Nghiên cứu cơ sở lý thuyết cho việc hiện đại hóa lưới khống chế trắc địa quốc gia ở Việt Nam bằng hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu GNSS

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết cho việc hiện đại hóa lưới khống chế trắc địa quốc gia ở Việt Nam bằng hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu GNSS

BÙI THỊ HỒNG THẮM

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHO VIỆC HIỆN ĐẠI HÓA LƯỚI KHỐNG CHẾ TRẮC ĐỊA QUỐC GIA Ở VIỆT NAM BẰNG HỆ THỐNG VỆ TINH DẪN ĐƯỜNG TOÀN CẦU GNSS

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2014

BÙI THỊ HỒNG THẮM

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHO VIỆC HIỆN ĐẠI HÓA LƯỚI KHỐNG CHẾ TRẮC ĐỊA QUỐC GIA Ở VIỆT NAM BẰNG HỆ THỐNG VỆ TINH DẪN ĐƯỜNG TOÀN CẦU GNSS

NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA – BẢN ĐỒ

MÃ SỐ : 62520503

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1 - GS.TSKH ĐẶNG HÙNG VÕ

2 - TS VŨ VĂN TRÍ

HÀ NỘI - 2014

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu “Nghiên cứu cơ sở lý thuyết cho việc hiện đại hóa lưới khống chế trắc địa quốc gia ở Việt Nam bằng hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu GNSS” là của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong

luận án là trung thực, chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng năm 2014

TÁC GIẢ LUẬN ÁN

Bùi Thị Hồng Thắm

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN……… i

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT, KÝ HIỆU TIẾNG ANH………… iv

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU……… viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ……… ix

MỞ ĐẦU……… 1

Chương 1 ĐÁNH GIÁ TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GNSS TRONG VIỆC XÂY DỰNG HỆ THỐNG LƯỚI TỌA ĐỘ……… 9

1.1 Ứng dụng công nghệ GNSS trong việc xây dựng lưới trắc địa trên thế giới 9 1.1.1 Xây dựng lưới tọa độ thay thế các dạng lưới truyền thống đo góc, cạnh 9 1.1.2 Xây dựng lưới tọa độ mang tính toàn cầu……… 16

1.1.3 Hệ quy chiếu trắc địa……… 17

1.1.4 Hoạt động của tổ chức IGS……… 19

1.1.5 Dự báo sự phát triển tương lai……… 21

1.2 Ứng dụng công nghệ GNSS vào xây dựng lưới trắc địa ở Việt Nam…… 23

1.2.1 Giai đoạn ứng dụng công nghệ GNSS vào hoàn thiện lưới tọa độ quốc gia (1991 - 1994) ……… 23

1.2.2 Giai đoạn ứng dụng công nghệ GNSS xây dựng lưới cấp "0", tính toán bình sai lưới trắc địa hỗn hợp và xây dựng hệ quy chiếu tọa độ quốc gia (1995 - 2000) ……… 24

1.2.3 Những ứng dụng công nghệ GNSS trong giai đoạn 2001 - 2008…… 25

1.2.4 Những dự tính hiện đại hóa lưới tọa độ trắc địa quốc gia trong giai đoạn sau 2009……… 27

Chương 2 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GNSS NHẰM THAY ĐỔI HỆ THỐNG LƯỚI TỌA ĐỘ QUỐC GIA Ở VIỆT NAM 29 2.1 Những vấn đề chung……… 29

2.1.1 Sự thay đổi quan niệm về hình thái, cấu trúc, độ chính xác lưới khống chế tọa độ kể từ khi có công nghệ GNSS……… 29

2.1.2 Phương pháp xây dựng lưới GNSS CORS đóng vai lưới tọa độ trắc địa cơ bản trên thế giới và khu vực Đông Nam Á……… 37

2.1.3 Một số đặc điểm khi xây dựng lưới GNSS CORS……… 40

2.2 Khả năng thay đổi lưới khống chế tọa độ ở Việt Nam theo phương thức xây dựng lưới GNSS CORS……… 43

2.3 Xây dựng lưới GNSS CORS trong hoàn cảnh Việt Nam……… 49

2.3.1 Ý tưởng về các loại (tier) lưới GNSS CORS quốc gia, cấu trúc, mật độ điểm và độ chính xác……… 49

2.3.2 Nguyên tắc về tổ chức xây dựng và vận hành lưới GNSS CORS…… 62

Chương 3 LƯỚI TỌA ĐỘ QUỐC GIA PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU CHUYỂN DỊCH HIỆN ĐẠI VỎ TRÁI ĐẤT……… 78

3.1 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của việc nghiên cứu chuyển dịch hiện đại vỏ Trái đất trên phạm vi liên lục địa và toàn cầu……… 78

3.1.1 Trong lĩnh vực địa chất……… 78

3.1.2 Phòng ngừa thiệt hại của tai biến địa chất……… 80

3.1.3 Cơ sở để hình thành khái niệm trắc địa động……… 82

3.2 Lưới quan trắc chuyển dịch hiện đại vỏ Trái đất và những thành tựu đạt được khi áp dụng công nghệ GNSS……… 84

3.2.1 Lưới quan trắc chuyển dịch hiện đại vỏ Trái đất……… 84

3.2.2 Những thành tựu đạt được……… 85

3.3 Vấn đề quan trắc chuyển dịch hiện đại vỏ Trái đất ở Việt Nam………… 88

3.3.1 Những dự án, đề tài đã thực hiện……… 88

3.3.2 Lưới tọa độ quốc gia Việt Nam phục vụ nghiên cứu chuyển dịch hiện đại vỏ Trái đất……… 91

3.4 Bình sai lưới DGPS/CORS trên hệ quy chiếu quốc tế……… 92

3.4.1 Số liệu đo……… 93

3.4.2 Khai thác số liệu và dữ liệu hỗ trợ quốc tế……… 94

3.4.3 Phần mềm xử lý……… 99

3.4.4 Các bước thực hiện……… 100

Chương 4 XÂY DỰNG HỆ QUY CHIẾU TỌA ĐỘ QUỐC GIA THEO QUAN ĐIỂM HỆ QUY CHIẾU ĐỘNG……… 103

4.1 Quá trình hình thành hệ quy chiếu trắc địa động trên thế giới……… 103

4.1.1 Quá trình hình thành và phát triển của IERS và ITRF……… 103

4.1.2 Vấn đề kết nối hệ quy chiếu quốc gia và hệ quy chiếu động quốc tế 106 4.2 Sự cần thiết của việc xây dựng hệ quy chiếu động ở Việt Nam………… 106

4.2.1 Khái quát về hệ quy chiếu tọa độ quốc gia VN - 2000……… 106

4.2.2 Sự cần thiết của việc xây dựng hệ quy chiếu động ở Việt Nam…… 109

4.3 Xây dựng hệ quy chiếu động ở Việt Nam……… 112

4.4 Phương án sử dụng hệ quy chiếu trắc địa động trong thực tế……… 113

4.4.1 Hệ thống công thức chuyển đổi……… 115

4.4.2 Xây dựng quy trình tính chuyển tọa độ và vận tốc của các điểm GNSS giữa hai hệ tọa độ động……… 119

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……… 131

CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ……… 133

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 135

PHỤ LỤC……….……… 143

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT, KÝ HIỆU TIẾNG ANH

AFREF - African Geodetic Reference

Frame

Khung quy chiếu trắc địa Châu Phi

ALSE - Advanced Land systems and

Lưới GPS khu vực nước Australia

ARP - Antenna Reference Point Điểm tham chiếu/quy chiếu ăng ten ASCII - American Standard Code for

