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

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:28

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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

Chủ đề:

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

Lưu

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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN THÀNH LÊ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH DỊ THƯỜNG ĐỘ CAO TRÊN CƠ SỞ KẾT HỢP CÁC DỮ LIỆU MẶT ĐẤT VÀ VỆ TINH, ÁP DỤNG CHO KHU VỰC MIỀN TRUNG VIỆT NAM NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ MÃ SỐ: 9.520503 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2023
Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn Trắc địa cao cấp, Khoa Trắc địa - Bản đồ và Quản lý đất đai, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS. TS Nguyễn Văn Sáng, Trường Đại học Mỏ - Địa chất 2. GS. TS Bùi Tiến Diệu, Trường Đại học Southeast, Na Uy Phản biện 1: GS. TS Võ Chí Mỹ, Hội Trắc địa - Bản đồ - Viễn thám Việt Nam Phản biện 2: TS Vũ Văn Đồng, Cục Bản đồ - Bộ Tổng Tham mưu Phản biện 3: GS. TSKH Hoàng Ngọc Hà, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường, họp tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất, vào hồi giờ ngày tháng năm 2023 Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Quốc Gia Việt Nam Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chất
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Nghiên cứu xác định dị thường độ cao, xây dựng mô hình Geoid/Quasigeoid là nhiệm vụ quan trọng đối với mỗi quốc gia, khu vực và toàn cầu. Hiện nay, nhờ có công nghệ GNSS, việc xác định độ cao trắc địa có thể cho độ chính xác cao và rất cao nhưng với độ cao chuẩn, đây vẫn còn là nhiệm vụ khó khăn, vì việc xác định độ cao phải thực hiện trực tiếp trên bề mặt tự nhiên của Trái Đất. Theo lý thuyết, mối liên hệ giữa Ellipsoid và bề mặt Quasigeoid chính là giá trị dị thường độ cao. Bài toán đặt ra, nếu xác định được dị thường độ cao với độ chính xác cao và mật độ đủ dày, khi đó hoàn toàn xác định được độ cao chuẩn của một điểm bất kỳ dựa trên mối liên hệ giữa độ cao trắc địa trên mặt Ellipsoid và giá trị dị thường độ cao. Như vậy, bài toán xác định độ cao chuẩn so với mô hình Quasigeoid trở thành bài toán xác định dị thường độ cao trên phạm vi toàn lãnh thổ. Sóng Quasigeoid lại được chia ra thành các thành phần bước sóng (dài, trung, ngắn và cực ngắn). Mỗi loại dữ liệu lại phản ánh thành phần bước sóng khác nhau. Vì vậy, để xác định được chính xác dị thường độ cao cần phải kết hợp các dữ liệu với nhau. Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, hiện nay đã có nhiều dự án đo cao vệ tinh và gradient trọng lực từ vệ tinh. Dữ liệu trọng lực (trên mặt đất, trên tàu, đo cao vệ tinh và dự án gradient trọng lực từ vệ tinh) là nguồn dữ liệu đầu vào của bài toán xác định dị thường độ cao, do đó cần nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu trọng lực kết hợp này trong bài toán xác định dị thường độ cao của Việt Nam. Đồng thời, dữ liệu đo GNSS-Thủy chuẩn cho phép ta xác định trực tiếp dị thường độ cao với độ chính xác cao. Vì vậy kết quả xác định dị thường độ cao từ các nguồn dữ liệu khác cần được đánh giá và làm khớp với dữ liệu dị thường độ cao GNSS-Thủy chuẩn.
