đề tài nghiên cứu thiết lập hệ thống độ cao chuẩn thống nhất cho cả lãnh thổ và lãnh hải việt nam trên cơ sở không sử dụng mặt nước biển trung bình

Sau khi hệ thống lại tình hình triển khai và kết quả nhận được cho hệ thống độ cao chuẩn hiện hành của nước ta theo phương pháp truyền thống, đề tài đã phân tích, đánh giá kết quả xác đị

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ

-*** -

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA H ỌC CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP HỆ THỐNG ĐỘ CAO CHUẨN THỐNG NHẤT CHO CẢ LÃNH THỔ VÀ LÃNH HẢI VIỆT NAM TRÊN CƠ SỞ KHÔNG SỬ DỤNG

MẶT NƯỚC BIỂN TRUNG BÌNH

Chủ nhiệm đề tài GS.TSKH Phạm Hoàng Lân

7988

TÓM TẮT

Đề tài định hướng vào việc nghiên cứu triển khai phương pháp đo cao GPS trên cơ sở xác định độ cao trắc địa bằng công nghệ GPS khoảng cách dài chính xác cao và xác định dị thường độ cao theo phương pháp collocation bình phương nhỏ nhất và thuật toán “loại ra- hoàn trả” (“remove- restore”) thông qua số liệu trọng lực mặt đất, mô hình trọng trường và địa hình

Trên cơ sở phân tích bản chất của độ cao chuẩn và các phương pháp xác định đề tài đã nhấn mạnh nhược điểm của cách giải quyết truyền thống

và chỉ ra các ưu thế của cách giải quyết mới

Sau khi hệ thống lại tình hình triển khai và kết quả nhận được cho hệ thống độ cao chuẩn hiện hành của nước ta theo phương pháp truyền thống,

đề tài đã phân tích, đánh giá kết quả xác định độ cao trắc địa cho 5 điểm xét chọn trước trên lãnh thổ nước ta bằng công nghệ GPS chính xác cao trên khoảng cách dài Đã cho thấy độ chính xác rất cao của kết quả đo đạc thực nghiệm

Tiếp đó đề tài đã tập trung phân tích để lựa chọn phương pháp collocation bình phương nhỏ nhất cho việc trực tiếp xác định dị thường độ cao theo số liẹu trọng lực, mô hình trọng trường và địa hình với thuật toán

“loại ra – hoàn trả” Kết quả đã nhận được giá trị độ cao chuẩn tính theo mặt khởi tính là quasigeoid toàn cầu với độ chính xác 0,2 – 0,3 m cho 5 điểm xét

cụ thể trên lãnh thổ nước ta với tư cách là các điểm gốc độc lập trong cơ sở

độ cao chuẩn mới thống nhất cho cả lãnh thổ và lãnh hải nước ta Kết quả thu nhận được đã khẳng định tính khả thi của việc không dùng đến mặt biển trung bình làm mặt khởi tính độ cao vốn vẫn được sử dụng trong các phương pháp truyền thống

Cuối cùng đề tài đã đề xuất phương án thiết lập hệ thống độ cao chuẩn

và quá trình chuyển đổi độ cao tương ứng

MỤC LỤC

TÓM TẮT 1

MỤC LỤC 2

MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG I 6

ĐỘ CAO CHUẨN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH 6

1.1 Các hệ thống độ cao cơ bản trong trắc địa 6

1.1.1 Độ cao chính 6

1.1.2 Độ cao chuẩn (hay độ cao bình thường) 7

1.1.3 Độ cao trắc địa 8

1.2 Bản chất và ưu thế của độ cao chuẩn 8

1.2.1 Bản chất của độ cao chuẩn 8

1.2.2 Các ưu thế của độ cao chuẩn 11

1.3 Các phương pháp xác định độ cao chuẩn 11

1.3.1 Phương pháp dựa trên công nghệ truyền thống 11

1.3.2 Phương pháp dựa trên công nghệ định vị vệ tinh 12

CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH ĐỘ CAO CHUẨN THEO PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG 14

2.1 Mạng lưới độ cao hạng I, hạng II Nhà nước 14

2.1.1 Sơ lược về mạng lưới độ cao hạng I, II trước năm 2001 14

2.1.2 Hoàn thiện lưới độ cao nhà nước hạng I, II 17

2.2 Các số hiệu chỉnh do ảnh hưởng của trọng trường 26

2.3 Xử lí toán học mạng lưới độ cao hạng I, hạng II Nhà nước 27

2.3.1 Tính khái lược 27

2.3.2 Tính toán bình sai lưới độ cao quốc gia 30

2.4 Nhận xét, đánh giá 31

CHƯƠNG 3 THIẾT LẬP CƠ SỞ ĐỘ CAO CHUẨN THEO SỐ LIỆU GPS VÀ SỐ LIỆU TRỌNG LỰC TRÊN DẢI VEN BỜ VÀ MỘT VÀI ĐẢO Ở VIỆT NAM 33

3.1 Nguyên lý đo cao GPS và các phương án triển khai 33

3.1.1 Nguyên lý đo cao GPS 33

3.1.2 Các phương án triển khai 33

3.2 Xác định độ cao trắc địa theo số liệu đo GPS chính xác cao 35

3.2.1 Đo GPS chính xác cao 35

3.3 Xác định dị thường độ cao theo số liệu trọng lực 48

3.3.1 Cơ sở lí thuyết 48

3.3.2 Các bước tính toán 54

CHƯƠNG 4 PHƯƠNG ÁN THIẾT LẬP HỆ THỐNG ĐỘ CAO MỚI VÀ QUY TRÌNH CHUYỂN ĐỔI ĐỘ CAO 76

4.1 Phương án thiết lập hệ thống độ cao mới 76

4.2 Quy trình chuyển đổi độ cao 78

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

Các phụ lục Phụ lục 1 Quy trình xử lts số liệu đo GPS chính xác cao tại: Bạch long vĩ,

Đồ sơn, Quảng nam, Vũng tàu, Côn đảo

Phụ lục 2 Giá trị hiệp phương sai dị thường trọng lực phần dư

Phụ lục 3 Sai số nội suy dị thường trọng lực chân không

Phụ lục 4 Mô hình trọng trường EIGEN-5C

Phụ lục 5 Mặt địa hình tham khảo

Phụ lục 6 Dị thường trọng lực phần dư

Phụ lục 7 Chương trình xác định tham số của hàm hiệp phương sai giải tích

Phụ lục 8 Chương trình xử lý theo phương pháp collocation bình phương nhỏ nhất

MỞ ĐẦU

Vị trí không gian của một điểm xét được đặc trưng bởi 3 yếu tố toạ

độ Ở trên mặt đất và trong khoảng không bên ngoài bao quanh Trái đất yếu

tố toạ độ thứ ba gắn chặt với trường sức hút của Trái đất có tên gọi đầy đủ

và chính xác là trường trọng lực hay trọng trường Nó thường được đề cập đến với khái niệm độ cao và được tính theo phương hướng về phía tâm quán tính của Trái đất theo chiều ngược lại, kể từ một bề mặt khởi tính có liên quan ở mức này hay mức khác với mặt đẳng thế cơ bản của trọng trường Trái đất Tuỳ thuộc vào mặt khởi tính, phương tính và các xác định, người ta

có các hệ thống độ cao cụ thể khác nhau Bên cạnh hệ thống độ cao chính được đề xuất từ lâu có liên quan tới lí thuyết Stokes nghiên cứu xác định hình dạng Trái đất được đặc trưng bởi geoid và vì thế có nhược điểm cơ bản

là không thể được xác định chặt chẽ, đã xuất hiện một hệ thống độ cao mới được xây dựng trên cơ sở lí thuyết hoàn chỉnh của Molodenski về bề mặt thực và thế trọng trường bên ngoài của Trái đất Tương ứng, hệ thống độ cao với tên gọi là độ cao chuẩn có nhiều ưu điểm cơ bản so với hệ thống độ cao chính đã và đang được sử dụng ngày càng rộng rãi ở nhiều quốc gia trên thế giới

Trước đây, độ cao chuẩn được xây dựng trên cơ sở đo thuỷ chuẩn truyền thống kết hợp với đo trọng lực dọc tuyến đo cao và có độ chính xác cao nhất trong các phương pháp đo cao được biết đến Tuy vậy, đây là dạng