Information Interchange

Chuẩn mã trao đổi thông tin của Mỹ

ASL - Absolute Sea Level Mực nước biển tuyệt đối

BIH - Bureau International de l'Heure Văn phòng quốc tế về giờ

CCRS - Conventional Celestial

Reference System

Hệ quy chiếu thiên thể quy ước

CGCS2000 - China Geodetic Coordinate

System 2000

Hệ thống tọa độ trắc địa của Trung Quốc 2000

CIS - Conventional Inertial System Hệ quy chiếu quán tính quy ước

CORS - Continuously Operating

Hệ quy chiếu mặt đất quy ước

CTS - Coordinated Terrestrial System Hệ tọa độ mặt đất quy ước

DGPS - Differential GPS GPS vi phân

DoD - Department of Defense Bộ Quốc phòng Mỹ

Doppler Geodetic Network Lưới trắc địa Doppler

EGM - Earth Gravitational Model Mô hình trọng trường Trái đất

EGNOS - European Geostationary

Navigation Overlay System

Hệ thống vệ tinh địa tĩnh dẫn đường của Châu Âu

EOP - Earth Orientation Parameters Các tham số định hướng Trái đất EPN - EUREF Permanent Network Mạng lưới cố định ở Châu Âu

ETRS89 - European Terrestrial

Reference System 89

Hệ thống quy chiếu Trái đất Châu Âu

89 EUPOS - European Position Hệ thống xác định vị trí của Châu Âu

Determination System

FKP - Flächen Korrektur Parameter

(Area Correction Parameters)

Công nghệ hiệu chỉnh các tham số khu vực

GBAS - Ground Based Augmenttation

System

Hệ thống tăng cường mặt đất

GEODYSSEA - Geodynamics of South

Dự án quan trắc dịch chuyển khu vực Nam Á và Đông Nam Á

GGOS - Global Geodetic Observing

System

Hệ thống quan trắc trắc địa toàn cầu

GNSS - Global Navigation Satellite

System

Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu

GPRS - General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp

GPS - Global Positioning System Hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu của

Mỹ GRS - Geodetic Reference System Hệ quy chiếu trắc địa

IAG - International Association of

Geodesy

Hiệp hội Trắc địa quốc tế

IAU - International Astronomical Union Liên đoàn Thiên văn quốc tế

ICRS - International Celestial Reference

System

Hệ quy chiếu sao quốc tế

IERS - International Earth Rotation and

Reference Systems Service

Cơ quan quốc tế về dịch vụ chuyển động quay của Trái đất và hệ quy chiếu

IERS - International Earth Rotation

Service

Cơ quan quốc tế về dịch vụ chuyển động quay của Trái đất

IGS - International GNSS Service Dịch vụ hệ thống vệ tinh dẫn đường

toàn cầu quốc tế IPMS - International Polar Motion

Khung quy chiếu Trái đất quốc tế

ITRS - International Terrestrial

Reference System

Hệ quy chiếu Trái đất quốc tế

IUGG - International Union of Geodesy

and Geophysics

Liên đoàn Trắc địa và Địa vật lý quốc

tế LIS - Land Information System Hệ thống thông tin đất đai

MSAS - Multi functional Satellite

Augmentation System

Hệ thống tăng cường vệ tinh đa chức năng

MSL - Mean sea level Mực nước biển trung bình

NCRIS - AuScope National

Collaborative Research Infrastructure

Strategy

Chiến lược hợp tác nghiên cứu cơ sở

hạ tầng quốc gia ở Australia

NNR - No Net Rotation Quay không liên kết

NRTK - Network Real Time Kinematic Lưới đo động thời gian thực

PDOP - Positional Dilution of Precision Suy giảm độ chính xác định vị

PP - Post Processing Xử lý sau

PPP - Precise Point Positioning Định vị điểm chính xác

PS - Permanent station Trạm cố định

PSMSL - Permanent Service for Mean

Sea Level

Tổ chức dịch vụ thường xuyên về mực nước biển trung bình

PZ90 - Parametry Zemli 1990 các tham số của Trái đất năm 1990

RF - Reference frame Khung quy chiếu

RFI - Radio Frequency Interference Giao thoa tần số sóng vô tuyến

RINEX - Receiver INdependent

Hệ thống vệ tinh dẫn đường khu vực

RS - Reference system Hệ quy chiếu

RSL - Relative Sea Level Mực nước biển tương đối

RTK - Real Time Kinematic Đo động thời gian thực

SBAS - Satellite Based Augmenttation

System

Hệ thống tăng cường vệ tinh

SGS 85 Soviet Geodetic System 1985 Hệ thống trắc địa Soviet 1985

SLR - Satellite Laser Ranging Đo laser đến vệ tinh

SGN - Spatial Geodetic Network Lưới trắc địa không gian

TG - Tide gauges Trạm nghiệm triều

TGBM - Tide gauge benchmark Mốc độ cao nghiệm triều

The Concept of No - Network Geodesy Khái niệm trắc địa không lưới

VLBI - Very Long Baseline

Interferometry

Giao thoa đường đáy dài

VRS - Virtual Reference Station (Công nghệ) trạm tham chiếu/quy

chiếu ảo WAAS - Wide Area Augmentation

System

Hệ thống tăng cường diện rộng

WADGPS - Wide Area DGPS Phương pháp vi phân diện rộng

WGS - World Geodetic System Hệ thống trắc địa toàn cầu

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Đặc điểm công nghệ truyền thống và công nghệ GNSS 12

Bảng 2.1 Lưới sử dụng công nghệ VRS ở một số quốc gia 33

Bảng 2.2 Lưới GNSS CORS ở một số nước trên thế giới 40

Bảng 2.3 Số lượng điểm GNSS CORS ở Việt Nam 45

Bảng 2.4 Nhiệm vụ và độ chính xác yêu cầu của lưới GNSS CORS quốc gia 50Bảng 2.5 Đề xuất số lượng trạm GNSS CORS 53

Bảng 2.6 Thông số kỹ thuật điển hình của trạm GNSS CORS phục vụ cho mục đích trắc địa 66

Bảng 2.7 Các thông số kỹ thuật về chất lượng ăng ten của trạm geodetic CORS 68Bảng 2.8 Các thông số kỹ thuật về cáp ăng ten GNSS 69

Bảng 2.9 Tóm tắt các đặc điểm kỹ thuật của các loại trạm GNSS CORS 73

Bảng 3.1 Tổng hợp số liệu đo 93

Bảng 3.2 Sai số cạnh do ảnh hưởng sai số quỹ đạo vệ tinh 96

Bảng 3.3 Tọa độ của các điểm 100

Bảng 3.4 Vận tốc chuyển dịch tuyệt đối của các điểm DGPS/CORS 100

Bảng 4.1 Các tham số chuyển đổi từ ITRF08 sang các ITRF khác 105

Bảng 4.2 Giá trị độ lệch vận tốc chuyển dịch giữa các khối kiến tạo 111

Bảng 4.3 Tọa độ của các điểm IGS trong ITRF05 tại thời điểm 1/1/2000 119

Bảng 4.4 Tọa độ của các điểm IGS trong ITRF08 tại thời điểm 1/1/2005 119

Bảng 4.5 Vận tốc của các điểm IGS trong ITRF05 119

Bảng 4.6 Vận tốc của các điểm IGS trong ITRF08 119

Bảng 4.7 Các tham số chuyển đổi từ ITRF05 sang các ITRF08 120

Bảng 4.8 Sự sai khác về tọa độ của các điểm IGS 120

Bảng 4.9 Sự sai khác về vận tốc của các điểm IGS 120

Bảng 4.10 Tọa độ của các điểm GNSS 123

Bảng 4.11 Vận tốc chuyển dịch tuyệt đối trong ITRF00 123

Bảng 4.12 Tọa độ của các điểm trong lưới PCGIAP 124

Bảng 4.13 Vận tốc chuyển dịch tuyệt đối trong ITRF05 125

Bảng 4.14 Tọa độ của các điểm 125

Bảng 4.15 Vận tốc chuyển dịch tuyệt đối trong ITRF05 125

Bảng 4.16 Vận tốc chuyển dịch tuyệt đối trong ITRF05 126

Bảng 4.17 Tọa độ của các điểm 126

Bảng 4.18 Vận tốc chuyển dịch tuyệt đối trong ITRF94 126

Bảng 4.19 Tọa độ của các điểm GNSS trong ITRF08 tại thời điểm 18/7/2012 126Bảng 4.20 Vận tốc chuyển dịch tuyệt đối của các điểm GNSS trong ITRF08 128

