Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp các dữ liệu mặt đất và vệ tinh, áp dụng cho khu vực miền Trung Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:196

Thêm vào BST

Báo xấu

19
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận án "Nghiên cứu xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp các dữ liệu mặt đất và vệ tinh, áp dụng cho khu vực miền Trung Việt Nam" nhằm xác lập được cơ sở khoa học và phương pháp luận xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp các dữ liệu mặt đất và vệ tinh nói chung và thực nghiệm tính toán thành công cho khu vực miền Trung Việt Nam, nói riêng; lựa chọn được cơ sở toán học bao gồm hệ quy chiếu, hệ tọa độ và hệ triều thống nhất cho các loại dữ liệu được thu thập từ các nguồn gốc khác nhau, đảm bảo thuận tiện trong tính toán và đánh giá kết quả.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp các dữ liệu mặt đất và vệ tinh, áp dụng cho khu vực miền Trung Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN THÀNH LÊ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH DỊ THƯỜNG ĐỘ CAO TRÊN CƠ SỞ KẾT HỢP CÁC DỮ LIỆU MẶT ĐẤT VÀ VỆ TINH, ÁP DỤNG CHO KHU VỰC MIỀN TRUNG VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2023
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN THÀNH LÊ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH DỊ THƯỜNG ĐỘ CAO TRÊN CƠ SỞ KẾT HỢP CÁC DỮ LIỆU MẶT ĐẤT VÀ VỆ TINH, ÁP DỤNG CHO KHU VỰC MIỀN TRUNG VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Ngành: Kỹ thuật Trắc địa- bản đồ Mã số: 9.520503 Người hướng dẫn khoa học 1. PGS.TS Nguyễn Văn Sáng 2. GS.TS Bùi Tiến Diệu Hà Nội - 2023
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi. Các kết quả nghiên cứu trong luận án có được trên cơ sở tìm hiểu nghiên cứu tài liệu, phân tích một cách trung thực, khách quan và áp dụng trong điều kiện thực tiễn của Việt Nam. Các kết quả này chưa từng được công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác. Tác giả luận án Nguyễn Thành Lê
ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................... i MỤC LỤC ............................................................................................................................. ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH .......... viii DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................... xi DANH MỤC CÁC HÌNH.................................................................................................... xii MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH DỊ THƯỜNG ĐỘ CAO Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI.................................................................................... 7 1.1. Tổng quan về nghiên cứu xác định dị thường độ cao trên thế giới ................................ 7 1.1.1. Xác định dị thường độ cao và xây dựng mô hình Quasigeoid của Slovakia................... 7 1.1.2. Xác định dị thường độ cao và mô hình Geoid khu vực Châu Âu .................................... 8 1.1.3. Xác định dị thường độ cao và xây dựng mô hình Geoid của Hoa Kỳ............................. 8 1.1.4. Xác định dị thường độ cao và xây dựng mô hình Geoid của Canada ............................. 9 1.1.5. Xác định dị thường độ cao và xây dựng mô hình Quasigeoid của Ba Lan ..................... 9 1.1.6. Xác định dị thường độ cao và xây dựng mô hình Quasigeoid của Australia ................ 10 1.1.7. Xác định dị thường độ cao và xây dựng mô hình của New Zealand ............................. 11 1.1.8. Xác định mô hình Geoid cho lãnh thổ Iran ..................................................................... 11 1.2. Tổng quan về nghiên cứu xác định dị thường độ cao ở Việt Nam ............................... 13 1.2.1. Thành lập hệ độ cao chuẩn thống nhất cho lãnh thổ và lãnh hải Việt Nam trên cơ sở không sử dụng mặt nước biển trung bình .................................................................................. 13 1.2.2. Xây dựng mô hình Geoid địa phương trên lãnh thổ Việt Nam ...................................... 14 1.2.3. Xác định ảnh hưởng độ cao địa hình trong dị thường độ cao và độ lệch dây dọi......... 15 1.2.4. Chính xác hóa dị thường độ cao EGM2008 dựa trên dữ liệu GNSS-Thủy Chuẩn ...... 15 1.2.5. Xây dựng mô hình Quasigeoid quốc gia khởi đầu VIGAC2017 ................................... 16
iii 1.2.6. Nghiên cứu sử dụng dữ liệu trọng lực Việt Nam hiệu chỉnh các hệ số điều hòa của mô hình EGM2008 ............................................................................................................................ 17 1.2.7. Nghiên cứu xây dựng mô hình Geoid khu vực miền Trung nước ta trên cơ sở số liệu quan trắc các yếu tố của thế nhiễu .............................................................................................. 18 1.2.8. Vấn đề nghiên cứu ứng dụng dữ liệu trọng lực vệ tinh trong xác định dị thường độ cao và xây dựng mô hình Quasigeoid ở Việt Nam .......................................................................... 19 1.3. Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu.......................................................................... 22 CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH DỊ THƯỜNG ĐỘ CAO TRÊN CƠ SỞ KẾT HỢP CÁC DỮ LIỆU MẶT ĐẤT VÀ VỆ TINH CHO KHU VỰC MIỀN TRUNG VIỆT NAM.............................................................................................................. 24 2.1. Dị thường độ cao và các đại lượng liên quan ............................................................... 