Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu giải pháp thiết kế và xử lý số liệu lưới trắc địa áp dụng công nghệ GNSS phục vụ xây dựng hệ quy chiếu - hệ tọa độ quân sự ở Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật "Nghiên cứu giải pháp thiết kế và xử lý số liệu lưới trắc địa áp dụng công nghệ GNSS phục vụ xây dựng hệ quy chiếu - hệ tọa độ quân sự ở Việt Nam" được nghiên cứu với mục tiêu: Đề xuất được giải pháp thiết kế lưới trắc địa áp dụng công nghệ GNSS phục vụ tính toán kết nối Hệ tọa độ quốc gia VN-2000 với Hệ tọa độ quốc tế ITRF.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu giải pháp thiết kế và xử lý số liệu lưới trắc địa áp dụng công nghệ GNSS phục vụ xây dựng hệ quy chiếu - hệ tọa độ quân sự ở Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT LỀU HUY NAM NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP THIẾT KẾ VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU LƯỚI TRẮC ĐỊA ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ GNSS PHỤC VỤ XÂY DỰNG HỆ QUY CHIẾU - HỆ TỌA ĐỘ QUÂN SỰ Ở VIỆT NAM Ngành đạo tạo: Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ Mã số: 9.520503 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2024
Công trình được hoàn thành tại Bộ môn Trắc địa Phổ thông và Sai số, Khoa Trắc địa Bản đồ và Quản lý đất đai, Trường Đại học Mỏ - Địa chất. Người hướng dẫn khoa học: 1. GS.TSKH Hoàng Ngọc Hà Hội Trắc địa Bản đồ, Viễn thám Việt Nam 2. TS Hoàng Minh Ngọc Cục Bản đồ/BTTM Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Văn Sáng Trường Đại học Mỏ - Địa chất Phản biện 2: PGS.TS Phạm Minh Hải Cục Viễn thám Quốc gia Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Trường Xuân Hội Trắc điạ Bản đồ, Viễn thám Việt Nam Luận án được bảo vệ tại Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường họp tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất vào hồi …giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia - Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chất
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hệ quy chiếu và hệ toạ độ đóng vai trò quan trọng trong hoạt động đảm bảo an ninh - quốc phòng cũng như nhiệm vụ phát triển kinh tế và nghiên cứu khoa học của mỗi quốc gia. Sau hơn 20 năm đưa vào sử dụng, hệ tọa độ quốc gia Việt Nam gặp một số hạn chế trong việc xử lý dữ liệu thời gian thực cũng như quản lý không gian 3D trên nền tảng số khu vực biển đảo và các vùng lân cận ứng dụng trong nhiệm vụ quân sự (an ninh - quốc phòng). Vì vậy, việc nghiên cứu đánh giá giải pháp xây dựng hệ quy chiếu và hệ tọa độ quân sự dựa trên nền tảng khoa học công nghệ và cơ sở hạ tầng hiện đại mà Cục Bản đồ và Bộ Tài nguyên Môi trường đã và sẽ trang bị, hoặc tính toán bình sai dựa trên cơ sở lý thuyết từ bài toán truyền thống áp dụng công nghệ đo hiện đại nhằm mục đích kết nối với các khung tham chiếu được cập nhật thường xuyên và có tính toàn cầu chính là một việc cấp thiết. Để phù hợp với điều kiện giai đoạn hiện tại, các giải pháp cần phải cân nhắc và đánh giá theo các quan điểm chính như sau: - Quan điểm về kế thừa lịch sử. - Quan điểm hiện tại. - Quan điểm về tương lai. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Đề xuất được giải pháp thiết kế lưới trắc địa áp dụng công nghệ GNSS phục vụ tính toán kết nối Hệ tọa độ quốc gia VN-2000 với Hệ tọa độ quốc tế ITRF. - Đưa ra được giải pháp tính toán bình sai xử lý dữ liệu GNSS phục vụ xây dựng Hệ quy chiếu - Hệ tọa độ quân sự ở Việt Nam. Tập trung giải quyết bài toán xác định bộ tham số tính chuyển giữa Hệ tọa độ Việt Nam với Hệ tọa độ quốc tế ITRF. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu chính là nghiên cứu xây dựng “Hệ quy chiếu - Hệ tọa độ quân sự ở Việt Nam” dựa trên hệ thống trạm thu tín hiệu liên tục GNSS CORS (Đánh giá giải pháp xây dựng từ việc phát triển từ Hệ quy chiếu quốc gia VN-2000 và việc kết nối với hệ quy chiếu quốc tế ITRF dựa trên hệ thống GNSS CORS). - Phạm vi nghiên cứu: + Phạm vi nghiên cứu lý thuyết: xây dựng được cơ sở lý thuyết tiêu chí xây dựng giải pháp thiết kế vị trí các điểm trạm CORS thuộc hệ quy chiếu - hệ tọa độ trạm CORS đáp ứng về nguyên lý tối ưu đảm bảo vệ độ tin cậy - độ chính xác - và giá trị thi công trong điều kiện Việt Nam. Nghiên cứu cơ sở khoa học của bài toán bình sai lưới GNSS CORS và mặt đất cũng như các bài toán cơ bản khác phục vụ xây dựng hệ quy chiếu hệ tọa độ.
2 + Phạm vi thực nghiệm: xây dựng phần mềm tính toán thử nghiệm bộ tham số tính chuyển đối với mạng lưới điểm trạm CORS phủ trùm lãnh thổ Việt Nam và khu vực biển đảo. Tập trung xử lý, phân tích bài toán tính chuyển tọa độ và giải pháp nâng cao độ chính xác mô hình Geoid nhằm nâng cao khả năng ứng dụng của các khí tài hiện đại đang được đầu tư tại Việt Nam. 4. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan các hệ quy chiếu hệ tọa độ trên thế giới. - Nghiên cứu các hệ thống trang thiết bị phục vụ xây dựng hệ quy chiếu toàn cầu ITRF cũng như hệ quy chiếu tại một số quốc gia trên thế giới. Từ đó là cơ sở đề xuất giải pháp thiết kế lưới trắc địa áp dụng công nghệ GNSS phục vụ xây dựng hệ quy chiếu hệ tọa độ quân sự tại Việt Nam. - Đề xuất các giải pháp xử lý tính toán bình sai dữ liệu GNSS CORS, từ đó xây dựng cơ sở lý thuyết nâng cấp và phát triển mở rộng phạm vi áp dụng tính toán độ chính xác cao tọa độ GNSS tại Việt Nam và các vùng lân cận. - Tập trung tính toán thực nghiệm với dữ liệu trạm GNSS CORS do Cục Bản đồ quản lý. Tính toán bộ tham số tính chuyển giữa hệ tọa độ quốc tế ITRF và hệ tọa độ quốc gia VN-2000. 5. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu hồi cứu: thu thập các nguồn tài liệu từ các nhiệm vụ và nghiên cứu có liên quan đến hướng nghiên cứu của luận án, đồng thời tìm kiếm thông tin trên các thư viện số trong nước và ngoài nước. - Phương pháp phân tích tổng hợp: phân tích các thông tin từ các nguồn tài liệu tham khảo, phân tích các cơ sở lý thuyết và kết quả thực nghiệm. - Phương pháp toán học: tập hợp các định lý, biểu thức toán học nhằm chứng minh công thức, xây dựng lý thuyết và phương pháp xử lý toán học tối ưu trong việc tính toán bình sai cũng như tính chuyển tọa độ. - Phương pháp chuyên gia: tiếp thu ý kiến đóng góp sửa chữa của người hướng dẫn khoa học, tham khảo ý kiến đóng góp của các nhà khoa học, các đồng nghiệp về các vấn đề trong nội dung luận án. - Phương pháp lập biểu đồ, so sánh: lập biểu đồ, so sánh các kết quả, giải pháp để phân tích đánh giá và tìm kiếm phương án tối ưu. - Phương pháp thực nghiệm: sử dụng các số liệu thực tế thực hiện nhiệm vụ tính toán đánh giá kiểm chứng lại các công thức và luận điểm nghiên cứu. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án - Ý nghĩa khoa học: + Các kết quả nghiên cứu về thiết kế và xử lý số liệu GNSS góp phần bổ sung và làm rõ thêm các luận điểm lý thuyết của các nghiên cứu trước đó. Việc đánh giá so