Hình 2.4 Đồ hình lý tưởng bố trí các điểm trạm GNSS CORS 44

Hình 2.5 Tính số lượng điểm khống chế trên một đơn vị diện tích 45

Hình 2.6 Các vùng biển theo Luật biển quốc tế 54

Hình 2.7 Trạm DGPS với độ phủ sóng 750 km 55

Hình 2.8 Sơ đồ các khối kiến tạo lãnh thổ Việt Nam 57

Hình 2.9 Các trạm GNSS 59

Hình 2.10 Các trạm nghiệm triều và điểm trọng lực 60

Hình 2.11 Lưới GNSS CORS ở Việt Nam 61

Hình 3.1 Các mảng kiến tạo trên thế giới 79

Hình 3.2 Sơ đồ véc tơ chuyển dịch mảng theo mô hình NNR - NUVEL - 1A 79Hình 3.3 Sơ đồ các trạm đo GNSS và trạm nghiệm triều 82

Hình 3.4 Sơ đồ các véc tơ vận tốc chuyển dịch 89

Hình 3.5 Sơ đồ véc tơ vận tốc chuyển dịch trong ITRF00 89

Hình 3.6 Véc tơ vận tốc chuyển dịch tương đối giữa hai cánh đứt gãy Lai Châu - Điện Biên 90

Hình 3.7 Các tầng khí quyển 96

Hình 3.8 Sơ đồ phân loại độ trễ khí quyển 98

Hình 3.9 Sơ đồ các vec tơ vận tốc chuyển dịch của các điểm DGPS/CORS 101Hình 4.1 Chuyển đổi giữa 2 khung quy chiếu 116

Hình 4.2 Quy trình tính chuyển tọa độ từ ITRF(1) tại thời điểm t0 sang ITRF(2) tại thời điểm t 121

Hình 4.3 Quy trình tính chuyển vận tốc từ ITRF(1) sang ITRF(2) 122

Hình 4.4 Sơ đồ vận tốc chuyển dịch của các điểm GNSS 130

MỞ ĐẦU

Xã hội loài người kể từ khi bắt đầu phát triển, việc xác định vị trí đã trở thành một nhu cầu cấp thiết, hoạt động của con người càng rộng thì nhu cầu này càng lớn Đây cũng là nhu cầu chính của quá trình hình thành nên ngành trắc địa và bản đồ Con người cần xác định vị trí của mình, của địa hình, địa vật để ghi nhận trên bản đồ Trước hết là để đáp ứng nhu cầu nhận thức tự nhiên và sau đó là nhu cầu tác động vào thiên nhiên để phục vụ cho con người

Bài toán xác định vị trí đã trở thành bài toán trung tâm của quá trình phát triển ngành trắc địa và bản đồ Từ những phương tiện đo đạc thô sơ nhất như sào, thước dây, con người đã tạo nên những máy đo góc, đo cạnh độ chính xác cao cũng chỉ để giải quyết bài toán xác định vị trí Bài toán xác định vị trí được giải quyết dựa trên nguyên tắc tìm vị trí tương đối của một vật so với một vị trí được chọn làm gốc Trên phạm vi rộng hơn quá xa vị trí được chọn làm gốc thì việc xác định vị trí trở nên khó khăn hơn rất nhiều Người ta đã phải lựa chọn giải pháp là tìm các vị trí gốc mới sao cho biết được vị trí tương đối của chúng so với vị trí được chọn làm gốc trước đây Đồng thời, người ta đã phải tìm cách thể hiện vị trí trong một hệ thống tọa độ chung thống nhất Các vị trí được chọn làm gốc ban đầu và các vị trí được chọn làm gốc mới sau này gắn với một hệ thống tọa độ nhất định đã từng bước hình thành khái niệm lưới trắc địa và hệ thống quy chiếu tọa độ trắc địa Nói cách khác, lưới trắc địa và hệ thống quy chiếu tọa độ trắc địa cũng chỉ là những giải pháp

để thỏa mãn nhu cầu xác định vị trí của con người khi phạm vi hoạt động ngày càng rộng và nhu cầu chính xác ngày càng cao

Các hình thức lưới trắc địa được hình thành dựa trên quá trình phát triển các công cụ, máy móc đo đạc Khi có máy kinh vỹ để đo góc thì người ta đã tạo lập hình thức lưới tam giác đo góc Khi có máy đo cạnh thì người ta đã tạo lập hình thức lưới tam giác đo cạnh hoặc kết hợp với máy kinh vỹ để tạo lập lưới đa giác đo

cả góc và cạnh Các hình thức lưới như vậy được con người sử dụng trong suốt quá trình phát triển đã qua, được tổ chức dưới dạng lưới trắc địa trên phạm vi một quốc gia hoặc liên kết nhiều quốc gia trên phạm vi một châu lục Hình thức lưới trắc địa nhiều cấp gắn với hệ thống điểm trắc địa dầy đặc xác định bằng các mốc kiên cố trên mặt đất đã trở thành một giải pháp truyền thống, quy định bằng một hệ thống quy trình, quy phạm khá chuẩn mực Đối với mỗi quốc gia, người ta có một hệ quy

chiếu tọa độ thống nhất Hệ quy chiếu tọa độ với các hình thức lưới trắc địa như vậy cũng đã với tới tầm châu lục hoặc liên lục địa

Kể từ khi con người bắt đầu có thành tựu trong sự nghiệp chinh phục vũ trụ, ngành trắc địa đã có hy vọng tạo ra công nghệ đo đạc mới, loại hình lưới trắc địa mới nhờ các vệ tinh nhân tạo Bắt đầu bằng các phương pháp quan trắc quang học tới các vệ tinh, các thử nghiệm tiếp theo với công nghệ đo laser tới vệ tinh, rồi công nghệ sử dụng hiệu ứng doppler từ vệ tinh Đến thập kỷ 80 của thế kỷ trước, công nghệ định vị toàn cầu GPS của Mỹ đã mang lại thành quả định vị vượt quá sự mong đợi của con người Khoảng cách đo được giữa các điểm trên mặt đất rất xa (vài nghìn kilômét), thời gian đo tối thiểu không nhiều (khoảng 3 giờ), đo được trong mọi thời tiết, thiết bị đo khá nhẹ (khoảng hai tới ba cân), giá thành không cao (khoảng trên 10.000 USD), độ chính xác kết quả đo rất cao (cỡ cm tới mm) và đo được cả các đối tượng động Những thành tựu công nghệ định vị mới này đã cho phép con người nghĩ tới các hình thức lưới trắc địa đơn giản hơn, mật độ thưa hơn, tầm với xa hơn và thi công nhanh hơn Các lưới trắc địa toàn cầu và hệ quy chiếu tọa độ toàn cầu được hình thành Từ đó, nhiều nước có tiềm lực công nghệ đã bắt đầu xây dựng hệ thống định vị vệ tinh riêng cho mình như hệ thống GLONASS của Nga, GALILEO của Liên minh Châu Âu và Bắc Đẩu của Trung Quốc Các công nghệ định vị và dẫn đường bằng vệ tinh như vậy mang một tên chung là hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu (GNSS) hay còn gọi là công nghệ GNSS

Công nghệ định vị và dẫn đường bằng vệ tinh không chỉ làm thay đổi hình thức lưới trắc địa mà còn tạo ra nhiều khả năng công nghệ mới Lưới điểm trắc địa lúc này không chỉ đảm nhận chức năng làm gốc để xác định vị trí của địa hình, địa vật, mà còn tạo ra khả năng bao phủ toàn cầu, đạt độ chính xác đo đạc cao cỡ milimét đủ để quan trắc dịch chuyển vỏ Trái đất hàng năm và tạo nên một hệ thống tọa độ trắc địa 4 chiều gồm cả thời gian Về hình thức lưới trắc địa, cũng đã có ý kiến dự báo của một giai đoạn mới với khái niệm trắc địa không lưới Lưới các vệ tinh định vị và dẫn đường sẽ đóng vai trò lưới trắc địa vì từ đó người ta có thể xác định tọa độ của mọi điểm trên mặt đất với một độ chính xác nhất định Hiện nay, nếu chỉ đặt vấn đề cần độ chính xác tọa độ cỡ mét thì thực sự không cần tới các lưới trắc địa Trên thực tế, người ta vẫn cần tới độ chính xác tọa độ cao hơn nhiều nên các lưới trắc địa độ chính xác cao vẫn đang hoạt động tích cực