đo đạc tốn nhiều công sức và không thể phát huy hiệu quả ở vùng địa hình phức tạp như đồi núi, sình lầy và hoàn toàn không khả thi khi gặp mặt nước bao phủ như sông rộng, biển cả

Cùng với sự ra đời của các hệ thống định vị vệ tinh, vấn đề xác định

độ cao chuẩn có được một hướng giải quyết mới cho phép khắc phục các hạn chế và nhược điểm của phương pháp truyền thống Phương pháp mới này có tên là đo cao GPS Phương pháp đo cao GPS đã được triển khai nhanh chóng trong công tác đo đạc ở nhiều nước trong đó có Việt nam Ngoài việc cho phép truyền độ cao đi xa, vượt qua bề mặt địa hình phức tạp

và đạt được độ chính xác ngày càng cao tiệm cận tới thuỷ chuẩn chính xác hạng III, hạng II và có thể là hạng I, đo cao GPS còn mở ra một khả năng mới là không cần sử dụng mặt biển trung bình làm mặt khởi tính vốn không

Để kịp thời tiếp cận và triển khai những tiến bộ kĩ thuật mới nhất trong lĩnh vực đo đạc và định vị nói chung và xác định độ cao nói riêng trên

cơ sở công nghệ vệ tinh và lí thuyết thế trọng trường của Trái đất, chúng tôi

đã đề xuất và được Bộ tài nguyên và môi trường cho phép triển khai đề tài NCKH với tiêu đề: “Nghiên cứu thiết lập hệ thống độ cao chuẩn thống nhất cho cả lãnh thổ và lãnh hải Việt nam trên cơ sở không sử dụng mặt nước biển trung bình”

Dưới đây là mục tiêu nghiên cứu và các nhiệm vụ cụ thể đã giải quyết trong quá trình thực hiện đề tài nói trên

1 Mục tiêu của đề tài

Trên cơ sở phân tích bản chất, các khả năng xây dựng hệ thống độ cao chuẩn đã tập trung nghiên cứu triển khai lí thuyết đo cao GPS thông qua việc

sử dụng kết quả xác định độ cao trắc địa chính xác cao bằng GPS và xác định trực tiếp dị thường trọng lực theo số liệu trọng lực, mô hình trọng trường và địa hình, đã thiết lập cơ sở độ cao chuẩn trên dải ven bờ và một vài đảo lớn phục vụ cho mục đích thống nhất hệ thống độ cao trên lãnh thổ

và lãnh hải nước ta trong đó không dùng đến mặt biển trung bình

2 Nhiệm vụ cụ thể cần giải quyết

2.1 Phân tích đánh giá bản chất độ cao chuẩn và các phương pháp

xác định để lựa chọn cách giải quyết 2.2 Phân tích đánh giá thực trạng, kết quả xác định độ cao chuẩn

theo phương pháp truyền thống ở nước ta 2.3 Triển khai lí thuyết đo cao GPS trên cơ sở xác định độ cao trắc

dịa bằng GPS chính xác cao và xác định trực tiếp dị thường độ cao trọng lực bằng phương pháp collocation bình phương nhỏ nhất với thuật toán “loại ra – hoàn trả” (“remove- restore”); Xử

lí số liệu trọng lực, mô hình trọng trường và địa hình để nhận được độ cao chuẩn cho 5 điểm trên dải ven bờ và một vài đảo ở nước ta

2.4 Đề xuất phương án thiết lập hệ thống độ cao mới và quy trình

chuyển đổi độ cao Các nhiệm vụ cụ thể nêu trên và kết quả giải quyết được trình bày trong 4 chương của Báo cáo tổng kết này như đã giới thiệu trong mục lục

Trong quá trình nghiên cứu, triển khai đề tài, chúng tôi luôn nhận được sự quan tâm động viên và chỉ đạo của các đồng chí lãnh đạo và các bộ phận chức năng của Bộ tài nguyên và môi trường, Vụ khoa học kĩ thuật, Viện khoa học đo đạc và bản đồ, Cục đo đạc và bản đồ, Trung tâm viễn thám và nhiều bạn đồng nghiệp thuộc Bộ tài nguyên và môi trường và Khoa Trắc địa trường Đại học Mỏ-Địa chất

số hiệu chỉnh tơng ứng ta sẽ có độ cao chính, độ cao chuẩn hay độ cao động học Ngoại trừ độ cao động học thích ứng chủ yếu cho mục đích thuỷ văn, cả

độ cao chính và độ cao chuẩn đều đợc sử dụng rộng rãi trong công tác trắc

địa-bản đồ nói riêng và cho nhiều ngành khoa học-kỹ thuật nói chung Hệ thống độ cao chuẩn được biết đến cách đây không lâu, từ khoảng giữa thế kỷ trứơc, và có u điểm cơ bản là chặt chẽ về mặt lý thuyết, đơn giản hơn về mặt tính toán Trên thực tế các số hiệu chỉnh phân biệt độ cao chính, độ cao chuẩn và độ cao đo đạc thờng nhỏ đến mức có thể bỏ qua trong nhiều trờng hợp không đòi hỏi độ chính xác cao Chính vì vậy trong các phần tiếp theo, trừ trờng hợp cần phân biệt rạch ròi, chúng ta sẽ gọi chung ba loại độ cao đó

là “độ cao thủy chuẩn” để nhấn mạnh nguồn gốc xuất xứ của chúng là được rút ra từ kết quả đo cao thuỷ chuẩn

1.1.1 Độ cao chớnh

Độ cao chớnh của một điểm trờn mặt đất là khoảng cỏch được tớnh

geoid; W0 là giá trị thế trọng trường trên mặt geoid, WB là giá trị thế trọng trường trên mặt đẳng thế đi qua điểm xét Vì hiệu số thế trọng trường thực của điểm B so với mặt geoid là đại lượng không phụ thuộc vào tuyến truyền

độ cao, cho nên độ cao chính của điểm được xác định không phụ thuộc vào tuyến đo cao, có nghĩa nó là đại lượng đơn trị

Tuy vậy độ cao chính của các điểm khác nhau trên cùng một mặt đẳng thế lại không bằng nhau, vì mặc dù ch úng có cùng hiệu thế trọng trường so với geoid, nhưng các giá trị gm ứng với chúng lại khác nhau

cách chặt chẽ, chính xác, vì ta không biết biết chính xác mật độ phân bố vật chất trong lớp giữa mặt đất và geoid cũng như qui luật thay đổi giá trị trọng lực theo độ cao trong lớp này

Độ cao chính vì thế không thể được xem là một hệ thống độ cao chặt chẽ và hoàn chỉnh về mặt lý thuyết Song, do nó khá đơn giản và trực quan

về mặt nhận biết, nên đã được sử dụng rộng rãi từ rất lâu ở nhiều quốc gia,

kể cả cho đến nay ở một số nước

1.1.2 Độ cao chuẩn (hay độ cao bình thường)

Hệ thống độ cao này được xây dựng cùng với lý thuyết hoàn chỉnh và chặt chẽ của Molođenski về nghiên cứu xác định bề mặt thực và thế trọng trường bên ngoài của Trái đất Như ta đã biết, độ cao bình thường được ký hiệu là h Bγ và được xác định theo công thức:

được tính một cách đơn giản và chính xác.Ta sẽ xem xét kỹ hơn ở phía dưới Cũng như độ cao chính, độ cao chuẩn của điểm cho trước là một đại lượng đơn trị, không phụ thuộc vào tuyến truyền độ cao Mặc dù độ cao chuẩn của các điểm khác nhau trên cùng một mặt đẳng thế nói chung cũng không bằng nhau, nhưng nó chỉ thay đổi theo độ vĩ Hiện nay độ cao chu ẩn đã được sử dụng thay thế độ cao chính trong việc xây dựng hệ thống độ cao quốc gia ở rất nhiều nước trên thế giới

1.1.3 Độ cao trắc địa

Độ cao trắc địa của một điểm là đoạn phỏp tuyến với ellipsoid tớnh từ mặt này tới điểm xột Mặt ellipsoid đú cú thể là ellipsoid thực dụng, ellipsoid chuẩn (ellipsoid trọng lực) hay ellipsoid chung của Trỏi đất Độ cao trắc địa của điểm xột M được ký hiệu là HM

1.2 Bản chất và ưu thế của độ cao chuẩn

1.2.1 Bản chất của độ cao chuẩn

Một trong những vấn đề cơ bản nhất trong việc thiết lập hệ thống độ cao là chọn mặt khởi tính Từ trước đến nay mặt khởi tính độ cao thường

được gắn ở mức độ này hay mức độ khác với mặt đẳng thế trọng trường của Trái Đất Điều này dễ hiểu, vì trọng trường, kích thước và hình dạng của Trái

Đất có liên quan mật thiết với nhau Các mặt đẳng thế tồn tại khách quan và

là một trong các đặc trưng cơ bản của trọng trường Trái Đất ta có thể nhận biết trực quan Đó chính là mặt nước yên tĩnh không bị nhiễu (bởi các nguyên nhân khác nhau ngoài tác dụng của trọng lực) trong các sông, hồ, trên biển, đại dương.Trên phạm vi toàn cầu người ta đã đưa ra khái niệm về mặt geoid và coi nú là mặt khởi tính cho một hệ thống độ cao được đề xuất

từ thế kỷ 19 có tên là độ cao chính [8] Song, không đơn giản và dễ dàng chỉ

ra vị trí chính xác của mặt geoid ở các khu vực cụ thể khác nhau trên bề mặt Trái Đất ; hơn nữa, mặt này lại uốn nếp khá phức tạp và có dạng phình dần ra khi đi từ hai cực về phía xích đạo của Trái Đất Vì thế, trên thực tế không thể

sử dụng mặt geoid làm mặt khởi tính chung cho độ cao của mọi điểm xét Người ta đã phải chấp nhận mực nước biển trung bình ở một vùng biển cụ thể nào đó làm mốc khởi tính độ cao cho một quốc gia, một nhóm quốc gia hay cho cả một lục địa Do mực nước biển trung bình tại các khu vực khác nhau không trùng nhau, nên giá trị độ cao của một điểm xét được tính theo các hệ thống độ cao quốc gia khác nhau sẽ chênh khác Bài toán trực tiếp hoà nhập các hệ thống độ cao quốc gia nói riêng hay hoà nhập các hệ thống độ cao với các điểm gốc khác nói chung là vấn đề không có lời giải Khi đó, chỉ

có thể đạt tới mục đích hoà nhập trong cùng một hệ thống chung bằng cách

đo nối các hệ thống riêng biệt với nhau và sử dụng một điểm gốc chung Nhưng trong trường hợp này sẽ nẩy sinh nhiều vấn đề bất cập, chẳng hạn, không thể liên kết các mạng lưới độ cao bị phân cách bởi biển và đại dương Giá trị độ cao tính theo hệ thống chung có thể chênh khác nhiều so với giá trị

trọng trường tại điểm xét cụ thể Ngay ở nước ta, giá trị độ cao tính theo mực nước biển trung bình tại Mũi Nai (Hà tiên) nhỏ hơn giá trị độ cao tương ứng tính theo mực nước biển trung bình tại Hòn Dấu (Đồ sơn) cỡ 0,16 m Chính

điều này đưa đến không ít bất tiện cho các tỉnh ven biển ở miền Nam khi sử dụng bản đồ địa hình với hệ thống độ cao nhà nước

Về mặt lý thuyết thì M.S Molodenski và các nhà bác học Xô viết khác [9] đã khảo sát và chứng minh không thể xác định mặt geoid một cách chặt chẽ và chính xác V.F Eremeev cũng đã chỉ ra bản thân độ cao chính lấy geoid làm mặt khởi tính cũng không thể được tính ra một cách chặt chẽ và chính xác, vì phải dùng đến các giả thuyết khác nhau về cấu tạo bên trong của Trái Đất.Để thoát khỏi các trở ngại không thể khắc phục trong việc sử dụng geoid, M.S Molodenski đã đề xuất ý tưởng khước từ khái niệm độ cao chính và thay thế nó cần xây dựng và sử dụng một loại độ cao mới với mặt khởi tính là mặt ellipsoid chuẩn và tuân thủ điều kiện: khi chọn thế trọng trường chuẩn trên mặt ellipsoid chuẩn bằng thế thực trên mặt geoid, giá trị thế trọng trường chuẩn UN tại điểm N tương ứng với điểm xét M trên bề mặt thực S của Trái đất bằng giá trị thế trọng trường thực WM tại điểm M Các điểm N tương ứng với các điểm M trên mặt đất sẽ hợp thành một bề mặt mà M.S Molodenski gọi là bề mặt phụ trợ hay bề mặt xấp xỉ (gần đúng) của Trái Đất Bề mặt này đã

được R.A Hirvonen đặt tên là mặt teluroid [10] và thường được ký hiệu là Σ Khoảng cách tính theo pháp tuyến giữa điểm N và mặt ellipsoid chuẩn, tức là giữa mặt teluroid và mặt ellipsoid chuẩn, được V.F Eremeev [9] gọi là độ cao chuẩn và thường được ký hiệu là hγ Ta có độ cao chuẩn của điểm xét M trên mặt

đất (hình l) là :

Khoảng cách giữa mặt teluroid và mặt đất thực ứng với điểm xét chính là dị thường độ cao ; Nó được ký hiệu là ζ Ta có :

ζM = MN Khoảng cách MM0 được gọi là độ cao trắc địa và được ký hiệu là H

Song, do tính chất "cách mạng" của nó, lý thuyết này đã không được

hiểu thấu đáo, đánh giá đầy đủ và thừa nhận rộng rãi như từ sau những năm

60 của thế kỷ trước và hiện nay Chính trong bối cảnh đó M.S Molodenski

đã tìm cách liên hệ lý thuyết mới của mình với lý thuyết kinh điển vốn đã trở

nên quen thuộc của G Stokes, theo đó đã đưa ra khái niệm về mặt

quasigeoid với nghĩa "tựa như geoid" và lý giải độ cao chuẩn của điểm xét

trên mặt đất như độ cao của nó so với mặt quasigeoid Dựa theo cách lý giải

này, trong một thời gian dài nhiều nhà trắc địa ở Liên Xô cũng như ở phương

Tây đã lý giải tiếp dị thường độ cao như độ cao của quasigeoid so với

ellipsoid chuẩn Gần đây, L.V Ogorodova [11] đã nhấn mạnh bản chất

nguyên căn của độ cao chuẩn và chỉ ra sự không chỉnh và không chuẩn của

cách hiểu thường gặp cho đến nay về độ cao chuẩn và dị thường độ cao

Với cách hiểu đầy đủ, chính xác xuất phát từ khái niệm gốc rễ theo

M.S Molodenski, độ cao chuẩn sẽ là và chỉ có nó mới có thể là yếu tố cơ bản

để xây dựng nên một hệ thống độ cao, trong đó độ cao của các điểm khác

nhau đều được tính từ cùng một mặt khởi tính là mặt ellipsoid chuẩn, nhờ

vậy hệ thống độ cao sẽ là thống nhất cho các phần riêng rẽ cũng như cho

toàn bộ bề mặt Trái Đất Điểm gốc độ cao không phải chỉ có 1, mà có thể có

nhiều, do đó có thể thực hiện kiểm tra, đánh giá khách quan và nâng cao độ

chính xác cũng như tính chặt chẽ của mạng lưới độ cao trên cơ sở tính toán

bình sai với nhiều điểm gốc Thêm vào đó, giá trị độ cao của điểm xét không

cần thiết cho việc nghiên cứu chuyển động hiện đại của vỏ Trái Đất trong khoảng thời gian dài cũng như các biến động tự nhiên khác

1.2.2 Cỏc ưu thế của độ cao chuẩn

1) Do độ cao chuẩn chớnh là đoạn phỏp tuyến với elllipsoid chuẩn tớnh

từ mặt elllipsoid chuẩn tới mặt teluroid, nờn độ cao chuẩn của cỏc điểm xột khỏc nhau trờn bề mặt Trỏi đất đều được tớnh từ cựng một bề mặt thống nhất, khụng kể điểm xột nằm trờn đất liền hay trờn biển, nằm trờn cựng một lục địa hay khỏc chõu lục Núi cỏch khỏc, độ cao chuẩn của cỏc điểm xột trờn phạm vi toàn cầu sẽ cú cựng một bề mặt khởi tớnh và nhờ vậy cỏc mạng lưới