2 2. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Xác lập được cơ sở khoa học và phương pháp luận xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp các dữ liệu mặt đất và vệ tinh nói chung và thực nghiệm tính toán thành công cho khu vực miền Trung Việt Nam, nói riêng. - Lựa chọn được cơ sở toán học bao gồm hệ quy chiếu, hệ tọa độ và hệ triều thống nhất cho các loại dữ liệu được thu thập từ các nguồn gốc khác nhau, đảm bảo thuận tiện trong tính toán và đánh giá kết quả. - Xác định được dị thường độ cao cho khu vực miền Trung Việt Nam trên cơ sở kết hợp các dữ liệu mặt đất và vệ tinh từ nguồn dữ liệu hạn chế. Thành lập được bản đồ dị thường độ cao trong hệ quy chiếu và hệ tọa độ WGS84 quốc tế cho khu vực thực nghiệm. 3. Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu phương pháp xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp các dữ liệu mặt đất và vệ tinh theo kỹ thuật Loại bỏ-Tính toán- Phục hồi và phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất từ dữ liệu dị thường trọng lực. Xây dựng quy trình và các module chương trình máy tính phục vụ xác định dị thường độ cao theo kỹ thuật RCR và phương pháp LSC. Thực nghiệm và đánh giá độ chính xác kết quả xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp các dữ liệu mặt đất và vệ tinh cho khu vực miền Trung Việt Nam trong hệ quy chiếu và hệ tọa độ WGS84 quốc tế. Thành lập được bản đồ dị thường độ cao trọng lực cho khu vực thực nghiệm trong hệ quy chiếu và hệ tọa độ WGS84 quốc tế. 4. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thống kê, phân tích, thực nghiệm, so sánh, toán học, ứng dụng tin học và phương pháp chuyên gia. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án Ý nghĩa khoa học: Phát triển, hoàn thiện phương pháp và quy trình
3 xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp các dữ liệu mặt đất và vệ tinh; Góp phần phát triển lý thuyết nghiên cứu hình dạng, kích thước và thế trọng trường của Trái Đất. Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận án có thể ứng dụng trong thực tiễn xác định dị thường độ cao từ dữ liệu kết hợp mặt đất và vệ tinh phục vụ việc xây dựng Quasigeoid của Việt Nam. Dị thường độ cao xác định được ở miền Trung có thể sử dụng để tính độ cao chuẩn từ độ cao đo bằng công nghệ GNSS. 6. Các luận điểm bảo vệ - Luận điểm thứ nhất: Kết hợp kỹ thuật “loại bỏ–tính toán–phục hồi” và phương pháp collocation bình phương nhỏ nhất là giải pháp phù hợp cho phép xác định dị thường độ cao từ các nguồn dữ liệu khác nhau của khu vực địa hình đặc trưng miền Trung Việt Nam. - Luận điểm thứ hai: Quy trình và module chương trình tính dị thường độ cao từ sự kết hợp các dữ liệu khác nhau cho phép nâng cao độ chính xác, mức độ tự động hóa và thuận lợi ứng dụng trong điều kiện thực tế ở Việt Nam. 7. Các điểm mới của luận án - Luận án đã nghiên cứu thiết lập được cơ sở khoa học xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp đa dạng các nguồn dữ liệu mặt đất và vệ tinh theo kỹ thuật “Loại bỏ – Tính toán – Phục hồi” và phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất một cách tường minh về mặt lý thuyết, kết quả thể hiện đúng đắn về thực nghiệm trong áp dụng với đặc điểm địa hình miền Trung Việt Nam. - Xây dựng được quy trình và module chương trình xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp các dữ liệu mặt đất và vệ tinh từ các nguồn dữ liệu hạn chế tại miền Trung Việt Nam. Quy trình được xây dựng chặt chẽ, sát với các quy định kỹ thuật, module được lập trình có
