Tài liệu Nghiên cứu kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu vn 2000 với hệ quy chiếu wgs 84 và pz 90

35 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG 3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU KẾT NỐI TỌA ĐỘ GIỮA HỆ QUY CHIẾU VN-2000 VỚI HỆ QUY CHIẾU WGS-84 VÀ PZ-90 CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ TRẦN NGỌC HẢI HÀ NỘI, NĂM 2017 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI Hà Nội - 2017 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU KẾT NỐI TỌA ĐỘ GIỮA HỆ QUY CHIẾU VN-2000 VỚI HỆ QUY CHIẾU WGS-84 VÀ PZ-90 TRẦN NGỌC HẢI CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ MÃ SỐ: 60520503 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. PHẠM THỊ HOA HÀ NỘI, NĂM 2017 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI Cán bộ hướng dẫn chính: TS. Phạm Thị Hoa Cán bộ chấm phản biện 1: PGS.TS. Vy Quốc Hải Cán bộ chấm phản biện 2: TS. Vũ Văn Đồng Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI Ngày … tháng … năm 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các nội dung, số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. TÁC GIẢ LUẬN VĂN Trần Ngọc Hải ii LỜI CẢM ƠN Luận văn này được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của TS. Phạm Thị Hoa, Trưởng khoa Trắc địa - Bản đồ, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Cô đã giúp đỡ, hướng dẫn và động viên tác giả trong suốt quá trình làm Luận văn. Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn các Thầy giáo, Cô giáo Khoa Trắc địa Bản đồ, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội về sự giúp đỡ tận tình, chu đáo trong suốt quá trình tác giả học tập và nghiên cứu tại Trường. Tác giả chân thành cảm ơn sự hỗ trợ nghiên cứu của Đề tài cấp trường Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội: “Nghiên cứu kết nối tọa độ theo quan điểm động giữa các hệ quy chiếu trắc địa”, mã số 13.01.17.0.06 do TS. Phạm Thị Hoa làm chủ nhiệm. Trong quá trình làm Luận văn, tác giả đã nhận được rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ, cung cấp nhiều tài liệu khoa học liên quan đến đề tài Luận văn và dữ liệu phục vụ tính toán thực nghiệm của Cục Đo đạc, Bản đồ và Thông tin địa lý Việt Nam. Tác giả xin trân trọng cảm ơn mọi sự giúp đỡ để Luận văn được hoàn thiện tốt nhất. Xin trân trọng cảm ơn./. iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii MỤC LỤC ................................................................................................................. iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .................................................v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................ vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ................................................................... ix THÔNG TIN LUẬN VĂN .........................................................................................x MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TRẠNG KẾT NỐI TỌA ĐỘ GIỮA CÁC HỆ QUY CHIẾU .........................................................................................................6 1.1. Hệ quy chiếu WGS-84 .........................................................................................6 1.2. Hệ quy chiếu PZ-90 ...........................................................................................14 1.3. Hiện trạng kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy chiếu WGS84 và PZ-90 ...............................................................................................................16 1.3.1. Hệ quy chiếu VN-2000 ...................................................................................16 1.3.2. Hiện trạng kết nối hệ tọa độ giữa hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy chiếu WGS-84 và PZ-90 .....................................................................................................20 1.4. Vấn đề nghiên cứu của Luận văn .......................................................................20 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT KẾT NỐI TỌA ĐỘ GIỮA CÁC HỆ QUY CHIẾU .......................................................................................................................22 2.1. Mô hình toán học kết nối tọa độ giữa các hệ quy chiếu theo quan điểm động ..22 2.2. Cơ sở lý thuyết kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy chiếu WGS-84 .....................................................................................................................24 2.3. Cơ sở lý thuyết kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy chiếu PZ-90 ..... 26 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM KẾT NỐI TỌA ĐỘ GIỮA CÁC HỆ QUY CHIẾU ... 28 3.1. Nguồn số liệu sử dụng trong thực nghiệm .........................................................28 3.1.1. Tọa độ điểm trong lưới Châu Á - Thái Bình Dương và lưới biển ..................28 3.1.2. Bộ tham số chuyển đổi tọa độ giữa hệ quy chiếu ITRS và VN-2000 .............37 3.2. Thực nghiệm kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy chiếu WGS-84 .....................................................................................................................39 iv 3.2.1. Xác định các tham số kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy chiếu WGS-84 ...........................................................................................................39 3.2.2. Thực nghiệm kết nối tọa độ theo quan điểm động giữa hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy chiếu WGS-84 .........................................................................................40 3.2.3. Tổng hợp, đánh giá kết quả kết nối tọa độ giữa VN-2000 và WGS-84..........50 3.3. Thực nghiệm kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy chiếu PZ-90 ..... 52 3.3.1. Xác định các tham số kết nối tọa độ theo quan điểm động giữa hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy chiếu PZ-90 tại thời điểm xét ..................................................52 3.3.2. Thực nghiệm kết nối tọa độ theo quan điểm động giữa hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy chiếu PZ-90 .............................................................................................53 3.3.3. Tổng hợp, đánh giá kết quả kết nối tọa độ giữa VN-2000 và PZ-90 ..............61 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................63 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................65 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TT Chữ viết tắt 1 ITRS International Terrestrial Reference System Hệ quy chiếu trái đất quốc tế 2 ITRF International Terrestrial Reference Fame Khung quy chiếu trái đất quốc tế 3 WGS-84 World Geodetic System Hệ quy chiếu trong hệ thống GPS 4 PZ-90 Parametry