độ cao quốc gia hay chõu lục, trờn đất liền hay hải đảo hoàn toàn cú thể dễ dàng liờn kết và hợp nhất

2) Do độ cao chuẩn hợp với dị thường độ cao thành độ cao trắc địa, cho nờn đõy chớnh là tiền đề lý thuyết cho việc sử dụng một cỏch cú hiệu quả cụng nghệ định vị vệ tinh vào mục đớch xỏc định độ cao được biết đến với tờn gọi là đo cao GPS mà ta sẽ cú dịp tỡm hiểu kỹ trong cỏc phần sau

1.3 Cỏc phương phỏp xỏc định độ cao chuẩn

1.3.1 Phương phỏp dựa trờn cụng nghệ truyền thống

Độ cao chuẩn của điểm xét M trên mặt đất về thực chất là khoảng

trường chuẩn với thế UN = WM đi qua điểm N và mặt ellipsoid chuẩn với thế

phải gắn với và chỉ có thể được xác định thông qua thế trọng trường của Trái

0 0

M M

trong đó dh - chênh cao thuỷ chuẩn giữa hai điểm kề nhau trên tuyến chạy từ

điểm gốc độ cao O trên mặt geoid đến điểm xét M trên mặt đất ; g - giá trị trọng lực dọc theo tuyến OM Trên thực tế, như đã nói ở trên, thay vì lấy

điểm O trên mặt geoid vốn không thể chỉ ra cụ thể trên thực địa, người ta thường phải sử dụng điểm gốc độ cao O chấp nhận theo mực nước biển trung bình cục bộ ở một vùng biển cụ thể nào đó [4] Khi đó ta sẽ có:

1.3.1 Phương phỏp dựa trờn cụng nghệ định vị vệ tinh

Trờn cơ sở biểu thức (1.2.1) ta cú:

Nhờ có công nghệ định vị vệ tinh mà cụ thể là hệ thống GPS ta có thể xác định được độ cao trắc địa trong hệ toạ độ tương ứng và trên cơ sở đó sẽ không mấy khó khăn nhận được giá trị độ cao trắc địa H so với ellipsoid chuẩn phù hợp với thế trọng trường chuẩn đã được chấp nhận để tính ra các giá trị dị thường trọng lực cần thiết cho việc xác định dị thường độ cao ζ theo các công thức chặt chẽ của Molodenski M.S hoặc theo các công thức gần

đúng của Stokes Cách xác định độ cao chuẩn trên cơ sở công thức (1.3.5)

đuợc biết đến với tên gọi phổ biến trong các tài liệu chuyên môn là phương pháp đo cao GPS [3]

Như vậy, đo cao GPS chính là cơ sở của việc thiết lập hệ thống độ cao mới có nhiều ưu điểm cơ bản hơn hẳn so với phương pháp truyền thống đã nói đến ở các phần trước

CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH ĐỘ CAO CHUẨN

THEO PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG

2.1 Mạng lưới độ cao hạng I, hạng II Nhà nước

Mạng lưới độ cao Nhà nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam là lưới khống chế về độ cao thống nhất trong cả nước, được đo bằng phương pháp đo cao hình học nhằm mục đích phục vụ cho nhu cầu xây dựng, phát triển kinh tế, quốc phòng và nghiên cứu khoa học Lưới độ cao hạng I, II là

cơ sở để phát triển và khống chế các lưới độ cao cấp thấp và trực tiếp phục

vụ cho các mục đích kinh tế, kỹ thuật khác nhau

Lưới độ cao Nhà nước lấy mực nước biển trung bình tại trạm nghiệm triều Hòn Dấu (Đồ Sơn, Hải Phòng) làm mực chuẩn “0” và được tính toán trong hệ thống độ cao chuẩn

Lưới độ cao Nhà nước hạng I, II (cũ) được xây dựng qua nhiều giai đoạn, đến nay đã bộc lộ nhiều bất cập không thể đáp ứng nhu cầu cung cấp

độ cao cho việc xây dựng phát triển xã hội Tình trạng mốc chôn chìm, cọc dấu chôn nổi, vật chuẩn không ổn định lâu dài do thời gian xây dựng đã lâu, nhiều tuyến đường giao thông được nâng cấp mở rộng, nhiều khu vực được

đô thị hoá, địa hình địa vật thay đổi, cho nên nhiều mốc hiện nay không tìm thấy hoặc đã bị phá huỷ Mặt khác cùng với thời gian độ cao của một số mốc

bị thay đổi do các hoạt động địa chất của vỏ trái đất hoặc của con người, gây không ít khó khăn cho người sử dụng

Để khắc phục những tình trạng nói trên, từ năm 2001- 2004 Bộ Tài nguyên và Môi trường đã tiến hành hoàn thiện mạng lưới độ cao Nhà nước hạng I, II phủ trùm toàn Quốc và đến cuối năm 2007 toàn bộ mạng lưới độ cao này đã được tính toán và bình sai xong năm 2007

2.1.1 Sơ lược về mạng lưới độ cao hạng I, II trước năm 2001

Mạng lưới độ cao hạng I, II hiện đang sử dụng gồm 10 đường hạng I và

41 đường hạng II, có một số đặc điểm sau:

1) Về kết cấu mạng lưới:

Mạng lưới có cấu trúc đồ hình khá chặt chẽ với những vòng khép được tạo bởi các đường độ cao hạng 1, 2 Mật độ đường độ cao dày và đều trên lãnh thổ cả nước Tuy nhiên vẫn còn đường độ cao hạng 1 có ý nghĩa quan trọng tựa như “xương sống” của lưới độ cao Nhà nước từ Đông Hà đến Đà Nẵng là đường đơn, không có các đường hạng 2 khác tạo thành vòng khép kín Đây chính là điểm yếu nhất của của lưới độ cao Quốc gia Bất kỳ một sai sót nào thuộc đoạn này cũng đều ảnh hưởng đến toàn bộ phần lưới độ cao

ở miền Trung và Nam bộ Ngoài ra do địa hình hẹp nên vẫn còn đoạn đường hạng I từ Rạch Giá đến Hà Tiên là đường treo

- Việc đo ngắm ngoại nghiệp nói chung tuân thủ nghiêm túc “Qui phạm xây dựng lưới độ cao Nhà nước hạng 1, 2, 3 và 4” do Cục đo đạc và bản đồ Nhà nước ban hành năm 1988

- Thời gian đo ngắm tương đối dài, một số đường phải xử lý nhiều lần mới đạt độ chính xác qui định

- Việc xây dựng mốc đều tuân theo qui định: Trên các đường độ cao hạng 1, 2 đều có chôn 2 loại mốc:

+ Loại mốc “cơ bản” chôn chìm hoặc gắn vào vỉa đá ngầm

+ Loại mốc “thường” chôn chìm, chôn nửa nổi nửa chìm hoặc gắn vào tảng đá, vào chân tường nhà cao tầng, móng cầu hoặc các địa vật kiên cố khác

Các mốc được chôn theo mật độ:

- Cứ cách nhau khoảng 50 – 60 km và tại các điểm nút, gần các trạm nghiệm triều, các trạm thuỷ văn, cửa sông, hồ lớn, các công trình xây dựng lớn thì chôn mốc cơ bản

- Từ 3 – 5 km (ở đồng bằng) hay 4 – 6 km (ở miền núi) chôn một mốc thường Ở vùng khó khăn khoảng cách giữa các mốc có dài hơn nhưng không quá 8 km Ở thành phố hoặc các công trình xây dựng lớn thì khoảng cách giữa các mốc thường có thể ngắn hơn so với mức trung bình kể trên Tuy nhiên do sự phát triển do thời gian xây dựng đã lâu, nhiều tuyến đường giao thông được nâng cấp mở rộng, nhiều khu vực được đô thị hoá, địa hình địa vật thay đổi, cho nên nhiều mốc hiện nay không tìm thấy hoặc