Đề tài của Luận án này là nghiên cứu cơ sở khoa học và công nghệ của việc thay đổi hình thức lưới tọa độ trắc địa khi áp dụng công nghệ GNSS tại Việt Nam

Chắc chắn, công nghệ GNSS sẽ loại bỏ được hình thức lưới trắc địa nhiều cấp với mật độ điểm dầy đặc gắn với các mốc kiên cố trên mặt đất Nhưng câu hỏi được đặt

ra là hình thức lưới trắc địa hợp lý theo công nghệ GNSS tại Việt Nam sẽ như thế nào Tất nhiên, với nhu cầu hiện tại, ngoài việc lưới trắc địa phải thỏa mãn yêu cầu

về độ chính xác cho việc lập hệ thống bản đồ cơ bản thống nhất trên phạm vi cả nước còn phải đáp ứng được về độ chính xác và phân bố điểm tọa độ phục vụ các nhiệm vụ cụ thể bao gồm:

- Hội nhập với lưới trắc địa cơ bản toàn cầu;

- Xác định hệ quy chiếu quốc gia theo quan điểm động (phụ thuộc thời gian);

- Quan trắc được độ biến dạng vỏ Trái đất chịu ảnh hưởng của các hoạt động tân kiến tạo

Nói cách khác, đề tài của luận án tập trung vào việc tổng kết thực tiễn và nghiên cứu để đưa ra các luận cứ khoa học cho việc xác định hệ thống lưới trắc địa

cơ bản quốc gia trên cơ sở áp dụng công nghệ GNSS sao cho thỏa mãn mọi yêu cầu

về tọa độ trong giai đoạn hiện nay tại Việt Nam

1 Tính cấp thiết của đề tài

Từ khi ra đời, hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu đã mở ra kỷ nguyên mới cho khoa học, công nghệ nói chung cũng như ngành trắc địa - bản đồ nói riêng Với

ưu thế về công nghệ như đã nói trên, GNSS đã làm thay đổi một cách căn bản về quan niệm cũng như phương thức giải quyết các bài toán xác định tọa độ vị trí các điểm trên mặt đất Liên quan tới lưới cơ sở tọa độ quốc gia, ứng dụng GNSS có thể chia làm hai giai đoạn:

- Chính xác hóa, tăng dày điểm, hoàn thiện lưới tọa độ truyền thống;

- Thiết lập lưới tọa độ quốc gia hoàn toàn tuân theo quan niệm mới dựa trên khả năng công nghệ của GNSS

Hiện nay trên thế giới, lưới cơ sở tọa độ quốc gia thường được xây dựng dưới dạng lưới các trạm GNSS quan trắc liên tục (trạm GNSS CORS), có mật độ phù hợp, đảm bảo độ chính xác, tin cậy, an toàn và phục vụ đa mục đích, người ta thường gọi dạng lưới này là lưới GNSS CORS Tên gọi này chỉ mang tính mô tả công nghệ "quan trắc liên tục để kết nối các điểm của lưới trong một hệ thống mạng trực tuyến" Đối với từng nước, mật độ điểm và phân bố điểm có thể rất khác nhau

Ở Việt Nam trong thời gian qua, công nghệ GNSS đã giúp cho việc nâng cấp

độ chính xác, hoàn thiện, hiện đại hóa lưới tọa độ đã được thiết lập theo quan niệm truyền thống thành Hệ quy chiếu và hệ lưới điểm tọa độ quốc gia VN - 2000 Đây là

thành tựu đã được công nhận, đánh dấu một giai đoạn của khoa học trắc địa và bản

đồ nước ta

Trước thành tựu phát triển vượt trội của công nghệ GNSS trên thế giới, việc tiếp tục xây dựng lưới tọa độ trắc địa thuần túy bằng công nghệ GNSS thay thế lưới trắc địa truyền thống nhằm thỏa mãn mọi nhu cầu hiện đại về tọa độ cần được đặt

ra Ứng dụng công nghệ GNSS mang tính toàn cầu, là thành phần cơ bản nhất của

hạ tầng thông tin địa lý như một xu hướng đã được hình thành trên thế giới, bởi vậy chúng ta phải hòa nhập mà không có lựa chọn nào khác

Ở nước ta hiện nay, dựa trên công nghệ GNSS, Bộ Quốc Phòng đang trong giai đoạn hoàn thiện dự án xây dựng hệ quy chiếu và hệ tọa độ quân sự bằng việc xây dựng lưới GNSS CORS (đã hoàn thành trên 1/2 khối lượng công việc), Bộ Tài nguyên và Môi trường đang xây dựng và triển khai Chiến lược phát triển đo đạc và bản đồ, trong đó việc hiện đại hóa hệ thống lưới tọa độ và độ cao quốc gia là một trọng điểm (đang xem xét phê duyệt) Mặc dù đã có nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn để áp dụng nhưng chưa có đề tài nghiên cứu một cách có hệ thống về các vấn đề xây dựng lưới tọa độ trắc địa hiện đại, đa mục tiêu nhằm bảo đảm mọi nhu cầu đặt ra hiện nay, phù hợp với sự phát triển thông tin địa lý trên thế giới

Với tiêu đề “Nghiên cứu cơ sở lý thuyết cho việc hiện đại hóa lưới khống chế trắc địa quốc gia ở Việt Nam bằng hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu GNSS” đề tài có cơ hội nghiên cứu về vấn đề này

2 Mục đích nghiên cứu của luận án

Cung cấp luận cứ khoa học và thực tiễn cho việc hiện đại hóa lưới khống chế trắc địa cho Việt Nam, phục vụ đa mục đích (trắc địa - bản đồ, dẫn đường, nghiên cứu chuyển dịch hiện đại của vỏ Trái đất, hội nhập thông tin quốc tế,…) dựa trên công nghệ GNSS

3 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là lưới khống chế tọa độ quốc gia ở Việt Nam và ứng dụng công nghệ GNSS

4 Phạm vi nghiên cứu

Về khoa học: Khả năng công nghệ (tính toàn cầu, liên tục theo thời gian, phương pháp đo, độ chính xác, độ tin cậy, thành tựu và kinh nghiệm quốc tế,…) của GNSS Xử lý số liệu thực tế của các trạm đo liên tục minh chứng cho việc kết nối tọa độ, xác định và tính chuyển tọa độ, vận tốc chuyển dịch trong hệ tọa độ động quốc tế ITRF Các giải pháp, phương án xây dựng lưới tọa độ trắc địa nhằm thiết

lập cơ sở tọa độ thống nhất trong trắc địa và bản đồ, giải quyết các bài toán định vị

hệ quy chiếu và các nhiệm vụ nghiên cứu khoa học về Trái đất

Về không gian: Lưới tọa độ trắc địa quốc gia trên phạm vi cả nước có kết nối với lưới tọa độ IGS quốc tế

Về thời gian: Kể từ khi Việt Nam xây dựng lưới tọa độ trắc địa truyền thống cho tới nay

5 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được mục đích, luận án phải giải quyết được các vấn đề sau:

- Đánh giá tổng quan về áp dụng công nghệ GNSS vào xây dựng lưới tọa độ trắc địa ở cấp độ quốc gia

- Nghiên cứu khả năng công nghệ của GNSS, các phương pháp đo mới, đặc biệt là nhóm phương pháp đo động thời gian thực theo khu vực

- Dạng thức (cấu trúc và mật độ) lưới GNSS CORS phục vụ các mục đích trắc địa và bản đồ (đo vẽ bản đồ địa hình cơ bản, địa chính và công trình), phục vụ mục đích quan trắc dịch chuyển vỏ Trái đất và phục vụ mục đích xây dựng hệ quy chiếu quốc gia theo quan điểm động

- Xử lý số liệu đo thực tế của lưới GNSS CORS quốc gia đồng thời với số liệu IGS nhằm liên kết tọa độ quốc tế, cập nhật tọa độ theo quan niệm hệ quy chiếu động, quan trắc chuyển dịch hiện đại của vỏ Trái đất

6 Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau đây:

