KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH DỊ THƯỜNG TRỌNG LỰC VÀ DỊ THƯỜNG ĐỘ CAO TỪ MÔ HÌNH GEOID TOÀN CẦU GO CONS EGM DIR 2I Ở VIỆT NAM T¹p chÝ KTKT Má §Þa chÊt, sè 424 2013, tr 83 87 TRẮC ĐỊA – ĐỊA CHÍNH – BẢN ĐỒ (trang 8.
Tạp chí KTKT Mỏ - Địa chất, số 42/4-2013, tr.83-87 TRẮC ĐỊA – ĐỊA CHÍNH – BẢN ĐỒ (trang 83-92) XÁC ĐỊNH DỊ THƯỜNG TRỌNG LỰC VÀ DỊ THƯỜNG ĐỘ CAO TỪ KẾT QUẢ CỦA VỆ TINH GRADIENT TRỌNG LỰC GOCE TẠI VIỆT NAM NGUYỄN VĂN SÁNG, Đại học Mỏ - Địa Chất Tóm tắt: Bài báo trình bày phương pháp xác định dị thường trọng lực dị thường độ cao từ kết vệ tinh trọng lực GOCE Theo phương pháp kết vệ tinh trọng lực GOCE sử dụng để tính hệ số điều hịa mơ hình trường trọng lực GO_CONS_EGM_DIR_2I Sau đó, dị thường trọng lực dị thường độ cao xác định từ hệ số điều hòa Kết xác định dị thường trọng lực dị thường độ cao lãnh thổ Việt Nam biểu diễn dạng lưới vng có kích thước 3’ x 3’ Dị thường độ cao so sánh với số liệu đo GPS – Thủy chuẩn 211 điểm Kết so sánh cho thấy dị thường độ cao tính từ kết vệ tinh gradient trọng lực GOCE đạt độ lệch chuẩn 0,328 m Đặt vấn đề kết vệ tinh gradient trọng lực GOCE Nghiên cứu hình dáng, kích thước lãnh thổ Việt Nam trọng trường Trái đất Vệ tinh gradient trọng lực GOCE mô nhiệm vụ quan trọng Trắc địa cao cấp Cùng hình geoid tồn cầu GO_CONS_EGM_DIR_2I với phát triển khoa học công nghệ, công Vệ tinh trọng lực GOCE (Gravity field nghệ đo đạc Trắc địa nói chung Trắc địa and steady-state Ocean Circulation cao cấp nói riêng có phát triển vượt Explorer) Cơ quan vũ trụ Châu âu – ESA bậc Từ chỗ đo trọng lực mặt đất, tàu (European Space Agency) phóng lên quĩ đạo biển, máy bay, đến có dự án ngày 17 tháng năm 2009 [5] Vệ tinh có chiều đo trọng lực gradient trọng lực từ vệ tinh: dài m, bay độ cao 250 km so với Mặt đất, ngày 15 tháng năm 2000, vệ tinh trọng lực góc nghiêng quĩ đạo 96,50, trọng lượng khoảng thuộc dự án CHAMP phóng lên qũy đạo 1000kg Vệ tinh trang bị cặp máy đo gia độ cao 454 km; ngày 17 tháng năm 2002 hai tốc trọng trường (gradiometer), bố trí vệ tinh trọng lực dự án GRACE phóng vng góc với đơi không lên quĩ đạo độ cao 500 km, hai vệ tinh bay gian, hai máy cặp cách 0,5 m cách khoảng 220 km, khoảng cách Bằng cách vệ tinh trọng lực GOCE chúng tốc độ thay đổi khoảng cách đo xác định đạo hàm bậc hai trọng liên tục với độ xác cao [2]; ngày 17 tháng trường Trên vệ tinh đặt máy thu GPS để năm 2009 vệ tinh gradient trọng lực dự án GOCE đưa lên quĩ đạo Các dự án xác định vị trí xác vệ tinh cách mạng nghiên cứu trường trọng lực không gian Nhiệm vụ đặt vệ tinh xác trái đất Các số liệu dự án cho phép định dị thường trọng lực với độ xác xác định nhanh, xác mơ hình trường