Giáo trình Đánh giá khoảng dịch chuyển của mặt quasigeoid cục bộ so với mặt quasigeoid toàn cầu tại trạm nghiệm triều Hòn Dấu - Phạm Hoàng Lân

Nội dung text: Giáo trình Đánh giá khoảng dịch chuyển của mặt quasigeoid cục bộ so với mặt quasigeoid toàn cầu tại trạm nghiệm triều Hòn Dấu - Phạm Hoàng Lân

1. T¹p chÝ KHKT Má - §Þa chÊt, sè 41, 01/2013, (Chuyªn ®Ò Tr¾c ®Þa cao cÊp), tr.22-26 ĐÁNH GIÁ KHOẢNG DỊCH CHUYỂN CỦA MẶT QUASIGEOID CỤC BỘ SO VỚI MẶT QUASIGEOID TOÀN CẦU TẠI TRẠM NGHIỆM TRIỀU HÒN DẤU PHẠM HOÀNG LÂN, Trường Đại học Mỏ - Địa chất NEYMAN YU. M., SUGAIPOVA L. S., Trường Đại học Tổng hợp quốcgia Trắc địa và Bản đồ Tóm tắt : Dựa trên cơ sở khái quát công thức Bruns và sử dụng số liệu đo cao GPS tại hơn 800 điểm phân bố đồng đều trên lãnh thổ Việt nam cùng một số mô hình mới nhất của trọng trường Trái đất đã xác định được khoảng dịch chuyển của mặt quasigeoid cục bộ đi qua trạm nghiệm triều Hòn Dấu so với mặt quasigeoid toàn cầu. Đại lượng này được đánh giá bằng xấp xỉ 0,4 m và có sai số cùng cỡ với nhiều khu vực khác nhau trên thế giới là 0,2 m. 1. Đặt vấn đề mặt quasigeoid. Cũng như đã đề cập ở trên, ta Vị trí của điểm xét trên mặt đất (hay bên sẽ có quasigeoid toàn cầu cho quy mô toàn bộ ngoài nó) được xác định đơn trị bởi các thành Trái đất và quasigeoid cục bộ cho phạm vi quốc phần toạ độ B, L, H so với mặt ellipsoid tròn gia hay khu vực. Tương ứng cũng sẽ có độ cao xoay xác định nào đó. Song, như đã biết, vị trí chuẩn tính từ mặt quasigeoid toàn cầu và độ cao thẳng đứng sẽ được xác định thuận tiện hơn cho chuẩn tính từ mặt quasigeoid cục bộ. phần lớn các mục đích khoa học, kỹ thuật cũng Biết được khoảng chênh giữa mặt như kinh tế, nếu được tính từ một bề mặt có liên quasigeoid toàn cầu và mặt quasigeoid cục bộ, quan theo cách này hay cách khác với mặt biển ta dễ dàng chuyển đổi từ hệ thống độ cao quốc trên Trái đất. Từ lâu người ta đã chấp nhận bề gia sang hệ thống độ cao toàn cầu và ngược lại, mặt như thế là mặt đẳng thế trọng trường thực cũng như tính chuyển qua lại giữa các hệ thống W = W0 gần nhất (theo nghĩa tổng bình phương độ cao quôc gia nhằm đáp ứng các bài toán liên độ chênh là nhỏ nhất) so với mặt biển trung kết trên phạm vi khu vực hay toàn cầu trong đó bình không chịu ảnh hưởng của song, gió, dòng đòi hỏi cơ sở thống nhất về yếu tố độ cao. Điều chảy trên phạm vi toàn bộ Trái đất và gọi nó là này càng trở nên thiết yếu trong bối cảnh không geoid. Nhưng, trên thực tế không thể chỉ ra dù thể đo nối trực tiếp, đặc biệt trong điều kiện các một điểm tại đó có mặt geoid chạy qua. Vì thế, quốc gia bị ngăn cách bởi biển và đại dương. người ta đã phải coi geoid là mặt đẳng thế trọng Bản chất và mối liên hệ toán học giữa mặt trường thực đi qua điểm gốc độ cao được lấy quasigeoid cục bộ và mặt quasigeoid toàn cầu theo mực nước biển trung bình nhiều năm ở cũng như hai loại độ cao chuẩn tương ứng đã một vùng biển cụ thể nào đó. Như vây, có hai được trình bày trong [1], [2] và [3]. loại geoid: geoid toàn cầu và geoid cục bộ. Độ Trong bài báo này chúng tôi xin đề cập đến cao của điểm xét sẽ được tính dọc theo đường việc đánh giá đại lượng chênh khác giữa mặt sức trọng trường từ điểm đó đến mặt geoid. Nó quasigeoid cục bộ và mặt quasigeoid toàn cầu có tên là độ cao chính. Tương