Tài liệu Xây dựng công cụ chuyển đổi tọa độ cho dữ liệu gis

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ NHẬT NGUYÊN XÂY DỰNG CÔNG CỤ CHUYỂN ĐỔI TỌA ĐỘ CHO DỮ LIỆU GIS Chuyên ngành: Bản Đồ, Viễn Thám và Hệ Thông Tin Địa Lý Mã số: 604476 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2015 Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : .................................................................. Cán bộ chấm nhận xét 1 : ........................................................................ Cán bộ chấm nhận xét 2 : ........................................................................ Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày . . . . . tháng . . . . năm 2015 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. ............................................................ 2. ............................................................ 3. ............................................................ 4. ............................................................ 5. ............................................................ Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Lê Nhật Nguyên MSHV: 12834723 Ngày, tháng, năm, sinh: 04/04/1989 Nơi sinh: huyện Bình Đại, tỉnh Bến Tre Chuyên ngành: Bản đồ, Viễn thám và Hệ thông tin địa lý Mã số: 604476 I. TÊN ĐỀ TÀI: Xây dựng công cụ chuyển đổi tọa độ cho dữ liệu GIS NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: +Tìm hiểu cơ sở lý thuyết về hệ quy chiếu, hiệu tọa độ dùng trong dữ liệu GIS, bản đồ; về bài toán chuyển đổi tọa độ, bài toán về phép chiếu bản đồ. +Xây dựng các công cụ tính chuyển tọa độ: tọa độ phẳng x, y sang tọa độ trắc địa B, L và ngược lại(trong phép chiếu hình trụ ngang), chuyển đổi múi chiếu, chuyển đổi từ hệ WGS84 sang hệ VN2000 và ngược lại, chuyển đổi tọa độ trong mặt phẳng (theo Helmert) và Molodensky (dạng chuẩn và mở rộng). +Xác định các tham số chuyển đổi tọa độ dựa vào các điểm trùng ( Helmert, Molodensky dạng chuẩn và mở rộng) + Kiểm chứng và so sánh kết quả với các phần mềm khác (Geotool, Dpsurvey, ArcGIS…) II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 07/07/2014 III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/03/2015 IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Trần Trọng Đức Tp.HCM, ngày tháng năm 2015 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên và chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm đến đến tất cả quý Thầy, Cô đã giảng dạy trong chương trình Cao học ngành Bản đồ, Viễm thám và Hệ thông tin địa lý, những người đã truyền đạt cho tôi những kiến thức hữu ích để làm cơ sở cho tôi thực hiện tốt luận văn này. Với lòng biết ơn chân thành, tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Trần Trọng Đức, người Thầy đã trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn khoa học và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến bạn bè, gia đình, những người đã luôn bên tôi, động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Tp. HCM, ngày 01 tháng 03 năm 2015 Tác giả luận văn Lê Nhật Nguyên TÓM TẮT Dữ liệu có vai trò đặc biệt quan trọng trong hệ thống GIS. Trong thực tế hiện nay đôi khi dữ liệu đầu vào không nằm trong một hệ thống tọa độ nhất định như VN2000 hay WGS84, mà