Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Giáo dục - Đào tạo Cao đẳng - Đại học Luận văn nghiên cứu cơ sở khoa học và phương pháp chuyển đổi hệ thống tọa độ, độ...

Tài liệu Luận văn nghiên cứu cơ sở khoa học và phương pháp chuyển đổi hệ thống tọa độ, độ cao hải đồ về hệ thống tọa độ, độ cao quốc gia để thống nhất tư liệu bản đồ sử dụng trong quân đội

.PDF
127
164
130

Mô tả:

ii BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI HỆ THỐNG TOẠ ĐỘ, ĐỘ CAO HẢI ĐỒ VỀ HỆ THỐNG TOẠ ĐỘ, ĐỘ CAO QUỐC GIA ĐỂ THỐNG NHẤT TƯ LIỆU BẢN ĐỒ SỬ DỤNG TRONG QUÂN ĐỘI CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ TRẦN VĂN HẢI HÀ NỘI, NĂM 2018 iii BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI HỆ THỐNG TOẠ ĐỘ, ĐỘ CAO HẢI ĐỒ VỀ HỆ THỐNG TOẠ ĐỘ, ĐỘ CAO QUỐC GIA ĐỂ THỐNG NHẤT TƯ LIỆU BẢN ĐỒ SỬ DỤNG TRONG QUÂN ĐỘI TRẦN VĂN HẢI CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ MÃ SỐ: 60520503 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. NGUYỄN XUÂN BẮC HÀ NỘI, NĂM 2018 iv CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI Cán bộ hướng dẫn chính: TS. Nguyễn Xuân Bắc Cán bộ chấm phản biện 1: PGS. TS Nguyễn Văn Sáng Cán bộ chấm phản biện 2: TS. Đinh Xuân Vinh Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại: Trường Đại học Tài Nguyên và Môi trường Hà Nội HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI Ngày........tháng.......năm 2018 1 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố. Tôi xin chịu trách nhiệm về các nội dung trình bày trong luận văn. TÁC GIẢ LUẬN VĂN (Ký và ghi rõ họ tên) Trần Văn Hải 2 LỜI CẢM ƠN Luận văn được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Xuân Bắc, giảng viên Khoa Trắc địa và Bản đồ, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội. Với sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc, xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ, hướng dẫn và động viên của Thầy trong suốt thời gian tác giả làm luận văn. Trong quá trình học tập và rèn luyện tại Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội, được sự giúp đỡ và nhiệt tình giảng dạy của các thầy, các cô trong trường nói chung và trong Khoa Trắc địa Bản đồ nói riêng, tác giả đã trang bị cho mình những kiến thức cơ bản về chuyên môn cũng như lối sống, tạo hành trang vững chắc cho công tác sau này. Kính chúc các thầy, các cô luôn luôn mạnh khỏe, hạnh phúc và thu được nhiều thành công trong sự nghiệp giảng dạy, đào tạo và trong cuộc sống. Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, ngoài sự nỗ lực cố gắng của bản thân, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban giám đốc Xí nghiệp Trắc địa, Công ty Trắc địa Bản đồ đã tạo điều kiện tốt nhất để tác giả được theo học và hoàn thành luận văn Thạc sỹ. Xin trân trọng cảm ơn PGS. TSKH Hà Minh Hòa, nguyên Viện trưởng Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ đã cho phép sử dụng các kết quả nghiên cứu của Thầy trong luận văn. Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Đại tá, TS. Nguyễn Đình Thành, Cục Bản đồ, BTTM và Thầy giáo Lương Thanh Thạch, giảng viên Khoa Trắc địa và Bản đồ, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội về các định hướng nghiên cứu khoa học. Xin cảm ơn về sự hợp tác hiệu quả trong nghiên cứu với Đại tá Khương Văn Long, Phó Chỉ huy trưởng Đoàn Đo đạc Biên vẽ hải đồ và Nghiên cứu biển và KS. Đặng Xuân Thủy, Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ. Mặc dù đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết để hoàn thành, nhưng chắc chắn luận văn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp, chỉ bảo của các thầy, cô giáo và các đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện tốt hơn. Đây sẽ là những kiến thức rất bổ ích cho công việc của tác giả trên chặng đường phía trước. Xin trân trọng cám ơn./. Hà Nội, ngày