- Phương pháp tổng hợp, phân tích và kế thừa: Thu thập các tài liệu đã có; cập nhật các thông tin trên mạng internet; tổng hợp, phân tích các tài liệu và các kết quả nghiên cứu, kế thừa có chọn lọc các thành quả có liên quan đến đề tài

- Phương pháp thu thập và xử lý số liệu GNSS: Thu thập số liệu đo tĩnh, ca

đo 24/24 giờ trên các điểm đo liên tục Xử lý số liệu đo với số liệu IGS bằng phần mềm Bernese 5.0; kết nối tọa độ, vận tốc với lưới IGS, tính chuyển tọa độ, vận tốc trong hệ tọa độ động điển hình ITRF

- Phương pháp so sánh: So sánh ưu điểm và nhược điểm của việc xây dựng lưới khống chế trắc địa theo phương pháp truyền thống và theo phương pháp sử dụng công nghệ GNSS

- Phương pháp chuyên gia: Học hỏi tri thức, kinh nghiệm của các chuyên gia

- Phương pháp ứng dụng công nghệ tin học: Sử dụng ngôn ngữ lập trình; lập các bảng tính để tự động hóa quá trình tính toán

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

- Ý nghĩa khoa học: Tiếp cận một bước sâu hơn khi tìm hiểu sự phát triển công nghệ GNSS và đưa ra các luận cứ khoa học đủ tin cậy về ứng dụng công nghệ GNSS vào xây dựng lưới tọa độ trắc địa hiện đại, đa mục tiêu phù hợp với thực tế Việt Nam và kết nối với quốc tế

- Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận án có đóng góp nhất định cho việc lựa chọn giải pháp phù hợp nhằm hiện đại hóa lưới tọa độ trắc địa, hệ quy chiếu tọa độ ở Việt Nam

8 Các luận điểm bảo vệ và các luận điểm mới của luận án

a) Các luận điểm bảo vệ

- Luận điểm thứ nhất: Lưới tọa độ quốc gia Việt Nam theo quan điểm mới là lưới GNSS CORS có cơ sở hạ tầng phù hợp (máy thu, ăng ten, hệ thống tăng cường,

hạ tầng thông tin, mạng kết nối,…) đáp ứng các phương pháp đo hiện đại; bảo đảm cho việc giải quyết các nhiệm vụ xác định và bảo trì hệ quy chiếu tọa độ; đo đạc chi tiết phục vụ thiết lập bản đồ; giám sát, dẫn đường; nghiên cứu chuyển dịch hiện đại của vỏ Trái đất

- Luận điểm thứ hai: Với cấu trúc và mật độ của lưới GNSS CORS, phương pháp thu thập và xử lý số liệu phù hợp, lưới toạ độ quốc gia hoàn toàn đáp ứng được nhu cầu về công tác trắc địa và bản đồ, kết nối quốc tế về thông tin địa lý, thực hiện các nghiên cứu khoa học về Trái đất tại Việt Nam theo chuẩn toàn cầu

- Luận điểm thứ ba: Lưới tọa độ trắc địa quốc gia của Việt Nam được xây dựng dựa trên công nghệ GNSS có hiệu quả cao về kỹ thuật (nâng cao độ chính xác,

mở rộng phạm vi kỹ thuật, cập nhật kịp thời và tự động hóa)

b) Các điểm mới của luận án

- Đề xuất lưới GNSS CORS ở Việt Nam với đầy đủ các luận cứ khoa học và thực tiễn

- Chứng minh sự cần thiết của việc xây dựng hệ quy chiếu tọa độ động cho Việt Nam bằng số liệu cụ thể

- Đề xuất thời gian cập nhật tọa độ mới cho lưới GNSS CORS của Việt Nam

- Đề xuất quy trình tính chuyển tọa độ, vận tốc của các điểm GNSS giữa các khung quy chiếu Trái đất quốc tế ITRF sử dụng 14 tham số chuyển đổi

- Thiết lập sơ đồ vận tốc chuyển dịch của các điểm GNSS ở Việt Nam trong một hệ tọa độ động thống nhất

9 Kết cấu của luận án

Gồm 3 phần chính:

* Phần mở đầu: Giới thiệu tính cấp thiết của luận án; mục đích nghiên cứu của luận án; phương pháp nghiên cứu; nội dung nghiên cứu; những luận điểm bảo

vệ và những điểm mới của luận án

* Phần nội dung gồm 4 chương:

- Chương 1: Đánh giá tổng quan về ứng dụng công nghệ GNSS trong việc xây dựng hệ thống lưới tọa độ

Giới thiệu về tình hình nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam về việc ứng dụng công nghệ GNSS trong việc xây dựng lưới tọa độ quốc gia, các vấn đề liên quan đến nội dung của luận án; các vấn đề cần được nghiên cứu tiếp

- Chương 2: Nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ GNSS nhằm thay đổi

hệ thống lưới tọa độ trắc địa Quốc gia ở Việt Nam

Trình bày về sự thay đổi công nghệ, các phương pháp đo với sự xuất hiện và phát triển của hệ thống tăng cường (GBAS, SBAS) Các nhiệm vụ và yêu cầu về độ chính xác đối với lưới tọa độ cơ sở Trên cơ sở đó, bàn về các thay đổi liên quan tới quan niệm về hình thái, cấu trúc, độ chính xác lưới tọa độ trắc địa Cuối cùng đề xuất ý tưởng xây dựng hệ thống lưới GNSS CORS trong hoàn cảnh Việt Nam

- Chương 3: Lưới tọa độ quốc gia phục vụ nghiên cứu chuyển dịch hiện đại

vỏ Trái đất

Trình bày về ý nghĩa khoa học, thực tiễn và các yêu cầu hạ tầng kỹ thuật trắc địa phục vụ nghiên cứu chuyển dịch hiện đại vỏ Trái đất, ý tưởng về lưới tọa độ trắc địa quốc gia phục vụ cho mục đích này Bên cạnh đó, số liệu đo của một số điểm GNSS CORS thuộc lưới quốc gia được xử lý đồng thời với các điểm IGS quốc tế theo quy trình nghiêm ngặt, tọa độ cũng như vận tốc chuyển dịch được xác định trong khung quy chiếu Trái đất quốc tế

- Chương 4: Xây dựng hệ quy chiếu tọa độ Quốc gia theo quan điểm hệ quy chiếu động

Chứng minh sự chuyển dịch không đồng đều giữa các vùng miền trên lãnh thổ Việt Nam ảnh hưởng đến công tác đo đạc bản đồ cơ bản bằng định lượng, hệ quả của nó là sự cần thiết xây dựng hệ tọa độ Việt Nam theo quan điểm động Luận

án cũng đã nghiên cứu để đề xuất thời gian cập nhật tọa độ mới cho lưới GNSS CORS của Việt Nam Bên cạnh đó, một số vấn đề cơ bản về việc xây dựng hệ quy chiếu động ở Việt Nam được đề cập Phương án sử dụng hệ quy chiếu trắc địa động

trong thực tế đã được cụ thể hóa bằng quy trình tính chuyển tọa độ và vận tốc chuyển dịch tuyệt đối của các điểm GNSS giữa các hệ tọa độ động

* Phần kết luận và kiến nghị

10 Cơ sở tài liệu

Luận án được hoàn thành trên cơ sở tài liệu sau:

- Các tài liệu mới nhất về khoa học, công nghệ GNSS và ứng dụng vào xây dựng lưới GNSS CORS trên thế giới và một số thử nghiệm ở Việt Nam

- Dự án về hiện đại hóa lưới trắc địa quốc gia, hệ quy chiếu tọa độ quốc gia của Bộ Tài nguyên và Môi trường

- Dự án về xây dựng hệ quy chiếu và hệ tọa độ quân sự của Bộ Quốc Phòng

- Một số thực nghiệm trong phạm vi luận án

- Các bài báo của tác giả công bố từ năm 2009 đến nay trên các tạp chí chuyên ngành

11 Lời cảm ơn

Luận án được hoàn thành tại Bộ môn Trắc địa cao cấp - Khoa Trắc địa - Trường Đại học Mỏ - Địa chất thuộc Bộ Giáo dục và Đào tạo dưới sự hướng dẫn khoa học của GS.TSKH Đặng Hùng Võ và TS Vũ Văn Trí

