAVSTAR GPS SVs w/o NAV : Rx tracking capability : 12 SVs Poss. # of obs epochs : 2802 Epochs w/ observations : 1951 Possible obs > 0.0 deg: 29168 Possible obs > 10.0 deg: 22841 Complete obs > 10.0 deg: 12668 Deleted obs > 10.0 deg: 416 Moving average MP1 : 0.136019 m Moving average MP2 : 0.397294 m Points in MP moving avg : 50 No. of Rx clock offsets : 2 Total Rx clock drift : +2.000000 ms Rate of Rx clock drift : +0.086 ms/hr Avg time between resets : 700.250 minute(s) Freq no. and timecode : 2 8085 f9ff00 0001f7 Report gap > than : 10.00 minute(s) epochs w/ msec clk slip : 0 other msec mp events : 3 (: 16006) {expect ~= 1:50} IOD signifying a slip : >400.0 cm/minute IOD slips < 10.0 deg* : 1 IOD slips > 10.0 deg : 77 IOD or MP slips < 10.0*: 128 IOD or MP slips > 10.0 : 7869 * or unknown elevation first epoch last epoch hrs dt #expt #have % mp1 mp2 o/slps SUM 02 2 24 08:39 02 2 25 08:00 16.26 30 22841 12668 55 0.14 0.40

2.4 Tải miễn phí các tệp quỹ đạo vệ tinh và các tệp số liệu hỗ trợ: Tệp quỹ đạo vệ tinh chính xác được cấp miễn phí từ các trang web có liên hệ với IGS. Định dạng của chúng là SP3 phiên bản a từ tháng 1/2006 trở về trước và sau đó là SP3 phiên bản c. Đây là điều cần chú ý khi xử lý số liệu GPS với các phần mềm khác nhau. Bảng 6 trích dẫn một phần của tệp quỹ đạo vệ tinh chính xác có định dạng SP3 phiên bản a. Bảng 6: Một phần tệp quỹ đạo vệ tinh chính xác igs11550.sp3 #aP2002 2 24 0 0 0.00000000 96 ORBIT IGS00 HLM IGS ## 1155 0.00000000 900.00000000 52329 0.0000000000000 + 28 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13 14 15 17 18 20 + 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 0 0 0 0 0 0 + 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 + 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 + 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ++ 4 5 4 4 3 4 4 4 5 4 4 4 4 4 4 4 4 ++ 4 4 4 4 4 4 4 5 4 4 4 0 0 0 0 0 0 ++ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ++ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ++ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 %c cc cc ccc ccc cccc cccc cccc cccc ccccc ccccc ccccc ccccc %c cc cc ccc ccc cccc cccc cccc cccc ccccc ccccc ccccc ccccc %f 0.0000000 0.000000000 0.00000000000 0.000000000000000

%f 0.0000000 0.000000000 0.00000000000 0.000000000000000 %i 0 0 0 0 0 0 0 0 0 %i 0 0 0 0 0 0 0 0 0 /* FINAL ORBIT COMBINATION FROM WEIGHTED AVERAGE OF: /* cod emr esa gfz jpl ngs sio /* REFERENCED TO GPS CLOCK AND TO WEIGHTED MEAN POLE: /* CLK ANT Z-OFFSET (M): II/IIA 1.023; IIR 0.000 * 2002 2 24 0 0 0.00000000 P 1 3154.306208 21037.391586 16053.620078 217.582085 P 2 9019.791141 22528.712470 11905.568971 -157.241285 P 3 -12423.857797 22553.295325 6183.732349 5.060648 P 4 26008.233174 -5282.875382 3046.532918 32.077913 P 5 -10811.106387 -22460.332573 -9444.388698 2.297920 P 6 -9022.767967 -15822.278618 19435.616605 -2.581440 P 7 16934.076765 -6567.704128 -18946.138426 708.321361 P 8 26246.681001 121.451873 4508.569956 712.344806 P 9 -4081.931401 -15180.746441 -21723.505783 -31.477097 P 10 4718.908972 -16185.009976 20450.314452 0.518371 P 11 4542.567859 15480.512976 -21079.901948 8.774876 P 13 10709.191548 12078.531693 21104.794420 -2.801244 P 14 -17026.957927 8192.938424 -18656.241692 -98.907188 P 15 -25204.717833 -3251.417987 7624.535333 143.688827 P 17 -22504.141028 -7637.192841 12545.672748 203.627859 P 18 -19238.606927 -16024.898001 -9046.279908 -74.150001 P 20 12361.651945 22611.595165 -6411.031536 -140.344708 P 21 -19118.559510 -5418.803197 -17508.719474 -0.302475 P 22 -11067.679497 11099.936041 21083.900550 617.382238 P 23 -10962.341084 -23399.270002 6957.504916 7.139357 P 24 18556.331992 -12020.606235 15014.768188 11.357034 P 25 -23853.636687 9876.005147 6202.585225 23.343824 P 26 5908.251132 -24971.224906 -5579.367190 -74.164657 P 27 21262.179285 6996.260240 15062.468921 11.789144 P 28 19984.012573 7220.106079 -15960.198687 -65.923713 P 29 -14831.978888 -2740.955496 -21574.385104 513.742390 P 30 -17333.885850 -20159.792875 516.290162 494.373564 P 31 -4057.225654 25334.975114 -6432.236037 95.397439

Các phần mềm xử lý số liệu GPS độ chính xác cao còn đòi hỏi một số tệp dữ liệu hỗ trợ sau: - Trạng thái các vệ tinh, - Độ lệch tâm pha ăngten máy thu và vệ tinh - Chuyển động cực Trái đất, - Quỹ đạo Mặt trăng, Mặt Trời,... 3. XỬ LÝ SỐ LIỆU GPS ĐỘ CHÍNH XÁC CAO CÓ KẾT HỢP VỚI MẠNG LƯỚI CỦA IGS Theo thứ tự các công việc được trình bày từ phần 1, 2 cho đến nay công việc chuẩn bị số liệu đã gần được hoàn tất. Chỉ cần bổ sung thêm tọa độ XYZ khái lược của các điểm lưới là có thể tiến hành các bước sau để xử lý số liệu đo GPS: - xử lý các ca đo riêng biệt,

- xử lý kết hợp các ca đo của một đợt đo. Trong phần này sẽ trình bày các bước xử lý lưới GPS Lai Châu - Điện Biên chu kỳ 2002 bằng phần mềm GAMIT/GLOBK để minh họa cho công tác xử lý số liệu GPS độ chính xác cao có kết hợp với mạng lưới của IGS khu vực xung quanh Việt Nam. 3.1 Xử lý từng ca đo Phần mềm GAMIT xác định vị trí tương đối giữa các điểm lưới, các tham số Trái đất và quỹ đạo vệ tinh, độ trễ khí quyển thiên đỉnh, số nguyên đa trị (SNĐT) từ các trị đo hiệu pha kép của từng ca đo theo phương pháp bình phương tối thiểu. Lưới GPS gồm các điểm NGA1, DON1, HAM1, LEM1, TAU1 nằm trên khu vực có diện tích khoảng 100 km x 20 km dọc hai bên cánh của đứt gãy Lai Châu - Điện Biên. Có 5 ca đo 054, 055, 056, 057, 058 trong năm 2002 được xử lý theo các lựa chọn sau: - Các điểm lưới được xử lý đồng thời với 4 điểm đo liên tục của IGS xung quanh Việt Nam: SHAO (Thượng Hải) WUHN (Vũ Hán) ở Trung Quốc, SUWN và DAEJ ở Hàn Quốc. Tọa độ các điểm này tạo nên các kết nối lưới GPS Lai Châu - Điện Biên với Khung Quy chiếu Quốc tế ITRF2000. - Xác định lại quỹ đạo vệ tinh với ràng buộc thích hợp. - Xác định 13 tham số độ trễ khí quyển thiên đỉnh trong 1 ca đo theo mô hình áp suất, nhiệt độ toàn cầu. - Sử dụng mô hình ăng ten máy thu và vệ tinh cập nhật của IGS. - Có tính đến ảnh hưởng của địa triều, triều cực Trái đất, thủy triều các đại dương. - Sử dụng giá trị các tham số Trái Đất từ Tổ chức IERS (International Earth Rotation and Reference Systems Service). Kết quả xử lý của 4 ca đo như sau: - Tất cả các tệp số liệu đo đều được đưa vào xử lý. Sai số xác định các cạnh lưới đạt mức mm, - Sai số trung phương đơn vị trọng số sau bình sai là ~ 0,2, - Trị hiệu chỉnh tọa độ không lớn: < 0,3 m. Độ chính xác trị đo cạnh của từng ca đo được đánh giá bằng sai số trung phương đo cạnh lặp lại của các thành phần mặt bằng và chiều cao, biểu thị trên Hình 2.

Hình 2: Sai số trung phương các thành phần trị đo cạnh của lời giải cố định và không cố định SNĐT. Đường cong biểu diễn hàm số (3.1). Từ Hình 2 có thể thấy sự cải thiện rõ rệt của lời giải cố định so với không cố định SNĐT ở sai số thành phần kinh độ các trị đo cạnh. Sai số thành phần độ cao có giá trị gấp gần 10 lần sai số thành phần mặt bằng: >13 mm là lớn so với giá trị trung bình của các lưới đo GPS hiện nay. Điều này có thể do ảnh hưởng của nhiễu đa đường truyền chưa được giảm thiểu tối đa chỉ với ăng ten có vành đĩa chống phản xạ được sử dụng trong đợt đo. Dựa trên độ chính xác đo cạnh thu được từ các ca đo riêng biệt nói trên chúng tôi quyết định sử dụng kết quả lời giải cố định SNĐT của từng ca đo cho bước tính toán tiếp theo: bình sai toàn bộ lưới GPS đợt đo 2002. 3.2 Xử lý tổng hợp các ca đo Phần mềm GLOBK sử dụng phép lọc Kalman để tổ hợp các kết quả xử lý ban đầu số liệu trắc địa vũ trụ và trắc địa mặt đất. Số liệu đầu vào là các tham số (tọa độ điểm lưới, các tham số Trái đất, quỹ đạo vệ tinh,... ) cùng ma trận phương sai từ lời giải ràng buộc lỏng các sai số tiên nghiệm của các tham số. Đầu tiên GLOBK được viết ra để tổ hợp các kết quả xử lý của GAMIT (trị đo GPS), và CALC/SOLVE (trị đo VLBI) nhưng nó cũng đã được áp dụng thành công để tổ hợp các kết quả xử lý GPS của một số phần mềm khác như BERNESE, GIPSY, và các trị đo khoảng cách laser vệ tinh (Satellite Laser Ranging). Sử dụng các chương trình chính của GLOBK ta có thể bình sai lưới GPS trong Khung Quy chiếu Quốc tế ITRF hoặc trong hệ tọa độ tự chọn cùng với

việc xác định lại quỹ đạo vệ tinh từ kết quả xử lý các ca đo của GAMIT. Do lưới GPS Lai Châu - Điện Biên có quy mô không lớn, sử dụng 5 điểm đo thường xuyên của IGS là: NTUS , SHAO, WUHN, SUWN và DAEJ nên cần tiến hành một số bước tính toán để xác định tọa độ các điểm lưới. Các bước này có tác động tương hỗ lẫn nhau: kết quả tính toán của bước này sẽ là số liệu đầu vào của bước kia. Kết quả thu được là: - Tệp tọa độ hoàn chỉnh cho các điểm lưới trong khung quy chiếu ITRF2000, - Độ chính xác các trị đo cạnh được xác định bởi công thức sau: σ S [ mm] = a[mm] 2 + b[ ppb ] 2 L[ mm] 2 ,

với

a = 2,14 mm, b = 1,04 ppb,

từ Hình 3:

(3.1)

Hình 3: Độ chính xác các thành phần trị đo cạnh GPS lưới Lai Châu - Điện Biên đợt đo năm 2002. Kết quả xử lý số liệu đo năm 2002 của lưới GPS Lai Châu - Điện Biên bằng tổ hợp phần mềm GAMIT/GLOBK là tọa độ các điểm lưới trong Khung Quy chiếu Quốc tế ITRF2000 và ma trận phương sai tương ứng. Các phương án xử lý từng ca đo và toàn bộ đợt đo đã được lựa chọn phù hợp với dữ liệu đo GPS để kết quả xử lý có thể đạt được độ chính xác cao nhất. Sai số tọa độ mặt bằng đạt 3 - 5 mm, sai số độ cao đạt từ 7 - 9 mm là phù hợp với thực trạng đo đạc và xử lý số liệu đo GPS phục vụ nghiên cứu địa động học ở nước ta hiện nay.

KẾT LUẬN Quá trình đo đạc, xử lý số liệu đo GPS độ chính xác cao có đo nối quốc tế đã được trình bày chi tiết tuần tự theo các bước: đo đạc ngoài thực địa, kiểm tra số liệu đo, chuẩn bị số liệu, xử lý từng ca đo, tổ hợp kết quả các ca đo và đánh giá độ chính xác, trong đó bao gồm việc sử dụng quỹ đạo vệ tinh chính xác của tổ chức IGS, có tính đến ảnh hưởng của địa triều, sức tải thủy triều đại dương, triều cực Trái đất, sử dụng mô hình cập nhật tâm pha ăng ten vệ tinh, máy thu,... Kết quả thu được là tệp giá trị tọa độ (với độ chính xác cao nhất) các điểm lưới và ma trận phương sai tương ứng. Các giá trị tọa độ này tạo nên giá trị khởi tính cho các tính toán xử lý sau này liên quan tới lưới như xác định vận tốc chuyển dịch ngang của lưới trong Khung Quy chiếu Quốc tế ITRF2000, xác định chuyển động ngang và các tham số biến dạng ngang tương đối giữa 2 cánh của đứt gãy...

SỐ LIỆU ĐO THUỶ CHUẨN HẠNG I, HẠNG II CÓ ĐO GPS

- M¹ng lưíi GPS-TC ®ưîc b×nh sai tæng thÓ trªn hÖ täa ®é VN2000, ®iÓm gèc lµ c¸c ®iÓm “cÊp 0” Nhµ nưíc, ®ưîc tËp hîp 192 ®iÓm cã c¸c thµnh phÇn täa ®é B-L-H trªn hÖ VN2000 (BLH2K). §Ó tiÖn cho viÖc tÝnh dÞ thưêng ®é cao theo m« h×nh EGM2008, nªn tính chuyÓn tËp hîp BLH2K sang hÖ WGS84 b»ng chư¬ng tr×nh Cidala cña Bé Tµi nguyªn vµ M«i trưêng. Tương ứng ta sẽ nhận ®ưîc tËp hîp BLH84, vµ XYH84. - TÝnh dÞ thưêng ®é cao GPS-Thñy chuÈn cho 192 ®iÓm: ζGPS-TC = H84 – h trong ®ã: H84 lµ ®é cao tr¾c ®Þa trªn bÒ mÆt elipxoid WGS84, h lµ ®é cao thñy chuÈn h×nh häc h¹ng I, II.

- TÝnh dÞ thưêng ®é cao trọng lực theo m« h×nh EGM2008 cho 192 ®iÓm theo c¸c hÖ sè ®iÒu hßa b»ng phÇn mÒm HARMONIC_SYNTH_WGS84, ®ưîc c¸c gi¸ trÞ ζ2008. - TÝnh hiệu dị thường độ cao giữa hai loại ∆ζ = ζ2008 - ζGPS-TC Kết quả tính toán được thống kê trong bảng sau: STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38

XY84(m) 836633 1780230 834257 1761122 848720 1758009 814672 1754026 858299 1745564 801468 1732804 802619 1722388 877790 1721808 886139 1713420 793176 1694232 904117 1694005 908947 1674370 795443 1673651 793318 1657446 918726 1655826 904393 1640755 881801 1635004 935087 1630300 865938 1621989 807519 1618263 936433 1614139 847683 1604587 820436 1594902 934129 1594178 833939 1591234 937122 1570589 818680 1565305 865546 1553380 835995 1549232 876371 1547091 913646 1546658 895218 1545866 940907 1545145 824945 1540258 931459 1538399 949051 1525287 827360 1523428 952052 1516657

H84(m) -3.094 -3.084 -7.194 2.391 -0.648 45.082 103.192 -5.292 -6.176 551.528 -3.795 -0.289 716.703 643.805 -1.528 26.213 145.913 0.317 1159.819 594.664 -2.491 617.882 539.221 4.455 594.815 21.484 725.089 713.596 735.915 433.270 27.350 413.629 6.757 809.751 20.810 7.310 643.496 232.500

h(m) 7.821 7.116 2.805 12.357 8.709 54.584 112.426 2.735 1.372 559.688 2.729 5.620 724.027 651.097 3.539 31.082 150.530 4.216 1163.514 600.768 0.913 621.927 544.499 7.275 599.346 23.692 729.712 715.964 739.395 435.467 29.323 415.534 8.198 813.529 22.341 7.984 647.077 232.685

ζGPS-TC(m) -10.915 -10.200 -9.999 -9.966 -9.357 -9.502 -9.234 -8.027 -7.548 -8.160 -6.524 -5.909 -7.324 -7.292 -5.067 -4.869 -4.617 -3.899 -3.695 -6.104 -3.404 -4.045 -5.278 -2.820 -4.531 -2.208 -4.623 -2.368 -3.480 -2.197 -1.973 -1.905 -1.441 -3.778 -1.531 -0.674 -3.581 -0.185

ζ2008(m) -10.914 -10.048 -9.994 -9.674 -9.433 -9.515 -9.280 -8.231 -7.777 -8.215 -6.733 -6.077 -7.317 -7.093 -5.302 -4.785 -4.481 -4.217 -3.570 -5.897 -3.637 -3.866 -5.144 -3.016 -4.437 -2.424 -4.596 -2.458 -3.635 -2.292 -1.933 -2.005 -1.765 -3.862 -1.542 -0.921 -3.603 -0.501

∆ζ(m) 0.001 0.152 0.005 0.292 -0.076 -0.013 -0.046 -0.204 -0.229 -0.055 -0.209 -0.168 0.007 0.199 -0.235 0.084 0.136 -0.318 0.125 0.207 -0.233 0.179 0.134 -0.196 0.094 -0.216 0.027 -0.090 -0.155 -0.095 0.040 -0.100 -0.324 -0.084 -0.011 -0.247 -0.022 -0.316

39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89

849145 835550 863848 835584 956449 879574 841637 892803 962381 910565 931258 849201 956153 854666 977843 873289 884456 907804 957849 828985 954280 919390 808967 844557 797845 953801 956033 841465 782249 840073 949019 789129 956642 773937 844449 764568 799647 947456 818677 889261 744680 910242 866570 943886 732640 921665 829431 852635 720445 823368 711027

1503812 1502988 1495626 1491516 1487090 1480832 1473257 1469087 1465874 1453461 1448869 1446364 1442786 1429680 1426916 1418497 1418108 1410561 1405525 1401261 1396753 1394415 1392480 1389721 1382737 1374272 1362000 1361292 1359901 1352188 1342381 1340051 1329194 1327337 1321403 1320157 1319369 1314444 1314303 1309496 1306732 1306324 1302909 1301945 1295259 1292536 1289144 1286459 1284830 1277734 1277688

343.151 382.664 167.555 371.368 3.406 149.346 447.980 115.806 9.253 126.499 95.341 760.150 13.079 681.694 153.277 495.004 467.791 423.066 5.562 430.582 13.227 560.485 357.306 477.403 579.747 6.746 9.352 532.356 906.837 497.135 10.674 832.397 6.449 731.417 1114.626 574.261 593.554 7.342 855.373 1020.628 261.184 128.836 967.171 25.142 293.859 27.154 1033.544 774.229 162.580 807.651 93.099

345.940 385.823 169.725 374.270 2.706 150.429 449.917 116.189 7.900 126.035 94.213 760.658 11.311 681.622 150.390 494.140 466.566 420.939 2.571 431.207 10.142 557.782 358.653 476.956 581.077 3.199 5.464 531.386 907.962 495.959 6.564 832.961 1.893 732.661 1112.005 576.041 593.597 2.716 854.127 1016.085 263.923 124.999 963.335 20.285 296.982 23.045 1031.218 770.976 166.067 805.602 96.888

-2.789 -3.159 -2.170 -2.902 0.700 -1.083 -1.937 -0.383 1.353 0.464 1.128 -0.508 1.768 0.072 2.887 0.864 1.225 2.127 2.991 -0.625 3.085 2.703 -1.347 0.447 -1.330 3.547 3.888 0.970 -1.125 1.176 4.110 -0.564 4.556 -1.244 2.621 -1.780 -0.043 4.626 1.246 4.543 -2.739 3.837 3.836 4.857 -3.123 4.109 2.326 3.253 -3.487 2.049 -3.789

-2.847 -3.244 -2.124 -3.068 0.486 -0.993 -2.226 -0.271 1.154 0.526 1.062 -0.832 1.711 -0.286 2.637 0.501 0.897 1.917 2.861 -0.998 2.941 2.700 -1.641 0.117 -1.607 3.372 3.585 0.975 -1.160 1.197 3.998 -0.407 4.288 -0.957 2.762 -1.454 0.249 4.443 1.354 4.646 -2.438 4.016 3.993 4.736 -2.777 4.127 2.406 3.405 -3.239 2.228 -3.641

-0.058 -0.085 0.046 -0.166 -0.214 0.090 -0.289 0.112 -0.199 0.062 -0.066 -0.324 -0.057 -0.358 -0.250 -0.363 -0.328 -0.210 -0.130 -0.373 -0.144 -0.003 -0.294 -0.330 -0.277 -0.175 -0.303 0.005 -0.035 0.021 -0.112 0.157 -0.268 0.287 0.141 0.326 0.292 -0.183 0.108 0.103 0.301 0.179 0.157 -0.121 0.346 0.018 0.080 0.152 0.248 0.179 0.148

90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140

928327 692279 834463 794383 680692 671780 780627 837805 658227 632432 918789 839033 678473 765467 621791 906217 887187 869864 742872 675441 849136 640867 658177 681063 631938 703974 834690 762689 825203 743553 697613 688220 810427 583043 776091 793148 568112 601835 530733 551295 689586 638798 714213 744692 676324 508382 629568 682434 525051 742011 655195

1276628 1272981 1271878 1265317 1265064 1263634 1262392 1261968 1261023 1257178 1254660 1247435 1246775 1246550 1245734 1243891 1240582 1240171 1232049 1230971 1228610 1224281 1215467 1214411 1211030 1210026 1209527 1208947 1207821 1205507 1202596 1201675 1200159 1199566 1198742 1198380 1197457 1196398 1196213 1195752 1193844 1192022 1191566 1191407 1186942 1180304 1178769 1173898 1170220 1169086 1168156

15.573 46.211 992.762 394.366 62.855 47.333 173.643 1029.608 33.077 19.077 8.861 212.738 40.907 134.068 -3.796 20.897 7.344 26.184 152.763 13.324 34.203 1.707 2.177 5.705 -4.825 6.196 6.713 168.782 27.304 199.152 27.026 -3.335 29.298 -4.962 81.308 64.232 -3.771 -4.942 -5.244 -5.699 9.990 -3.681 3.742 220.878 -2.698 216.237 -4.369 -2.387 -6.719 36.696 -2.789

11.131 50.743 990.024 393.984 67.636 52.461 174.320 1027.045 38.778 25.929 4.487 210.656 45.532 135.521 3.333 16.800 4.101 23.352 154.741 17.981 32.076 7.572 7.293 9.726 1.329 9.138 4.998 169.930 26.249 200.640 30.123 0.025 28.527 2.862 81.967 64.142 4.775 2.013 4.695 3.502 13.756 1.587 6.114 222.174 0.935 227.189 1.000 0.972 3.237 37.946 1.252

4.442 -4.532 2.738 0.382 -4.781 -5.128 -0.677 2.563 -5.701 -6.852 4.374 2.082 -4.625 -1.453 -7.129 4.097 3.243 2.832 -1.978 -4.657 2.127 -5.865 -5.116 -4.021 -6.154 -2.942 1.715 -1.147 1.055 -1.488 -3.097 -3.360 0.771 -7.824 -0.659 0.090 -8.546 -6.955 -9.939 -9.201 -3.766 -5.268 -2.372 -1.296 -3.633 -10.952 -5.369 -3.359 -9.956 -1.250 -4.041

4.462 -4.520 2.913 0.572 -4.962 -5.374 -0.474 2.880 -5.964 -6.914 4.522 2.397 -4.777 -1.158 -7.123 4.087 3.404 2.871 -1.848 -4.621 2.214 -5.960 -5.090 -4.090 -6.078 -3.106 1.640 -0.870 1.400 -1.433 -3.299 -3.649 0.889 -7.926 -0.363 0.252 -8.557 -7.015 -10.051 -9.180 -3.531 -5.413 -2.585 -1.269 -3.935 -10.779 -5.513 -3.566 -9.841 -1.383 -4.361

0.020 0.012 0.175 0.190 -0.181 -0.246 0.203 0.317 -0.263 -0.062 0.148 0.315 -0.152 0.295 0.006 -0.010 0.161 0.039 0.130 0.036 0.087 -0.095 0.026 -0.069 0.076 -0.164 -0.075 0.277 0.345 0.055 -0.202 -0.289 0.118 -0.102 0.296 0.162 -0.011 -0.060 -0.112 0.021 0.235 -0.145 -0.213 0.027 -0.302 0.173 -0.144 -0.207 0.115 -0.133 -0.320

141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191

552358 491413 727895 619686 678455 572942 492827 543129 623603 487442 650661 672364 562793 552412 461079 601035 478794 606310 492949 645782 563375 678862 531658 649041 627170 507957 582477 632322 513299 643827 576580 526255 590556 551476 625034 534628 563094 613378 598932 539525 565545 628079 602168 524089 579143 518845 572161 522181 559385 549936 531354

1167817 1167533 1163962 1160200 1157288 1155392 1154722 1153970 1150565 1147801 1145383 1145297 1144076 1139835 1136763 1135178 1134826 1133985 1125514 1123939 1121594 1118982 1118741 1114663 1114133 1110929 1106674 1103207 1100140 1096248 1095917 1088859 1084026 1081528 1080959 1080265 1076438 1074462 1072425 1062920 1058233 1055796 1055621 1047117 1045835 1041977 1026879 1024230 1023465 1021093 1014678

-5.041 -6.230 0.139 -3.491 -1.180 -5.201 -6.650 -5.574 -3.481 -8.119 -1.946 -2.727 -5.524 -5.565 18.841 -3.995 -8.913 22.457 -8.947 -2.707 -5.275 -1.508 -6.897 -2.882 -3.481 -8.055 -4.251 -2.768 -7.699 -1.447 -4.167 -6.976 -3.570 -5.724 -2.075 -6.666 -5.468 -2.921 -3.484 -6.282 -5.013 -2.500 -2.734 -6.519 -3.981 -6.495 -3.594 -5.456 -4.001 -4.153 -4.748

3.133 4.869 1.944 1.945 1.901 1.973 3.883 2.808 1.594 2.464 1.980 0.531 1.784 2.095 30.060 1.787 1.457 28.316 0.785 1.155 1.438 1.374 1.308 0.671 0.964 0.790 1.352 1.316 0.605 2.007 1.363 0.838 1.343 0.738 1.794 0.608 0.326 1.286 1.132 0.555 0.717 0.940 1.438 0.561 0.814 0.402 1.044 0.891 0.950 1.310 0.905

-8.174 -11.099 -1.805 -5.436 -3.081 -7.174 -10.533 -8.382 -5.075 -10.583 -3.926 -3.258 -7.308 -7.660 -11.219 -5.782 -10.370 -5.859 -9.732 -3.862 -6.713 -2.882 -8.205 -3.553 -4.445 -8.845 -5.603 -4.084 -8.304 -3.454 -5.530 -7.814 -4.913 -6.462 -3.869 -7.274 -5.794 -4.207 -4.616 -6.837 -5.730 -3.440 -4.172 -7.080 -4.795 -6.897 -4.638 -6.347 -4.951 -5.463 -5.653

-8.500 -11.060 -1.877 -5.516 -3.473 -7.391 -10.610 -8.587 -5.177 -10.600 -4.105 -3.462 -7.540 -7.861 -11.096 -5.742 -10.484 -5.515 -9.716 -3.948 -6.999 -2.907 -8.208 -3.719 -4.384 -8.800 -5.875 -3.999 -8.322 -3.552 -5.909 -7.623 -5.146 -6.560 -3.833 -7.168 -5.996 -4.097 -4.562 -6.654 -5.491 -3.255 -4.041 -6.789 -4.652 -6.823 -4.417 -6.243 -4.809 -5.109 -5.637

-0.326 0.039 -0.072 -0.080 -0.392 -0.217 -0.077 -0.205 -0.102 -0.017 -0.179 -0.204 -0.232 -0.201 0.123 0.040 -0.114 0.344 0.016 -0.086 -0.286 -0.025 -0.003 -0.166 0.061 0.045 -0.272 0.085 -0.018 -0.098 -0.379 0.191 -0.233 -0.098 0.036 0.106 -0.202 0.110 0.054 0.183 0.239 0.185 0.131 0.291 0.143 0.074 0.221 0.104 0.142 0.354 0.016

192

518122

1014250

-5.777

0.468

-6.245

-6.150

0.095

Đánh giá hiện trạng quan trắc nghiệm triều ven bờ và đảo Việt Nam 1. Mở đầu Dọc theo bờ biển 3260 km và trên 3000 hòn đảo lớn nhỏ vùng biển Việt nam có 17 trạm quan trắc mực nước, số lượng trạm như vậy là quá thưa thớt. Trong tổng số 17 trạm có quan trắc mực nước chỉ có 7 trạm quan trắc bằng máy tự ghi. Phần lớn tại các trạm quan trắc bằng máy tự ghi, giá trị mực nước từng giờ được ghi lại dưới dạng các băng ghi liên tục. Các quan trắc viên đã nhặt lại số đo mực nước tại các giờ chẵn và ghi cùng với các thông tin khác về chân đỉnh mực nước xẩy ra trong ngày. Mực nước quan trắc này là mực nước tổng cộng nghĩa là số đo mực nước bao gồm mực nước thủy triều lên xuống theo quy luật điều hòa và mực nước phi điều hòa khác do nhiều nguyên nhân tạo nên. Trong báo cáo này xem xét đến các giá trị trung bình năm, trung bình tháng được lấy trung bình số học giá trị mực nước tổng cộng của nhiều tháng và nhiều năm. Các giá trị trung bình này được tập hợp trong bảng tổng hợp. Mặt khác báo cáo này đề cập đến việc đánh giá hiện trạng thiết bị quan trắc giá trị mực nước một số vấn đề khác liên quan đến số liệu quan trắc mực nước 1.1. Giá trị mực nước trung bình năm các trạm

N¨m 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

Tr¹m Cöa Tr¹m Hßn Tr¹m Quy Tr¹m Tr¹m Hßn Tr¹m S¬n Tr¹m Cån ¤ng (tp. D¸u (tp. Nh¬n (tp. Vòng Tµu Ng (tp. Trµ (tp. §µ Cá (tp. Qu¶ng H¶i Quy (tp. Vòng Vinh) N½ng) Qu¶ng TrÞ) Ninh) Phßng) Nh¬n) Tµu) 183 191 216 189 192 187 147 192 191 189 209 188 205 188 192 184 186 189 187 93 191 199 91 259 192 196 94 258 224 192 202 97 261 82 188 177 75 258 191 197 89 256 204 181 91 261 70 201 182 90 258 73 225 189 191 93 155 255 77 187 176 91 152 254 65 185 176 93 160 257 190 196 94 161 261 77 187 186 95 161 258 74 223 191 191 93 162 258 76 189 195 91 155 264 70 190 191 90 149 268 68 192 187 94 149 272 71 192 187 94 149 270 71 223 194 178 98 150 270 73 193 172 94 150 259 70 192 174 92 150 262 193 174 100 157 268 194 165 99 157 270 78 230 197 170 101 157 270 193 164 97 153 267 196 168 97 153 265 191 164 96 151 263 190 166 93 150 259 72 239 194 171 98 153 264 75 243 190 165 96 152 260 76 241

1.2. Bảng giá trị mực nước trung bình tháng các trạm

Các trạm đo mực nước biển

2.1 Bảng tổng hợp thông tin trạm đo mực nước từng giờ và 4 lần trong ngày trong hệ thống trạm mực nước biển Việt Nam TT

Tên trạm

Trạm quan trắc Ghi chú mực nước bằng cọc thủy chí

Hòn Dấu

Trạm quan trắc mực nước từng giờ bằng máy tự ghi W

Hòn Ngư

Sơn Trà

Qui Nhơn

Vũng Tàu

Phú Quốc

DK 1 – 7

Cửa Ông

Bãi Cháy

Cô Tô

Quan trắc từng giờ và 4 lần trong ngày Quan trắc từng giờ và 4 lần trong ngày Quan trắc từng giờ và 4 lần trong ngày Quan trắc từng giờ và 4 lần trong ngày Quan trắc từng giờ và 4 lần trong ngày Quan trắc từng giờ và 4 lần trong ngày Quan trắc từng giờ và 4 lần trong ngày Quan trắc từng giờ và 4 lần trong ngày Quan trắc từng giờ và 4 lần trong ngày Quan trắc

Bạch Vĩ

Long

Sầm Sơn

Cồn Cỏ

Phú Quý

Trường Sa

Côn Đảo

Thổ Chu

từng giờ và 4 lần trong ngày Quan trắc từng giờ và 4 lần trong ngày Quan trắc từng giờ và 4 lần trong ngày Quan trắc từng giờ và 4 lần trong ngày Quan trắc từng giờ và 4 lần trong ngày Quan trắc từng giờ và 4 lần trong ngày Quan trắc từng giờ và 4 lần trong ngày Quan trắc từng giờ và 4 lần trong ngày

Các trạm có dấu W trạm quan trắc mực nước từng giờ bằng máy tự ghi. Các trạm có dấu ² là trạm quan trắc mực nước 4 lần trong ngày vào các giờ: 1, 7, 13 và 19 giờ. Các trạm có cả hai ² và W là trạm quan trắc bằng máy tự ghi và bằng cọc thủy trí. 2.2.

Các thiết bị đo mực nước từng giờ

Trạm Hòn Dấu được trang bị máy CYM do Liên Xô trước đây sản xuất. Tình trạng máy khá tốt hiện đang được khai thác tại trạm. Trong thời gian qua đã có thử nghiệm một số thiết bị khác để thay thế, song kết quả cho thấy máy CYM hoạt động bền và có độ chính xác khá cao.