tháng 9 năm 2018 Tác giả luận văn Trần Văn Hải 3 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................1 LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................2 MỤC LỤC ..................................................................................................................3 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT.......................................................................5 DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................6 DANH MỤC CÁC HÌNH .........................................................................................7 TÓM TẮT LUẬN VĂN ............................................................................................9 MỞ ĐẦU ..................................................................................................................10 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÁC MÔ HÌNH BỀ MẶT CƠ BẢN TRÊN BIỂN ........................................................14 1.1. Các vấn đề về chuyển đổi tọa độ, độ cao giữa hải đồ và bản đồ địa hình14 1.2. Tình hình nghiên cứu xây dựng các mô hình bề mặt cơ bản trên biển ...16 1.2.1. Ellipsoid quy chiếu toàn cầu (WGS84) ....................................................16 1.2.2. Mô hình quasigeoid toàn cầu (EGM2008) ...............................................19 1.2.3. Mô hình mặt biển trung bình (MSS) .........................................................21 1.2.4. Mô hình địa hình động lực trên biển (DTU10 MDT) ...............................23 1.2.5. Mối quan hệ giữa một số mô hình bề mặt cơ bản trên biển .....................24 1.3. Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu........................................................27 CHƯƠNG 2. CHUYỂN ĐỔI HỆ THỐNG TỌA ĐỘ, ĐỘ CAO HẢI ĐỒ VỀ HỆ THỐNG TỌA ĐỘ, ĐỘ CAO QUỐC GIA .....................................................28 2.1. Cơ sở toán học của bản đồ địa hình và hải đồ sử dụng trong quân đội ..28 2.1.1. Cơ sở toán học của bản đồ địa hình.........................................................28 2.1.2. Cơ sở toán học của hải đồ ........................................................................32 2.1.3. Cơ sở toán học của bản đồ địa hình đáy biển ..........................................34 2.2. Một số phương pháp tính quy chuyển độ cao hải đồ về độ cao quốc gia 34 2.3. Lý thuyết về xây dựng một số mô hình bề mặt cơ bản cục bộ..................38 4 2.3.1. Ellipsoid quy chiếu quốc gia ....................................................................40 2.3.2. Xây dựng mô hình quasigeoid cục bộ ......................................................42 2.3.3. Xây dựng mô hình mặt nước biển trung bình cục bộ ...............................49 2.3.4. Xây dựng mô hình mặt nước biển thấp nhất cục bộ .................................52 2.4. Chuyển đổi hệ thống tọa độ, độ cao hải đồ về hệ thống tọa độ, độ cao quốc gia dựa trên các mô hình bề mặt cơ bản trên biển ..................................54 2.4.1. Chuyển đổi hệ tọa độ hải đồ về hệ tọa độ quốc gia .................................54 2.4.2. Chuyển độ cao hải đồ về độ cao quốc gia................................................58 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THỰC NGHIỆM......................................................61 3.1. Khái quát về khu vực thực nghiệm .............................................................61 3.2. Thu thập, tập hợp và xử lý số liệu ...............................................................64 3.3. Thực nghiệm xây dựng mô hình mặt biển trung bình và mặt biển thấp nhất trên vùng biển Việt Nam ............................................................................68 3.3.1. Xây dựng các mô hình mặt biển trung bình và mặt biển thấp nhất khu vực 68 3.3.2. Thực nghiệm chuyển đổi hệ thống tọa độ, độ cao Hải đồ về hệ thống tọa độ, độ cao quốc gia ............................................................................................81 3. 