4 tính tự động hóa, tạo điều kiện thuận lợi cho việc ứng dụng các kết quả nghiên cứu trong thực tế công tác trắc địa ở Việt Nam. - Thực nghiệm xác định được dị thường độ cao trọng lực cho khu vực miền Trung Việt Nam, trên cơ sở kết hợp các dữ liệu mặt đất và vệ tinh, độ lệch chuẩn đạt ±0,078 m. Thành lập được bản đồ dị thường độ cao trọng lực cho khu vực thực nghiệm trong hệ quy chiếu và hệ tọa độ WGS84 quốc tế, là cơ sở cho việc có thể ứng dụng trong xác định độ cao chuẩn bằng công nghệ đo cao GNSS. 8. Cấu trúc và nội dung luận án Luận án gồm ba phần: mở đầu, 3 chương nội dung và kết luận. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH DỊ THƯỜNG ĐỘ CAO Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 1.1. Tổng quan về xác định dị thường độ cao trên thế giới Xác định dị thường độ cao và nghiên cứu xây dựng mô hình Geoid/Quasigeoid là một trong những nhiệm vụ quan trọng không chỉ đối với toàn cầu, khu vực mà đặc biệt quan trọng với mỗi quốc gia trên thế giới. Điển hình cho việc nghiên cứu xác định dị thường độ cao và xây dựng mô hình Geoid/Quasigeoid của các quốc gia trên thế giới được luận án tìm hiểu là xác định dị thường độ cao và xây dựng mô hình Quasigeoid của Slovakia, khu vực Châu Âu, Hoa Kỳ, Canada, Ba Lan, Uganda, Australia, New Zealand, Iran và xác định mô hình Geoid hỗn hợp của Đài Loan. Dựa trên cơ sở phân tích, đánh giá các nghiên cứu xác định dị thường độ cao, xây dựng mô hình Geoid/Quasigeoid của các quốc gia và khu vực trên thế giới, kết quả đã đạt được những thành tựu chính như sau: • Điểm nổi bật của tất cả các nước là đều có dữ liệu trọng lực mặt đất dày đặc và chi tiết với độ chính xác cao, mắt lưới được thực hiện với kích thước 1′ × 1′. Dữ liệu trọng lực vệ tinh từ các dự án CHAMP, GOCE và GRACE
5 được nhiều quốc gia sử dụng trong xây dựng mô hình Geoid/Quasigeoid. Dữ liệu trọng lực hàng không và dữ liệu trọng lực trên tàu cũng được sử dụng phục vụ cho việc xây dựng mô hình Geoid/Quasigeoid. • Việc xác định dị thường độ cao không thực hiện trực tiếp mà dựa trên dữ liệu dị thường trọng lực. Xác định dị thường độ cao có thể được thực hiện theo một trong các phương pháp RCR; công thức Stokes bình phương nhỏ nhất cải tiến kết hợp các số hiệu chỉnh (LSMSA) và phương pháp UNB của Trường Đại học kỹ thuật New Brunswick, Canada. • Các module trong bộ phần mềm GRAVSOFT được nhiều quốc gia sử dụng trong xác định dị thường độ cao, xây dựng mô hình Geoid/Quasigeoid. • Về dữ liệu tính toán gồm: dữ liệu trọng lực chi tiết đo mặt đất, trên biển thuộc phạm vi lãnh thổ, vùng ngoài lãnh thổ có thể sử dụng dữ liệu từ các mô hình trường trọng lực toàn cầu; mô hình số độ cao, mô hình số địa hình; mô hình thế trọng trường của các dự án đo trọng lực vệ tinh; mô hình thế trọng trường Trái Đất. Việc làm khớp và đánh giá kết quả đều dựa trên các điểm GNSS-Thủy chuẩn. • Hiện nay, việc xác định dị thường độ cao và xây dựng mô hình Geoid/Quasigeid với yêu cầu độ chính xác ngày càng cao đã và đang được thực hiện đối với nhiều quốc gia trên thế giới. Những nước đã có mô hình thì yêu cầu mô hình mới phải có độ chính xác cao hơn mô hình cũ. Độ chính xác mô hình Quasigeoid đạt được dưới 10 cm, với một số nước đã đạt dưới 2 cm. 1.2. Tổng quan về nghiên cứu xác định dị thường độ cao ở Việt Nam Ở Việt Nam, việc nghiên cứu xác định dị thường độ cao hay xây dựng mô hình Quasigeoid cho lãnh thổ cũng đã được nhiều tác giả nghiên cứu. Tuy nhiên nội dung nghiên cứu chủ yếu là thử nghiệm các mô hình thế trọng trường Trái Đất đã có cho phù hợp với lãnh thổ Việt Nam hoặc cải tiến mô hình thế trọng trường Trái Đất hiện có bằng cách hiệu chỉnh các giá trị hiện chỉnh vào các hệ số của mô hình. Các
6 công trình nghiên cứu cụ thể việc xây dựng mô hình hoàn thiện từ tổng hợp các nguồn dữ liệu còn hạn chế. Một vài công trình đã có ứng dụng kết quả từ các sản phẩm của các dự án đo Gradien trọng lực vệ tinh. Các công trình nghiên cứu nổi bật ở Việt Nam có thể kể đến: Xây dựng mô hình Geoid địa phương trên lãnh thổ Việt Nam của tác giả Lê Minh; Chính xác hóa dị thường độ cao EGM2008 dựa trên dữ liệu GNSS-Thủy Chuẩn của tác giả Nguyễn Duy Đô... Trên cơ sở phân tích, đánh giá các công trình nghiên cứu trong nước và các công trình trên thế giới trong xác định dị thường độ cao, xây dựng mô hình