có thể là tọa độ giả định, việc chuyển đổi tọa độ từ một file dữ liệu bất kì sang tọa độ trong hệ thống Gis cũng là một vấn đề cần được giải quyết. Đề tài tập trung xây dựng một hệ thống các công cụ thực hiện giải quyết các vấn đề chuyển đổi tọa độ như: chuyển đổi từ tọa độ trắc địa sang tọa độ phẳng, chuyển kinh tuyến trục của cùng một khu vực, chuyển đổi từ WGS84 sang VN2000, chuyển đổi giữa hai hệ tọa độ phẳng. Các công cụ này được xây dựng dựa trên ngôn ngữ lập trình Python, Python có khả năng tương tác và làm việc với dữ liệu Gis thông qua module Arcpy của phần mềm Arcgis. Các công cụ được xây dựng có khả năng chuyển đổi dữ liệu điểm, đường, vùng trong hệ thống Gis. Kết quả tính toán từ các công cụ này được so sánh với kết quả từ phần mềm trắc địa được sử dụng rộng rãi hiện nay và phần mềm ArcGIS. Công cụ chuyển đổi sau khi hoàn tất sẽ được sử dụng như một công cụ trong Arctoolbox của phần mềm Arcgis. ABSTRACT Data has an extremely important role in GIS system. In reality, the input data are not included in the certain coordinate system such as VN2000, WGS84 on occasion;it may be a supposed coordinate system instead. Transforming from one coordinate system to the coordinate system of GIS needs to be solved. The focus of the project is the development of a set of tools for coordinate system transformation such as: conversion of geodetic coordinate system to plane coordinate system, conversion of longtitude axis for a same area, WGS84 to VN2000, Conversion between two plane coordinate system. These tools are established based on Python (Programming Language), which has capacity ofinteraction and working with the GIS data through Arcpy module of Arcgis software. The tools are also created with the ability of transforming the data of points, polylines and polygosn in the GIS system. The results coming from these tools are compared to those of surveying software which are now used widely and Arcgis software. The completed tools will be used as tools in Arctoolbox of Arcgis software. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn này là hoàn toàn do tôi thực hiện. Tất cả các kết quả nghiên cứu từ luận văn này là trung thực chưa từng được công bố trong các công trình nghiên cứu nào khác. Các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được ghi rõ nguồn gốc. Tác giả luận văn Lê Nhật Nguyên Luận văn Thạc sĩ Mục Lục CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 3 1.1. Tính Cấp Thiết Đề Tài ......................................................................................................... 3 1.2. Mục Tiêu Nghiên Cứu ......................................................................................................... 6 1.3. Đối Tượng Nghiên Cứu ....................................................................................................... 6 1.4. Phạm Vi Nghiên Cứu........................................................................................................... 6 1.5. Phương Pháp Nghiên Cứu.................................................................................................... 6 1.6. Kết Cấu Luận Văn ............................................................................................................... 