4. Đánh giá kết quả chuyển đổi hệ thống tọa độ, độ cao Hải đồ về hệ thống tọa độ, độ cao quốc gia ........................................................................................89 3.4.1. Đánh giá độ chính xác độ chênh giữa mô hình MDTTBKV và mô hình MBTNKV65 ........................................................................................................89 3.4.2. Đánh giá kết quả chuyển đổi độ cao hải đồ về độ cao quốc gia..............90 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................94 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ .............................................96 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................97 PHỤ LỤC ...............................................................................................................101 5 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ Giải thích Dịch thuật BIH B Bureau International de I’Heure Cơ quan giờ quốc tế (International Time Bureau) C CTP Conventional Terrestrial Pole Cực quy ước Trái đất D DEM Mô hình số độ cao Digital Elevation Model E EGM Earth Gravitational Model EGM96 Earth Gravitational Model 1996 EGM2008 Earth Gravitational Model 2008 IAG IGS ITRF I Association International of Geodesy International GNSS Service International Terrestrial Reference Frame M MDT Mean Dynamic Topography MSS Mean Sea Surface Mô hình trọng trường toàn cầu Mô hình trọng trường toàn cầu công bố năm 1996 Mô hình trọng trường toàn cầu công bố năm 2008 Hiệp hội Trắc địa Quốc tế Tổ chức dịch vụ GNSS quốc tế Khung tham chiếu Trái đất quốc tế Bề mặt tự nhiên động lực trung bình Mặt nước biển trung bình MDTTBKV Mặt biển trung bình khu vực MBTNKV Mặt biển thấp nhất khu vực MDTVN2015 Mặt biển trung bình cục bộ LSS2015 Mặt biển thấp nhất cục bộ 6 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Các thời kỳ nâng cấp khung quy chiếu WGS84. .....................................18 Bảng 3.1. Độ cao mặt biển trên các trạm nghiệm triều (Nguồn [10])…………….….64 Bảng 3.2. Độ cao các mặt trên biển các trạm nghiệm triều (Nguồn Đoàn 6 [6]) .....65 Bảng 3.3. Kết quả đánh giá độ chính xác chênh cao giữa mô hình MDTTBKV và mô hình MBTNKV36 ...............................................................................................77 Bảng 3.4. Tọa độ mắt lưới của hải đồ và bản đồ địa hình ........................................82 Bảng 3.5. Kết quả tính chuyển toạ độ các điểm đo độ sâu trên hải đồ từ hệ toạ độ VN2000 phép chiếu Mercator về hệ toạ độ VN2000 phép chiếu UTM múi 6o........84 Bảng 3.6. Kết quả tính chuyển độ cao hải đồ về độ cao quốc gia dựa trên mô hình MDTTBKV và mô hình MBTNKV65 ......................................................................85 Bảng 3.7. Kết quả đánh giá độ chính xác chênh cao giữa mô hình MDTTBKV và mô hình MBTNKV65 ...............................................................................................89 Bảng 3.8. Đánh giá kết quả tính chuyển độ cao hải đồ về độ cao quốc gia dựa trên mô hình MDTTBKV và mô hình MBTNKV65 .......................................................91 7 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Trạm khung tham chiếu WGS84 ..............................................................19 Hình 1.2.Màu trắng chỉ các khu vực có dữ liệu dị thường trọng lực với mật độ 5’x5’ ..20 Hình 1.3. Mặt biển trung bình CNES-CLS11 MSS .................................................22 Hình 2.1. Sơ đồ vị trí các trạm DGPS CORS của Cục Bản đồ, Bộ Tổng tham mưu và của Bộ Tài nguyên và Môi trường .......................................................................29 Hình 