Máy Stevens của Mỹ A71 hoặc A 90 đang được đặt và khai thác tại các trạm còn lại: Sơn Trà, Qui Nhơn, Vũng Tàu, Phú Quốc và DK 1- 7. Riêng tại hai trạm Quy Nhơn và Vũng Tàu ngoài máy đo Stevens đang tác nghiệp tại đây còn có các thiết bị đo mực nước gắn với hệ thống thu vệ tinh do cơ quan phòng tránh thiên tai châu Á thử nghiệm trong các chương trình quan trắc mực nước toàn cầu. 2.3. Các trạm quan trắc mực nước từng giờ bằng máy tự ghi đã đo nối với hệ thống mốc thủy chuẩn Thực tế trong đề tài “Xác định số “0” độ sâu quốc gia” do TS Đào Chí Cường chủ nhiệm đã đo nối hệ thống số ‘0’ hải đồ của một số địa điểm doc ven bờ, đảo Việt nam với số ‘0’ lục địa. Trong báo cáo này chỉ xem xét những đặc điểm kỹ thuật chủ yếu của các trạm mực nước có máy tự ghi. 2.3.1. Trạm Hòn Dấu Đây là trạm quan trắc mực nước chuẩn được chọn làm trạm số “0” lục địa quốc gia, trạm có số đo mực nước hiện lưu giữ được gần 100 năm. Tuy nhiên chuỗi số liệu đang khai thác là trên 40 năm liên tục.Trạm đặt trên khu vực đảo cách đất liền khoảng 1km. Hiện tại trạm đang sử dụng máy tự ghi CYM của Nga từ nhiều năm nay, hiện trạng số liệu tốt. Trạm Hòn Dấu đại diện cho khu vực thủy triều có độ lớn nhất ở Việt Nam với chế độ thủy triều nhật triều đều. 2.3.2. Trạm Sơn Trà ( Tiên Sa – Đà Nẵng) Trạm đặt trên bán đảo Tiên Sa, hiện tại trạm đang sử dụng máy Stevens sản xuất tại Hoa Kỳ. Trạm có chế độ bán nhật triều đều. Từ khu vực Thuận An nơi có độ lớn triều nhỏ nhất ở Việt Nam, đến khu vực Tiên Sa – Đà Nẵng độ lớn triều đã tăng dần lên. 2.3.3. Trạm Quy Nhơn Trạm Quy Nhơn đặt trên đảo phía đông cảng Quy Nhơn cách bờ khaong 658m. Hiện tại tramh đang sử dụng máy Stevens sản xuất tại Hoa Kỳ. Trạm Quy Nhơn nằm trong mạng lưới quan trắc mực nước toàn cầu của Ủy ban Hải Dương học liên Chính phủ IOC thuộc UNESCO. Hiện tại trạm đang trong giai đoạn phát thử nghiệm quan trắc mực nước tự động và truyền qua vệ tinh. Tại khu vực trạm thủy triều có chế độ bán nhật triều không đều. 2.3.4. Trạm Nha Trang

Trạm Nha Trang là trạm quan trắc mực nước duy nhất không thuộc quản lý của cơ quan Khí tượng Việt Nam mà do Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam quản lý. Hiện tại trạm đang sử dụng máy Stevens sản xuất tại Hoa Kỳ. Khu vực trạm có chế độ triều bán nhật không đều. Trạm được xây dựng để phục vụ trực tiếp cho các nghiên cứu Hải dương học của viên Hải dương học Nha Trang 2.3.4. Trạm Vũng Tầu Đây là trạm có số liệu mực nươcs dài nhất ở Việt Nam, tuy nhiên qua nhiều lần thay đổi vị trí trạm, do chiến tranh dẫn đến tình trạng số liệu không tập trung và bị thất lạc. Thời kỳ chính quyền Sài Gòn, trạm Vũng Tàu đã được chọn làm tramh chuẩn số ‘0’ lục địa quốc gia khu vực miền Nam. Trạm đặt khá sát cầu cảng. Khu vực trạm đại diện cho vùng biển có chế độ triều bán nhật triều đều. 2.3.5 Một số trạm xây dựng mới chưa liên kết với các mốc quốc gia Trạm Phú Quốc, trạm DK 1-7 đại diện cho vùng đảo trong vịnh Thái Lan và vùng biển sâu có nền san hô. Hiện tại các trạm này đang được khai thác. 2. 4. Các phương pháp truyền và lưu trữ thông tin Tại các trạm quan trắc mực nước bằng máy tự ghi số liệu được lưu giữ lại trên các băng ghi biến trình mực nước của tháng. Các quan trắc viên khai thác giản đồ và ghi lại kết quả vào các sổ quan trắc BHV1, BHV2. Hàng tháng các tư liệu này được gủi về các Đài và Trung tâm KTTV Biển trước đây. Tai Hà Nội số liệu được chỉnh lý và lưu trữ. Số liệu tại các trạm quan trắc 4 lần trong ngày vào các giờ 1, 7, 13 và 19 giờ được xem là các số liêu tham khảo để xác định các tính chất và phân bố chế độ thủy triều của các khu vực nhỏ.

3. Hệ thống trạm đo mực nước từng giờ tại các vùng cửa sông ảnh hưởng thủy triều Hệ thống trạm đo này thuộc mạng lưới quan trắc thủy văn lục địa. Trong báo cáo này chưa đề cập đến các trạm này. Các trạm mực nước này phần lớn đã đo nối với số “ 0” lục địa. Tuy nhiên nếu có nhu cầu có thể khai thác được. 4. Một số vấn đề khai thác sử dụng số liệu mực nước biển và hệ thống trạm đo kèm theo

Số liệu mực nước biển dọc ven bờ, các đảo Việt Nam đang được quan tâm rất rộng rãi trong phục vụ các hoạt động trên biển, trong nghiên cứu về mực nước biển dâng do biến đổi khí hậu tác động đến đời sống dân sinh. Vì những lý do trên, độ chính xác về số đo mực nước biển hơn bao giờ hết đang được chú ý. Nguồn gốc và độ dài các chuỗi đo mực nước bằng các máy tự ghi hiện có, với khả năng kỹ thuật trạm đo: mốc trạm, kỹ thuật đo, dao động thẳng đứng vỏ Trái Đất tại khu vực trạm đang tồn tại một số vấn đề chưa được làm rõ. Với lý do đó nguồn số liệu mực nước thực đo chưa đáp ứng được yêu cầu hiện nay của các nhà khoa học nghiên cứu và kỹ thuật nói chung. Đặt ra vấn đề cần làm gì hơn nữa để đóng góp vào việc đánh giá dao động mực nước biển thực tế hiện nay đang xẩy ra đối với dải ven bờ Việt Nam. Thực tế biến đổi khí hậu, mực nước biển dâng quy mô toàn cầu và đối với Việt Nam thực trạng như thế nào. Công việc có nhiều liên quan đến xác định chuẩn mốc, dao động thẳng đứng bề mặt nước biển có quy mô lớn về thời gian và không gian.

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ -------------***-------------

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA H ỌC CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP HỆ THỐNG ĐỘ CAO CHUẨN THỐNG NHẤT CHO CẢ LÃNH THỔ VÀ LÃNH HẢI VIỆT NAM TRÊN CƠ SỞ KHÔNG SỬ DỤNG MẶT NƯỚC BIỂN TRUNG BÌNH

Chủ nhiệm đề tài GS.TSKH. Phạm Hoàng Lân

CHUYÊN ĐỀ: ĐÁNH GIÁ ẢNH HUƯỞNG CỦA TẦNG ĐIỆN LY VÀ CÁC HIỆN TƯỢNG ĐỊA ĐỘNG ĐẾN KẾT QUẢ TRUYỀN ĐỘ CAO TRẮC ĐỊA TRÊN KHOẢNG CÁCH LỚN

Hà nội, 12 – 2009 1

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TẦNG ĐIỆN LY ĐẾN KẾT QUẢ ĐO GPS Ở VIỆT NAM

I. x¸c ®Þnh tec trªn c¬ së sö dông SỐ LI ỆU ĐO GPS

TÇng ®iÖn ly víi c¸c ®iÖn tö vµ ion tù do xuÊt hiÖn d ưíi t¸c ®éng cña bøc x¹ vò trô mµ chñ yÕu lµ bøc x¹ MÆt trêi ®· lµm thay ®æi tèc ®é truyÒn sãng ®iÖn tõ, phô thuéc vµo tÇn sè cña nã. Sè hiÖu chØnh do ¶nh h ưëng cña tÇng ®iªn ly trong kho¶ng c¸ch ®o ®ưîc gi÷a vÖ tinh vµ m¸y thu cã thÓ ®ưîc biÓu diÔn b»ng c«ng thøc thùc nghiÖm sau:

∆ion =

E f2

trong ®ã E lµ hÖ sè phô thuéc vµo mËt ®é ®iÖn tö däc theo ® ưêng truyÒn sãng. §¹i l ưîng E thay ®æi m¹nh theo møc ®é ho¹t ®éng cña MÆt trêi ( sè l ưîng vÕt ®en víi chu kú xuÊt hiÖn kho¶ng 11 n¨m ), theo th¸ng trong n¨m, theo ngµy vµ theo vÞ trÝ ®Þa lý cña ®iÓm xÐt. Sè hiÖu chØnh ∆ion trong ph ư¬ng th¼ng ®øng ®i qua thiªn ®Ønh cã trÞ sè dao ®éng trong kho¶ng tõ 1 m ®Õn 20 m, cßn trong ph ư¬ng xiªn – tíi 100 m. Râ rµng lµ tÇng ®iÖn ly g©y ra ¶nh h ưëng ®¸ng kÓ trong trÞ ®o GPS vµ do vËy cÇn ® ưîc tÝnh ®Õn ®Ó cã thÓ ®¶m b¶o ®é chÝnh x¸c cao cña kÕt qu¶ sö dông hÖ thèng nµy. §Æc tr ưng cã liªn quan cña tÇng ®iÖn ly lµ tæng l ưîng ®iÖn tö TEC. §¹i l ưîng nµy cã thÓ ® ưîc x¸c ®Þnh trªn c¬ së sö dông chÝnh c¸c trÞ

®o GPS. Cã hai ph ư¬ng ph¸p cho môc ®Ých nµy, ®ã lµ sö dông c¸c trÞ ®o b»ng m¸y thu mét tÇn sè vµ c¸c trÞ ®o b»ng m¸y thu hai tÇn sè.

1.1. x¸c ®Þnh tec trªn c¬ së sö dông m¸y thu gps mét tÇn sè

1.1.1. C«ng thøc chung C¬ së cña ph ư¬ng ph¸p nµy lµ so s¸nh trÞ ®o kho¶ng çc gi¶ b»ng tÝn hiÖu code vµ b»ng tÝn hiÖu pha. Trong tr ưêng hîp thø nhÊt th«ng tin lµ chuçi tÝn hiÖu xung tùa ngÉu nhiªn bao gåm d¶i tÇn sè réng vµ lan truyÒn trong m«i tr ưêng t¸n x¹ víi tèc ®é nhãm. Trong khi ®ã, tÇn sè cña sãng t¶i l¹i lµ ®¬n s¾c vµ sãng lan truyÒn víi tèc ®é pha. Sè hiÖu chØnh do tÇng ®iÖn ly ®èi víi hai lo¹i tÝn hiÖu nãi trªn cã trÞ sè b»ng nhau, nhng ngîc dÊu. ChÝnh v× vËy mµ tæng cña trÞ ®o kho¶ng çch gi¶ theo tÝn hiÖu code vµ theo tÝn hiÖu pha sÏ kh«ng cßn chÞu ¶nh h ưëng cña tÇng ®iÖn ly. §iÒu nµy ® ưîc thÓ hiÖn th«ng qua çc biÓu thøc d ưíi ®©y : Ta cã trÞ ®o theo code vµ trÞ ®o theo pha ë d¹ng

(

)

E + ∆ρ trop f2

( 1.1.1 )

(

)

E + ∆ρ trop + Nλ f2

( 1.1.2 )

P = ρ − c δR −δ S +

L = ρ − c δR −δ S −

trong ®ã N lµ sè nguyªn ®a trÞ ( sè nguyªn lÇn b ưíc sãng ). E tØ lÖ thuËn víi tæng l ưîng ®iÖn tö TEC, phô thuéc vµo kho¶ng thiªn ®Ønh z cña tia h ưíng tíi vÖ tinh; Hµm ¸nh x¹ t ư¬ng øng lµ F(z); E0 lµ gi¸ trÞ cña E øng víi z = 0. 3

Ta h·y lËp nöa hiÖu cña c¸c biÓu thøc trªn. Khi ®ã ta cã:

1 (P − L ) = F ( 2z ) E0 − λ N . 2 2 f

( 1.1.3 )

Trong ( 1.1.3 ) cã hai Èn sè: E0 vµ N. NÕu ta quan s¸t k vÖ tinh th× sÏ cã k ph ư¬ng tr×nh d¹ng nh ư trªn víi ( k+1 ) Èn sè lµ k gi¸ trÞ N vµ 1 gi¸ trÞ E0 .Gi¶ sö cã 8 vÖ tinh ® ưîc quan s¸t trong thêi gian 30 phót víi tÇn suÊt ghi tÝn hiÖu lµ 30 gi©y, khi ®ã ta sÏ cã 480 ph ư¬ng tr×nh ®Ó t×m 9 Èn sè. DÔ hiÓu lµ bµi to¸n cã lêi gi¶i ®¬n trÞ trªn c¬ së ¸p dông nguyªn t¾c b×nh ph¬ng nhá mhÊt. BiÕt E0 , ta sÏ tÝnh ® ưîc sè hiÖu chØnh do tÇng ®iÖn ly cho tõng trÞ ®o. 1.1.2. Kh¶ n¨ng triÓn khai Ph ư¬ng ph¸p võa nªu kh¸ ®¬n gi¶n vµ hiÖu qu¶. Nã ®· ® ưîc ®Ò cËp ®Õn vµ bµn th¶o, song ch ưa ® ưîc triÓn khai réng r·i trong thùc tÕ, do Ýt ra lµ cã hai nguyªn nh©n sau: - Sai sè cña trÞ ®o code lín h¬n hai bËc so víi sai sè cña trÞ ®o pha, v× vËy ®iÒu nµy h¹n chÕ kh¶ n¨ng sö dông mét çch cã hiÖu qu¶ çc ưu thÕ cña ph ư¬ng ph¸p ®o pha; - Sè nguyªn ®a trÞ trong kÕt qu¶ ®o pha kh«ng thÓ ® ưîc lo¹i trõ b»ng çch sö dông kÕt hîp trÞ ®o pha vµ trÞ ®o code. Çc trë ng¹i trªn cã thÓ ®îc kh¾c phôc trong gi¶i ph¸p dùa theo ( 1.1.3 ) trªn c¬ së lµm tr¬n trÞ ®o code b»ng trÞ ®o pha vµ xö lý kÕt hîp trÞ ®o ®ång thêi cña nhiÒu vÖ tinh. Ph ư¬ng ph¸p nµy ®· ® ưîc thö nghiÖm ë LB Nga vµo n¨m 2003 vµ cho kÕt qu¶ kh¶ quan.

1.2. X¸c ®Þnh TEC trªn c¬ së sö dông m¸y thu GPS hai tÇn sè

Trong tr ưêng hîp cã m¸y thu hai tÇn sè cho phÐp ®o kho¶ng çch gi¶ theo tÝn hiÖu code hay tÝn hiÖu pha trªn hai tÇn sè lµ f1 vµ f2, ta cã thÓ kÕt hîp hai lo¹i trÞ ®o ®Ó lo¹i trõ ¶nh h ưëng cña tÇng ®iÖn ly. ThËt v©y, nÕu P1, P2 lµ kho¶ng çch gi¶ nhËn ® ưîc trªn hai tÇn sè øng víi kho¶ng çch chÝnh x¸c ( kho¶ng çch h×nh häc ) ρ th× ta cã hai ph¬ng tr×nh:

(

)

(

)

P1 = ρ − c δ R − δ S + P2 = ρ − c δ R − δ S +

E f1

E f2

+ ∆ρ trop ;

( 1.2.1 )

+ ∆ρ trop ;

f 22 råi céng kÕt qu¶ l¹i, ta sÏ cã: f12 − f 22

(

)

P3 = ρ − c δ R − δ S + ∆δ trop .

( 1.2.2 )

Nh ư ta thÊy, kho¶ng çch gi¶ nhËn ® ưîc trªn c¬ së kÕt hîp hai lo¹i trÞ ®o lµ P1 vµ P2 ®· kh«ng cßn chøa ¶nh h ưëng cña tÇng ®iÖn ly. 1.2.1. X¸c ®Þnh TEC nghiªng b»ng kho¶ng çch gi¶ ®o theo code ( P1, P2 ) Çc ph ư¬ng tr×nh trÞ ®o kho¶ng çch gi¶ cña hÖ thèng GPS ®îc biÓu diÔn nh ư sau:

(

)

si , L1 P1 = ρ + c δ R − δ S + ∆ion + brj , L1 + mp P1 + ε P1 , L1 + ∆ trop + b

( 1.2.3.a )

(

)

si , L 2 P2 = ρ + c δ R − δ S + ∆ion + brj , L 2 + mp P 2 + ε P 2 , L 2 + ∆ trop + b

(1.2.3.b)

trong ®ã: P1, P2 lµ çc trÞ ®o kho¶ng çch gi¶ trªn tÇn sè L1 vµ L2 (® ưîc tÝnh theo ®¬n vÞ kho¶ng çch), ρ lµ kho¶ng çch h×nh häc gi÷a vÖ tinh vµ m¸y thu GPS,

c lµ vËn tèc cña ¸nh s¸ng lan truyÒn trong m«i trêng ch©n kh«ng, dT, dt lµ ®é lÖch cña ®ång hå m¸y thu vµ vÖ tinh so víi hÖ thèng thêi gian GPS, dion.L1 ®é trÔ ®iÖn ly trªn tÇn sè L1, 2

⎛ f 1 ⎞ ⎛ 77 ⎞ γ = ⎜⎜ ⎟⎟ = ⎜ ⎟ lµ b×nh ph ư¬ng tû sè gi÷a tÇn sè sãng t¶i L1 vµ tÇn sè sãng ⎝ f 2 ⎠ ⎝ 60 ⎠

t¶i L2, ∆ trop lµ ®é trÔ tÇng ®èi l ưu,

bsi,L1, bsiL2 lµ ®é trÔ thiÕt bÞ cña vÖ tinh thø i trªn P1, P2 , brj,L1, brj,L2 lµ ®é trÔ thiÕt bÞ cña m¸y thu thø j trªn P1, P2, mpP1, mpP2 lµ sai sè cña nhiÔu ®a ® ưêng dÉn trªn trÞ ®o P1 vµ P2, εp1, εp 2 lµ c¸c nhiÔu cña m¸y thu trªn P1, P2.

Sau khi trõ ph ư¬ng tr×nh trÞ ®o kho¶ng c¸ch gi¶ (1.2.3.a) cho ph ư¬ng tr×nh (1.2.3.b) vµ s¾p xÕp l¹i, ta cã:

[

]

si , L1 P1 − P2 = (1 − γ )∆ion − b si , L 2 + brj , L1 − brj , L 2 + ν P , L1 + b

( 1.2.4 )

trong ®ã: ν P = mpP1 − mpP 2 + ε P1 − ε P 2 .

( 1.2.5 )

Lu ý r»ng trong ph ư¬ng tr×nh ( 1.2.4 ), ®é trÔ tÇng ®iÖn ly kh«ng thÓ x¸c ®Þnh mét c¸ch trùc tiÕp tõ trÞ ®o kho¶ng c¸ch gi¶ do cßn tån t¹i sè h¹ng n»m 6

trong ngoÆc vu«ng ë vÕ ph¶i cña ph ư¬ng tr×nh vµ sè h¹ng nµy biÕn ®æi chËm theo thêi gian. Do vËy, ®Ó x¸c ®Þnh ® ưîc ®é trÔ tÇng ®iÖn ly, sè h¹ng trong ngoÆc vu«ng cña ph ư¬ng tr×nh còng cÇn ph¶i ®îc x¸c ®Þnh. Theo c«ng thøc xÊp xØ bËc nhÊt cña Appleton-Hartree, ®é trÔ ®iÖn ly ® ưîc biÓu diÔn theo TEC nh sau:

∆ion L1 = 40.3.

TEC . f12

(1.2.6)

HÖ sè trong c«ng thøc ® ưîc chän b»ng 40.3 ®Ó cho phÐp ®¹t ®é chÝnh x¸c tÝnh to¸n cì cm ®èi víi ®é trÔ ®iÖn ly. Sau khi kÕt hîp c¸c ph ư¬ng tr×nh (1.2.4) vµ (1.2.6), tæng l ưîng ®iÖn tö tÝnh theo ®¬n vÞ TECU ® ưîc x¸c ®Þnh th«ng qua trÞ ®o kho¶ng c¸ch gi¶ sÏ lµ: TECP = 9.5024.(P2 − P1 ) .

(1.2.7)

§©y lµ trÞ ®o tÇng ®iÖn ly kh«ng chøa sè nguyªn ®a trÞ nh ưng l¹i bÞ nhiÔu, do vËy trÞ ®o nµy sÏ kÐm chÝnh x¸c. 1.2.2. X¸c ®Þnh TEC nghiªng b»ng çch kÕt hîp kho¶ng çch gi¶ ®o theo code ( P1, P2 ) vµ ®o theo pha sãng t¶i ( L1, L2 ) Díi ®©y lµ çc ph ư¬ng tr×nh trÞ ®o theo pha sãng t¶i :

( = ρ + c(δ

) ) − γ∆

ϕ , si , L1 Φ 1 = ρ + c δ R − δ S − ∆ion + bϕ ,rj , L1 + mpϕ1 + ε ϕ1 , L1 + ∆ trop + b

−δ S

ion L1

+ ∆ trop + b ϕ , si , L 2 + bϕ ,rj , L 2 + mpϕ 2 + ε ϕ 2 ,

( 1 .2.8.a ) (1.2.8.b)

trong ®ã: φ1 ,φ2 lµ c¸c trÞ ®o pha sãng t¶i trªn L1 vµ L2 tÝnh theo ®¬n vÞ kho¶ng c¸ch, λ1 , λ2 lµ chiÒu dµi bíc sãng cña sãng t¶i L1 vµ L2,

N1, N2 lµ c¸c sè nguyªn ®a trÞ cha x¸c ®Þnh (sè nguyªn lÇn b ưíc sãng) cña sãng t¶i L1 vµ L2, b ϕ si,L1, b ϕ si,L2 lµ ®é trÔ thiÕt bÞ cña vÖ tinh thø i trªn pha sãng t¶i L1 vµ L2 , b ϕ rj,L1, b ϕ rj,L2 lµ ®é trÔ thiÕt bÞ cña m¸y thu thø j trªn pha sãng t¶i L1 vµ L2, mp ϕ 1, mp ϕ 2 lµ sai sè cña nhiÔu ®a ® ưêng dÉn trªn pha sãng t¶i L1 vµ L2, εϕ1, εϕ 2 lµ c¸c nhiÔu cña m¸y thu trªn L1, L2,

C¸c sè h¹ng kh¸c ®· ® ưîc gi¶i thÝch trong c¸c ph¬ng tr×nh (1.2.3.a) vµ (1.2.3.b). Sau khi trõ ph¬ng tr×nh trÞ ®o pha sãng t¶i (1.2.8.a) cho ph ư¬ng tr×nh (1.2.8.b), ta cã : φ1 − φ2 = (γ − 1).d ion,L1 + [b si +b rj ] + N1λ1 − N 2 λ2 + ν ϕ ,

( 1.2.9 )

trong ®ã : ν ϕ = mpϕ1 − mpϕ 2 + ε ϕ1 − ε ϕ 2

(1.2.10)

vµ bsi = b ϕ si,L1 - b ϕ si,L2 lµ ®é trÔ vi ph©n cña vÖ tinh cña vÖ tinh thø i ; brj = b ϕ rj,L1 - b ϕ rj,L2 ®é trÔ vi ph©n cña m¸y thu thø j ; bsi + brj lµ ®é trÔ vi ph©n m¸y thu-vÖ tinh.

So s¸nh ph ư¬ng tr×nh (1.2.4) víi ph ư¬ng tr×nh (1.2.9) sÏ thÊy r»ng ®é trÔ thiÕt bÞ cña vÖ tinh vµ m¸y thu ® ưîc gi¶ thiÕt lµ kh¸c nhau ®èi víi trÞ ®o kho¶ng çch gi¶ vµ trÞ ®o pha sãng t¶i nh»m xÐt ®Õn sù kh¸c nhau cña vßng lÆp kho¸ pha vµ code. Tuy nhiªn, ®é trÔ thiÕt bÞ trªn trÞ ®o pha sãng t¶i cã thÓ ® ưîc gép víi sè h¹ng sè nguyªn ®a trÞ cña pha sãng t¶i ( N1λ1 − N 2 λ2 ) trong ph ư¬ng tr×nh (1.2.9), v× vËy kh«ng cÇn thiÕt xö lý chóng mét çch t¸ch biÖt nh ư trong tr ưêng hîp sö dông trÞ ®o kho¶ng çch gi¶. T ư¬ng tù nh ư ph ư¬ng tr×nh (1.2.7), sau khi kÕt hîp ph ư¬ng tr×nh (1.2.6) vµ (1.2.9), mËt ®é ®iÖn tö tæng céng sö dông pha sãng t¶i ® ưîc x¸c ®Þnh nh ư sau : TECϕ = 9.5024.(φ1 − φ 2 ) .

(1.2.11)

§©y lµ trÞ ®o ®iÖn ly rÊt chÝnh x¸c, nh ưng cã chøa sè nguyªn ®a trÞ. Víi gi¶ thiÕt nhiÔu ®a ® ưêng dÉn trªn trÞ ®o pha sãng t¶i lªn tíi mét phÇn t ư chiÒu dµi b ưíc sãng vµ sö dông ph¬ng tr×nh (1.2.11), chóng ta cã thÓ x¸c ®Þnh đ ưîc mËt ®é ®iÖn tö tæng céng theo pha sãng t¶i víi ®é chÝnh x¸c cì 0.7 TECU. Tuy nhiªn, ®é chÝnh x¸c nµy khã cã thÓ ®¹t ®îc v× trªn thùc tÕ trong trÞ ®o ®iÖn ly nµy cßn tån t¹i nhiÔu g©y ra bëi ®é trÔ vi ph©n m¸y thu-vÖ tinh vµ çc sè nguyªn ®a trÞ cña pha sãng t¶i. H¬n n÷a, tû sè cña nhiÔu ®a ®êng dÉn trªn pha sãng t¶i so víi nhiÕu ®a ® ưêng dÉn trªn trÞ ®o kho¶ng çch gi¶ P code sÏ tû lÖ víi chiÒu dµi b ưíc sãng t¬ng øng cña chóng. §iÒu nµy cho phÐp ưíc tÝnh ®é chÝnh x¸c ®èi víi trÞ ®o ®iÖn ly x¸c ®Þnh th«ng qua kho¶ng çch gi¶ P code cì kho¶ng 100TECU. §Ó kÕt hîp u ư ®iÓm lµ cã ®é chÝnh x¸c cao nh ưng cã chøa sè nguyªn ®a trÞ cña hiÖu pha sãng t¶i φ1 − φ2 vµ kh«ng chøa sè nguyªn ®a trÞ nh ưng kÐm chÝnh x¸c cña trÞ ®o P2- P1, ta cã thÓ kÕt hîp hai lo¹i trÞ ®o nµy nh»m ‘ lµm 9

mÞn’ trÞ ®o ®iÖn ly x¸c ®Þnh theo kho¶ng c¸ch gi¶ P code b»ng c¸c trÞ ®o ®iÖn ly x¸c ®Þnh theo pha sãng t¶i : n 2

∑ p [TECϕ

TECcombi = TECϕi −

n j =− 2

− TEC Pj

n 2

∑p j =−

]

n 2

( 1.2.12 )

trong ®ã i vµ j lµ c¸c chØ sè ®èi víi c¸c trÞ ®o ®iÖn ly, i = 1,2,...,n, víi n lµ tæng sè trÞ ®o ®iÖn ly (tæng sè thêi ®iÓm quan s¸t) trong mét cung d÷ liÖu n 2

® ưîc xÐt ; j = − ,...,

n n −1 n +1 trong tr ưêng hîp n lµ sè ch½n vµ j = − , ,..., 2 2 2

1 , träng sè cao nhÊt ® ưîc g¸n cho c¸c trÞ ®o n»m ë gi÷a cung j2

vµ träng sè thÊp nhÊt cho çc trÞ ®o n»m ë hai ®Çu cung, t ư¬ng øng víi çc gãc ng ưìng vÖ tinh thÊp nhÊt, do vËy sÏ gi¶m thiÓu ¶nh h ưëng cña nhiÔu ®a ® ưêng dÉn vµ nhiÔu m¸y thu. Chóng t«i còng ®· sö dông phÇn mÒm Bernese version 4.2 ®Ó ph¸t hiÖn, söa nh÷ng ®iÓm tåi vµ hiÖn t ưîng tr ưît chu k× trªn çc trÞ ®o kho¶ng çch gi¶ P code (P1, P2) còng nh trÞ ®o pha sãng t¶i (φ1 ,φ2 ) . Trên cơ sở các phương pháp đã nêu, chúng tôi lựa chọn phương pháp xác định TEC nghiêng bằng cách kết hợp khỏng cách giả đo theo code ( P1,P2) để ứng dụng và triển khai vào khu thực nghiệm

1.3. T ÍNH TO ÁN TH ỰC NGHI ỆM 1.3.1. Thu thập số li ệu

To¹ ®é c¸c tr¹m thu tÝn hiÖu GPS Tªn ®iÓm

II-06

21 08 9

105 45 3

II-07

21 11 2

105 44 1

Sè liÖu ®ưîc chóng t«i sö dông lµ sè liÖu ®o t¹i 2 ®iÓm cã to¹ ®é ®· kª ë trªn víi 2 ®o¹n ®o ( ca ®o ) kÐo dµi kh«ng Ýt h¬n 90 phót trong cïng mét ngµy lµ ngµy 24/ 02/2006. TÇn suÊt ghi tÝn hiÖu lµ 15 gi©y. Cô thÓ như sau: §iÓm ®o II-06 §é cao ¨ng ten:

1,615 m

Thêi ®iÓm bËt m¸y: 00 49 10 ( giê GPS ) Thêi ®iÓm t¾t m¸y:

00 49 10

Sè thêi ®iÓm ®o : 347 lÇn Sè vÖ tinh quan s¸t ®îc : 8 ( vÖ tinh sè 4, 8, 11, 17, 20, 24, 27, 28 ). KÕt qu¶ ®o cô thÓ ®îc lu trong file 3660224a.00o vµ file th«ng ®iÖp ®¹o hµng 3660224a.00n vµ ®ưîc tr×nh bµy ë phÇn phô lôc. §iÓm ®o II-07 §é cao ¨ng ten:

1,739 m

Thêi ®iÓm bËt m¸y: 02 45 30 ( giê GPS ) Thêi ®iÓm t¾t m¸y:

04 34 00

Sè thêi ®iÓm ®o : 435 lÇn 11

Sè vÖ tinh quan s¸t ®îc : 8 ( vÖ tinh sè 4, 8, 11, 17, 20, 24, 27, 28 ) . KÕt qu¶ ®o cô thÓ ®ưîc lưu trong file 3660224b.00o vµ file th«ng ®iÖp ®¹o hµng 3660224b.00n 1.3.2. Tính toán Trên cơ sở các phương pháp đã nêu, chúng tôi lựa chọn phương pháp xác định TEC nghiêng bằng cách kết hợp khỏang cách giả đo theo code ( P1,P2) để ứng dụng và triển khai vào khu thực nghiệm Dưíi ®©y lµ çc gi¸ trÞ STEC (tÝnh theo ®¬n vÞ TECU=1016 e/m2) ®ưîc x¸c ®Þnh tõ çc trÞ ®o (P1-P2) vµ (L2-L1) cho çc ®iÓm quan s¸t. Tr¹m m¸y : II-06, thêi gian :1h15’00” – 1h45’00” (UT), 24/02/2006 Gi¸ tri STEC t¹i tr¹m m¸y II-06 SV8 6.3478964e+001 6.3525039e+001 6.3553783e+001 6.3576307e+001 6.3603632e+001 6.3622714e+001 6.3663022e+001 6.3698620e+001 6.3714290e+001 6.3751458e+001 6.3773228e+001 6.3800341e+001 6.3824556e+001 6.3866736e+001 6.3882255e+001 6.3906199e+001 6.3939230e+001 6.3954659e+001 6.3972594e+001 6.4005323e+001 6.4032557e+001 6.4064321e+001 6.4090679e+001 6.4105202e+001 6.4140438e+001 6.4167189e+001 6.4178965e+001 6.4212479e+001 6.4246084e+001 6.4274375e+001 6.4284430e+001 6.4316827e+001 6.4344605e+001 6.4366586e+001 6.4417944e+001 6.4445088e+001 6.4469937e+001 6.4498953e+001 6.4527334e+001 6.4554206e+001

SV11 4.6403368e+001 4.6430964e+001 4.6474171e+001 4.6485463e+001 4.6514177e+001 4.6553247e+001 4.6608169e+001 4.6633591e+001 4.6665053e+001 4.6672873e+001 4.6699141e+001 4.6751526e+001 4.6769401e+001 4.6824141e+001 4.6821393e+001 4.6856599e+001 4.6910463e+001 4.6955300e+001 4.6971212e+001 4.7005904e+001 4.7040808e+001 4.7085947e+001 4.7138634e+001 4.7153761e+001 4.7204184e+001 4.7210736e+001 4.7233531e+001 4.7268435e+001 4.7283682e+001 4.7339751e+001 4.7363121e+001 4.7401436e+001 4.7447451e+001 4.7492167e+001 4.7541472e+001 4.7579727e+001 4.7617801e+001 4.7652674e+001 4.7668496e+001 4.7698327e+001

SV17 5.4675397e+001 5.4705348e+001 5.4695535e+001 5.4693271e+001 5.4710149e+001 5.4718392e+001 5.4729382e+001 5.4750517e+001 5.4741006e+001 5.4747136e+001 5.4759787e+001 5.4749763e+001 5.4748555e+001 5.4758609e+001 5.4761961e+001 5.4746200e+001 5.4790222e+001 5.4785753e+001 5.4777631e+001 5.4810149e+001 5.4801574e+001 5.4843845e+001 5.4844449e+001 5.4840856e+001 5.4838289e+001 5.4833126e+001 5.4837021e+001 5.4844660e+001 5.4861055e+001 5.4861478e+001 5.4866097e+001 5.4881586e+001 5.4897317e+001 5.4916037e+001 5.4917094e+001 5.4938984e+001 5.4931617e+001 5.4945143e+001 5.4954775e+001 5.4965916e+001

SV20 6.7768751e+001 6.7763195e+001 6.7717392e+001 6.7691607e+001 6.7661353e+001 6.7672192e+001 6.7636806e+001 6.7652506e+001 6.7628654e+001 6.7610930e+001 6.7600816e+001 6.7541335e+001 6.7500876e+001 6.7522766e+001 6.7439101e+001 6.7476691e+001 6.7451299e+001 6.7430495e+001 6.7417392e+001 6.7398098e+001 6.7400997e+001 6.7412500e+001 6.7401329e+001 6.7374940e+001 6.7398702e+001 6.7372615e+001 6.7357579e+001 6.7337832e+001 6.7340067e+001 6.7301570e+001 6.7269807e+001 6.7284118e+001 6.7273219e+001 6.7251268e+001 6.7242029e+001 6.7224970e+001 6.7227053e+001 6.7245411e+001 6.7210809e+001 6.7192150e+001

SV24 6.8538398e+001 6.8555186e+001 6.8574932e+001 6.8575838e+001 6.8596701e+001 6.8626472e+001 6.8667052e+001 6.8715904e+001 6.8730880e+001 6.8764365e+001 6.8800295e+001 6.8873966e+001 6.8894588e+001 6.8953707e+001 6.8983507e+001 6.9030246e+001 6.9084926e+001 6.9111798e+001 6.9149057e+001 6.9194135e+001 6.9223966e+001 6.9262010e+001 6.9290603e+001 6.9293502e+001 6.9320857e+001 6.9338097e+001 6.9341720e+001 6.9361285e+001 6.9338942e+001 6.9352469e+001 6.9334987e+001 6.9326533e+001 6.9295434e+001 6.9268169e+001 6.9253375e+001 6.9224631e+001 6.9194498e+001 6.9157873e+001 6.9135953e+001 6.9116146e+001

SV27 6.4799632e+001 6.4848696e+001 6.4870828e+001 6.4907151e+001 6.4975327e+001 6.5051414e+001 6.5115907e+001 6.5159415e+001 6.5189216e+001 6.5216209e+001 6.5265997e+001 6.5339397e+001 6.5413733e+001 6.5454675e+001 6.5443926e+001 6.5480460e+001 6.5541903e+001 6.5622912e+001 6.5690213e+001 6.5726354e+001 6.5735050e+001 6.5772369e+001 6.5854072e+001 6.5915032e+001 6.5997671e+001 6.6028619e+001 6.6022912e+001 6.6083722e+001 6.6153408e+001 6.6237828e+001 6.6278649e+001 6.6338372e+001 6.6384356e+001 6.6425147e+001 6.6486047e+001 6.6571554e+001 6.6647309e+001 6.6757001e+001 6.6797068e+001 6.6831699e+001