Trong quá trình thực hiện luận án, NCS luôn nhận được sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo trong bộ môn Trắc địa cao cấp, Phòng Sau đại học, Khoa Trắc địa, Lãnh đạo trường Đại học Mỏ - Địa chất, trường Đại học Tài nguyên và Môi trường

Hà Nội, Cục Đo đạc và Bản đồ Việt Nam, Cục Bản đồ Bộ Tổng Tham mưu, Viện Địa chất,…

Tôi bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến thầy GS.TSKH Đặng Hùng Võ và TS Vũ Văn Trí, các thầy giáo, cô giáo, các cơ quan, các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp và người thân đã giúp đỡ tôi hoàn thành luận án

Chương 1 ĐÁNH GIÁ TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GNSS

TRONG VIỆC XÂY DỰNG HỆ THỐNG LƯỚI TỌA ĐỘ

1.1 Ứng dụng công nghệ GNSS trong việc xây dựng lưới trắc địa trên thế giới 1.1.1 Xây dựng lưới tọa độ thay thế các dạng lưới truyền thống đo góc, cạnh

Phương pháp tam giác, đa giác được sử dụng để xây dựng lưới tọa độ trắc địa của các quốc gia theo nguyên tắc từ tổng thể đến cục bộ, từ độ chính xác cao đến độ chính xác thấp Sở dĩ phải thực hiện theo nguyên tắc này vì để có được một

hệ thống điểm tọa độ cấp cuối cùng dầy đặc phục vụ cho đo vẽ bản đồ địa hình cơ bản tỷ lệ lớn trong một hệ thống thống nhất, người ta phải tăng dầy điểm thông qua nhiều cấp lưới tọa độ từ cao xuống thấp Lưới này được chia thành các cấp hạng khác nhau, cấp cao hơn được đo với độ chính xác cao hơn nhưng mật độ thưa hơn, các điểm cấp cao hơn được coi là tọa độ gốc của lưới cấp thấp hơn Cách tổ chức lưới tọa độ trắc địa theo phương thức này còn vì lý do phương tiện tính toán bình sai hạn chế, chỉ có thể tính toán xử lý số liệu với các lưới có khoảng vài trăm điểm tọa độ (trước đây chưa có máy tính điện tử) Trong hoàn cảnh mỗi đất nước, người

ta xác định cách phân cấp lưới sao cho phù hợp với khả năng đo đạc, khả năng tính toán và bảo đảm mật độ cần thiết của cấp lưới thấp nhất Ở Việt Nam, tương tự như

ở các nước xã hội chủ nghĩa cũ, số lượng cấp lưới tam giác thường là 4 cấp lưới quốc gia với các mốc tọa độ rất kiên cố từ cấp I tới cấp IV, dưới nữa là 2 cấp lưới giải tích với các mốc tọa độ ít kiên cố hơn và tiếp theo là 2 cấp lưới đo vẽ với các mốc tọa độ tạm thời

Với các quốc gia có diện tích nhỏ, lưới tam giác ở cấp có độ chính xác cao nhất thường được xây dựng dưới dạng lưới tam giác liên tục Ở các nước có diện tích rộng lớn ví dụ như Nga, Canada, Trung Quốc, Mỹ, lưới tam giác thường được xây dựng theo các khóa tam giác kết nối thành một lưới lớn, được thiết kế theo những nguyên tắc nhất định phù hợp với đặc điểm của mỗi quốc gia

Việc thiết lập lưới khống chế trắc địa theo phương pháp truyền thống chủ yếu dựa trên các phép đo góc Từ những năm 1950, công nghệ đo khoảng cách phát triển, lưới tam giác đo góc được chuyển sang các dạng lưới đo cạnh hoặc đo cả góc

và cạnh ở dạng tam giác hoặc đa giác

Do hạn chế tầm hoạt động của các thiết bị đo và do độ cong Trái đất, thông thường cạnh của lưới hạng cao nhất không vượt quá 30 km, cấp II tiếp theo có khoảng cách cỡ 20 km, cấp III có khoảng cách cỡ 12 km và cấp IV có khoảng cách

cỡ 7 km Để đạt độ chính xác cao, quy trình đo rất phức tạp, thời gian đo khá dài và thường phải dựng các cột tiêu khá cao, chặt cây để thông hướng đo làm cho công việc đo đạc thực tế rất khó khăn và tốn kém

Với công nghệ như vậy, không thể xây dựng được lưới tọa độ trắc địa có độ chính xác cao, không thể đo các lưới vượt đại dương, mỗi quốc gia hoặc mỗi vùng lãnh thổ có một lưới tọa độ trắc địa riêng, bảo đảm phù hợp với điều kiện tự nhiên của mình Thêm vào đó, các trị đo góc ngang và cạnh có liên kết chủ yếu với mặt bằng nên không có khả năng xây dựng lưới ở dạng không gian 3 chiều (3D) Lưới khống chế tọa độ mặt bằng được quy chiếu về mặt ellipsoid tròn xoay hoặc về mặt phẳng Độ cao được xác định theo một hệ thống lưới độ cao riêng biệt bằng các thiết bị đo chênh cao dựa vào mặt đẳng thế gốc Trên thực tế, người ta đo chênh cao

từ điểm gốc độ cao lấy theo mực 0 của nước biển trung bình làm chuẩn Tất nhiên, mực 0 của nước biển trung bình cũng có khác biệt giữa các vùng biển khác nhau Nói cách khác, hệ thống độ cao của các nước (vùng lãnh thổ) có chuẩn 0 khác nhau Như vậy, công nghệ đo đạc truyền thống khó có thể thiết lập một lưới thống nhất mặt phẳng và độ cao trên quy mô toàn cầu, điều này hạn chế khả năng giải quyết các nhiệm vụ đo đạc trong hệ tọa độ mang tính tuyệt đối

Từ cuối những năm 1970, sự xuất hiện của công nghệ trắc địa vệ tinh, đặc biệt hệ thống vệ tinh Doppler đã tạo nên cơ hội áp dụng định vị vệ tinh vào đo đạc mặt đất Vào giữa những năm 1980, hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu GPS đã được

Mỹ cho phép sử dụng vào mục đích đo đạc dân sự tạo nên cuộc đổi mới quan trọng trong công nghệ trắc địa Hệ thống GPS đã cho phép xác định vị trí cho cả đối tượng tĩnh và đối tượng động, cho cả tọa độ tuyệt đối và gia số tọa độ Nhiều nhà khoa học trắc địa đã nghĩ tới khái niệm "trắc địa không lưới", tức là có thể xác định tọa độ bất kỳ tại vị trí nào trên Trái đất theo vệ tinh mà không cần tới lưới trắc địa mặt đất

Song song với sự phát triển GPS của Mỹ, Liên Xô cũ cũng đã phát triển hệ thống định vị và dẫn đường bằng vệ tinh riêng của mình mang tên GLONASS

Trong khoảng mươi năm gần đây, Châu Âu đã bắt đầu khởi động hệ thống vệ tinh dẫn đường mang tên GALILEO và Trung Quốc là hệ thống COMPASS Như vậy, trên thế giới đã hình thành 4 hệ thống định vị và dẫn đường bằng vệ tinh toàn cầu Chính vì vậy, khái niệm GPS vẫn hay sử dụng trước đây được thay thế bằng khái niệm "Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu" (GNSS)

GNSS đã mở ra khả năng vô cùng to lớn cho công tác trắc địa mặt đất Trước hết, hệ thống GNSS hoạt động trên phạm vi toàn cầu trong hệ tọa độ địa tâm nào đó (WGS - 84, PZ - 90 hay ITRF), có gốc tọa độ được chọn ở tâm Trái đất Toàn bộ các phép đo và các thành quả có thể biểu diễn trong một hệ tọa độ toàn cầu Việc thiết lập lưới tọa độ bao trùm toàn bộ hành tinh là hoàn toàn khả thi và các cộng đồng quốc tế đã hình thành tổ chức dịch vụ hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu quốc tế (IGS) Không những vậy, hệ thống tọa độ được xác định trong không gian 3 chiều có nghĩa là vị trí mỗi điểm được biểu diễn theo 3 chiều không gian (X, Y, Z) hoặc (B, L, H) Với việc bổ sung và kết hợp các trị đo trọng lực và thủy chuẩn, người ta đã thiết lập được mô hình geoid toàn cầu để đưa độ cao hình học H về độ cao thủy chuẩn h Đây là khả năng tạo nên những bước phát triển mới về công nghệ