Quasigeoid, nhận thấy những vấn đề chính đang tồn tại ở Việt Nam: • Các nội dung nghiên cứu chủ yếu là thử nghiệm các mô hình thế trọng trường Trái Đất đã có cho phù hợp với lãnh thổ Việt Nam hoặc cải tiến mô hình thế trọng trường Trái Đất hiện có bằng cách hiệu chỉnh các giá trị hiện chỉnh vào các hệ số của mô hình. Các công trình về nghiên cứu xác định dị thường độ cao, xây dựng mô hình Quasigeoid trên cở sở kết hợp đầy đủ các loại dữ liệu mặt đất và vệ tinh hiện nay còn hạn chế. • Phương pháp và quy trình xác định dị thường độ cao, xây dựng mô hình Quasigeoid trên cơ sở kết hợp các dữ liệu mặt đất và vệ tinh phù hợp với điều kiện dữ liệu hiện có tại Việt Nam chưa hoàn thiện. Chưa có được bộ phần mềm riêng trong xác định dị thường độ cao từ các dữ liệu kết hợp. 1.3. Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu Từ vấn đề nghiên cứu tổng quan trên thế giới và ở Việt Nam, các vấn đề cần tập trung nghiên cứu trong luận án được xác định như sau: • Nghiên cứu phương pháp kết hợp các dữ liệu, bao gồm dị thường trọng lực mặt đất, dị thường trọng lực vệ tinh, dị thường trọng lực từ dự án đo cao vệ tinh, mô hình số địa hình, mô hình thế trọng trường Trái Đất, GNSS-Thủy chuẩn để xác định dị thường độ cao. Nghiên cứu tính các số hiệu chỉnh như: hiệu chỉnh ảnh hưởng của triều, hiệu
7 chỉnh ảnh hưởng của địa hình đến dữ liệu trọng lực trước khi đưa vào tính dị thường độ từ các dữ liệu kết hợp. Đề xuất việc thống nhất cơ sở toán học về hệ quy chiếu, hệ tọa độ và hệ triều cho các loại dữ liệu được thu thập từ các nguồn gốc khác nhau trong tính toán nội suy dị thường độ cao. Cơ sở phương pháp tính chuyển dị thường độ cao giữa hệ tọa độ VN-2000 và hệ tọa độ WGS84 quốc tế. Nghiên cứu ứng dụng phương pháp LSC, kỹ thuật RCR trong tính toán dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp nhiều loại dữ liệu. • Nghiên cứu ứng dụng phương pháp LSC, kỹ thuật RCR trong tính toán dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp nhiều loại dữ liệu. Xây dựng quy trình tính toán xác định dị thường độ cao từ dữ liệu kết hợp mặt đất và dữ liệu vệ tinh. • Thực nghiệm tính toán và đánh giá độ chính xác kết quả xác định dị thường độ cao cho khu vực miền Trung Việt Nam trên cơ sở kết hợp các dữ liệu mặt đất và vệ tinh. Thành lập được bản đồ dị thường độ cao trong hệ quy chiếu và hệ tọa độ WGS84 quốc tế, là cơ sở cho việc ứng dụng xác định độ cao chuẩn bằng công nghệ đo cao GNSS cho khu vực thực nghiệm. Kết luận chương 1 Trong chương 1, luận án đã nghiên cứu tìm hiểu tình hình xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp các dữ liệu mặt đất và vệ tinh ở Việt Nam và trên thế giới. Từ các vấn đề tìm hiểu, nghiên cứu, luận án xác định được độ chính xác đạt được của các mô hình Geoid/Quasigeoid của các quốc gia trên thế giới, các phương pháp và kỹ thuật hiện được các quốc gia sử dụng trong xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp các dữ liệu. Đồng thời, xác định được hiện trạng còn tồn tại ở Việt Nam, từ đó, xác định được các nội dung cần thực hiện nghiên cứu trong luận án.
8 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH DỊ THƯỜNG ĐỘ CAO TRÊN CƠ SỞ KẾT HỢP CÁC DỮ LIỆU MẶT ĐẤT VÀ VỆ TINH CHO KHU VỰC MIỀN TRUNG VIỆT NAM 2.1. Dị thường độ cao và các đại lượng liên quan 2.2. Các dữ liệu sử dụng để xác định dị thường độ cao 2.3. Nguyên tắc xử lý dữ liệu từ các nguồn khác nhau 2.4. Loại bỏ thành phần bước sóng dài từ mô hình thế trọng trường Trái Đất trong dữ liệu dị thường trọng lực và dữ liệu dị thường độ cao 2.5. Loại bỏ ảnh hưởng của địa hình trong dữ liệu dị thường trọng lực và dữ liệu dị thường độ cao theo phương pháp RTM 2.6. Tính phần dư dị thường độ cao từ dị thường phần dư trọng lực theo phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất 2.6.1. Cơ sở của phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất Như đã biết, trong kỹ thuật RCR, thế nhiễu