trọng mgal, xác định geoid với độ xác 1-2 cm GO_CONS_EGM_DIR_2I kết sản lực toàn cầu thay đổi theo thời gian Ở Việt Nam chưa có nhiều cơng trình phẩm cấp vệ tinh gradient trọng lực nghiên cứu trị đo Vì vậy, việc GOCE, mơ hình geoid tồn cầu xây ứng dụng tiến khoa học vào Việt dựng sở sử dụng số liệu gradient Nam cần thiết Bài báo trình bày việc xác trọng lực vệ tinh GOCE giai đoạn từ 01-11định dị thường trọng lực dị thường độ cao từ 2009 đến 30-06-2010 Bậc lớn hàm 83 điều hịa 240 Mơ hình cơng bố ESA Các thông số mô hình: Hằng số trọng trường trái đất: GM = 0,3986004415E+15 m3/s2; Bán trục lớn ellipsoid trái đất: a = 0,6378136460E+07 m Các hệ số điều hịa trình bày tệp EGM_GOCE.txt bao gồm 29 161 dòng, dịng có thành phần (n, m, Cnm, Snm, σCnm, σSnm) có định dạng (2I5, 2D19.12, 2D11.8) Tính dị thường trọng lực dị thường độ cao lãnh thổ Việt Nam từ kết vệ tinh gradient trọng lực GOCE a – Dị thường trọng lực b – Dị thường độ cao Hình Dị thường trọng lực dị thường độ cao lãnh thổ Việt Nam tính từ kết vệ tinh gradient trọng lực GOCE Từ hệ số điều hòa, dị thường trọng lực dị thường độ cao lãnh thổ Việt Nam (vĩ độ: 08 ÷ 240, kinh độ: 1020 ÷ 1100) dạng lưới ô vuông 3’ x 3’ tính theo cơng thức (1), (2) [6] n n GM N a ∆g = ∑ ÷ (n − 1) ∑ ( cn , m cos mλ + sn ,m sin mλ ) Pn, m (sin ϕ ) , (1) r n = r m=0 N a n n ∑ ∑ ( cn , m cos mλ + sn , m sin mλ ) Pn , m (sin φ ) , n = r m = đó: GM - số trọng trường Trái đất; r - khoảng cách từ tâm trái đất đến điểm xét; a - bán trục lớn ellipsoid trái đất; φ , λ - tọa độ điểm xét; cn , m , sn , m - hệ số điều hòa cấp n, bậc m; N = GM γ r Pn ,m (sin φ ) - hàm Legendre chuẩn hóa, tính cơng thức [2]: 84 (2) 12 (n − m)!(2n + 1)k Pnm (sin φ ) = Pnm (sin φ ), (n + m)! m d Pnm (sin φ ) = (cos φ ) m [ Pn (sin φ )] , d (sin φ ) m Đa thức Legendre Pn (sin φ ) tính theo cơng thức: (3) (4) dn (sin φ − 1) n , (5) 2n n! d (sin φ ) n Kết tính dị thường trọng lực dị thường độ cao lãnh thổ Việt Nam trình bày hình với số liệu thống kê sau: Tổng số điểm tính 51 681 điểm; giá trị dị thường trọng lực lớn 48,5 mgal; giá trị dị thường trọng lực nhỏ -65,1 mgal; giá trị dị thường độ cao lớn 15,649 m; giá trị dị thường độ cao nhỏ -17,111 m So sánh dị thường độ cao tính từ kết vệ tinh gradient trọng lực GOCE với kết đo GPS-thủy chuẩn Dị thường độ cao từ kết vệ tinh gradient trọng lực GOCE so sánh với kết đo GPS-thủy chuẩn 211 điểm phân bố khắp lãnh thổ Việt Nam (hình 2) [1] Các điểm đo trước năm 1999 phục vụ công tác xây dựng hệ tọa độ VN2000 có độ xác tương đương thủy chuẩn hạng IV trở lên Kết so sánh nhận trình bày bảng Pn (sin φ ) = Hình Sơ đồ phân bố 211 điểm đo GPS-thủy chuẩn 85 Bảng Tóm tắt kết so