7 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................................ 8 2.1 Các Vấn Đề Về Chuyển Đổi Tọa độ .................................................................................... 8 2.1.1 Chiếu Giới Thiệu Về Hệ Quy Chiếu Và Các Bài Toán Chuyển Đổi Tọa Độ Giữa Hai Hệ Quy 8 2.1.2 Giới Thiệu Các Bài Toán Chuyển Đổi Tọa độ Trong Cùng Một Hệ Quy Chiếu .......... 16 2.2 Giới Thiệu Ngôn Ngữ Lập Trình Python ............................................................................ 25 2.2.1 Đặc Điểm Ngôn Ngữ Lập Trình Python ..................................................................... 26 2.2.2 Python Trong ArcGIS ................................................................................................ 29 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ GIẢI THUẬT VÀ XÂY DỰNG CÔNG CỤ CHUYỂN ĐỔI TỌA ĐỘ ......................................................................................................................................................... 32 3.1 Xây Dựng Chương Trình Chuyển Đổi Tọa Độ ................................................................... 32 3.1.1 Bài Toán Chuyển Đổi Tọa Độ Trắc Địa B, L Về Tọa Độ Phẳng XY Trong Cùng 1 Ellipsoid 32 3.1.2 Bài Toán Chuyển Đổi Tọa Độ Phẳng X, Y Về Tọa Độ Trắc Địa B, L Trong Cùng 1 Ellipsoid 34 3.1.3 Bài Toán Chuyển Múi Tọa Độ Trên Cùng Một Ellipsoid ............................................ 36 3.1.4 Bài Toán Chuyển Đổi Tọa Độ Trắc Địa B, L Từ WGS84 Sang Tọa Độ Phằng X, Y Trong VN2000 Và Ngược Lại ................................................................................................... 38 3.1.5 3.2 Bài Toán Chuyển Tọa Độ Giữa Hai Hệ Tọa Độ Phẳng ............................................... 45 Xây Dựng Công Cụ Chuyển Đổi Tọa Độ Trên ArcGIS ...................................................... 52 CHƯƠNG IV: KIỂM TRA KẾT QUẢ CHUYỂN ĐỔI TỪ CÔNG CỤ ....................................... 56 4.1 Thực hiện chuyển đổi dữ liệu từ tọa độ phẳng X, Y sang tọa độ trắc địa B,L ...................... 56 4.2 Thực hiện chuyển đổi dữ liệu từ tọa độ trắc địa B, L sang tọa độ phẳng X,Y ...................... 60 4.3 Thực hiện chuyển múi tọa độ ............................................................................................. 65 1 Luận văn Thạc sĩ 4.4 Thực hiện chuyển đổi từ WGS84 sang VN2000 ................................................................. 70 4.5 Thực hiện chuyển đổi từ hệ VN2000 sang hệ WGS84 ........................................................ 77 4.6 Thực hiện chuyển đổi giữa hai hệ tọa độ phẳng .................................................................. 82 4.6.1 Sử dụng công cụ chuyển đổi Helmert ......................................................................... 82 4.6.2 Thực hiện công cụ chuyển đổi giữa hai hệ tọa độ phẳng dùng công thức Molodensky dạng chuẩn ................................................................................................................................ 88 4.6.3 Thực hiện công cụ chuyển đổi giữa hai hệ tọa độ phẳng dùng công thức Molodensky dạng mở rộng ............................................................................................................................ 