T được chia thành ba phần: T = TGGM + TRTM + TRes (2.65) trong đó: TGGM là ảnh hưởng của mô hình trường trọng lực toàn cầu (Global Geopotential Model - GGM); TRTM là ảnh hưởng địa hình từ mô hình địa hình còn dư (RTM) [80] và TRes là trường trọng lực còn dư. Moritz (1980) [45], coi T là một hàm không gian, khi đó, một mô hình tuyến tính của các trị đo sẽ được thể hiện dưới dạng: yi =AiT X + Li ( T ) + ei (2.66) trong đó: yi là trị đo thứ i; X là vectơ các tham số; AiT là ma trận chuyển vị hàng thứ i của ma trận A liên quan đến X; Li là số hạng tự do của thế nhiễu T tương ứng với trị đo thứ yi, và ei là sai số trị đo [55]. Theo kỹ thuật RCR, mô hình tuyến tính của công thức (2.66) được biến đổi: δ yi =T X + Li ( Tres ) + ei Ai (2.67) trong đó: δyi là trị đo còn dư. Công thức (2.67) là công thức cơ bản của phương pháp LSC [35]. Biểu diễn dưới dạng ma trận, ta có: δ Y = + L( Tres ) + E AX (2.68)
9 trong đó: δ Y là vectơ của các trị đo còn dư; L là vec tơ của các hàm tuyến tính và E là vectơ các sai số trị đo. Biểu thị phương sai - hiệp phương sai giữa nhiễu ei và ej bằng σij và định nghĩa ma trận phương sai kích thước n×n là = {cov( Li ,L j ) + σ ij } , trong đó n là số trị đo, ước lược bình phương C nhỏ nhất của kết quả X được xác định theo công thức: X = ( AT C −1 A ) ( AT C −1δ Y ) −1 ˆ (2.69) ˆ Dựa trên quy trình LSC, Tres được xác định như Sadiq (2009) [55]: ˆ = C T C −1 δ Y − AT X T (P) res P ˆ ( ) (2.70) trong đó: CP là vec tơ thành phần của CPi. Dựa trên công thức (2.70) và công thức Bruns, sẽ ước lược được dị thường độ cao còn dư theo công thức: ˆ T (P) ˆ ζ res ( P ) = res (2.71) γ Để có được dị thường độ cao tổng hợp, thành phần dị thường độ cao do ảnh hưởng từ mô hình trường trọng lực toàn cầu ζGGM của bước sóng dài và do ảnh hưởng địa hình ζRTM của bước sóng ngắn, bước sóng trung phải được phục hồi lại: ˆ ˆ ζ = ζ GGM + ζ RTM + ζ res (2.72) 2.6.2. Xác định hiệp phương sai thực nghiệm Nếu mỗi đại lượng yi đại diện cho một khu vực nhỏ Ai và yj đại diện cho một khu vực Aj thì hiệp phương sai thực nghiệm được xác định theo công thức: Ck = ∑ Ai Aj yi y j (2.74) ∑ Ai Aj với ψij là khoảng cách cầu giữa hai đại lượng i và j, phải thỏa mãn điều kiện: ∆ψ ∆ψ ψ ij − < ψ ij < ψ ij + (2.75) 2 2 Nếu khu vực được chia thành các ô nhỏ, mỗi ô tương ứng một đại lượng, và Ai, Aj được giả thiết bằng nhau thì phương trình (2.76) được rút gọn thành:
10 Nk ∑y y i, j i j (2.76) Ck = Nk trong đó: Nk là tổng số các cặp điểm thỏa mãn điều kiện (2.75), là tổng các đại lượng. 2.6.3. Xác định hiệp phương sai lý thuyết Một trong những nhiệm vụ quan trọng của phương pháp LSC là phải xác định được đúng các tham số của hàm hiệp phương sai lý thuyết hay là quá trình làm khớp mô hình hiệp phương sai lý thuyết với các giá trị hiệp phương sai thực nghiệm (mục 2.6.2) sao cho độ lệch chuẩn của hai hàm là nhỏ nhất, trong đó các trị đo hiện có được sử dụng để mô hình hóa các đặc điểm cục bộ hoặc khu vực của trường trọng lực trong khu vực nghiên cứu. Trong tính toán thực dụng, hàm hiệp phương sai lý thuyết được xác định theo mô hình của Tscherning (1974) [37]: n +1 N  R2  = a ∑ (σ n )  E cov( TP ,TQ ) err 2  Pn (cosψ ) + r r  n=2  P Q  n +1 (2.94) N MAX A  RB2  ∑+1 ( n − 1 )( n − 2 )( n + 4 )  r r    Pn (cosψ ) n N =  P Q  Trong công thức (2.94), cov( P,Q ) là các giá trị hiệp phương sai thực nghiệm tương ứng giữa hai điểm P và Q; Pn (cosψ PQ ) là hàm đa thức Legendre ở mức n; ψ PQ là khoảng cách cầu giữa hai điểm P và Q; Nmax là mức và hạng tối đa của mô hình trọng trường Trái Đất được sử dụng; rP và rQ là bán kính từ tâm Trái Đất đến điểm P và điểm Q; σ nerr là sai số phương sai mức tương ứng của mô hình thế trọng trường. Các tham số cần phải xác định trong công thức (2.94) là: N là hệ số mức mở rộng của mô hình trọng trường Trái Đất được sử dụng; A là tham số tự do có đơn vị (10μms−2)2; RB bán kính cầu Bjerhammar (điều