đo cao Hơn nữa, công nghệ GNSS có ưu việt về thời gian thi công nhanh, ít phụ thuộc thời tiết, không cần thông hướng trên cạnh đo, không cần dựng cột tiêu và có khả năng công nghệ rất lớn như đo được trên khoảng cách vài nghìn km, đo được các đối tượng động và độ chính xác rất cao

Về tổng thể, công nghệ GNSS đáp ứng tất cả các yêu cầu về độ chính xác của các nhiệm vụ trắc địa bằng cách lựa chọn quy trình đo đạc cũng như xử lý số liệu một cách phù hợp Với các nhiệm vụ yêu cầu độ chính xác cao, với quy trình thích hợp có thể đạt được sai số vị trí điểm cỡ mm trên cạnh đo hàng nghìn km Với

độ chính xác như vậy, công nghệ GNSS đã mở ra khả năng đo được các lưới trắc địa chuyên dụng đòi hỏi độ chính xác cao như lưới quan trắc biến dạng, lún các công trình hay lưới quan trắc sự chuyển động của các lục địa và các mảng kiến tạo

Bên cạnh các thế mạnh trên, việc ứng dụng GNSS yêu cầu kỹ năng tương đối đơn giản, mức độ tự động hóa cao và dễ đào tạo chuyển giao công nghệ

Một số chỉ tiêu cũng như đặc điểm của công nghệ truyền thống và công nghệ GNSS được tập hợp ở bảng 1.1

Bảng 1.1 Đặc điểm công nghệ truyền thống và công nghệ GNSS

Đo góc và cạnh (thiết bị đo góc và đo

cạnh truyền thống)

Trị đo pha sóng tải Khoảng cách giả (máy thu GNSS)

Lưới tọa độ (2+1)D Lưới tọa độ 3D hoặc 4D

Lưới riêng biệt theo vùng, lãnh thổ Lưới riêng biệt hoặc lưới thống nhất

Điểm liền kề giới hạn ≤ 30 km Điểm liền kề hàng ngàn km

Điều kiện hình học tốt của đồ hình lưới Đồ hình tới vệ tinh (PDOP)

Phụ thuộc nhiều vào thời tiết Rất ít phụ thuộc vào thời tiết

Thu thập số liệu cần nhiều nhân lực

Tốn kém về kinh phí và thời gian Tiết kiệm nhiều kinh phí và thời gian

Với hàng loạt ưu thế nêu trên, GNSS đã trở thành công nghệ chủ yếu dần thay thế các công nghệ đo đạc truyền thống trong việc xây dựng lưới trắc địa Quá trình ứng dụng GNSS được triển khai theo hướng:

- Hỗ trợ, đẩy nhanh tiến độ thực hiện tăng dầy các lưới truyền thống đã được xây dựng Do các điều kiện kỹ thuật (máy móc, nhân lực, kinh phí và yêu cầu của nền kinh tế) nên lưới được triển khai theo từng giai đoạn, từ hạng cao tới hạng thấp Với ưu thế của công nghệ, GNSS được áp dụng vào việc hoàn thiện lưới tam giác truyền thống theo các hướng: Đo bổ sung các khu vực còn trống, tăng dày các điểm hạng thấp (hạng III và IV) Đây là hướng ứng dụng mang lại hiệu quả kinh tế cao, tiết kiệm rất nhiều thời gian và đáp ứng được các yêu cầu về độ chính xác Việc ứng dụng công nghệ GPS vào Việt Nam cũng đi theo hướng này với việc đo bổ sung lưới hạng II tại Tây Nguyên, Sông Bé, Minh Hải (đây là những bước đi đầu tiên trong ứng dụng công nghệ GNSS ở Việt Nam) và lưới địa chính cơ sở

- Bổ sung các số liệu GNSS nhằm nâng cao độ chính xác lưới tọa độ trắc địa

đã thiết lập Hạ tầng cơ sở trắc địa (hệ thống mốc, các số liệu đo, tọa độ mốc, các sản phẩm đồ họa, ) đã được thiết lập, đo đạc, xử lý, sử dụng trong một thời gian dài và vẫn đang sử dụng có hiệu quả Cho dù GNSS là công nghệ hiện đại, độ chính xác cao song không phải mỗi lúc có thể quyết định làm lại Việc ứng dụng vẫn phải đảm bảo tính kế thừa và hoạt động liên tục của toàn bộ hệ thống đảm bảo hạ tầng trắc địa Bởi vậy, lựa chọn tối ưu trong hoàn cảnh này là củng cố, nâng cao độ chính xác và phát huy hiệu quả của hệ thống lưới tọa độ đang tồn tại bằng các số liệu GNSS bổ sung dưới dạng đo một lưới cạnh dài phủ lên lưới truyền thống đang tồn tại Việc ứng dụng công nghệ GPS vào Việt Nam cũng đã thực hiện theo hướng này với việc đo lưới GPS cấp "0" gồm 69 điểm phủ trùm lên lưới hạng I và II cũ và đo nối tới hầu hết các đảo chính trên vùng biển

- Thiết lập lưới tích cực (active) thay lưới thụ động (passive) các hệ quy chiếu động phục vụ các nhu cầu mới về nghiên cứu khoa học Lưới trắc địa truyền thống được thiết lập với quan điểm tĩnh Trong thời gian gần đây, việc nghiên cứu Trái đất theo quan điểm động đã hình thành với lý thuyết kiến tạo mảng trong địa chất học, chuyển động vỏ Trái đất, chuyển động cực Trái đất Trong trắc địa độ chính xác cao, chuyển dịch của các mốc trắc địa trong hệ tọa độ toàn cầu gắn với các hoạt động tân kiến tạo vỏ Trái đất đã được xem xét trong một hệ quy chiếu động Với độ chính xác cao đã đạt được, lưới không chế trắc địa không chỉ phục vụ cho mục đích xác định tọa độ mà còn phải đáp ứng nhiều nhiệm vụ mới của khoa học như nghiên cứu chuyển dịch vỏ Trái đất, nghiên cứu biến động của mực nước biển, Bởi vậy, trong điều kiện có thể, các quốc gia đều tiến hành thiết lập lưới tọa

độ GNSS động có quy mô không gian lớn, độ chính xác cao, liên kết với hệ quy chiếu toàn cầu, mở ra giai đoạn thay đổi về quan điểm cũng như về độ chính xác của lưới tọa độ Quá trình trên có thể được minh chứng qua thực tế về lưới tọa độ trắc địa của Liên bang Nga và Australia

- Lưới tích cực được xây dựng bằng công nghệ GNSS bảo đảm được tất cả các chức năng của các lưới trắc địa truyền thống, ngoài ra còn mở rộng khả năng kỹ thuật về độ chính xác, khoảng cách và điểm quan trọng hơn cả là tạo cơ sở hạ tầng

kỹ thuật cho việc chêm dầy điểm không chế, đo tọa độ các điểm chi tiết địa hình và địa vật, cập nhật dữ liệu không gian, dẫn đường (navigation) và theo dõi chuyển động (tracking) Khả năng đo tọa độ rất nhanh cả đối tượng tĩnh lẫn đối tượng động của công nghệ GNSS đã tạo nên cuộc cách mạng thực sự trong xác định tọa độ phục

vụ thiết thực cho cuộc sống con người Từ đây, người ta có thể dẫn đường chính xác cho các vật thể chuyển động có người điều khiển cũng như không có người điều khiển, quản lý, giám sát hoạt động của các đối tượng chuyển động,…

Ví dụ 1 Lưới trắc địa của Liên bang Nga

Qua thời gian dài thiết lập và phát triển, lưới trắc địa Liên bang phục vụ cho việc xây dựng hệ tọa độ được hoàn thiện vào năm 1995 (CS - 95) Trong suốt 50 năm, hệ thống này là cơ sở trắc địa cho toàn bộ lãnh thổ của các nước thuộc Liên bang Xô Viết cũ