đã bị phá huỷ, một số mốc còn nhưng độ cao đã thay đổi

3) Về độ chính xác đo ngắm:

- Đã tiến hành đánh giá sai số trung phương ngẫu nhiên, hệ thống 1 km đường đo thuỷ chuẩn theo đúng công thức qui định cho nội nghiệp Các sai

số này nhìn chung đều đạt yêu cầu của qui phạm

- Các vòng khép về cơ bản đạt hạn sai cho phép

4) Việc tính toán mạng lưới độ cao:

- Mạng lưới được xử lý khái lược theo đúng qui định của qui phạm Giá trị độ cao khái lược mang tính chất tạm thời được tính theo phương thức truyền độ cao theo các đường

- Chênh cao khái lược đã được hiệu chỉnh số cải chính do sự không song song của các mặt đẳng thế, tuy nhiên do thiếu số liệu trọng lực đo trên các điểm thuỷ chuẩn nên giá trị trọng lực chủ yếu được nội suy từ các bản đồ

dị thường trọng lực Bouguer tỷ lệ 1/200.000, 1/500.000 của Tổng cục Địa chất, số còn lại (tại các khu vực không có bản đồ) được lấy từ số liệu trọng lực của GS.TS Phạm Hoàng Lân (Trường đại học Mỏ Địa chất – Hà Nội) cho các ô 5′ x 5′ được xây dựng từ 6000 điểm trọng lực theo phương pháp trung bình hoá liên tiếp cho các ô có điểm trọng lực trong đó và suy giải Collocation cho các ô trống còn lại Do đó sai số khép vòng chưa phản ánh chính xác sai số đo

- Việc bình sai được thực hiện theo 2 bước:

+ Bình sai hệ thống các điểm nút theo phương pháp gián tiếp có tính đến những chỉ tiêu khác nhau giữa các cấp hạng về độ chính xác, chiều dài đường v.v

Trọng số được tính theo công thức:

i i i

k

σ

η + trong đó:

- Li : Độ dài đường độ cao giữa các điểm nút

- ηi : Là sai số trung phương ngẫu nhiên 1 km của đoạn thứ i

- σi : Là sai số trung phương hệ thống 1 km của đoạn thứ i + Bình sai các đường độ cao giữa các điểm nút: Đường độ cao giữa các

sai các đường này được thực hiện theo phương pháp gián tiếp với trọng số được tính theo công thức: Pi =

i

L k

+ Các đoạn treo dược tính truyền độ cao từ các mốc đầu đường đã tham gia tính toán bình sai trong toàn mạng lưới

5) Về mặt chuẩn “0”

Mực nước biển trung bình được tính từ dãy số liệu quan trắc tại trạm

1.90 m được nhận là mặt nước trung bình của trạm triều ký Hòn Dấu và là mặt chuẩn “0” của lưới độ cao Nhà nước

Tuy nhiên sau 13 năm do nhiều hoạt động địa chất cũng như sự ấm lên của vỏ trái đất thì nhiều khả năng giá trị h0 cũng sẽ thay đổi, ảnh hưởng không nhỏ đến độ cao của điểm gốc

2.1.2 Hoàn thiện lưới độ cao nhà nước hạng I, II

1) LƯỚI “0” HÒN DẤU VÀ LƯỚI GỐC ĐỒ SƠN

- Trạm triều ký Hòn Dấu

Trạm triều ký Hòn Dấu nằm sát cạnh đảo Hòn Dấu (Đồ Sơn, Hải Phòng) Trạm được xây dựng năm 1929 và hoạt động từ năm 1930 Do xây dựng đã lâu nên trạm bị xuống cấp vì vậy năm 1990 Tổng cục Khí tượng thuỷ văn đã tiến hành xây dựng trạm triều ký mới Số “0” của trạm triều ký mới được đặt trùng với số “0” của trạm triều ký cũ Vị trí của trạm mới ở gần đảo hơn so với trạm cũ Năm 1995 trạm cũ ngừng hoạt động và trạm mới hoàn toàn thay thế trạm cũ hoạt động cho đến nay

- Mực nước biển trung bình

Mực nước biển trung bình được tính từ dãy số liệu quan trắc tại trạm triều ký Hòn Dấu Dãy số liệu của 56 năm (từ năm 1950 – 2005), trong đó

có số liệu của 10 năm (từ năm 1955 – 1964) đã được hiệu chỉnh do sự thay đổi của “0” trạm Qua tính toán giá trị h0 = 1,9067 m được nhận là mặt nước biển trung bình của trạm triều ký Hòn Dấu và là mặt chuẩn “0” của lưới độ cao Nhà nước

- Cấu trúc lưới “0” và các mốc thuộc lưới “0”

Lưới “0” xây dựng nhằm mục đích lưu giữ ổn định và lâu dài mặt chuẩn “0” của lưới độ cao Nhà nước Lưới “0” do chuyên gia Trung Quốc cùng cán bộ kỹ thuật Việt Nam xây dựng trong các năm 1963-1964 Năm

1991 Cục Đo đạc và Bản đồ Nhà nước (cũ) tiến hành khôi phục lại Lưới “0” được thiết kế có dạng giẻ quạt, nằm trọn trên đảo Hòn Dấu (hình 2)

+ Mốc Đ1 là mốc thuỷ chuẩn thường bằng bê tông vững chắc

+ Mốc VB1 là mốc gắn đá trên bờ biển Dấu trên là mốc sứ

+ Mốc O2, O3 được chôn ngầm bê tông cốt thép qui cách như mốc cơ bản loại A có dấu trên bằng đồng

+ Mốc VB22 được gắn bằng đồng trên cầu bê tông đi ra trạm triều ký

- Lưới độ cao gốc đồ Sơn

+ Cấu trúc lưới độ cao gốc Đồ Sơn và các mốc thuộc lưới độ cao gốc

Cùng với lưới “0” lưới độ cao gốc được xây dựng từ năm 1963-1964

sang và làm khởi tính cho toàn bộ mạng lưới độ cao Nhà nước Năm 1991 Cục Đo đạc và Bản đồ Nhà nước đã tiến hành khôi phục, tu sửa và đo đạc lại lưới gốc Do xây dựng đã lâu, đến nay một số mốc đã bị mất hoặc cóthể thay đổi về độ cao do tác dộng của các yếu tố địa chất và hoạt động của con người Do vai trò đặc biệt quan trọng của lưới độ cao gốc, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã tiến hành khảo sát, khôi phục, đo và tính toán bình sai lại lưới

độ cao gốc Đồ Sơn, từ đó xác định được độ cao chính xác của điểm khởi tính cho toàn bộ mạng lưới độ cao Nhà nước hạng I, II

Mạng lưới độ cao gốc được tạo thành bởi mốc độ cao gốc Đồ Sơn, 4 cụm điểm phụ và các mốc độ cao dị thường trên trên tuyến đo (hình 3)

Hình 3 Sơ đồ lưới gốc Sau khi khảo sát, các mốc cũ được tìm thấy và được sử dụng lại là:

Mốc gốc (ĐG): Còn nguyên vẹn, vẫn bảo đảm ổn dịnh và chắc chắn Mốc phụ 1 (F1): Được gắn bằng bê tông trên khối bê tông vững chắc dấu mốc bằng đồng

Mốc phụ 2 (F2): Được gắn trên nền đá gốc núi Đối dấu bằng đồng Mốc phụ 3 (F3): Được gắn ở núi Voi có dạng thước thuỷ tinh quang học

Mốc phụ 4 (F4): Được gắn trên tường nhà ngân hàng Hải Phòng có dạng thước bằng đá mã não

L8, L13, TK2, TK4, 06A chất lượng còn tôt

F4 F3

F2

ĐG

F1

Sau khi xem xét và cần nhắc thấy: Do thời gian thi công quá gấp vì vậy chỉ tiến hành khôi phục lại 2 mốc L3 và L15, là mốc nằm ở vị trí điểm nút của lưới Còn 2 mốc tham khảo TK1, TK5 sẽ được khôi phục khi thực hiện Đề án Xây dựng các điểm gốc Quốc gia