ứng ta sẽ có độ tại trạm nghiệm triều Hòn Dấu. cao chính so với mặt geoid toàn câu và độ cao 2. Cơ sở lý thuyết chính so với geoid cục bộ. Trên hình 1 ta có: Để khắc phục nhược điểm cơ bản của độ WGS 84 H = Q0 P - độ cao trắc địa của điểm cao chính là nó không thể được tính ra một cách xét so với ellipsoid WGS-84 ; chặt chẽ (do đòi hỏi phải biết chính xác cấu tạo  = Q P = QP - dị thường độ cao ; bên trong của Trái đất), người ta đã đề xuất một 00  loại độ cao hoàn chỉnh hơn với tên gọi là độ cao hloc = P 0 P = Q 0 Q - độ cao chuẩn so với chuẩn. Bề mặt khởi tính của độ cao chuẩn là quasigeoid cục bộ . 22
2. Hình 1. Điểm xét và các bề mặt cơ bản WGS84WGS84  trên mặt đẳng thế trọng trường thực đI qua trạm Đại lượng: Hh= locloc , (1) , (1) W G S 8 4 nghiệm triều Hòn Dấu (mặt quasigeoid cục bộ, là độ cao l o c của quasigeoid cục bộ so với xem hình 1). Mục tiêu của chúng ta là đánh giá ellipsoid WGS-84 có thế trọng trường bình khoảng dịch chuyển F của mặt quasigeoid cục (W G S 8 4 ) thường trên mặt nó bằng U0 (xem hình 1). bộ so với mặt quasigeoid toàn cầu. Vì vậy, ta Bây giờ ta hãy ký hiệu độ cao của hãy viết lại (4) ở dạng quasigeoid toàn cầu so với ellipsoid chung của 1  =(WW) = loc Trái đất là  . Quasigeoid toàn cầu được hiểu là F00 (Q) , (5) mặt đẳng thế trọng trường W = W0 rất gần (theo 1 WGS 84WGS 84 cách hiểu của lý thuyết bình phương nhỏ nhất)  loc00  (P)(P)(WU). với mặt biển trung bình vào thời điểm cụ thể (Q) nào đó và có thể được nhận biết dù chỉ tại một Giá trị thế trọng trường bình thường trên điểm khởi tính (điểm gốc). mặt ellipsoid chuẩn được xác định bởi các Theo các số liệu hiện đại [5] thì thông số của nó theo biểu thức [4, tr.71] W= (62636856.00.5)m/ s 22, (2) GME1 22 0 U=arctga0  , (6) Dựa trên suy luận tổng quát đối với công Eb3 thức Bruns ta có trong đó: GM - tích của hằng số hấp dẫn với 1 khối lượng của Trái đất; - tốc độ góc trung  WGS 84WGS(P) =(P)(WU)84 , (3) bình của Trái đất; a,b,E tương ứng là bán trục (Q) 00 lớn, bán trục nhỏ và tâm sai tuyến tính của trong đó:  là ký hiệu của giá trị trọng lực bình ellipsoid. Đối với ellipsoid WGS84 ta có [4, tr. thường, P là điểm xét trên mặt đất, còn Q là 92] điểm tương ứng trên mặt telluroid. U=WGS 62636851.7146 8422 m / s . Vì thế: 0 11 Nếu lưu ý tới (2), ta sẽ rút ra WGS 84 (P) = T(P) loc (Q) (Q) 14.29 WGS 84 (W00 U)(0.44 0.05)m loc WGS 84 1 , (4) (Q)9.81 (W00 U ) =  (P) (Q) Để có thể xác định  F theo biểu thức (5), 1 ta cần biết (P) . Song, vấn đề có thể được giải (W UWGS 84 ) (W W loc ) 0 0(Q) 0 0 quyết đơn giản hơn, nếu ta rút đại lượng này từ loc (3) và (5). Thật vậy, khi đó ta có ngay (7). trong đó: T(P) - thế nhiễu, còn W0 - giá trị thế 23
3. 2160. Đã tính các hiệu WGS 84 WGS 84 1 loc loc (P)  (P)  F00=(WW)= (Q) , (7) cho tất cả 822 điểm xét trong đó phát hiện tại 4 o o  WGS84WGS84  (P)(P). điểm là N 268(II(BN-QT)14), N 428(II(XM- loc HN)8), No 666 (III(NT-HH)8) và No 3. Tính toán thực nghiệm 673(III(PD-NR)11) các giá trị riêng lẻ có chênh Số liệu khởi tính là kết quả đo đạc của 822 khác so với giá trị trung bình tính theo toàn bộ điểm xét phân bố đồng đều trên lãnh thổ Việt 822 điểm lớn hơn 2 lần giá trị trung phương nam (hình 2). Tại mỗi điểm nêu trên đều có đo tương ứng. Tuy vậy, nếu dựa vào yêu cầu cho GPS