SV28 4.8549701e+001 4.8592877e+001 4.8600637e+001 4.8597738e+001 4.8611688e+001 4.8645867e+001 4.8647799e+001 4.8670957e+001 4.8667424e+001 4.8679079e+001 4.8697497e+001 4.8712231e+001 4.8736627e+001 4.8757944e+001 4.8767727e+001 4.8752690e+001 4.8790643e+001 4.8805347e+001 4.8821018e+001 4.8850728e+001 4.8851845e+001 4.8883427e+001 4.8901453e+001 4.8903506e+001 4.8912896e+001 4.8937624e+001 4.8930287e+001 4.8945504e+001 4.8937624e+001 4.8960209e+001 4.8958729e+001 4.8965523e+001 4.8983880e+001 4.9000215e+001 4.9019931e+001 4.9016730e+001 4.9008427e+001 4.9025517e+001 4.9027902e+001 4.9044085e+001

SV4 7.3525659e+001 7.3544174e+001 7.3548975e+001 7.3507610e+001 7.3513256e+001 7.3499488e+001 7.3520110e+001 7.3510992e+001 7.3409573e+001 7.3365521e+001 7.3315068e+001 7.3301270e+001 7.3290098e+001 7.3294204e+001 7.3224518e+001 7.3179108e+001 7.3212381e+001 7.3149820e+001 7.3179077e+001 7.3152749e+001 7.3127990e+001 7.3120352e+001 7.3089645e+001 7.3050001e+001 7.3019083e+001 7.2982791e+001 7.2938165e+001 7.2911656e+001 7.2899246e+001 7.2896257e+001 7.2894929e+001 7.2859270e+001 7.2848461e+001 7.2807942e+001 7.2772495e+001 7.2697887e+001 7.2711414e+001 7.2678232e+001 7.2635780e+001 7.2630436e+001

6.4605505e+001 6.4622353e+001 6.4660004e+001 6.4702969e+001 6.4741737e+001 6.4782588e+001 6.4802878e+001 6.4840469e+001 6.4885457e+001 6.4924889e+001 6.4965771e+001 6.5013627e+001 6.5049889e+001 6.5059460e+001 6.5090258e+001 6.5139835e+001 6.5173772e+001 6.5213205e+001 6.5233736e+001 6.5270240e+001 6.5310578e+001 6.5350222e+001 6.5389835e+001 6.5420904e+001 6.5448984e+001 6.5489322e+001 6.5527426e+001 6.5550946e+001 6.5575554e+001 6.5603151e+001 6.5620995e+001 6.5675343e+001 6.5702003e+001 6.5724890e+001 6.5758555e+001 6.5774980e+001 6.5798531e+001 6.5844697e+001 6.5865590e+001 6.5895814e+001 6.5922716e+001 6.5942010e+001 6.5980083e+001 6.6009099e+001 6.6044999e+001 6.6074649e+001 6.6110579e+001 6.6142040e+001 6.6170935e+001 6.6216406e+001 6.6257922e+001 6.6291527e+001 6.6324649e+001 6.6375313e+001 6.6426551e+001 6.6453997e+001 6.6503483e+001 6.6534673e+001 6.6573894e+001 6.6622052e+001 6.6671811e+001

4.7744885e+001 4.7787487e+001 4.7829577e+001 4.7885706e+001 4.7920247e+001 4.7941473e+001 4.8005996e+001 4.8047874e+001 4.8096908e+001 4.8161159e+001 4.8194100e+001 4.8220428e+001 4.8285555e+001 4.8303883e+001 4.8346485e+001 4.8379396e+001 4.8425018e+001 4.8444915e+001 4.8489088e+001 4.8524112e+001 4.8540930e+001 4.8560223e+001 4.8627222e+001 4.8662246e+001 4.8645006e+001 4.8706419e+001 4.8715719e+001 4.8744402e+001 4.8765236e+001 4.8799565e+001 4.8846908e+001 4.8882627e+001 4.8907657e+001 4.8932355e+001 4.8969402e+001 4.8985616e+001 4.9005665e+001 4.9065085e+001 4.9095791e+001 4.9085586e+001 4.9118738e+001 4.9172331e+001 4.9198449e+001 4.9245641e+001 4.9280303e+001 4.9310345e+001 4.9331178e+001 4.9366685e+001 4.9421999e+001 4.9423509e+001 4.9473600e+001 4.9515901e+001 4.9562549e+001 4.9592803e+001 4.9651197e+001 4.9693377e+001 4.9751982e+001 4.9789150e+001 4.9843950e+001 4.9871034e+001 4.9936915e+001

5.4967214e+001 5.4988470e+001 5.4979020e+001 5.4992365e+001 5.4993211e+001 5.5002027e+001 5.5009093e+001 5.5027510e+001 5.5046019e+001 5.5072287e+001 5.5059787e+001 5.5071985e+001 5.5082281e+001 5.5074250e+001 5.5080952e+001 5.5071683e+001 5.5088471e+001 5.5092818e+001 5.5107583e+001 5.5114074e+001 5.5120868e+001 5.5127541e+001 5.5150548e+001 5.5169177e+001 5.5150427e+001 5.5174552e+001 5.5191822e+001 5.5184244e+001 5.5199099e+001 5.5213924e+001 5.5234123e+001 5.5254745e+001 5.5247740e+001 5.5279956e+001 5.5289346e+001 5.5302873e+001 5.5299099e+001 5.5321774e+001 5.5302903e+001 5.5322619e+001 5.5326394e+001 5.5339860e+001 5.5344540e+001 5.5354564e+001 5.5381466e+001 5.5373163e+001 5.5367517e+001 5.5395174e+001 5.5394872e+001 5.5406738e+001 5.5421291e+001 5.5431436e+001 5.5433972e+001 5.5468755e+001 5.5486448e+001 5.5488018e+001 5.5500639e+001 5.5514769e+001 5.5531587e+001 5.5533187e+001 5.5554594e+001

6.7172101e+001 6.7155405e+001 6.7130978e+001 6.7100694e+001 6.7070592e+001 6.7067210e+001 6.7032639e+001 6.7014160e+001 6.6969173e+001 6.6986926e+001 6.6941787e+001 6.6916968e+001 6.6864643e+001 6.6817089e+001 6.6782155e+001 6.6754800e+001 6.6752234e+001 6.6723701e+001 6.6716485e+001 6.6727626e+001 6.6695591e+001 6.6662983e+001 6.6624396e+001 6.6603683e+001 6.6567361e+001 6.6550301e+001 6.6506159e+001 6.6492995e+001 6.6465821e+001 6.6427354e+001 6.6438103e+001 6.6477807e+001 6.6407487e+001 6.6387922e+001 6.6397373e+001 6.6374456e+001 6.6372463e+001 6.6366938e+001 6.6386352e+001 6.6410778e+001 6.6408031e+001 6.6396437e+001 6.6384993e+001 6.6418357e+001 6.6430011e+001 6.6423429e+001 6.6423761e+001 6.6434571e+001 6.6471497e+001 6.6481038e+001 6.6490549e+001 6.6511594e+001 6.6490760e+001 6.6537892e+001 6.6539371e+001 6.6562409e+001 6.6581461e+001 6.6589553e+001 6.6594987e+001 6.6564824e+001 6.6572644e+001

6.9071309e+001 6.9057058e+001 6.9026714e+001 6.8996581e+001 6.8993018e+001 6.8973755e+001 6.8958809e+001 6.8950506e+001 6.8931182e+001 6.8937070e+001 6.8917777e+001 6.8925023e+001 6.8929341e+001 6.8918531e+001 6.8933598e+001 6.8920675e+001 6.8939878e+001 6.8961678e+001 6.8949781e+001 6.8964878e+001 6.8982028e+001 6.8989335e+001 6.9015120e+001 6.9022698e+001 6.9017022e+001 6.9048664e+001 6.9050295e+001 6.9050989e+001 6.9058960e+001 6.9070826e+001 6.9070796e+001 6.9088248e+001 6.9066086e+001 6.9089486e+001 6.9091961e+001 6.9092112e+001 6.9092052e+001 6.9085862e+001 6.9080397e+001 6.9074359e+001 6.9079522e+001 6.9067747e+001 6.9073936e+001 6.9063399e+001 6.9069196e+001 6.9039274e+001 6.9048906e+001 6.9038338e+001 6.9049208e+001 6.9037946e+001 6.9044618e+001 6.9034957e+001 6.9018139e+001 6.9036919e+001 6.9042233e+001 6.9025959e+001 6.9014123e+001 6.8999419e+001 6.8997547e+001 6.8992837e+001 6.9001351e+001

6.6878589e+001 6.6965667e+001 6.7076989e+001 6.7185534e+001 6.7243868e+001 6.7272340e+001 6.7350691e+001 6.7427171e+001 6.7534931e+001 6.7636712e+001 6.7713826e+001 6.7770981e+001 6.7861924e+001 6.7922672e+001 6.8008663e+001 6.8116453e+001 6.8221858e+001 6.8304285e+001 6.8391725e+001 6.8449545e+001 6.8510565e+001 6.8612589e+001 6.8723217e+001 6.8829406e+001 6.8899485e+001 6.8962770e+001 6.9025330e+001 6.9091786e+001 6.9190306e+001 6.9289491e+001 6.9403290e+001 6.9488586e+001 6.9540276e+001 6.9612167e+001 6.9716394e+001 6.9781309e+001 6.9872674e+001 6.9973640e+001 7.0048308e+001 7.0138314e+001 7.0206642e+001 7.0254377e+001 7.0326962e+001 7.0424275e+001 7.0539039e+001 7.0659933e+001 7.0724939e+001 7.0792421e+001 7.0866334e+001 7.0938436e+001 7.1016697e+001 7.1157428e+001 7.1274759e+001 7.1364493e+001 7.1428201e+001 7.1509662e+001 7.1578261e+001 7.1673883e+001 7.1771710e+001 7.1895079e+001 7.1991668e+001

4.9037413e+001 4.9050335e+001 4.9055951e+001 4.9087322e+001 4.9098977e+001 4.9106042e+001 4.9123011e+001 4.9134212e+001 4.9145867e+001 4.9154200e+001 4.9172648e+001 4.9191761e+001 4.9203929e+001 4.9218119e+001 4.9222709e+001 4.9243119e+001 4.9250396e+001 4.9261900e+001 4.9283216e+001 4.9292183e+001 4.9303868e+001 4.9317123e+001 4.9335209e+001 4.9341399e+001 4.9363953e+001 4.9389134e+001 4.9405559e+001 4.9415704e+001 4.9436266e+001 4.9455046e+001 4.9472316e+001 4.9495324e+001 4.9499702e+001 4.9526544e+001 4.9546894e+001 4.9561568e+001 4.9579805e+001 4.9602298e+001 4.9609817e+001 4.9628869e+001 4.9654171e+001 4.9661175e+001 4.9669207e+001 4.9689104e+001 4.9708307e+001 4.9712534e+001 4.9721652e+001 4.9738198e+001 4.9757884e+001 4.9774642e+001 4.9795988e+001 4.9800638e+001 4.9815916e+001 4.9825819e+001 4.9848434e+001 4.9848283e+001 4.9872860e+001 4.9871411e+001 4.9869056e+001 4.9867093e+001 4.9874672e+001

7.2669627e+001 7.2619476e+001 7.2586052e+001 7.2576782e+001 7.2600424e+001 7.2595744e+001 7.2600937e+001 7.2526148e+001 7.2537773e+001 7.2516094e+001 7.2464886e+001 7.2434361e+001 7.2376963e+001 7.2399729e+001 7.2342271e+001 7.2288376e+001 7.2225967e+001 7.2150453e+001 7.2070592e+001 7.2014191e+001 7.1938617e+001 7.1938376e+001 7.1898823e+001 7.1909179e+001 7.1847283e+001 7.1768448e+001 7.1733545e+001 7.1703593e+001 7.1637017e+001 7.1627627e+001 7.1649728e+001 7.1651147e+001 7.1650785e+001 7.1620803e+001 7.1623249e+001 7.1649034e+001 7.1602476e+001 7.1639312e+001 7.1639765e+001 7.1677446e+001 7.1669052e+001 7.1679952e+001 7.1691365e+001 7.1715399e+001 7.1705405e+001 7.1687289e+001 7.1712198e+001 7.1683998e+001 7.1646618e+001 7.1614885e+001 7.1610930e+001 7.1595018e+001 7.1513436e+001 7.1497011e+001 7.1439221e+001 7.1404861e+001 7.1372101e+001 7.1309179e+001 7.1261171e+001 7.1196799e+001 7.1142149e+001

Tr¹m m¸y : II-07, thêi gian :3h15’00” – 3h45’00” (UT), 24/02/2006 Gi¸ trÞ STEC t¹i tr¹m m¸y II-07 SV2 6.4950565e+001 6.4942612e+001 6.4945541e+001 6.4940631e+001 6.4928172e+001 6.4927569e+001 6.4944191e+001 6.4960039e+001 6.4976029e+001 6.5037495e+001 6.5078090e+001 6.5078061e+001 6.5104875e+001 6.5120751e+001 6.5142283e+001 6.5173748e+001 6.5174696e+001 6.5196600e+001 6.5196141e+001 6.5256028e+001 6.5264382e+001 6.5294067e+001 6.5328432e+001 6.5322518e+001 6.5333083e+001 6.5308164e+001 6.5322288e+001 6.5295560e+001 6.5312671e+001 6.5280574e+001 6.5293005e+001 6.5263636e+001 6.5243339e+001 6.5248621e+001 6.5202400e+001 6.5184916e+001 6.5164848e+001 6.5120120e+001 6.5070281e+001 6.5036031e+001 6.5023572e+001 6.4999944e+001 6.4980508e+001 6.4952459e+001 6.4930153e+001 6.4912583e+001 6.4897252e+001 6.4895989e+001 6.4868400e+001 6.4880371e+001 6.4865328e+001 6.4861021e+001 6.4882553e+001 6.4859729e+001 6.4858782e+001 6.4856370e+001 6.4837623e+001 6.4862945e+001 6.4865299e+001 6.4868285e+001 6.4872620e+001 6.4862600e+001 6.4839662e+001 6.4823269e+001 6.4792235e+001 6.4755631e+001 6.4704988e+001 6.4654173e+001

SV4

SV8

6.5520785e+001 6.5541427e+001 6.5554289e+001 6.5574844e+001 6.5588252e+001 6.5585955e+001 6.5595515e+001 6.5605448e+001 6.5615267e+001 6.5640330e+001 6.5621382e+001 6.5640531e+001 6.5648311e+001 6.5649746e+001 6.5628817e+001 6.5650062e+001 6.5635650e+001 6.5629707e+001 6.5629162e+001 6.5638263e+001 6.5627612e+001 6.5642655e+001 6.5639038e+001 6.5634904e+001 6.5651383e+001 6.5661689e+001 6.5676646e+001 6.5689365e+001 6.5695594e+001 6.5708686e+001 6.5718504e+001 6.5728926e+001 6.5747184e+001 6.5757520e+001 6.5772075e+001 6.5778707e+001 6.5790879e+001 6.5796392e+001 6.5818469e+001 6.5825904e+001 6.5843733e+001 6.5871523e+001 6.5893772e+001 6.5911974e+001 6.5937410e+001 6.5959975e+001 6.5986301e+001 6.6016762e+001 6.6031547e+001 6.6067548e+001 6.6080697e+001 6.6101711e+001 6.6121377e+001 6.6138861e+001 6.6158957e+001 6.6177130e+001 6.6201475e+001 6.6223150e+001 6.6253840e+001 6.6256108e+001 6.6272616e+001 6.6293229e+001 6.6312349e+001 6.6330780e+001 6.6342838e+001 6.6350590e+001 6.6363796e+001 6.6367097e+001

SV17

9.7464566e+001 9.7465800e+001 9.7533553e+001 9.7552185e+001 9.7581296e+001 9.7625163e+001 9.7679309e+001 9.7702993e+001 9.7728344e+001 9.7816537e+001 9.7846854e+001 9.7877401e+001 9.7869907e+001 9.7878003e+001 9.7892760e+001 9.7933785e+001 9.7991892e+001 9.8059760e+001 9.8134920e+001 9.8143418e+001 9.8241430e+001 9.8251220e+001 9.8306686e+001 9.8368668e+001 9.8356123e+001 9.8411474e+001 9.8455915e+001 9.8505093e+001 9.8452987e+001 9.8447187e+001 9.8525161e+001 9.8581833e+001 9.8583613e+001 9.8673673e+001 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000

SV20

5.5787669e+001 5.5793899e+001 5.5801708e+001 5.5821230e+001 5.5822580e+001 5.5830503e+001 5.5847614e+001 5.5842963e+001 5.5851576e+001 5.5864724e+001 5.5895500e+001 5.5893462e+001 5.5907558e+001 5.5917922e+001 5.5945167e+001 5.5953119e+001 5.5947205e+001 5.5951282e+001 5.5964230e+001 5.5980938e+001 5.5988891e+001 5.6017112e+001 5.6035112e+001 5.6045505e+001 5.6056184e+001 5.6070539e+001 5.6072290e+001 5.6095286e+001 5.6114062e+001 5.6136282e+001 5.6155833e+001 5.6144637e+001 5.6158187e+001 5.6172054e+001 5.6203519e+001 5.6206103e+001 5.6239434e+001 5.6254391e+001 5.6279311e+001 5.6287292e+001 5.6315226e+001 5.6328231e+001 5.6364203e+001 5.6369773e+001 5.6393859e+001 5.6405716e+001 5.6424549e+001 5.6443009e+001 5.6470225e+001 5.6502867e+001 5.6515298e+001 5.6550610e+001 5.6566056e+001 5.6591262e+001 5.6624163e+001 5.6632000e+001 5.6656145e+001 5.6688155e+001 5.6692347e+001 5.6710663e+001 5.6722635e+001 5.6732625e+001 5.6757430e+001 5.6771669e+001 5.6796388e+001 5.6816685e+001 5.6849356e+001 5.6847921e+001

SV24

6.6055945e+001 6.6056893e+001 6.6064041e+001 6.6052845e+001 6.6038691e+001 6.6036969e+001 6.6009695e+001 6.6040069e+001 6.5991178e+001 6.6024796e+001 6.5981618e+001 6.5996891e+001 6.5992010e+001 6.5968153e+001 6.5978029e+001 6.6004929e+001 6.5987130e+001 6.6010844e+001 6.6027351e+001 6.5986211e+001 6.6032605e+001 6.6054309e+001 6.6064644e+001 6.6064931e+001 6.6085343e+001 6.6134034e+001 6.6149479e+001 6.6181059e+001 6.6186514e+001 6.6227424e+001 6.6240573e+001 6.6261272e+001 6.6281167e+001 6.6314154e+001 6.6325551e+001 6.6361007e+001 6.6367409e+001 6.6367208e+001 6.6385036e+001 6.6333044e+001 6.6367352e+001 6.6365715e+001 6.6376337e+001 6.6377026e+001 6.6376538e+001 6.6366864e+001 6.6406310e+001 6.6390405e+001 6.6370739e+001 6.6398960e+001 6.6358997e+001 6.6367696e+001 6.6415439e+001 6.6407975e+001 6.6398013e+001 6.6372031e+001 6.6362844e+001 6.6427526e+001 6.6437574e+001 6.6449574e+001 6.6441794e+001 6.6472656e+001 6.6464704e+001 6.6515834e+001 6.6511585e+001 6.6563951e+001 6.6587090e+001 6.6614507e+001

SV28 6.7237703e+001 6.7265321e+001 6.7283666e+001 6.7325868e+001 6.7350874e+001 6.7373554e+001 6.7383947e+001 6.7410646e+001 6.7426694e+001 6.7443862e+001 6.7482734e+001 6.7492495e+001 6.7510295e+001 6.7535329e+001 6.7541128e+001 6.7551205e+001 6.7571273e+001 6.7579713e+001 6.7590364e+001 6.7619159e+001 6.7642069e+001 6.7665151e+001 6.7664893e+001 6.7689295e+001 6.7711143e+001 6.7723258e+001 6.7759460e+001 6.7774217e+001 6.7791557e+001 6.7810964e+001 6.7825290e+001 6.7837118e+001 6.7855205e+001 6.7884028e+001 6.7917618e+001 6.7946183e+001 6.7970328e+001 6.8006185e+001 6.8023066e+001 6.8046090e+001 6.8082321e+001 6.8095240e+001 6.8126849e+001 6.8158716e+001 6.8181396e+001 6.8218947e+001 6.8252738e+001 6.8282078e+001 6.8314318e+001 6.8340817e+001 6.8364473e+001 6.8382646e+001 6.8419106e+001 6.8462428e+001 6.8481921e+001 6.8510860e+001 6.8540775e+001 6.8563742e+001 6.8588403e+001 6.8611829e+001 6.8648347e+001 6.8659171e+001 6.8683028e+001 6.8718282e+001 6.8744580e+001 6.8767777e+001 6.8782016e+001 6.8805673e+001

SV10 5.8090684e+001 5.8154791e+001 5.8225358e+001 5.8300920e+001 5.8365256e+001 5.8441852e+001 5.8515577e+001 5.8593091e+001 5.8666241e+001 5.8735545e+001 5.8823452e+001 5.8889080e+001 5.8947273e+001 5.9029008e+001 5.9110398e+001 5.9176428e+001 5.9248344e+001 5.9337371e+001 5.9409574e+001 5.9491423e+001 5.9581483e+001 5.9674701e+001 5.9743660e+001 5.9818160e+001 5.9906899e+001 5.9995381e+001 6.0073354e+001 6.0162295e+001 6.0247646e+001 6.0334462e+001 6.0425125e+001 6.0496352e+001 6.0592900e+001 6.0674262e+001 6.0766504e+001 6.0853262e+001 6.0942317e+001 6.1020492e+001 6.1111872e+001 6.1191253e+001 6.1285303e+001 6.1381852e+001 6.1470562e+001 6.1556402e+001 6.1648242e+001 6.1744590e+001 6.1831951e+001 6.1918681e+001 6.2013133e+001 6.2115797e+001 6.2197072e+001 6.2289428e+001 6.2396685e+001 6.2490937e+001 6.2577408e+001 6.2676827e+001 6.2776706e+001 6.2894614e+001 6.2993430e+001 6.3086246e+001 6.3186383e+001 6.3292807e+001 6.3402877e+001 6.3503703e+001 6.3607630e+001 6.3700790e+001 6.3823090e+001 6.3911284e+001

0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000

6.4616794e+001 6.4603071e+001 6.4556534e+001 6.4531528e+001 6.4507212e+001 6.4479106e+001 6.4463402e+001 6.4429152e+001 6.4409860e+001 6.4362949e+001 6.4318996e+001 6.4275617e+001 6.4261061e+001 6.4234391e+001 6.4236486e+001 6.4230888e+001 6.4254401e+001 6.4244324e+001 6.4229079e+001 6.4224429e+001 6.4191614e+001 6.4158111e+001 6.4140110e+001 6.4142866e+001 6.4124923e+001 6.4126847e+001 6.4154723e+001 6.4173384e+001 6.4181049e+001 6.4183748e+001 6.4170169e+001 6.4160752e+001 6.4134397e+001

6.6377117e+001 6.6381997e+001 6.6382715e+001 6.6395634e+001 6.6388457e+001 6.6398706e+001 6.6396725e+001 6.6411797e+001 6.6417596e+001 6.6430286e+001 6.6441425e+001 6.6452133e+001 6.6476450e+001 6.6481904e+001 6.6501053e+001 6.6512566e+001 6.6538318e+001 6.6551811e+001 6.6550433e+001 6.6573285e+001 6.6599439e+001 6.6612415e+001 6.6636617e+001 6.6668340e+001 6.6676235e+001 6.6694839e+001 6.6712323e+001 6.6729864e+001 6.6741577e+001 6.6758831e+001 6.6772755e+001 6.6789722e+001 6.6808469e+001

5.6866438e+001 5.6887883e+001 5.6920726e+001 5.6929770e+001 5.6960603e+001 5.6987733e+001 5.7004241e+001 5.7043170e+001 5.7056118e+001 5.7083076e+001 5.7114311e+001 5.7132742e+001 5.7168571e+001 5.7196907e+001 5.7215625e+001 5.7266813e+001 5.7292479e+001 5.7322107e+001 5.7348117e+001 5.7380013e+001 5.7406166e+001 5.7427928e+001 5.7465249e+001 5.7497461e+001 5.7511672e+001 5.7549912e+001 5.7575176e+001 5.7610431e+001 5.7641953e+001 5.7683553e+001 5.7711113e+001 5.7764225e+001 5.7810647e+001

6.6641178e+001 6.6646977e+001 6.6650451e+001 6.6695639e+001 6.6711716e+001 6.6725640e+001 6.6727649e+001 6.6753344e+001 6.6739018e+001 6.6742348e+001 6.6739764e+001 6.6739506e+001 6.6774933e+001 6.6760578e+001 6.6819374e+001 6.6824398e+001 6.6775220e+001 6.6779899e+001 6.6759660e+001 6.6795603e+001 6.6782340e+001 6.6774473e+001 6.6773440e+001 6.6769650e+001 6.6755095e+001 6.6738157e+001 6.6799766e+001 6.6802493e+001 6.6760722e+001 6.6805852e+001 6.6813460e+001 6.6826638e+001 6.6871022e+001

6.8806878e+001 6.8842248e+001 6.8853789e+001 6.8875981e+001 6.8905264e+001 6.8930126e+001 6.8943849e+001 6.8979362e+001 6.9001094e+001 6.9049555e+001 6.9053661e+001 6.9082771e+001 6.9107318e+001 6.9143146e+001 6.9165281e+001 6.9197636e+001 6.9236565e+001 6.9260537e+001 6.9303084e+001 6.9341324e+001 6.9358980e+001 6.9410599e+001 6.9453778e+001 6.9501377e+001 6.9524890e+001 6.9555063e+001 6.9587963e+001 6.9623878e+001 6.9667286e+001 6.9703000e+001 6.9746982e+001 6.9790161e+001 6.9827626e+001

6.4010732e+001 6.4112161e+001 6.4212212e+001 6.4320818e+001 6.4408351e+001 6.4525570e+001 6.4617295e+001 6.4728141e+001 6.4841426e+001 6.4937458e+001 6.5037451e+001 6.5139598e+001 6.5259773e+001 6.5362695e+001 6.5475981e+001 6.5572357e+001 6.5690064e+001 6.5793502e+001 6.5901850e+001 6.6002676e+001 6.6096927e+001 6.6202002e+001 6.6307536e+001 6.6429033e+001 6.6517743e+001 6.6619229e+001 6.6718448e+001 6.6827484e+001 6.6931152e+001 6.7032007e+001 6.7135876e+001 6.7239774e+001 6.7325585e+001

TÝnh chuyÓn STEC thµnh VTEC t¹i ®iÓm c¾t tÇng ®iÖn ly líp ®¬n Víi môc ®Ých nµy tríc hÕt ta cÇn tÝnh to¹ ®é cña vÖ tinh vµ sö dông chóng cïng víi to¹ ®é cña ®iÓm ®Æt m¸y thu theo çc c«ng thøc trong 3.3.2 ®Ó tÝnh ra z vµ z’ cho tÝn hiÖu ®i tõ vÖ tinh tíi vµ tõ ®ã thùc hiÖn tÝnh chuyÓn STEC thµnh VTEC t¹i ®iÓm c¾t tÇng ®iÖn ly líp ®¬n cho mçi vÖ tinh vµo tõng thêi ®iÓm trong chuçi thêi gian quan tr¾c ®· ®îc lÊy ra ®Ó tÝnh to¸n. Chóng t«i ®· x©y dùng vµ sö dông ch¬ng tr×nh tÝnh Goc-Z.m. Díi ®©y lµ ®é vÜ, ®é kinh ®Þa lý cña ®iÓm c¾t tÇng ®iÖn ly vµ hÖ sè nghiªng quy chuyÓn STEC thµnh VTEC cho çc vÖ tinh vµo çc thêi ®iÓm cô thÓ: Tr¹m m¸y : II-06, thêi gian :1h15’00” – 1h45’00” (UT), 24/02/2006 Đé vÜ (®é) cña ®iÓm c¾t tÇng ®iÖn ly øng víi tr¹m m¸y II-06 SV8 2.4115676e+001 2.4260402e+001 2.4127149e+001 2.4252559e+001 2.4138643e+001 2.4244713e+001 2.4150157e+001 2.4236863e+001 2.4161692e+001 2.4229009e+001 2.4173248e+001 2.4221151e+001 2.4184825e+001 2.4213290e+001

SV11 SV17 SV20 SV24 SV27 SV28 SV4 1.8364456e+001 1.2324958e+001 2.0384991e+001 2.3092471e+001 1.9107617e+001 1.8081536e+001 1.8382427e+001 1.2365361e+001 2.0375031e+001 2.3101265e+001 1.9118801e+001 1.8067979e+001 1.8400357e+001 1.2405559e+001 2.0365063e+001 2.3110036e+001 1.9129962e+001 1.8054387e+001 1.8418248e+001 1.2445551e+001 2.0355086e+001 2.3118784e+001 1.9141102e+001 1.8040759e+001 1.8436099e+001 1.2485339e+001 2.0345100e+001 2.3127510e+001 1.9152220e+001 1.8027096e+001 1.8453912e+001 1.2524924e+001 2.0335106e+001 2.3136213e+001 1.9163316e+001 1.8013397e+001 1.8471685e+001 1.2564308e+001 2.0325103e+001 2.3144894e+001 1.9174390e+001 1.7999662e+001

2.4196423e+001 2.4205425e+001 2.4208042e+001 2.4197556e+001 2.4219682e+001 2.4189684e+001 2.4231343e+001 2.4181809e+001 2.4243026e+001 2.4173930e+001 2.4254731e+001 2.4166047e+001 2.4266457e+001 2.4158161e+001 2.4278205e+001 2.4150272e+001 2.4289975e+001 2.4142379e+001 2.4301767e+001 2.4134483e+001 2.4313580e+001 2.4126584e+001 2.4325416e+001 2.4118681e+001 2.4337275e+001 2.4110776e+001 2.4349155e+001 2.4102867e+001 2.4361058e+001 2.4094955e+001 2.4372984e+001 2.4087040e+001 2.4384932e+001 2.4079121e+001 2.4396903e+001 2.4071200e+001 2.4408897e+001 2.4063276e+001 2.4420914e+001 2.4055349e+001 2.4432954e+001 2.4047418e+001 2.4445018e+001 2.4039485e+001 2.4457105e+001 2.4031549e+001 2.4469215e+001 2.4023610e+001 2.4481348e+001 2.4015669e+001 2.4493506e+001 2.4007724e+001 2.4505687e+001 2.3999777e+001 2.4517892e+001 2.3991827e+001 2.4530121e+001 2.3983874e+001 2.4542374e+001 2.3975919e+001 2.4554651e+001 2.3967961e+001 2.4566952e+001 2.3960000e+001 2.4579278e+001 2.3952037e+001 2.4591629e+001 2.3944071e+001 2.4604004e+001 2.3936103e+001 2.4616404e+001 2.3928132e+001 2.4628828e+001 2.3920159e+001 2.4641278e+001 2.3912183e+001 2.4653753e+001 2.3904205e+001 2.4666253e+001 2.3896224e+001

1.8489419e+001 1.2603492e+001 2.0315092e+001 2.3153552e+001 1.9185443e+001 1.7985891e+001 1.8507115e+001 1.2642477e+001 2.0305071e+001 2.3162187e+001 1.9196475e+001 1.7972083e+001 1.8524773e+001 1.2681263e+001 2.0295042e+001 2.3170800e+001 1.9207485e+001 1.7958239e+001 1.8542392e+001 1.2719853e+001 2.0285003e+001 2.3179390e+001 1.9218475e+001 1.7944359e+001 1.8559973e+001 1.2758248e+001 2.0274955e+001 2.3187957e+001 1.9229443e+001 1.7930441e+001 1.8577516e+001 1.2796448e+001 2.0264898e+001 2.3196502e+001 1.9240391e+001 1.7916486e+001 1.8595022e+001 1.2834454e+001 2.0254832e+001 2.3205024e+001 1.9251318e+001 1.7902494e+001 1.8612490e+001 1.2872268e+001 2.0244756e+001 2.3213524e+001 1.9262224e+001 1.7888464e+001 1.8629920e+001 1.2909892e+001 2.0234670e+001 2.3222001e+001 1.9273111e+001 1.7874396e+001 1.8647314e+001 1.2947325e+001 2.0224575e+001 2.3230455e+001 1.9283976e+001 1.7860290e+001 1.8664671e+001 1.2984570e+001 2.0214471e+001 2.3238886e+001 1.9294822e+001 1.7846146e+001 1.8681990e+001 1.3021627e+001 2.0204356e+001 2.3247295e+001 1.9305647e+001 1.7831964e+001 1.8699274e+001 1.3058498e+001 2.0194232e+001 2.3255681e+001 1.9316453e+001 1.7817743e+001 1.8716521e+001 1.3095184e+001 2.0184097e+001 2.3264044e+001 1.9327239e+001 1.7803483e+001 1.8733732e+001 1.3131685e+001 2.0173953e+001 2.3272385e+001 1.9338005e+001 1.7789183e+001 1.8750906e+001 1.3168004e+001 2.0163798e+001 2.3280703e+001 1.9348751e+001 1.7774845e+001 1.8768045e+001 1.3204140e+001 2.0153633e+001 2.3288998e+001 1.9359478e+001 1.7760467e+001 1.8785149e+001 1.3240096e+001 2.0143458e+001 2.3297270e+001 1.9370186e+001 1.7746049e+001 1.8802217e+001 1.3275872e+001 2.0133272e+001 2.3305520e+001 1.9380875e+001 1.7731591e+001 1.8819249e+001 1.3311470e+001 2.0123075e+001 2.3313747e+001 1.9391544e+001 1.7717094e+001 1.8836247e+001 1.3346890e+001 2.0112868e+001 2.3321951e+001 1.9402195e+001 1.7702555e+001 1.8853210e+001 1.3382133e+001 2.0102650e+001 2.3330132e+001 1.9412826e+001 1.7687976e+001 1.8870138e+001 1.3417202e+001 2.0092422e+001 2.3338290e+001 1.9423439e+001 1.7673356e+001 1.8887032e+001 1.3452096e+001 2.0082182e+001 2.3346426e+001 1.9434034e+001 1.7658695e+001 1.8903891e+001 1.3486817e+001 2.0071931e+001 2.3354539e+001 1.9444609e+001 1.7643993e+001 1.8920716e+001 1.3521367e+001 2.0061669e+001 2.3362628e+001 1.9455167e+001 1.7629249e+001 1.8937507e+001 1.3555745e+001 2.0051396e+001 2.3370696e+001 1.9465706e+001 1.7614463e+001 1.8954265e+001 1.3589953e+001 2.0041112e+001 2.3378740e+001 1.9476227e+001 1.7599635e+001 1.8970989e+001 1.3623993e+001 2.0030816e+001 2.3386761e+001 1.9486730e+001 1.7584765e+001 1.8987679e+001 1.3657865e+001 2.0020509e+001 2.3394759e+001 1.9497215e+001 1.7569852e+001 1.9004336e+001 1.3691571e+001 2.0010190e+001 2.3402735e+001 1.9507682e+001 1.7554897e+001 1.9020961e+001 1.3725111e+001 1.9999859e+001 2.3410687e+001 1.9518132e+001 1.7539899e+001 1.9037552e+001 1.3758486e+001 1.9989517e+001 2.3418617e+001 1.9528564e+001 1.7524857e+001 1.9054111e+001 1.3791698e+001 1.9979162e+001 2.3426523e+001 1.9538978e+001 1.7509772e+001 1.9070637e+001 1.3824748e+001 1.9968796e+001 2.3434407e+001 1.9549375e+001 1.7494643e+001 1.9087131e+001 1.3857636e+001 1.9958417e+001 2.3442268e+001 1.9559755e+001 1.7479471e+001 1.9103593e+001 1.3890364e+001 1.9948026e+001 2.3450106e+001 1.9570118e+001 1.7464254e+001 1.9120023e+001 1.3922932e+001 1.9937623e+001 2.3457920e+001 1.9580463e+001 1.7448992e+001 1.9136421e+001 1.3955342e+001 1.9927208e+001 2.3465712e+001 1.9590792e+001 1.7433686e+001 1.9152788e+001 1.3987595e+001 1.9916779e+001 2.3473481e+001 1.9601104e+001 1.7418335e+001