sánh dị thường độ cao tính từ kết vệ tinh gradient trọng lực GOCE, mơ hình EGM2008 với số liệu đo GPS – thủy chuẩn Stt Các tiêu so sánh GOCE EGM2008 Độ lệch trung bình δNtb (m) 0,441 0,551 ±0,328 ±0,371 Độ lệch tiêu chuẩn σ δN (m) đó: δN = NGPS-tc – Nmh , δN tb n = ∑δN i n i =1 σδN = (6) , (7) n (δN i − δN tb ) , ∑ n − i =1 (8) Nmh - dị thường độ cao tính từ mơ hình geoid; NGPS-tc – dị thường độ cao tính từ số liệu đo GPS thủy chuẩn Hình Tần suất xuất hiệu dị thường độ cao, khoảng chia 0,5 m Trên hình 3, biểu diễn biểu đồ số lần xuất độ lệch dị thường độ cao với khoảng chia 0,5 m Từ hình vẽ ta có nhận xét: độ lệch dị thường độ cao có đồ thị tuân theo luật phân bố chuẩn, nhiên đỉnh đồ thị lệch khỏi trục tung cịn có sai số hệ thống độ lệch Từ kết so sánh bảng hình nhận thấy độ lệch tiêu chuẩn nhỏ (±0,328 m) chứng tỏ bề mặt geoid GO_CONS_EGM_DIR_2I phù hợp với lãnh thổ Việt Nam, nhiên độ lệch trung bình có giá trị tuyệt đối lớn, đỉnh đồ thị lệch khỏi trục tung chứng tỏ dị thường độ cao tính từ kết vệ tinh gradient trọng lực GOCE số liệu đo GPS-thủy chuẩn chứa sai số hệ thống Sai số hệ thống mặt thủy chuẩn gốc quốc gia Hịn Dấu – Hải Phịng 86 mang tính cục khơng trùng với Geoid tồn cầu Dị thường độ cao tính từ mơ hình EGM2008 [4] so sánh với dị thường độ cao GPS - thủy chuẩn 211 điểm Các kết so sánh tương ứng trình bày bảng Từ hai kết so sánh thấy rằng: - Giữa dị thường độ cao tính từ mơ hình geoid EGM2008 số liệu đo GPS - thủy chuẩn chứa sai số hệ thống cịn lớn so với mơ hình GO_CONS_EGM_DIR_2I thể sai số trung bình tương ứng 0,551m 0,441m - Mơ hình GO_CONS_EGM_DIR_2I tính đến cấp bậc 240 nhiên độ lệch tiêu chuẩn nhỏ so với mơ hình EGM2008 chứng tỏ mơ hình GO_CONS_EGM_DIR_2I phù hợp với lãnh thổ Việt Nam mơ hình EGM2008 tính đến cấp bậc 2160 Mức độ phù hợp tăng thêm tương lai, số cấp bậc hàm điều hịa mơ hình xác định từ số liệu vệ tinh gradient trọng lực GOCE tăng lên Kết luận Kết vệ tinh trọng lực GOCE phù hợp với lãnh thổ Việt Nam thể độ lệch chuẩn hiệu dị thường độ cao tính từ mơ hình GO_CONS_EGM_DIR_2I so với số liệu đo GPS - thủy chuẩn nhỏ, nhiên chứa sai số hệ thống thể độ lệch trung bình lớn Mơ hình GO_CONS_EGM_DIR_2I phù hợp tốt mơ hình EGM 2008 lãnh thổ Việt Nam thể độ lệch chuẩn độ lệch trung bình hiệu dị thường độ cao so với kết đo GPS - thủy chuẩn nhỏ Mơ hình GO_CONS_EGM_DIR_2I tính đến cấp bậc 240 hàm điều hòa, tương lai, mơ hình geoid xác định từ số liệu vệ tinh gradient trọng lực GOCE có số cấp bậc hàm điều hòa tăng lên phù hợp lãnh thổ Việt Nam, vậy, cần tiếp tục cập nhật, nghiên cứu ứng dụng mơ hình vào Việt Nam Cần tiếp tục đánh giá độ xác dị thường trọng lực tính từ kết vệ tinh gradient