Như vậy lưới độ cao gốc Đồ Sơn có 21 điểm trong đó 19 mốc là các mốc cũ được tu bổ năm 1991 và 2 mốc gắn tường (qui cách như mốcđộ cao hạng I) là mốc L3, L15 Lưới độ cao gốc Đồ Sơn được bố trí đo theo 9 tuyến:

+ Đo chênh cao trên các tuyến lưới gốc Đồ Sơn

• Máy và mia dùng trong đo ngắm:

Đã sử dụng 2 máy đo quang cơ là:

Ni 004 và bộ mia inva 42995 + 42996, Wild N3 và bộ mia inva 5717A + 5717B

Trước khi thi công máy, mia và các dụng cụ phụ trợ đều được kiểm tra, kiểm nghiệm đầy đủ theo yêu cầu của Thiết kế kỹ thuật đã được Cục Đo đạc và Bản đồ phê duyệt Trước và sau khi thi công mia inva đều được kiểm định trên máy MK-1 Máy kiểm định MK-1 đặt tại Cục Đo đạc và Bản đồ dùng trong việc kiểm định các khoảng cách trên mia inva với sai số trung phương ngẫu nhiên ± 0,01 mm Trong quá trình đo mia được đặt trên đinh sắt đóng xuống đường nhựa, kích thước đinh dài 8 cm đường kính 0.8 cm,

có chóp nửa hình cầu đường kính 1 cm Đối với đường cấp phối sử dụng cọc sắt dài 15 cm đường kính 2 cm có đỉnh mũ tròn, còn các tuyến đo trên nền đất cứng dùng cọc sắt chiều dài 25 cm đường kính 2,5 cm có mũ chụp Nhiệt

kế sử dụng có độ chính xác 00 2

• Đo chênh cao:

Đo đi và về trên hai hàng cọc mia, việc tiến hành đo đi và về đối với chặng dài được tiến hành theo khoá số 8 và phân đều vào hai buổi khác nhau của ngày;

Chiều dài tia ngắm không vượt quá 50 m, chiều cao tia ngắm > 0,8 m, trường hợp khoảng cách từ máy đến mia < 25m chiều cao tia ngắm > 0,5m;

Khoảng cách giữa máy và mia được dùng dây kéo, sau đó do lại bằng máy, số chênh khoảng cách đều nhỏ hơn 0,5 m trong từng trạm;

đồng hồ tuân theo qui định trong qui phạm;

định trong Thiết kế kỹ thuật;

Kết quả đo chênh cao tại các trạm nghỉ của trước và sau lúc nghỉ đều nhỏ hơn 0,7 mm;

Nhiệt kế được đặt ngang tầm tia ngắm và đọc nhiệt độ cho từng trạm

Toàn bộ lưới độ cao gốc tạo thành 5 vòng khép chính Kết quả tính đạt như sau:

2) LƯỚI ĐỘ CAO NHÀ NƯỚC HẠNG I, II MỚI

- Hệ thống mốc: Về cơ bản các mốc của mạng lưới độ cao mới đều sử dụng mốc cũ được gia cố lại Những mốc đã mất hoặc bị phá hỏng được chôn mới tại các nơi có nền đất vững chắc, tiện lợi cho đo ngắm và bảo đảm khoảng cách giữa các mốc theo qui định Toàn bộ các mốc được xây tường vây với kích thước 1,4m x 1,4m x 0,5m, phần chìm dưới đất là 0,3 m

và nổi trên mặt đất 0,2 m, giúp cho việc bảo vệ cũng như tìm kiếm mốc được thuận tiện hơn

- Cấu trúc lưới:

Sau khi được khôi phục, chôn mới và xây tường vây hệ thống các đường độ cao hạng I, II được bố trí rải đều trên lãnh thổ cả nước và có cấu trúc đồ hình chặt chẽ với 36 vòng khép kín Trong lưới độ cao mới đã xây dựng thêm 2 đường độ cao hạng II là Anh Sơn – Khe Sanh và Đăkrông – Thành Mỹ chạy song song với đường hạng I đoạn từ Diễn Châu đến Đà Nẵng và cùng với đường hạng II Mường Xén - Diễn Châu, Đông Hà – Lao Bảo, đường hạng I Hà Nội – Vĩnh Linh, Vĩnh Linh – Hà Tiên, Đà Nẵng – Buôn Ma Thuột tạo thành 2 vòng khép kín, khắc phục được điểm yếu của lưới độ cao cũ (Phụ lục 1)

Mạng lưới hạng I, II gồm 13 đường thủy chuẩn hạng I và 44 đường thủy chuẩn hạng II

Các đường hạng I có tên đường như sau:

8 Lai Châu - Tuần Giáo 37 183.2

Ngoài ra một số chỗ do địa hình hẹp không thể tạo thành vòng khép

được nên tồn tại 4 đoạn treo thuộc các đường thuỷ chuẩn sau:

- Phương pháp đo và các tiêu chuẩn kỹ thuật chính

Lưới độ cao Nhà nước hạng I, hạng II được đo theo đúng quy định của

“Quy phạm xây dựng lưới độ cao Nhà nước hạng I, II II IV do Cục Đo đạc

và Bản đồ Nhà nước ban hành năm 1988

Đường độ cao hạng I được đo đi đo về bằng hai hàng mia (đối với máy

đo quang cơ) và theo một hàng mia (đối với máy đo điện tử) Sai số trung

phương ngẫu nhiên của chênh lệch độ cao trung bình đo đi đo về trên 1 km

không vượt quá 0,50 mm, sai số trung phương hệ thống không vượt quá 0,05

mm

Đường độ cao hạng II được đo đi đo về bằng một hàng mia Sai số

trung phương ngẫu nhiên của chênh lệch độ cao trung bình đo đi đo về trên

1km không vượt quá 1,00 mm, sai số trung phương hệ thống không vượt quá

0,15 mm

Wcho phép = ± 5 mm L + I L II

Wcho phép = ± 2,5 mm 2,25L I +6,25L II cho vùng núi,

trong đó:

LI, LII là độ dài đường độ cao hạng I, II;

Vùng núi là vùng khi đo có số trạm máy trên 1 km lớn hơn 15

Máy và mia dùng trong thi công: Các đơn vị thi công đã dùng hai loại máy để đo ngắm là:

Máy thủy chuẩn quang cơ: Ni004, Will N3 và bộ mia INVA

Máy thủy chuẩn điện tử: DL-101C, DL-102C và bộ mia có dạng mã vạch của hãng TOPCON (Nhật Bản) đã được Tổng cục địa chính cho phép

sử dụng

Máy và mia được kiểm tra, kiểm nghiệm trước và sau khi đo theo đúng yêu cầu của Qui phạm Chất lượng máy và mia dùng để đo độ cao hạng I, II đều đạt các yêu cầu kỹ thuật

2.2 Các số hiệu chỉnh do ảnh hưởng của trọng trường

chỉnh, đó là: do sự không song song giữa các mặt đẳng thế trọng trường thực

và do sự không song song giữa mặt đẳng thế trọng trường thực và mặt đẳng thế trọng trường chuẩn Các số hiệu chỉnh này có dạng:

m m A B m

h g

công thức:

)2sin0000058,

0sin

0053024,

01(5,

=

trong đó

B là vĩ độ trung bình của khu vực tính chuyển giá trị độ cao

(g - γ)m là giá trị trung bình dị thường trọng lực chân không giữa 2 điểm A, B, lấy đơn vị là mgal Nó có thể tính trực tiếp từ giá trị trọng lực đo tại chính các mốc độ cao hoặc được nội suy theo bản đồ dị thường trọng lực; Nếu dị thường trọng lực được sử dụng là dị thường Bouguer thì phải chuyển thành dị thường chân không

AB

h

Tư liệu sử dụng để tính số cải chính độ cao chuẩn được lấy từ các nguồn tài liệu sau: Kết quả đo trọng lực trên các điểm thuỷ chuẩn do bộ Tài nguyên và Môi trường thực hiện trong các năm 2005-2007; Tại những mốc không có giá trị trọng lực đo được thì giá trị dị thường trọng lực (g - γ) được nội suy từ bản đồ dị trường trọng lực Bouguer tỷ lệ 1/200.000, 1/500.000 do Cục địa chất Việt Nam lập