2.4678778e+001 2.3888241e+001 2.4691329e+001 2.3880256e+001 2.4703905e+001 2.3872268e+001 2.4716507e+001 2.3864278e+001 2.4729135e+001 2.3856286e+001 2.4741788e+001 2.3848291e+001 2.4754468e+001 2.3840295e+001 2.4767174e+001 2.3832296e+001 2.4779906e+001 2.3824294e+001 2.4792664e+001 2.3816291e+001 2.4805448e+001 2.3808286e+001 2.4818260e+001 2.3800278e+001 2.4831098e+001 2.3792269e+001 2.4843962e+001 2.3784257e+001 2.4856854e+001 2.3776243e+001 2.4869773e+001 2.3768227e+001 2.4882719e+001 2.3760210e+001 2.4895692e+001 2.3752190e+001 2.4908693e+001 2.3744168e+001 2.4921721e+001 2.3736144e+001 2.4934776e+001 2.3728119e+001 2.4947860e+001 2.3720091e+001 2.4960971e+001 2.3712062e+001 2.4974110e+001 2.3704031e+001 2.4987278e+001 2.3695998e+001 2.5000473e+001 2.3687963e+001 2.5013697e+001 2.3679926e+001 2.5026950e+001 2.3671888e+001 2.5040231e+001 2.3663848e+001 2.5053540e+001 2.3655806e+001 2.5066879e+001 2.3647762e+001 2.5080246e+001 2.3639717e+001 2.5093643e+001 2.3631669e+001 2.5107068e+001 2.3623621e+001 2.5120523e+001 2.3615570e+001 2.5134008e+001 2.3607518e+001 2.5147522e+001 2.3599465e+001 2.5161065e+001 2.3591409e+001 2.5174639e+001 2.3583352e+001 2.5188242e+001 2.3575294e+001

1.9169124e+001 1.4019692e+001 1.9906339e+001 2.3481226e+001 1.9611399e+001 1.7402939e+001 1.9185428e+001 1.4051634e+001 1.9895885e+001 2.3488949e+001 1.9621677e+001 1.7387498e+001 1.9201701e+001 1.4083421e+001 1.9885419e+001 2.3496648e+001 1.9631939e+001 1.7372011e+001 1.9217943e+001 1.4115055e+001 1.9874940e+001 2.3504324e+001 1.9642184e+001 1.7356477e+001 1.9234155e+001 1.4146536e+001 1.9864448e+001 2.3511978e+001 1.9652414e+001 1.7340898e+001 1.9250336e+001 1.4177867e+001 1.9853943e+001 2.3519608e+001 1.9662627e+001 1.7325272e+001 1.9266487e+001 1.4209047e+001 1.9843424e+001 2.3527215e+001 1.9672823e+001 1.7309600e+001 1.9282608e+001 1.4240078e+001 1.9832892e+001 2.3534798e+001 1.9683004e+001 1.7293880e+001 1.9298699e+001 1.4270961e+001 1.9822347e+001 2.3542359e+001 1.9693169e+001 1.7278113e+001 1.9314760e+001 1.4301696e+001 1.9811788e+001 2.3549896e+001 1.9703318e+001 1.7262299e+001 1.9330791e+001 1.4332285e+001 1.9801216e+001 2.3557411e+001 1.9713452e+001 1.7246437e+001 1.9346794e+001 1.4362728e+001 1.9790629e+001 2.3564902e+001 1.9723570e+001 1.7230527e+001 1.9362767e+001 1.4393027e+001 1.9780029e+001 2.3572369e+001 1.9733672e+001 1.7214569e+001 1.9378711e+001 1.4423183e+001 1.9769415e+001 2.3579814e+001 1.9743759e+001 1.7198562e+001 1.9394626e+001 1.4453195e+001 1.9758787e+001 2.3587235e+001 1.9753830e+001 1.7182506e+001 1.9410512e+001 1.4483067e+001 1.9748145e+001 2.3594633e+001 1.9763887e+001 1.7166402e+001 1.9426370e+001 1.4512797e+001 1.9737488e+001 2.3602008e+001 1.9773928e+001 1.7150248e+001 1.9442200e+001 1.4542388e+001 1.9726818e+001 2.3609359e+001 1.9783954e+001 1.7134044e+001 1.9458001e+001 1.4571839e+001 1.9716132e+001 2.3616687e+001 1.9793966e+001 1.7117790e+001 1.9473775e+001 1.4601153e+001 1.9705432e+001 2.3623991e+001 1.9803962e+001 1.7101486e+001 1.9489521e+001 1.4630330e+001 1.9694718e+001 2.3631273e+001 1.9813944e+001 1.7085132e+001 1.9505239e+001 1.4659371e+001 1.9683988e+001 2.3638531e+001 1.9823911e+001 1.7068727e+001 1.9520930e+001 1.4688276e+001 1.9673244e+001 2.3645765e+001 1.9833864e+001 1.7052271e+001 1.9536593e+001 1.4717047e+001 1.9662484e+001 2.3652976e+001 1.9843802e+001 1.7035764e+001 1.9552230e+001 1.4745685e+001 1.9651710e+001 2.3660163e+001 1.9853726e+001 1.7019205e+001 1.9567839e+001 1.4774190e+001 1.9640920e+001 2.3667327e+001 1.9863636e+001 1.7002594e+001 1.9583422e+001 1.4802564e+001 1.9630115e+001 2.3674468e+001 1.9873531e+001 1.6985931e+001 1.9598979e+001 1.4830806e+001 1.9619295e+001 2.3681585e+001 1.9883412e+001 1.6969216e+001 1.9614509e+001 1.4858919e+001 1.9608458e+001 2.3688679e+001 1.9893280e+001 1.6952448e+001 1.9630012e+001 1.4886902e+001 1.9597607e+001 2.3695749e+001 1.9903133e+001 1.6935626e+001 1.9645490e+001 1.4914758e+001 1.9586739e+001 2.3702795e+001 1.9912973e+001 1.6918752e+001 1.9660942e+001 1.4942486e+001 1.9575856e+001 2.3709818e+001 1.9922799e+001 1.6901824e+001 1.9676368e+001 1.4970087e+001 1.9564956e+001 2.3716817e+001 1.9932611e+001 1.6884842e+001 1.9691769e+001 1.4997563e+001 1.9554041e+001 2.3723793e+001 1.9942410e+001 1.6867806e+001 1.9707144e+001 1.5024914e+001 1.9543109e+001 2.3730745e+001 1.9952195e+001 1.6850715e+001 1.9722495e+001 1.5052141e+001 1.9532161e+001 2.3737673e+001 1.9961967e+001 1.6833570e+001 1.9737820e+001 1.5079245e+001 1.9521196e+001 2.3744578e+001 1.9971726e+001 1.6816369e+001 1.9753121e+001 1.5106227e+001 1.9510215e+001 2.3751459e+001 1.9981471e+001 1.6799113e+001 1.9768397e+001 1.5133087e+001 1.9499217e+001 2.3758316e+001 1.9991204e+001 1.6781802e+001 1.9783648e+001 1.5159826e+001 1.9488202e+001 2.3765150e+001 2.0000923e+001 1.6764434e+001

2.5201875e+001 2.3567234e+001 2.5215539e+001 2.3559172e+001 2.5229233e+001 2.3551109e+001 2.5242957e+001 2.3543045e+001 2.5256712e+001 2.3534979e+001 2.5270497e+001 2.3526911e+001 2.5284313e+001 2.3518842e+001 2.5298160e+001 2.3510772e+001 2.5312038e+001 2.3502700e+001 2.5325947e+001 2.3494626e+001 2.5339888e+001 2.3486552e+001 2.5353860e+001 2.3478476e+001 2.5367863e+001 2.3470398e+001 2.5381898e+001 2.3462319e+001

1.9798875e+001 1.5186445e+001 1.9477171e+001 2.3771959e+001 2.0010630e+001 1.6747010e+001 1.9814079e+001 1.5212946e+001 1.9466122e+001 2.3778745e+001 2.0020324e+001 1.6729530e+001 1.9829258e+001 1.5239328e+001 1.9455056e+001 2.3785508e+001 2.0030005e+001 1.6711992e+001 1.9844413e+001 1.5265592e+001 1.9443973e+001 2.3792246e+001 2.0039673e+001 1.6694398e+001 1.9859545e+001 1.5291740e+001 1.9432873e+001 2.3798961e+001 2.0049329e+001 1.6676745e+001 1.9874654e+001 1.5317772e+001 1.9421755e+001 2.3805651e+001 2.0058972e+001 1.6659035e+001 1.9889739e+001 1.5343688e+001 1.9410619e+001 2.3812318e+001 2.0068603e+001 1.6641267e+001 1.9904801e+001 1.5369491e+001 1.9399466e+001 2.3818961e+001 2.0078221e+001 1.6623440e+001 1.9919840e+001 1.5395179e+001 1.9388295e+001 2.3825580e+001 2.0087827e+001 1.6605554e+001 1.9934857e+001 1.5420755e+001 1.9377106e+001 2.3832175e+001 2.0097421e+001 1.6587610e+001 1.9949851e+001 1.5446219e+001 1.9365899e+001 2.3838747e+001 2.0107003e+001 1.6569605e+001 1.9964822e+001 1.5471571e+001 1.9354674e+001 2.3845294e+001 2.0116573e+001 1.6551541e+001 1.9979772e+001 1.5496813e+001 1.9343430e+001 2.3851817e+001 2.0126131e+001 1.6533417e+001 1.9994699e+001 1.5521945e+001 1.9332168e+001 2.3858316e+001 2.0135678e+001 1.6515232e+001

Tr¹m m¸y : II-07, thêi gian :3h15’00” – 3h45’00” (UT), 24/02/2006 §é vÜ (®é) cña ®iÓm c¾t tÇng ®iÖn ly øng víi tr¹m m¸y II-07 SV2 2.4481808e+001 2.3487064e+001 2.4478442e+001 2.3495544e+001 2.4475054e+001 2.3504026e+001 2.4471643e+001 2.3512510e+001 2.4468210e+001 2.3520995e+001 2.4464754e+001 2.3529481e+001 2.4461275e+001 2.3537969e+001 2.4457775e+001 2.3546459e+001 2.4454251e+001 2.3554950e+001 2.4450706e+001 2.3563443e+001 2.4447138e+001 2.3571938e+001 2.4443548e+001 2.3580434e+001 2.4439935e+001 2.3588931e+001 2.4436301e+001 2.3597430e+001 2.4432644e+001 2.3605931e+001 2.4428965e+001 2.3614433e+001 2.4425264e+001 2.3622937e+001 2.4421541e+001 2.3631442e+001 2.4417796e+001 2.3639949e+001 2.4414029e+001 2.3648457e+001

SV4

SV8

SV17

SV20

SV24

SV28

2.5835681e+001 2.0200919e+001 1.8389493e+001 2.1144675e+001 1.1844231e+001 1.1479799e+001 2.5856287e+001 2.0191221e+001 1.8407201e+001 2.1154184e+001 1.1810006e+001 1.1479799e+001 2.5876962e+001 2.0181510e+001 1.8424855e+001 2.1163682e+001 1.1775667e+001 1.1479799e+001 2.5897708e+001 2.0171786e+001 1.8442458e+001 2.1173169e+001 1.1741212e+001 1.1479799e+001 2.5918524e+001 2.0162049e+001 1.8460009e+001 2.1182644e+001 1.1706642e+001 1.1479799e+001 2.5939412e+001 2.0152300e+001 1.8477509e+001 2.1192109e+001 1.1671955e+001 1.1479799e+001 2.5960371e+001 2.0142538e+001 1.8494958e+001 2.1201562e+001 1.1637153e+001 1.1479799e+001 2.5981403e+001 2.0132762e+001 1.8512356e+001 2.1211005e+001 1.1602235e+001 1.1479799e+001 2.6002508e+001 2.0122974e+001 1.8529704e+001 2.1220437e+001 1.1567200e+001 1.1479799e+001 2.6023686e+001 2.0113172e+001 1.8547001e+001 2.1229858e+001 1.1532048e+001 1.1479799e+001 2.6044937e+001 2.0103357e+001 1.8564249e+001 2.1239267e+001 1.1496780e+001 1.1479799e+001 2.6066264e+001 2.0093528e+001 1.8581447e+001 2.1248667e+001 1.1461395e+001 1.1479799e+001 2.6087665e+001 2.0083686e+001 1.8598596e+001 2.1258055e+001 1.1425893e+001 1.1479799e+001 2.6109141e+001 2.0073830e+001 1.8615696e+001 2.1267433e+001 1.1390273e+001 1.1479799e+001 2.6130694e+001 2.0063961e+001 1.8632747e+001 2.1276799e+001 1.1354536e+001 1.1479799e+001 2.6152323e+001 2.0054078e+001 1.8649750e+001 2.1286156e+001 1.1318681e+001 1.1479799e+001 2.6174029e+001 2.0044181e+001 1.8666704e+001 2.1295501e+001 1.1282709e+001 1.1479799e+001 2.6195813e+001 2.0034270e+001 1.8683611e+001 2.1304837e+001 1.1246619e+001 1.1479799e+001 2.6217675e+001 2.0024345e+001 1.8700471e+001 2.1314161e+001 1.1210410e+001 1.1479799e+001 2.6239615e+001 2.0014406e+001 1.8717283e+001 2.1323475e+001 1.1174084e+001 1.1479799e+001

SV10

2.4410240e+001 2.3656967e+001 2.4406430e+001 2.3665478e+001 2.4402597e+001 2.3673991e+001 2.4398742e+001 2.3682505e+001 2.4394866e+001 2.3691021e+001 2.4390968e+001 2.3699539e+001 2.4387048e+001 2.3708058e+001 2.4383107e+001 2.3716578e+001 2.4379144e+001 2.3725100e+001 2.4375160e+001 2.3733623e+001 2.4371153e+001 2.3742148e+001 2.4367126e+001 2.3750674e+001 2.4363077e+001 2.3759202e+001 2.4359006e+001 2.3767731e+001 2.4354914e+001 2.3776262e+001 2.4350801e+001 2.3784794e+001 2.4346667e+001 2.3793328e+001 2.4342511e+001 2.3801862e+001 2.4338334e+001 2.3810399e+001 2.4334136e+001 2.3818937e+001 2.4329916e+001 2.3827476e+001 2.4325676e+001 2.3836016e+001 2.4321414e+001 2.3844558e+001 2.4317132e+001 2.3853102e+001 2.4312828e+001 2.3861646e+001 2.4308504e+001 2.3870192e+001 2.4304158e+001 2.3878740e+001 2.4299792e+001 2.3887289e+001 2.4295405e+001 2.3895839e+001 2.4290997e+001 2.3904390e+001 2.4286569e+001 2.3912943e+001 2.4282119e+001 2.3921497e+001 2.4277649e+001 2.3930052e+001 2.4273159e+001 2.3938608e+001 2.4268648e+001 2.3947166e+001 2.4264116e+001 2.3955725e+001 2.4259564e+001 2.3964285e+001 2.4254991e+001 2.3972847e+001 2.4250398e+001 2.3981409e+001 2.4245784e+001 2.3989973e+001

2.6261635e+001 2.0004453e+001 1.8734048e+001 2.1332779e+001 1.1137639e+001 1.1479799e+001 2.6283734e+001 1.9994486e+001 1.8750766e+001 2.1342072e+001 1.1101075e+001 1.1479799e+001 2.6305914e+001 1.9984504e+001 1.8767438e+001 2.1351355e+001 1.1064393e+001 1.1479799e+001 2.6328175e+001 1.9974507e+001 1.8784064e+001 2.1360628e+001 1.1027592e+001 1.1479799e+001 2.6350517e+001 1.9964496e+001 1.8800644e+001 2.1369890e+001 1.0990673e+001 1.1479799e+001 2.6372941e+001 1.9954471e+001 1.8817178e+001 2.1379142e+001 1.0953634e+001 1.1479799e+001 2.6395448e+001 1.9944431e+001 1.8833667e+001 2.1388384e+001 1.0916476e+001 1.1479799e+001 2.6418038e+001 1.9934375e+001 1.8850111e+001 2.1397616e+001 1.0879199e+001 1.1479799e+001 2.6440712e+001 1.9924305e+001 1.8866510e+001 2.1406838e+001 1.0841803e+001 1.1479799e+001 2.6463470e+001 1.9914220e+001 1.8882864e+001 2.1416049e+001 1.0804288e+001 1.1479799e+001 2.6486313e+001 1.9904120e+001 1.8899174e+001 2.1425251e+001 1.0766653e+001 1.1479799e+001 2.6509242e+001 1.9894004e+001 1.8915440e+001 2.1434442e+001 1.0728899e+001 1.1479799e+001 2.6532256e+001 1.9883874e+001 1.8931663e+001 2.1443623e+001 1.0691025e+001 1.1479799e+001 2.6555358e+001 1.9873727e+001 1.8947841e+001 2.1452795e+001 1.0653032e+001 1.1479799e+001 2.6578546e+001 1.9863565e+001 1.8963977e+001 2.1461956e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.6601823e+001 1.9853388e+001 1.8980069e+001 2.1471108e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.6625188e+001 1.9843195e+001 1.8996118e+001 2.1480250e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.6648642e+001 1.9832986e+001 1.9012125e+001 2.1489381e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.6672186e+001 1.9822761e+001 1.9028090e+001 2.1498504e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.6695820e+001 1.9812520e+001 1.9044012e+001 2.1507616e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.6719545e+001 1.9802263e+001 1.9059893e+001 2.1516719e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.6743362e+001 1.9791990e+001 1.9075732e+001 2.1525812e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.6767271e+001 1.9781701e+001 1.9091530e+001 2.1534895e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.6791272e+001 1.9771395e+001 1.9107286e+001 2.1543968e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.6815367e+001 1.9761072e+001 1.9123002e+001 2.1553033e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.6839557e+001 1.9750733e+001 1.9138677e+001 2.1562087e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.6863840e+001 1.9740377e+001 1.9154311e+001 2.1571132e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.6888220e+001 1.9730005e+001 1.9169905e+001 2.1580167e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.6912695e+001 1.9719615e+001 1.9185460e+001 2.1589193e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.6937267e+001 1.9709209e+001 1.9200974e+001 2.1598210e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.6961936e+001 1.9698785e+001 1.9216449e+001 2.1607217e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.6986704e+001 1.9688344e+001 1.9231885e+001 2.1616214e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7011570e+001 1.9677885e+001 1.9247281e+001 2.1625203e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7036535e+001 1.9667409e+001 1.9262639e+001 2.1634182e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7061600e+001 1.9656916e+001 1.9277958e+001 2.1643151e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7086766e+001 1.9646405e+001 1.9293238e+001 2.1652112e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7112033e+001 1.9635876e+001 1.9308480e+001 2.1661063e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7137402e+001 1.9625329e+001 1.9323684e+001 2.1670005e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7162874e+001 1.9614764e+001 1.9338851e+001 2.1678937e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7188449e+001 1.9604181e+001 1.9353979e+001 2.1687861e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001

2.4241150e+001 2.3998538e+001 2.4236496e+001 2.4007104e+001 2.4231822e+001 2.4015672e+001 2.4227127e+001 2.4024240e+001 2.4222413e+001 2.4032810e+001 2.4217678e+001 2.4041381e+001 2.4212923e+001 2.4049952e+001 2.4208147e+001 2.4058525e+001 2.4203352e+001 2.4067099e+001 2.4198537e+001 2.4075674e+001 2.4193702e+001 2.4084250e+001 2.4188847e+001 2.4092827e+001 2.4183973e+001 2.4101405e+001 2.4179078e+001 2.4109984e+001 2.4174164e+001 2.4118564e+001 2.4169230e+001 2.4127145e+001 2.4164276e+001 2.4135727e+001 2.4159303e+001 2.4144310e+001 2.4154310e+001 2.4152894e+001 2.4149297e+001 2.4161478e+001 2.4144265e+001 2.4170063e+001 2.4139213e+001 2.4178650e+001 2.4134142e+001 2.4187237e+001 2.4129052e+001 2.4195825e+001 2.4123942e+001 2.4204413e+001 2.4118813e+001 2.4213003e+001 2.4113664e+001 2.4221593e+001 2.4108497e+001 2.4230183e+001 2.4103310e+001 2.4238775e+001 2.4098104e+001 2.4247367e+001 2.4092879e+001 2.4255960e+001 2.4087634e+001 2.4264553e+001 2.4082371e+001 2.4273148e+001 2.4077089e+001 2.4281742e+001 2.4071788e+001 2.4290337e+001 2.4066468e+001 2.4298933e+001 2.4061129e+001 2.4307529e+001 2.4055771e+001 2.4316126e+001 2.4050394e+001 2.4324723e+001 2.4044999e+001 2.4333321e+001

2.7214128e+001 1.9593579e+001 1.9369071e+001 2.1696775e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7239912e+001 1.9582960e+001 1.9384125e+001 2.1705680e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7265801e+001 1.9572321e+001 1.9399142e+001 2.1714576e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7291797e+001 1.9561665e+001 1.9414122e+001 2.1723463e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7317899e+001 1.9550989e+001 1.9429066e+001 2.1732341e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7344109e+001 1.9540295e+001 1.9443973e+001 2.1741210e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7370427e+001 1.9529581e+001 1.9458844e+001 2.1750070e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7396854e+001 1.9518849e+001 1.9473679e+001 2.1758921e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7423391e+001 1.9508097e+001 1.9488478e+001 2.1767762e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7450038e+001 1.9497327e+001 1.9503241e+001 2.1776595e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7476796e+001 1.9486536e+001 1.9517969e+001 2.1785419e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7503667e+001 1.9475726e+001 1.9532662e+001 2.1794235e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7530649e+001 1.9464897e+001 1.9547320e+001 2.1803041e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7557745e+001 1.9454048e+001 1.9561943e+001 2.1811838e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7584956e+001 1.9443178e+001 1.9576531e+001 2.1820627e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7612281e+001 1.9432289e+001 1.9591085e+001 2.1829407e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7639721e+001 1.9421380e+001 1.9605604e+001 2.1838177e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7667278e+001 1.9410450e+001 1.9620089e+001 2.1846940e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7694952e+001 1.9399500e+001 1.9634540e+001 2.1855693e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7722743e+001 1.9388529e+001 1.9648958e+001 2.1864438e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7750654e+001 1.9377538e+001 1.9663342e+001 2.1873174e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7778683e+001 1.9366526e+001 1.9677692e+001 2.1881901e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7806833e+001 1.9355493e+001 1.9692009e+001 2.1890620e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7835103e+001 1.9344439e+001 1.9706293e+001 2.1899329e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7863495e+001 1.9333364e+001 1.9720544e+001 2.1908031e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7892010e+001 1.9322267e+001 1.9734763e+001 2.1916723e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7920648e+001 1.9311149e+001 1.9748949e+001 2.1925407e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7949409e+001 1.9300010e+001 1.9763102e+001 2.1934083e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.7978296e+001 1.9288849e+001 1.9777223e+001 2.1942750e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.8007308e+001 1.9277666e+001 1.9791312e+001 2.1951408e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.8036447e+001 1.9266461e+001 1.9805370e+001 2.1960058e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.8065712e+001 1.9255234e+001 1.9819395e+001 2.1968699e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.8095106e+001 1.9243984e+001 1.9833389e+001 2.1977332e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.8124628e+001 1.9232712e+001 1.9847351e+001 2.1985956e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.8154280e+001 1.9221418e+001 1.9861282e+001 2.1994572e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.8184062e+001 1.9210101e+001 1.9875182e+001 2.2003179e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.8213975e+001 1.9198761e+001 1.9889052e+001 2.2011778e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.8244021e+001 1.9187399e+001 1.9902890e+001 2.2020368e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.8274199e+001 1.9176013e+001 1.9916697e+001 2.2028950e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.8304511e+001 1.9164604e+001 1.9930475e+001 2.2037523e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001

2.4039584e+001 2.4341919e+001 2.4034152e+001 2.4350518e+001 2.4028700e+001 2.4359116e+001 2.4023230e+001 2.4367716e+001 2.4017741e+001 2.4376315e+001 2.4012234e+001 2.4384915e+001 2.4006709e+001 2.4393515e+001 2.4001165e+001 2.4402115e+001 2.3995602e+001 2.4410716e+001 2.3990021e+001 2.4419316e+001 2.3984422e+001 2.4427917e+001 2.3978805e+001 2.4436518e+001 2.3973169e+001 2.4445119e+001 2.3967515e+001 2.4453720e+001 2.3961843e+001 2.4462321e+001 2.3956153e+001 2.4470923e+001 2.3950445e+001 2.4479524e+001 2.3944719e+001 2.4488125e+001 2.3938974e+001 2.4496726e+001 2.3933212e+001 2.4505327e+001 2.3927432e+001 2.4513927e+001

2.8334957e+001 1.9153172e+001 1.9944221e+001 2.2046088e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.8365539e+001 1.9141716e+001 1.9957938e+001 2.2054645e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.8396256e+001 1.9130236e+001 1.9971625e+001 2.2063194e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.8427111e+001 1.9118733e+001 1.9985281e+001 2.2071733e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.8458103e+001 1.9107206e+001 1.9998908e+001 2.2080265e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.8489234e+001 1.9095655e+001 2.0012506e+001 2.2088788e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.8520505e+001 1.9084079e+001 2.0026074e+001 2.2097303e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.8551916e+001 1.9072479e+001 2.0039612e+001 2.2105810e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.8583468e+001 1.9060855e+001 2.0053122e+001 2.2114308e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.8615162e+001 1.9049206e+001 2.0066602e+001 2.2122798e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.8646998e+001 1.9037532e+001 2.0080053e+001 2.2131280e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.8678979e+001 1.9025833e+001 2.0093476e+001 2.2139753e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.8711104e+001 1.9014108e+001 2.0106870e+001 2.2148219e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.8743375e+001 1.9002359e+001 2.0120236e+001 2.2156676e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.8775791e+001 1.8990584e+001 2.0133573e+001 2.2165124e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.8808355e+001 1.8978784e+001 2.0146883e+001 2.2173565e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.8808355e+001 1.8966957e+001 2.0160164e+001 2.2181997e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.8808355e+001 1.8955105e+001 2.0173417e+001 2.2190421e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.8808355e+001 1.8943227e+001 2.0186642e+001 2.2198837e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.8808355e+001 1.8931322e+001 2.0199840e+001 2.2207244e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001 2.8808355e+001 1.8919391e+001 2.0213010e+001 2.2215643e+001 1.0614919e+001 1.1479799e+001

Dưới đây là sơ đồ vết cắt của tầng điện ly:

VÕt cña c¸c ®iÓm cÊt tÇng ®iÖn ly øng víi tr¹m m¸y II-06 21

VÕt cña c¸c ®iÓm cÊt tÇng ®iÖn ly øng víi tr¹m m¸y II-07 Gia tri VTEC tai cac diem luoi (kich thuoc o : 30’x30’, B:20-22,L:104-106) Thoi diem: , 1h 30 UT 2006 02 24

1. Noi suy tu mo hinh TEC toan cau : 1.6462841e+001 1.6614565e+001 1.6766288e+001 1.6673349e+001 1.6829073e+001 1.6984796e+001 1.6883857e+001 1.7043581e+001 1.7203304e+001 1.7094365e+001 1.7258089e+001 1.7421812e+001 1.7304873e+001 1.7472597e+001 1.7640320e+001

1.6879900e+001 1.7101087e+001 1.7322274e+001 1.7543461e+001 1.7764648e+001

1.6993511e+001 1.7217377e+001 1.7441244e+001 1.7665110e+001 1.7888976e+001

2. Xac dinh tu cac he so cua mo hinh theo khai trien Taylor: 1.4738554e+001 1.4864530e+001 1.4988206e+001 1.5109593e+001 1.4885158e+001 1.5010948e+001 1.5134618e+001 1.5256178e+001 1.5000156e+001 1.5127184e+001 1.5252266e+001 1.5375410e+001 1.5090671e+001 1.5220389e+001 1.5348327e+001 1.5474493e+001 1.5163825e+001 1.5297714e+001 1.5429981e+001 1.5560633e+001 v=VTEC(toan cau)-VTEC(Taylor)

1.5228705e+001 1.5375640e+001 1.5496627e+001 1.5598896e+001 1.5689677e+001

RMS= sqrt([vv]/n)=1.956 (TECU)

3. Xac dinh tu cac tham so cua mo hinh Kalman: -------------------------------------------------------------------------------1.7018776e+001 1.7024465e+001 1.7030154e+001 1.7035842e+001 1.7041531e+001 1.7365511e+001 1.7371200e+001 1.7376889e+001 1.7382578e+001 1.7388267e+001

1.7712247e+001 1.7717936e+001 1.7723624e+001 1.7729313e+001 1.7735002e+001 1.8058982e+001 1.8064671e+001 1.8070360e+001 1.8076049e+001 1.8081738e+001 1.8405718e+001 1.8411406e+001 1.8417095e+001 1.8422784e+001 1.8428473e+001 v’=VTEC(toan cau)-VTEC(Kalman) RMS’= sqrt([v’v’]/n)=0.6050 (TECU) Gia tri VTEC tai cac diem luoi (kich thuoc o : 30’x30’, B :20-22,L :104-106) Thoi diem: , 3h 30 UT 2006 02 24

1. Noi suy tu mo hinh TEC toan cau : 2.5257000e+001 2.5606500e+001 2.5956000e+001 2.6305500e+001 2.6655000e+001

2.5347250e+001 2.5437500e+001 2.5494500e+001 2.5551500e+001 2.5697000e+001 2.5787500e+001 2.5847750e+001 2.5908000e+001 2.6046750e+001 2.6137500e+001 2.6201000e+001 2.6264500e+001 2.6396500e+001 2.6487500e+001 2.6554250e+001 2.6621000e+001 2.6746250e+001 2.6837500e+001 2.6907500e+001 2.6977500e+001

2. Xac dinh tu cac he so cua mo hinh theo khai trien Taylor: 2.0986947e+001 2.0991432e+001 2.0993995e+001 2.0994650e+001 2.1210400e+001 2.1195448e+001 2.1181222e+001 2.1167715e+001 2.1381196e+001 2.1361423e+001 2.1344934e+001 2.1331706e+001 2.1541627e+001 2.1532299e+001 2.1528717e+001 2.1530838e+001 2.1733987e+001 2.1751021e+001 2.1776156e+001 2.1809327e+001

2.0993407e+001 2.1154919e+001 2.1321711e+001 2.1538619e+001 2.1850475e+001

v=VTEC(toan cau)-VTEC(Taylor) RMS= sqrt([vv]/n)= 4.7596 (TECU) 3. Xac dinh tu cac tham so cua mo hinh Kalman: 2.3219182e+001 2.3234209e+001 2.3249235e+001 2.3264261e+001 2.3279287e+001 2.3959805e+001 2.3974831e+001 2.3989857e+001 2.4004883e+001 2.4019910e+001 2.4700427e+001 2.4715453e+001 2.4730479e+001 2.4745506e+001 2.4760532e+001 2.5441049e+001 2.5456076e+001 2.5471102e+001 2.5486128e+001 2.5501154e+001 2.6181672e+001 2.6196698e+001 2.6211724e+001 2.6226750e+001 2.6241776e+001

v’=VTEC(toan cau)-VTEC(Kalman) RMS’= sqrt([v’v’]/n)= 1.4980 (TECU)

Gi¸ trÞ VTEC x¸c ®Þnh tõ m« h×nh toµn cÇu, tÝnh theo c¸c tham sètr¹ng th¸i cña m« h×nh dùa trªn phÐp läc Kalman vµ tÝnh tõ c¸c hÖ sè cña m« h×nh dùa trªn khai triÓn Taylor t¹i tr¹m m¸y II-06

Gi¸ trÞ VTEC x¸c ®Þnh tõ m« h×nh toµn cÇu, tÝnh theo c¸c tham sè tr¹ng th¸i cña m« h×nh dùa trªn phÐp läc Kalman vµ tÝnh tõ c¸c hÖ sè cña m« h×nh dùa trªn khai triÓn Taylor t¹i tr¹m m¸y II-07

Kết luận Chúng tôi đã thu thập và nghiên cứu các tài liệu chuyên môn về việc xác định TEC bằng số liệu đo GPS, trên cơ sở đó đã lựa chọn phương pháp kết hợp sử dụng tín hiệu code và tín hiệu pha là phương pháp tối ưu đã được áp dụng ở nước ngoài. Kết quả nghiên cứu đã được triển khai thông qua các thuật toán và chương trình tính toán do chúng tôi xây dựng để thực nghiêm trên số liệu thực tế ở vùng Sóc sơn – Tam đảo. Lần đầu tiên ở nước ta phương pháp sử dụng kết hợp tín hiệu code và tín hiệu pha đã được sử dụng thành công để xác định STEC và trên cơ sở sử dụng phép lọc Kalman đã xây dựng được mô hình TEC có độ chính xác khá cao là 1,5 TECU về giá trị tuyệt đối và nhỏ hơn 10% về giá trị tương đối. Với độ chính xác như thế thì ảnh hưởng của tầng điện ly tới kết quả xác định khoảng cách tới vệ tinh sẽ là 0,3 m. Tương ứng, theo công thức đánh giá đã công bố của PGS. TSKH Hà Minh Hoà, sai số xác định chênh cao trắc địa sẽ là: 0,3 m/3 = 0,1m. Trong trường hợp sử dụng máy thu GPS hai tần cộng với việc sử dụng các phần mềm xử lý tốt nhất như BERNESE, ảnh hưởng của tầng điện ly còn được làm giảm đi đáng kể hơn nữa.

ẢNH HƯỞNG CỦA TRIỀU CỰC TỚI KẾT QUẢ ĐO GPS I. Đặt vấn đề Khi chịu ảnh hưởng lực hút của một mặt trăng và mặt trời, Trái đất bị biến dạng theo dao động của triều. Kích thước biến dạng là trị trung bình của chúng, chức năng cấu trúc của phần lục địa. Nguyên nhân gây ra lực triều là do di chuyển khối lượng của nước biển và không khí. Do áp suất thay đổi, các khối lượng nước thay thế đã gây ra biến dạng vỏ cứng Trái đất, kích thước của Trái đất được liên kết chặt chẽ với khu vực vùng cấu trúc của vỏ cứng này. Sự thay đổi về hình học và phân bố trọng lượng của Trái đất cũng có thể gây ra ảnh hưởng quay của nó. Sự thay đổi năng lượng lực hấp dẫn của mặt trăng tác động tới Trái đất có thể biểu thị như sau: dE = L (n − ω ) dt

trong đó

(1.1)

n là vận tốc góc của mặt trăng; ω là vận tốc góc của Trái đất; L là mô men tác dụng vào Trái đất.