24 2.1.1. Telluroid............................................................................................................................. 24 2.1.2. Quasigeoid ......................................................................................................................... 25 2.1.3. Độ cao chuẩn ..................................................................................................................... 25 2.1.4. Dị thường độ cao ............................................................................................................... 25 2.1.5. Dị thường trọng lực ........................................................................................................... 26 2.2. Các loại dữ liệu sử dụng để xác định dị thường độ cao ................................................ 28 2.2.1. Dữ liệu trọng lực vệ tinh CHAMP, GRACE và GOCE ................................................. 29 2.2.2. Dữ liệu mô hình thế trọng trường Trái Đất ..................................................................... 29 2.2.3. Dữ liệu địa hình ................................................................................................................. 33 2.2.4. Dữ liệu trọng lực đo trực tiếp trên đất liền và dự án đo cao vệ tinh trên biển ............... 34 2.2.5. Dữ liệu dị thường độ cao GNSS-Thủy chuẩn ................................................................. 35 2.3. Nguyên tắc xử lý dữ liệu từ các nguồn khác nhau ........................................................ 36 2.3.1. Tính đổi và tính chuyển tọa độ ......................................................................................... 36 2.3.2. Tính chuyển dữ liệu về cùng hệ triều............................................................................... 38 2.3.3. Thống nhất cơ sở toán học trong xử lý các nguồn dữ liệu kết hợp ................................ 39
iv 2.4. Phát hiện và loại bỏ sai số thô trong dữ liệu đo ............................................................ 41 2.4.1. Phát hiện và loại bỏ sai số thô trong dữ liệu dị thường trọng lực .................................. 42 2.4.2. Phát hiện và loại bỏ sai số thô trong dữ liệu dị thường độ cao của điểm song trùng GNSS- Thủy chuẩn................................................................................................................................... 42 2.5. Loại bỏ thành phần bước sóng dài từ mô hình thế trọng trường Trái Đất trong dữ liệu dị thường trọng lực và dữ liệu dị thường độ cao...................................................................... 43 2.5.1. Các mô hình thế trọng trường Trái Đất ........................................................................... 43 2.5.2. Đánh giá và lựa chọn mô hình thế trọng trường Trái Đất phù hợp với khu vực nghiên cứu ................................................................................................................................................ 44 2.5.3. Giới thiệu mô hình thế trọng trường Trái Đất EIGEN-6C4 ........................................... 46 2.5.4. Loại bỏ thành phần bước sóng dài từ mô hình thế trọng trường Trái Đất trong dữ liệu dị thường trọng lực .......................................................................................................................... 47 2.5.5. Loại bỏ thành phần bước sóng dài từ mô hình thế trọng trường Trái Đất trong dữ liệu dị thường độ cao .............................................................................................................................. 48 2.6. Loại bỏ ảnh hưởng của địa hình trong dữ liệu dị thường trọng lực và dữ liệu dị thường độ cao theo phương pháp RTM ........................................................................................... 48 2.6.1. Phương pháp RTM............................................................................................................ 48 2.6.2. Cơ sở lựa chọn dị thường RTM tại Việt Nam ................................................................. 49 2.6.3. Mô hình địa hình phần dư RTM ...................................................................................... 50 2.6.4. Loại bỏ thành phần bước sóng ngắn và bước sóng trung do ảnh hưởng của địa hình trong dữ liệu dị thường trọng lực ......................................................................................................... 52 2.6.5. Loại bỏ thành phần bước sóng ngắn và bước sóng trung do ảnh hưởng của địa hình trong dữ liệu dị thường độ cao GNSS-Thủy chuẩn ............................................................................ 53 2.7. Tính phần dư dị thường độ cao từ dị thường phần dư trọng lực theo phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất ...................................................................................... 53 2.7.1. Cơ sở của phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất .......................................... 53 2.7.2. Xác định hiệp phương sai thực nghiệm ........................................................................... 55