2.2. Mối quan hệ giữa các bề mặt cơ bản quốc gia và quốc tế ........................38 Hình 2.3.Mô hình quasigeoid hỗn hợp VIGAC2014 trên lãnh thổ Việt Nam .........49 Hình 2.4. Mô hình mặt biển trung bình cục bộ MDTVN2015 trên vùng biển Việt Nam [10] 52 Hình 2.5.Mô hình mặt biển thấp nhất cục bộ LSS2015 trên vùng biển Việt Nam [10]. ...54 Hình 2.6. Công cụ lấy độ cao điểm trong ArcMap ..................................................59 Hình 2.7. Sơ đồ minh hoạ tính chuyển độ cao .........................................................59 Hình 3.1. Sơ đồ mặt biển trung bình DTU10MDT trên vùng biển Việt Nam .........61 Hình 3.2. Sơ đồ các trạm nghiệm triều dọc bờ biển và trên một số đảo của Việt Nam (Nguồn [10]) .....................................................................................................62 Hình 3.3. Sơ đồ các trạm nghiệm triều dọc bờ biển và trên một số đảo của Việt Nam (Nguồn Đoàn 6 [6]) ..........................................................................................63 Hình 3.4. Hải đồ tỷ lệ 1:100.000 khu vực Hòn Dấu (Nguồn Đoàn 6 [6])................63 Hình 3.5. Biên tập bản đồ nền ..................................................................................70 Hình 3.6. Sử dụng công cụ Spline để xây dựng mô hình MDTTBKV ....................71 Hình 3.7. Sử dụng công cụ Contour để vẽ các đường đẳng trị độ cao MDTTBKV 72 Hình 3.8. Thể hiện thang tầng màu độ cao MDTTBKV ...........................................72 Hình 3.9. Mô hình MDTTBKV trên vùng biển Việt Nam ........................................73 Hình 3.10. Mô tả công cụ Spline để xây dựng mô hình MBTNKV36 ....................74 Hình 3.11. Mô tả công cụ Contour để vẽ các đường đẳng trị độ cao MBTNKV36 75 Hình 3.12. Mô tả thang tầng màu độ cao mặt biển thấp nhất khu vực.....................76 8 Hình 3.13. Mô hình MBTNKV36 trên vùng biển Việt Nam ...................................76 Hình 3.14. Mô hình MBTNKV65 trên vùng biển Việt Nam ...................................81 Hình 3.15. Bản đồ địa hình tỷ lệ 1:100.000 trong Hệ tọa độ VN2000, phép chiếu UTM, múi chiếu 60, hệ độ cao HP72 được chuyển từ hải đồ tỷ lệ 1:100.000, phép chiếu Mercator, độ sâu tính theo số "0" hải đồ khu vực ...........................................87 Hình 16a. Hình ảnh phóng to một khu vực hải đồ……………...…………………88 Hình 16b. Hình ảnh phóng to một khu vực bản đồ địa hình .................................... 88 9 TÓM TẮT LUẬN VĂN Họ và tên: Trần Văn Hải Lớp: CH2B.TĐ Khóa: 2 Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Xuân Bắc Tên đề tài: Nghiên cứu cơ sở khoa học và phương pháp chuyển đổi hệ thống tọa độ, độ cao hải đồ về hệ thống tọa độ, độ cao quốc gia để thống nhất tư liệu bản đồ sử dụng trong Quân đội. Tóm tắt nội dung luận văn: Xác định các mặt chuẩn để xử lý dữ liệu đo độ sâu trong công tác thành lập bản đồ địa hình đáy biển phục vụ xây dựng nền thông tin địa lý biển và sản xuất hải đồ bảo đảm an toàn hàng hải là một trong những nhiệm vụ khoa học kỹ thuật quan trọng nhất của ngành Trắc địa Bản đồ Việt Nam. Do tính chất phức tạp của thủy triều trên Biển Đông nên hiện nay việc tính toán độ cao mặt biển trung bình và mặt biển thấp nhất đều dựa vào số liệu nghiệm triều với thời gian quan trắc tối thiểu 30 ngày. Luận văn nghiên cứu xây dựng mặt biển trung bình khu vực và mặt biển thấp nhất khu vực trên vùng biển Việt Nam dựa trên mô hình DTU10MDT kết hợp với các trạm nghiệm triều, làm cơ sở để chuyển đổi hệ thống tọa độ, độ cao hải đồ về hệ thống tọa độ, độ cao quốc gia để thống nhất tư liệu bản đồ sử dụng trong Quân đội. 10 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Việt Nam có một vùng biển đặc quyền kinh tế rộng trên 1 triệu km2, gấp 3 lần diện tích đất liền và bờ biển dài hơn 3.260 km. Trong sự nghiệp xây dựng và bảo vệ Tổ quốc, biển