11 kiện RB < RE). Vì các giá trị sai số phương sai mức của mô hình thế trọng trường Trái Đất phản ánh trên toàn cầu, do đó, khi thực hiện tính toán cho một khu vực hoặc phạm vi cục bộ, cần phải nhân các giá trị sai số phương sai mức với hệ số tỷ lệ a. Hệ số tỷ lệ này phải được xác định thông qua quá trình tính lặp. 2.6.4. Nội suy phần dư dị thường độ cao theo phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất 2.7. Phục hồi thành phần bước sóng dài từ mô hình thế trọng trường Trái Đất và thành phần bước sóng trung, bước sóng ngắn do ảnh hưởng của địa hình vào kết quả tính phần dư dị thường độ cao Các giá trị phần dư dị thường độ cao được nội suy từ dữ liệu kết hợp theo phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất đã được loại bỏ thành phần có bước sóng dài, thành phần bước sóng trung và thành phần bước sóng ngắn. Do đó, theo kỹ thuật RCR, ta phải thực hiện bước phục hồi lại thành phần của các bước sóng đã được loại bỏ cho giá trị phần dư dị thường độ cao nội suy. Dị thường độ cao được phục hồi theo công thức: ζ = ζ EIGEN −6C 4 + ζ RTM ζ Res + (2.130) trong đó: ζ - là dữ liệu phần dư dị thường độ cao được nội suy Res từ dữ liệu kết hợp bằng phương pháp LSC; ζ EIGEN − 6C 4 - dị thường độ cao của thành phần bước sóng dài từ mô hình EIGEN-6C4; ζ RTM - dị thường độ cao của thành phần có bước sóng ngắn do ảnh hưởng của địa hình theo RTM, là tổng của số hiệu chỉnh dị thường độ cao Faye của khối lượng địa hình lồi lõm và số hiệu chỉnh dị thường độ cao RTM của khối lượng vật chất địa hình giữa mặt địa hình thực và mặt địa hình trung bình. 2.8. Đánh giá độ chính xác xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp các dữ liệu
12 2.9. Xây dựng quy trình xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp các dữ liệu cho khu vực miền Trung Việt Nam Kết luận chương 2 Kết luận chương 2 Trong nội dung chương 2, luận án đã nghiên cứu phương pháp xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp các dữ liệu mặt đất và vệ tinh ở Việt Nam. Các nội dung được trình bày chi tiết, cơ sở khoa học chặt chẽ, cùng các công thức tường minh. Dựa trên cơ sở của phương pháp, luận án đã xây dựng được quy trình tính toán với cấu trúc quy trình
13 được thực hiện chặt chẽ. Đây chính là cơ sở cho việc thực nghiệm xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp các dữ liệu mặt đất và vệ tinh áp dụng cho khu vực miền Trung Việt Nam bằng kỹ thuật RCR, phương pháp LSC. Trong nội dung của chương, dựa trên kiến thức lý thuyết đã được tích lũy trong quá trình nghiên cứu, luận án đã lập trình được các module chương trình cải tiến có tính tự động hóa “Xác định phương sai mức”, “Xác định dị thường trọng lực và dị thường độ cao từ các hệ số hàm điều hòa cầu”, “Xác định ảnh hưởng của địa hình theo phương pháp RTM”, “Xác định hiệp phương sai thực nghiệm” và “Xác định hàm hiệp phương sai lý thuyết”. Việc xây dựng được sơ đồ quy trình và các module chương trình cải tiến đã giúp cho luận án hiểu sâu, nắm chắc được cơ sở lý thuyết cũng như ứng dụng cơ sở lý thuyết trong xác định dị thường độ cao bằng kỹ thuật RCR và phương pháp LSC. Các chương trình mới đã được kiểm chứng với chương trình gốc. Trong các nội dung thực nghiệm tính toán của luận án, ngoài module “GEOCOLˮ trong bộ phần mềm GRAVSOFT luận án phải sử dụng, các module chương trình còn lại được thực hiện bằng chính chương trình do nghiên cứu sinh tự lập trình. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH DỊ THƯỜNG ĐỘ CAO CHO KHU VỰC MIỀN TRUNG VIỆT NAM TRÊN CƠ SỞ KẾT HỢP CÁC DỮ LIỆU MẶT ĐẤT VÀ VỆ TINH 3.1. Khu vực thực nghiệm và dữ liệu sử dụng 3.1.1. Đặc điểm khu vực thực nghiệm Giới hạn khu vực thực nghiệm có vĩ độ từ 15° ÷ 20°B, kinh độ từ 104° ÷ 109°Đ, kích thước vùng tính 5° × 5°. Khu vực thực nghiệm có địa hình dạng hình tuyến, trải dọc từ Bắc xuống Nam. 3.1.2. Dữ liệu sử dụng Dữ liệu gồm: dữ liệu trọng lực, dữ liệu mô hình thế trọng trường Trái Đất, dữ liệu mô hình số địa hình độ phân giải cao và dữ liệu các điểm song trùng GNSS-Thủy chuẩn thuộc phạm vi khu vực tính. Dữ liệu dị thường trọng lực đất liền là dị thường trọng lực không khí tự do được cung cấp từ đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ, Bộ Giáo dục