v 2.7.3. Xác định các tham số của hàm hiệp phương sai lý thuyết.............................................. 56 2.7.4. Nội suy phần dư dị thường độ cao từ phần dư dị thường trọng lực theo phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất ............................................................................................. 60 2.7.5. Nội suy phần dư dị thường độ cao từ phần dư dị thường độ cao trọng lực theo phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất .................................................................................... 63 2.7.6. Nội suy phần dư dị thường độ cao từ phần dư dị thường trọng lực và dị thường độ cao GNSS-Thủy chuẩn theo phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất............................. 64 2.7.7. Nội suy phần dư dị thường độ cao từ phần dư dị thường độ cao trọng lực và dị thường độ cao GNSS-Thủy chuẩn theo phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất................. 66 2.8. Phục hồi thành phần bước sóng dài từ mô hình thế trọng trường Trái Đất và thành phần bước sóng trung, bước sóng ngắn do ảnh hưởng của địa hình vào kết quả tính phần dư dị thường độ cao ...................................................................................................................... 69 2.9. Đánh giá độ chính xác xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp các dữ liệu ....... 69 2.10. Xây dựng quy trình xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp các dữ liệu cho khu vực miền Trung Việt Nam ................................................................................................... 71 2.10.1. Các bước xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp các dữ liệu ........................... 71 2.10.2. Quy trình xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp các dữ liệu cho khu vực miền Trung Việt Nam ........................................................................................................................... 75 2.11. Xây dựng các module chương trình phục vụ việc xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp các dữ liệu ............................................................................................................... 76 2.11.1. Giới thiệu phần mềm GRAVSOFT Ver 2.97 ............................................................... 76 2.11.2. Xây dựng module chương trình xác định phương sai mức và sai số phương sai mức77 2.11.3. Xây dựng module chương trình xác định dị thường trọng lực và dị thường độ cao từ các hệ số hàm điều hòa cầu ......................................................................................................... 79 2.11.4. Xây dựng module chương trình xác định ảnh hưởng của địa hình theo phương pháp RTM ............................................................................................................................................. 81 2.11.5. Xây dựng module chương trình xác định hiệp phương sai thực nghiệm .................... 85
vi 2.11.6. Xây dựng module chương trình xác định hàm hiệp phương sai lý thuyết .................. 87 CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH DỊ THƯỜNG ĐỘ CAO CHO KHU VỰC MIỀN TRUNG VIỆT NAM TRÊN CƠ SỞ KẾT HỢP CÁC DỮ LIỆU MẶT ĐẤT VÀ VỆ TINH.............................................................................................................. 92 3.1. Khu vực thực nghiệm và dữ liệu sử dụng ..................................................................... 92 3.1.1. Đặc điểm khu vực thực nghiệm ....................................................................................... 92 3.1.2. Dữ liệu sử dụng ................................................................................................................. 93 3.2. Xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp dữ liệu mô hình EIGEN-6C4 và dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn (PA1) .................................................................................................. 102 3.2.1. Các bước thực hiện ......................................................................................................... 102 3.2.2. Thực nghiệm PA1 ........................................................................................................... 103 3.3. Xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp dữ liệu trọng lực, dữ liệu mô hình EIGEN- 6C4 và dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn (PA2).......................................................................... 109 3.3.1. Các bước thực hiện ......................................................................................................... 109 3.3.2. Thực nghiệm PA2 ........................................................................................................... 110 3.4. Xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp dữ liệu trọng lực, dữ liệu mô hình EIGEN- 6C4, dữ liệu địa hình và dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn (PA3) .............................................. 118 3.4.1. Tính ảnh hưởng của địa hình theo phương pháp RTM ................................................ 119 3.4.2. Thực nghiệm PA3 ........................................................................................................... 119 3.5. Tổng hợp kết quả của các phương án tính toán thực nghiệm ..................................... 128 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................................... 132 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO, CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ ................. 134 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 135 PHỤ LỤC 1. BẢNG TỔNG HỢP KẾT QUẢ TÍNH TOÁN LOẠI BỎ ẢNH HƯỞNG BƯỚC SÓNG DÀI, BƯỚC SÓNG TRUNG VÀ BƯỚC SÓNG NGẮN CỦA DỮ LIỆU ĐO NHẰM PHÁT HIỆN SAI SỐ THÔ .................................................................................. 142