2.3 Xử lí toán học mạng lưới độ cao hạng I, hạng II Nhà nước

2.3.1 Tính khái lược

1) Số cải chính mia được tính theo công thức:

δmia = f.h (mm) ,trong đó:

f – số hiệu chỉnh độ dài 1 m của mia nhận được qua kết quả kiểm nghiệm;

h – chênh cao đo

2) Tính số cải chính do nhiệt độ thay đổi cho dải inva theo công thức:

δnhiêt = α.h.(tđo – tk) (mm) , trong đó:

α - hệ số nở dài của dải Inva, α = 2x10-6 ;

h - chênh cao đoạn đo;

t - nhiệt độ trung bình của không khí khi đo, lấy đến 0,1 độ ;

tk - nhiệt độ khi kiểm nghiệm, lấy đến 0,1 độ

3) Tính sai số trung phương ngẫu nhiên, hệ thống 1 Km đường thuỷ

chuẩn:

Sai số trung phương ngẫu nhiên và hệ thống cho 1 Km độ cao được

tính theo các công thức sau:

n

2 2

2

4

1 ) ( 4

σmax = 0.15 mm ≤ σcho phép = 0,15 mm 4) Tính sai số khép vòng:

Các chênh cao đo sau khi được hiểu chỉnh các số cải chính mia, cải

chính nhiệt và cải chính sự không song song của các mặt đẳng thế được gọi

là chênh cao khái lược Chúng được sử dụng để tính các sai số khép vòng

Kết quả khép vòng được nêu ở bảng sau:

trong đó: W là sai số khép độ cao lấy đơn vị là mm;

L là chiều dài đường hoặc vòng khép lấy đơn vị là km

2.3.2 Tính toán bình sai lưới độ cao quốc gia

1) BÌNH SAI LƯỚI THUỶ CHUẨN GỐC ĐỒ SƠN

Lưới độ cao gốc được thiết kế với mục đích lưu giữ độ cao gốc Quốc gia, vì vậy bất cứ giá trị độ cao nào trong lưới đều có thể nhận làm điểm gốc được Lưới gốc được bình sai bằng phương pháp gián tiếp Điểm độ cao khởi tính là điểm gốc ký hiệu TCG-ĐG có độ cao được tính chuyền từ lưới

“0” ngoài đảo Hòn Dấu sang

Độ chính xác nhận được sau bình sai như sau:

- Sai số trung phương trọng số đơn vị µ0 = 0.76 mm

- Sai số trung phương 1 Km thuỷ chuẩn mh = 0.76 mm

- Sai số trung phương độ cao lớn nhất Mhmax = 2.56 mm

- Sai số trung phương độ cao nhỏ nhất Mhmin = 0.78 mm

Kết quả trên cho thấy lưới gốc được đo với độ chính xác rất cao

So sánh kết quả tính toán bình sai của năm 2004 với năm 1994 cho thấy trong lưới gốc Đồ Sơn có điểm L6 và L11 có độ cao ổn định nhất, các điểm I(HN-HP)20A, I(HN-HP) 19 và II(HP-NB)1 đều biến động vượt quá hạn sai cho phép Vì thế, thay cho điểm I(HN-HP) 20A đã được sử dụng làm điểm khởi tính cho toàn mạng lưới độ cao hạng I, II trong giai đoạn trước, nay điểm L6 được lấy làm điểm khởi tính cho toàn mạng lưới độ cao hạng I,

II trong giai đoạn mới

2) BÌNH SAI TỔNG THỂ LƯỚI ĐỘ CAO NHÀ NƯỚC HẠNG I, II

- Bình sai lưới độ cao

Việc bình sai tổng thể lưới độ cao Nhà nước hạng I, II được tiến hành theo phương pháp gián tiếp, với điểm khởi tính là điểm L6 thuộc lưới độ cao gốc Đồ Sơn có tính cải chính mực nước biển trung bình với chu kỳ 56 năm (từ năm 1950 đến năm 2005) Trọng số có tính đến những chỉ tiêu khác nhau giữa các cấp hạng về độ chính xác, chiều dài đường v.v

Độ chính xác nhận được sau bình sai như sau:

+ SSTP độ cao điểm hạng I nhỏ nhất Mhmin = 3.26 mm

+ SSTP độ cao điểm hạng I lớn nhất Mhmax = 34.47 mm

+ SSTP độ cao điểm hạng II nhỏ nhất Mhmin = 7.56 mm

+ SSTP độ cao điểm hạng II lớn nhất Mhmax = 38.29 mm

- Các đường treo

Có 4 đường độ cao; Hài phòng – Móng cái (đoạn từ mốc I HP-MC 32A đến I HP-MC 48A), Mường Xén - Diễn Châu (đoạn từ mốc II MX-DC 1A đến II MX-DC 9A), Đông Hà – Lao Bảo (đoạn từ mốc II ĐH-LB 10A đến II ĐH-LB 15A), Vĩnh Linh – Hà Tiên (đoạn từ mốc I VL-HT 320A đến

I VL-HT 329A) là các đường treo Độ cao của các điểm thuộc 4 đường này được tính truyền từ các mốc đầu tiên của mỗi đường đã được tham gia tính toán bình sai tổng thể trong cả mạng lưới hạng I, II

2.4 Nhận xét, đánh giá

1) Mạng lưới độ cao hạng I, II Nhà nước là mạng lưới có đồ hình kết cấu chặt chẽ, có hệ thống mốc dày đặc và phân bố đều khắp lãnh thổ, được

đo với độ chính xác cao

một hệ thống độ cao thống nhất trong cả nước, lấy mực nước biển trung bình Hòn Dấu làm mực chuẩn “0” Toàn lưới được tính trong hệ thống độ cao chuẩn là hệ thống độ cao tốt nhất về mặt kỹ thuật

dày, phát triển các mạng lưới độ cao cấp thấp phục vụ trực tiếp cho các mục

đích phát triển kinh tế - xã hội, nghiên cứu khoa học, bảo vệ an ninh, quốc phòng v.v

4) Tuy nhiên do hình thể nước ta dạng kéo dài từ Bắc xuống Nam, nên việc tính chuyền độ cao xuất phát từ một điểm gốc ở phía Bắc dẫn đến hiện tượng càng đi xuống phía Nam các điểm độ cao càng bị ảnh hưởng của sai

số hệ thống lớn hơn Mặt khác, hệ thống độ cao quốc gia mới chỉ được xây dựng trên phạm vi lãnh thổ, mà chưa có trên các đảo và lãnh hải nói chung Chính vì thế, bài toán thiết lập hệ thống độ cao quốc gia thống nhất cho cả lãnh thổ và lãnh hải với nhiều điểm gốc là vấn đề đã đến lúc cần được đặt ra

để xem xét, giải quyết

CHƯƠNG 3 THIẾT LẬP CƠ SỞ ĐỘ CAO CHUẨN THEO

SỐ LIỆU GPS VÀ SỐ LIỆU TRỌNG LỰC TRấN

DẢI VEN BỜ VÀ MỘT VÀI ĐẢO Ở VIỆT NAM

3.1 Nguyờn lý đo cao GPS và cỏc phương ỏn triển khai

3.1.1 Nguyờn lý đo cao GPS

Ta viết lại (1.2.1) ở dạng sau:

Nhờ có công nghệ định vị vệ tinh mà cụ thể là hệ thống GPS ta có thể xác định được độ cao trắc địa trong hệ toạ độ tương ứng và trên cơ sở đó sẽ không mấy khó khăn nhận được giá trị độ cao trắc địa H so với ellipsoid chuẩn phù hợp với thế trọng trường chuẩn đã được chấp nhận để tính ra các giá trị dị thường trọng lực cần thiết cho việc xác định dị thường độ cao ζ theo các công thức chặt chẽ của Molodenski M.S hoặc theo các công thức gần

đúng của Stokes Cách xác định độ cao chuẩn trên cơ sở công thức (7) đuợc biết đến với tên gọi phổ biến trong các tài liệu chuyên môn là phương pháp

đo cao GPS [7]

Như vậy, đo cao GPS chính là cơ sở của việc thiết lập hệ thống độ cao mới có nhiều ưu điểm cơ bản hơn hẳn so với phương pháp truyền thống đã nói đến ở các phần trước