14 và Đào tạo (mã số: B2021-MDA-06) gồm 9.897 điểm, dữ liệu trong hệ quy chiếu và hệ tọa độ WGS84 quốc tế, hệ triều hệ không phụ thuộc triều. Phạm vi Biển Đông là dữ liệu dị thường trọng lực không khí tự do được trích suất từ mô hình trường trọng lực toàn cầu độ phân giải cao DTU17GRA [60], gồm 1.034 điểm. Mô hình thế trọng trường Trái đất là mô hình EIGEN-6C4. Mô hình số địa hình là mô hình số kết hợp giữa mô hình số địa hình thuộc phần đất liền SRTM3arc_v4.1 độ phân giải cao 3ʺ × 3ʺ và mô hình số độ sâu GEBCO 2020 độ phân giải 15ʺ × 15ʺ được trích suất theo phạm vi thực nghiệm. Dữ liệu các điểm song trùng GNSS-Thủy chuẩn gồm 131 điểm song trùng cũng thuộc đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ. Các dữ liệu tính được quy chiếu thống nhất trong hệ tọa độ và hệ quy chiếu WGS84; hệ triều hệ không phụ thuộc triều (tide free), dữ liệu trọng lực thuộc dữ liệu dị thường trọng lực không khí tự do để đảm bảo thuận lợi trong khi tính toán và đánh giá độ chính xác của kết quả sau khi tính. Mặt khác, để đánh giá được quy trình được xây dựng là chặt chẽ và chính xác, luận án đã chia quy trình xây dựng thành ba phương án tính để thực hiện thực nghiệm. Mục đích là đánh giá được kết quả của các phương án kết hợp các dữ liệu trong xác định dị thường độ cao. Ba phương án thực nghiệm gồm: * Phương án 1: Sử dụng dữ liệu mô hình EIGEN-6C4 kết hợp dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn; * Phương án 2: Sử dụng dữ liệu dị thường trọng lực kết hợp dữ liệu mô hình EIGEN-6C4 và dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn; * Phương án 3: Sử dụng dữ liệu dị thường trọng lực kết hợp dữ liệu mô hình EIGEN-6C4, dữ liệu địa hình và dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn; 3.2. Xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp dữ liệu mô hình EIGEN-6C4 và dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn (PA1)
15 Mục đích là xác định dị thường độ cao từ mô hình EIGEN-6C4 kết hợp với dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn. Dị thường độ cao của khu vực thực nghiệm được tính từ mô hình EIGEN-6C4 sẽ được làm khớp với dữ liệu dị thường độ cao GNSS-Thủy chuẩn. Kết quả tính toán được đánh giá bằng cách so sánh với dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn không tham gia tính toán. 3.2.1. Các bước thực hiện PA1 Việc xác định dị thường độ cao và đánh giá độ chính xác được thực hiện theo các bước: 1. Tính toán - Sử dụng mô hình EIGEN-6C4 tính dị thường độ cao cho lưới (3ʹ × 3ʹ) trên phạm vi khu vực thực ngiệm và 101 điểm GNSS-Thủy chuẩn. - Xác định độ lệch hệ thống giữa kết quả tính và dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn. - Làm khớp GNSS-Thủy chuẩn với dị thường độ cao tính từ EIGEN-6C4. - Xác định dị thường độ cao từ dị thường độ cao EIGEN-6C4 và GNSS-Thủy chuẩn đã được làm khớp. 2. Đánh giá độ chính xác kết quả thực nghiệm dựa trên các điểm GNSS-Thủy chuẩn không tham gia tính. 3.2.2. Kết quả thực nghiệm PA1 Độ chính xác khi xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp dữ liệu mô hình EIGEN-6C4 và dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn theo PA1 đạt ±0,183 m. Vậy, khi xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp dữ liệu mô hình EIGEN-6C4 và dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn (PA1) so với việc đánh giá dị thường độ cao trực tiếp từ mô hình EIGEN-6C4 với dị