có vai trò, vị trí rất quan trọng, gắn bó mật thiết và ảnh hưởng to lớn đến sự phát triển kinh tế - xã hội, bảo đảm quốc phòng - an ninh, bảo vệ môi trường của nước ta. Sau gần 30 năm thực hiện công cuộc đổi mới dưới sự lãnh đạo của Đảng, tiềm lực kinh tế biển của nước ta đã không ngừng lớn mạnh, phát triển với tốc độ khá nhanh và đã có những đóng góp quan trọng vào nhịp độ tăng trưởng kinh tế - xã hội của đất nước theo hướng công nghiệp hoá, hiện đại hoá. Nhằm cung cấp đầy đủ, chính xác và kịp thời tư liệu biển cho các hoạt động trên biển, công tác điều tra cơ bản tài nguyên môi trường biển được đặc biệt quan tâm. Đối với ngành Đo đạc và Bản đồ Việt Nam, công tác nghiên cứu khoa học biển; đo đạc, thành lập các loại bản đồ và xây dựng cơ sở dữ liệu biển được đầu tư toàn diện, từ máy móc phương tiện tiên tiến, các phần mềm hiện đại đến việc đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao. Nhiệm vụ đo đạc, biên vẽ hải đồ được giao cho Đoàn Đo đạc và Biên vẽ hải đồ và Nghiên cứu biển (Đoàn 6), Bộ Tư lệnh Hải quân và một số cơ quan chuyên ngành của Bộ Tài nguyên và Môi trường thực hiện. Công tác đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển do Trung tâm Trắc địa Bản đồ biển/ Tổng cục Biển và Hải đảo Việt Nam thực hiện. Với sự nỗ lực của toàn Ngành trong gần 30 năm qua, đến nay các loại bản đồ biển cơ bản đã phủ kín toàn bộ vùng biển Việt Nam. Trong các hình thức tác chiến hiện đại của Quân đội nhân dân Việt Nam với sự tham gia của nhiều quân, binh chủng trên phạm vi không gian rộng lớn, cần phải sử dụng tư liệu địa hình (cả đất liền và vùng biển) thống nhất trong một cơ sở toán học. Do bản đồ địa hình đáy biển chưa phủ kín vùng biển Việt Nam, đặc biệt là các khu vực thềm lục địa và các đảo, quần đảo xa bờ, nên cần thiết phải chuyển đổi hệ thống tọa độ, độ cao hải đồ về hệ thống tọa độ, độ cao quốc gia để thống nhất tư liệu địa hình sử dụng trong Quân đội. 11 Vấn đề chuyển đổi tọa độ, độ cao của các mặt biển (trung bình, thấp nhất) tại các trạm nghiệm triều về hệ độ cao quốc gia, sử dụng phương pháp đo thủy chuẩn là chính xác nhất. Tuy nhiên, trong thực tế thì nhiều trường hợp không thể thực hiện vì lý do kinh phí. Ở Việt Nam, đã có một số công trình nghiên cứu xây dựng mặt biển trung bình và mặt biển thấp nhất dựa trên số liệu đo mực nước biển của một số trạm nghiệm triều ven bờ bằng phương pháp hải văn [12, 17], tuy nhiên sử dụng mặt biển trung bình cục bộ được xây dựng theo số liệu đo mực nước tại các trạm nghiệm triều dọc bờ biển Việt Nam không cho phép xác định được bề mặt tự nhiên biển (mặt biển trung bình) trên toàn bộ Biển Đông [10]. Ngoài ra, sử dụng mặt biển trung bình khu vực và mặt biển thấp nhất khu vực thống nhất trên toàn bộ vùng biển để quy chiếu các trị đo sâu địa hình đáy biển (sau khi đã hiệu chỉnh sóng, thủy triều) cũng chưa từng được nghiên cứu và áp dụng ở Việt Nam. Nhiệm vụ quan trọng nhất của luận văn này là xây dựng mô hình mặt biển trung bình khu vực và mô hình mặt biển thấp nhất khu vực phủ trùm vùng biển Việt Nam phục vụ chuyển đổi hệ thống tọa độ, độ cao hải đồ về hệ thống tọa độ, độ cao quốc gia và xa hơn nữa, để quy chiếu các trị đo sâu địa hình đáy biển trong công tác thành lập bản đồ địa hình đáy biển (sử dụng mô hình mặt biển trung bình) và hải đồ (sử dụng mô hình mặt biển thấp nhất khu vực). Kết quả của đề tài sẽ đáp ứng kịp thời nhu cầu cung cấp đầy đủ tư liệu địa hình trong một cơ sở toán học thống nhất bảo đảm cho các hoạt động của Quân đội. Vì lý do đó, đề tài "Nghiên cứu cơ sở khoa học và phương pháp chuyển đổi hệ thống toạ độ, độ cao hải đồ về hệ thống toạ độ, độ cao quốc gia để thống nhất tư liệu bản đồ sử dụng trong Quân đội" thể hiện tính cấp thiết, góp phần hoàn thiện cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý phủ trùm lãnh thổ Việt Nam (cả đất liền và vùng biển) phục vụ cho sự nghiệp xây dựng phát triển đất nước và bảo vệ vững chắc chủ quyền quốc gia trên biển của Việt Nam. 12 2. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu cơ sở khoa học và các phương pháp để chuyển đổi hệ thống tọa độ, độ cao hải đồ về hệ thống tọa độ, độ cao quốc gia dựa trên các mô hình bề mặt cơ bản trên biển. 3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu xây dựng các mô hình bề mặt cơ bản phủ trùm vùng biển Việt Nam và tính chuyển tọa độ giữa các hệ thống tọa độ phục vụ chuyển đổi hệ thống toạ độ, độ cao hải đồ về hệ thống toạ độ, độ cao quốc gia; vận dụng để tính chuyển cơ sở toán học hải đồ về cơ sở toán học của bản đồ địa hình cho 01 mảnh hải đồ tỷ lệ 1:100.000 khu vực từ Cửa Lục đến Cửa Ba Lạt. 4. Nội dung nghiên cứu Để đạt được mục đích, luận văn phải giải quyết được một số vấn đề sau: - Thu thập số liệu phục vụ tính toán thực nghiệm; - Nghiên cứu các vấn đề về chuyển đổi tọa độ, độ cao giữa hải đồ và bản đồ địa hình; - Nghiên cứu phương pháp xây dựng và mối quan hệ giữa các mô hình bề mặt cơ bản trên biển; + Nghiên cứu một số phương pháp tính quy chuyển độ cao hải đồ về độ cao quốc gia; + Nghiên cứu phương pháp chuyển đổi tọa độ, độ cao giữa các hệ thống tọa độ, độ cao khác nhau dựa trên các mô hình bề mặt cơ bản trên biển; + Thực nghiệm chuyển đổi tọa độ, độ cao hải đồ về tọa độ, độ cao quốc gia, đánh giá kết quả và rút ra kết luận. 5. Phương pháp nghiên cứu Luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau đây: - Phương pháp hồi cứu: Tìm kiếm, thu thập các tài liệu và cập nhật các thông tin trên mạng Internet và thư viện. - Phương pháp phân tích: Phân tích tính hợp lý của kết quả thực nghiệm, tính logic trong lựa chọn phương pháp xử lý số liệu,... 13 - Phương pháp toán học: Tập hợp các quy luật, phương pháp, công thức, kết luận đã được chứng minh để xây dựng các mô hình mặt biển cơ bản cho bài toán chuyển đổi hệ thống toạ độ và độ cao. - Phương pháp so sánh: So sánh đánh giá phương pháp chuyển đổi theo mô hình bề mặt cơ bản trên biển với quy định về độ chính xác theo phương pháp hải văn. - Phương pháp thực nghiệm: Dựa trên các kết quả thực nghiệm để làm sáng tỏ ưu thế của việc sử dụng mô hình bề mặt cơ bản trên biển trong chuyển đổi tọa độ, độ cao hải đồ về tọa độ, độ cao quốc gia. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Mô hình mặt biển trung bình khu vực và mô hình mặt biển thấp nhất khu vực ngoài việc sử dụng để chuyển đổi tọa độ, độ cao hải đồ về hệ thống tọa độ, độ cao quốc gia, còn thúc đẩy nhiệm vụ nghiên cứu khoa học theo hướng xây dựng các mô hình bề mặt cơ bản trên biển để quy chiếu các trị đo sâu địa hình đáy biển. - Góp phần cung cấp nhanh chóng, đầy đủ tư liệu địa hình trong một cơ sở toán học thống nhất phục vụ cho các hoạt động của Quân đội. 7. Cấu trúc của luận văn Để thực hiện các mục tiêu của luận văn và trình bày các kết quả đã nghiên cứu, luận văn được trình bày với cấu trúc như sau: Mở đầu Chương 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu xây dựng các mô hình bề mặt cơ bản trên biển. Chương 2. Chuyển đổi hệ thống tọa độ, độ cao hải đồ về hệ thống tọa độ, độ cao quốc gia. Chương 3. Tính toán thực nghiệm Kết luận và Kiến nghị Các công trình khoa học đã công bố Tài liệu tham khảo Phụ lục 14 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÁC MÔ HÌNH BỀ MẶT CƠ BẢN TRÊN BIỂN 1.1. Các vấn đề về chuyển đổi tọa độ, độ cao giữa hải đồ và bản đồ địa hình Cơ sở dữ liệu và bản đồ được xây dựng từ các đối tượng địa lý. Mỗi một đối tượng địa lý được thiết lập từ các tập hợp điểm, đường, vùng cùng các tính chất thuộc tính của chúng và nói chung, chúng cũng được cấu tạo từ tập hợp các điểm theo một quy tắc nhất định. Một điểm trong không gian, tùy thuộc vào các góc quan sát sẽ có vai trò khác nhau. Như vậy, cơ sở dữ liệu và bản đồ trong các hệ thống tọa độ khác nhau sẽ giữ các vai trò khác nhau. Mặt khác, do đặc thù riêng của công tác định vị dẫn đường trên biển, trong nhiều trường hợp có sử dụng các tư liệu quốc tế nên vấn đề tính chuyển qua lại giữa hệ tọa độ quốc tế WGS84 và Hệ tọa độ quốc gia VN2000 được thực hiện thường xuyên với yêu cầu độ chính xác phù hợp. Trong các hoạt động của Quân đội, lực lượng không quân sử dụng bản đồ địa hình ở tỷ lệ 1:250.000, 1:500.000 và nhỏ hơn cho khu vực đất liền và hải đồ tỷ lệ 1:300.000, 1:400.000, 1:500.000 và nhỏ hơn đối với các khu vực biển; lực lượng bộ binh sử dụng bản đồ địa hình tỷ lệ 1:10.000, 1:25.000, 1:50.000, 1:100.000 và nhỏ hơn; lực lượng hải quân sử dụng hải đồ tỷ lệ 1:25.000, 1:50.000, 1:100.000 và nhỏ hơn. Tùy thuộc vào quy mô và tính chất của chiến trường để xác định các hình thái tác chiến với sự phối hợp của nhiều quân, binh chủng. Sử dụng nhiều loại tư liệu địa hình sẽ gây ra rất nhiều khó khăn cho việc chỉ huy và hợp đồng tác chiến giữa các quân binh chủng. Đối với vũ khí phương tiện hiện đại của quân đội hoạt động trên phạm vi không gian rộng, hình thức tác chiến nhanh như máy bay, tên lửa đất đối hạm, tên lửa bờ,... cần phải có cơ sở dữ liệu (CSDL) địa hình (cả phần đất liền và phần biển) thống nhất trong một cơ sở toán học xác định,... CSDL và hệ thống bản đồ cơ bản quốc phòng được quy định thống nhất với cơ sở toán học của CSDL và hệ thống bản đồ cơ bản quốc gia. Tuy nhiên, bản đồ địa hình (phần đất liền) được Cục Bản đồ, Bộ Tổng Tham mưu (BTTM) thành lập dựa trên hệ tọa độ VN2000, phép chiếu UTM, hệ độ cao Hải phòng 1972 (HP72) cho dãy tỷ lệ 1:10.000, 1:25.000, 1:50.000; 1:100.000; 1:250.000, 1:500.000 và 1:1.000.000; hải đồ được 15 Đoàn 6 thành lập dựa trên hệ tọa độ WGS84 quốc tế, phép chiếu Mercator, hệ độ cao tính theo mực nước thấp nhất lý luận 0 cho các dãy tỷ lệ; 1:1.000, 1:2.000, 1:5.000 và 1:10.000 cho các khu vực cảng, đảo/đá; 1:25.000, 1:50.000, 1:100.000, 1:200.000, 1:300.000, 1:400.000, 1:500.000, 1:1.000.000, 1:1.500.000 và 1:2.500.000; bản đồ địa hình đáy biển do Trung tâm Trắc địa Bản đồ biển, Tổng cục Biển và Hải đảo Việt Nam thành lập dựa trên hệ tọa độ VN2000, phép chiếu UTM, hệ độ cao HP72 cho dãy tỷ lệ 1:10.000, 1:25.000, 1:50.000 và 1:100.000 cho các khu vực ven bờ (phạm vi phủ đến hết vùng tiếp giáp lãnh hải). Để thống nhất cơ sở toán học bản đồ nền trên phạm vi lãnh thổ Việt Nam (cả đất liền và vùng biển) cần phải chuyển đổi tọa độ, độ cao của hệ thống hải đồ về hệ tọa độ, độ cao quốc gia để tận dụng nguồn tư liệu của Đoàn 6 trong việc bảo đảm tư liệu địa hình cho các hoạt động của Quân đội. Chuyển đổi tọa độ hải đồ (ellipsoid WGS84, phép chiếu Mercator) về hệ tọa độ quốc gia VN2000 là một vấn đề khoa học không quá phức tạp, nhưng chuyển đổi độ cao hải đồ (dựa trên mặt chuẩn "0" độ sâu khu vực) về hệ độ cao quốc gia HP72 là một vấn đề không đơn giản. Ở Việt Nam, đã có một số công trình nghiên cứu quy đổi độ cao hải đồ về độ cao quốc gia trên cơ sở xây dựng các mặt biển trung bình và mặt biển thấp nhất dựa trên số liệu quan trắc thủy triều tại các trạm nghiệm triều ven bờ biển bằng các phương pháp ngoại suy [14]. Tuy nhiên, như đã khẳng định trong nhiều tài liệu, mặt biển trung bình cục bộ được thành lập theo các số liệu đo mực nước tại các trạm nghiệm triều dọc bờ biển Việt Nam không cho phép xác định được bề mặt tự nhiên biển (mặt biển trung bình) trên toàn bộ Biển Đông [10,13]. Vì vậy, đề tài luận văn tập trung nghiên cứu phương pháp xây dựng mô hình mặt biển trung bình khu vực và mặt biển thấp nhất khu vực trên cơ sở sử dụng các thành quả khoa học tiên tiến của thế giới phục vụ nhiệm vụ chuyển đổi độ cao hải đồ về độ cao quốc gia. 16 1.2. Tình hình nghiên cứu xây dựng các mô hình bề mặt cơ bản trên biển 1.2.1.Ellipsoid quy chiếu