3 sánh kết quả giúp làm rõ nguyên nhân và sự ảnh hưởng của các nguồn sai số đến từng khối dữ liệu tính toán trên lãnh thổ Việt Nam. Từ đó bước đầu đánh giá đề xuất sử dụng công nghệ Machine Learning để tính toán xác định bộ tham số tính chuyển “động” dựa trên các dữ liệu điểm song trùng. + Góp phần hoàn thiện được các phương pháp xử lý nâng cao độ chính xác dữ liệu của mạng lưới trắc địa quốc gia. - Ý nghĩa thực tiễn: + Cung cấp cơ sở khoa học cho khả năng ứng dụng các thành quả khoa học tiên tiến cũng như kiến thức cơ bản của các hệ thống trang thiết bị tiên tiến phục vụ xây dựng Hệ quy chiếu hệ tọa độ quân sự ở Việt Nam. + Kết quả tính toán thực nghiệm kiểm chứng lại cơ sở lý thuyết, từ đó là cơ sở để phục vụ công tác lựa chọn xây dựng mạng lưới khống chế tọa độ trắc địa GNSS CORS một cách phù hợp nhằm mục đích nâng cao độ chính xác tọa độ tại Việt Nam. 7. Các luận điểm bảo vệ - Luận điểm 1: Thiết kế tối ưu lưới GNSS CORS đảm bảo tính liên kết chặt chẽ giữa Hệ quy chiếu - Hệ tọa độ quân sự ở Việt Nam với khung quy chiếu quốc tế ITRF dựa trên cơ sở cập nhật Hệ quy chiếu - Hệ tọa độ quốc gia VN-2000. - Luận điểm 2: Nghiên cứu xây dựng thuật toán bình sai lưới GNSS có điểm trạm CORS phục vụ xây dựng Hệ quy chiếu - Hệ tọa độ Quân sự ở Việt Nam. - Luận điểm 3: Giải pháp xây dựng bộ tham số tính chuyển “động” giữa Hệ tọa độ VN-2000 và khung quy chiếu quốc tế ITRF đủ độ tin cậy làm cơ sở xây dựng Hệ quy chiếu - Hệ tọa độ Quân sự ở Việt Nam. 8. Các điểm mới của luận án - Đã xác lập được cơ sở khoa học cho việc xây dựng hệ quy chiếu toạ độ quân sự trên cơ sở cập nhật hệ quy chiếu toạ độ quốc gia VN-2000 kết hợp với bổ sung các điểm GNSS/CORS tại các mảng kiến tạo và vùng hải đảo. Đề xuất phương án, giải pháp thiết kế tối ưu lưới GNSS/CORS phù hợp với lãnh thổ Việt Nam và liên kết với hệ toạ độ quốc tế ITRF. - Nghiên cứu và đã xây dựng được thuật toán bình sai lưới kết hợp mặt bằng và GNSS có điểm trạm CORS. Đã đề xuất được giải pháp xác định độ cao thuỷ chuẩn bằng công nghệ GNSS mở rộng đến vùng biển đảo và đề xuất xử lý kết hợp lưới GNSS thuỷ chuẩn bằng phương pháp bình sai điều kiện kèm ẩn số. - Đã xác định được giải pháp xây dựng phần mềm tính toán chuyển toạ độ theo quan điểm động giữa các hệ toạ độ VN-2000 và GNSS/ITRF để đặt tiền đề cho việc xây dựng hệ toạ độ quân sự dựa trên hệ toạ độ VN-2000 và các trị đo bổ sung của phân khúc lưới GNSS/CORS.
4 - Đã sử dụng phương pháp phân tích thành phần chính PCA (phương pháp giảm chiều dữ liệu mà vẫn giữ được đặc trưng của các thành phần cần phân tích) để đánh giá mối liên hệ và sự liên kết giữa các thành phần của bộ tham số tính chuyển như sự dịch chuyển, xoay trục và tỷ lệ biến dạng. Đây là tính rất mới so với các nghiên cứu trước đây giúp xác định và kiểm soát các tọa độ tham gia tính toán (tọa độ trên hệ VN- 2000 và các hệ tọa độ khác). 9. Cấu trúc và khối lượng của luận án Ngoài phần mở đầu, kết luận, kiến nghị, tài liệu tham khảo và phần phụ lục, luận án được trình bày trong 4 chương như sau: Chương 1: Tổng quan về nghiên cứu thiết kế và xử lý số liệu áp dụng công nghệ GNSS xây dựng Hệ quy chiếu - Hệ tọa độ. Chương 2: Giải pháp thiết kế lưới trắc địa áp dụng công nghệ GNSS phục vụ xây dựng Hệ quy chiếu - Hệ tọa độ. Chương 3: Giải pháp tính toán bình sai xử lý số liệu GNSS phục vụ xây dựng Hệ quy chiếu - Hệ tọa độ quân sự ở Việt Nam. Chương 4: Thực nghiệm CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ GNSS XÂY DỰNG HỆ QUY CHIẾU – HỆ TỌA ĐỘ 1.1. Tình hình nghiên cứu xây dựng và phát triển hệ quy chiếu hệ tọa độ 1.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới Hệ quy chiếu trắc địa quốc gia hiện đại của các nước phát triển trên thế giới hiện nay đều bao gồm: Mạng lưới điểm/trạm GPS thường trực có độ chính xác cao được xây dựng trong Khung quy chiếu mặt đất quốc tế (ITRF). 1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước Năm 2005, Bùi Yên Tĩnh đã bảo vệ luận án tiến sĩ với tên gọi đề tài là “Xây dựng và nghiên cứu phương pháp nâng cao độ chính xác tọa độ trắc địa các điểm cơ sở của nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam” tại Trường Trắc địa Bản đồ Mát-xcơ-va. Năm 2011, Nguyễn Văn Đông với đề tài “Xây dựng và nghiên cứu các phương pháp nâng cao tính chính xác của phép xác định tọa độ ở nước CHXHCN Việt Nam” tại Trường Trắc địa Bản đồ Mát-xcơ-va. Năm 2014, Bùi Thị Hồng Thắm bảo vệ luận án tiến sĩ tại Trường Đại học Mỏ Địa Chất với đề tài “Nghiên cứu cơ sở lý thuyết cho việc hiện đại hóa lưới khống chế trắc địa quốc gia ở Việt Nam bằng hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu GNSS”. Năm 2018, Lương Thanh Thạch bảo vệ luận án tiến sĩ tại Viện khoa học đo đạc và bản đồ với đề tài “Nghiên cứu phương pháp xây dựng và phát triển hệ quy chiếu hệ