Zemli 1990 Hệ quy chiếu trong hệ thống Glonass 5 NGA National Geospatial Intelligence Agency Cơ quan tình báo không gian địa lý quốc gia Hoa Kỳ 6 Tiếng Anh GLONASS Globalnoya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema Tiếng Việt Hệ thống định vị dẫn đường toàn cầu của Liên bang Nga 7 GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu của Hoa Kỳ 8 IGS The International GNSS Service Dịch vụ GNSS quốc tế 9 USAF The United States Air Force Không lực Hoa Kỳ 10 CRS Celestial Reference System Hệ quy chiếu sao 11 CRS Conventional Celestial Reference System Hệ quy chiếu sao quy ước 12 BCRS The Barycentric celestial reference system Hệ quy chiếu sao nhật tâm 13 GCRS The Geocentric Celestial Reference System Hệ quy chiếu sao địa tâm 14 ETRS Earth Terrestrial Reference System Hệ quy chiếu cố định với trái đất 15 TRS Terrestrial Reference System Hệ quy chiếu trái đất vi TT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt The International Earth Rotation Service Cơ quan quốc tế về dịch vụ chuyển động quay Trái Đất 16 IERS The International Earth Rotation and Reference Systems Service Cơ quan quốc tế về dịch vụ chuyển động quay Trái Đất và hệ quy chiếu 17 IUGG The International Union of Geodesy and Geophysics Liên đoàn Trắc địa và Địa vật lý quốc tế 18 IAU The International Astronomical Union Liên đoàn Thiên văn quốc tế 19 VLBI Very Long Base Interpherometry Giao thoa vô tuyến cạnh đáy dài 20 LLR Lunar Laser Ranging Đo khoảng cách Laze đến mặt trăng 21 SLR Satellite Laser Ranging Đo khoảng cách laze đến vệ tinh 22 DoD The United States Department of Defence Bộ Quốc phòng Mỹ 23 DORIS Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite Kỹ thuật đo tích hợp định vị vô tuyến quỹ đạo Doppler bằng vệ tinh vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Các tham số kích thước và hình dạng trong hệ WGS-84 .......................... 7 Bảng 1.2. Các phiên bản khác của WGS-84 .............................................................. 8 Bảng 1.3. Độ chính xác các phiên bản trong hệ quy chiếu WGS-84 ......................... 9 Bảng 1.4. Tọa độ vuông góc không gian của các điểm USAE và NGA trong khung WGS-84 (G1762) thời điểm 2005.0 và vận tốc ....................................................... 12 Bảng 1.5. Tọa độ trắc địa các trạm USAE và NGA trong WGS-84 (G1762) tại thời điểm Epoch 2005.0 ................................................................................................... 13 Bảng 1.6. Các hằng số trắc địa cơ bản ..................................................................... 15 Bảng 1.7. Các hằng số hình học và vật lý của hệ tọa độ PZ-90 ............................... 15 Bảng 2.1. Các tham số chuyển đổi giữa WGS-84 và ITRF ..................................... 26 Bảng 2.2. Các tham số chuyển đổi từ PZ-90.11 sang ITRF2008 ............................ 27 Bảng 3.1. Tọa độ các điểm thuộc lưới Châu Á - Thái Bình Dương ......................... 32 Bảng 3.2. Tọa độ các điểm thuộc lưới Châu Á - Thái Bình Dương trong hệ quy chiếu VN-2000 .......................................................................................................... 33 Bảng 3.3. Thông tin các điểm thuộc lưới biển .......................................................... 34 Bảng 3.4. Tọa độ các điểm thuộc lưới biển trong khung ITRF08, thời điểm 2016.764 .................................................................................................................... 