toàn cầu (WGS84) Từ những năm 1950, khi bắt đầu sử dụng vệ tinh nhân tạo của Trái đất người ta đã đưa ra hệ trắc địa toàn cầu WGS. Hệ quy chiếu WGS60 được coi là hệ trắc địa toàn cầu đầu tiên, do Bộ Quốc phòng Mỹ (DoD) thiết lập. Tiếp theo đó là các hệ WGS66 và WGS72 được đưa ra nhằm nâng cao độ chính xác của hệ trắc địa toàn cầu đáp ứng các yêu cầu của DoD. Hệ WGS72 phục vụ cho hệ thống TRANSIT. Từ năm 1970, trên cơ sở quan trắc vệ tinh mà chủ yếu là trị đo Doppler từ khoảng 1500 điểm, Liên đoàn Địa vật lý và Trắc địa quốc tế đã định nghĩa Hệ quy chiếu GRS80 (Geodetic Reference System). GRS là Hệ quy chiếu không gian địa tâm có Ellipsoid xấp xỉ gần đúng nhất với Trái Đất, được định nghĩa bằng các thông số hình học và vật lý. Hệ thống trắc địa toàn cầu được thiết lập bởi Bộ Quốc phòng Mỹ và được xác định dựa trên việc tính chuyển tọa độ của các vệ tinh Doppler. Trong quá trình bình sai lưới, chỉ sử dụng các tập hợp số liệu của các trạm quan trắc vệ tinh Doppler khác nhau mà không cần dùng tới các kết quả quan trắc giao thoa cạnh đáy dài VLBI (Very Long Baseline Interferometry) và đo laze đến vệ tinh SLR (Satellite Laser Ranging). Do hạn chế của kỹ thuật Doppler nên độ tin cậy của lưới chỉ cỡ 1-2m, vận tốc của các trạm được coi là không đáng kể. Từ khi công nghệ GPS phát triển, một số phần của lưới được đo bằng công nghệ GPS và được đưa vào xử lý kết quả. Hệ quy chiếu WGS84 được xây dựng dựa trên tọa độ của 10 trạm đo GPS của Bộ Quốc phòng Mỹ. Sau đó, tọa độ WGS84 được xác định lại bằng việc sử dụng trị đo trong vài tuần từ một lưới toàn cầu gồm 32 điểm, trong đó 10 điểm cũ của Bộ Quốc phòng Mỹ và 22 điểm của Tổ chức dịch vụ GNSS quốc tế IGS (International GNSS Service). Quá trình bình sai được thực hiện trên nguyên tắc tổ hợp cả quỹ đạo vệ tinh và tọa độ các điểm đo. Lưới Quy chiếu này được gọi là WGS84 (G730) để ghi nhận các kết quả đo GPS ở tuần thứ 730. Lưới quy chiếu đạt độ chính xác 10cm và sử dụng mô hình chuyển động mảng toàn cầu NUVEL-1. 17 Hệ trắc địa toàn cầu WGS84 (World Geodetic System-1984) được duy trì bởi Cơ quan Tri thức Địa không gian quốc gia Hoa Kỳ (NGA). WGS84 là một hệ quy chiếu Trái đất quy ước (CTRS) phù hợp với Trái đất trên phạm vi toàn cầu và được xác định với gốc tọa độ khá gần với trọng tâm Trái đất (xét cả phần đại dương và khí quyển quanh Trái đất) thoả mãn các tiêu chí do IERS đề ra. Ellipsoid WGS84 sử dụng một số tham số của GRS-1980, tuy nhiên cũng có một số tham số khác nhau không nhiều. Hệ toạ độ WGS84 được bảo đảm bởi khung quy chiếu WGS84, với các trạm trong đoạn điều khiển của hệ thống GPS và một số trạm quan sát của Cơ quan Bản đồ và Ảnh quốc gia Mỹ (NIMA) và nhiều trạm tham gia khác. Hệ thống Trái Đất quy ước 1984.0 (BIH CTS 1984.0) và Cực Trái Đất quy ước CTP đã được Cơ quan giờ quốc tế BIH (năm 1984) xác định như sau: * Gốc trùng với tâm vật chất của Trái Đất; * Trục Z trùng với hướng của Cực Trái Đất quy ước BIH CTP vào thời điểm chuẩn 1984.0; * Trục X trùng với đường giao cắt của mặt phẳng kinh tuyến 0 của BIH (BIH Zero Meridian) và mặt phẳng chứa điểm gốc “0” của Trái Đất (mặt phẳng xích đạo) và vuông góc với trục Z; * Trục Y là trục thứ ba vuông góc với các trục Z, X và nằm trên mặt phẳng xích đạo, hướng về phía Đông. Cả ba trục X, Y, Z tạo nên hệ tọa độ địa tâm theo quy tắc bàn tay phải. Trong hệ quy chiếu WGS84 người ta sử dụng ellipsoid tham chiếu có các tham số kích thước và hình dạng như sau : - Bán trục lớn a = 6378137.0 m; độ dẹt f = 1:298.257223563 - Hệ thời gian: GPST (GPS Time) Mô hình vật lý chuẩn của Trái đất sử dụng trong các ứng dụng GPS là hệ tọa độ trắc địa WGS84 của Bộ Quốc phòng Mỹ. Một phần của WGS84 là mô hình chi tiết của sự bất thường lực hấp dẫn của Trái đất. Các thông tin này là cơ sở để đạt
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan