Tài liệu PHƯƠNG ÁN TÍNH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CAO ĐỊA HÌNH TRONG DỊ THƯỜNG ĐỘ CAO, ĐỘ LỆCH DÂY DỌI VÀ DỊ THƯỜNG TRỌNG LỰC TRÊN VÙNG BIÊN GIỚI CỦA VIỆT NAM

PHƯƠNG ÁN TÍNH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CAO ĐỊA HÌNH TRONG DỊ THƯỜNG ĐỘ CAO, ĐỘ LỆCH DÂY DỌI VÀ DỊ THƯỜNG TRỌNG LỰC TRÊN VÙNG BIÊN GIỚI CỦA VIỆT NAM TS. Bùi Thị Hồng Thắm Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội Tóm tắt: Để tính được ảnh hưởng của địa hình trong các yếu tố cơ bản đặc trưng cho thế trọng trường và hình dạng Trái đất là dị thường độ cao, độ lệch dây dọi và dị thường trọng lực thì yếu tố đầu vào không thể thiếu là tọa độ và độ cao của các điểm địa hình xung quanh điểm xét trong một vùng bán kính R. Mô hình số độ cao tỷ lệ 1:50.000 (VN50) phủ trùm lãnh thổ là nguồn số liệu đủ độ chính xác phục vụ cho việc tính toán nêu trên [1], [4]. Tuy nhiên, đối với những điểm thuộc vùng biên giới của Việt Nam, khi mà số liệu của VN50 không đủ đáp ứng yêu cầu công việc thì cần phải có nguồn số liệu khác, đủ độ chính xác phục vụ cho việc tính toán các giá trị ảnh hưởng này. Số liệu của mô hình số độ cao toàn cầu SRTM là giải pháp được lựa chọn. Để biết số liệu của mô hình này có đáp ứng được yêu cầu của việc tính toán các giá trị ảnh hưởng hay không, 281 điểm GPS - TC trên vùng biên giới của Việt Nam đã được sử dụng đóng vai trò điểm gốc nhằm đánh giá độ chính xác của mô hình. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng, giá trị trung bình độ lệch độ cao của các điểm GPS - TC là 4.802 mét và giá trị trung bình trị tuyệt đối độ lệch độ cao là 7.253 mét, đều nhỏ hơn 10 mét là độ chính xác cần thiết của số liệu địa hình khi tính ảnh hưởng của địa hình trong dị thường độ cao (∆ζ), độ lệch dây dọi (∆ξ, ∆η) và dị thường trọng lực (∆g). Do vậy, số liệu của mô hình VN50 kết hợp với số liệu của mô hình SRTM sẽ là nguồn số liệu đầu vào phục vụ cho việc tính ∆ζ, ∆ξ, ∆η và ∆g trên vùng biên giới của Việt Nam. Từ khóa: Dị thường trọng lực, dị thường độ cao, độ lệch dây dọi, ảnh hưởng của độ cao địa hình. 1. Đặt vấn đề Dị thường độ cao, độ lệch dây dọi và dị thường trọng lực là các yếu tố đặc trưng cơ bản cho thế trọng trường và hình dáng Trái đất. Việc nghiên cứu các đại lượng này có ý nghĩa và vai trò quan trọng trong ngành Trắc địa - Bản đồ nói riêng và ngành khoa học Trái đất nói chung như: xây dựng hệ quy chiếu và hệ tọa độ quốc gia, xây dựng mạng lưới thủy chuẩn Nhà nước, nghiên cứu cấu trúc sâu và hình dạng Trái đất, địa triều, thăm dò địa chất, tìm kiếm khoáng sản,… Để tính được ∆ζ, ∆ξ, ∆η và ∆g, địa hình khu vực nghiên cứu được chia thành các ô lưới gồm n hàng và m cột (hình 1). Ảnh hưởng của địa hình đến dị thường độ cao, độ lệch dây dọi và dị thường trọng lực là tổng ảnh hưởng của (2Rx2R) ô địa hình xung quanh điểm xét, trong đó R được gọi là bán kính vùng lấy tích phân. Như vậy, tọa độ và độ cao của các điểm địa hình là số liệu đầu vào không thể thiếu phục vụ cho việc tính ∆ζ, ∆ξ, ∆η và ∆g. Theo [1] và [4], số liệu địa hình có độ chính xác không vượt quá 10 mét thì nó hoàn toàn đảm đáp ứng được việc tính toán. Đối với phần lãnh thổ Việt Nam, mô hình số độ cao tỷ lệ 1:50.000 (VN50) phủ trùm toàn quốc là nguồn dữ liệu có độ chính xác đáp ứng yêu cầu của công việc này. Tuy nhiên, đối với những điểm thuộc khu vực biên giới của Việt Nam, khi mà số liệu địa hình của mô hình số độ cao VN50 không đủ cho một vùng với bán kính R thì việc tính ∆ζ, ∆ξ, ∆η và ∆g được thực 1 hiện theo phương án nào? Nguồn số liệu nào ngoài phần lãnh thổ Việt Nam đảm bảo độ chính xác cho việc tính ảnh hưởng của địa hình trong 3 yếu tố cơ bản nêu trên? n n-1 R A 2 1 1 2 m-1 m Hình 1. Vùng lấy tích phân của điểm xét Để giải quyết vấn đề này, số liệu của mô hình số độ cao toàn cầu SRTM đã được lựa chọn để nghiên cứu do bởi mô hình này đã được sử dụng phục vụ cho việc xây dựng mô hình trọng trường Trái đất như EGM96, EGM2008. 2. Khái quát về mô hình số độ cao toàn cầu SRTM Mô hình số độ cao là sản phẩm của sự phát triển khoa học và công nghệ được tạo nên từ dữ liệu độ cao địa hình. Mô hình số độ cao toàn cầu thể hiện độ cao của bề mặt địa hình trên toàn cầu hoặc gần như toàn cầu. SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) là kết quả của sự nỗ lực hợp tác của Cơ quan hàng không và không gian quốc gia (NASA) và Cơ quan ảnh và bản đồ quốc gia (NIMA) cùng sự tham gia của các cơ quan vũ trụ Đức và Ý để tạo ra một mô hình số độ cao gần như trên toàn cầu bằng phương pháp sử dụng giao thoa radar. Mô hình này được coi là một bộ dữ liệu làm tăng độ chính xác của mô hình số độ cao toàn cầu GTOPO30 (mô hình được tạo nên bởi sự hợp tác mà dẫn đầu là Trung tâm dữ liệu EROS thuộc Viện Đo đạc Địa chất ở Sioux Falls và South Dakota, Mỹ) hoặc như là nâng cấp mô hình số độ cao toàn cầu GTOPO30. Tập hợp dữ liệu của SRTM bao trùm lên phần diện tích khoảng 56 độ vĩ Nam và 60 độ vĩ Bắc, trong đó bao gồm gần như chính xác 80% tổng số diện tích của bề mặt Trái đất. SRTM được chia thành các ô với khoảng cách mắt lưới về mặt phẳng là 30”, ngoại trừ phần dữ liệu không mở rộng phía dưới 60 độ vĩ Nam. Hệ tọa độ sử dụng Ellipsoid WGS84. Đơn vị của độ cao là mét tính theo mực nước biển trung bình. Các giá trị độ cao nằm trong khoảng từ -407 mét đến 8.752 mét. Trong mô hình số độ cao này, các đại dương được cho là “không có dữ liệu” thì được gán cho giá trị là -9999. Các vùng bờ biển thấp có giá trị độ cao nhỏ nhất là 1 mét, vì vậy trong mô hình này sử dụng giá trị độ cao từ -9999 đến 0 để thể hiện đường bao. Do bởi cấu trúc tự nhiên của ảnh DEM, các đảo nhỏ ở đại dương có diện tích nhỏ hơn 1 km2 thì không được thể hiện trên hình ảnh. Trước đây, dữ liệu SRTM cho các vùng ngoài nước Mỹ được lấy mẫu và công bố ở mức độ phân giải 3” tương đương với 90 mét. Dữ liệu mới được thực hiện với độ phân giải 1” 2 tương đương với 30 mét. Dữ liệu ở Châu Phi và xung quanh khu vực này đã được thực hiện. Kế hoạch vào cuối năm 2014, dữ liệu sẽ bao gồm cả vùng Nam Mỹ và phía Nam Bắc Mỹ. Ngày 23 tháng 9 năm 2014, Nhà Trắng đã thông báo rằng dữ liệu địa hình SRTM có độ phân giải cao nhất từ năm 2000 sẽ được thay thế dữ liệu cũ trên toàn cầu vào những năm tới. 3. Đánh giá độ chính xác của mô hình số độ cao toàn cầu SRTM trên vùng biên giới của Việt Nam 3.1. Số liệu Để phục vụ cho việc nghiên cứu, tọa độ và độ cao của 281 điểm GPS - TC trên vùng biên giới của Việt Nam đã được thu thập, một phần của số liệu này được trình bày trong bảng 1. Bên cạnh đó, số liệu của mô hình số độ cao toàn cầu SRTM cũng được khai thác từ internet (http://www2.jpl.nasa.gov/srtm/). Bảng 1. Số liệu của 281 điểm GPS - TC trên vùng biên giới Việt Nam TT Tên điểm Độ cao (m) TT Tên điểm Độ cao (m) TT Tên điểm Độ cao (m) 1 CC01 318.111 95 N5091 362.206 189 TB23-6 163.558 2 CC-10 137.253 96 N5130 651.484 190 TB23-7 159.133 3 CC-12 119.582 97 N5132 847.849 191 TB23-7 159.128 4 CC-14 96.878 98 N5153 154.751 192 TB238 168.538 5 CC-15 61.884 99 N5155 163.945 193 TB23-8 168.536 6 CC-16 75.064 100 N5156 238.408 194 TB24 236.207 7 CC-3 207.239 101 N5157 222.638 195 TB26 212.378 8 CC-42 649.475 102 N5172 209.802 196 TB27 181.071 9 CC-44 213.017 103 N5173 932.711 197 TB3 149.732 10 CC-47 355.149 104 N5176 1161.347 198 TB34-101 226.552 11 K0401 745.975 105 N5177 1078.164 199 TB34-102 226.530 … … … … … … … … … 84 N1118 130.842 178 TB23-201 161.919 271 VC-27 836.472 85 N1201 68.133 179 TB23-202 161.904 272 VC28 203.029 86 N201 1268.329 180 TB23-211 159.908 273 VC-32 290.724 87 N202 473.839 181 TB23-212 159.905 274 VC-33 138.011 88 N203 1264.130 182 TB23-221 158.346 275 VC35 89.835 89 N204 386.926 183 TB23-222 158.338 276 VC39 67.819 90 N2112 667.929 184 TB23-3 148.426 277 VC40 62.282 91 N26 733.260 185 TB23-4 171.183 278 VC41 57.616 92 N402 808.028 186 TB23-51 160.208 279 VC43 77.716 93 N5072 444.362 187 TB23-52 160.217 280 VC44 42.368 94 N5090 217.975 188 TB23-6 163.568 281 VC46 24.336 3.2. Phương pháp xử lý Quá trình tính toán được thực hiện theo quy trình sau: 3 SRTM Chuyển đổi SRTM về VN2000 h SRTMTC GPS− h GPS−TC ∆h = h GPS−TC − h SRTMTC GPS− Hình 2. Sơ đồ quy trình đánh giá độ chính xác của mô hình số độ cao toàn cầu SRTM trong đó: h GPS−TC là độ cao của các điểm GPS - TC; h SRTMTC là độ cao của điểm GPS - TC xác định theo mô hình SRTM mà dữ liệu của nó đã GPS − được chuyển đổi về hệ tọa độ VN2000. 3.3. Kết quả tính toán Độ cao của các điểm GPS - TC được xác định theo mô hình SRTM sau khi dữ liệu của mô hình này đã được chuyển đổi về hệ tọa độ VN2000, một phần của kết quả được trình bày trong bảng 2. Giá trị sai lệch về độ cao ∆h được tính toán theo công thức trong sơ đồ hình 2, một phần của kết quả được trình bày trong bảng 3. Bảng 2. Giá trị độ cao của các điểm GPS - TC xác định theo mô hình SRTM TT Tên điểm Độ cao (m) TT Tên điểm Độ cao (m) TT Tên điểm Độ cao (m) 1 CC01 303.753 95 N5091 352.800 189 TB23-6 156.024 2 CC-10 136.910 96 N5130 652.100 190 TB23-7 151.276 3 CC-12 115.297 97 N5132 843.200 191 TB23-7 150.207 4 CC-14 89.309 98 N5153 141.200 192 TB238 160.229 5 CC-15 59.032 99 N5155 147.800 193 TB23-8 159.860 6 CC-16 66.949 100 N5156 229.000 194 TB24 225.414 7 CC-3 202.996 101 N5157 221.500 195 TB26 208.438 8 CC-42 646.045 102 N5172 190.900 196 TB27 174.122 9 CC-44 212.926 103 N5173 936.500 197 TB3 150.137 10 CC-47 354.561 104 N5176 1145.600 198 TB34-101 217.207 11 K0401 741.921 105 N5177 1091.200 199 TB34-102 216.506 … … … … … … … … … 84 N1118 122.500 178 TB23-201 156.434 271 VC-27 835.392 85 N1201 63.500 179 TB23-202 155.508 272 VC28 197.251 86 N201 1281.779 180 TB23-211 154.994 273 VC-32 279.889 87 N202 484.934 181 TB23-212 154.441 274 VC-33 128.096 88 N203 1247.516 182 TB23-221 156.005 275 VC35 90.171 89 N204 373.727 183 TB23-222 155.683 276 VC39 67.869 90 N2112 654.600 184 TB23-3 143.166 277 VC40 57.024 4 91 92 93 94 N26 N402 N5072 N5090 751.632 789.124 437.300 212.400 185 186 187 188 TB23-4 TB23-51 TB23-52 TB23-6 175.478 157.938 157.374 156.481 278 279 280 281 VC41 VC43 VC44 VC46 55.432 68.215 39.311 20.068 Bảng 3. Giá trị ∆h của các điểm GPS - TC TT Tên điểm Độ cao (m) TT Tên điểm Độ cao (m) TT Tên điểm Độ cao (m) 1 CC01 14.358 95 N5091 9.406 189 TB23-6 7.534 2 CC-10 0.343 96 N5130 -0.616 190 TB23-7 7.857 3 CC-12 4.285 97 N5132 4.649 191 TB23-7 8.921 4 CC-14 7.569 98 N5153 13.551 192 TB238 8.309 5 CC-15 2.852 99 N5155 16.145 193 TB23-8 8.676 6 CC-16 8.115 100 N5156 9.408 194 TB24 10.793 7 CC-3 4.243 101 N5157 1.138 195 TB26 3.940 8 CC-42 3.430 102 N5172 18.902 196 TB27 6.949 9 CC-44 0.091 103 N5173 -3.789 197 TB3 -0.405 10 CC-47 0.588 104 N5176 15.747 198 TB34-101 9.345 11 K0401 4.054 105 N5177 -13.036 199 TB34-102 10.024 … … … … … … … … … 84 N1118 8.342 178 TB23-201 5.485 271 VC-27 1.080 85 N1201 4.633 179 TB23-202 6.396 272 VC28 5.778 86 N201 -13.450 180 TB23-211 4.914 273 VC-32 10.835 87 N202 -11.095 181 TB23-212 5.464 274 VC-33 9.915 88 N203 16.614 182 TB23-221 2.341 275 VC35 -0.336 89 N204 13.199 183 TB23-222 2.655 276 VC39 -0.050 90 N2112 13.329 184 TB23-3 5.260 277 VC40 5.258 91 N26 -18.372 185 TB23-4 -4.295 278 VC41 2.184 92 N402 18.904 186 TB23-51 2.270 279 VC43 9.501 93 N5072 7.062 187 TB23-52 2.843 280 VC44 3.057 94 N5090 5.575 188 TB23-6 7.087 281 VC46 4.268 Từ số liệu ở bảng 3, mô hình 3 chiều biểu thị sự chênh lệch về độ cao của các điểm GPS - TC trong khu vực nghiên cứu được xây dựng. Hình 3. Mô hình 3D biểu thị ∆h của các điểm GPS - TC 5 Để đánh giá độ chính xác của mô hình số độ cao toàn cầu SRTM trên vùng biên giới Việt Nam, các giá trị sau được tính toán: - Trị trung bình độ lệch độ cao của các điểm GPS - TC. n ∆h tb = ∑ ∆h i i =1 n = 4.802 (m) - Trị trung bình trị tuyệt đối độ lệch độ cao của các điểm GPS - TC. n ∆h tb = ∑ | ∆h i | i =1 n = 7.253 (m) Đối chiếu giá trị trung bình độ lệch độ cao và giá trị trung bình trị tuyệt đối độ lệch độ cao của các điểm GPS - TC trên vùng nghiên cứu lần lượt là 4.802 mét và 7.253 mét với kết luận trong [1], [4] cho thấy các giá trị này đều nhỏ hơn 10 mét - đây là độ chính xác cần thiết của số liệu địa hình đáp ứng cho việc tính ∆ζ, ∆ξ, ∆η và ∆g. Do vậy, số liệu của mô hình số độ cao toàn cầu SRTM hoàn toàn đáp ứng độ chính xác yêu cầu cho việc tính ảnh hưởng của địa hình trong dị thường độ cao, độ lệch dây dọi và dị thường trọng lực. 4. Kết luận Từ kết quả nghiên cứu ở trên có thể đi đến một số kết luận như sau: - Độ cao địa hình là nguồn số liệu không thể thiếu phục vụ cho việc tính ∆ζ, ∆ξ, ∆η và ∆g. Đối với các điểm thuộc vùng biên giới của Việt Nam, khi mà số liệu VN50 không đủ phục vụ cho việc tính toán thì cần phải tìm nguồn số liệu có độ chính