35 Bảng 3.5. Tọa độ các điểm thuộc lưới biển trong VN-2000 ..................................... 37 Bảng 3.6. Tham số chuyển đổi từ ITRFXY sang VN-2000 tại thời điểm 2015.0. ..... 37 Bảng 3.7. Các tham số chuyển đổi tọa độ từ VN-2000 sang WGS-84 ..................... 39 Bảng 3.8. Chênh lệch tọa độ WGS-84 (G1150) tính theo hai phương án (từ khung ITRF2008 và từ VN-2000) trong lưới Châu Á - Thái Bình Dương ......................... 41 Bảng 3.9. Chênh lệch tọa độ WGS-84 (G1150) tính theo hai phương án (từ khung ITRF2008 và từ VN-2000) trong lưới GNSS biển ................................................... 42 Bảng 3.10. Chênh lệch tọa độ WGS-84 (G1674) tính theo hai phương án (từ khung ITRF2008 và từ VN-2000) trong lưới Châu Á - Thái Bình Dương ......................... 43 Bảng 3.11. Chênh lệch tọa độ WGS-84 (G1674) tính theo hai phương án (từ khung ITRF2008 và từ VN-2000) trong lưới GNSS biển ................................................... 44 Bảng 3.12. Chênh lệch tọa độ giữa hệ WGS-84 (G1762) tính theo (từ khung ITRF2008 và từ VN-2000) trong lưới Châu Á - Thái Bình Dương ......................... 46 viii Bảng 3.13. Chênh lệch tọa độ WGS-84 (G1762) tính theo hai phương án (từ khung ITRF2008 và từ VN-2000) trong lưới GNSS biển ................................................... 46 Bảng 3.14. Chênh lệch tọa độ WGS-84 xác định từ VN-2000 theo 7 tham số đang sử dụng chính thức với giá trị WGS-84 đã biết trong lưới Châu Á - Thái Bình Dương .................................................................................................. 48 Bảng 3.15. Chênh lệch tọa độ WGS-84 xác định từ VN-2000 theo 7 tham số đang sử dụng chính thức với giá trị WGS-84 đã biết trong lưới biển ............................... 49 Bảng 3.16. Độ lệch trung phương giữa tọa độ WGS-84 được xác định theo phương án tính chuyển từ hệ VN-2000 với phương án tính chuyển từ ITRF08 .................... 50 Bảng 3.17. Độ lệch trung phương giữa tọa độ WGS-84 được xác định từ hệ VN2000 với giá trị WGS-84 đã biết ............................................................................... 52 Bảng 3.18. Các tham số chuyển đổi tọa độ từ VN-2000 sang PZ-90 ....................... 53 Bảng 3.19. Chênh lệch tọa độ giữa hệ PZ-90.00 tính theo hai phương án (từ ITRE2008 và từ VN 2000) trong lưới Châu Á và Thái Bình Dương ....................... 54 Bảng 3.20. Chênh lệch tọa độ giữa hệ PZ-90.00 tính theo hai phương án (từ ITRE2008 và từ VN 2000) trong lưới GNSS biển.................................................... 55 Bảng 3.21. Chênh lệch tọa độ giữa hệ PZ-90.02 tính theo hai phương án (từ ITRE2008 và từ VN 2000) trong lưới Châu Á và Thái Bình Dương ....................... 56 Bảng 3.22. Chênh lệch tọa độ giữa hệ PZ-90.02 tính theo hai phương án (từ ITRE2008 và từ VN 2000) trong lưới GNSS biển.................................................... 57 Bảng 3.23. Chênh lệch tọa độ giữa hệ PZ-90.11 tính theo hai phương án (từ ITRE2008 và từ VN 2000) trong lưới Châu Á và Thái Bình Dương ....................... 59 Bảng 3.24: Chênh lệch tọa độ giữa hệ PZ-90.11 tính theo hai phương án (từ ITRE2008 và từ VN 2000) trong lưới GNSS biển.................................................... 60 Bảng 3.25. Độ lệch trung phương giữa tọa độ PZ-90 xác định theo phương án tính chuyển từ hệ VN-2000 với phương án tính chuyển từ ITRF08 ................................ 