Trái đất không hoàn toàn đàn hồi và do triều Trái đất bị trễ pha so với hướng lực, nên Love và Herglotg đã đưa ra mô hình lí thuyết biến dạng hình cầu không thuần nhất về Trái đất. Vì tốc độ tương đối chậm, biến dạng triều được xác định từ giải pháp cân bằng hiện trạng của trường hấp dẫn của Mặt trăng hoặc Mặt trời. Về toán học, bài toán gần với lí thuyết dao động tự do của Trái đất, tuy vậy, ở đây sẽ đề cập tới sự tác dụng của trường lực bên ngoài. Thế W của lực hấp dẫn gây ra bởi một thiên thể có khối lượng M tại điểm P trên mặt đất, cách thiên thể đó một khoảng là ro, có thể biểu diễn theo công thức: W=

trong đó:

GM ro

(1.2)

G là hằng số hấp dẫn ro là khoảng cách từ điểm P tới thiên thể gây triều 26

M ro P ρ

Hình 1.1 Do ảnh hưởng của sự hấp dẫn của các thiên thể mà chủ yếu là do Mặt trăng và Mặt trời làm cho trục quay của Trái đất và mặt phẳng xích đạo không đứng yên trong không gian, mà bị ảnh hưởng bởi hệ thống quán tính. Các ảnh hưởng này làm cho Trái đất bị phồng lên ở vùng xích đạo và gây ra độ dẹt cực. Tổng chuyển động của Trái đất được tạo thành thành phần có chu kì dài (precession) và các thành phần có chu kì ngắn (nutation) PN Ellip chương độ PN

Ảnh hưởng của tuế sai và chương động

πN

γ′

18,6 năm

Hình 1.2 Sự chuyển động của Trái đất thay đổi đã gây ra sự thay đổi vị trí của các điểm trên bề mặt Trái đất. Ảnh hưởng của hiện tượng triều Trái đất dưới sức hút của Mặt trăng và Mặt trời đã được nghiên cứu nhiều. Theo kết quả nghiên cứu này đã cho thấy sự biến dạng của Trái đất do sức hút của Mặt trăng và Mặt trời có thể gây ra sự xê dịch vị trí mặt bằng và độ cao ở mực 40cm trong khoảng thời gian 6 giờ. Hiện tượng triều cực của Trái đất có thể gây ra sự xê dịch vị trí trên Trái đất đến 15mm. Như vậy việc đo đạc GPS có độ chính xác coa trên các khoảng cách trong nghiên cứu và xây dựng lưới cần phải tính đến các ảnh hưởng này để giảm bớt các sai số, và nâng cao độ chính xác của các trạm đo.

II. Nguyên lí ảnh hưởng của hiện tượng triều cực Trái đất đến vị trí điểm đo GPS 1. Các công thức chuyển toạ độ vệ tinh trong hệ CTS về toạ độ tức thời của năm quan sát t: - Chuyển toạ độ quy ước về toạ độ tức thời trung bình (x,y,z)Mặt trăng ⎡x ⎤ ⎡X ⎤ ⎢ y ⎥ = τ ⎢Y ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎣ z ⎥⎦ Mt ⎢⎣ Z ⎥⎦

(2.1)

trong đó τ = R3 (− z ) R2 (θ ) R3 (−ζ ) ⎡cos z R3 (− z ) = ⎢⎢ sin z ⎢⎣ 0 ⎡cos θ R2 (θ ) = ⎢⎢ 0 ⎢⎣ sin θ ⎡cos ζ R3 (−ζ ) = ⎢⎢ sin ζ ⎢⎣ 0

− sin z 0 ⎤ cos z 0 ⎥⎥ 0 1 ⎥⎦ 0 − sin θ ⎤ 1 0 ⎥⎥ 0 cos θ ⎥⎦ − sin ζ cos ζ 0

0⎤ 0 ⎥⎥ 1 ⎥⎦

ζ = 00.6406161T + 00.0000839T2 + 00.0000050T3 z = 00.6406161T + 00.0003041T2 + 00.0000051T3

(2.4)

θ = 00.5567530T + 00.0001185T2 + 00.0000116T3 T = (t – to) tính theo lịch Julian 365.25 ngày - Chuyển toạ độ tức thời trung bình về toạ độ tức thời ⎡x ⎤ ⎡X ⎤ ⎢ y ⎥ = N ⎢Y ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎣ z ⎥⎦ t ⎢⎣ Z ⎥⎦ Mt

(2.5)

trong đó: N = R1 (−ε , −∆ε ).R3 (−∆ψ ).R1 (ε ) (x,y,z)t là toạ độ tức thời (X,Y,Z)Mt là toạ độ tức thời trung bình

(2.6)

0 0 ⎡1 ⎤ ⎢ R1 ( −ε , −∆ε ) = ⎢0 cos(ε + ∆ε ) − sin(ε + ∆ε ) ⎥⎥ ⎢⎣0 sin(ε + ∆ε ) cos(ε + ∆ε ) ⎥⎦

⎡cos(∆ψ ) − sin(∆ψ ) 0 ⎤ R3 ( −∆ψ ) = ⎢⎢ sin(∆ψ ) cos(∆ψ ) 0 ⎥⎥ ⎢⎣ 0 0 1 ⎥⎦ 0 0 ⎤ ⎡1 ⎢ R1 ( ε ) = ⎢0 cos(ε ) sin(ε ) ⎥⎥ ⎢⎣0 − sin(ε ) cos(ε ) ⎥⎦

ε là góc hẹp giữa mặt phẳng hoàng đạo và mặt phẳng xích đạo ∆ε là ảnh hưởng của chương động đến ε ∆ψ ảnh hưởng của chương động đến độ kinh hoàng đạo ε = 23026′21′′.448 – 46.815′′.T – 0.00059′′T2 + 0.001813T3 ∆ε và ∆ψ tính chính xác theo triển khai chuỗi tới 106 số hạng các hệ số của khai triển chuỗi được đăng tải trên các lịch thiên văn hàng năm hoặc tính theo công thức: ∆ψ = -17′′.1996 sinΩ - 1′′.3187 sin(2F - 2D + 2Ω) – 0′′.2274sin(2F + 2Ω) (2.8) ∆ε = 9′′.2025 cosΩ + 0′′.5736 cos(2F - 2D + 2Ω) + 0′′.0977cos(2F + 2Ω) (2.9) trong đó Ω là độ kinh elip của nút mọc của Mặt trăng D là khoảng kéo dài của Mặt trăng so với Mặt trời F = λM - Ω λM là độ kinh elip của Mặt trăng. 2. Ảnh hưởng của hiện tượng triều cực Trái đất đến vị trí điểm đo GPS a. Cơ sở lí thuyết Từ lí thuyết của thế trọng trường Trái đất, thế của lực hướng tâm có dạng như sau: Q=

ω2 2

+ y2 )

(2.10)

trong đó: ω là tốc độ quay trung bình của Trái đất.

x,y là toạ độ của điểm trên bề mặt Trái đất trong hệ toạ độ không gian Trái đất. Nếu biểu diễn điểm đó trong hệ toạ độ địa tâm thì ta có thể viết: x = r cos ϕ cos λ ⎫ ⎪ y = r cos ϕ sin λ ⎬ ⎪ z = r sin ϕ ⎭

(2.11)

trong đó r là bán kính véctơ địa tâm của điểm trên mặt Trái đất. ϕ, λ là độ vĩ và độ kinh của điểm trên mặt Trái đất. Khi đó, có thể viết: Q= Q=

ω 2r 2 2

( cos

ϕ cos 2 λ + cos 2 ϕ sin 2 λ )

ω 2 r 2 cos 2 ϕ

(2.12)

Do sự chuyển động cực của Trái đất nên nó đã gây ra sự thay đổi của độ vĩ của điểm trên mặt đất một lượng [4] là: δϕ = xP cos λ − yP sin λ

(2.13)

trong đó: xP , yP là các tham số xác định trục Trái đất, có đơn vị là giây cung (arc second). Các tham số này được đăng tải trên lịch thiên văn hàng năm (trị số chính xác), hoặc có thể lấy trên mạng (các trị số sơ bộ hoặc mang tính dự kiến) do tổ chức IERS cung cấp theo địa chỉ: http://hpiers.obspm.fr/eop-pc/products/combined/e04 Từ (2.12) chúng ta có thể đánh giá được sự thay đổi của thế Quasigeoid do sự chuyển động của cực Trái đất: ∆Q ( r , ϕ , λ ) = −

ω 2 r 2 sin 2ϕ 2

δϕ

(2.14)

( xP cos λ − yP sin λ )

(2.15)

Thay (2.13) vào (2.14) sẽ nhận được ∆Q ( r , ϕ , λ ) = −

ω 2 r 2 sin 2ϕ 2

Việc tính đến ảnh hưởng của biến dạng xoay do chuyển động cực của Trái đất đến điểm toạ độ của điểm GPS được nghiên cứu trong [7] và [8]. Sự thay đổi thế do chuyển động cực Trái đất trong [8] được biểu diễn hoàn toàn giống như [4] chỉ khác là thay đổi độ vĩ ϕ và theo độ kinh λ lần lượt được xác định theo công thức: 30

⎫ ⎪ γ ⎪ ⎪ l2 δθ = −δϕ = .∂Q∆Q ⎬ γ ⎪ ⎪ l2 δλ = ∂Q.∆Q ⎪ γ sin θ ⎭

δ r = δξ = hr .

∆Q

(2.17)

Trong đó h2, l2 là các số Love; h2 = 0.0627, l2 = 0.0836 lấy đạo hàm và thay số vào các thành phần của (2.17) sẽ thu được: δ r = −32sin ( 2θ )( xP cos λ − yP sin λ )

⎫ ( mm ) ⎪ δθ = −δϕ = −9.cos ( 2θ )( xP cos λ − yP sin λ ) ( mm ) ⎬ ⎪ δλ = 9 cos θ ( xP sin λ + yP cos λ ) ( mm ) ⎭

(2.18)

Dựa vào (2.11) có thể tính được ảnh hưởng của chuyển động cực đến vị trí trạm đo như sau: δ x = δ r cos ϕ cos r − r sin ϕ cos λ δϕ − r cos ϕ sin λ δλ ⎫ ⎪ δ y = δ r cos ϕ sin λ − r sin ϕ sin λ δϕ + r cos ϕ cos λ δλ ⎬ ⎪ δ z = δ r sin ϕ + r cos ϕ δϕ ⎭

(2.19)

Tính toán ảnh hưởng của chuyển động cực Trái đất đến các kết quả đo GPS ở Việt nam Từ (2.19) có thể tính toán các ảnh hưởng của triều cực đến vị trí trạm thu tín hiệu GPS. Vì chưa có số liệu đo cụ thể nên chúng tôi tính các vị trí mà ảnh hưởng của triều cực lớn nhất và nhỏ nhất có thể ảnh hưởng tới các vị trí trạm đo ở Việt nam/ Để xét khả năng ảnh hưởng của triều cực Trái đất như đã nêu ở trên, chúng tôi chọn 4 điểm ở các góc cao nhất và thấy nhất có độ vĩ và độ kinh như sau: Bảng 1. Toạ độ của 4 góc khung hình chữ nhật trên bản đồ Việt nam TT

08o 00′ 00′′

103o 00′ 00′′

08 00 00

111 00 00

23 20 00

103 00 00

23 20 00

111 00 00

Tạm lấy các toạ độ của trục Trái đất là:

xP = −115.091 ma yP = 299.204

Tính được các giá trị ảnh hưởng tới các điểm này là Bảng 2 TT

δx(m)

δy(m)

δz(m)

ds(m)

-0.0499

-0.0014

0.0704

0.0863

-0.0579

-0.0127

0.0631

0.0865

-0.0455

-0.0101

0.0406

0.0659

-0.0535

-0.0012

0.0418

0.0679

Qua các kết quả ở bảng 2 cho thấy ảnh hưởng của triều đến vị trí trạm thu GPS là đáng kể. Như vậy, khi đo GPS độ chính xác cao phải tính đến ảnh hưởng này và hiệu chỉnh nó vào kết quả đo trước khi bình sai tính toán toạ độ cho các điểm đo. 3. Đánh giá ảnh hưởng của các hiện tượng triều đến quá trình xử lí số liệu đo GPS Khi xử lí số liệu đo GPS có độ chính xác cao người ta thường sử dụng sóng mang L3 được tổ hợp từ hai sóng L1 và L2. Sóng mang này không bị ảnh hưởng của tầng điện li và có phương trình như sau: ϕ3 ( i, j , t ) = ρ ( i, j , t ) + c ( dti − dT j ) + N 3 (i, j ) + T ( i, j , t ) + m3 ( i, j , t ) + c (δ ( i ,t ) − δ ( i ,t ) − δ ( j ,t ) ) + λ3 (ϕi (to ) )

trong đó ρ ( i, j, t ) =

(x − x ) + ( y − y ) + ( z −ϕ ) 2

Qua kết quả nghiên cứu, PGS.TSKH Hà Minh Hoà đã cho thấy sự ảnh hưởng này rất nhỏ, chỉ ở mức mm[9]. Nhưng khi đo GPS độ chính xác cao cũng nên đề cập đến để giảm bớt sai số cho kết quả đo. 3. Đánh giá ảnh hưởng của các hiện tượng triều đến quá trình xử lí dữ liệu GPS Khi xử lí dữ liệu GPS người ta thường sử dụng sóng mang L3 được tổ hợp từ hai sóng mang L1 và L2. Sóng mang này không bị ảnh hưởng của tầng điện li và có phương trình như sau: ϕ3 ( i, j , t ) = ρ ( i, j , t ) + c ( dt j − dT j ) + N3 ( i, j ) + T ( i, j , t ) + m3 ( i, j , t ) +

(

)

+c δ ( i ,t ) − δ ( j ,t ) + λ3 ⎡⎣ϕi ( to ) − ϕ j ( to ) ⎤⎦ + ε ij

(2.19a)

trong đó: ρ ( i, j, t ) =

− X j ) + (Yi − Y j ) + ( Z i − Z j ) 2

(2.20)

Khoảng cách hình học từ máy thu j đến vệ tinh i vào thời điểm thu tín hiệu t: Xi, Yi, Zi là toạ độ của vệ tinh i vào thời điểm t Xj, Yj, Zj là toạ độ của trạm thu j c là tốc độ của ánh sáng dti, dTj là các sai số đồng hồ vệ tinh và máy thu. T(i,j,t) là số cải chính do ảnh hưởng của tầng đối lưu N3 ( i, j ) là số nguyên đa trị trong đơn vị chiều dài m3 ( i, j, t ) là số cải chính do ảnh hưởng của hiện tượng đa đường truyền tín

hiệu trong đơn vị chiều dài δ(i,t) và δ(j,t) là các số cải chính do sự chậm thời gian của tín hiệu vệ tinh trong các phần cứng của vệ tinh và máy thu ϕi(to), ϕi(to) là các giá trị pha ban đầu của các tín hiệu vệ tinh và bản sao của máy thu. Khi coi cá sai số trung phương của các thành phần toạ đô vệ tinh và các thành phần toạ độ của máy thu tại trạm thu tín hiệu là như nhau, tức là: mxi = m yi = mzi = m x j = m y j = mz j =

Mi 3 Mj 3

trong đó Mi, Mj, là các sai số vị trí trong không gian của vệ tinh i và trạm thu j. Từ (20) suy ra sai số trung phương của khoảng cách ρ ( i, j, t ) : mp =

1 M i2 + M 2j 3

(2.21)

Khi xử lí dữ liệu đo GPS trong ITRF 2000 có thể nhận Mi = Mj = 5 cm. Trong trường hợp này sai số trung phương của khoảng cách ρ ( i, j, t ) có thể nhận bằng 4cm. Do đó một số nguồn sai số như các sai số của các đồng hồ vệ tinh, các sai số do sự chậm tín hiệu trong các phần cứng của vệ tinh và máy thu, các trị pha ban đầu của các tín hiệu vệ tinh và bản sao của chúng trong máy thu ảnh hưởng nhỏ bỏ qua đến trị đo pha ϕ3 , nên sai số trung

phương của trị nguyên đa trị N3 ( i, j ) có thể được đánh giá theo các nguồn sai số cơ bản còn lại, tức là từ (19a) chúng ta có: 2 mN2 3 = mρ2 + mdT + mT2 + mϕ23 + mm2

(22) Theo [10] có thể nhận được sai số trung phương của pha đo do ảnh hưởng của tầng đối lưu mT = 3cm Theo [11] do ảnh hưởng của hiện tượng đa đường tuyến tín hiệu không vượt quá ¼ bước sóng, nên đối với sóng mang L có thể nhận mm = 2,5cm . Khi coi sự ổn định của đồng hồ máy thu ở mức 1.10-10 có thể nhận mdT =3cm. Cuối cùng lưu ý mP = 4cm, mϕ = 0, 7cm , từ (22) chúng ta có thể có sai số trung phương giới hạn của trị nguyên đa trị mN = 6, 4cm , tức là khoảng 0,15 chu kì của sóng mang L3. Đây cũng là sai số giới hạn được sử dụng để phát hiện sự có mặt của độ trượt chu kì (được coi là sai số thô) trong các trị đo pha sóng mang. 3

Tuy nhiên trong thực tế xử lí số liệu, các kết quả đo đạc GPS độ chính xác cao, khi không tính đến ảnh hưởng của các hiện tượng triều Trái đất và triều cực Trái đất, sai số trung phương thực tế mN sẽ lớn hơn sai số giới hạn nêu trên mà không phải do sự có mặt của các độ trượt chu kì, bởi vì trong công thức (21) còn phải thêm ảnh hưởng của hai hiện tượng nêu trên đến sự thay đổi vị trí trạm thu tín hiện vệ tinh. 3

Các kết quả thực nhiệm trên DON1 (mạng lưới địa động học Lai Châu Điện Biên) và các điểm KUNM và WUHN (trên lãnh thổ Trung quốc) dựa trên kết quả đo GPS ngày 28-2-2002 cho thấy các vấn đề sau: Ảnh hưởng của hiện tượng triều cực đến vị trí ccs điểm không thay đổi trong một vài ngày và được thể hiện ở bảng 3 dưới đây: Tên điểm

Thay đổi Thay đổi theo trục OX theo trục OY (mm) (mm)

Thay đổi theo trục OZ (mm)

Thay đổi vị trí không gian (mm)

DON1

1.0

1.5

-4.5

4.8

KUNM

2.8

1.8

-4.9

5.3

WUHN

0.0

1.8

-4.6

4.9

Riêng đối với ảnh hưởng của hiện tượng triều do sức hút của Mặt trăng - Mặt trời, sự thay đổi vị trí không gian của máy thu diễn ra theo chu kì trong một ngày đêm và đại lượng thay đổi vị trí không gian ở mức vài dm. Do đó việc cải chính vị trí trạm thu do ảnh hưởng của các hiện tượng triều nêu trên là bắt buộc khi giải quyết bài toán phát hiện và tìm kiếm các độ trượt chu kì trong quá trình xử lí các dữ liệu đo GPS độ chính xác cao. 4. Đánh giá ảnh hưởng của cá hiện tượng triều đến vị trí mặt bằng tương hỗ và hiệu độ cao trắc địa giữa các trạm thu Dựa trên các kết quả đo GPS ngày 28-2-2002 trên điểm DON1 và các điểm KUNM và WUHN, đối với ảnh hưởng của hiện tượng triều Trái đất do sức hút Mặt trăng - Mặt trời, bức tranh chuyển dịch vị trí mặt bằng được thể hiện ở hình 3 δX (r1)ma (r6)ma

(r5)ma (r2)ma

(r4)ma

δy

(r3)ma

Hình 1-4 Trong đó trong một ngày đêm từ 0h đến 24h, vị trí điểm bị dịch chuyển xoay quanh vị trí chính xác theo 1,5 vòng tròn với bán kính véctơ xê dịch vị trí mựat bằng cực địa rmax được nêu trong bảng 4 Tên điểm

Thời gian

(r1)max

DON1

0h-5h

0.045m

5h-7h5

(r2)max

(r3)max

0.018m

(r4)max

(r5)max

(r6)max

7h5-10h

0.025m

10h-14h

0.025m

14h-16h

0.017m

16h-22h5 KUNM

0h-5h

0.046m 0.047m

5h-7h

0.018m

7h-10h

0.023m

10h5-13h

0.024m

13h5-15h5 h

0.021m

15 5-22 5 WUHN

0h-4h h

4 -6 5

0.046m 0.045m 0.022m

6h5-9h5

0.018m

9h5-12h5

0.020m

12h5-14h5

0.020m

14h5-23h

0.047m

Từ bảng 4 cho thấy dưới sực hút của Mặt trăng - Mặt trời, vị trí các điểm thay đổi theo cùng quy luật. Khi tính đến khoảng cách DON1 – KUNM là 322035.903 m và DON1-WUHN là 1547459.797 m có thể kết luận rằng đối với khoảng cách dài đến 1500km, việc không tính đến ảnh hưởng của sức hút Mặt trăng - Mặt trời có thể sai lệch vị trí mặt bằng tương hỗ giữa hai điểm chỉ ở mức một vài mm Tuy nhiên ảnh hưởng của sức hút Mặt trăng - Mặt trời đến hiệu độ cao trắc địa giữa hai điểm lại là rất đáng kể. Độ biến thiên của độ cao trắc địa δH dưới ảnh hưởng của sức hút Mặt trăng - Mặt trời tại các điểm DON1, KUNM và WUHN vào ngày 28-2-2002 được trình bày ở bảng sau:

Bảng 5 Tên điểm

Thời gian Đặc điểm của sự thay đổi của đại Giá trị cực đại của đại lượng lượng δH δH

DON1

0h – 5 h

Giảm dần. Đổi dấu từ + sang –

0.261m

5h-10h5

Tăng dần. Đổi dấu từ - sang +

0.159m

10h516h5

Giảm dần. Đổi dấu từ + sang –

0.148m

Tăng dần. Đổi dấu từ - sang +

0.269m

Giảm dần. Đổi dấu từ + sang –

0.262m

Tăng dần. Đổi dấu từ - sang +

0.146m

Giảm dần. Đổi dấu từ + sang –

0.133m

Tăng dần. Đổi dấu từ - sang +

0.262m

Giảm dần. Đổi dấu từ + sang –

0.232m

Tăng dần. Đổi dấu từ - sang +

0.122m

Giảm dần. Đổi dấu từ + sang –

0.107m

Tăng dần. Đổi dấu từ - sang +

0.234m

KUNM

16 523h5 0h-5h5 5h5-11h 11h-16h

WUHN

16h-23h5 0h-4h5 4h510h 10h-13h5 13h523h5

Từ bảng 5 cho thấy khi không tính đến hiện tượng triều Trái đất do sức hút của Mặt trăng - Mặt trời, trong cùng một thời gian, sai số được gây ra của hiệu độ cao trắc địa có thể đạt tới 1cm với khoảng cách 300km, và đạt tới 4cm với khoảng cách khoảng 1500km. Như vậy khi giải quyết bài toán truyền độ cao trắc địa độ chính xác cao bằng công nghệ GPS trên các khoảng cách lớn bắt buộc phải tính đến ảnh hưởng của sức hút Mặt trăng - Mặt trời (hiện tượng triều của Trái đất – Solid Earth Tide) Kết luận: Các hiện tượng triều Trái đất và triều cực Trái đất ảnh hưởng lớn đến kết quả xử lí dữ liệu đo GPS độ chính xác cao trên các khoảng cách lớn. Do đó việc tính đến ảnh hưởng của các hiện tượng này phải là yếu tố bắt buộc trong 37

quy trình xử lí dữ liệ đo GPS độ chính xác cao trên các khoảng cách lớn. Điều nêu trên đồi hoit phải lựa chọn các phần mềm xử lí dữ liệu đo GPS độ chính xác cao thích hợp, có tính đến ảnh hưởng của các hiện tượng này. Các phần mềm GAMIT, BERNESE đáp ứng được yêu cầu đặt ra ở trên.

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP HỆ THỐNG ĐỘ CAO CHUẨN THỐNG NHẤT CHO CẢ LÃNH THỔ VÀ LÃNH HẢI VIỆT NAM TRÊN CƠ SỞ KHÔNG SỬ DỤNG MẶT NƯỚC BIỂN TRUNG BÌNH

B¸o c¸o tæng kÕt chuyªn ®Ò:

CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI SỐ LIỆU TRỌNG LỰC CỤC BỘ VÀ TOÀN CẦU ĐỂ TÍNH DỊ THƯỜNG ĐỘ CAO TRỌNG L ỰC

1. Khảo sát yêu cầu đối với số liệu trọng lực cục bộ khi tính dị thường độ cao 1.1. Cơ sở lý thuyết Trong tr−êng hîp bÒ mÆt ®Þa h×nh kh«ng biÕn ®æi phøc t¹p, ch¼ng h¹n nh− vïng trung du vµ ®ång b»ng, cã thÓ sö dông c«ng thøc Stokes ë d¹ng: ζ =

R 4πγ

π 2π

∫ ∫ ∆gS (ψ ) sinψdψdA . 0 0

Th«ng th−êng ζ ®−îc t¸ch lµm hai thµnh phÇn: mét thµnh phÇn ®−îc tÝnh theo dÞ th−êng träng lùc ch©n kh«ng trong mét ph¹m vi b¸n kÝnh ψ0 nµo ®ã trùc tiÕp bao quanh ®iÓm xÐt mµ ta gäi lµ vïng gÇn, cßn thµnh phÇn thø hai ®−îc tÝnh cho toµn bé phÇn cßn l¹i cña bÒ mÆt Tr¸i ®Êt, mµ ta sÏ gäi lµ vïng xa, theo c¸c hÖ sè ®iÒu hoµ triÓn khai dÞ th−êng träng lùc vµo chuçi hµm sè cÇu . ; ζ = ζ1 + ζ2 ζ1 = ζ2 =

R 4πγ R 2γ

ψ 0 2π

∫ ∫ ∆g sinψdψdA ; 0 0

n max

∑ Q ∑ (a n =0

m =0

cos mL + bnm sin mL) Pnm (sin B ) ;

Qn = ∫ Pn (cosψ ) S (ψ ) sinψdψ

ψ0

Thµnh phÇn ζ1 th−êng ®−îc tÝnh theo ph−¬ng ph¸p tÝch ph©n sè. Ng−êi ta còng ®· ®Ò xuÊt nhiÒu c¸ch tÝnh kh¸c, ch¼ng h¹n, ph−¬ng ph¸p collocation, ph−¬ng ph¸p biÕn ®æi Fourier nhanh, ph−¬ng ph¸p Hartley. §Ó tÝnh thµnh phÇn ζ2 , cã thÓ sö dông c¸c m« h×nh kh¸c nhau cho thÕ träng tr−êng Tr¸i ®Êt, ch¼ng h¹n m« h×nh OSU-91A, EGM-96, GAO-98 v.v... Trªn thùc tÕ khi triÓn khai ®o cao GPS ng−êi ta th−êng kh«ng ®Æt bµi to¸n x¸c ®Þnh hγ, mµ chñ yÕu nh»m môc ®Ých x¸c ®Þnh ∆h. ChÝnh v× vËy, t−¬ng øng ta còng sÏ chØ tËp trung xÐt hiÖu dÞ th−êng ®é cao : ∆ζ = ∆ζ1 + ∆ζ2

Tr−íc hÕt ta xÐt tr−êng hîp tÝnh ∆ζ1. §Ó thuËn tiÖn cho viÖc diÔn gi¶i, ta cho r»ng dÞ th−êng ®é cao ®−îc tÝnh theo ph−¬ng ph¸p tÝch ph©n sè. Khi ®ã sai sè x¸c ®Þnh ζ1 ®−îc ®¸nh gi¸ bëi c«ng thøc: s mζ 1 = 0.00175. .δg 2

m∆ζ 1 = 2mζ 1 = 0.00175.

s .δg 2

trong ®ã S (tÝnh b»ng km) lµ kÝch th−íc « vu«ng mµ vïng xÐt bao quanh ®iÓm xÐt ®−îc chia nhá ra ; Ta sÏ gäi chóng lµ « chuÈn; δg (tÝnh b»ng miligal) lµ sai sè “®¹i diÖn” cña gi¸ trÞ dÞ th−êng träng lùc ®· biÕt ®−îc quy vÒ t©m cña « chuÈn ; mζ1 ®−îc tÝnh b»ng mÐt. Víi môc ®Ých ®¸nh gi¸ sai sè x¸c ®Þnh thµnh phÇn ∆ζ2 do ¶nh h−ëng cña c¸c hÖ sè ®iÒu hßa cña thÕ träng tr−êng Tr¸i ®Êt ta cã thÓ vËn dông kÕt qu¶ ®¸nh gi¸ cho hiÖu ®é lÖch d©y däi mµ chóng t«i ®· c«ng bè, theo ®ã m∆θ2 = 0”10 øng víi kho¶ng c¸ch gi÷a hai ®iÓm xÐt b»ng L = 500km. T−¬ng øng ta cã: m∆ζ 2 = m∆θ 2

m∆ζ 2 =

m∆ζ 2 L

0"10.500.10 3 m = 0,25m . 2".10 5

λ = 0,011 λ (m) .

Cho r»ng kho¶ng c¸ch trung b×nh l=25km, ta rót ra : m∆ζ 2 = 0,011 25 = 0,055 (m) .

Quay trë l¹i xÐt m∆ζ1 , ta thÊy sai sè nµy phô thuéc trùc tiÕp vµo kÝch th−íc cña « chuÈn, tøc lµ phô thuéc vµo møc ®é chi tiÕt cña sè liÖu dÞ th−êng träng lùc trong vïng gÇn; §ång thêi nã cßn phô thuéc vµo sai sè “®¹i diÖn” cña gi¸ trÞ dÞ th−êng träng lùc trong « chuÈn, tøc lµ cßn phô thuéc vµo møc ®é phøc t¹p cña tr−êng träng lùc ë vïng xÐt. Dùa trªn sè liÖu träng lùc thùc tÕ ë ViÖt Nam, chóng t«i ®· nhËn ®−îc sai sè ”®¹i diÖn” cña dÞ th−êng träng lùc trong « chuÈn cã kÝch th−íc 9km x 9km b»ng 3,8mgal cho vïng ®ång b»ng vµ trung du miÒn B¾c n−íc ta; Cßn trong tr−êng hîp « chuÈn cã kÝch th−íc 5km x 5km sai sè ®ã lµ 2,5mgal.

T−¬ng øng víi c¸c sè liÖu nµy sai sè m∆ζ1 sÏ cã c¸c gi¸ trÞ b»ng 0,042m vµ 0,015m. NÕu tÝnh ®Õn c¶ sai sè x¸c ®Þnh ¶nh h−ëng cña vïng xa, sau khi thay trÞ sè cô thÓ ta sÏ cã: m∆ζ = m∆2ζ 1 + m∆2ζ 2 =

0.069m víi « chuÈn 9kmx9km 0.057m víi « chuÈn 5kmx5km

C¸c kÕt qu¶ −íc tÝnh nhËn ®−îc ë trªn cho thÊy lµ hiÖu dÞ th−êng ®é cao gi÷a hai ®iÓm n»m c¸ch nhau cì 25km x¸c ®Þnh theo sè liÖu träng lùc trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam cã sai sè cì 7cm, nÕu mËt ®é ®iÓm träng lùc lµ 1 ®iÓm/80km2, vµ sÏ gi¶m xuèng 6cm, nÕu b¶o ®¶m cø 25km2 cã 1 ®iÓm träng lùc.