93 4.6.4 Thực hiện công cụ chuyển đổi giữa hệ HN72 và VN2000 dùng công thức Molodensky dạng mở rộng ............................................................................................................................ 99 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN ............................................................................................................ 104 2 Luận văn Thạc sĩ CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 1.1. Tính Cấp Thiết Đề Tài Khoa học - kỹ thuật đang từng bước phát triển mạnh mẽ, đặc biệt trong lĩnh vực công nghệ thông tin; Sự phát triển của lĩnh vực công nghệ thông tin kéo theo sự phát triển của nhiều lĩnh vực liên quan, trong đó việc phát triển nhanh chóng của Hệ thống thông tin địa lý GIS (Geographic Information Systems) đang ngày càng ảnh hưởng và có tầm quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như nông nghiệp, giáo dục, y tế, lâm nghiệp, giao thông…Hệ thống thông tin địa lý GIS là một hệ thống những công cụ được thực hiện trên máy tính nhằm để lưu trữ và phân tích dữ liệu địa lý, sự vật hiện tượng trên Trái đất. Hệ thống GIS còn là một tập hợp có tổ chức của phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu và con người được thiết kế để thu nhận, lưu trữ, cập nhật, phân tích, mô hình hóa và hiển thị tất cả các dạng thông tin địa lý có quan hệ không gian nhằm giải quyết các bài toán về quản lý và quy hoạch. Trong các thành phần của một hệ thống GIS, dữ liệu được xem là thành phần quan trọng, quyết định nhiều đến sự thành công của GIS. Với sự phát triển của phần cứng, hoàn thiện của phần mềm, với đa dạng các công cụ phân tích không gian, truy vấn, hiển thị và xuất dữ liệu trong các phần mềm GIS hiện nay, có thể nói vấn đề còn lại góp phần cho sự thành công của một hệ thống GIS chính là giai đoạn chuẩn bị, thu thập và hoàn chỉnh dữ liệu. GIS là một hệ thống được thiết kế làm việc với dữ liệu tồn tại trong một hệ thống tọa độ. Do đó độ chính xác, tính khách quan của dữ liệu “ nền” đóng vai trò quan trọng trong giai đoạn xây dựng dữ liệu GIS. Ở Việt Nam, do yêu cầu của công việc, do sự phát triển của công nghệ đã từng tồn tại nhiều hệ thống tọa độ HN72, VN2000, WGS84…và do vậy dữ liệu bản đồ cũng được lưu trữ theo nhiều hệ thống tọa độ khác nhau…Theo quy định của Bộ tài nguyên và môi trường, hiện nay dữ liệu bản đồ phải 3 Luận văn Thạc sĩ được lưu trữ trong hệ VN2000. Như vậy vấn đề đặt ra là các dữ liệu bản đồ lưu trữ ở các hệ thống tọa độ khác cần phải được chuyển về lưu trữ ở hệ thống tọa độ này. Ngoài ra, một số dữ liệu thu thập thông qua thiết bị GPS, hoặc dữ liệu bản đồ thể hiện trên google map được lưu trữ theo hệ WGS84. Nghiên cứu việc chuyển đổi tọa độ qua lại giữa hệ VN2000 và WGS84 của dữ liệu GIS cũng là một vấn đề đáng quan tâm. Dữ liệu nền có vai trò đặc biệt quan trọng trong hệ thống GIS, dữ liệu nền cũng rất đa dạng, có thể là bản đồ giao thông, địa chính, địa hình…Dữ liệu được xây dựng bởi các phần mềm khác nhau, bởi các tổ chức khác nhau và dữ liệu có thể không nằm trong một hệ thống tọa độ nhất định như VN2000 hay WGS84, mà có thể là tọa độ giả định, hay nằm trong một hệ tọa độ bất kì, việc chuyển đổi tọa độ từ một file dữ liệu bất kì sang tọa độ trong hệ thống GIS mà các phần mềm