để xác định các giá trị độ vĩ B, độ kinh L phép chênh khác tới 3 lần giá trị sai số trung và độ cao trắc địa H, cũng như có kết quả đo phương thì vẫn có thể sử dụng cả 4 điểm đó. thuỷ chuẩn được xử lý năm 2008 trong Hệ Số liệu thống kê về kết quả tính các giá trị thống độ cao quốc gia để tính ra giá trị độ cao WGS84WGS84 chuẩn với điểm gốc độ cao lấy theo mặt biển hiệu  =(P)(P) loc tại 818 điểm trung bình tại trạm nghiệm triều Hòn Dấu ( gần còn lại được cho trong bảng sau: (bảng 1). Hải Phòng). Trạm nghiệm triều quốc gia Hòn Kết quả hồi quy đại lượng Dấu nằm trên mặt quasigeoid cục bộ, vì thế các  =(P)(P) WGS84WGS84 theo khoảng cách giá trị độ cao chuẩn được tính theo mặt loc S (biểu diễn bằng đơn vị một trăm kilômét) quasigeoid cục bộ và ký hiệu là h . l o c đến điểm xét P tính từ trạm nghiệm triều Hòn Dấu được cho trên hình 3. Hình 3 cho thấy đại lượng hồi quy hiệu  =(P)(P) WGS84WGS84 loc theo khoảng cách S là không đáng kể. Như vậy, khoảng chênh trung bình giữa độ cao quasigeoid cục bộ cũng như độ cao quasigeoid toàn cầu so với ellipsoid WGS84 có thể được đánh giá bởi đại lượng  F (0.4000.4430.379) / 30.41 m. Độ chính xác của kết quả tính toán tại mỗi điểm được quyết định bởi chất lượng của các mô hình được sử dụng để tính độ cao quasigeoid toàn cầu, vì độ chính xác của kết quả xác định độ cao quasigeoid cục bộ dựa vào đo GPS và đo thuỷ chuẩn là rất cao. Theo các tài liệu chuyên môn thì khi tính độ cao quasigeoid sai số trung phương do ngắt bậc triển khai đối với mô hình trọng trường chi tiết nhất hiện nay là EGM2008 được đánh gía bằng 5 cmá còn sai số trung phương do độ chính xác hạn chế của Hình 2. Các điểm khởi tính có giá trị độ cao các hệ số điều hoà bằng cỡ 2-3 dm. Nhưng, trắc địa đã biết thuộc hệ WGS-84 và độ cao đấy là số liệu đánh giá chung cho toàn bộ Trái chuẩn tính theo mặt quasigeoid cục bộ đất, còn đối với các khu vực cụ thể độ chính xác có thể chênh khác đáng kể. Tuy vậy, các Để đánh giá độ cao WGS84 (P) của kết quả tính toán mà chúng tôi đã nhận được quasigeoid toàn cầu so với ellipsoid WGS-84, đối với lãnh thổ Việt nam cho thấy là độ chính chúng tôi đã sử dụng 4 mô hình khác nhau của xác đạt được cũng bằng cỡ đó (xem bảng 1). trọng trường Trái đất ở dạng các hệ số điều hoà: Để so sánh, chúng tôi xin dẫn ra các kết quả EGM96 tới bậc 360, GOCE TIM3 tới bậc 250, khảo sát tương tự đối với mô hình EGM2008 EIGEN6C2 tới bậc 1949 và EGM2008 tới bậc ở các khu vực khác nhau trên Trái đất (tính 24
4. bằng mét) (bảng 2): hình trọng trường Trái đất được chúng tôi sử Sai số trung phương do ngắt triển khai ở dụng chẳng những có liên quan đến cùng một bậc 360 xác định theo các mô hình khác nhau ellipsoid, mà còn liên quan đến cùng một hệ đối với các hệ số điều hoà bậc cao từ 361 đến thống phi triều (the tide-free = non-tidal 5400 (các hệ số bậc cao hơn có trị số không system). Đối với lãnh thổ Việt nam đại lượng đáng kể) được đánh giá bằng cỡ 0,2 m. chênh khác giữa hệ thống phi triều và hệ thống Cuối cùng xin nhấn mạnh là tất cả các mô triều trung bình hoá có giá trị từ -5 đến -10 cm. Bảng 1 Nhỏ nhất L ớn nhất M ô hìTrungnh bình Độ lệch trung phương so ( Bậc cao nhất ) (m) (m) (m) với giá trị trung bình (m) EGM96 (360) -1,821 2,100 0,558 0,605 GOCE_TIM3 (250) -0,419 1,438 0,400 0,260 EIGEN6C2 (1949) -0,421 1,008 0,443 0,211 EGM2008 (2160) -0,555 1,231 0,379 0,292 Bảng 2 Khu vực Mỹ Canađa Châu Âu Autraylia Số điểm 6169 1930 1235 201 Giá trị 0,248 0,126 0,208 0,217 WGS 84 WGS 84 Hình 3. Hồi quy đại lượng  =  loc (P)  (P) theo khoảng cách S (biểu diễn bằng đơn vị một trăm kilômét) đến điểm xét P tính từ trạm nghiệm triều Hòn Dấu 25
5. 4. Kết luận [2]. Phạm Hoàng Lân, 2010. Kết nối độ cao Các kết quả phân tích, đánh giá nhận chuẩn xác định từ đo cao thuỷ chuẩn truyền được ở trên cho thấy là khoảng chuyển dịch thống và từ đo cao GPS. Tạp chí Các khoa học trung bình của mặt quasigeoid cục bộ đi qua về Trái đất, Viện Khoa học và công nghệ Việt trạm nghiệm triều Hòn Dấu so với mặt nam, Hà Nội, số 2, (T32)/2010. quasigeoid toàn cầu đạt giá trị xấp xỉ 0,4 m. Sai [3]. Phạm Hoàng Lân, Đặng Dương Phi, 2012. số xác định đại lượng này phụ thuộc chủ yếu Đánh giá độ chênh khác giữa hai loại độ cao vào độ chính xác của giá trị độ cao quasigeoid chuẩn ở Việt nam. Tuyển tập báo cáo khoa học toàn cầu được tính theo mô hình trọng trường của HNKH “Trắc địa và bản đồ vì sự nghiệp tài của Trái đất. Hiện nay đối với lãnh thổ Việt nguyên và môi trường”, Viện Khoa học đo đạc nam nó có trị số cùng cỡ như ở nhiều khu vực và bản đồ, Hà nội, 10/2012, tr. 27-32 khác nhau trên thế giới là 0,2 m. [4]. Hofmann- Wellenhof B., Моritz H. Tr¾c ®Þa vËt lý (tiÕng Nga dÞch tõ tiÕng Anh). TÀI LIỆU THAM KHẢO Мatxtc¬va, NXB МIIGАiК, 2007. [1]. Neyman Yu.M., Phạm Hoàng Lân, 2010. [5]. Bursa M., Kenyon S., Kouba J., Sima Z., Quasi-geoid cục bộ của lãnh thổ tách biệt. Tạp Vatrt V., Vojtech v., Vojtiskova M. The chí “Tin tức Các trường đại học”. Trắc địa và geopotential value W0 for specifying the đo vẽ ảnh hàng không, Trường Đại học tổng relativistic atomic time scale and a global hợp quốc gia trắc địa và bản đồ Matxcơva, LB vertical reference system. Journal of Nga, số 5 -2010 (tiếng Nga) Geodesy,v.81, n.2, February 2007. SUMMARY Evaluating the desplacement of local quasigeoid relative to global quasigeoid at the tidegauge Hon Dau Pham Hoang Lan, University of Mining and Geology Neyman Yu. M., Sugaipova L. S. Moscow State University of Geodesy and Cartography Based on the generalized Bruns formula and using the GPS-levelling data for more than 800 points evenly destributed in Vietnam,s territory and some modernst EGMs there was carried out evaluating the displacement of a local quasigeoid relative to a global one at the tidegauge Hon Dau. The corresponding value is about 0,4 m and has the error of 0,2 m which is typical for various regions in the world. YÊU CẦU ĐỘ CHÍNH XÁC ĐỘ CAO ĐỊA HÌNH (tiếp theo trang 21) SUMMARY Some requirements to terrain elevetion employed to simulate terrain effect on plumline deflection in Vietnam Pham Thi Hoa, Hanoi University for Natural Resources and Environment The paper presents the survey results on requisite of terrain elevation data employed for simulating terrain effects in plumline deflection in Vietnam. The results show inappreciable effect of the root mean square error of terrain elevation to the accuracy of plumline deflection. Thus, employing the model of digital terrain at scale of 1/50,000 calculating plumline deflection in Vietnam can guarantee the sufficiency. 26