trọng lực GOCE theo số liệu đo trọng lực trực tiếp lãnh thổ Việt Nam, độ xác đạt cao độ xác dị thường trọng lực tính từ mơ hình EGM2008 sử dụng số liệu khu vực chưa có điều kiện đo trọng lực lãnh thổ nước Lào, Campuchia, Trung Quốc khu vực giáp biên với nước ta, toán xây dựng mơ hình geoid độ xác cao Việt Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Minh, 2005 Xây dựng sở liệu trường trọng lực toàn cầu, thiết lập mơ hình geoid độ xác cao lãnh thổ Việt Nam phục vụ nghiên cứu hoạt động Trái đất đổi công nghệ đo độ cao hệ thống định vị toàn cầu Báo cáo tổng kết khoa học kỹ thuật Hà Nội.174 tr [2] Bernhard Hofmann-Wellendof, Helmut Moritz, 2005 Physical Geodesy SpringerWien NewYork [3] Bruinsma S.L., Marty J.C., Balmino G., Biancale R., Foerste C., Abrikosov O and Neumayer H, 2010 GOCE Gravity Field Recovery by Means of the Direct Numerical Method, presented at the ESA Living Planet Symposium, 27th June - 2nd July 2010, Bergen, Norway [4] http://earthinfo.nga.mil/GandG/wgs84/gravitymod/egm2008/index.html [5] http://www.esa.int/SPECIALS/GOCE/index html [6] NIMA Department of Defense World Geodetic System 1984 National Imagery and Mapping Agency, American 2000 SUMMARY Determination of gravity anomaly and height anomalies from results of the GOCE satellite gravity gradiometry in the Vietnam Nguyen Van Sang, University of Mining anh Geology This paper presents the method of determination of gravity anomalies and height anomalies from the results of the GOCE satellite gravity gradiometry The results of the GOCE gravity gradiometry are used to calculate the harmonic coefficients of the gravity model GO_CONS_EGM_DIR_2I Then gravity anomalies and height anomalies are calculated from these coefficients The experimental results in Vietnam are represented in the form of the grid 3' x 3' This height anomalies are also compared to GPS leveling measurements at the 211 points The comparing results show that height anomalies computed from the results of the GOCE satellite gravity gradiometry has standard deviation of 0.328 m 87 ... có định dạng (2I5, 2D19.12, 2D11.8) Tính dị thường trọng lực dị thường độ cao lãnh thổ Việt Nam từ kết vệ tinh gradient trọng lực GOCE a – Dị thường trọng lực b – Dị thường độ cao Hình Dị thường. .. thường trọng lực dị thường độ cao lãnh thổ Việt Nam tính từ kết vệ tinh gradient trọng lực GOCE Từ hệ số điều hòa, dị thường trọng lực dị thường độ cao lãnh thổ Việt Nam (vĩ độ: 08 ÷ 240, kinh độ: ... mơ hình vào Việt Nam Cần tiếp tục đánh giá độ xác dị thường trọng lực tính từ kết vệ tinh gradient trọng lực GOCE theo số liệu đo trọng lực trực tiếp lãnh thổ Việt Nam, độ xác đạt cao độ xác dị