chuyển tọa độ hiện nay hầu như vẫn còn gặp khó khăn nhất định cũng là một vấn đề cần được giải quyết. Ngoài việc chuyển đổi tọa độ giữa hai hệ thống tọa độ đã biết như WGS84 và VN2000 trong thực tế còn nhiều bài toán chuyển tọa độ khác như: chuyển đổi từ tọa độ trắc địa sang tọa độ phẳng, chuyển từ múi 30 sang múi chiếu 60, chuyển kinh tuyến trục của cùng một khu vực, đây là một vấn đề cần quan tâm và được giải quyết. Hiện nay có nhiều phần mềm được thực hiện để giúp giải quyết các bài toán chuyển đổi tọa độ (phụ lục 20) được thể hiện qua bảng khảo sát chức năng chuyển đổi tọa độ sau: Công Phần mềm chuyền đổi tọa độ Định dạng Điểm Geotools x DpServey GISCoord x MapTrans cụ Công chuyển đổi chuyển cụ đổi tọa độ trên tọa độ trên ArcGIS Mapinfo x x x x Đường x x x x Vùng x x x x 4 Luận văn Thạc sĩ WGS84 sang x VN2000 x x x x x x x x x x x x x x và ngược lại Hai hệ tọa phẳng bắt kì theo Helmert Chức năng Hai hệ phẳng tọa theo Molodensky Chuyển đổi x B,L sang x,y và ngược lại Chuyển kinh đổi x tuyến trục Qua bảng khảo sát nhận thấy các phần mềm chuyển đổi tọa độ thông dụng như Geotools, Dpsurvey, Mapstran, GISCoord …chủ yếu chuyển đổi tọa độ đối với các file có định dạng text và chức năng chuyển đổi vẫn chưa đa dạng. Phần mềm ArcGis và phần mềm Mapinfo có khả năng chuyển đổi tọa độ cho dữ liệu GIS, tuy nhiên các công cụ này chỉ chuyển đổi tọa độ giữa hai hệ quy chiếu tọa độ khi biết các tham số tính chuyển giữa hai hệ đó. Trong nhiều trường hợp chúng ta chỉ nhận được một bộ dữ liệu trên hệ A và một bộ dữ liệu trên hệ B mà không có bộ tham số tính chuyển giữa hai hệ A và B, vậy làm sau để thực hiện chuyển đổi tọa độ từ hệ A sang hệ B. Nhận thấy đây cũng là một nhiệm vụ quan trọng cần giải quyết. Do đó cần phải xây dựng một công cụ với khả năng chuyển đổi tọa độ và xác định bộ tham số chuyển đổi giữa hai hệ khác nhau. 5 Luận văn Thạc sĩ 1.2. Mục Tiêu Nghiên Cứu Xây dựng một bộ công cụ dựa trên nền tảng ArcGIS để thực hiện việc giải quyết các bài toán chuyển đổi tọa độ của dữ liệu GIS. 1.3. Đối Tượng Nghiên Cứu Cơ sở lý thuyết của việc chuyển đổi tọa độ: + Cơ sở lý thuyết chuyển đổi tọa độ trắc địa về tọa độ phẳng x, y. + Cơ sở lý thuyết các bài toán chuyển đổi múi tọa độ. + Cơ sở lý thuyết chuyển đổi tọa giữa hai hệ tọa độ trắc địa. + Cơ sở lý thuyết chuyển đổi tọa độ phẳng (phép biến đổi Helmert). Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình Python trong GIS. 1.4. Phạm Vi Nghiên Cứu Bài toán chuyển đổi tọa độ rất đa dạng, do vậy luận văn chỉ tập trung nghiên cứu về những bài toán chuyển đổi tọa độ thường gặp trong thực tế. Từ cơ sở lý thuyết chuyển đổi tọa độ và ngôn ngữ lập trình Python xây dựng bộ công cụ trên nền ArcGIS. Kết quả thực hiện được đánh giá trên cơ sở so sánh kết quả chuyển đổi với những phần mềm chuyển đổi tọa độ được sử dụng phổ biến hiện nay cho từng bài toán cụ thể. - Chuyển tọa độ từ hệ WGS84 sang hệ VN2000 và ngược lại. - Chuyển tọa độ giữa 2 hệ tọa độ phẳng bất kì. - Chuyển tọa độ từ múi 30 sang múi 60 và ngược lại. + Chuyển đổi tọa độ trắc địa B, L về tọa độ phẳng và ngược lại. 1.5. Phương Pháp Nghiên Cứu Để thực hiện được mục tiêu xây dựng bộ công cụ chuyển đổi tọa độ trên ArcGIS, phương pháp chủ yếu được sử dụng là tìm hiểu, nghiên cứu, tổng hợp tài liệu liên quan đến các vấn đề: - Cơ sở lý thuyết về các bài toán chuyển đổi tọa độ. 6 Luận văn Thạc sĩ - Ngôn ngữ lập trình Python trong ArcGIS. - Cách thức xây dựng công cụ trên ArcGIS. 