vii PHỤ LỤC 2. BẢNG MINH HỌA TỔNG HỢP DỊ THƯỜNG ĐỘ CAO GNSS-THỦY CHUẨN VÀ DỊ THƯỜNG ĐỘ CAO TƯƠNG ỨNG CỦA 04 MÔ HÌNH: EIGEN-6C4, SGG-UGM-1, GECO, EGM2008 VỚI DỮ LIỆU 131 ĐIỂM SONG TRÙNG................ 144 PHỤ LỤC 3. KẾT QUẢ SO SÁNH GIỮA CÁC MODULE CHƯƠNG TRÌNH MÁY TÍNH MỚI VÀ CHƯƠNG TRÌNH TRONG BỘ GRAVSOFT .................................................. 145 PHỤ LỤC 4. MINH HỌA BỘ DỮ LIỆU DỊ THƯỜNG TRỌNG LỰC .......................... 150 PHỤ LỤC 5. DỮ LIỆU ĐIỂM SONG TRÙNG GNSS-THỦY CHUẨN THAM GIA TÍNH .................................................................................................................................. 151 PHỤ LỤC 6. DỮ LIỆU ĐIỂM SONG TRÙNG GNSS-THỦY CHUẨN ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TÍNH ........................................................................................................................ 153 PHỤ LỤC 7. QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM PA1 .......................................................... 154 PHỤ LỤC 8. MINH HỌA TỔNG HỢP CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CỦA PHƯƠNG ÁN 1 ......................................................................................................................................... 155 PHỤ LỤC 9. QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM PA2 .......................................................... 158 PHỤ LỤC 10. MINH HỌA TỔNG HỢP CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CỦA PHƯƠNG ÁN 2 ................................................................................................................................... 159 PHỤ LỤC 11. MINH HỌA TỔNG HỢP CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CỦA PHƯƠNG ÁN 3 ................................................................................................................................... 162 PHỤ LỤC 12. MÃ CODE MINH HỌA MỘT SỐ MODULE CHƯƠNG TRÌNH TÍNH 166
viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH Từ viết tắt, Tiếng Anh đầy đủ Dịch sang tiếng Việt ký hiệu Australian Gravimetric AGQG2017 Mô hình Quasigeoid trọng lực Australia 2017 Quasigeoid 2017 Geodetic Boundary Value BVP Bài toán biên trị trắc địa Problem Canadian Gravimetric Geoid CGG2010 Mô hình Geoid trọng lực Canada 2010 2010 Dự án vệ tinh nghiên cứu trọng trường Trái CHAllenging Minisatellite CHAMP Đất do tổ chức GFZ của Cộng hòa Liên bang Payload Đức thực hiện COVFIT Fitting Covariance Functions Các hàm khớp đồng phương sai DDMs Digital Density Models Các mô hình số mật độ DGV Degree Variance Phương sai mức DSM Digital Surface Model Mô hình số bề mặt DTE Direct Topographical Effect Ảnh hưởng trực tiếp của địa hình DTMs Digital Terrain Models Các mô hình số địa hình Mô hình thế trọng trường Trái Đất biển toàn Technical University of DTU17GRA cầu 17 của trường Đại học Kỹ thuật Đan Denmark 17 Gravity Mạch Technical University of DTU Đại học Kỹ thuật Đan Mạch Denmarks EDG Error Degree Variance Sai số phương sai mức The European Gravimetric Mô hình Geoid trọng lực của Châu Âu năm EGG07 Geoid Model 2007 2007 Elastic Earth Trái Đất đàn hồi European Gravity and Geoid EGGP Dự án trọng lực và Geoid Châu Âu Project EGM Earth Gravitational Model Mô hình thế trọng trường Trái Đất Earth Gravitational Model EGM2008 Mô hình thế trọng trường Trái Đất năm 2008 2008 EGMs Earth Gravitational Models Các mô hình trọng trường Trái Đất European Improved Gravity Mô hình trọng lực Trái Đất được cải tiến của EIGEN-6C4 model of the Earth by New Cộng đồng Châu Âu bằng kỹ thuật mới - techniques phiên bản 6C4 Empirical Covariance EMPCOV Hàm hiệp phương sai thực nghiệm Functions Elastic Earth Trái Đất đàn hồi
ix Từ viết tắt, Tiếng Anh đầy đủ Dịch sang tiếng Việt ký hiệu FA Free Air Không khí tự do FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh FHT Fast Hartley Transform Phép biến đổi nhanh Hartley The new Gravimetric Mô hình Quasigeoid trọng lực mới Ba Lan GDQM13 Quasigeoid Model for Poland 2013 2013 General Bathymetric Chart of GEBCO 2020 Bản đồ độ sâu tổng quát của các Đại dương the Oceans Chương trình tính dị thường độ cao từ dữ liệu GEOCOL Spherical 3D LSC trọng lực theo phương pháp LSC GGMs Global Geopotential Models Các mô hình trường trọng lực toàn cầu Geocentric gravitational GM Hằng số hấp dẫn địa tâm constant The gravimetric model of the Mô hình trọng lực của Quasigeoid Slovakia GMSQ98A Slovak Quasigeoid 1999 Global Navigation Satellite GNSS Hệ thống dẫn đường vệ tinh toàn cầu System GNSS/TC GNSS - Levelling Điểm song trùng GNSS-Thủy chuẩn Gravity Field and Steady- Chương trình Thám hiểm trọng lực và trạng GOCE State Ocean Circulation thái tuần hoàn đại dương Explorer Gravity Recovery and Climate Chương trình phục hồi trọng lực và thực GRACE Experiment nghiệm khí hậu Geodetic Gravity Field Chương trình xây dựng mô hình trường trọng GRAVSOFT Modelling Programs lực trắc địa International Center for Trung tâm quốc tế về các mô hình Trái Đất ICGEM Global Earth Models toàn cầu International Association of IAG Hiệp hội trắc địa quốc tế Geodesy IRG2018 Iran Regional Geoid 2018 Mô hình Geoid khu vực của Iran 2018 International Service for the ISG Dịch vụ quốc tế về Geoid Geoid KTH Kungliga Tekniska Högskolan Viện Công nghệ Hoàng gia Thụy Điển LiDAR Light Detection And Ranging Công nghệ đo Laser Phương pháp Collocation bình phương nhỏ LSC Least-Squares Collocation nhất Least Squares Modification of Công thức bình phương nhỏ nhất sửa đổi LSMSA Stokes’ formula with Additive Stokes với hiệu chỉnh bổ sung corrections