1.2. Yªu cÇu vÒ ®é chÝnh x¸c, mËt ®é vµ ®é réng vïng cÇn ®o träng lùc trong trường hợp tính trực tiếp dị thường độ cao trọng lực 1.2.1. Kh¶o s¸t trªn c¬ së sö dông hµm hiÖp ph−¬ng sai dÞ th−êng träng lùc Trong c¸c kh¶o s¸t d−íi ®©y chóng t«i h¹n chÕ kÝch cì cña vïng gÇn trong ph¹m vi σ mµ mÆt ®Êt ®−îc coi lµ mÆt ph¼ng. Khi ®ã dÞ th−êng ®é cao cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc sau: ζ =

2πγ ∫∫ σ

∆gdxdy x2 + y 2

Do gi¸ trÞ ∆g chØ cã thÓ cã ®−îc t¹i c¸c ®iÓm rêi r¹c, mµ th−êng lµ t¹i t©m c¸c « chuÈn, nªn trong thùc tÕ ng−êi ta chia toµn bé vïng σ thµnh n phÇn tö « vu«ng víi kÝch th−íc x¸c ®Þnh nµo ®ã vµ triÓn khai tÝnh tãan th«ng qua tÝch ph©n sè ë d¹ng sau: ζ =

1 2πγ

∑ ∆g j Fj

Fj =

;

j =1

x2 y 2

∫∫

x1 y1

∆gdxdy x2 + y2

Do môc ®Ých h¹n chÕ tèn kÐm vÒ c«ng søc, tiÒn cña vµ thêi gian, ng−êi ta chØ cã thÓ tiÕn hµnh ®o träng lùc t¹i c¸c ®iÓm kÒ nhau ë mét kho¶ng d·n c¸ch nµo ®ã, ch¼ng h¹n 5km, 10km hay 20km. Khi ®ã toµn bé vïng σ ®−îc chia thµnh N « chuÈn víi kÝch cì t−¬ng øng (N<n) vµ ta sö dông biÓu thøc: ζ '=

1 2πγ

∑ ∆g F i =1

§¹i l−îng chªnh kh¸c ∆ζ=ζ’- ζ cã thÓ ®−îc xem lµ sai sè thùc cña ζ’. §Ó cã ®−îc gi¸ trÞ trung ph−¬ng cña sai sè nµy, ta cÇn t×m kú väng to¸n M{(ζ’-ζ)2}. Qua qu¸ tr×nh biÕn ®æi tãan häc ta sÏ cã: M {∆ζ 2 } =

N N n ⎡N N ⎤ − F F C FF C − 2 ⎢∑∑ i i ' ii ' ∑∑∑ i i ' j ii ' j ' ⎥ (2πγ ) ⎣ i =1 i ' =1 i =1 i ' =1 j ' =1 ⎦

∑∑∑ Fi ' FijCi ',ij +∑∑∑∑ Fij Fi ' j 'Cij ,i ' j ' i =1 i ' =1 j =1

i =1 i ' =1 j =1 j ' =1

trong ®ã C lµ kÝ hiÖu cña hµm hiÖp ph−¬ng sai dÞ th−êng träng lùc: ; Cij’ = M{∆gi∆gi’} Ci,i’j’ = M{∆gi∆gi’j’} ; Ci’,ij = M{∆gi’∆gij}

;

Cij,i’j’ = M{∆gij∆gi’j’} . Gi¸ trÞ trung ph−¬ng cña sai sè x¸c ®Þnh dÞ th−êng ®é cao theo dÞ th−êng träng lùc trong vïng gÇn (σ) sÏ b»ng : σ ζ = M {∆ζ 2 }

§Ó cã ®−îc c¸c kÕt qu¶ b»ng sè, ta cÇn tiÕn hµnh tÝnh to¸n víi c¸c m« h×nh cô thÓ, mµ tr−íc hÕt cÇn cã d¹ng cô thÓ cña hµm hiÖp ph−¬ng sai dÞ th−êng träng lùc C. Víi môc ®Ých nµy, chóng t«i ®· sö dông m« h×nh Jordan c¶i biÕn : S − ⎛ S S2 ⎞ C = D∆g e L ⎜⎜1 + − 2 ⎟⎟ − d L 2L ⎠ ⎝

C¸c tham sè do chóng t«i rót ra tõ sè liÖu thùc tÕ cña ViÖt Nam cho mét sè vïng ®Æc tr−ng nh− sau : Tªn vïng §ång b»ng B¾c bé T©y b¾c b¾c bé Trung bé Nam bé

D∆g (mgal2) 150.4 1628.8 436.2 106.5

d (mgal2) 3.5 590.9 65.4 15.3

L (km) 10.4 55.6 17.8 43.0

Vïng gÇn σ ®−îc g¸n cho kÝch th−íc lÇn l−ît b»ng 40kmx40km, 80kmx80km, 120kmx120km, 160kmx160km vµ 200kmx200km. §· xÐt hai lo¹i « chuÈn, ®ã lµ lo¹i cã kÝch th−íc 10kmx10km vµ lo¹i cã kÝch th−íc 20kmx20km. Çc gi¸ trÞ σζ t−¬ng øng víi çc tr−êng hîp xÐt kh¸c nhau nªu trªn ®−îc cho trong çc b¶ng sau: ¤ chuÈn cã kÝch th−íc 10kmx10km KÝch th−íc vïng gÇn Tªn vïng

40x40km

80x80km

120x120km

160x160km

200x200km

0.0199m 0.0067 0.0173 0.0024

0.0208 m 0.0079 0.0188 0.0030

0.0213 m 0.0086 0.0192 0.0031

0.0216 m 0.0091 0.0194 0.0032

0.0218 m 0.0093 0.0195 0.0033

¤ chuÈn cã kÝch th−íc 20kmx20km KÝch th−íc vïng gÇn Tªn vïng

40x40km

80x80km

120x120km

160x160km

200x200km

0.0774m 0.0303 0.0729 0.0111

0.0834m 0.0365 0.0814 0.0133

0.0861m 0.0397 0.0837 0.0143

0.0882m 0.0415 0.0849 0.0148

0.0899m 0.0426 0.0859 0.0150

Çc kÕt qu¶ tÝnh to¸n kh¶o s¸t nªu trªn cho thÊy lµ: - Gi¸ trÞ trung ph−¬ng σζ cña sai sè x¸c ®Þnh dÞ th−êng ®é cao träng lùc t¨ng dÇn theo kÝch cì cña vïng gÇn, song møc ®é t¨ng nµy chËm l¹i khi b¸n kÝnh vïng gÇn ®¹t cì 100km. - Khi mËt ®é ®iÓm träng lùc gi¶m ®i, tøc lµ khi kÝch th−íc « chuÈn t¨ng lªn th× sai sè cña dÞ th−êng ®é cao träng lùc t¨ng lªn. - Dùa vµo xu thÕ t¨ng chËm dÇn cña σζ theo sù t¨ng kÝch cì cña vïng gÇn, cã thÓ cho r»ng sai sè trung ph−¬ng x¸c ®Þnh dÞ th−êng ®é cao träng lùc trong tr−êng hîp çc « chuÈn cã kÝch th−íc 10kmx10km sÏ kh«ng v−ît qu¸ 0,03m. T−¬ng øng sai sè trung ph−¬ng cña hiÖu dÞ th−êng ®é cao träng lùc gi÷a hai ®iÓm xÐt sÏ b»ng 0,03m 2 = 0.042m. 1.2.2. Kh¶o s¸t trªn m« h×nh träng tr−êng Mét trong nh÷ng çch ®¸nh gi¸ tin cËy nhÊt lµ dùa vµo sai sè thùc cña ®¹i l−îng cÇn ®¸nh gi¸. Víi môc ®Ých nµy cÇn x©y dùng m« h×nh träng tr−êng nhiÔu. Chóng t«i sö dông mÆt ®¼ng thÕ chuÈn cã d¹ng mÆt ph¼ng, nguån nhiÔu cã d¹ng chÊt ®iÓm. Song ®Ó lµm t¨ng ®é phøc t¹p cña tr−êng nhiÔu, chóng t«i ®· xÐt m« h×nh träng tr−êng nhiÔu gåm N nguån nhiÔu víi khèi l−îng vËt chÊt mi ®−îc ®Æt ë ®é s©u ai so víi mÆt ®¼ng thÕ chuÈn vµ ë t¹i vÞ trÝ cã täa ®é xi, yi so víi gèc täa ®é (i=1,2,...,N). DÞ th−êng träng lùc do çc nguån nhiÔu g©y ra t¹i ®iÓm ch¹y víi täa ®é x, y ®−îc tÝnh theo çc c«ng thøc sau: ∆g i =

[( x − x ) i

fmi ai 2

+ ( y − y i ) 2 + ai

]

2 3/ 2

;

∆g = ∑ ∆g i . i =1

Gäi täa ®é cña ®iÓm xÐt t¹i ®ã cÇn tÝnh dÞ th−êng ®é cao lµ x0, y0 , ta cã c¸c c«ng thøc: ζi =

fmi

[

γ ( x0 − xi ) 2 + ( y 0 − y i ) 2 + ai 2

]

1/ 2

;

ζ = ∑ζ i . i =1

Trong çc c«ng thøc trªn f =6672.10-14m3/kg.s2 ; γ = 980gal. Chóng t«i ®· xÐt hai m« h×nh víi sè nguån nhiÔu còng nh− çc th«ng sè nhiÔu kh¸c nhau. Çc ®Æc tr−ng chÝnh cña m« h×nh nh− sau:

Μ« h×nh 2: 36 nguån nhiÔu ζ max 5.7363 (m) ζ min -1.0854 (m) ζ TB 0.9816 (m) ∆g max 332.7 (mgal) ∆g min -291.6 (mgal) ∆g TB 4.3 (mal)

M« h×nh1: 4 nguån nhiÔu ζ max ζ min ζ TB ∆g max ∆g min ∆g TB

3.5379 (m) -0.9756 (m) 0.4529 (m) 198.3 (mgal) -134.2 (mgal) 1.9 (mgal)

Ta gäi gÝa trÞ dÞ th−êng ®é cao tÝnh theo m« h×nh lµ gi¸ trÞ chÝnh x¸c vµ kÝ hiÖu lµ ζ . MÆt kh¸c ta sÏ tÝnh gi¸ trÞ dÞ th−êng ®é cao cho chÝnh ®iÓm xÐt nµy b»ng ph−¬ng ph¸p tÝch ph©n sè theo c¸c hÖ sè cã d¹ng triÓn khai nh− sau: Fj =

∫ ∫

x k −1 y m−1

dxdy x2 + y2

− ym −1 ln

− xk −1 ln

= ym ln

xk + xk2 + ym2 xk −1 + xk2−1 + ym2

xk + xk2 + ym2 −1 xk −1 + xk2−1 + ym2 −1 y m + xk2−1 + y m2 y m−1 + xk2−1 + y m2 −1

+ xk ln

−

ym + xk2 + ym2 ym −1 + xk2 + ym2 −1

−

§Ó kh¶o s¸t cô thÓ, ta chia vïng gÇn σ thµnh çc « chuÈn cã c¹nh b»ng 0.5 km. Sau ®ã çc « chuÈn nhá nµy ®−îc ghÐp thµnh çc « chuÈn cã c¹nh lín dÇn, lÇn l−ît b»ng 1 km, 5 km, 10 km, vµ 20 km.

Vïng σ cã d¹ng h×nh vu«ng vµ ®−îc më réng dÇn víi kÝch th−íc lÇn l−ît b»ng120km×120km, 200km×200km, 400km×400km, 600km×600km, vµ 800km×800km. KÕt qu¶ tÝnh dÞ th−¬ng ®é cao theo dÞ th−êng träng lùc th«ng qua ph−¬ng ph¸p tÝch ph©n sè ®−îc kÝ hiÖu lµ ζ. HiÖu sè gi÷a çc gi¸ trÞ ζ vµ ζ cã thÓ ®−îc xem lµ sai sè thùc cña kÕt qu¶ tÝnh ζ ; Ta kÝ hiÖu nã lµ δζ. Çc gi¸ trÞ δζ øng víi çc « chuÈn nh− çc vïng σ cã kÝch th−íc kh¸c nhau ®−îc cho trong b¶ng sau: Sai sè x¸c ®Þnh dÞ th−êng ®é cao träng lùc δζ (m) trong m« h×nh 36 nguån nhiÔu ChiÒu dµi c¹nh δ chuÈn (km) KÝch th−íc vïng xÐt 0.5 1 2 5 10 20 (km×km) 120×120 - 0.7684 - 0.7684 - 0.7692 - 0.7754 - 0.8009 - 0.8855 200×200 - 0.1622 - 0.1623 - 0.1632 - 0.1699 - 0.1970 - 0.2886 400×400 - 0.0305 - 0.0306 - 0.0315 - 0.0383 - 0.0656 - 0.1578 600×600 - 0.0129 - 0.0129 - 0.0439 - 0.0206 - 0.0479 - 0.1402 800×800 - 0.0071 - 0.0072 - 0.0081 - 0.0149 - 0.0422 - 0.1345 Sè liÖu trong çc b¶ng trªn cho thÊy: - Sai sè δζ t¨ng khi chiÒu dµi c¹nh « chuÈn t¨ng lªn vµ møc ®é phøc t¹p cña träng tr−êng t¨ng. NÕu xÐt kÜ h¬n, ta sÏ nhËn ra r»ng: sai sè nµy t¨ng rÊt chËm, thËm chÝ lµ gÇn nh− kh«ng t¨ng khi chiÒu dµi c¹nh « chuÈn t¨ng ®Õn d−íi 10 km. ChØ khi chiÒu dµi « chuÈn t¨ng trªn 10km th× δζ míi t¨ng râ rÖt. §iÒu nµy cã nghÜa lµ kh«ng cÇn gi¶m chiÒu dµi c¹nh « chuÈn xuèng d−íi 5 km ë vïng dÞ th−êng träng lùc biÕn ®æi t−¬ng ®èi m¹nh (m« h×nh 2) vµ xuèng d−íi 10 km ë vïng dÞ th−êng träng lùc biÕn ®æi nhÑ (m« h×nh 1). - Sai sè δζ gi¶m nhanh khi b¸n kÝnh vïng lÊy tÝch ph©n t¨ng tíi cì 200km, sau ®ã møc ®é gi¶m sÏ chËm l¹i. §iÒu nµy cã nghÜa lµ nªn ®¶m b¶o cho vïng cÇn ®o träng lùc cã b¸n kÝnh kh«ng nhá h¬n 200 km xung quanh mçi ®iÓm xÐt. Yªu cÇu nµy cã thÓ t¨ng lªn ë vïng cã träng tr−êng phøc t¹p. Cô thÓ, nÕu muèn δζ cã trÞ sè cì 0.01 - 0.02m th× ph¶i ®o träng lùc trong b¸n kÝnh kh«ng nhá h¬n 300km víi mËt ®é trong mçi « chuÈn kÝch th−íc 5km×5km cã 1 ®iÓm träng lùc ë vïng dÞ th−êng träng lùc biÕn ®æi t−¬ng ®èi m¹nh, cßn ë vïng dÞ th−êng träng lùc Ýt biÕn ®æi cÇn ®o träng lùc trong ph¹m vi b¸n kÝnh kh«ng nhá h¬n 200km víi mËt ®é 1 ®iÓm cho mçi « chuÈn cã kÝch th−íc 10km×10km. Chóng t«i ®· xÐt yªu cÇu ®èi víi ®é chÝnh x¸c cña b¶n th©n gi¸ trÞ dÞ th−êng träng lùc ®−îc cho t¹i t©m « chuÈn.. Khi ®ã víi δg = 3.8mgal ®· nhËn ®−îc cho « chuÈn cã kÝch th−íc 9km×9km ë vïng ®ång b»ng vµ trung du n−íc ta vµ δg =2.5mgal cho « chuÈn kÝch th−íc 5km×5km ta sÏ cã m =20%.δg = 0.76mgal vµ 0.5mgal. Ta h·y chÊp nhËn yªu cÇu cao h¬n lµ m =0.5mgal

®Ó cã ®é an toµn dù phßng cÇn thiÕt. Nh÷ng ng−êi lµm c«ng t¸c ®o träng lùc hiÓu r»ng yªu cÇu nh− thÕ lµ kh«ng khã thùc hiÖn ®èi víi thùc tÕ s¶n xuÊt. 1.3. Kh¶o s¸t mét vµi ph−¬ng ph¸p chÝnh cho viÖc tÝnh dÞ th−êng ®é cao theo sè liÖu träng lùc Khi tÝnh dÞ th−êng ®é cao theo sè liÖu träng lùc, kÕt qu¶ chÝnh x¸c nhÊt sÏ ®¹t ®−îc nhê ph−¬ng ph¸p kÕt hîp do Molodenski M.S. ®Ò xuÊt trong ®ã ¶nh h−ëng cña dÞ th−êng träng lùc ë vïng xa x¸c ®Þnh theo çc hÖ sè triÓn khai ®iÒu hßa cô thÓ träng tr−êng Tr¸i ®Êt, cßn ¶nh h−ëng cña vïng gÇn trùc tiÕp bao quanh ®iÓm xÐt ®−îc tÝnh b»ng tÝch ph©n sè th«ng qua dÞ th−êng träng lùc ®−îc trung b×nh hãa theo çc « chuÈn. Çc ph−¬ng ¸n chÝnh cña phÐp gi¶i kÕt hîp ®−îc Eremeev V.F. vµ Yurkina M.I., Ostach O.M., Brovar V.V. ®−a ra. Çc tµi liÖu ph©n tÝch kÕt qu¶ dÞ th−êng ®é cao träng lùc cho thÊy lµ hiÖn nay ®é chÝnh x¸c x¸c ®Þnh ®¹i l−îng nµy bÞ h¹n chÕ chñ yÕu bëi sai sè cña çc th«ng sè cña m« h×nh träng tr−êng toµn cÇu. Song sù biÕn ®æi ¶nh h−ëng sai sè cña çc th«ng sè m« h×nh träng tr−êng toµn cÇu mang tÝnh chÊt ®¬n ®iÖu vµ khi kho¶ng çch gi÷a çc ®iÓm n»m trong kho¶ng 100-150 km th× ¶nh h−ëng ®ã hÇu nh− bÞ lo¹i trõ nhê viÖc néi suy tõ çc “®iÓm cøng”. ChÝnh v× vËy, trªn thùc tÕ bµi to¸n tÝnh ¶nh h−ëng cña vïng gÇn th−êng ®−îc quan t©m réng r·i. Mét kÜ thuËt hay thñ thuËt th−êng ®−îc ¸p dông cã hiÖu qu¶ lµ kÜ thuËt remove-compute-restore (lo¹i ra – tÝnh - råi hoµn tr¶ l¹i). KÜ thuËt nµy cã thÓ ®−îc triÓn khai mét sè ph−¬ng ¸n kh¸c nhau nhu: ph−¬ng ¸n sö dông phÐp biÕn ®æi Fourier, ph−¬ng ¸n sö dông collocation, ph−¬ng ¸n sö dông dÞ th−êng träng lùc víi sè hiÖu chØnh ®Þa h×nh kh«ng ®Çy ®ñ . Sau ®©y ta sÏ kh¶o s¸t kü h¬n vÒ hai ph−¬ng ph¸p tÝnh dÞ th−êng ®é cao theo sè liÖu dÞ th−êng träng lùc, ®ã lµ ph−¬ng ph¸p truyÒn thèng trªn c¬ së sö dông tÝch ph©n Stokes vµ ph−¬ng ph¸p collocation th«ng qua hµm hiÖp ph−¬ng sai dÞ th−êng träng lùc. 1. Ph−¬ng ph¸p sö dông tÝch ph©n Stokes Ph−¬ng ph¸p nµy th−êng ®−îc triÓn khai th«ng qua tÝch ph©n sè. B©y giê ta sÏ sö dông m« h×nh träng tr−êng phøc t¹p gåm 441 nguån nhiÔu ë d¹ng chÊt ®iÓm víi khèi l−îng, ®é s©u vµ täa ®é ®−îc cho cô thÓ. Çc c«ng thøc cã liªn quan ®Õn m« h×nh ®· ®−îc nªu ë phÇn tr−íc. Çc gi¸ trÞ dÞ th−êng träng lùc vµ dÞ th−êng ®é cao ®−îc tÝnh cho 16081 m¾t l−íi çch ®Òu nhau 2km tr¶i réng trªn vïng cã kÝch th−íc 800kmx800km. M« h×nh träng tr−êng ®ang xÐt cã gi¸ trÞ dÞ th−êng träng lùc lín nhÊt b»ng 174.75 mgal, nhá nhÊt b»ng -193.03mgal; DÞ th−êng ®é cao lín nhÊt b»ng 3,65m, nhá nhÊt b»ng -4.08m. Víi çc sè liÖu ®Æc tr−ng nãi trªn, m« h×nh nµy t−¬ng øng víi tr−êng träng lùc ë vïng trung du vµ vïng nói n−íc ta. Gi¸ trÞ dÞ th−êng ®é cao tÝnh theo tÝch ph©n sè trªn c¬ së c«ng thøc Stokes ®−îc cho t¹i 9 ®iÓm xÐt trong ®ã cã xÐt çc « chuÈn víi kÝch th−íc kh¸c nhau lµ 5kmx5km, 10kmx10km, 20kmx20km vµ vïng xÐt víi ®é réng thay ®æi tõ 140kmx140km, 240kmx240km ®Õn 300kmx300km. KÕt qu¶ tÝnh tãan cho tr−êng hîp « chuÈn 10kmx10km ®−îc cho trong b¶ng sau :

Gi¸ trÞ dÞ th−êng ®é cao Täa ®é ®iÓm xÐt x(km) -14 -14 -14 0 0 0 14 14 14

y(km) -14 0 14 -14 0 14 -14 0 14

Saisè trung ph−¬ng

TÝnh theo c«ng thøc Stokes « chuÈn 10kmx10km 140km 240km 300km x140km x240km x300km 1.898m 2.252m 2.467m 1.907 2.310 2.529 1.770 2.173 2.452 1.953 2.288 2.487 2.042 2.425 2.638 1.867 2.243 2.518 1.783 2.123 2.298 1.830 2.214 2.408 1.704 2.084 2.344 0.802 m 0.429 m 0.210 m

TÝnh theo collocation « chuÈn 10kmx10km 140km 240km 300km x140km x240km x300km 2.359m 2.472m 2.573m 2.325 2.430 2.569 2.134 2.183 2.401 2.227 2.444 2.451 2.216 2.466 2.446 2.008 2.201 2.253 2.017 2.119 2.185 1.968 2.071 2.147 1.706 1.813 1.010 0.577 m 0.443 m 0.374 m

Sai sè trung ph−¬ng cña gi¸ trÞ dÞ th−êng ®é cao ®−îc x¸c ®Þnh trªn c¬ së so s¸nh gi¸ trÞ tÝnh ®−îc víi çc gi¸ trÞ t−¬ng øng nhËn ®−îc theo c«ng thøc cña m« h×nh. 2. Ph−¬ng ph¸p collocation DÞ th−êng ®é cao t¹i ®iÓm P ®−îc x¸c ®Þnh qua çc gi¸ trÞ dÞ th−êng träng lùc ®· cho trong vòng xÐt bao quanh P theo ph−¬ng ph¸p collocation nhê çc c«ng thøc sau:

ζp = Cpi C-1ij∆g

trong ®ã Cpi (i=1,2,...,n) lµ ma trËn hiÖp ph−¬ng sai hçn hîp cña dÞ th−êng ®é cao- dÞ th−êng träng lùc gi÷a ®iÓm xÐt P vµ çc ®iÓm ch¹y i; Cij lµ ma trËn hiÖp ph−¬ng sai cña dÞ th−êng träng lùc gi÷a çc ®iÓm ch¹y ; ∆g lµ ma trËn gi¸ trÞ dÞ th−êng träng lùc t¹i çc ®iÓm ch¹y. §Ó triÓn khai tÝnh to¸n, chóng t«i còng sö dông m« h×nh träng tr−êng ®· cho ë môc tr−íc. VÊn ®Ò cÇn gi¶i quyÕt lµ ph¶i cã ®−îc çc hµm hiÖp ph−¬ng sai cña dÞ th−êng träng lùc vµ hµm hiÖp ph−¬ng hçn hîp dÞ th−êng ®é cao- dÞ th−êng träng lùc. Víi môc ®Ých nµy chóng t«i ®· tiÕn hµnh x¸c ®Þnh çc gi¸ trÞ hiÖp ph−¬ng sai thùc nghiÖm cho mçi lo¹i råi lùa chän çc hµm hiÖp ph−¬ng sai t−¬ng øng. §· xÐt mét sè m« h×nh hiÖp ph−¬ng sai phæ biÕn nh− sau: m« h×nh Hirvonen, m« h×nh Kaula, m« h×nh cosin-mò, m« h×nh Markov bËc ba. Trong çc c«ng thøc trªn D∆g lµ ph−¬ng sai dÞ th−êng träng lùc; L lµ b¸n kÝnh ®Æc tr−ng; α lµ tham sè bæ sung; S lµ kho¶ng çch gi÷a çc ®iÓm xÐt.

Gi¸ trÞ cña çc tham sè cña çc m« h×nh cô thÓ ®−îc chóng t«i x¸c ®Þnh t−¬ng øng víi m« h×nh träng tr−êng ®· nªu ë trªn. Víi çc hµm hiÖp ph−¬ng sai dÞ th−êng träng lùc vµ hiÖp ph−¬ng sai dÞ th−êng ®é cao- dÞ th−êng träng lùc cã çc tham sè ®· nªu chóng t«i ®· tiÕn hµnh tÝnh dÞ th−êng ®é cao b»ng ph−¬ng ph¸p collocation cho çc tr−êng hîp kh¸c nhau cña kÝch th−íc « chuÈn còng nh− ®é réng vïng tÝnh. KÕt qu¶ tÝnh tãan víi çc ph−¬ng ¸n sö dông hµm hiÖp ph−¬ng sai kh¸c nhau cho thÊy lµ ph−¬ng ¸n sö dông m« h×nh Kaula cho hµm hiÖp ph−¬ng sai dÞ th−êng träng lùc vµ m« h×nh Hirvonen cho hµm hiÖp ph−¬ng sai dÞ th−êng ®é cao- dÞ th−êng träng lùc lµ tèt nhÊt. Sè liÖu tÝnh tãan cô thÓ ®−îc nªu trong cïng b¶ng víi kÕt qu¶ tÝnh theo ph−¬ng ph¸p Stokes. 3. NhËn xÐt, so s¸nh çc ph−¬ng ph¸p tÝnh dÞ th−êng ®é cao theo sè liÖu träng lùc - Víi m« h×nh träng tr−êng cã ®é phøc t¹p t−¬ng øng víi vïng trung du vµ vïng nói n−íc ta, kÕt qu¶ tÝnh dÞ th−êng ®é cao theo c¶ hai ph−¬ng ph¸p (c«ng thøc Stokes vµ collocation) ®Òu cho thÊy quy luËt chung lµ: møc ®é ¶nh h−ëng kh¸c biÖt gi÷a kÝch th−íc « chuÈn kh¸c nhau trong ph¹m vi tíi 10km lµ kh«ng ®¸ng kÓ, trong khi ®é réng vïng xÐt l¹i lµ yÕu tè ¶nh h−ëng rÊt m¹nh ®Õn ®é chÝnh x¸c cña dÞ th−êng ®é cao; Cã thÓ thÊy ngay lµ b¸n kÝnh cña vïng gÇn trong ®ã cÇn cã sè liÖu träng lùc ph¶i ®¹t tíi cì kh«ng nhá h¬n 150km. - Ph−¬ng ph¸p sö dông c«ng thøc tÝch ph©n cña Stokes cho kÕt qu¶ tÝnh dÞ th−êng ®é cao víi ®é chÝnh x¸c xÊp xØ so víi ph−¬ng ph¸p collocation khi b¸n kÝnh vïng tÝnh ®¹t kho¶ng 120km. Nh−ng ph−¬ng ph¸p tÝch ph©n Stokes cho ®é chÝnh x¸c cao h¬n khi b¸n kÝnh vïng tÝnh t¨ng tíi cì 150km. §iÒu nµy còng cã nghÜa lµ kh«ng nªn dïng ph−¬ng ph¸p collocation khi vïng xÐt cã b¸n kÝnh lín. §©y còng cã thÓ xem lµ mét h¹n chÕ n÷a cña ph−¬ng ph¸p nµy. Ngoµi ra cßn ph¶i tÝnh ®Õn nh÷ng trë ng¹i nhÊt ®Þnh vÒ mÆt tÝnh tãan khi kÝch cì cña ma trËn hiÖp ph−¬ng sai cã thÓ trë nªn rÊt lín, ch¼ng h¹n, trong tr−êng hîp « chuÈn cã kÝch cì 5kmx5km, cßn vïng tÝnh më réng tíi 1000kmx1000km. 1.4. X¸c ®Þnh gi¸n tiÕp theo çc ph−¬ng ph¸p néi suy Trªn thùc tÕ kh«ng nhÊt thiÕt tÊt c¶ çc ®iÓm xÐt ph¶i cã dÞ th−êng ®é cao ®−îc x¸c ®Þnh trùc tiÕp theo sè liÖu träng lùc hoÆc trªn c¬ së ®ång thêi sö dông sè liÖu ®o GPS vµ sè liÖu ®o thñy chuÈn cã kÕt hîp sè liÖu träng lùc däc tuyÕn ®o thñy chuÈn. Çc ®iÓm cã dÞ th−êng ®é cao nh− thÕ ®−îc gäi lµ çc ‘’®iÓm cøng” ( xem môc 1.2) . Tõ mét sè ‘’®iÓm cøng” dÞ th−êng ®é cao ζ hay (H-hγ) sÏ ®−îc néi suy cho ®iÓm xÐt bÊt k× cã çc ‘’®iÓm cøng” bao quanh. Chóng t«i sö dông m« h×nh träng tr−êng vµ sö dông mét sè ph−¬ng ph¸p néi suy kh¸c nhau ®· ®−îc c«ng bè vµ sö dông nhiÒu trong thùc tÕ ë trong vµ ngoµi n−íc, ®ã lµ: néi suy tuyÕn tÝnh (®a thøc bËc nhÊt), néi suy theo ®a thøc bËc hai, néi suy kriging, néi suy collocation, néi suy spline. §Ó kh¶o s¸t çc ph−¬ng ph¸p néi suy ®−îc tr×nh bµy ë trªn, chóng t«i ®· sö dông 3 m« h×nh trong tr−êng ®−îc t¹o bëi çc nguån nhiÔu ®a d¹ng t−¬ng øng víi møc ®é phøc t¹p kh¸c nhau cña tr−êng dÞ th−êng ®é cao trong thùc tÕ.

M« h×nh sè 1: Sè l−îng nguån nhiÔu : 36 ; ζMax = 6,277 m ; ζMin = - 7,025 m ; ζTB = 1,244 m . M« h×nh sè 2: Sè l−îng nguån nhiÔu : 36 ; ζMax = 5,411 m ; ζMin = - 4,900 m ; ζTB = 0,433 m . M« h×nh sè 3: Sè l−îng nguån nhiÔu : 121 ; ζMax = 10,339 m ; ζMin = - 10,489 m ; ζTB = - 2,910 m . Trªn mçi m« h×nh ®Òu kh¶o s¸t c¶ 5 ph−¬ng ph¸p néi suy ®· nªu. Kho¶ng çch gi÷a çc “®iÓm cøng” ®−îc lÊy lÇn l−ît b»ng 5 km, 10km, 15km, 20km. Khu vùc xÐt tr¶i réng mçi chiÒu 120km. §é chÝnh x¸c cña kÕt qu¶ néi suy dÞ th−êng ®é cao øng víi mçi ph−¬ng ph¸p ®−îc thÓ hiÖn qua çc ®¹i l−îng sau : mmax = |∆ζj|max; mmin = |∆ζj|min n

mtb =

∑ ∆ζ j =1

∑ (∆ζ ) n

; mtb =

j =1

n lµ sè l−îng ®iÓm ®−îc néi suy; ∆ζ lµ hiÖu gi÷a gi¸ trÞ dÞ th−êng ®é cao nhËn ®−îc th«ng qua néi suy vµ gi¸ trÞ dÞ th−êng ®é cao chÝnh x¸c tÝnh theo çc c«ng thøc cho tr−íc cña m« h×nh träng tr−êng. KÕt qu¶ ®¸nh gi¸ sai sè cho tõng ph−¬ng ph¸p néi suy ë çc kho¶ng çch kh¸c nhau gi÷a çc “®iÓm cøng” cho thÊy: -Sai sè néi suy trung ph−¬ng cã trÞ sè lín h¬n sai sè néi suy trung b×nh. Do vËy, sau ®©y ta sÏ chØ xÐt ®Õn sai sè néi suy trung ph−¬ng. - Ph−¬ng ph¸p néi suy ®a thøc víi 6 tham sè cho sai sè néi suy tíi hµng mÐt, tøc lµ qu¸ lín so víi çc ph−¬ng ph¸p kh¸c. - Trong çc ph−¬ng ph¸p cßn l¹i th× ph−¬ng ph¸p collocation cho kÕt qu¶ néi suy tèt nhÊt, råi ®Õn ph−¬ng ph¸p spline vµ cuèi cïng lµ ph−¬ng ph¸p kriging. §iÒu nµy thÓ hiÖn rÊt râ ë çc kho¶ng çch néi suy kh«ng lín. - Sai sè néi suy phô thuéc rÊt m¹nh vµo kho¶ng çch néi suy. Ch¼ng h¹n víi ph−¬ng ph¸p collocation, khi kho¶ng çch néi suy t¨ng 2 lÇn th× sai sè néi suy cã thÓ t¨ng tíi cì 10 lÇn. - Sai sè néi suy thay ®æi tïy thuéc vµo møc ®é phøc t¹p cña m« h×nh. ë kho¶ng çch cì 5 km sai sè néi suy trªn c¶ 3 m« h×nh kh«ng v−ît qu¸ 0,01 m. Nh−ng ë kho¶ng çch tíi 10 km sai sè néi suy trªn 2 m« h×nh víi møc ®é phøc t¹p võa ph¶i (m« h×nh 1 vµ m« h×nh 2), ®¹t cì 0,03 - 0,04 m, cßn ë m« h×nh phøc t¹p h¬n (m« h×nh 3) - tíi 0,11 m. ë kho¶ng çch tíi 15 km, çc gi¸ trÞ sai sè néi suy t−¬ng øng b»ng 0,16 m ; 0,11 m vµ 0,27 m.

3.2.2 Kh¶o s¸t dùa trªn sè liÖu thùc tÕ Nh− ®· thÊy ë trªn, trong phÇn kh¶o s¸t trªn m« h×nh, ph−¬ng ph¸p néi suy collocation cho kÕt qu¶ tèt nhÊt. Sau ®©y ta sÏ xÐt thªm vÒ ph−¬ng ph¸p nµy trªn c¬ së sö dông hµm hiÖp ph−¬ng sai ®−îc rót ra tõ sè liÖu träng lùc thùc tÕ ë ViÖt Nam. 1. X¸c ®Þnh hµm hiÖp ph−¬ng sai dÞ th−êng träng lùc ë ViÖt Nam L·nh thæ ViÖt Nam ®−îc chóng t«i chia ra 9 vïng víi ®é vÜ, ®é kinh vµ sè l−îng ®iÓm träng lùc cô thÓ. Ngoµi ra cßn xÐt riªng vïng ®ång b»ng B¾c bé vµ thªm vïng VÞnh B¾c bé. Çc ®iÓm träng lùc ®−îc sö dông cã gi¸ trÞ to¹ ®é ®−îc tÝnh chuyÓn tõ hÖ HN-72 vÒ hÖ VN-2000. Çc gi¸ trÞ dÞ th−êng träng lùc ®−îc sö dông lµ dÞ th−êng Bouguer víi gi¸ trÞ träng lùc b×nh th−êng ®· ®−îc tÝnh chuyÓn tõ c«ng thøc Helmert (1901-1909) vÒ c«ng thøc øng víi hÖ to¹ ®é WGS-84. Sö dông çc gi¸ trÞ dÞ th−êng träng lùc thùc tÕ, theo çch lµm ®· tr×nh bµy ë phÇn 2, chóng t«i nhËn ®−îc çc th«ng sè cña m« h×nh hµm hiÖp ph−¬ng sai dÞ th−êng träng lùc Bouguer cho çc vïng cô thÓ ë n−íc ta.