16 thường độ cao các điểm GNSS-Thủy chuẩn, độ chính xác đã được nâng lên, từ ±0,194 m lên ±0,183 m. 3.3. Xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp dữ liệu trọng lực, dữ liệu mô hình EIGEN-6C4 và dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn (PA2) Mục đích của nội dung là xác định dị thường độ cao từ dữ liệu dị thường trọng lực kết hợp với dữ liệu mô hình EIGEN-6C4 và dữ liệu dị thường độ cao GNSS-Thủy chuẩn. Dị thường trọng lực và dị thường độ cao GNSS-Thủy chuẩn được loại bỏ thành phần bước sóng dài từ mô hình EIGEN-6C4. Dữ liệu phần dư dị thường trọng lực kết hợp với phần dư dữ liệu dị thường độ cao GNSS-Thủy chuẩn được sử dụng để tính ra phần dư dị thường độ cao trọng lực theo phương pháp LSC. Kết quả tính toán được đánh giá bằng cách so sánh với dữ liệu dị thường độ cao GNSS-Thủy chuẩn không tham gia tính. 3.3.1. Các bước thực hiện PA2 Trong nội dung 3.3, việc xác định được thực hiện theo các bước sau: 1. Loại bỏ thành phần bước sóng dài từ mô hình EIGEN-6C4 cho dữ liệu dị thường trọng lực, dị thường độ cao GNSS-Thủy chuẩn. 2. Tính toán. a. Tính dị thường độ cao từ dữ liệu dị thường trọng lực đã loại bỏ thành phần bước sóng dài:
17 - Xác định các tham số số của hàm hiệp phương sai lý thuyết cho dữ liệu dị thường trọng lực còn dư. - Dựa trên bộ tham số tìm được, thực hiện tính dị thường độ cao cho tập dữ liệu điểm song trùng sử dụng để tham gia tính và dị thường độ cao cho lưới chi tiết. - Xác định độ lệch hệ thống giữa kết quả tính và dữ liệu gốc của các điểm GNSS-Thủy chuẩn tham gia tính. - Thực hiện hiệu chỉnh giá trị độ lệch hệ thống cho các điểm lưới dị thường độ cao trọng lực. b. Tính dị thường độ cao từ dữ liệu dị thường độ cao trọng lực đã hiệu chỉnh độ lệch hệ thống kết hợp dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn: - Xác định các tham số của hàm hiệp phương sai lý thuyết cho dữ liệu dị thường độ cao trọng lực đã hiệu chỉnh độ lệch hệ thống. - Dựa trên bộ tham số tìm được, thực hiện tính dị thường độ cao cho tập điểm GNSS-Thủy chuẩn được sử dụng để đánh giá và tính hiệu chỉnh lại cho lưới dị thường độ cao trọng lực trên cơ sở kết hợp dữ liệu dị thường độ cao đã hiệu chỉnh độ lệch hệ thống và dữ liệu tập dị thường độ cao GNSS-Thủy chuẩn tham gia tính. 3. Phục hồi thành phần bước sóng dài từ mô hình EIGEN-6C4 cho kết quả dị thường độ cao. 4. Đánh giá độ chính xác. 3.3.2. Kết quả thực nghiệm PA2 Kết quả xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp dữ liệu trọng lực, dữ liệu mô hình EIGEN-6C4 và dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn, độ chính xác đạt được là: ±0,092 m. Độ chính xác của PA2 cao hơn so với PA1, từ ±0,183 m lên ±0,096 m. Như vậy, khi thực hiện xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp dữ liệu trọng lực, dữ liệu mô hình EIGEN-6C4 và dữ liệu GNSS-
18 Thủy chuẩn sẽ cho kết quả tốt hơn khi chỉ kết hợp dữ liệu mô hình EIGEN-6C4 với dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn. 3.4. Xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp dữ liệu trọng lực, dữ liệu mô hình EIGEN-6C4, dữ liệu địa hình và dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn (PA3) Mục đích là xác định dị thường độ cao từ dữ liệu dị thường trọng lực kết hợp với dữ liệu mô hình EIGEN-6C4, dữ liệu địa hình và dữ liệu dị thường độ cao GNSS-Thủy chuẩn. Dị thường trọng lực và dị thường độ cao GNSS-Thủy chuẩn được loại bỏ thành phần bước sóng dài từ mô hình EIGEN-6C4, thành phần bước sóng ngắn, bước sóng trung do ảnh hưởng của địa hình còn lại là dữ liệu phần dư dị thường trọng lực và phần dư dị thường độ cao GNSS-Thủy chuẩn. Phần dư dữ liệu dị thường trọng lực kết hợp với phần dư dữ liệu dị thường độ cao GNSS-Thủy chuẩn được sử dụng để tính ra phần dư dị thường độ cao trọng lực theo phương pháp LSC. Kết quả tính toán được đánh giá bằng cách so sánh với dữ liệu dị thường độ cao GNSS-Thủy chuẩn không tham gia tính. Các bước tính toán được thực hiện theo PA3 là quy trình được luận án xây dựng. 3.4.1. Tính ảnh hưởng của địa hình theo phương pháp RTM 3.4.2. Thực nghiệm PA3 3.4.2.1. Loại bỏ