x Từ viết tắt, Tiếng Anh đầy đủ Dịch sang tiếng Việt ký hiệu MDT Mean Dynamic Topography Mô hình địa hình động lực trung bình MSL Mean Sea Level Mặt nước biển trung bình MT Mean Tide Hệ triều trung bình National Geospatial- NGA Cơ quan tình báo không gian quốc gia Hoa Kỳ Intelligence Agency The New Zealand gravimetric Mô hình quaasiGeoid trọng lực của New NZGeoid2017 Quasigeoid model 2017 Zealand 2017 RCR Remove - Compute - Restore Loại bỏ - Tính toán - Phục hồi RE Rigid Earth Trái Đất cứng RMS Root Mean Squares Sai số trung phương Real Time Kinematic - Virtual RTK-VBS Đo động thời gian thực - Trạm cở sở ảo Base Station RTM Residual Terrain Modelling Mô hình địa hình còn dư Spherical Harmonic SHC Các hệ số điều hòa cầu Coefficients The Shuttle Radar Dự án khảo sát địa hình bằng Radar với tàu SRTM Topography Mission con thoi TC Terrian Correction Hiệu chỉnh địa hình The Uganda Gravimetric UGG2014 Mô hình trọng lực của Uganda 2014 Geoid Model 2014 University of New Brunswick Trường đại học kỹ thuật New Brunswick UNB Techniques (Canada) The US Gravimetric Geoid of USGG2009 Mô hình Geoid trọng lực 2009 của Hoa Kỳ 2009 Model WGM2012 World Gravity Map 2012 Bản đồ trọng lực toàn cầu 2012 WGS84 World Geodetic System 1984 Hệ tọa độ trắc địa toàn cầu 1984 TF Tide Free Hệ không phụ thuộc triều ZT Zero Tide Hệ triều Zero ζ Height anomaly Dị thường độ cao N Geoid Độ cao Geoid Δg Gravity anomaly Dị thường trọng lực
xi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Kết quả đánh giá dữ liệu dị thường trọng lực không khí tự do khi loại bỏ thành phần bước sóng ngắn, bước sóng trung và thành phần bước sóng dài ................................ 42 Bảng 2.2. Kết quả đánh giá dữ liệu dị thường độ cao các điểm song trùng khi loại bỏ thành phần bước sóng ngắn, bước sóng trung và thành phần bước sóng dài ................................ 43 Bảng 2.3. Các mô hình thế trọng trường Trái Đất có độ chính xác cao khi đánh giá với dữ liệu đo GNSS-Thủy chuẩn (đơn vị: m) ................................................................................ 44 Bảng 2.4. Phương sai mức và sai số phương sai mức của 04 mô hình thế trọng trường..... 45 Bảng 2.5. Kết quả so sánh 4 mô hình thế trọng trường Trái Đất với 131 điểm GNSS-Thủy chuẩn tại khu vực miền Trung Việt Nam (đơn vị: m) ......................................................... 46 Bảng 2.6. Các chương trình chính trong GRAVSOFT ver 2.97 .......................................... 76 Bảng 3.1. Chênh lệch giá trị thực nghiệm và lý thuyết (PA1) ........................................... 106 Bảng 3.2. Kết quả đánh giá xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp dữ liệu mô hình EIGEN-6C4 và dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn (PA1) ............................................................ 108 Bảng 3.3. Chênh lệch giá trị thực nghiệm và lý thuyết (PA2 - lần tính thứ nhất) ............. 113 Bảng 3.4. Kết quả so sánh của 101 điểm tham gia tính (PA2 - lần tính thứ nhất)............. 114 Bảng 3.5. Chênh lệch giá trị thực nghiệm và lý thuyết (PA2 - lần tính thứ hai) ............... 116 Bảng 3.6. Kết quả đánh giá xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp dữ liệu trọng lực, dữ liệu mô hình EIGEN-6C4 và dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn (PA2) .................................. 117 Bảng 3.7. Chênh lệch giá trị thực nghiệm và lý thuyết (PA3 - lần tính thứ nhất) ............. 122 Bảng 3.8. Kết quả so sánh của 101 điểm tham gia tính (PA3 - lần tính thứ nhất)............. 123 Bảng 3.9. Chênh lệch giá trị thực nghiệm và lý thuyết (PA3 - lần tính thứ hai) ............... 125 Bảng 3.10. Kết quả đánh giá xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp dữ liệu trọng lực, dữ liệu mô hình EIGEN-6C4, dữ liệu địa hình và dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn (PA3)....... 126 Bảng 3.11. Kết quả các phương án tính toán thực nghiệm ................................................ 128
xii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1. Dị thường độ cao và các đại lượng liên quan [28] ............................................... 24 Hình 2.2. Bề mặt địa hình trước (a) và sau san lấp (b) [12] ................................................ 27 Hình 2.3. Các vòng tròn đồng tâm và các tia xuyên tâm [12] ............................................. 28 Hình 2.4. Ảnh hưởng của các dữ liệu đến bước sóng của Quasigeoid [44] ........................ 29 Hình 2.5. Mối liên hệ dị thường độ cao với các hệ triều ..................................................... 38 Hình 2.6. Tính dị thường độ cao trực tiếp từ trang ICGEM [41] ........................................ 45 Hình 2.7. Các thành phần dị thường RTM [7] ..................................................................... 50 Hình 2.8. Mô hình địa hình phần dư RTM [52] ................................................................. 50 Hình 2.9. Tính ảnh hưởng của địa hình theo bán kính vùng trong và vùng ngoài xung quanh điểm tính P [74] ................................................................................................................... 51 Hình 2.10. Khoảng cách cầu ψ, góc phương vị α (mặt cầu) ................................................ 56 Hình 2.11. Quy trình xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp các dữ liệu mặt đất và vệ tinh cho khu vực miền Trung Việt Nam .............................................................................. 