1.6. Kết Cấu Luận Văn Luận văn được xây dựng bao gồm các chương sau: Chương I: Mở đầu: giới thiệu mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu của đề tài. Nội dung chính được trình bày trong 4 chương: Chương II: Cơ sở lý thuyết: các khái niệm về hệ tọa độ, các bài toán chuyển đổi tọa độ và giới thiệu về ngôn ngữ lập trình Python. Chương III: Phân tích giải thuật và xây dựng chương trình chuyển đổi tọa độ: Tiến hành xây dựng các chương trình chuyển đổi tọa độ bằng ngôn ngữ lập trình Python để giải quyết các bài toán chuyển đổi tọa độ mà mục tiêu đã đề ra và trình bày các bước để xây dựng công cụ mới trên ArcGIS. Chương IV: Kiểm tra kết quả chuyển đổi từ công cụ: đánh giá kết quả chuyển đổi từ công cụ đã xây dựng. Chương V: Kết luận. 7 Luận văn Thạc sĩ CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Các Vấn Đề Về Chuyển Đổi Tọa Độ Trong phần này, luận văn trình bày những nội dung chính liên quan đến việc chuyển đổi tọa độ như: các khái niệm về hệ tọa độ, hệ quy chiếu, mối quan hệ giữa phép chiếu Gauss-Kruger và UTM và các bài toán chuyển đổi tọa. 2.1.1 Giới Thiệu Về Hệ Quy Chiếu Và Các Bài Toán Chuyển Đổi Tọa Độ Giữa Hai Hệ Quy Chiếu 2.1.1.1 Khái niệm Như đã biết trên phạm vi toàn hành tinh, từng khu vực và từng quốc gia đều phải xây dựng một hệ quy chiếu tọa độ - độ cao phù hợp với phạm vi lãnh thổ đang xét.[4] Xác định hệ quy chiếu tức là xác định gốc tọa độ và hệ trục cơ sở tọa độ để dựa vào đó có thể biểu diễn tất cả các điểm trong không gian. Một hệ quy chiếu được gọi là phù hợp với phạm vi lãnh thổ đang xét nếu đạt 3 tiêu chuẩn sau: một là có độ lệch nhỏ nhất theo một nghĩa toán học nào đó giữa mô hình toán học và không gian vật lý của thế giới thực, hai là thuận tiên sử dụng trong thực tiễn có lưu ý tới các tập quán hình thành lịch sử, ba là dễ dàng tính toán chuyển đổi với các hệ quy chiếu đang sử dụng mà đặc biệt là hệ quy chiếu toàn cầu hiện hành. Hiện nay người ta thường áp dụng 3 dạng của hệ quy chiếu, cụ thể là: [4] Hệ quy chiếu vuông góc không gian: là hệ thống gồm điểm gốc tọa độ và 3 trục tọa độ X, Y, Z xác định trong không gian Euclide 3 chiều: hệ quy chiếu này sử dụng trong đo đạc vệ tinh và những bài toán trắc địa toàn cầu.[4] Hệ quy chiếu mặt ellipsoid: là hệ thống bao gồm điểm tâm ellipsoid, 2 bán trục ellipsoid, tọa độ 3 chiều là vỹ tuyến B, kinh tuyến L và độ cao 8 Luận văn Thạc sĩ H. Hệ quy chiếu này được coi như mô hình toán học của bề mặt trái đất, hệ quy chiếu này thường được sử dụng trong các bài toán trên phạm vị rộng của bề mặt trái đất nh thiên văn, định vị….[4] Hệ quy chiếu mặt bằng: là hệ thống được xác định nhờ phép biến đổi nào đó từ hệ quy chiếu từ mặt ellipsoid về mặt phẳng nhằm biểu diễn bề mặt trái đất lên mặt phẳng. Hệ quy chiếu này bao gồm điểm gốc tọa độ và 2 trục tung x và trục hoành y.[4] 2.1.1.2 Giới Thiệu Các Hệ Quy Chiếu Được Sử Dụng Tại Việt Nam Theo sự phát triển kinh tế và kỹ thuật, nước ta hiện tồn tại các hệ quy chiếu sau: a. Hệ quy chiếu tọa độ và độ cao HN72 Hệ quy chiếu tọa độ và độ cao HN72 được bắt đầu thành lập từ năm 1959 và được công bố kết quả vào năm 1972. Hệ quy chiếu cao độ là một mặt QuasiGeoid đi qua một điểm được định nghĩa là cao độ gốc có cao độ 0.000m tại Hòn Dấu, Hải Phòng. Hệ quy chiếu tọa độ trắc địa sử dụng Ellipsoid Krasovky có các thông số sau [7]: Bán trục lớn a= 6378245.0m Độ lệch tâm thứ nhất e2=0.006693421623 Độ dẹt: f= 1:298.3 b. Hệ quy chiếu tọa độ WGS84 (World Geodetic System) Hệ tọa độ WGS84 được sử dụng làm hệ quy chiếu cho hệ thống định vị vệ tinh GPS. Hệ quy chiếu tọa độ WGS84 do cơ quan Bản đồ Bộ quốc phòng Mỹ công bố năm 1984. Hệ quy chiếu tọa độ trắc địa WGS84 sử dụng ellipsoid có những thông số như sau [7]: Bán trục lớn a= 6378137.0m Độ lệch tâm thứ nhất e2=0.00669437999013 Độ dẹt: f= 1:298.257223563 Tốc độ quay quanh trục: Ω= 7292115x10-11 rad/s Hằng số trọng trường trái đất GM= 3986005.108 m3s-2 9 Luận văn Thạc sĩ c. Hệ quy chiếu tọa độ VN2000 Hệ quy chiếu và Hệ tọa độ quốc gia VN-2000 (gọi tắt là hệ VN2000) được áp dụng thống nhất để xây dựng hệ thống tọa độ các cấp hạng, hệ thống bản đồ địa chính cơ bản, hệ thống bản đồ nền, hệ thống bản đồ địa chính, hệ thống bản đồ hành chính quốc gia và các loại bản đồ chuyên đề khác. Hệ tọa độ VN2000 được hướng dẫn sử dụng theo thông tư 973/2001/TT-TCĐC với các tham số chính: Ellipsoid quốc gia là ellipsoid quốc tế WGS84 toàn cầu với kích thước: Bán trục lớn a= 6378137.0 m Độ dẹt: f= 1:298.257223563 Tốc độ quay quanh trục: Ω= 7292115x10-11 rad/s Hằng số trọng trường trái đất GM= 3986005.108 m3s-2 Vị trí ellipsoid quy chiếu quốc gia: ellipsoid WGS84 toàn cầu được định vị phù hợp với lãnh thổ Việt Nam. Điểm gốc tọa độ quốc gia: Điểm N00 đặt tại viện nghiên cứu địa chính thuộc tổng cục địa chính. Sử dụng lưới chiếu hình nón đồng góc với 2 vĩ tuyến chuẩn 110 và 210 để thể hiện các bản đồ địa hình cơ bản, bản đồ nền, bản đồ hành chính quốc gia ở tỷ lệ 1:1.000.000 và nhỏ hơn cho toàn lãnh thổ Việt Nam. Sử dụng lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc với múi chiếu 60 có hệ số điều chỉnh tỷ lệ biến dạng chiều dài k0 = 0,9996 để thể hiện các bản đồ địa hình cơ bản, bản đồ nền, bản đồ hành chính quốc gia tỷ lệ từ 1:500.000 đến 1:25.000. Sử dụng lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc với múi chiếu 30 có hệ số điều chỉnh tỷ lệ biến dạng chiều dài k0 = 0,9999 để thể hiện các bản đồ địa hình cơ bản, bản đồ nền, bản đồ hành chính tỷ lệ từ 1:10.000 đến 1:2.000. Sử dụng lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc với múi chiếu phù hợp có hệ số điều chỉnh tỷ lệ biến dạng chiều dài k0 = 0.9999 để thể hiện hệ thống bản đồ địa chính 10 Luận văn Thạc sĩ cơ sở và bản đồ địa chính các loại tỷ lệ; kinh tuyến trục được quy định cho từng tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương. 2.1.1.3 Các bài toán chuyển tọa độ giữa hai hệ quy chiếu a. Chuyển đổi giữa hai hệ tọa độ không gian X, Y, Z và X’, Y’, Z’ Hình 2.1: chuyển đổi giữa hai hệ tọa độ không gian [4] Công thức Bursa-Wolfe được sử dụng rộng rãi để chuyển đổi giữa hai hệ tọa độ vuông góc không gian từ hệ A (X1 ,Y1 , Z1) sang hệ B (X2 ,Y2 , Z2) thông qua 7 tham số chuyển tọa độ như sau:  X 2   X 1   ∆S  Y  =  Y  + − ω z  2  1   Z 2   Z 1   ω y ωz ∆S −ωx − ω y   X 1   ∆X   ω x   Y1  +  ∆Y  ∆S   Z 1   ∆Z  (2.1) Trong