xác đáp ứng được yêu cầu cho việc tính toán. - Số liệu của mô hình số độ cao toàn cầu SRTM hoàn toàn đủ độ chính xác, đáp ứng được công việc tính ∆ζ, ∆ξ, ∆η và ∆g trên vùng biên giới của Việt Nam. Như vậy, để tính được ảnh hưởng của địa hình trong các yếu tố đặc trưng cho thế trọng trường và hình dạng Trái đất đối với các điểm ở vùng biên giới của Việt Nam, mô hình số độ cao VN50 (phần trong lãnh thổ) kết hợp với mô hình số độ cao toàn cầu SRTM (phần ngoài lãnh thổ) là số liệu phục vụ cho việc tính toán. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Phạm Thị Hoa (2012), Nghiên cứu xác định ảnh hưởng của độ cao địa hình trong dị thường độ cao và độ lệch dây dọi ở Việt Nam, Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội. [2]. Trương Anh Kiệt (2005), Mô hình số địa hình và các ứng dụng trong Trắc địa, chuyên đề khoa học, Trường Đại học Mỏ Địa chất, Hà Nội. [3]. PhạmVọng Thành (2008), Mô hình số địa hình trong nghiên cứu Tài nguyên và Môi trường, Bài giảng cao học ngành Trắc địa, Trường Đại học Mỏ Địa chất, Hà Nội. [4]. Bùi Thị Hồng Thắm (2015), Sử dụng số liệu địa hình để nâng cao độ chính xác dữ liệu của thế trọng trường trên phạm vi lãnh thổ Việt Nam, Đề tài nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ Bộ Tài nguyên và Môi trường, Mã số TNMT.07.40. [5]. Zhilin Li, Qing Zhu and Christopher Gold, Digital terrain modeling (Principles and Methodology) CRS Press 2005. 6 ABSTRACT APPROACH OF CALCULATE EFFECTS OF TERRAIN IN ELEVATION ANOMALY, DEVIATION DOUBLE BOTTOM AND GRAVITY ANOMALY ON BORDER REGIONS OF VIETNAM Bui Thi Hong Tham Hanoi University for Natural Resources and Environment Input data are the coordinates and elevations of terrain points surrounding in the area with radius R are necessary data to calculate the influence of the terrain of the basic elements that characteristic for the gravity and the Earth's shape are elevation anomaly, deviation double bottom and gravity anomaly. For the points on the territory of Vietnam has requested data guaranteed, digital elevation models 1:50.000 (VN50) covering the territory is a source of data to calculate. However, for the points on border regions of Vietnam, where the data of VN50 does not meet job requirements, we need to have other sources, sufficient accuracy to calculate of these effects. Data from the global digital elevation model SRTM is the solution of the data source. To assess the accuracy of the model SRTM, 281 GPS - TC points on border regions of Vietnam has used, these play origin points role. Research results have shown that, the average value of elevation deviations and average value of deviation absolute of GPS - TC points are 4.802 meters and 7.253 meters, these are less than 10 meters - precision needed of terrain data to calculate the effects of terrain in elevation anomaly (∆ζ), deviation double bottom (∆ξ, ∆η) and gravity anomaly (∆g). Thus, VN50 combined with SRTM data will be the source of input data for the calculation ∆ζ, ∆ξ, ∆η and ∆g on border regions of Vietnam. Keywords: Elevation anomaly, deviation double bottom and gravity anomaly, influence of terrain elevation. 7