2. Néi suy dÞ th−êng ®é cao b»ng ph−¬ng ph¸p collocation kh«ng dïng ®Õn sè liÖu träng lùc Gi¶ sö c¸c “®iÓm cøng” n»m ë bèn ®Ønh cña « vu«ng víi c¹nh S cã c¸c gi¸ trÞ dÞ th−êng ®é cao ®· biÕt lµ ζ1, ζ2, ζ3 vµ ζ4. Khi ®ã dÞ th−êng ®é cao t¹i ®iÓm xÐt tuú ý j sÏ ®−îc x¸c ®Þnh b»ng ph−¬ng ph¸p néi suy theo c«ng thøc: ζ j = Cζ ζ C ζ−1ζ ζ . j

Ph−¬ng sai cña sai sè néi suy t−¬ng øng b»ng :

σzζj = Dζ - Cζj ζ C-1ζS CTζjζ ;

Dζ =

3D∆g L2 2γ 2

Trong çc biÓu thøc trªn D∆g lµ ph−¬ng sai cña dÞ th−êng träng lùc; L lµ b¸n kÝnh ®Æc tr−ng; γ lµ gi¸ trÞ träng lùc chuÈn. §Ó thùc hiÖn tÝnh toµn cô thÓ, chóng t«i ®· sö dông çc th«ng sè D∆g vµ L ®−îc rót ra theo sè liÖu träng s lùc thùc tÕ nh− ®· nªu ë môc tr−íc. Kho¶ng çch S gi÷a çc “®iÓm cøng” ®−îc lÊy lÇn l−ît b»ng 25km, 50km, 75km, 100km, 150km vµ 200km. Sè liÖu tÝnh to¸n cô thÓ ®−îc cho trong b¶ng sau: S(km) Vïng xÐt T©y b¾c B¾c bé D∆g = 1037 mgal2

Sai sè néi suy dÞ th−êng ®é cao 25 50 75 0,07m

0,23m

0,44m

100 0,68m

L = 55,6 km §«ng b»ng B¾c bé D∆g = 146,9 mgal2 L = 10,4 km Trung bé D∆g = 370,8 mgal2 L = 17,8 km Nam bé D∆g = 91,2 mgal2 L = 43,0 km

0,07

0,14

0,16

0,09

0,23

0,34

0,40

0,02

0,08

0,15

0,22

Sè liÖu trong b¶ng trªn cho thÊy lµ khi “®iÓm cøng” ®−îc bè trÝ çch ®Òu nhau víi kho¶ng çch lµ 25km th× ta cã thÓ néi suy dÞ th−êng ®é cao b»ng ph−¬ng ph¸p collocation víi sai sè tèi ®a lµ 0,07m ë B¾c bé; 0,09m ë Trung bé vµ 0,02m ë Nam bé. 3. Néi suy dÞ th−êng ®é cao b»ng ph−¬ng ph¸p tuyÕn tÝnh cã dïng ®Õn sè liÖu träng lùc DÞ th−êng ®é cao träng lùc, nh− ®· nãi, lµ do dÞ th−êng träng lùc trong vïng gÇn trùc tiÕp bao quanh ®iÓm xÐt vµ dÞ th−êng träng lùc trong vïng xa lµ phÇn cßn l¹i cña bÒ mÆt Tr¸i ®Êt g©y ra. Thµnh phÇn do vïng gÇn g©y ra th−êng biÕn ®æi m¹nh va kh«ng ®Òu ®Æn gi÷a çc ®iÓm, vµ v× thÕ nã th−êng cã sai sè lín khi ®−îc néi suy, nhÊt lµ ë khu vùc cã tr−ßng träng lùc phøc t¹p. Râ rµng lµ ®Ó n©ng cao ®é chÝnh x¸c néi suy dÞ th−êng ®é cao, cÇn tÝnh ®Õn ¶nh h−ëng nµy, cô thÓ lµ cÇn lo¹i bá ¶nh h−ëng cña dÞ th−êng träng lùc trong vïng gÇn ra khái çc gi¸ trÞ dÞ th−êng ®é cao ®−îc ®em néi suy. Thµnh phÇn dÞ th−êng ®é cao cßn l¹i t−¬ng øng sÏ biÕn ®æi ®Òu ®Æn h¬n, vµ khi ®ã ta cã thÓ sö dông çc ph−¬ng ph¸p néi suy phï hîp, thËm chÝ ®¬n gi¶n h¬n mµ vÉn ®¹t yªu cÇu mong muèn. §−¬ng nhiªn, ta sÏ ph¶i bï tr¶ l¹i cho gi¸ trÞ néi suy phÇn ¶nh h−ëng cña vïng gÇn ®· bÞ lo¹i ra tr−íc ®ã tøc lµ ë ®©y l¹i ¸p dông kÜ thuËt remove-compute-restore ®· cã dÞp ®Ò cËp ë môc 3.1.3. Gi¶ sö cã hai ®iÓm ®é cao c¬ së A, B t¹i ®ã ®· biÕt ®é cao geoid lµ ζA vµ ζB ë çch nhau mét kho¶ng b»ng ψAB ; i lµ ®iÓm cÇn ®−îc néi suy ®é cao geoid tõ çc ®iÓm c¬ së, n»m çch A mét kho¶ng lµ ψAi. Ta cßn cho r»ng trong ph¹m vi b¸n kÝnh ψ0 xung quanh mçi ®iÓm xÐt cã sè liÖu träng lùc ë d¹ng çc gi¸ trÞ dÞ th−êng träng lùc. §é cao geoid ζ cã thÓ ®−îc biÓu diÔn nh− sau: ζ = ζ1 + ζ2,, trong ®ã ζ1 lµ thµnh phÇn do dÞ th−êng träng lùc trong vïng ∑1 víi b¸n kÝnh ψ0 g©y ra, ζ2 lµ thµnh phÇn do dÞ th−êng träng lùc trong vïng ∑2 cßn l¹i trªn bÒ mÆt Tr¸i ®Êt g©y ra. §é cao geoid ζi t¹i ®iÓm i cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh b»ng çch néi suy tuyÕn tÝnh tõ A, B theo c«ng thøc sau: ~ ζ1 = ζi + ζ 2i ;

ψ ~ ζ 2i = [(ζ B − ζ 1B ) − (ζ A − ζ 1A )]. Ai ψ AB

HiÖu sè gi÷a gi¸ trÞ ζi2 vµ ζ 2i lµ ®¹i l−îng ®Æc tr−ng cho sai sè néi suy ®é cao geoid t¹i ®iÓm i. Gi¸ trÞ trung ph−¬ng cña ®¹i l−îng nµy ®−îc ®¸nh gi¸ theo c«ng thøc:

{( )}

R2 ~ M ζ 2i = 2

⎧∞ 2 2 2 ⎫ n Q ( 1 ) ( ) − ψ ∑ 0 ⎨∑ ( ∆C nm + S nm ) ⎬ × n n=2 ⎩m = 0 ⎭ ∞

⎧ ψ ⎛ ψ × ⎨1 − Ai ⎜⎜1 − Ai ⎩ ψ ∆B ⎝ ψ ∆B

⎫ ⎞ ψ ⎟⎟ Pn (cosψ Ai ) − Ai Pn (cosψ Bi )⎬ ψ AB ⎠ ⎭

⎞ ⎛ ψ ⎟⎟[1 − Pn (cosψ AB ] − ⎜⎜1 − Ai ⎠ ⎝ ψ ∆B

Trong (3.60) ∆Cm, Snm lµ c¸c hÖ sè ®iÒu hßa chuÈn hãa bËc n cÊp m cña thÕ träng tr−êng Tr¸i ®Êt; Pn lµ ®a thøc Legendrc bËc n; Qn (ψ O ) lµ hµm sè chÆn bËc n. QO (ψ O ) =

∫ [S (ψ ) − S (ψ )].P (cosψ ) sinψ dψ o

ψo

§Ó tÝnh tãan thùc nghiÖm, chóng t«i ®· sö dông c¸c gi¸ trÞ hÖ sè ®iÒu hßa cña thÕ träng tr−êng Tr¸i ®Êt theo m« h×nh RAPP-81 víi c«ng thøc nªu trªn cho 2 c¸c gi¸ trÞ ψ0, ψAB, ψAi kh¸c nhau. KÕt qu¶ tÝnh tãan cho thÊy M (ζ 2i ) cã gi¸ trÞ lín nhÊt khi i n»m chÝnh gi÷a ®o¹n AB. Sau ®©y chóng t«i chØ nªu kÕt qu¶ tÝnh

{ }

tãan cho ®iÓm nµy. KÝ hiÖu mζ = M (ζ 2i ) , ta cã: 2

i 2

ψΑΒ ψ0

00 20 40

0.64m 0.05 0.03

1.14m 0.14 0.09

1.55m 0.27 0.17

1.91m 0.44 0.27

2.22m 0.64 0.41

60 2.50m 0.88 0.56

BiÓu diÔn c¸c gi¸ trÞ mζ trong b¶ng lªn ®å thÞ, cã thÓ nhËn thÊy lµ khi ψAB i 2

= 0.50 th× sai sè mζ ≤ 0.02m, nÕu ψ0 = 20. §iÒu nµy cã nghÜa lµ khi cã ®−îc sè i 2

liÖu träng lùc trong ph¹m vi b¸n kÝnh cì 200km xung quanh mçi ®iÓm xÐt, ta cã thÓ néi suy ®é cao geoid tõ hai ®iÓm c¸ch nhau kho¶ng 55km víi sai sè kh«ng v−ît qu¸ 0.02m. §Ó cã ®−îc gi¸ trÞ ®é cao geoid ζi, ta cßn ph¶i tÝnh ζi1 th«ng qua sè liÖu dÞ th−êng träng lùc trong vïng n1 víi b¸n kÝnh ψ0 (dïng c«ng thøc Stokes). T−¬ng øng, ta ph¶i tÝnh ®Õn sai sè mζ §¹i l−îng nµy ®· ®−îc chóng t«i ®¸nh gi¸ cã trÞ i 1

sè kh«ng v−ît qu¸ 0.03m, nÕu ψ0 ≈ 200km vµ mËt ®é ®iÓm träng lùc trong ®ã ®−îc b¶o ®¶m lµ 1 ®iÓm/100km2. B©y giê ta cã thÓ viÕt: mζ = mζ2 i + mζ2~ i 1

ChÊp nhËn mζ ≤ 0.03m, mζ~ ≤ 0.02m, ta sÏ cã mζ ≤ 0.04m. i 1

i 2

(m) ψ0 = 20

0.30 0.25

ψ0 = 40

0.20 0.15 0.10 0.05

ψ0AB 1

Nh− vËy, nÕu cã ®−îc c¸c ®iÓm träng lùc víi mËt ®é 1 ®iÓm/100km2 trong ph¹m vi b¸n kÝnh cì 200km xung quanh ®iÓm xÐt, ta cã thÓ nhËn ®−îc gi¸ trÞ dÞ th−êng ®é cao néi suy tõ hai ®iÓm c¸ch nhau tíi 50-60km víi sai sè kh«ng v−ît qu¸ 0.04m.

2. Yêu cầu đối với mô hình trọng trường ¶nh h−ëng cña c¸c hÖ sè ®iÒu hßa cña thÕ träng tr−êng Tr¸i ®Êt ta cã thÓ vËn dông kÕt qu¶ ®¸nh gi¸ cho hiÖu ®é lÖch d©y däi mµ chóng t«i ®· c«ng bè, theo ®ã m∆θ2 = 0”10 øng víi kho¶ng c¸ch gi÷a hai ®iÓm xÐt b»ng L = 500km. T−¬ng øng ta cã: m∆ζ 2 = m∆θ 2

0"10.500.10 3 m = 0,25m . 2".10 5

§iÒu nµy cã nghÜa lµ sai sè do ¶nh h−ëng cña m« h×nh träng tr−êng ®Õn kÕt qu¶ x¸c ®Þnh hiÖu dÞ th−êng ®é cao träng lùc gi÷a hai ®iÓm c¸ch nhau 500 km sÔ n»m trong kho¶ng 0.2 - 0.3 m.

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ -------------***-------------

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA H ỌC CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP HỆ THỐNG ĐỘ CAO CHUẨN THỐNG NHẤT CHO CẢ LÃNH THỔ VÀ LÃNH HẢI VIỆT NAM TRÊN CƠ SỞ KHÔNG SỬ DỤNG MẶT NƯỚC BIỂN TRUNG BÌNH

Chủ nhiệm đề tài GS.TSKH. Phạm Hoàng Lân

CHUYÊN ĐỀ: XÂY DỰNG CÁC THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH TÍNH DỊ THƯỜNG ĐỘ CAO THEO SỐ LIỆU TRỌNG LỰC

Hà nội, 12 – 2009

XÂY DỰNG THUẬT TOÁN TÍNH DỊ THƯỜNG ĐỘ CAO THEO SỐ LIỆU TRỌNG LỰC

1. Cơ sở lí thuyết 1.1. Lựa chọn phương pháp Dị thường độ cao trọng lực chính là khoảng chênh tính theo pháp tuyến với ellipsoid chuẩn giữa các mặt đẳng thế thực WM đi qua điểm xét M trên mặt đất và mặt đẳng thế chuẩn UN đi qua điểm N mà WM = UN. Đại lượng này được xác định theo thể nhiễu T thông qua định lí Bruns như sau : ζM =

(1)

∂T 2T − ∂r r

(2)

Kết quả giải phương trình vi phân (2) chính là công thức Molodenski : ζ ( B , L, h γ ) = G1 =

R2 2π

R 4πγ

∫∫ω ( ∆g + G ) S (ψ ) dω ; 1

hγ − hPγ ∫∫ω ro3 ∆g dω .

(3) (4)

Ở vùng địa hình không phức tạp người ta thường không tính đến thành phần G1 và sử dụng công thức Stokes: ζ ( B , L, h

)

R = 4π

π 2π

∫ ∫ ∆g S (ψ ) sin (ψ ) dψ dA ,

(5)

o o

trong đó ψ là khoảng cách cầu và A là phương vị của hướng từ điểm xét đến điểm chạy.

Việc xác định ζ theo (3) hoặc (5) được gọi là phương pháp sử dụng các công thức tích phân. Công thức (5) đòi hỏi phải biết ∆g ở dạng hàm liên tục trên toàn bộ bề mặt Trái đất. Trên thực tế không thể đo trọng lực tại mọi điểm chi tiết trên qui mô toàn Trái đất, cho nên người ta buộc phải sử dụng phương pháp tích phân số, theo đó bề mặt lấy tích phân được chia thành các ô nhỏ, trong mỗi ô lại có một giá trị dị thường trọng lực và phép tích phân liên tục được thay bằng phép cộng hữu hạn. Mặt khác, để hạn chế giới hạn lấy tổng ở mức hợp lí và do ảnh hưởng của dị thường trọng lực giảm dần (tỉ lệ nghịch) theo khoảng cách từ điểm xét đến điểm chạy, nên người ta chỉ áp dụng lấy tích phân số đối với vùng trực tiếp bao quanh điểm xét và gọi đó là vùng trong (hay vùng gần), còn ảnh hưởng của toàn bộ phần còn lại của bề mặt Trái đất với tên gọi là vùng ngoài (hay vùng xa) sẽ được xác định thông qua các hệ số điều hoà của mô hình triển khai trọng trường Trái đất tới bậc nmax nào đó. Vùng gần cần có số liệu trọng lực chi tiết với mật độ và độ rộng cần thiết. Song, không ít trường hợp các điểm trọng lực không thể có được đều khắp trong toàn bộ vùng gần, do vậy cần phải tiến hành nội suy, kể cả ngoại suy hay nói chung là suy giải các giá trị dị thường trọng lực. Tương ứng, cần đặt ra bài toán đánh giá sai số của các giá trị dị thường trọng lực được sử dụng, ảnh hưởng của chúng đến kết quả xác định các đại lượng dẫn xuất như: dị thường độ cao, độ lệch dây dọi v.v…cũng như độ chính xác của các phương pháp suy giải dị thường trọng lực. Thêm vào đó còn có nhiều vấn đề cần được xem xét khi sử dụng các công thức tính tích phân như: hình dạng của vùng gần, ghép nối giữa vùng gần và vùng xa v.v… Trong khi đó, chúng ta thường quan tâm đến giá trị trung bình của sai số, chứ không phải là từng sai số riêng biệt. Cho nên, cùng với sự phát triển của trắc địa vật lí người ta sử dụng ngày càng rộng rãi và có hiệu quả các phương pháp toán thống kê. Điển hình của phương pháp mới mẻ này là phương pháp collocation trong đó các bài toán cơ bản của lĩnh vực nghiên cứu xác định thể trọng trường và hình dạng Trái đất đều có thể được giải quyết trên cơ sở không cần đến bất kì thông tin nào khác ngoài hàm một biến – hàm hiệp phương sai dị thường trọng lực. Phương pháp collocation có một số tính chất cơ bản như sau: - Kết quả suy giải không phụ thuộc vào số lượng các đại lượng cần suy giải - Các đại lượng đầu vào (đại lượng đo) và các đại lượng cần suy giải có thể là các đại lượng khác loại

- Đại lượng đo có thể không có hoặc có sai số - Phương pháp bất biến đối với các phép biến đổi tuyến tính của đại lượng đo hay đại lượng cần suy giải - Lời giải nhận được là tối ưu theo nghĩa kết quả tính toán có độ chính xác tốt nhất trên cơ sở tập hợp trị đo cho trước. Ngoài những ưu điểm nêu trên, phương pháp colocation còn cho phép đánh giá độ chính xác của kết quả suy giải và không đặt ra yêu cầu về trạng thái phân bố của số liệu đầu vào. Với những lí do nêu trên, chúng tôi đã chọn cách giải quyết phù hợp với xu thế chung hiện nay trong lĩnh vực trắc địa vật lí nói chung và trong bài toán xác định dị thường độ cao trọng lực cho 5 điểm xét của đề tài nói riêng là phương pháp collocation bình phương nhỏ nhất. 1.2. Các công thức cơ bản của collocation bình phương nhỏ nhất Ta kí hiệu T(P) là thể nhiễu tại P, l là véctơ các trị đo - các đặc trưng khác nhau của trường nhiễu, chẳng hạn như dị thường trọng lực ∆g, dị thường độ cao ζ hay các thành phần độ lệch dây dọi ξ,η. Ở dạng tổng quát ta có: l i = Li T ,

i = 1,2,…q,

(6)

−1

⎡l1 ⎤ ⎢l ⎥ ⎢ 2⎥, ⎢ M⎥ ⎢ ⎥ ⎣⎢lq ⎦⎥

(7)

trong đó C pi = cov (T ( p ) , li ) ;⎫⎪ ⎬ Cij = cov ( li , l j ) ⎪⎭

(8)

(9)

(10)

Trong trường hợp trị đo l i có chứa sai số ngẫu nhiên ni, tức là l i = LiT + ni ,

i = 1,2,…q,

(11)

ta kí hiệu LiT = ti

(12)

và viết lại (3.3.11) ở dạng: l i = ti + ni

(13)

hay ở dạng ma trận: l =t+n.

(13′)

Khi đó, kết quả suy giải theo collocation bình phương tối thiểu sẽ là sˆ = Cst ( Ctt + Cnn ) l . −1

(14)

Ma trận hiệp phương sai của sai số tương ứng với (3.3.14) sẽ được cho theo biểu thức sau: Ess = Css − Cst ( Ctt + Cnn ) Cts . −1

(15)

;

(16)

⎡ ∆g1 ⎤ ⎢ ⎥ ⎢ M⎥ ⎢ ∆g f ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ξ1 ⎥ l = ⎢⎢ M ⎥⎥ . ⎢ξ f ⎥ ⎢ ⎥ ⎢η1 ⎥ ⎢M ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎣η f ⎥⎦

(17)

O mg2 mζ2 O mζ2 mη2 O

0⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥, ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ 2⎥ mη ⎦

(18)

còn các ma trận hiệp phương sai của các đại lượng đo là

Cst = ⎡⎣C Pζ 1g K C Pfζ g CPζξ1 K C Pfζξ C Pζη1 K C Pfζη ⎤⎦

;

(19)

⎡C11gg ⎢ ⎢K ⎢C fgg1 ⎢ ξg ⎢C11 Ctt = ⎢ K ⎢ ξg ⎢C f 1 ⎢C η g ⎢ 11 ⎢K ⎢ ηg ⎣C f 1

K K

C1ggf K

C11gξ K

K K

C1gfξ K

C11gη K

K K

K K K

C ffgg C1ξfg K

C1gfξ C11ξξ K

K K K

C ffgξ C1ξξf K

C fgη1 C11ξη K

K K K

K K

ξg

C ff C1ηfg

ξξ

Cf1 ηξ C11

K K

ξξ

C ff C1ηξf

ξη

Cf1 ηη C11

K K

K Cηffg

K Cηξ f1

K L

K Cηξ ff

K Cηη f1

K K

C1gfη ⎤ ⎥ K ⎥ C ffgη ⎥ ⎥ C1ξηf ⎥ K ⎥ ⎥ C ξη ff ⎥ C1ηηf ⎥ ⎥ K ⎥ ⎥ Cηη ff ⎦

(20)

Giá trị suy giải của ζ tại điểm P được xác định theo công thức (14) và ma trận hiệp phương sai của sai số - theo công thức (15). Hoàn toàn tương tự ta sẽ có các công thức tương ứng cho trường hợp sử dụng thêm các loại trị đo khác như độ cao vệ tinh, đo GPS - thuỷ chuẩn v.v… Vấn đề cốt lõi là phải có được hàm hiệp phương sai K(P,Q) của thể nhiễu T. Như ta thấy, phương pháp collocation cho phép sử dụng kết hợp, đồng thời các số liệu khác loại, trong khi phương pháp tích phân của Stokes chỉ sử dụng một loại số liệu là dị thường trọng lực. Không những thế, trong các công thức tích phân thì các phép xử lí được thực hiện với số liệu đầu vào và ở dạng giá trị số, do vậy thường phải dùng phép nội suy; Còn trong phương pháp collocation các phép biến đổi tuyến tính lại được tiến hành đối với “nhân phục hồi” ( reproducing kernel ) ở dạng hàm hiệp phương sai và dựa trên cơ sở giải tích chặt chẽ. Không những thế, các phép biến đổi toán học trong collocation về bản chất là các phép vi phân, nên đơn giản hơn các phép tích phân trong phương pháp các công thức vi phân. Những điểm nêu trên cho thấy thêm tính ưu việt của phương pháp collocation trong việc giải quyết các bài toán của trắc địa vật lí. Thực ra, bên cạnh đó phương pháp này cũng có nhược điểm cần phải nhắc tới là đòi hỏi nghịch đảo ma trận có kích thước rất lớn, nhất là khi sử dụng kết hợp nhiều loại số liệu. Tuy vậy, khó khăn này mang tính chất kĩ thuật tính toán và đang được nhanh chóng khắc phục nhờ sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực tin học. 1.3. Nguyên tắc “loại ra – hoàn trả” (“remove – restore”) Phương pháp collocation được xây dựng trên bản chất thống kê, nên nó đòi hỏi dữ liệu được xử lí phải càng đồng nhất và càng trơn nhẵn càng tốt. Trường trọng lực của Trái đất là một đối tượng thống kê đa dạng, do vậy 7

không thể có được các khu vực với các đặc trưng trọng trường giống nhau. Tuy vậy, ở chừng mực nhất định có thể đạt được sự đồng nhất và trơn nhẵn trên quy mô cục bộ nhờ nguyên tắc “loại ra – hoàn trả”. Theo nguyên tắc này, các thành phần thế trọng trường được “loại ra” ở đầu vào sẽ được “hoàn trả” ở đầu ra, không chỉ một mà có thể nhiều thành phần cùng được “loại ra – hoàn trả” đồng thời. Trường dữ liệu còn lại được gọi là trường “phần dư” (residual field). Chính phần này của dữ liệu đầu vào sẽ được xử lí theo phương pháp collocation. Các thành phần được loại ra phải là các đại lượng có thể tính được. Đối với thể trọng trường của Trái đất, đó là: - thành phần được biểu diễn bởi chuỗi các hàm số cầu với các hệ số triển khai điều hoà từ bậc 2 tới bậc tối đa nmax trong mô hình cụ thể; - ảnh hưởng của địa hình, mà cụ thể là của phần lồi lõm so với bề mặt cục bộ nào đó được chọn làm mặt tham khảo cho khu vực xét. Thành phần thứ nhất thường được gắn với các uốn, nếp có bước sóng dài λ của mặt quasigeoid; λ liên hệ với bậc cao nhất nmax của mô hình triển khai thế trọng trường theo biểu thức : λ=

2π nmax

(21)

Thành phần thứ hai đặc trưng cho các sóng ngắn tương ứng với các bậc triển khai từ (nmax + 1), (nmax + 2),… đến ∞. Như vậy, nguyên tắc “loại ra – hoàn trả” cho phép “loại ra” khỏi dữ liệu đầu vào ảnh hưởng của các sóng dài với bước sóng từ λ = 1o (≈ 100km) trở lên, nếu sử dụng mô hình trọng trường có nmax = 360, và các bước sóng ngắn hơn liên quan đến địa hình cục bộ để rồi “hoàn trả” ảnh hưởng tương ứng trong kết quả đầu ra của bài toán xác định đặc trưng trọng trường cụ thể. 2. Các bước tính toán Dựa trên phương pháp collocation bình phương nhỏ nhất và nguyên tắc “loại ra- hoàn trả”, bài toán xác định dị thường độ cao trọng lực cho 5 điểm xét đã chọn của đề tài sẽ được giải quyết theo nội dung và trình tự như sau: - Qui đổi số liệu đầu vào về hệ thống trắc địa toàn cầu GRS 80/WGS 84

- Thực hiện công đoạn “loại ra” của nguyên tắc “loại ra-hoàn trả” đối với ảnh hưởng của mô hình trọng trường cũng như ảnh hưởng của địa hình cục bộ, tạo ta dữ liệu “phần dư” - Xác định hàm hiệp phương sai thực nghiệm của thế trọng trường phần dư - Tìm biểu thức giải tích cho hàm hiệp phương sai thực nghiệm - Xử lí dữ liệu “phần dư” theo phương pháp collocation nhằm xác định giá trị dị thường độ cao tương ứng và sai số của kết quả nhận được. - Thực hiện công đoạn “hoàn trả” đối với ảnh hưởng của mô hình trọng trường và ảnh hưởng của địa hình cục bộ - Tính giá trị cuối cùng của dị thường độ cao 2.1.Chuẩn bị số liệu dị thường trọng lực Theo lí thuyết hiện đại của trắc địa vật lí được thể hiện ở lí thuyết Molodenski dị thường trọng lực cần được sử dụng phải là hiệu giữa giá trị trọng lực thực gM đo được trên mặt đất tại điểm M và giá trị trọng lực chuẩn γN tại điểm N trên mặt teluroid, tức là ∆g = gM – γN .

(22)

γN được tính theo biểu thức:

γN =γN − o

trong đó điểm N;

γN

∂γ γ ⋅ hM , ∂h

(23)

là giá trị trọng lực chuẩn trên mặt ellipsoid tương ứng với

∂γ là gradien trọng lực chuẩn theo độ cao; hMγ là độ cao chuẩn của ∂h

điểm M, tức là độ cao của teluroid so với ellipsoid chuẩn, được xác định theo biểu thức : ⎡ ⎛ C C ⎢ C +⎜ 1 + 1 + α + m − 2α sin 2 ϕ hM = γ No ⎢ a γ No ⎜⎝ a γ No ⎣

(

)

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

⎤ ⎥, ⎥ ⎦

(24)

trong đó α là độ dẹt của ellipsoid chuẩn; a là bán trục lớn; m=

ω 2a γa

;

(25)

∫ g dh

(26)

Theo lí thuyết Stokes ta có dị thường trọng lực chân không ∆go được xác định theo biểu thức:

∆g o = g M o − γ N o ; gMo = gM +

∂g g ⋅ hM ∂h

(27) .

(28)

∆go được gọi là dị thường trọng lực chân không. M N teluroid hMg

hMγ

geoid ellipsoid chuẩn

Hình 1. Các mặt cơ bản của hình dạng Trái đất Từ (22), (23) ta suy ra ∆g = g M − γ N o +

∂γ γ hM ∂h

(29)

∂g g hM . ∂h

(30)

và từ (27), (28) suy ra ∆g o = g M − γ N o +

Lưu ý rằng trên thực tế người ta đã chấp nhận

∂g ∂γ ⎛ mgal ⎞ ≈ = 0,3086 ⎜ ⎟ và ∂h ∂h ⎝ m ⎠

hMg ≈ hMγ nên trên cơ sở so sánh (29) và (30) có thể rút ra

∆g = ∆go ,

(31) 10

có nghĩa là về trị số các đại lượng ∆g và ∆go là bằng nhau. Chính vì thế, đại lượng ∆g xác định theo (22) cũng được gọi theo tên truyền thống là dị thường trọng lực chân không. Song, về bản chất thì ∆g và ∆go là khác hẳn nhau. Trong khi ∆go liên quan đến geoid và ellipsoid chuẩn ở phía dưới mặt đất và không thể được xác định chính xác do có các đại lượng

∂g và hMg thì ∂h

∆g lại liên quan đến mặt đất thực và mặt teluoid ở xát mặt đất thực và lại được tính chặt chẽ, chính xác theo số liệu đo đạc thực tế. Không những thế, lí thuyết Stokes đòi hỏi phải san bằng bề mặt địa hình so với điểm xét M tại đó có đo trọng lực, và do vậy nhất định phải tính đến số hiệu chỉnh Faye cho giá trị trọng lực, nhất là ở vùng đồi núi. Đây là công việc tốn nhiều công sức. Trong khi đó lí thuyết Molodenski không đưa ra đòi hỏi như vậy, mà chỉ sử dụng dị thường trọng lực chân không xác định theo (22) và (23). Như vậy, số liệu trọng lực đầu vào trong bài toán của chúng tôi là dị thường trọng lực chân không với cách hiểu theo lí thuyết Molodenski, nghĩa là dữ liệu nhận được từ kết quả đo đạc trên bề mặt thực của trái đất và không có thêm bất kì số hiệu chỉnh nào khác. Cần nói thêm là phương pháp collocation được sử dụng để giải quyết bài toán cũng sử dụng hàm hiệp phương sai của dị thường trọng lực ở dạng nguyên bản, tức là cho trên bề mặt trái đất tự nhiên vốn có của Trái đất với biến số là khoảng cách giữa vị trí xác định trong không gian ba chiều của điểm xét và điểm chạy. Với lí do như thế phương pháp này có tên đầy đủ là collocation bình phương nhỏ nhất ba chiều (3D-Least squares collocation). Số liệu trọng lực thu thập được thường là giá trị dị thường trọng lực tại các điểm đo rời rạc và không đồng đều trên lãnh thổ. Do vậy, chúng cần được trung bình hoá theo các ô chuẩn với kích thước thường là 5’ x 5’, sau đó được nội suy hoặc ngoại suy cho các ô ở vùng không có số liệu đo trọng lực. Toạ độ của các điểm trọng lực được cho trong hệ HN-72 cần được tính chuyển sang hệ WGS-84. Độ cao được cho theo hệ độ cao nhà nước với mặt khởi tính lấy theo trạm nghiệm triều Hòn Dấu. Dị thường trọng lực phải là dị thường chân không với giá trị trọng lực chuẩn được tính theo công thức tương ứng với hệ WGS-84. a) Trung bình hoá dị thường trọng lực theo các ô chuẩn có điểm trọng lực

Các giá trị dị thường trọng lực cần được trung bình hoá theo các ô chuẩn từ N điểm trọng lực trong mỗi ô. Sai số trung phương của giá trị dị thường trung bình hoá ∆g được xác định theo các biểu thức sau: ⎛2⎞ N ⎛ 1 ⎞ N N m∆2g = C − ⎜ ⎟ ∑ C j + ⎜ 2 ⎟ ∑∑ Cij ⎝ N ⎠ j =1 ⎝ N ⎠ i =1 j =1 ⎛ 1 ⎞ m n m n C = ⎜ 2 2 ⎟ ∑∑∑∑ C ⎛⎜ ⎝ m n ⎠ i =1 k =1 l =1 h =1 ⎝ ⎛ 1 ⎞ m n ⎛ Cj = ⎜ ⎟ ∑∑ C ⎜ ⎝ mn ⎠ i =1 k =1 ⎝

(32)

2 2 ( xi − xl ) + ( yk − yh ) ⎞⎟ ;

⎠

(x − x ) +( y 2

;

2 ⎞ − yj ) ⎟ ; ⎠

(33) (34)

j = I, II,…,N là các điểm có giá trị dị thường đã biết trong ô chuẩn; m và n là số hàng và số cột thành phần trong ô chuẩn. Trong các biểu thức trên C là kí hiệu của hàm hiệp phương sai dị thường trọng lực; Có thể sử dụng mô hình Jordan: s s2 ⎞ s ⎛ C ( s ) = D∆g e− L ⎜1 + − 2 ⎟ ⎝ L 2L ⎠

(35)

với các thông số được xác định trên cơ sở sử dụng số liệu dị thường trọng lực thực tế ở Việt nam. b) Nội suy dị thường trọng lực cho các ô chuẩn không có điểm trọng lực Để có được giá trị dị thường trọng lực cho tất cả các ô chuẩn 5′×5′ trên lãnh thổ nước ta, cần tiến hành nội suy theo phương pháp collocation từ các ô đã được trung bình hoá. Các ô “trống” cần được nội suy nên gộp lại theo các khu vực nằm lọt giữa các ô đã biết. Mỗi khu vực được xác định một hàm hiệp phương sai dị thường trọng lực cụ thể theo mô hình Jordan để được sử dụng vào việc nội suy. Các giá trị nội suy được đem so sánh với một số giá trị đã biết trước, và trên cơ sở đó đã đánh giá độ chính xác nội suy. 2.2.

Triển khai việc “loại ra” trong phương pháp “loại ra- hoàn trả”

Như đã nêu ở trong phương pháp “loại ra-hoàn trả”, trước hết ta cần “loại ra” khỏi các giá trị dị thường trọng lực đầu vào ảnh hưởng của hai 12

nguồn số liệu, đó là ảnh hưởng của các hệ số điều hoà của mô hình trọng trường từ bậc 2 đến bậc nmax và ảnh hưởng của độ chênh giữa địa hình thực so với bề mặt địa hình tham khảo nào đó được chấp nhận cho khu vực xét. Sau đây là các thao tác với các công thức cụ thể. a) Tính ảnh hưởng của các hệ số điều hoà của mô hình trọng trường của Trái đất. Như đã biết, dị thường trọng lực ∆g và thể nhiễu T có mối liên hệ được biết đến ở dạng điều kiện biên trị (2) Thể nhiễu T lại được triển khai vào chuỗi các hàm số cầu ở dạng: fM T= r

nmax

⎛R⎞ ∑ ⎜ ⎟ ( ∆Cnm cos mL + Snm sin mL )Pnm ( sin B ) , (36) n=2 ⎝ r ⎠

o trong đó ∆Cnm = Cnm − Cnm , S nm là các hệ số điều hoà và Pnm(sinB) là đa thức Legendre liên hợp bậc n cấp m; B,L là độ vĩ và độ kinh trắc địa của điểm xét.

Lời giải của phương trình vi phân (2) cho ta biểu thức ở dạng tường minh giữa ∆g và T như sau: ∆g EGM

1 nmax R ( B, L, H ) = ∑ ( n − 1) ⎛⎜ ⎞⎟ r n=2 ⎝r⎠

n +1 n

∑ ( ∆C

m =0

cos mL + snm sin mL )Pnm ( sin B ) .

(37) Các hệ số điều hoà ∆Cnm, Snm được cho trong các mô hình trọng trường cụ thể. Như ta thấy, ∆gEGM(B,L,r) là hàm của toạ độ điểm xét, do đó ứng với mỗi ô chuẩn có giá trị dị thường trọng lực ∆g và các giá trị toạ độ đã biết là B, L, r (r = R + hγ ) ta sẽ tính được giá trị ∆gEGM Chúng tôi đã sử dụng 5 mô hình trọng trường Trái đất trong đó 1 mô hình được xây dựng từ năm 1986 là mô hình EGM–96 và 4 mô hình được xây dựng sau năm 2006, cụ thể là: mô hình EIGEN–GLO4C được xây dựng vào năm 2006, các mô hình ggm03c và EGM–2008 – vào năm 2008, EIGEN–5C – vào năm 2009 (phụ lục 2). Các mô hình kể trên đều dựa trên cơ sở số liệu trọng lực mặt đất, số liệu độ cao vệ tinh và số liệu quan sát vệ tinh GRACE và LAGEOS. Các mô hình EIGEN-GLO4C, ggm03c và EIGEN-5C được xây dựng nhằm đáp ứng tốt nhất cho khu vực Châu âu. Các mô hình EGM-96 và EGM-2008 là mô hình toàn cầu trong đó EGM-2008 có bậc triển khai cao nhất tới 2190, song vẫn có những hạn chế nhất định đối 13

với những khu vực còn thiếu số liệu trọng lực cần thiết trong đó có khu vực Đông nam á. Tuy vậy, với mục đích tính ảnh hưởng của các sóng dài của trọng trường Trái đất các mô hình nêu trên đều được xem là thích hợp như nhau. Chính vì vậy, việc sử dụng cả 5 mô hình cho phép kiểm tra, đối chiếu và bổ trợ số liệu tính toán theo các nguồn dữ liệu khác nhau nhằm đạt được độ tin cậy và khách quan cao hơn cho kết quả cuối cùng. b) Tính ảnh hưởng của độ chênh giữa bề mặt địa hình thực và bề mặt địa hình tham khảo Vấn đề là cần đảm bảo tính đồng nhất và tính đẳng hướng ở mức cao cho số liệu đầu vào sẽ được xử lí theo phương pháp collocation là các giá trị dị thường trọng lực chân không. Các tiêu chí được đặt ra đối với trường dị thường trọng lực phần dư là các đặc trưng trung bình, trung phương nhỏ nhất và lớn nhất phải có giá trị nhỏ trên khu vực cục bộ đang xét. Vì thế, cần “loại ra” tiếp ảnh hưởng của địa hình. Với mục đích này cần chọn ra một bề mặt được làm “trơn” đóng vai trò làm mặt tham khảo cho cả khu vực. Theo cách làm phổ biến hiện nay ở nước ngoài, cần sử dụng mô hình bề mặt địa hình Trái đất được cho ở dạng ô lưới với dãn cách 30′′× 30′′ ; Từ đó lấy ra số liệu tương ứng với lãnh thổ nước ta được giới hạn bởi các độ vĩ 8o và 24o, các độ kinh 102o và 110o để xây dựng mô hình được làm “trơn” hơn bằng cách trung bình hoá các giá trị độ cao cho các mắt lưới có dãn cách 3′ × 3′. Tiếp đó, trung bình hoá theo các ô có kích thước lớn hơn để nhận được bề mặt địa hình tham khảo được làm “trơn” cho toàn bộ lãnh thổ nước ta. Ảnh hưởng của phần địa hình thực nhô lên hay thụt xuống so với bề mặt tham khảo được tính đến ở dạng lực hút theo phương thẳng đứng tại điểm xét, tức là tại các điểm có giá trị dị thường trọng lực đã biết. Để thực hiện việc này, ta có các công thức tính toán cụ thể như sau : • Trường hợp khối vật chất hấp dẫn có dạng hình trụ đồng nhất bán kính a, độ dày b, còn điểm xét P nằm trên trục hình trụ và có độ cao c so với đáy của nó

z P

P l

c s

dm z

Hình 2. Ảnh hưởng địa hình (điểm xét nằm ngoài) e = δ gtopo = 2π f δ ⎡b + a 2 + ( c − b ) − a 2 + c 2 ⎤ δ g DH ⎢⎣ ⎥⎦ 2

(3.3.38)

• Trường hợp điểm xét P nằm ngang trên mặt hình trụ o δ g DH = 2π f δ ⎡ a + b − a 2 + b 2 ⎤

⎣

(3.3.39)

⎦

• Trường hợp điểm xét nằm bên trong hình trụ 2 i = 2π f δ ⎡ 2c − b − a 2 + c 2 + a 2 + ( b − c ) ⎤ δ g DH ⎣⎢ ⎦⎥

(3.3.40)

P b

c a

Hình 3. Ảnh hưởng địa hình (điểm xét nằm trong) • Trường hợp khối vật hấp dẫn có dạng hình thang cong giới hạn bởi góc α = 2π n và các cung có bán kính a1, a2 δ ge = δ gi =

2π 2 2 f δ ⎡ a22 + ( c − b ) − a12 + ( c − b ) + ac2 + c 2 + a12 + c 2 ⎤ .(3.3.41) ⎢ ⎥⎦ ⎣ n

Trong các công thức trên δ là mật độ vật chất của lớp vỏ Trái đất

Hình 4. Khối vật hấp dẫn có dạng hình thang cong 2.3. Tính dị thường trọng lực phần dư Bằng cách lấy giá trị dị thường trọng lực chân không nhận được theo các ô chuản 5′×5′ trừ đi các ảnh hưởng ∆gEGM và ∆gĐH ta sẽ có các giá trị dị thường trọng lực phần dư: ∆gdư = ∆g - ∆gEGM - ∆gĐH .

(42)

Trường dị thường trọng lực phần dư sau khi đã “loại ra” ảnh hưởng của mô hình trọng trường toàn cầu thông qua các hệ số triển khai điều hoà từ bậc 2 đến bậc nmax và ảnh hưởng của địa hình thông qua khoảng chênh giữa bề mặt địa hình thực và bề mặt địa hình tham khảo sẽ có các đặc trưng thống kê nhỏ hơn so với trường dị thường đầu vào. 2.4. Tính phương sai - hiệp phương sai thực nghiệm cho dị thường trọng lực phần dư Từ các giá trị dị thường trọng lực phần dư có được cho các ô chuẩn 5′×5′ trên lãnh thổ Việt nam sẽ tính các giá trị phương sai - hiệp phương sai thực nghiệm trên cơ sở các công thức : cov (ψ j ) =

1 n ∑ ∆g (ϕi , λi ) .∆g (ϕk , λk ) ; n j ,k

cosψ j = sin ϕi sin ϕk + cos ϕi cos ϕk cos ( λk − λi ) ;

ψj−

∆ψ ∆ψ . ≤ ψ ≤ψ j + 2 2

(43) (44)

Các giá trị phương sai - hiệp phương sai thực nghiệm cho dị thường trọng lực phần dư cần được tính với 5 phương án sử dụng mô hình trọng trường đã kê ở trên. 2.5. Xác định hàm hiệp phương sai giải tích cho dị thường trọng lực phần dư Từ các giá trị phương sai - hiệp phương sai thực nghiệm nhận được cần xác định hàm hiệp phương sai giải tích tương ứng. Hiện nay hàm giải tích tốt nhất cho hiệp phương sai dị thường trọng lực được chọn là mô hình Tscherning&Rapp : N

cov (ψ , r , r ′ ) = α ∑ σ n=2

∞ D ( n − 1) ⎛ RB ⎞ ⎛ R ⎞ ⎜ ′ ⎟ Pn ( cosψ ) + ∑ ⎜ ⎟ n = N +1 ( n − 2 )( n + 4 ) ⎝ r r ′ ⎠ ⎝r r ⎠ n +1

err n

n +1

Pn ( cosψ ) ,

(45) ⎛ fM ⎞ σ nerr = ⎜ ⎟ ⎝ a ⎠

∑S

m =− n

2 nm

;

(46)

Xác định dị thường độ cao phần dư bằng phương pháp collocation

Sau khi đã có được biểu thức giải tích của hàm hiệp phương sai dị thường trọng lực phần dư, bài toán còn lại bây giờ là sử dụng phương pháp collocation bình phương tối thiểu để xác định giá trị dị thường độ cao tương ứng cho điểm xét theo các công thức đã nêu ở mục 1.2. Như đã thấy, công đoạn này đòi hỏi phải nghịch đảo ma trận hiệp phương sai dạng vuông có cấu trúc đối xứng với số phần tử bằng bình phương số lượng ô chuẩn có giá trị dị thường trọng lực; Do số lượng phương trình rất lớn, nên để giải quyết bài toán đặt ra, cần sử dụng thuật toán căn bậc hai của Choleski.

Kết quả của phép giải chính là dị thường độ cao tại các điểm xét tương ứng với trường dị thường phần dư nhận được trong các bước xử lí tính toán ở trên. Các trị số cụ thể sẽ được cho theo 5 phương án sau: Phương án 1 ứng với mô hình trọng trường EGM-96 Phương án 2 ứng với mô hình trọng trường EGM-2008 Phương án 3 ứng với mô hình trọng trường ggm03c Phương án 4 ứng với mô hình trọng trường EiGEN-5C Phương án 5 ứng với mô hình trọng trường EiGEN-GLO4C 2.7. “Hoàn trả” các ảnh hưởng đã bị “loại ra” a) Ảnh hưởng của mô hình trọng trường Ảnh hưởng này đã được “loại ra” ở dạng giá trị dị thường trọng lực được tính thông qua các hệ số điều hoà từ bậc 2 đến bậc nmax trong mỗi mô hình trọng trường cụ thể. Bây giờ ảnh hưởng này được tính đến để “hoàn trả” ở dạng dị thường độ cao thông qua chính các hệ số điều hoà đã được sử dụng để tính dị thường trọng lực đã bị “loại ra” trước đây. Ta có công thức : nmax

(

)

ζ EGM = R ∑ ∑ ∆C nm cos mL + snm sin mL Pnm (sin B) n= 2 m=0

(47)

b) Ảnh hưởng của địa hình Ảnh hưởng của độ chênh giữa bề mặt địa hình thực và bề mặt tham khảo đã bị “loại ra” khỏi dị thường trọng lực đầu vào ở dạng lực hút theo phương thẳng đứng cần được “hoàn trả” ở dạng dị thường độ cao. Đại lượng tương ứng được tính theo các công thức sau: ζ DH =

(48)

Đại lượng U tương ứng với các trường hợp cụ thể sẽ được tính theo các biểu thức sau:

- Điểm xét nằm phía trên mặt địa hình: Ue = π f δ

{(

2 2 2 c − b ) − c 2 − ( c − b ) a 2 + ( c − b ) + c a 2 + c 2 − a 2 ln ⎡ c − b + a 2 + ( c − b ) ⎤ + ⎢⎣ ⎥⎦

}

+ a 2 ln ⎡ c + a 2 + c 2 ⎤ ⎣ ⎦

(49) - Điểm xét nằm ngay trên mặt địa hình: ⎡ 2 b + a 2 + b2 ⎤ 2 2 2 U o = π f δ ⎢ −b + b a + b + a ln ⎥ a ⎥⎦ ⎣⎢

(50)

- Điểm xét nằm phía dưới mặt địa hình: ⎡ c + a2 + c2 2 2 + U i = π f δ ⎢ −c 2 − ( b − c ) + c a 2 + c 2 + ( b − c ) a 2 + ( b − c ) + a 2 ln a ⎢⎣ 2 b − c + a2 + (b − c ) ⎤ 2 ⎥ + a ln ⎥ a ⎦

(51) 2.8. Tính giá trị cuối cùng của dị thường độ cao và giá trị độ cao chuẩn Với mục đích này chúng ta có các biểu thức sau:

ζ = ζ collocation + ζ EGM + ζ DH

(52)

hγ = H − ζ ,

(53)

trong đó các thành phần ở vế phải đã nhận được ở các bước tính toán phía trước. Như vậy là chúng ta đã nhận được giá trị độ cao chuẩn 5 điểm xét trên lãnh thổ nước ta. Cần lưu ý rằng về bản chất đây chính là độ cao của mặt teluroid so với mặt ellipsoid chuẩn quốc tế WGS-84 tại các điểm xét. Theo cách hiểu hiện hành thì đây cũng chính là độ cao của điểm xét trên mặt đất so với mặt quasigeoid toàn cầu. Điều đáng lưu ý nữa là sai số của độ cao chuẩn được cho ngay cùng với các giá trị độ cao nhận được trong phép giải bằng collocation theo số 19

liệu đo đạc thực tế là dị thường độ cao, chứ không phải là giá trị sai số không được đánh giá hoặc chỉ được ước tính như trong các phương pháp khác.

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ -------------***-------------

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA H ỌC CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP HỆ THỐNG ĐỘ CAO CHUẨN THỐNG NHẤT CHO CẢ LÃNH THỔ VÀ LÃNH HẢI VIỆT NAM TRÊN CƠ SỞ KHÔNG SỬ DỤNG MẶT NƯỚC BIỂN TRUNG BÌNH

Chủ nhiệm đề tài GS.TSKH. Phạm Hoàng Lân

CHUYÊN ĐỀ: GIÁ TRỊ ĐỘ CAO CHUẨN TẠI 5 ĐIỂM TRÊN ĐẤT LIỀN VÀ HẢI ĐẢO KHÔNG DÙNG MỰC NƯỚC BIỂN TRUNG BÌNH

Hà nội, 12 – 2009 1

1. Tính dị thường trọng lực phần dư Bằng cách lấy giá trị dị thường trọng lực chân không nhận được theo các ô chuản 5′×5′ trừ đi các ảnh hưởng ∆gEGM và ∆gĐH ta sẽ có các giá trị dị thường trọng lực phần dư: ∆gdư = ∆g - ∆gEGM - ∆gĐH . Đối với các giá trị dị thường trọng lực đầu vào ∆g ta có : Giá trị trung bình bằng: -19,29mgal; Giá trị chuẩn : 27,53 mgal. Trường dị thường trọng lực phần dư sau khi đã “loại ra” ảnh hưởng của mô hình trọng trường toàn cầu thông qua các hệ số triển khai điều hoà từ bậc 2 đến bậc nmax và ảnh hưởng của địa hình thông qua khoảng chênh giữa bề mặt địa hình thực và bề mặt địa hình tham khảo có các đặc trưng thống kê như sau: Các đặc trưng thống kê của trường dị thường trọng lực phần dư Bảng 1 Độ vĩ

Độ kinh

Dị thường ggm03 EGMEIGEN- EIGENEGM-96 Độ cao chân 2008 +ĐH +ĐH 5C +ĐH GLO4C+ĐH không +ĐH

Trung bình

16041 106o42 232.27m -19.29mgal 3.8mgal 4.6mgal 4.6mgal

3.4mgal 3.9mgal

Nhỏ nhất

8.50 102.58 0.0

Lớn nhất

23.25 109.50 1756.30 126.74

Trung phương

302.67

-132.57

27.53

-97.04

-88.83 -97.78

-122.36 -103.76

152.23

159.95 153.88

128.13

139.58

16.79

17.19

23.03

18.60

17.02

2. Tính các tham số của hàm hiệp phương sai giải tích của dị thường trọng lực phần dư Hiện nay hàm giải tích tốt nhất cho hiệp phương sai dị thường trọng lực được chọn là mô hình Tscherning&Rapp: N ∞ D ( n − 1) ⎛ RB ⎞ ⎛ R ⎞ cov (ψ , r , r ′ ) = α ∑ σ nerr ⎜ Pn ( cosψ ) + ∑ ⎟ ⎜ ⎟ n=2 n = N +1 ( n − 2 )( n + 4 ) ⎝ r r ′ ⎠ ⎝ r r′ ⎠ n +1

err n

⎛ fM ⎞ =⎜ ⎟ ⎝ a ⎠

∑S

m =− n

n +1

Pn ( cosψ ) ,

;

2 nm

Snm là sai số trung phương của hệ số điều hoà bậc n cấp m. α, N, RB và D các tham số cần xác định trên cơ sở nguyên lí bình phương nhỏ nhất với yêu cầu tiệm cận tốt nhất so với hàm hiệp phương sai thực nghiệm nhận được theo số liệu thực tế. Việc này được thực hiện theo chương trình COVFIT. Tương ứng với các giá trị hiệp phương sai thực nghiệm của dị thường trọng lực phần dư rút ra theo 5 phương án sử dụng mô hình trọng trường của Trái đất được nêu trong bảng 2 chúng tôi đã xác định được bộ 4 tham số cho các hàm hiệp phương sai giải tích như sau: Bảng 2 Các tham số của hàm hiệp phương sai giải tích của dị thường trọng lực phần dư Các tham số

Các phương án P.án 1

P.án 2

P.án 3

P.án 4

P.án 5

Phương sai D

369 mgal2

564 mgal2

312 mgal2

333 mgal2

333mgal2

Bậc triển khai N

100

360

Hệ số α

7.0

16.8

1.2

3.2

R-2.6km

R-0.51km

R-0.4km

Bán kính mặt cầu R-1.0km Bjerhammar

3. Xác định dị thường độ cao phần dư bằng phương pháp collocation Sau khi đã có được biểu thức giải tích của hàm hiệp phương sai dị thường trọng lực phần dư, bài toán còn lại bây giờ là sử dụng phương pháp collocation bình phương tối thiểu để xác định giá trị dị thường độ cao tương ứng cho điểm xét theo các công thức tương ứng. Như đã thấy, công đoạn này đòi hỏi phải nghịch đảo ma trận hiệp phương sai dạng vuông có cấu trúc đối xứng với số lượng phương trình bằng số lượng ô chuẩn có giá trị dị thường trọng lực; Trong trường hợp của chúng ta đó là: n = 4217. Để giải quyết bài toán đặt ra, cần sử dụng thuật toán căn bậc hai của Choleski. Công việc này được thực hiện với phần mềm của chương trình GEOCOL. Kết quả của phép giải chính là dị thường độ cao tại các điểm xét tương ứng với trường dị thường phần dư nhận được trong các bước xử lí tính toán ở trên. Các trị số cụ thể theo 5 phương án được dẫn ở bảng 4. Phương án 1 ứng với mô hình trọng trường EGM-96 Phương án 2 ứng với mô hình trọng trường EGM-2008 Phương án 3 ứng với mô hình trọng trường ggm03c Phương án 4 ứng với mô hình trọng trường EiGEN-5C Phương án 5 ứng với mô hình trọng trường EiGEN-GLO4C Bảng 4 Giá trị dị thường độ cao phần dư xác định bằng collocation Điểm xét

P.án 1

P. án 2

P. án 3

P. án 4

P.án 5

BLVI

-0.81m

-0.36m

-0.69m

-1.28m

DSON

-0.69

-0.14

-0.23

-0.21

-0.15

QNAM

1.64

0.15

0.92

0.99

0.09

VTAU

-0.13

0.16

-0.13

-0.19

-0.09

COND

0.13

0.26

0.16

0.08

4.“Hoàn trả” các ảnh hưởng đã bị “loại ra” + Ảnh hưởng của mô hình trọng trường Ảnh hưởng này đã được “loại ra” ở dạng giá trị dị thường trọng lực được tính thông qua các hệ số điều hoà từ bậc 2 đến bậc nmax trong mỗi mô hình trọng trường cụ thể. Bây giờ ảnh hưởng này được tính đến để “hoàn trả” ở dạng dị thường độ cao thông qua chính các hệ số điều hoà đã được sử dụng để tính dị thường trọng lực đã bị “loại ra” trước đây. Ta có công thức: nmax

(

)

ζ EGM = R ∑ ∑ ∆C nm cos mL + snm sin mL Pnm (sin B) n = 2 m=0

Kết quả tính toán dị thường độ cao theo mô hình trọng trường cộng với kết quả nhận được bằng phương pháp collocation được cho trong bảng sau: Bảng 5 Giá trị dị thường độ cao tính theo trường dị thường trọng lực phần dư và được “hoàn trả” ảnh hưởng của mô hình trọng trường Tên điểm

Mô hình trọng trường EGM96

EGM2008

EiGENGLO4C

ggm03c

EiGEN5C

Trung bình

-2.64m -23.23m

-24.51m

-23.66m

-24.31m

-23.67m

-25.12

-25.40

-25.78

-25.75

-25.77

-25.56

-10.00

-10.05

-9.99

-10.04

-9.99

-10.01

-2.25

-1.91

-1.94

-1.90

-1.95

-1.99

-0.12

0.46

0.39

0.49

0.31

+ Ảnh hưởng của địa hình Ảnh hưởng của độ chênh giữa bề mặt địa hình thực và bề mặt tham khảo đã bị “loại ra” khỏi dị thường trọng lực đầu vào ở dạng lực hút theo 5

phương thẳng đứng cần được “hoàn trả” ở dạng dị thường độ cao. Đại lượng tương ứng được tính theo các công thức sau: ζ DH =

Đại lượng U có các biểu thức cụ thể như sau: • Điểm xét nằm phía trên mặt địa hình: U = Ue Ue = π f δ

{(

2 2 2 c − b ) − c 2 − ( c − b ) a 2 + ( c − b ) + c a 2 + c 2 − a 2 ln ⎡ c − b + a 2 + ( c − b ) ⎤ + ⎥⎦ ⎣⎢

}

+ a 2 ln ⎡c + a 2 + c 2 ⎤ ⎣ ⎦

• Điểm xét nằm ngay trên mặt địa hình : U = Uo ⎡ b + a 2 + b2 U o = π f δ ⎢ −b 2 + b a 2 + b 2 + a 2 ln a ⎢⎣

⎤ ⎥ ⎥⎦

• Điểm xét nằm phía dưới mặt địa hình : U = Ui ⎡ 2 c + a2 + c2 2 2 2 2 2 2 + U i = π f δ ⎢ −c − ( b − c ) + c a + c + ( b − c ) a + ( b − c ) + a ln a ⎢⎣ 2 b − c + a2 + (b − c ) ⎤ 2 ⎥ + a ln ⎥ a ⎦

Kết quả tính toán theo các công thức nêu trên được cho trong bảng 6. 5. Tính giá trị cuối cùng của dị thường độ cao và giá trị độ cao chuẩn Với mục đích này chúng ta có các biểu thức sau:

ζ = ζ collocation + ζ EGM + ζ DH hγ = H − ζ , trong đó các thành phần ở vế phải đã nhận được ở các bước tính toán phía trước. Ta có bảng sau: 6

Bảng 6 Giá trị dị thường độ cao, độ cao chuẩn Điểm xét

ζ colocation + ζ EGM

ζĐH

hγ

8.14 m

mhγ = mζ

BLVI

-23.67 m

-0.07m

-23.74 m

-15.60 m

DSON

-25.56

-0.17

-25.73

-6.42

19.31

0.25

QNAM

-10.01

-0.08

-10.09

5.60

15.69

0.20

VTAU

-1.99

-0.07

-2.06

2.11

4.17

0.25

COND

0.31

+0.03

0.34

4.00

3.66

0.30

0.30 m

Trong bảng trên giá trị mhγ được lấy bằng giá trị mζ vì mH rất nhỏ không vượt quá 3mm. Như vậy là chúng ta đã nhận được giá trị độ cao chuẩn 5 điểm xét trên lãnh thổ nước ta. Cần lưu ý rằng về bản chất đây chính là độ cao của mặt teluroid so với mặt ellipsoid chuẩn quốc tế WGS-84 tại các điểm xét. Theo cách hiểu hiện hành thì đây cũng chính là độ cao của điểm xét trên mặt đất so với mặt quasigeoid toàn cầu. Điều đáng lưu ý nữa là sai số của độ cao chuẩn được cho ngay cùng với các giá trị độ cao nhận được trong phép giải bằng collocation theo số liệu đo đạc thực tế là dị thường độ cao, chứ không phải là giá trị sai số không được đánh giá hoặc chỉ được ước tính như trong các phương pháp khác. Các giá trị sai số của độ cao chuẩn nhận được trong khuôn khổ đề tài của chúng tôi cho 5 điểm xét nằm trong khoảng từ 0.2-0.3 m. Có thể nói rằng đây là kết quả tốt nhất mà chúng ta có thể có được trong điều kiện số liệu trọng lực cụ thể hiện nay ở nước ta. Trong 5 điểm xét thì 3 điểm DSON, QNAM, VTAU nằm trên lãnh thổ và có thể được đo nối độ cao với mạng lưới độ cao quốc gia để có được độ cao chuẩn theo số liệu đo thuỷ chuẩn truyền thống và trọng lực. Đây chính là giá trị độ cao so với mặt quasigeoid cục bộ đi qua mực nước biển γ trung bình tại trạm nghiệm triều Hòn Dấu. Chúng được kí hiệu là hTC và được cho trong bảng sau:

Bảng 7 γ hTC

Điểm xét

hγ

DSON

19,31 m

17,39m

-1,92m

QNAM

15,69

16,67

0,98

VTAU

4,17

2,54

-1,63

γ - hγ hTC

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ -------------***-------------

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA H ỌC CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP HỆ THỐNG ĐỘ CAO CHUẨN THỐNG NHẤT CHO CẢ LÃNH THỔ VÀ LÃNH HẢI VIỆT NAM TRÊN CƠ SỞ KHÔNG SỬ DỤNG MẶT NƯỚC BIỂN TRUNG BÌNH

Chủ nhiệm đề tài GS.TSKH. Phạm Hoàng Lân

CHUYÊN ĐỀ: PHƯƠNG ÁN THIẾT LẬP HỆ THỐNG ĐỘ CAO MỚI VÀ CHUYỂN ĐỔI ĐỘ CAO

Hà nội, 12 – 2009 1

1. Phương án thiết lập hệ thống độ cao mới Các kết quả nhận được trong chương 3 của đề tài cho thấy là độ cao chuẩn của điểm xét nhận được với sai số trung phương không vượt quá 0.3 m, và có giá trị trung bình bằng 0.26 m. Nếu lưu ý tới khoảng cách trung bình giữa các điểm xét trên đất liền cỡ 500km, ta có thể rút ra là độ cao chuẩn đã được xác định với sai số bằng: 0.26m ≈ 11 mm km 500km

(1)

tức là với độ chính xác của thuỷ chuẩn hạng III. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với số liệu mà chúng tôi đã có dịp công bố. Điều này góp phần khẳng định tính đúng đắn và khách quan của các kết quả đánh giá theo các nguồn số liệu khác nhau ở nước ta. Như vậy là trong điều kiện cụ thể hiện nay, với kết quả đạt được chúng ta có một cơ sở độ cao chuẩn trên dải ven bờ và vài đảo nằm cách bờ khoảng trên dưới 100km trong đó điểm gốc không phải chỉ là 1 và chúng lại có được độ chính xác của thuỷ chuẩn hạng III. Không những thế, như đã thấy, chúng ta đã không dùng đến mặt biển trung bình như trong cách làm truyền thống. Với mục đích thiết lập hệ thống độ cao như thế trên cả lãnh thổ và lãnh hải, chúng ta cần mở rộng cơ sở độ cao chuẩn nói trên. Các điểm gốc không cần bố trí quá dày, nhưng nên phân bố tương đối đồng đều để vừa đảm bảo tính thống nhất, vừa đảm bảo tính đồng nhất trên cả nước, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc kết nối, hoà nhập trong khu vực và rộng hơn. Căn cứ vào hình thể và vị trí địa lí của nước ta, có thể đề xuất phương án thiết lập hệ thông độ cao mới như sau: 1.1.

Về số lượng và vị trí điểm gốc

Với dãn cách khoảng 500km, số lượng điểm gốc phân bố trên phạm vi lãnh thổ và lãnh hải nước ta sẽ là khoảg 10-15 điểm. Cụ thể, có thể là 12 điểm trong đó ngoài 5 điểm đã có trong khuôn khổ đề tài này, sẽ bố trí thêm 7 điểm nữa là: Hà Giang Lai Châu Yên Bái Lạng Sơn Mường Xá Phú Quốc Trường Sa 1.2.

Về kết cấu đồ hình điểm gốc

Các điểm mới cần được đo GPS có kết nối với nhau và với một vài điểm cũ, cũng như với các điểm IGS trong khu vực. 1.3.

Về số liệu

Để xác định dị thường trọng lực, nên sử dụng cách xử lí có nhiều ưu thế đang được thừa nhận rộng rãi trong trắc địa vât lí là phương pháp collocation bình phương nhỏ nhất. Số liệu đầu vào có thể không chỉ là dị thường trọng lực, mà còn là các loại số liệu khác như đo cao vệ tinh, độ lệch dây dọi thiên văn- trắc địa v.v… Song, trên thực tế, số liệu thiên văn- trắc địa vốn không nhiều, số liệu đo cao vệ tinh lại đòi hỏi nguồn số liệu bổ sung là đo đạc hải dương học dài ngày, liên tục với độ chính xác cần thiết mà nước ta chưa có được. Do vậy, nguồn số liệu chủ yếu trước mắt có thể bổ sung nhanh chóng sẽ là số liệu trọng lực biển và hàng không. Độ rộng của vùng cần có số liệu trọng lực cần thiết, như chúng tôi đã có dịp khảo sát và công bố cũng như đã được nhắc tới trong Báo cáo tổng kết đề tài, chỉ ở mức bán kính xấp xỉ 1o, tức là 120-150 km xung quanh điểm xét. Cần nói thêm là từ cuối năm 2007 dự án GOCE (Gravity field and Steady-state Ocean Circulation Explorer) của cơ quan vũ trụ Châu âu đã bắt đầu được triển khai với sứ mệnh nghiên cứu trường trọng lực và xác định 3

geoid với độ chính xác rất cao trong đó dị thường trọng lực có độ chính xác tới 1mgal và độ cao geoid - tới 1-2 cm, độ phân giải không gian tốt hơn 100km . Dự án dự kiến kéo dài 20 tháng và hiện nay đang ở giai đoạn thu thập, tổng hợp xử lí số liệu. Có thể hy vọng rằng trong một vài năm tới nguồn dữ liệu quý giá này sẽ được khai thác ở quy mô rộng rãi trong đó chúng ta có điều kiện tiếp cận cần thiết. Khi đó, độ chính xác của dị thường độ cao, cũng chính là độ cao chuẩn xác định theo cách giải quyết được sử dụng trong đề tài này của chúng tô, sẽ tăng đến mức dưới 0.1m trên khoảng cách 500km, tức là dưới 5mm trên 1 km chiêu dài. Tương ứng, chúng ta sẽ có cơ sở độ cao chuẩn với nhiều điểm gốc có độ chính xác của thuỷ chuẩn hạng II, thậm chí hạng I mà cho đến nay mới chỉ đạt được bằng công nghệ truyền thống. 1.4.

Về vai trò của các điểm gốc trong hệ thống độ cao chuẩn mới

Cùng với sự xuất hiện của công nghệ định vị vệ tinh với độ chính xác đo đạc ngày càng cao, nguyên tắc xác định vị trí điểm đi từ “tổng quát” đến “chi tiết” vẫn được xem là cách giải quyết hợp lí. Trong lĩnh vực đo đạc, cho đến nay mới có công nghệ đo trọng lực tuyệt đối theo nguyên lí rơi tự do cho phép đạt được độ chính xác tương đương và cao hơn so với đo trọng lực tương đối. Trong tất cả cac trường hợp khác, kể cả trong định vị vệ tinh, phép đo tương đối vẫn có độ chính xác cao hơn phép đo tuyệt đối. Nhưng, khi chấp nhận phép đo tương đối, chúng ta đã chấp nhận cách giải quyết “lan truyền” từ một hay nhiều điểm “xuất phát” với “tư cách” cao hơn. Mặt khác, trên thực tế không phải ở mọi vị trí trên quy mô toàn bộ khu vực rộng lớn hay mọi công đoạn định vị, kể cả mặt bằng cũng như độ cao, đều đòi hỏi độ chính xác đồng đều với chi phí như nhau. Rõ ràng là khi đó cần đến một sự phân chia cấp hạng hợp lí cho quá trình triển khai thực hiện. Thêm vào đó, nguyên tắc đi từ “tổng quát” đến “chi tiết” cho phép đạt được sự thống nhất và đồng nhất trên cả quy mô toàn khu vực cũng như trong từng vùng (từng phần), đồng thời đảm bảo tính độc lập và song hành của các dạng công tác khác nhau. Với những lí do nêu trên, hệ thống chuẩn mới được xây dựng dựa trên nguyên lí định vị vệ tinh và số liệu trọng trường dù ở trình độ công nghệ cao hiện nay và sắp tới vẫn cần đến các điểm có chức năng và tư cách là điểm gốc.

4.2. Quy trình chuyển đổi độ cao

So sánh bản chất của độ cao chuẩn được xác định bằng phương pháp đo thuỷ chuẩn truyền thống và bằng phương pháp đo cao GPS

Về bản chất thì độ cao chuẩn, theo cách hiểu của người đề xuất ra nó là M.S.Molodenski, chính là khoảng chênh tính theo pháp tuyến với mặt ellipsoid chuẩn đi qua điểm xét trên mặt đất giữa mặt teluroid và mặt ellipsoid chuẩn. Trước đây, để tính độ cao chuẩn đó, người ta chỉ có thể có hiệu thế trọng trường chuẩn giữa các hình chiếu của điểm xét trên mặt teluroid và trên mặt ellipsoid chuẩn được thay thế bằng hiệu thế trọng trường thực giữa điểm xét trên mặt đất và điểm gốc độ cao được lấy trên mặt geoid (mặt biển trung bình). Tương ứng, có phương pháp xác định độ cao chuẩn dựa trên kết quả đo thuỷ chuẩn kết hợp với số liệu đo trọng lực dọc theo tuyến đo cao mà ta gọi là phương pháp truyền thống. Cách giải quyết đó là tất yếu trong hoàn cảnh hạn chế về trình độ công nghệ đo đạc trướ đây. Chính sự tiến bộ về kĩ thuật đo đạc thể hiện ở công nghệ GPS trong những thập kỉ cuối của thế kỉ trước đã cho phép các nhà trắc địa giải quyết bài toán xác định độ cao chuẩn theo một cách khác nữa, đó là đem độ cao trắc địa được xác định bằng nguyên lí định vị vệ tinh thông qua GPS trừ đi dị thường độ cao trọng lực được xác định theo lí thuyết hình dạng và thế trọng trường của Trái đất thông qua số liệu dị thường trọng lực và các đặc trưng khác của trọng trường. Tương ứng, ta có phương pháp đo cao GPS. Như vậy, độ cao chuẩn được xác định theo hai phương pháp nêu trên chỉ là một. Kết quả xác định, nếu không có sai số, sẽ phải có cùng trị số. Song, trên thực tế, mặt khởi tính độ cao, tức là mặt đi qua điểm gốc độ cao để tính độ cao chuẩn theo số liệu đo thuỷ chuẩn truyền thống (kết hợp với số liệu trọng lực) lại không phải là duy nhất và thống nhất. Bề mặt đó được lấy theo kết quả quan trắc mực nước biển nhiều năm (ít nhất 18,6 năm) tại một (hay vài ba) trạm nghiệm triều cụ thể. Đó chính là mặt biển trung bình được chấp nhận cho một quốc gia hay một khu vực. Nó thường được gọi là mặt geoid (hay chính xác hơn là quasigeoid) cục bộ. Như vậy, sẽ có nhiều quasigeoid cục bộ. Chính giá trị độ cao chuẩn cụ thể của một quốc gia hay khu vực được hiểu là tính từ mặt quasigeoid cục bộ như thế. 5

Trong khi đó, độ cao chuẩn nhận được theo phương pháp đo cao GPS trong đó dị thường độ cao nhận được theo số liệu trọng lực trên cơ sở giải bài toán biên trị của lí thuyết thế lại được tính từ mặt quasigeoid toàn cầu là bề mặt xấp xỉ với mặt biển trung bình trên phạm vi toàn bộ Trái đất. (Xin lưu ý là các giá trị độ cao chuẩn mà chúng tôi xác định được cho 5 điểm xét trong đề tài này chính là độ cao chuẩn so với quasigeoid toàn cầu) Dễ hiểu là các mặt quasigeoid cục bộ không trùng nhau và cũng không trùng với mặt quasigeoid toàn cầu (xem hình 1)

Mặt biển trung bình toàn cầu Mặt biển trung bình cục bộ

W0 = const

WM=const

hMγ

Quasigeoid toàn cầu

Wo= const O ζo

Quasigeoid cục bộ

ζM

ζM Ellipsoid chuẩn Mo

Hình 1. Mặt quasigeoid cục bộ và mặt quasigeoid toàn cầu Ta hãy kí hiệu hMγ là độ cao chuẩn so với quasigeoid toàn cầu của điểm xét M; hMγ là độ cao chuẩn so với quasigeoid cục bộ;

ζ M là dị thường độ cao toàn cầu;

ζ M là dị thường độ cao cục bộ;

HM là độ cao trắc địa của điểm xét so với ellipsoid chuẩn. Khi đó ta có:

H M = hMγ + ζ M = hMγ + ζ M

(2)

2. Các công thức Như đã biết, mặt biển trung bình (không có ảnh hưởng của sóng, gió và dòng chảy trên biển) được chấp nhận là trùng với mặt đẳng thế trọng trường thực và gọi là mặt geoid. Tương ứng,trên phạm vi biển và đại dươngta có mặt geoid toàn cầu và mặt geoid cục bộ; Trên phạm vi đất liền ta có mặt quasigeoid toàn cầu và mặt quasigeoid cục bộ. Các mặt này không phải là mặt đẳng thế. Ta hãy ước tính khoảng cách giữa mặt geoid và mặt quasigeoid trên phạm vi lãnh thổ nước ta. Với mục đích này, ta có công thức : hγ − h g =

( g − γ )Bouguer gM

hγ

hJγ − hJγ = ζ J − ζ J = ∆ζ J

(3)

Do vậy, tương tự như (4.2.7) ta sẽ có ∆WJ = ∆ζ J ⋅ γ J . (4) Giả sử trong hệ thống độ cao mới ta thiết lập được N điểm độ cao gốc. Khi đó ta sẽ có N giá trị ∆WJ , J = 1,2,…N. Bằng phương pháp collocation, từ các điểm gốc ta sẽ tính được giá trị ∆Wi cho điểm xét i, và sẽ tính được khoảng chênh tương ứng giữa mặt quasigeoid toàn cầu và mặt quasigeoid cục bộ : ∆ζ i =

∆Wi

γi

(5)

Khi đó, các giá trị độ cao chuẩn tính theo mặt quasigeoid toàn cầu và tính theo mặt quasigeoid cục bộ sẽ được chuyển đổi theo biểu thức: (6) hiγ − hiγ = ∆ζ i . Như vậy, để chuyển đổi giữa giá trị độ cao chuẩn tính theo mặt quasigeoid toàn cầu mới nhận được và giá trị độ cao chuẩn tính theo mặt quasigeoid cục bộ có sẵn từ trước theo kết quả đo thuỷ chuẩn truyền thống kết hợp với số liệu trọng lực, cần tiến hành quy trình tính toán như sau: 1. Xác định hiệu độ cao chuẩn tương ứng với mặt quasigeoid toàn cầu được xác định theo phương pháp đo cao GPS triển khai như trong đề tài này và độ cao chuẩn tương ứng với mặt quasigeoid cục bộ theo phương pháp đo thuỷ chuẩn truyền thống kết hợp với số liệu trọng lực tại tất cả các điểm gốc độ cao mới theo công thức (3) 2. Tính hiệu thế trọng trường thực giữa hai mặt nói trên tại các điểm gốc độ cao theo công thức (4) 3. Tính giá trị hiệu thế trọng trường thực tại điểm xét tuỳ ý theo phương pháp collocation 4. Tính khoảng chênh giữa mặt quasigeoid toàn cầu và mặt quasigeoid cục bộ cho điểm xét theo công thức (5) 5. Tính chuyển đổi giá trị độ cao chuẩn tương ứng với hai mặt khởi tính theo công thức (6)