61 ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Các trạm quan sát của DoD và NIMA tham gia WGS-84 (G1150) ............10 Hình 1.2. Các trạm quan sát của IGS tham gia WGS-84 (G1150) ...........................10 Hình 1.3. Các trạm tham chiếu trong khung WGS-84 (G1762) ...............................11 Hình 1.4. Các trạm quan sát PZ-90.11, IGS, DORIS trên lãnh thổ Nga ..................16 Hình 3.1. Vị trí phân bố các điểm thuộc lưới Châu Á - Thái Bình Dương...............31 Hình 3.2. Vị trí phân bố các điểm thuộc lưới biển ....................................................36 Hình 3.3. Độ lệch trung phương giữa tọa độ WGS-84 xác định theo phương án tính chuyển từ hệ VN-2000 với phương án tính chuyển từ ITRF08 ................................50 Hình 3.4. Độ lệch trung phương giữa tọa độ WGS-84 xác định từ hệ VN-2000 với giá trị WGS-84 đã biết ..............................................................................................52 Hình 3.5. Độ lệch trung phương giữa tọa độ PZ-90 xác định theo phương án tính chuyển từ hệ VN-2000 với phương án tính chuyển từ ITRF08 ................................61 x THÔNG TIN LUẬN VĂN - Họ và tên học viên: Trần Ngọc Hải - Lớp: CH2ATĐ Khóa: 2 - Cán bộ hướng dẫn: TS. Phạm Thị Hoa - Tên đề tài: Nghiên cứu kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy chiếu WGS-84 và PZ-90 Về lý thuyết, Luận văn nghiên cứu cơ sở khoa học kết nối tọa độ theo quan điểm động và đề xuất phương án kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu VN2000 với hai hệ WGS-84 và PZ-90. Về thực nghiệm, Luận văn đã xác định được bộ tham số kết nối VN-2000 với WGS-84 và PZ-90 dựa trên số liệu của 10 điểm khống chế thuộc lưới Châu Á - Thái Bình Dương và 11 điểm thuộc lưới Biển. Kết quả kiểm tra cho thấy các tham số kết nối có độ tin cậy cao, đáp ứng được phần lớn các nhiệm vụ khoa học và thực tiễn với yêu cầu độ chính xác trung bình. 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay trên thế giới có ba hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu: đó là GPS (Mỹ), GLONASS (Nga) và GALILEO (liên minh Châu Âu). Trong đó GPS và GLONASS đang hoạt động, GALILEO đang hoàn thiện (đã thu được tín hiệu thử nghiệm). 1.1. Hệ thống GPS sử dụng hệ quy chiếu WGS-84 GPS là hệ thống định vị của Mỹ, sử dụng hệ quy chiếu WGS-84. Các vệ tinh đầu tiên của hệ thống này được phóng lên quỹ đạo vào tháng 2 năm 1978. Toàn bộ hệ thống được đưa vào họat động hoàn chỉnh từ tháng 5 năm 1994. Theo thiết kế ban đầu, hệ thống có 24 vệ tinh, tuy nhiên số vệ tinh thực tế hiện nay là 35. Cho đến nay được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới cả trong lĩnh vực dân sự và quân sự. Hệ thống GPS đang được tiếp tục hiện đại hóa với mục tiêu gia tăng cường độ tín hiệu, phát triển các ứng dụng trong lĩnh vực dân sự và quân sự, đảm bảo tính sẵn sàng và độ ổn định của tín hiệu định vị dẫn đường cũng như thông số thời gian. Hệ thống GPS sử dụng hệ quy chiếu WGS-84. Tính đến thời điểm này WGS-84 đã trải qua một số thay đổi nhỏ trong các phiên bản sau này kể từ khi công bố ban đầu của nó. Các phiên bản mới của WGS-84 dựa trên dữ liệu GPS của phiên bản trước như G730, G873, G1150 và G1674, G1762. 