75 Hình 2.12. Quy trình “Xác định phương sai mức và sai số phương sai mức”..................... 78 Hình 2.13. Module chương trình “Xác định phương sai mức và sai số phương sai mức” .. 78 Hình 2.14. Quy trình “Xác định dị thường trọng lực và dị thường độ cao từ các hệ số hàm điều hòa cầu” ....................................................................................................................... 80 Hình 2.15. Module chương trình “Xác định dị thường trọng lực và dị thường độ cao từ các hệ số hàm điều hòa cầu” ...................................................................................................... 80 Hình 2.16. Tạo mô hình lưới tham chiếu từ mô hình chi tiết bằng chương trình TCGRID (bộ GRAVSOFT) ....................................................................................................................... 81 Hình 2.17. Chương trình TC tính ảnh hưởng địa hình cho dị thường trọng lực và dị thường độ cao (bộ GRAVSOFT) ..................................................................................................... 82 Hình 2.18. Sơ đồ khối quy trình “Xác định ảnh hưởng của địa hình theo phương pháp RTM” ............................................................................................................................................. 83
xiii Hình 2.19. Module chương trình “Xác định ảnh hưởng của địa hình theo phương pháp RTM” ............................................................................................................................................. 83 Hình 2.20. Chương trình EMPCOV (bộ GRAVSOFT) ...................................................... 85 Hình 2.21. Sơ đồ khối quy trình “Xác định hiệp phương sai thực nghiệmˮ ........................ 86 Hình 2.22. Module chương trình “Xác định hiệp phương sai thực nghiệmˮ....................... 86 Hình 2.23. Chương trình COVFIT (bộ GRAVSOFT) ......................................................... 88 Hình 2.24. Sơ đồ khối quy trình “Xác định hàm hiệp phương sai lý thuyếtˮ ...................... 89 Hình 2.25. Module chương trình “Xác định hàm hiệp phương sai lý thuyếtˮ ..................... 89 Hình 3.1. Phạm vi luận án thực nghiệm............................................................................... 93 Hình 3.2. Dữ liệu dị thường trọng lực không khí tự do đất liền và biển (đơn vị: mGal)..... 95 Hình 3.3. Mô hình dữ liệu dị thường trọng lực không khí tự do của khu vực thực nghiệm (phần mềm sử dụng Surfer) ................................................................................................. 96 Hình 3.4. Hình ảnh sóng Geoid của mô hình EIGEN-6C4.................................................. 97 Hình 3.5. Mô hình số địa hình tổng hợp độ phân giải 3ʺ × 3ʺ kết hợp SRTM3arc_v4.1 và GEBO 2020.......................................................................................................................... 98 Hình 3.6. Các điểm song trùng GNSS-Thủy chuẩn sử dụng trong tính toán thực nghiệm 100 Hình 3.7. Bộ dữ liệu luận án sử dụng trong tính toán thực nghiệm ................................... 101 Hình 3.8. Tính giá trị hiệp phương sai thực nghiệm cho lưới dị thường độ cao (3ʹ × 3ʹ) .. 104 Hình 3.9. Thông tin kết quả tính giá trị thực nghiệm của lưới (3ʹ × 3ʹ) ............................ 104 Hình 3.10. Các tham số tối ưu của hàm hiệp phương sai lý thuyết và đồ thị biểu diễn độ lệch giá trị lý thuyết - thực nghiệm (PA1) ................................................................................. 105 Hình 3.11. Nội suy dị thường độ cao bằng chương trình GEOCOL (bộ GRAVSOFT) từ dữ liệu mô hình EIGEN-6C4 kết hợp dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn.......................................... 107 Hình 3.12. Tần suất và độ lệch chuẩn khi xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp dữ liệu mô hình EIGEN-6C4 và dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn (PA1) ....................................... 108
xiv Hình 3.13. Mô hình dữ liệu dị thường trọng lực sau khi được loại bỏ thành phần bước sóng dài từ mô hình EIGEN-6C4 ............................................................................................... 111 Hình 3.14. Thông tin chung kết quả tính giá trị hiệp phương sai thực nghiệm cho dữ liệu dị thường trọng lực đã loại bỏ thành phần bước sóng dài (PA2) ........................................... 112 Hình 3.15. Các tham số tối ưu của hàm hiệp phương sai lý thuyết và đồ thị biểu diễn độ lệch giá trị lý thuyết - thực nghiệm (PA2 - lần tính thứ nhất) ................................................... 113 Hình 3.16. Thông tin chung kết quả tính giá trị hiệp phương sai thực nghiệm của lưới dị thường độ cao trọng lực đã hiệu chỉnh sai lệch hệ thống (PA2 - lần tính thứ hai) ............ 115 Hình 3.17. Các tham số tối ưu của hàm hiệp phương sai lý thuyết và đồ thị biểu diễn độ lệch giá trị lý thuyết - thực nghiệm (PA2 - lần tính thứ hai) ..................................................... 116 Hình 3.18. Tần suất và độ lệch chuẩn xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp dữ liệu trọng lực, dữ liệu mô hình EIGEN-6C4 và dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn (PA2) ................. 118 Hình 3.19. Mô hình dữ liệu phần dư dị thường trọng lực sau khi loại bỏ thành phần bước sóng dài, bước sóng trung và bước sóng ngắn ................................................................... 121 Hình 3.20. Thông tin kết quả tính giá trị hiệp phương sai thực nghiệm của dữ liệu dị thường trọng lực còn dư (PA3) ...................................................................................................... 121 Hình 3.21. Các tham số tối ưu của hàm hiệp phương sai lý thuyết và đồ thị biểu diễn độ lệch giá trị lý thuyết - thực nghiệm (PA3 - lần tính thứ nhất) ................................................... 122 Hình 3.22. Thông tin chung kết quả tính giá trị hiệp phương sai thực nghiệm của lưới phần dư dị thường độ cao trọng lực đã hiệu chỉnh sai lệch hệ thống (PA3 - lần tính thứ hai) ... 124 Hình 3.23. Các tham số tối ưu của hàm hiệp phương sai lý thuyết và đồ thị biểu diễn độ lệch giá trị lý thuyết - thực nghiệm (PA3 - lần tính thứ 2) ........................................................ 125 Hình 3.24. Tần suất và độ lệch chuẩn xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp dữ liệu trọng lực, dữ liệu mô hình EIGEN-6C4, dữ liệu địa hình và dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn (PA3) .................................................................................................................................. 127 Hình 3.25. Bản đồ dị thường độ cao trọng lực 3ʹ × 3ʹ (đơn vị: mét) ............................... 130
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Nghiên cứu xác định dị thường độ cao, xây dựng mô hình Geoid/Quasigeoid là nhiệm vụ quan trọng đối với mỗi quốc gia, khu vực và toàn cầu. Hiện nay, nhờ có công nghệ GNSS, việc xác định độ cao trắc địa có thể cho độ chính xác cao và rất cao. Tuy nhiên, với độ cao chuẩn, đây vẫn còn là nhiệm vụ khó khăn, vì việc xác định độ cao phải thực hiện trực tiếp trên bề mặt tự nhiên của Trái Đất. Mặt khác, khi đo độ cao chuẩn bằng phương pháp thủy chuẩn, bắt buộc phải có giá trị đo trọng lực dọc theo tuyến đo. Đối với khu vực đồng bằng, việc thực hiện tương đối thuận lợi. Tuy nhiên, với khu vực đồi núi, sông ngòi thì việc đo đạc cực kỳ khó khăn, thậm chí không thể thực hiện được. Theo lý thuyết, mối liên hệ giữa Ellipsoid và bề mặt Quasigeoid chính là giá trị dị thường độ cao. Bài toán đặt ra, nếu xác định được dị thường độ cao với độ chính xác cao và mật độ đủ dày, khi đó hoàn toàn xác định được độ cao chuẩn của một điểm bất kỳ dựa trên mối liên hệ giữa độ cao trắc địa trên mặt Ellipsoid và giá trị dị thường độ cao. Như vậy, bài toán xác định độ cao chuẩn so với mô hình Quasigeoid trở thành bài toán xác định dị thường độ cao trên phạm vi toàn lãnh thổ. Sóng Quasigeoid lại được chia ra thành các thành phần bước sóng (dài, trung, ngắn và cực ngắn). Mỗi loại dữ liệu lại phản ánh thành phần bước sóng khác nhau. Ví dụ: Mô hình thế trọng trường Trái Đất phản ánh bước sóng dài; số liệu địa hình phản ánh bước sóng ngắn; số liệu trọng lực vệ tinh phản ánh bước sóng trung [45]. Vì vậy, để xác định được chính xác dị thường độ cao cần phải kết hợp các dữ liệu với nhau. Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, công tác đo trọng lực từ việc chỉ có thể được thực hiện trên mặt đất, trên tàu biển hay trên máy bay, thì hiện nay đã và đang có nhiều dự án đo cao vệ tinh, đo trọng lực và gradient trọng lực từ vệ tinh. Đo trọng lực vệ tinh là công nghệ tiên tiến của thế giới, cho phép xác định dị thường trọng lực và dị thường độ cao với độ chính xác cao trên khoảng cách khoảng 100 km [26]. Dữ liệu trọng lực, như dữ liệu đo trực tiếp trên mặt đất, trên tàu, dự án đo cao vệ tinh và dự án gradient trọng lực từ vệ tinh, là nguồn dữ liệu đầu vào của bài
2 toán xác định dị thường độ cao. Do đó, chúng ta cần nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu trọng lực kết hợp này trong bài toán xác định dị thường độ cao của Việt Nam. Dữ liệu đo GNSS-Thủy chuẩn cho phép ta xác định trực tiếp dị thường độ cao với độ chính xác cao. Vì vậy kết quả xác định dị thường độ cao từ các nguồn dữ liệu khác cần được đánh giá và làm khớp với dữ liệu dị thường độ cao GNSS-Thủy chuẩn. Việt Nam là quốc gia nằm trải dài theo kinh tuyến, có bề ngang hẹp, phía Tây giáp Lào và Campuchia, phía Bắc giáp Trung Quốc, phía Đông giáp Biển. Để có được các dữ liệu mặt đất của các nước xung quanh phục việc tính dị thường độ cao là rất khó khăn. Do đó, cần phải nghiên cứu phương pháp giảm ảnh hưởng của dữ liệu vùng xa đến kết quả tính dị thường độ cao. Miền Trung của Việt Nam với đặc điểm bề ngang hẹp, trải dài, có địa hình đa dạng, giáp biển, là lựa chọn phù hợp để làm khu vực thực nghiệm. Từ những lý do trên việc lựa chọn đề tài luận án tiến sĩ: “Nghiên cứu xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp các dữ liệu mặt đất và vệ tinh, áp dụng cho khu vực miền Trung Việt Nam” là cần thiết. Nội dung nghiên cứu của luận án sẽ đóng góp một phần giá trị khoa học và giải quyết được vấn đề thực tiễn trong xác định dị thường độ cao tại Việt Nam, góp phần phát triển khoa học và kỹ thuật của đất nước. 2. Mục tiêu của đề tài - Xác lập được cơ sở khoa học và phương pháp luận xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp các dữ liệu mặt đất và vệ tinh nói chung và thực nghiệm tính toán thành công cho khu vực miền Trung Việt Nam, nói riêng. - Lựa chọn được cơ sở toán học bao gồm hệ quy chiếu, hệ tọa độ và hệ triều thống nhất cho các loại dữ liệu được thu thập từ các nguồn gốc khác nhau, đảm bảo thuận tiện trong tính toán và đánh giá kết quả. - Xác định được dị thường độ cao cho khu vực miền Trung Việt Nam trên cơ sở kết hợp các dữ liệu mặt đất và vệ tinh từ nguồn dữ liệu hạn chế. Thành lập được bản đồ dị thường độ cao trong hệ quy chiếu và hệ tọa độ WGS84 quốc tế cho khu vực thực nghiệm.