5 tọa độ không gian quốc gia”. 1.2. Hiện trạng hệ quy chiếu hệ tọa độ quốc gia VN-2000 và hạ tầng cơ sở trắc địa ở Việt Nam 1.2.1. Hệ quy chiếu VN-2000 Ngày 12/7/2000, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số 83/2000/QÐ- TTg về việc sử dụng hệ quy chiếu và hệ tọa độ quốc gia Việt Nam VN - 2000 thống nhất trên phạm vi cả nước. 1.2.1.1 Ưu điểm của Hệ quy chiếu VN-2000 Là Hệ quy chiếu và Hệ tọa độ thống nhất trong cả nước, đảm bảo cơ sở toán học có độ chính xác cao cho các ứng dụng đo đạc, thành lập bản đồ cơ bản, thu nhận dữ liệu thông tin địa lý và xây dựng các cơ sở dữ liệu thông tin địa lý chuyên ngành. 1.2.1.2. Nhược điểm của Hệ quy chiếu VN-2000 Dữ liệu VN-2000 chưa được tính toán để bao quát toàn bộ khu vực Việt Nam do thiếu dữ liệu tính toán tại khu vực biển đảo. Hệ tọa độ quốc gia VN-2000 sử dụng mô hình Geoid-96R với độ chính xác không cao. 1.2.2. Hiện trạng lưới trắc địa Việt Nam Đánh giá chung về cơ sở hạ tầng trắc địa Việt Nam và các dự án nghiên cứu địa động lực trong khuôn khổ của các dự án đó. Nghiên cứu và đánh giá khả năng khai thác sử dụng các vị trí đo gốc GPS và chôn mốc thực địa. 1.3. Các hệ quy chiếu quốc tế 1.3.1. Hệ quy chiếu thiên văn quốc tế Để khảo sát chuyển động và vị trí không gian các hành tinh tự nhiên và nhân tạo, trong đó có cả các vệ tinh GPS, cần có một hệ quán tính quy ước. 1.3.2. Hệ quy chiếu mặt đất quốc tế Hệ quy chiếu mặt đất quốc tế (ITRF) cung cấp các giải pháp xây dựng khung quy chiếu phù hợp với việc sử dụng các trị đo trên cao hay gần mặt đất trên toàn cầu. 1.3.3. Hệ quy chiếu trắc địa quốc tế 1984 (WGS84) Hệ trắc địa quốc tế 1984 (WGS84) do Cơ quan dịch vụ bản đồ quốc phòng Mỹ xác định, chủ yếu để giải thích các bài toán liên quan đến bản đồ quân sự toàn cầu. 1.4. Phương án xây dựng hệ quy chiếu hệ tọa độ quân sự 1.4.1. Đặt vấn đề Những vấn đề cần luận chứng đó là tiền đề để đưa ra các cơ sở đánh giá hệ quy chiếu hệ tọa độ quân sự đó là: - Cơ sở về mặt pháp lý: học thuyết quân sự, đánh giá, dự báo tình hình trong 2 thập kỷ tới, chủ trương, chính sách, chiến lược đã được phê duyệt cho Ngành đo đạc Bản đồ, chức năng nhiệm vụ của Cục Bản đồ và Ngành ĐHQS, những mục tiêu yêu cầu nhiệm vụ đặt ra đã được phê chuẩn cho Dự án xây dựng HQC-HTĐ quân sự.
6 - Cơ sở về mặt hiện trạng: ứng dụng HQC-HTĐ VN-2000 cho các hoạt động của lực lượng vũ trang, đánh giá kết quả và những vấn đề trong thực tế đang còn bất cập, nảy sinh cần được giải quyết. - Cơ sở về mặt thực tiễn: Tham khảo mô hình mà các nước đang áp dụng. Kinh nghiệm thực tiễn từ quá trình xây dựng HQC-HTĐ trước đây của Việt Nam. 1.4.2. Cơ sở về ứng dụng cho mục đích quân sự 1.4.2.1. Bảo đảm tư liệu địa hình cho Cục Bản đồ và ngành ĐHQS 1.4.2.2. Ứng dụng cho tổ chức tác chiến và chỉ huy 1.4.2.3. Ứng dụng cho các quân binh chủng 1.4.3. Phương án xây dựng hệ quy chiếu hệ tọa độ quân sự 1.4.3.1. Các tiêu chí cơ bản (1) Tính kế thừa: Kế thừa thành tựu và kết quả nghiên cứu của Việt Nam và thế giới, thể hiện ở hệ VN-2000 và hệ ITRF. Trong đó lấy vấn đề kế thừa VN-2000 làm nền tảng, xây dựng các giải pháp tính chuyển cho phù hợp với yêu cầu của quân đội. (2) Tính thống nhất: thống nhất sử dụng hệ tọa độ trong chỉ huy và tác chiến. Lý do hiện nay vẫn còn sự khác biệt giữa dữ liệu của Hải quân, Lục quân, Không quân quản lý. Cần thiết lập một hệ tọa độ thống nhất trong các hoạt động quân sự và thiết lập các mối quan hệ chuyển đổi giữa các hoạt động đặc thù với hệ chung. (3) Phạm vi tác chiến: Quân đội có nhiệm vụ tác chiến trên không gian rộng lớn. Vì vậy hệ quy chiếu hệ tọa độ quân sự cần mở rộng phạm vi hơn. Đó là lý do cần liên kết với hệ tọa độ quốc tế. (4) Tính bảo mật: Đáp ứng yêu cầu giữ bí mật trong nhiệm vụ tác chiến, hiệp đồng hoặc báo cáo nhiệm vụ, hoặc là tính toán truyền tin dữ liệu thời gian thực. (5) Tính chính xác: Phù hợp với khả năng của công nghệ, trang thiết bị và đáp ứng tốt nhu cầu sử dụng của quân đội. (6) Tính động: Để kiểm soát được sự dịch chuyển trong Hệ quy chiếu quốc tế, qua đó tạo điều kiện thuận lợi cho nhiệm vụ hợp tác quốc tế và nghiên cứu về khoa học Trái đất. 1.4.3.2. Yêu cầu độ chính xác Với trang thiết bị vũ khí hiện đại ngày nay, chỉ riêng độ chính xác trúng đích của tên lửa hiện đại là từ 1-2m, tầm sát thương hàng chục mét. Nếu có n sai số thành phần (tư thế, hướng, lực đẩy,...) mà sai số tọa độ và độ cao là một trong những yếu tố ảnh hưởng chính. Sai số của mỗi thành phần có thể được xem là một biến ngẫu nhiên, và sai số tổng hợp tương ứng với độ lệch chuẩn tổng hợp của các biến thì lúc đó độ chính xác của các điểm lưới khống chế phục vụ xây dựng Hệ quy chiếu - Hệ tọa độ Quân sự 1 sẽ là 𝑚é𝑡. √𝑛
7 1.5. Bảo đảm CSDL địa hình cho vũ khí khí tài hiện đại 1.5.1. Hệ thống tên lửa phòng không Spyder Xe Radar sử dụng bản đồ số dạng raster để hiển thị vị trí mục tiêu và sử dụng mô hình DSM để tính toán tầm che khuất. Xe MFU là nơi trực tiếp phóng tên lửa, có thể chiến đấu trong hệ thống hoặc độc lập, xe MFU sử dụng các tư liệu địa hình để hiển thị, tính toán đường bắn. 1.5.2. Hệ thống buồng tập lái máy bay Su30Mk2 Theo báo điện tử của Quân chủng Phòng không không quân, hệ thống buồng tập lái máy bay Su-30Mk2 được trang bị để phi công thực hành bay tập trước khi thực hành trên máy bay thật Su-30Mk2. 1.5.3. Hệ thống tên lửa bờ Bastion-Monolit Theo báo điện tử Đảng Cộng sản Việt Nam giới thiệu về hệ thống Bastion- Monolit, mỗi tổ hợp có thể bảo vệ dải bờ dài hơn 600 km và giám sát vùng biển có diện tích 200 km2. 1.6. Tiểu kết Chương 1 Chương 1 đã trình bày được tổng quan về các nghiên cứu thiết kế lưới và xử lý số liệu áp dụng công nghệ định vị vệ tinh nhằm mục đích xây dựng Hệ quy chiếu hệ tọa độ quốc gia VN-2000 và các hệ tọa độ phổ biến trên thế giới. Đó là cơ sở luận cứ khoa học để nghiên cứu và tìm cách phát triển xác định Hệ quy chiếu hệ tọa độ Quân sự Việt Nam theo hướng nâng cấp Hệ tọa độ quốc gia VN-2000 từ hệ tọa độ mặt đất quốc tế ITRF. Đây là vấn đề cấp thiết và được sự quan tâm chỉ đạo của thủ trưởng Cục Bản đồ/BTTM nói riêng và của ngành Trắc địa Bản đồ thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường nói chung. Những vấn đề cấp thiết đó là tiền đề để Nghiên cứu sinh có thể xây dựng mục tiêu nghiên cứu của mình tại nhiệm vụ báo cáo chuyên đề. Các tiêu chí xử lý số liệu lưới GNSS đều phải đảm bảo theo các yêu cầu kỹ thuật và được Bộ Tài nguyên và Môi trường xây dựng thành thông tư quy định. Đây sẽ là cơ sở để NCS xử lý tính toán, so sánh tham chiếu đánh giá kết quả. Việc tập trung vào những vấn đề cần luận chứng của đề tài giúp cho nghiên cứu sinh có thể xác định được trọng tâm nghiên cứu giải quyết bài toán xây dựng hệ quy chiếu hệ tọa độ đảm bảo theo các yêu cầu về mặt pháp lý, thực tiễn ứng dụng trong nhiệm vụ dân sự, quân sự và nghiên cứu khoa học, hợp tác quốc tế. Đó là định hướng nghiên cứu cơ sở lý thuyết xây dựng giải pháp thiết kế vị trí các điểm trạm CORS. Từ đó cần tìm hiểu về cơ sở lý thuyết khoa học của các bài toán bình sai lưới GNSS CORS và mặt đất cũng như các bài toán cơ bản khác phục vụ xây dựng hệ quy chiếu hệ tọa độ.
8 CHƯƠNG 2. GIẢI PHÁP THIẾT KẾ LƯỚI TRẮC ĐỊA ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ GNSS PHỤC VỤ XÂY DỰNG HỆ QUY CHIẾU - HỆ TỌA ĐỘ 2.1. Cơ sở hạ tầng xây dựng hệ quy chiếu hệ tọa độ trên thế giới 2.1.1. Kỹ thuật định vị vệ tinh GNSS Định vị GNSS (Global Navigation Saellite Systems) dựa trên việc đo thời gian truyền tín hiệu để xác định khoảng cách (hoặc phạm vi) giữa vệ tinh và máy thu. 2.1.2. Kỹ thuật quan sát thiên văn học với đường cơ sở rất dài VLBI (Very Long Range Base Interferometry) là một kỹ thuật trắc địa không gian dựa trên thiên văn vô tuyến. 2.1.3. Kỹ thuật đo khoảng cách bằng laser Các phép đo khoảng cách bằng laser được thực hiện từ các trạm mặt đất đến các vệ tinh được trang bị gương phản xạ hình khối góc (SLR - Satellite Laser Ranging) hoặc tới các gương phản xạ ngược trên bề mặt mặt trăng (LLR - Lunar Laser Ranging). 2.1.4. Kỹ thuật xác định quỹ đạo vệ tinh chính xác DORIS (Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite) sử dụng Hiệu ứng Doppler để xác định khoảng cách giữa các trạm mặt đất và các vệ tinh quay quanh Trái đất. 2.1.5. Kỹ thuật đo trọng lực Trọng lực (còn được gọi là lực hấp dẫn) là lực liên kết giữa tất cả các vật chất trên bề mặt Trái đất có khối lượng và trọng lượng chịu ảnh hưởng của gia tốc ly tâm do Trái đất tự quay. 2.2. Cơ sở hạ tầng xây dựng hệ quy chiếu hệ tọa độ tại một số nước trên thế giới 2.2.1. Tại Canada Tại Canada, việc ứng dụng trạm định vị vệ tinh trong cập nhật và nâng cấp hệ toạ độ quốc gia đã được công bố và chứng minh kết quả về độ chính xác khi liên kết với các hệ thống toạ độ khác trên thế giới. 2.2.2. Tại Trung Quốc Hệ thống tọa độ trắc địa Trung Quốc 2000 (CGCS2000) và khung tham chiếu tọa độ có hiệu lực từ ngày 1 tháng 7 năm 2008. CGCS200 là khung tham chiếu dựa trên ITRF97, kỷ nguyên của khung tham chiếu được đặt vào ngày 1 tháng 1 năm 2000. 2.2.3. Tại Hàn Quốc Năm 2007, Hàn Quốc đã chính thức sử dụng khung quy chiếu KGD2002 được kết nối với hệ thống tham chiếu mặt đất quốc tế ITRS. 2.3. Đánh giá trang thiết bị phục vụ xây dựng hệ quy chiếu hệ tọa độ tại Việt Nam
9 2.3.1. Hệ thống trạm thường trực cơ sở GNSS CORS Trong số 65 trạm CORS đã xây dựng và đưa vào sử dụng, có 24 trạm Geodetic CORS được thiết kế mốc bê tông khoan sâu đến tầng ổn định (có thể sâu tới 50m-60m) phân bố đều trên phạm vi cả nước, với khoảng cách giữa các trạm từ 150-200km được sử dụng làm khung tham chiếu quốc gia, nghiên cứu, xác định dịch chuyển của vỏ trái đất, cũng như tốc độ trồi, lún của mặt đất với độ chính xác cỡ mm. 41 trạm NRTK CORS (trạm đo động thời gian thực) còn lại kết hợp với 24 trạm Geodetic CORS cung cấp dịch vụ đo động thời gian thực với khoảng cách giữa các trạm từ 50-70km, đặt tại các khu vực Đồng bằng Bắc Bộ, Đồng bằng Nam Bộ và ven biển Trung Trung Bộ. 2.3.2. Lưới khống chế quân dụng Năm 2004, trước khi xây dựng xong lưới trắc địa quốc gia, lưới khống chế quân dụng đã được đo đạc ở nhiều khu vực như Thanh Hóa, Yên Bái. Phương pháp đo đạc được bắt đầu từ các điểm của lưới khống chế do Pháp xây dựng trước đây. Xử lý kết quả đo (kể cả tính chuyển tọa độ) được thực hiện theo phương pháp cổ điển. 2.4. Giải pháp thiết kế lưới GNSS trắc địa phục vụ xây dựng hệ quy chiếu hệ tọa độ Việc thiết kế lưới trắc địa cơ sở là việc cấp thiết và quan trọng trước khi tiến hành triển khai hiện thực hóa tại ngoại nghiệp. Tùy thuộc vào mục đích của từng mạng lưới sẽ có những tiêu chí yêu cầu khác nhau, tuy nhiên những yêu cầu cơ bản nhất đó là về: độ chính xác, khả năng phát hiện và lọc sai số thô, khả năng cung cấp thông tin nhằm mục đích giám sát. 2.4.1. Tiêu chí thiết kế lưới GNSS 2.4.1.1. Tiêu chí độ chính xác Để thiết kế mạng lưới GNSS đáp ứng tiêu chí chất lượng và khả năng ứng dụng, tiêu chí về độ chính xác là tiêu chí quan trọng nhất. 2.4.1.2. Tiêu chí độ tin cậy Ngoài tiêu chí độ chính xác, một mạng lưới tối ưu được cho là đủ tin cậy khi có thể phát hiện các lỗi tổng thể và giảm thiểu ảnh hưởng của các lỗi tại các điểm GNSS. 2.4.1.3. Tiêu chí chi phí triển khai thực hiện Tiêu chí thứ ba đảm bảo tính tối ưu của thiết kế mạng lưới đó là tiêu chí chi phí thực hiện. Ngược lại với 2 tiêu chí trên, tiêu chí chi phí luôn mong muốn đạt giá trị tối thiểu. Mối liên hệ giữa các tiêu chí về độ chính xác và độ tin cậy thường là mối quan hệ tỉ lệ nghịch. 2.4.1.4. Tiêu chí độ nhạy Đối với tiêu chí xây dựng mạng giám sát biến dạng hoặc chuyển dịch mảng kiến tạo như mạng lưới trạm GNSS CORS, tiêu chí độ nhạy cũng được coi là một tiêu chí quan trọng trong thiết kế.