1.2. Hệ thống Glonass sử dụng hệ quy chiếu PZ-90 Từ năm 1976, Bộ quốc phòng Liên Xô đã nghiên cứu thiết kế xây dựng hệ thống định vị toàn cầu GLONASS (Global Navigation Satellite System). Ngày 12 tháng 10 năm 1982 vệ tinh đầu tiên của GLONASS được phóng lên quỹ đạo. Ngày 24 tháng 9 năm 1993 hệ thống chính thức được đưa vào sử dụng. Hiện tại hệ thống có 26 vệ tinh trong hệ thống định vị toàn cầu, 18 vệ 2 tinh trong số đó bao quát toàn bộ lãnh thổ nước Nga. Hệ thống GLONASS đang tiếp tục được phát triển dưới sự quản lý, bảo trì của Bộ quốc phòng Nga và đã cho phép người dùng tại Việt Nam định vị điểm một cách độc lập từ tín hiệu vệ tinh của hệ thống. Hệ thống GLONASS sử dụng hệ quy chiếu PZ-90. Nghị định của chính phủ Liên bang Nga số 568 ngày 28 tháng 7 năm 2000 hệ quy chiếu PZ-90 được đưa vào sử dụng cho GLONASS. Từ đó đến nay, hệ PZ-90 đã trải qua hai lần hiện đại hóa. Việc hiện đại hóa đầu tiên được hoàn thành vào năm 2002 (được gọi là PZ-90.02). Trong năm 2011, hệ quy chiếu địa tâm PZ90.02 đã được nâng cấp thành hệ thống PZ-90.11. 1.3. Hiện trạng kết nối tọa độ của hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy chiếu WGS-84 và PZ-90 a. Hiện trạng kết nối tọa độ của hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy chiếu WGS-84 Hiện nay, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã ban hành Quyết định số 05/2007/QĐ-BTNMT ngày 27 tháng 2 năm 2007 về sử dụng hệ thống tham số tính chuyển giữa Hệ tọa độ quốc tế WGS-84 và hệ tọa độ quốc gia VN2000. Tuy nhiên các tham số tính chuyển chỉ phù hợp với phiên bản cũ. Hiện nay, hệ quy chiếu WGS-84 đã có phiên bản mới. Vì vậy cần xem xét lại bộ tham số tính chuyển này. b. Hiện trạng kết nối tọa độ của hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy chiếu PZ-90 Hiện nay chưa có công trình khoa học nào công bố về các tham số tính chuyển của VN-2000 với các hệ quy chiếu ITRS, hệ quy chiếu PZ-90 nên cũng cần phải được xem xét, giải quyết trong Luận văn này. 3 1.4. Luận giải về việc đặt ra mục tiêu và những nội dung cần nghiên cứu của Luận văn Qua đánh giá trên đây cho thấy, vấn đề kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy chiếu WGS-84 và PZ-90 đang có các bất cập sau: - Hiện nay chỉ công bố 7 tham số tính chuyển giữa hệ quy chiếu VN2000 sang WGS-84 theo quan điểm tĩnh. Thực chất 7 tham số này hiện nay không còn phù hợp (do hệ WGS-84 đã chuyển sang phiên bản mới). - Bộ tham số tính chuyển giữa hệ quy chiếu VN-2000 sang WGS-84 chưa được công bố nên vấn đề kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu VN-2000 sang hệ PZ-90 chưa được giải quyết. Trước thực trạng đó, Luận văn với tên gọi “Nghiên cứu kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy chiếu WGS-84 và PZ-90” đã được đặt ra để nghiên cứu. 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2.1. Ý nghĩa khoa học Thành quả kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy chiếu WGS-84 và PZ-90 sẽ góp phần đẩy mạnh việc ứng dụng các thành tựu về khoa học và công nghệ trong lĩnh vực tích hợp thông tin địa không gian. 2.2. Ý nghĩa thực tiễn Trong xu thế toàn cầu hoá và hiện đại hoá, ngành Trắc địa Việt Nam có nhiều cơ hội thừa hưởng thành quả về khoa học và công nghệ của các nước phát triển. Trong đó đặc biệt là các nguồn số liệu GNSS với độ phủ toàn cầu có khả năng hỗ trợ cho cả công tác nghiên cứu khoa học và giải quyết các nhiệm vụ thực tiễn đạt hiệu quả cao, giảm thiểu đáng kể chi phí đầu tư. Tuy nhiên, như trên đã phân tích, các nguồn số liệu GNSS được định vị trong nhiều hệ quy chiếu khác nhau dẫn đến nảy sinh vấn đề cần giải quyết bài toán hoà nhập, thống nhất chúng trong