đó: ∆X, ∆Y, ∆Y giá trị định tiến góc tọa độ theo các trục tương ứng. -ωx, ωy, ωz là các giá trị góc xoay trục tọa độ - ∆s là hệ số tỉ lệ chiều dài 11 Luận văn Thạc sĩ b. Chuyển đổi giữa hai hệ tọa độ trắc địa Công thức Molodensky [7] được sử dụng để chuyển đổi giữa hai hệ tọa độ trắc địa như sau:  B1   ∆B   B2   L  =  L  +  ∆L  ,  2  1    H 2  B  H 1  A ∆H  (2.2) Với các giá trị ∆B, ∆L và ∆H được tính theo công thức Molodensky dạng chuẩn như sau:  M +H  1 2  ∆B  b  a  Ne sin B cos B  M + N  sin B cos B  ρ    a  b a   ∆a   N + H cos B∆L  = + 0 0  ∆α    ρ a b   2 A → B   − N sin B   ∆H   N a    A   A→ B − sin B cos L − sin B sin L cos B  ∆X  +  − sin L cos L 0   ∆Y   cos B cos L cos B sin L sin B  A  ∆Z  A→ B (2.3) Ngoài ra các giá trị ∆B, ∆L và ∆H có thể tính theo công thức molodensky dạng mở rộng:   M +H ∆B   1 2  b  a  Ne sin B cos B  M + N  sin B cos B − Ne 2 sin B cos B   ∆a  ρ    a a  b    N + H cos B∆L  =  0 0 0    ∆f  +  ρ  a b 2 2 2 N sin B N 1 − e sin B + H  ∆m −    ∆H  N a       − sin B cos L − sin B sin L cos B  ∆X  (2.4) +  − sin L cos L 0   ∆Y  +  cos B cos L cos B sin L sin B   ∆Z   − N 1 − e 2 sin 2 B + H sin L  ω N 1 − e 2 sin 2 B + H cos L 0   x  1 N+H 2 2 2 2 +  N 1 − e sin B + H sin B cos L N 1 − e sin B + H sin B sin L − cos B  ω y , ρ ρ  2 2  ω z   − Ne sin B cos B sin L Ne sin B cos B cos L 0 ( { ( { ( ) ) } } { ( { ( ) ) } ) } 12 Luận văn Thạc sĩ Với: B, L, H – Kinh, vĩ độ và độ cao trong hệ A; M = N= ( ) sin B ) a 1 − e2 (1 − e 2 (1 − e 3/ 2 a 2 sin B ) 1/ 2 - bán kính cung kinh tuyến - bán kính cung pháp thứ 1 Trong đó: -ωx, ωy, ωz là các giá trị góc xoay trục tọa độ - ∆s là hệ số tỉ lệ chiều dài ∆a = a 2 − a1 ; ∆f = f 2 − f1 ; lần lượt là độ lệch bán trục lớn và độ dẹt giữa hai hệ. c. Chuyển đổi giữa hai hệ tọa độ phẳng Công thức Helmert Việc biến đổi giữa hai hệ tọa độ phẳng là một bài toán hết sức có ý nghĩa hiện nay, nhất là việc ứng dụng để chuyển đổi hệ toạ độ HN72 sang VN2000, cũng như các bài toán nắn chuyển toạ độ trong bản đồ. Công thức Helmert do đặc tính bảo toàn góc, được sử dụng phổ biến để chuyển đổi giữa hai hệ toạ độ phẳng. Theo Helmert thì quan hệ giữa hai toạ độ phẳng N1 và N2 được thể hiện qua các biểu thức sau: x2 = x0 + m x1icos ϕ - m y1isin ϕ (2.5) y2 = y0 + m y1icos ϕ +m x1isin ϕ với: m là hệ số tỷ lệ giữa hai hệ. φ là giá trị góc xoay của các trục tọa độ tương ứng giữa 2 hệ. 13 Luận văn Thạc sĩ Hình 2.2: chuyển đổi tọa độ theo Helmert Phương pháp chuyển đổi giữa các hệ tọa độ phẳng dựa trên công thức Molodensky Trong công tác chuyển đổi đồng góc giữa hai hệ tọa độ phẳng ngoài công thức Helmert người ta có thể sử dụng công thức Molodensky. Để chuyển đổi từ hệ tọa độ mặt phẳng A sang hệ tọa độ mặt phẳng B chúng ta thực hiện theo các bước sau: Bước 1: xác định tập hợp n điểm trùng trong hệ tọa độ phẳng A, B Bước 2: chuyển đổi lần lượt các tọa độ phẳng xA, yA tương ứng với ellipsoid A về tọa độ trắc địa BA, LA và các tọa độ phẳng xB, yB tương ứng với ellipsoid B về tọa độ trắc địa BB, LB . Bước 3: xác định 7 tham số chuyển tọa độ X0, Y0 , Z0 ,ωx, ωy, ωz , ∆S Việc xác định 7 tham số chuyển đổi tọa độ bằng việc giải hệ phương trình chuẩn như sau: ATAX –ATL = 0 Trong đó : A là ma trận hệ số dựa trên công thức Molodensky 14