10 2.4.2. Giải pháp thiết kế tối ưu hóa mạng GNSS Trong việc tối ưu hóa mạng lưới GNSS, ma trận hiệp phương sai của hệ thống điểm đo chứa thông tin về độ chính xác cũng như thông tin về mối tương quan giữa các điểm đo với nhau. 2.4.3. Giải pháp đề xuất tại Việt Nam 2.4.3.1. Các khối kiến tạo trên lãnh thổ Việt Nam Theo báo cáo của Viện địa chất Khoáng sản, lãnh thổ Việt Nam có thể chia ra 5 khối cấu trúc kiến tạo, đó là khối Đông Bắc; khối Mường Tè; khối Tây Bắc - Bắc Trung Bộ; khối Nam Trung Bộ - Nam Bộ và khối Biển Đông. 2.4.3.2. Đề xuất thiết kế lưới GNSS CORS Việc thiết kế một hệ thống trạm định vị vệ tinh GNSS CORS cần đánh giá tới sự chuyển dịch mảng tại Việt Nam. Vì vậy cần thiết lập mạng lưới CORS với các tiêu chí tối thiểu như sau: - Các trạm CORS bố trị tại phần ổn định của mỗi khối, phần đế trụ của hệ thống phải được ưu tiên khoan tới tầng đá gốc. Tại những khu vực không thể bố trí khoan được tới tầng đá gốc, việc lựa chọn vị trí phù hợp điều kiện thực tế cũng được coi là phương án tối ưu. - Mỗi khối có cấu trúc lớn nên bố trí tối thiểu 3 trạm CORS nhằm tính toán xác định dịch chuyển theo mảng một cách chính xác. - Xử lý tính toán và xây dựng thành tập CSDL mạng lưới GNSS quốc gia. Nhằm mục đích tính toán và kết nối kiểm soát được các sai số tích lũy trong hệ thống. - Các trạm CORS này sẽ được tính toán liên kết với các điểm cơ sở cấp 0 tại Việt Nam, và được thiết lập thành khối trạm điều khiển. - Các trạm CORS khác được bố trí chêm dày trong khu vực và có thể thiết kế dọc theo các đứt gãy, với số liệu tính toán thường xuyên ta có thể dễ dàng hiệu chỉnh các giá trị tham số chuyển dịch của từng khối cấu trúc kiến tạo đó. Trong tương lai, đề xuất sẽ lựa chọn những điểm thuộc lưới trạm CORS quốc gia tham gia vào tổ chức IGS nhằm nâng cao độ chính xác của lưới trạm CORS quốc gia, đồng thời tận dụng khai thác được ưu điểm của hệ trắc địa mặt đất quốc tế ITRF. Những điểm CORS này sẽ được kết nối, tính toán và quản lý vận hành theo quy định của Nhà nước về hợp tác nghiên cứu quốc tế cũng như đảm bảo tính bảo mật trong nhiệm vụ an ninh quốc phòng. 2.5. Tình hình thực tiễn trong tác chiến Ngày nay, cơ sở hạ tầng dân sự phụ thuộc nhiều hơn vào hệ thống định vị GNSS. Hệ thống vũ khí khí tài mà Quân đội trang bị cũng ứng dụng định vị dẫn đường chủ yếu bằng hệ thống định vị vệ tinh. Thông tin tình báo và hình ảnh cũng được các vệ tinh thu thập và truyền tới các trung tâm hoạt động trên khắp thế giới.
11 2.6. Tiểu kết Chương 2 NCS đã nêu một số hệ thống trang thiết bị phục vụ xây dựng hệ quy chiếu hệ tọa độ trên thế giới, với việc tìm hiểu chi tiết từng giải pháp công nghệ đó đồng thời so sánh đối chiếu với cơ sở trang thiết bị tại Việt Nam, nghiên cứu sinh sẽ định hướng giải quyết bài toán xây dựng hệ quy chiếu hệ tọa độ tại Việt Nam một cách phù hợp nhất với dữ liệu hiện có. Đó là xây dựng bộ tham số tính chuyển kết nối giữa hệ quy chiếu hệ tọa độ ITRF để nâng cấp và xây dựng hệ tọa độ quốc gia VN-2000 dựa trên tọa độ các điểm GNSS CORS, từ đó là cơ sở để xây dựng phát triển hệ tọa độ quân sự tại Việt Nam dựa trên nền tảng phiên bản VN-2000 nâng cấp. Chương 2 đã trình bày cơ sở lý thuyết tiêu chí xây dựng giải pháp thiết kế vị trí các điểm trạm CORS thuộc Hệ quy chiếu - Hệ tọa độ trạm CORS đáp ứng về nguyên lý tối ưu đảm bảo vệ độ tin cậy - độ chính xác - và giá trị thi công trong điều kiện Việt Nam. Giúp cung cấp cơ sở lý luận thực tiễn cho các nhà quản lý lập kế hoạch và xây dựng chiến lược đầu tư cho ngành Kỹ thuật trắc địa Bản đồ. Để làm được việc đó, việc xây dựng hệ thống lưới điều khiển CORS dựa trên việc nghiên cứu về các mảng kiến tạo chính tại Việt Nam, giúp cho hệ thống trạm CORS có cơ sở thiết kế ổn định và tối ưu nhất, đáp ứng đầy đủ các tiêu chí kỹ thuật đề ra trong nhiệm vụ an ninh quốc phòng. Việc tìm hiểu cơ chế và giải pháp bảo mật nhằm mục đích kết nối tính toán giữa hệ thống trạm định vị vệ tinh do Bộ Tài nguyên và Môi trường quản lý và hệ thống trạm định vị vệ tinh do Cục Bản đô/BTTM quản lý cũng cần được quan tâm xem xét. Trong chuyên đề này, nghiên cứu sinh cũng đã giới thiệu một số hệ thống trang thiết bị vũ khí khí tài hiện đại, đồng thời đưa ra vấn đề sử dụng và áp dụng hệ thống đó trong điều kiện Việt Nam. Việc tìm hiểu đánh giá các công nghệ hỗ trợ giải pháp GNSS trong tác chiến là vấn đề thiết yếu và là xu hướng trong giai đoạn hiện nay. NCS đã trình bày sơ lược về công nghệ ELORAN (phương án dự phòng cho hệ thống thu phát tín hiệu mặt đất có thể được bố trí tại các điểm khống chế quân dụng) và phương pháp xây dựng hệ tọa độ quân sự (dễ dàng tính toán xác định vị trí mục tiêu dựa trên tọa độ phẳng) giúp thuận lợi cho việc hợp đồng tác chiến. Đây là những giải pháp ứng dụng thực tiễn có cơ sở lý luận khoa học giống như giải pháp xây dựng hệ tọa độ VN-2000 và có thể cung cấp các góc nhìn tổng quan hơn trong bài toán xây dựng Hệ quy chiếu - Hệ tọa độ quân sự. Tuy nhiên trong luận án NCS sẽ khoanh vùng phạm vi nghiên cứu dựa trên dữ liệu NCS có thể tiếp cận.