3.1.2 Cỏc phương ỏn triển khai

Các phương án đo cao GPS đều dựa trên dạng số liệu cơ bản chung là

độ cao trắc địa H được xác định từ kết quả đo GPS Chúng chỉ khác nhau ở cách xác định thành phần thứ hai là đại lượng ζ [3]

1) Trường hợp xác định trực tiếp ζ

Số liệu được sử dụng là các giá trị dị thường trọng lực chân không

được cho trên phạm vi toàn bộ bề mặt Trái đất:

Giá trị dị thường độ cao ζ tại điểm xét sẽ được xác định trên cơ sở giải bài toán biên trị của lý thuyết thể theo cách đặt vấn đề của Molodenski Lời

giải cuối cùng ở dạng xấp xỉ bậc nhất đảm bảo thoả mãn yêu cầu độ chính xác cao của thực tế, cả ở vùng có bề mặt địa hình biến đổi phức tạp như vùng núi, có dạng:

γ γ

gd r

h h

3

2

trong đó R, γ là bán kính trung bình và giá trị trọng lực chuẩn trung bình của

trên mặt cầu ; dω là phần tử góc nhìn

trọng lực Nó có thể làm cho giá trị dị thường độ cao ζ thay đổi tới 5-7 cm Chính vì vậy khi cần đạt độ chính xác cao cũng nh ở vùng núi, nhất thiết phải tính đến ảnh hưởng này Trong trường hợp ngược lại có thể sử dụng công thức Molodenski ở dạng xấp xỉ bậc 0, đó chính là công thức Stokes đã được biết đến từ rất lâu

2) Trường hợp xác định gián tiếp ζ

Cần có số liệu đo GPS và số liệu đo thuỷ chuẩn kết hợp với số liệu trọng lực dọc tuyến đo cao Khi đó ta sẽ tính được hiệu ζ = ( H - hγ) cho một

nội suy khác nhau, chẳng hạn, bằng đa thức, hàm spline, kriging, collocation v.v… ta có thể nội suy các liệu đó từ “điểm cứng” sang cho điểm xét bất kỳ

được bao quanh bởi các “điểm cứng”

Ngoài số liệu đo GPS và đo cao thuỷ chuẩn ta còn có thể sử dụng các

số liệu bổ sung như : số liệu dị thường trọng lực trong một phạm vi hạn chế nào đó, số liệu độ cao địa hình Chúng có khả năng “làm nhẵn” mặt quasigeoid và do vậy cho phép đơn giản hoá quá trình nội suy để có thể đạt tới độ chính xác cao hơn

3.2 Xỏc định độ cao trắc địa theo số liệu đo GPS chớnh xỏc

cao

3.2.1 Đo GPS chớnh xỏc cao

Chỳng tụi đó chọn ra 5 điểm phõn bố tương đối đều trờn dải ven bờ và

một vài đảo lớn ở vựng biển phớa Bắc và phớa Nam ta làm cỏc điểm gốc

trong mạng lưới độ cao thống nhất cho cả lónh thổ và lónh hải của nước ta,

đú là cỏc điểm: Bạch long vĩ thuộc tỉnh Quảng ninh, Đồ sơn thuộc TP Hải

phũng, Đại lónh thuộc tỉnh Quảng nam, Vũng tàu và Cụn đảo thuộc tỉnh Bà

rịa – Vũng tàu Tại cỏc điểm đú đó tiến hành đo GPS đồng thời trong 3 ngày

đờm liờn tục bằng cỏc mỏy thu hai tần số Cụng tỏc đo đạc được triển khai

vào cuối thỏng 3 năm 2009 trong điều kiện thời tiết thuận lợi

Thụng tin khỏi quỏt về số liệu đo được nờu trong bảng 3.1

Zephyr

Đo liên tục thành

1 file, Antenna tốt 2009-3-21

23:53:15

2009-3-22 11:20:15 2009-3-22

11:32:45

2009-3-23 06:10:45 2009-3-23

06:18:00

2009-3-23 23:26:15 2009-3-23

23:44:00

2009-3-24 13:19:15

2 VTAU

2009-3-24 13:26:00

2009-3-25 00:04:45

Compact L1/L2 w/Ground Plane

1.472m

Loại Antenna tốt, Loại máy thế hệ

cũ, bộ nhớ ít, không thu đợc P2, File đo bị ngắt quãng thành 5

đoạn rời rạc không theo 3 ngày đo

2009-3-22 23:37:15

2009-3-23 09:44:45 2009-3-23

09:51:45

2009-3-23 23:33:15 2009-3-23

23:39:00

2009-3-24 23:59:00

máy tốt, File đo bị ngắt thành 4 đoạn rời rạc không theo

3 ngày đo

2009-3-21 23:42:00

2009-3-23 00:09:45 2009-3-23

00:38:45

2009-3-24 00:11:15

4 BLVI

2009-3-24 00:28:15

2009-3-25 00:00:45

Trimble

5800 Internal

1.565m

Loại Antenna không tốt, Loại máy tốt, File đo bị ngắt thành 3 đoạn rời rạc gần theo 3 ngày đo

2009-3-21 23:42:00

2009-3-22

2009-3-23 00:47:00

2009-3-23

5 DSON

2009-3-24 00:34:15

2009-3-25 00:01:00

Trimble

5800 Internal

0.754m

Độ cao Antenna thay đổi Loại Antenna không tốt, File đo bị ngắt thành 3 đoạn gần theo 3 ngày đo

3.2.2 Thực hiện xử lớ số liệu bằng phần mềm Bernese 5.0

1) Chuẩn bị các dữ liệu chung

Các file bổ trợ phục vụ cho việc tính toán bằng phần mềm Bernese

theo các thời gian khác nhau, được lấy từ trang Web chính thức của phần

mềm Bernese, nó được đặt trong thư mục {X}/GEN gồm các dữ liệu sau:

Bảng 3.2

4 Danh sách máy thu và Antenna RECEIVER

- Việc xử lý, tớnh toỏn được thực hiện trờn cơ sở kết nối với số liệu đo đạc tại một số trạm IGS trong khu vực Các trạm đú được lựa chọn theo các tiêu chí sau:

+ Phải là các trạm được quản lý bởi tổ chức IGS, phải tham gia vào việc xây dựng Frame IGS và ITRF hiện hành;

+ Dữ liệu đo dạng RINEX và các thông tin phụ trợ phải được cung cấp chính thức và đầy đủ cùng với thời gian diễn ra đợt đo của chúng ta;

+ Các dữ liệu toạ độ và vận tốc trong Frame tham chiếu hiện thời phải

được công bố chính thức, đầy đủ và tính toán Update, cập nhật thường xuyên khi có các biến đổi địa động học xảy ra;

+ Phải có vị trí phân bố đều về các hướng và gần khu vực Việt nam; + Để giảm ảnh hưởng của sai số mô hình vận tốc, nên chọn cùng mảng kiến tạo với khu vực Việt nam ( mảng Âu- Á )

Theo các tiêu chí trên, chúng tôi quyết định chọn 4 điểm IGS là: KUNM, SHAO, PIMO và NTUS làm các điểm tham chiếu phục vụ việc xử lý tính toán (hỡnh 4)

Ngoài ra các dữ liệu phụ trợ khác cũng được chúng tôi lấy từ các nguồn công bố chính thức của trung tâm IGS Đây là các dữ liệu mới nhất,

được xử lý kết hợp từ nhiều trung tâm IGS khu vực, do vậy kết quả có độ chính xác và tin cậy cao

Hình 4 Các điểm IGS khu vực

- B¶ng danh môc c¸c d÷ liÖu cÇn chuÈn bÞ cho xö lý 1 ngµy ®o

Bảng 3.3

2) Xử lý dữ liệu quỹ đạo vệ tinh

- Sơ đồ quy trình công nghệ như sau:

tinh

tại thời điểm đo

4

ORB

thu

trắc và các trạm IGS, chuẩn hoá gọn 1 ngày

lập, ngắn và phù hợp với đặc thù dữ liệu

cả các trạm đo

Frame tham chiếu IGS05

Epoch: 2000 – 01 – 01

12

STA

Epoch giữa đợt đo: 2009 – 03 – 23