cùng một hệ quy chiếu. Đây là 4 khâu then chốt để sử dụng hiệu quả các nguồn dữ liệu GNSS nói trên. Đặc biệt trong giai đoạn hiện nay, Cục Đo đạc, Bản đồ và Thông tin địa lý Việt Nam đang triển khai Dự án “Xây dựng mạng lưới trạm định vị toàn cầu bằng vệ tinh trên lãnh thổ Việt Nam” với mục tiêu cơ bản và quan trọng bậc nhất là cung cấp dịch vụ số liệu hiệu chỉnh độ chính xác cao, phục vụ cho tất cả các ứng dụng xác định vị trí và dẫn đường trong chế độ thời gian thực dựa trên nền tảng truyền số liệu qua Internet. Bài toán hoà nhập, thống nhất các nguồn số liệu GNSS trong cùng một hệ quy chiếu không phải là vấn đề của riêng Việt Nam mà là vấn đề của toàn thế giới. 3. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài 3.1. Mục tiêu Mục tiêu của Luận văn là xác định bộ tham số chuyển đổi nhằm kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy chiếu WGS-84 và PZ-90. 3.2. Nhiệm vụ Để đạt được mục tiêu trên, Luận văn cần giải quyết các nhiệm vụ sau: - Tổng quan về hệ quy chiếu VN-2000, WGS-84 và PZ-90; - Hiện trạng kết nối hệ kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu VN-2000 với WGS-84 và PZ-90; - Xác định bộ tham số kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu VN-2000 với các hệ quy chiếu WGS-84 và PZ-90; - Kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy chiếu WGS-84 và PZ-90, nhận xét và đánh giá kết quả. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4.1. Đối tượng Đối tượng nghiên cứu của Luận văn là mối quan hệ giữa hệ quy chiếu VN-2000 với hai hệ WGS-84 và PZ-90. 4.2. Phạm vi Phạm vi nghiên cứu của Luận văn là xác định bộ tham số kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu VN-2000 và hai hệ WGS-84 và PZ-90. 5 5. Phương pháp nghiên cứu 5.1. Phương pháp tổng hợp kế thừa Thu thập tư liệu, tài liệu; các công trình đã được nghiên cứu trước đây; phân tích, đánh giá và lựa chọn các phương pháp nghiên cứu phù hợp; tổng hợp các kết quả nghiên cứu, các tư liệu liên quan đến nội dung của Luận văn. 5.2. Phương pháp phân tích thống kê Các số liệu thống kê được thu thập từ các cơ quan lưu trữ đầu ngành, qua quá trình xử lý, phân tích đánh giá giữa các hệ quy chiếu theo quan điểm tĩnh và quan điểm động. Phân tích dựa trên các khía cạnh như lý thuyết chung về hệ quy chiếu, khung quy chiếu, lịch sử hình thành các hệ quy chiếu, các triển khai (các khung quy chiếu) trong từng Hệ quy chiếu, nguyên tắc chung để kết nối tọa độ giữa các Hệ quy chiếu theo quan điểm tĩnh và quan điểm động, các bộ tham số gốc để kết nối giữa các Hệ quy chiếu. Sau đó tiến hành hệ thống hóa các tri thức theo một trật tự logic trong bài toán kết nối tọa độ giữa các Hệ quy chiếu. 5.3. Phương pháp thực nghiệm Luận văn sử dụng phương pháp thực nghiệm để tính toán xác định bộ tham số kết nối giữa Hệ quy chiếu VN-2000 với WGS-84 và PZ-90. Sau khi xác định được bộ tham số, Luận văn tiến hành kết nối tọa độ giữa các Hệ và đánh giá độ tin cậy của bộ tham số xác định được. 6. Cơ sở tư, tài liệu Luận văn được hoàn thành trên cơ sở thu thập và sử dụng nguồn tư, tài liệu thực tế đa dạng và phong phú. Số liệu và tài liệu liên quan được thu thập tại Cục Đo đạc, Bản đồ và Thông tin địa lý Việt Nam, các báo cáo kết quả bình sai lưới Châu Á - Thái Bình Dương do nước Úc công bố... 7. Cấu trúc của Luận văn Luận văn được xây dựng với bố cục gồm có 03 Chương và 02 phần là Phần mở đầu và Phần kết luận, được đánh máy trên khổ giấy