12 CHƯƠNG 3. GIẢI PHÁP TÍNH TOÁN BÌNH SAI XỬ LÝ SỐ LIỆU GNSS PHỤC VỤ XÂY DỰNG HỆ QUY CHIẾU - HỆ TỌA ĐỘ QUÂN SỰ Qua quá trình nghiên cứu và định hướng của GS. TSKH Hoàng Ngọc Hà, NCS sẽ đề xuất và tập trung trình bày giải pháp tính toán bình sai nâng cấp hệ tọa độ VN- 2000, các phương pháp nội suy mô hình mới so với các phương pháp nội suy đã được sử dụng trước đó, từ đó là cơ sở để phát triển xây dựng Hệ quy chiếu - Hệ tọa độ quân sự phù hợp với điều kiện của Việt Nam. 3.1. Hệ quy chiếu hệ tọa độ VN-2000 Bài toán xác định hệ quy chiếu và hệ toạ độ được đưa về dạng cơ bản là: 1. Xác định một ellipsoid quy chiếu có kích thước phù hợp (bán trục lớn a và bán trục nhỏ b, hoặc bán trục lớn a và độ dẹt f = ((a-b) /a) được định vị phù hợp trong không gian thông qua việc xác định toạ độ tâm của ellipsoid (X0, Y0, Z0) trong hệ toàn cầu. Đối với Ellipsoid Toàn cầu còn phải xác định các tham số vật lý: hằng số trọng lực GM, khối lượng trái đất M, tốc độ quay trái đất ω, thế trọng lực thường U0, giá trị trọng lực thường trên xích đạo γe và trên cực γp. 2. Xác định phép biến đổi phù hợp từ hệ quy chiếu mặt ellipsoid về hệ quy chiếu mặt phẳng để thành lập hệ thống bản đồ cơ bản quốc gia bao gồm cả hệ thống phân chia mảnh và danh pháp từng tờ bản đồ theo từng tỷ lệ. 3. Xử lý toán học chặt chẽ lưới các điểm toạ độ bao gồm tất cả các loại trị đo có liên quan sao cho đảm bảo độ chính xác cao nhất. 3.2. Giải pháp tính toán bình sai xử lý số liệu 3.2.1. Phương pháp tính toán lưới mặt bằng 3.2.1.1. Bình sai hỗn hợp lưới mặt bằng và GNSS có điểm trạm CORS Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ và sự tiện dụng trong khai thác của hệ thống GNSS, các mạng lưới trắc địa được xây dựng đa dạng hơn với việc sử dụng công nghệ truyền thống và kết hợp số liệu GNSS. Về mặt lý thuyết, việc xử lý số liệu chặt chẽ và đơn giản hơn nếu được tiến hành trong các hệ tọa độ không gian địa tâm và trắc địa. Tuy nhiên việc xác định độ cao trắc địa với độ chính xác cao còn gặp khó khăn do việc tính toán dị thường độ cao gắn với công tác hoàn thiện mạng lưới trọng lực và mô hình Geoid ở Việt Nam. Trong thực tế vẫn tiến hành tính toán bình sai mạng lưới hỗn hợp mặt đất và GNSS ở dạng mặt bằng và độ cao riêng biệt. Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của công nghệ GNSS, các trạm CORS được xây dựng và phổ biến rộng rãi trên toàn quốc. Chính vì vậy cần phải nghiên cứu bổ sung các thuật toán nhằm xử lý hỗn hợp các trị đo mặt đất như đo góc, đo cạnh, các trị đo vệ tinh như baseline và số liệu từ trạm CORS để giải quyết bài toán thực tế của đo đạc phục vụ nhiệm vụ của ngành kỹ thuật trắc địa bản đồ. 3.2.1.2. Bình sai điều kiện kèm ẩn số trong xử lý hỗn hợp lưới GNSS thủy chuẩn Để đạt mục tiêu hiện đại hóa hệ thống độ cao, mục tiêu quan trọng đó là tiến hành kết nối các tuyến độ cao lưới hạng I, hạng II nhà nước với các điểm trạm GNSS CORS
13 và các điểm trọng lực nhà nước. Hiện nay ở nước ta đang sử dụng mô hình Geoid 2010 được xây dựng trên cơ sở mô hình Geoid toàn cầu EGM2008 với bổ sung số liệu của trên 30.000 điểm trọng lực chi tiết và trên 800 điểm GPS-thủy chuẩn. Việc xử lý kết hợp số liệu GNSS - thủy chuẩn và mô hình Geoid trọng lực để nâng cấp mô hình Geoid địa phương đạt độ chính xác cao (cỡ 4÷10 cm) có thể cho phép áp dụng công nghệ đo cao bằng vệ tinh dần thay thế công nghệ đo thủy chuẩn truyền thống trong việc xác định độ cao đạt độ chính xác hạng III và IV là bài toán cấp thiết của công tác trắc địa bản đồ ở nước ta. Về vấn đề xử lý số liệu nhằm nâng cấp mô hình Geoid đã có nhiều tài liệu trong và ngoài nước đề cập. Trong các tài liệu này, chủ yếu thảo luận vấn đề áp dụng các mô hình cho hàm nội suy như phương pháp Collocation, hàm tuyến tính bậc 1,2 hay hàm spline. 3.2.2. Phương pháp tính toán lưới độ cao 3.2.2.1. Giải pháp xác định độ cao thủy chuẩn bằng công nghệ GNSS Việt Nam là đất nước có đường bờ biển trải dài và hệ thống đảo, quần đảo ven bờ rất đa dạng. Chính vì vậy việc dẫn truyền độ cao thủy chuẩn ra đảo là một nhiệm vụ đặc thù và rất khó khăn trong việc áp dụng giải pháp đo cao hình học. Hệ tọa độ VN- 2000 hiện tại theo báo cáo chỉ giải quyết trọn vẹn được một phần khu vực đất liền. Với việc áp dụng công nghệ GNSS, công nghệ bay quét dữ liệu LiDAR khu vực đất liền và biển đảo cũng như dữ liệu mô hình đáy biển bằng phương pháp đo sâu hồi âm hiện nay, việc tính truyền độ cao thủy chuẩn từ đất liền ra đảo áp dụng công nghệ đo cao vệ tinh bằng hệ thống GNSS kết hợp với mô hình trọng trường toàn cầu phiên bản nâng cấp như EGM2008 đang ngày càng thuận lợi hơn. 3.2.2.2. Các thuật toán nội suy Geoid a. Kriging Kriging là một nhóm các kỹ thuật sử dụng trong địa thống kê để nội suy một giá trị của trường ngẫu nhiên cho điểm không được đo thực tế từ những điểm được đo đạc ở gần đó. b. IWD Phương pháp IDW xác định giá trị của các điểm chưa biết bằng cách tính trung bình trọng số khoảng cách các giá trị của các điểm đã biết trong vùng lân cận của mỗi điểm đó. c. Natural Neighbor Nội suy Natural Neighbor là phương pháp nội suy không gian được phát triển bởi Robin Sibson. Phương pháp dựa trên lưới Voronoi của một tập các điểm không gian rời rạc. 3.3. Giải pháp xử lý tính toán dữ liệu GNSS 3.3.1. Công nghệ và thiết bị đo lưới tọa độ Công nghệ đo lưới tọa độ ba chiều (3D) là công nghệ GNSS; thu tín hiệu vệ tinh từ hệ thống định vị toàn cầu IGS; sử dụng phần mềm chuyên dụng để đo đạc, tính toán xác định tọa độ, độ cao trắc địa cho các điểm. 3.3.2. Quy định kỹ thuật đo tọa độ bằng công nghệ GNSS Đưa ra các yêu cầu để đảm bảo dữ liệu thu có trị tin cậy cao nhất.