3 3. Đối tượng nghiên cứu - Dữ liệu dị thường trọng lực, dị thường độ cao. Phương pháp kết hợp các nguồn dữ liệu có nguồn gốc khác nhau. - Kỹ thuật Loại bỏ – Tính toán – Phục hồi và phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất trong xác định dị thường độ cao từ các nguồn dữ liệu kết hợp mặt đất và vệ tinh. Xây dựng quy trình xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp các loại dữ liệu mặt đất và vệ tinh cho khu vực miền Trung Việt Nam. 4. Phạm vi nghiên cứu - Phạm vi không gian: khu vực miền Trung Việt Nam (vĩ độ từ 15° ÷ 20° B, kinh độ từ 104° ÷ 109° Đ). - Dữ liệu sử dụng: dữ liệu trọng lực mặt đất, dữ liệu trọng lực từ các dự án đo cao vệ tinh, đo gradient trọng lực từ vệ tinh, dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn, mô hình trường trọng lực toàn cầu, mô hình thế trọng trường Trái Đất, mô hình số địa hình độ phân giải cao trên đất liền và trên biển. 5. Nội dung nghiên cứu - Tổng quan xác định dị thường độ cao trên thế giới và ở Việt Nam. - Nghiên cứu phương pháp xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp các dữ liệu mặt đất và vệ tinh. Nghiên cứu xác định dị thường độ cao từ dữ liệu trọng lực theo kỹ thuật Loại bỏ-Tính toán-Phục hồi và phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất trong nội suy dị thường độ cao từ dữ liệu dị thường trọng lực. - Xây dựng quy trình và các module chương trình máy tính phục vụ tính dị thường độ cao theo kỹ thuật Loại bỏ-Tính toán-Phục hồi và phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất. - Thực nghiệm và đánh giá độ chính xác kết quả xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp các dữ liệu mặt đất và vệ tinh cho khu vực miền Trung Việt Nam trong
4 hệ quy chiếu và hệ tọa độ WGS84 quốc tế. Thành lập được bản đồ dị thường độ cao trọng lực cho khu vực thực nghiệm trong hệ quy chiếu và hệ tọa độ WGS84 quốc tế. 6. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thống kê: Thu thập, tổng hợp và xử lý các thông tin, tài liệu liên quan đến vấn đề nghiên cứu. - Phương pháp phân tích, tổng hợp: Tổng hợp phân tích đánh giá các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến đề tài. - Phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất: Xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp các dữ liệu khác nhau. - Phương pháp xác suất thống kê: Đánh giá độ chính xác kết quả dị thường độ cao xác định. - Phương pháp công nghệ thông tin: Xây dựng các module chương trình máy tính phục vụ tính dị thường độ theo kỹ thuật RCR và phương pháp LSC. 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án Ý nghĩa khoa học: Phát triển, hoàn thiện phương pháp và quy trình xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp các dữ liệu mặt đất và vệ tinh; Góp phần phát triển lý thuyết nghiên cứu hình dạng, kích thước và thế trọng trường của Trái Đất. Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận án có thể ứng dụng trong thực tiễn xác định dị thường độ cao từ dữ liệu kết hợp mặt đất và vệ tinh phục vụ việc xây dựng Quasigeoid của Việt Nam. Dị thường độ cao xác định được ở miền Trung có thể sử dụng để tính độ cao chuẩn từ độ cao đo bằng công nghệ GNSS. 8. Các luận điểm bảo vệ của luận án Luận điểm 1: Kết hợp kỹ thuật “loại bỏ–tính toán–phục hồi” và phương pháp collocation bình phương nhỏ nhất là giải pháp phù hợp cho phép xác định dị thường độ cao từ các nguồn dữ liệu khác nhau của khu vực địa hình đặc trưng miền Trung Việt Nam.