A4. Ngoài ra, còn kèm theo các bình đồ ảnh và hệ thống các phụ lục, bảng biểu. 6 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HIỆN TRẠNG KẾT NỐI TỌA ĐỘ GIỮA CÁC HỆ QUY CHIẾU 1.1. Hệ quy chiếu WGS-84 Từ những năm 1950, khi bắt đầu sử dụng vệ tinh nhân tạo của Trái đất yêu cầu thiết yếu là cần có một hệ thống trắc địa thống nhất cho toàn thế giới để có thể giải quyết những vấn đề đặt ra như sau: - Trên thế giới, khoa học không gian và du hành vũ trụ, vệ tinh nhân tạo phát triển; - Việc thiếu thông tin trắc địa giữa các lục địa; - Những hệ tọa độ lớn như hệ Châu Âu (ED50), hệ Bắc Mỹ (NAD) và hệ Tokyo (TD) không thể cung cấp một cơ sở dữ liệu địa lý trên toàn thế giới; - Cần một bản đồ toàn cầu cho hàng hải, hàng không, và địa lý; - Trong chiến tranh lạnh đòi hỏi một hệ quy chiếu không gian địa lý, phù hợp với Hiệp định tiêu chuẩn NATO. Vào cuối những năm 1950, Bộ quốc phòng Hoa kỳ, cùng với các nhà khoa học của tổ chức và các quốc gia khác, bắt đầu phát triển các hệ thống thế giới cần phải có số liệu trắc địa. Với sự nỗ lực của quân đội Hoa kỳ, hải quân và không quân, hệ trắc địa toàn cầu đầu tiên do Bộ quốc phòng Mỹ (DoD) đã được thiết lập. Đó chính là hệ thống trắc địa toàn cầu WGS-60. Vào tháng 1 năm 1966, nhận thấy sự cần thiết phát triển hệ thống trắc địa thế giới để đáp ứng công việc lập bản đồ, biểu đồ và yêu cầu của quân sự và trắc địa. Hệ WGS-66 đã được phát triển từ WGS-60 và bổ sung thêm các quan sát trọng lực bề mặt, kết quả từ việc mở rộng mạng lưới tam giác và từ những dữ liệu vệ tinh. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và yêu cầu các dữ liệu có độ chính xác cao hơn, đòi hỏi có các hệ trắc địa toàn cầu có độ chính xác cao được ra đời đáp ứng các yêu cầu của Bộ Quốc phòng Mỹ (DoD), do đó WGS-66 đã được thay thế bởi Hệ WGS-72 và sau cùng là WGS-84. 7 Đến năm 1984, hệ quy chiếu quốc tế khá hoàn chỉnh WGS-84 (World Geodetic System 1984) đã được thừa nhận trên cơ sở các nghiên cứu tổng hợp số liệu toàn cầu do Liên đoàn Trắc địa Quốc tế (IAG) đề xuất, Gs. Ts. Moritz chủ trì. WGS-84 là một hệ quy chiếu Trái đất quy ước (CTRS) phù hợp với Trái đất trên phạm vi toàn cầu. Hệ WGS-84 được xác định với gốc tọa độ khá gần với trọng tâm trái đất (xét cả phần đại dương và khí quyển quanh Trái đất) thỏa mãn các tiêu chí do IERS đề ra. Hệ tọa độ đề các sử dụng trong WGS-84 có các trục tọa độ như sau [1]: - Trục OZ hướng về Cực Bắc xác định tại thời điểm quy ước 1984 với sai số cỡ 0.005”; - Trục OX xác định trên mặt phẳng kinh tuyến gốc, tương ứng với thời điểm quy ước 1984 với sai số cỡ 0.005”; - Trục OY tạo với OX, OZ tạo thành một tam diện thuận. Hệ WGS-84 sử dụng thời gian GPS và được thiết lập dựa trên ellipsoid WGS-84 có các tham số kích thước và hình dạng được thống kê trong bảng 1.1. Trong hệ WGS-84, vị trí của một điểm bất kỳ nhờ thành phần tọa độ vuông góc không gian địa tâm là X, Y, Z hoặc tọa độ trắc địa B, L, H. Bảng 1.1. Các tham số kích thước và hình dạng trong hệ WGS-84 [2] Hằng số Bán trục lớn Độ dẹt Độ lệch tâm thứ nhất Hằng số trọng trường tổng hợp Tham số hình dạng động học của Trái đất Tốc độ quay của Trái đất Thế trọng trường chuẩn trên Ellipsoid Trọng lực chuẩn trên xích đạo Trọng lực chuẩn tại cực Ký hiệu a f e2 GM Đơn vị m 3 2 m /s Giá trị 6378137 1/298,257223563 0.00669438 3986004,418.108 J2 - 108263.10-8 rad/s 7292115.10-11 U0 m2/s2 62636851.7146 E m/s2 9.7803253359 P m/s2 9.8321849378