14 3.3.3. Giải pháp xử lý số liệu GNSS Nhiệm vụ chính đó là tính toán bình sai hỗn hợp trên hệ tọa độ WGS84 với hệ tham chiếu trắc địa quốc tế ITRF. 3.4. Giải pháp xác định bộ tham số tính chuyển Việc tính chuyển các kết quả đo GNSS trong khung quy chiếu ITRFyy về Hệ toạ độ VN-2000 có thể sử dụng các mô hình tính chuyển khác nhau. Theo Bursa-Wolf: 𝑥 𝑇𝑥 𝑋 [ 𝑦] = [ 𝑇 𝑦 ] + (1 + 𝑠)𝑅 𝑍 (𝜔 𝑍 )𝑅 𝑌 (𝜔 𝑌 )𝑅 𝑋 (𝜔 𝑋 ) [ 𝑌 ] (3.43) 𝑧 𝑇𝑧 𝑍 Trong đó: 1 0 0 𝑅 𝑋 (𝜔 𝑋 ) = [0 cos 𝜔 𝑋 sin 𝜔 𝑋 ] 0 − sin 𝜔 𝑋 cos 𝜔 𝑋 𝑐𝑜𝑠 𝜔 𝑌 0 − 𝑠𝑖𝑛 𝜔 𝑌 𝑅 𝑌 (𝜔 𝑌 ) = [ 0 1 0 ] 𝑠𝑖𝑛 𝜔 𝑌 0 𝑐𝑜𝑠 𝜔 𝑌 𝑐𝑜𝑠 𝜔 𝑍 𝑠𝑖𝑛 𝜔 𝑍 0 𝑅 𝑍 (𝜔 𝑍 ) = [− 𝑠𝑖𝑛 𝜔 𝑍 𝑐𝑜𝑠 𝜔 𝑋 0] 0 0 1 Hình 3.1: Các tham số tính chuyển theo quan điểm động Tuy nhiên khi xác định tham số tính chuyển giữa toạ độ mạng lưới GNSS ITRF về hệ toạ độ VN-2000 ta cần tính đến vận tốc chuyển dịch mảng kiến tạo. Vì vậy công thức tính chuyển 7 tham số theo Bursa-Wolf (3.43) sẽ không còn phù hợp mà phải chuyển đổi thành 14 tham số: 𝑥(𝑡) 𝑇 𝑥 (𝑡) 𝑋 [ 𝑦(𝑡)] = [ 𝑇 𝑦 (𝑡)] + (1 + 𝑠(𝑡))𝑅 𝑍 (𝜔 𝑍 (𝑡))𝑅 𝑌 (𝜔 𝑌 (𝑡))𝑅 𝑋 (𝜔 𝑋 (𝑡)) [ 𝑌 ] (3.44) 𝑧(𝑡) 𝑇 𝑧 (𝑡) 𝑍 Trong đó:
15 𝑇 𝑥 (𝑡) 𝑇 𝑥 (𝑡0 ) + (𝑡 − 𝑡0 )𝑇̇ 𝑥 𝑇 𝑦 (𝑡) 𝑇 𝑦 (𝑡0 ) + (𝑡 − 𝑡0 )𝑇̇ 𝑦 𝑇 𝑧 (𝑡) 𝑇 𝑧 (𝑡0 ) + (𝑡 − 𝑡0 )𝑇̇ 𝑧 𝑠(𝑡) = 𝑠(𝑡0 ) + (𝑡 − 𝑡0 )𝑠̇ 𝜔 𝑋 (𝑡) 𝜔 𝑋 (𝑡0 ) + (𝑡 − 𝑡0 )𝜔 ̇ 𝑋 𝜔 𝑌 (𝑡) 𝜔 𝑌 (𝑡0 ) + (𝑡 − 𝑡0 )𝜔̇ 𝑌 [ 𝜔 𝑍 (𝑡)] [ 𝜔 𝑧 (𝑡0 ) + (𝑡 − 𝑡0 )𝜔̇ 𝑧 ] Và 𝑅 𝑍𝑌𝑋 (𝑡) cos 𝜔 𝑌 cos 𝜔 𝑍 cos 𝜔 𝑍 sin 𝜔 𝑋 sin 𝜔 𝑌 + cos 𝜔 𝑋 sin 𝜔 𝑍 − cos 𝜔 𝑋 cos 𝜔 𝑍 sin 𝜔 𝑌 + sin 𝜔 𝑋 sin 𝜔 𝑍 = [− cos 𝜔 𝑌 sin 𝜔 𝑍 cos 𝜔 𝑋 cos 𝜔 𝑍 − sin 𝜔 𝑋 sin 𝜔 𝑌 sin 𝜔 𝑍 cos 𝜔 𝑍 sin 𝜔 𝑋 + cos 𝜔 𝑋 sin 𝜔 𝑌 sin 𝜔 𝑍 ] sin 𝜔 𝑌 − cos 𝜔 𝑌 sin 𝜔 𝑋 cos 𝜔 𝑋 cos 𝜔 𝑌 Nếu ta có thể xây dựng hệ thống tính toán cập nhật thường xuyên và liên tục, thì góc α (góc vector dịch chuyển mảng tương ứng) lúc đó sẽ rất nhỏ và có thể coi bằng 0, khi đó công thức tính chuyển sẽ chuyển đổi thành dạng đơn giản hơn: 𝑋(𝑡) 1 𝜔̇ 𝑍 −𝜔̇ 𝑌 𝑋(𝑡) [ 𝑌(𝑡)] = {𝐼 + (𝑡 − 𝑡0 ) [−𝜔̇ 𝑍 0 𝜔̇ 𝑋 ] } [ 𝑌(𝑡)] (3.45) 𝑍(𝑡) 𝑉𝑁2000 𝜔̇ 𝑌 −𝜔̇ 𝑋 0 𝑉𝑁2000 𝑍(𝑡) 𝐼𝑇𝑅𝐹 Do: cos( 𝜔 𝑋 (𝑡)) ≈ 1 sin( 𝜔 𝑋 (𝑡)) ≈ 𝜔 𝑋 (𝑡) cos( 𝜔 𝑌 (𝑡)) ≈ 1 sin( 𝜔 𝑌 (𝑡)) ≈ 𝜔 𝑌 (𝑡) cos( 𝜔 𝑍 (𝑡)) ≈ 1 sin( 𝜔 𝑍 (𝑡)) ≈ 𝜔 𝑍 (𝑡) 3.5. Tiểu kết Chương 3 NCS đã trình bày về các giải pháp tính toán bình sai lưới trắc địa GNSS và các bài toán bình sai xây dựng Hệ quy chiếu, hệ tọa độ. Với sự phát triển công nghệ đo đạc mặt đất và GNSS, mạng lưới trắc địa được xây dựng đa dạng hơn. Điều đó kèm theo yêu cầu phương pháp tính toán, xử lý số liệu phải linh hoạt nhưng vẫn đảm bảo sự chặt chẽ về lý thuyết. Trong chương này, NCS đã đề xuất thuật toán bình sai hỗn hợp lưới mặt bằng truyền thống kèm theo các trị đo Baseline được chuyển về mặt phẳng và có các điểm GNSS CORS dựa trên lý thuyết bình sai với sai số số liệu gốc và bình sai truy hồi. Thuật toán cho phép bình sai chặt chẽ lưới hỗn hợp và có thể chia ra từng bước để phân tích, đánh giá chất lượng đo của lưới. Kết quả tính toán khẳng định độ tin cậy của thuật toán. Việc nghiên cứu thực nghiệm tính toán các bài toán bình sai trên hệ tọa độ địa tâm với ưu điểm đây là hệ tọa độ lấy tâm trái đất làm gốc và các trục tọa độ được xác định theo các chiều quy ước để dễ dàng biểu diễn các điểm trên bề mặt trái đất, chính vì vậy cấu trúc tọa độ X, Y, Z thích hợp cho các phép tính toán phức tạp trong bài toán tính
16 chuyển tọa độ trên phạm vi toàn cầu. Các bài toán được giới thiệu thông qua cơ sở lý thuyết khoa học, chính vì vậy đây sẽ là tiền đề để xây dựng hệ tọa độ trong tương lai. Đề xuất giải pháp sử dụng dữ liệu GNSS để tính toán dẫn truyền độ cao thủy chuẩn, đặc biệt là khu vực biển đảo và các vùng lân cận. Đây là vấn đề cấp thiết khi Việt Nam có đặc điểm địa hình đất liền dài và hẹp, và khu vực biển và quần đảo có diện tích lớn gấp 3 lần khu vực đất liền và việc dẫn truyền độ cao thủy chuẩn bằng phương pháp đo cao hình học là việc không khả thi để thực hiện. Đề xuất được giải pháp quản lý CSDL bản đồ dựa trên nguyên lý dịch chuyển tuyến tính và phi tuyến tính giữa các thời điểm đánh giá xử lý. Đây là vấn đề quan trọng và cấp thiết trong việc xây dựng giải pháp áp dụng bộ tham số tính chuyển “động” trong giai đoạn chuyển đổi số hiện nay tại Việt Nam. CHƯƠNG 4. THỰC NGHIỆM 4.1. Tính toán bình sai kết nối hệ thống trạm CORS với hệ thống trạm IGS Hình 4.1: Sơ đồ vị trí điểm đo kết nối với trạm IGS Ta có một số nhận xét sau: - Sai số trung phương vị trí điểm của các điểm lưới sau bình sai nhỏ hơn 3mm. - Độ lệch vĩ độ, kinh độ và độ cao trắc địa sau khi tính toán thể hiện sự thay đổi tọa độ (~4cm/năm), độ cao (~1cm/năm) của các điểm trong Hệ quốc tế. Xét theo giá trị tuyệt đối (độ lớn), các giá trị này phù hợp với các nghiên cứu về dịch chuyển mảng. Sự thay đổi giá trị tọa độ tương đối lớn cho thấy yêu cầu phải tính toán cập nhật lại tọa độ trong Hệ quốc tế một cách thường xuyên. 4.2. Xác định bộ tham số tính chuyển
17 4.2.1. Xác định 7 tham số tính chuyển giữa tọa độ mạng lưới GNSS quốc tế (hệ quy chiếu ITRS) với Hệ quy chiếu VN-2000 Việc tính toán các tham số tính chuyển được tiến hành theo hai mức: mức chỉ sử dụng các điểm Khung quy chiếu GNSS quốc gia (có thể bao gồm cả các điểm/trạm trên biển đảo) và ở mức lưới GNSS quốc gia. 4.2.1.1. Xác định tham số tính chuyển dựa trên điểm ngẫu nhiên Sử dụng ngôn ngữ lập trình Python để tạo bộ số liệu điểm song trùng theo quy luật ngẫu nhiên với giả thiết là sự khác biệt về độ chính xác tính toán nhằm đánh giá các mối liên hệ giữa số lượng điểm song trùng và độ chính xác điểm song trùng (độ nhiễu) khi xây dựng bộ tham số tính chuyển. 4.2.1.2. Khi sử dụng 14 điểm CORS tính toán tham số tính chuyển Hình 4.2: Hướng dịch chuyển của 14 điểm đo Bảng 4.1: Tham số tính chuyển khi tính theo 14 điểm trạm CORS TT Tham số Giá trị Đơn vị 1 ΔX 200.430146 m 2 ΔY 37.619010 m 3 ΔZ 118.817630 m 4 ωX 0.248591160175 ["] 5 ωY 0.109019952415 ["] 6 ωZ -0.229255646386 ["] 7 Hệ số biến dạng 0.143193561250 [ppm] Độ lệch chuẩn của trọng số đơn vị So = 1.06184752 m
18 NCS thử nghiệm 03 giải pháp tính toán bộ tham số tính chuyển dựa trên 14 điểm CORS, tính toán 12 điểm CORS trên đất liền và 7 điểm CORS tại miền Bắc để so sánh và đánh giá kết quả. Kết quả tính toán tham số tính chuyển có sự khác biệt lớn về giá trị dịch chuyển tâm trái đất, nguyên nhân có thể do dữ liệu xử lý tính toán trên VN-2000 có độ chính xác không đồng đều giữa các khu vực. So sánh với Kết quả của Viện Khoa học Đo đạc bản đồ năm 2017 và 7 tham số VN-2000 công bố năm 2000 như sau: Bảng 4.2: Bảng so sánh kết quả tính toán 7 tham số từ WGS84 sang VN-2000 Giá trị công bố Giá trị do Viện Khoa học Đo đạc TT Tham số Đơn vị năm 2000 Bản đồ tính toán năm 2017 1 ΔX 191.90441429 204.511083 m 2 ΔY 39.30318279 42.192468 m 3 ΔZ 111.45032835 111.417880 m 4 ωX -0.00928836 -0.011168229 ["] 5 ωY 0.01975479 0.085600577 ["] 6 ωZ 0.00427372 0.400462723 ["] 7 Hệ số biến dạng 0.252906278 0.00000 [ppm] Kết quả tính toán cho thấy xu hướng dịch chuyển tương đồng với kết quả do Viện Khoa học Đo đạc Bản đồ tính toán năm 2017. 4.2.2. Xác định 14 tham số tính chuyển giữa tọa độ mạng lưới GNSS quốc tế và Hệ tọa độ quốc gia VN-2000 Trước tiên ta tính toán xác định các tham số dịch chuyển giữa các phiên bản ITRF để làm cơ sở lựa chọn thời điểm xác định phiên bản cơ sở cho phù hợp. Tính toán dựa trên 14 cặp điểm song trùng, ta có kết quả như sau: Bảng 4.3: Kết quả tính toán tham số tính chuyển từ ITRF sang VN-2000 Khung Khung ΔX (mm) ΔY (mm) ΔZ (mm) k (10 - 9) ωX (mas) ωY (mas) ωZ (mas) Thời ITRFx ITRFy ΔX1(mm/n) ΔY1(mm/n) ΔZ 1(mm/n) k1 (10- 9/n) ωX1(mm/n) ωY1(mm/n) ωZ1(mm/n) điểm 200.3650 37.5659 119.1408 -24.2668 0.3840 0.4421 -0.5777 VN-2000 ITRF2014 2017 0.0790 0.0360 -0.0188 -0.1600 0.8500 -1.3300 3.5200 200.3666 37.5678 119.1432 -24.2668 0.3840 0.4421 -0.5777 VN-2000 ITRF2008 2017 0.0790 0.0360 -0.0189 -0.1600 0.8500 -1.3300 3.5200 200.3691 37.5669 119.1385 -23.2968 0.3840 0.4421 -0.5777 VN-2000 ITRF2005 2017 0.0793 0.0360 -0.0189 -0.1600 0.8500 -1.3300 3.5200 200.3662 37.5676 119.1057 -21.6968 0.3840 0.4421 -0.5777 VN-2000 ITRF2000 2017 0.0791 0.0361 -0.0207 -0.0800 0.8500 -1.3300 3.5200 200.3729 37.5629 119.0620 -19.9668 0.3840 0.4421 -0.2177 VN-2000 ITRF97 2017 0.0791 0.0355 -0.0221 -0.0700 0.8500 -1.3300 3.5400 200.3729 37.5629 119.0620 -19.9668 0.3840 0.4421 -0.2177 VN-2000 ITRF96 2017 0.0791 0.0355 -0.0221 -0.0700 0.8500 -1.3300 3.5400 200.3729 37.5629 119.0620 -19.9668 0.3840 0.4421 -0.2177 VN-2000 ITRF94 2017 0.0791 0.0355 -0.0221 -0.0700 0.8500 -1.3300 3.5400 200.3006 37.5687 119.0686 -19.4768 -2.9760 -3.8879 0.1723 VN-2000 ITRF93 2017 0.0762 0.0359 -0.0213 -0.0700 0.7400 -1.5200 3.5900 200.3809 37.5649 119.0540 -20.6768 0.3840 0.4421 -0.2177 VN-2000 ITRF92 2017 0.0791 0.0355 -0.0221 -0.0700 0.8500 -1.3300 3.5400