Những năm đầu của thập kỷ 80, lưới trắc địa truyền thống trên toàn lãnh thổ Liên Xô cũ đã dần được hoàn thiện bằng công nghệ trắc địa truyền thống Vào thập

kỷ 90, 2 lưới độ chính xác cao đã được phát triển là lưới trắc địa không gian có độ chính xác cao (SGN) bao gồm 26 điểm dựa trên việc quan trắc vệ tinh trắc địa GeoIK (Liên Xô cũ) và lưới trắc địa Doppler (DGN) gồm 131 điểm dựa trên việc quan trắc vệ tinh Doppler của hệ thống định vị TRANSIT (Mỹ)

Theo đuổi mục đích thống nhất cả 3 lưới nói trên, lưới thiên văn trắc địa (AGN) bao gồm 164.306 điểm đa giác và điểm tam giác hạng I, hạng II được bình sai như một cấu trúc tự do đã được liên kết với lưới SGN và DGN thông qua 134 điểm chung Sau khi tiến hành bình sai chung, các lưới SNG và DGN được liên kết với các điểm AGN để tạo thành một lưới trắc địa thống nhất

Dựa trên việc áp dụng các phương pháp đo đạc sử dụng hệ thống định vị toàn cầu GLONASS và GPS, lưới trắc địa quốc gia GGS ở Nga hiện nay (2012) bao gồm các cấu trúc trắc địa với độ chính xác khác nhau: Lưới thiên văn trắc địa cơ bản (FAGC); lưới trắc địa độ chính xác cao (VGS) và lưới trắc địa vệ tinh hạng 1 (SGS - 1) [86]

Lưới thiên văn trắc địa cơ bản (FAGC) là lưới cấp cao nhất trên toàn bộ lãnh thổ Khoảng cách giữa các điểm FAGS khoảng từ 600 km đến 1000 km Sai số vị trí tương đối của các điểm FAGS nhỏ hơn 2 cm về mặt bằng [86]

Lưới trắc địa độ chính xác cao (VGS) là lưới trắc địa hạng 2 của cấu trúc GGS hiện tại VGS đồng nhất về độ chính xác, khoảng cách giữa các điểm từ 150

km đến 300 km bao trùm toàn bộ lãnh thổ nước Nga

Lưới trắc địa vệ tinh hạng 1 là cấp độ thứ 3 của cấu trúc GGS hiện tại SGS -

1 là một cấu trúc trắc địa không gian được tạo nên trước tiên để phát triển kinh tế của các vùng, các khu vực trên đất nước Lưới SGS - 1 bao gồm hệ thống điểm với khoảng cách trung bình từ 25 km đến 30 km

Ví dụ 2 Lưới trắc địa của Australia

Cơ sở hạ tầng hệ thống không gian trắc địa quốc gia của Australia gồm có các điểm tọa độ mặt đất nhiều dạng khác nhau và phân bố khắp đất nước Các điểm này tạo thành các lưới khác nhau: New South Wales, Victoria, South Australia, Western Australia, Northern Territory, Queensland, Tasmania, New Zealand Các lưới này phục vụ cho hai mục đích chính, thứ nhất là phục vụ cho việc xác định và giám sát khung quy chiếu và thứ hai là người sử dụng có thể truy cập đến khung quy chiếu

Hệ quy chiếu địa tâm của Australia năm 1994 được thiết lập dựa vào việc đo GPS liên tục tại 8 trạm phân bố khắp đất nước được gọi là lưới cơ sở của Australia Lưới này được bổ sung thêm 70 trạm GPS với khoảng cách giữa các trạm khoảng

500 km tạo thành lưới GPS quốc gia

Việc đo đạc cả hai lưới trên đã kết hợp các vùng riêng rẽ tạo thành một lưới thống nhất Tọa độ của 8 trạm GPS trong lưới cơ sở làm cơ sở cho việc thiết lập hệ quy chiếu địa tâm của Australia Tọa độ của các điểm này được truyền đến hàng nghìn điểm tọa độ mặt đất khác thông qua việc bình sai theo nguyên lý số bình phương nhỏ nhất Lưới chiếu tọa độ được sử dụng là lưới chiếu đồng góc Transverse Mercator Hệ quy chiếu địa tâm của Australia (GDA94) được công bố vào tháng 9 năm 1995 [51]

Tiếp theo, lưới GPS khu vực nước Australia (ARGN) được xây dựng bao gồm 15 trạm GNSS geodetic cung cấp khung quy chiếu cơ bản cho dữ liệu không gian cùng với lưới cơ sở theo hệ tọa độ địa tâm Từ năm 2007 đến năm 2012, chính phủ Liên bang Australia phối hợp với các bang và các vùng lãnh thổ có thẩm quyền thiết lập gần 100 trạm GNSS CORS dọc theo các tuyến chủ yếu được phân bố trên toàn lãnh thổ thông qua chiến lược hợp tác nghiên cứu cơ sở hạ tầng quốc gia ở Australia (NCRIS) Lưới GNSS CORS được triển khai với khoảng cách giữa các trạm liền kề khoảng 200 km Một số trạm được chọn đồng thời là các trạm quan trắc thủy triều Lưới nhằm phát triển và tăng cường hệ thống quy chiếu không gian quốc gia và hỗ trợ các lĩnh vực như nông nghiệp, khai thác mỏ, Bên cạnh đó, 58 trạm mới cấp Liên bang và 44 trạm cấp bang sẽ được thiết lập để bổ sung cho lưới trắc địa quốc gia Australia [74]

1.1.2 Xây dựng lưới tọa độ mang tính toàn cầu

Một trong những đặc điểm lớn nhất của GNSS là tính toàn cầu Hệ hoạt động trong hệ quy chiếu và tọa độ toàn cầu Ý tưởng về hệ tọa độ thống nhất toàn cầu đã hình thành từ lâu, song hiện thực hóa là vấn đề không đơn giản, đòi hỏi công nghệ mới có tính toàn cầu và độ chính xác cao

Về nguyên lý, việc thiết lập hệ tọa độ xuất phát từ việc chọn gốc tọa độ và hướng của các trục Theo định nghĩa, hệ tọa độ toàn cầu có gốc được chọn tại tâm Trái đất Theo các phương pháp truyền thống, tâm Trái đất được xác định với sai số vài trăm mét Với sự phát triển của công nghệ trắc địa không gian, tâm Trái đất ngày càng được xác định với độ chính xác cao hơn Theo H.Montag, G.Gendt và P.Wilson (1996), gốc của hệ tọa độ địa tâm toàn cầu được xác định với độ tin cậy

cỡ 10 mm Hướng của các trục tọa độ với sự hợp tác của các tổ chức quốc tế - dưới

sự điều hành của Hiệp hội trắc địa quốc tế (IAG) cùng với sự hợp tác của Cơ quan quốc tế về chuyển động quay Trái đất (IERS) - được xác định bằng nhiều công nghệ khác nhau Thành quả của quá trình này là các khung quy chiếu Trái đất quốc tế ITRF có độ chính xác ngày càng cao được thể hiện qua các tham số tính chuyển từ ITRF00 đến ITRF08 gần như không đáng kể

Tính toàn cầu còn được thể hiện ở phần ứng dụng Với hệ GPS, ở bất kỳ vị trí nào, ở bất kỳ thời điểm nào trên Trái đất cũng có thể thu được tín hiệu từ ít nhất

4 vệ tinh Với sự bảo đảm này mới có thể triển khai được lưới tọa độ toàn cầu

Yếu tố hiệu quả cũng đóng một vai trò quan trọng Hiệu quả được hiểu từ góc độ tài chính và thời gian So với các công nghệ khác như công nghệ đo góc, đo cạnh, đo VLBI, đo Doppler,… thì công nghệ GNSS có ưu thế hơn hẳn về mặt kinh phí thực hiện Thị trường máy thu đã có bước phát triển nhanh chóng, giá thành hạ, khả năng tự động hóa và tin học hóa cao, thúc đẩy việc thiết lập các trạm đo Bên cạnh đó, việc ứng dụng GNSS không quá phức tạp, việc chuyển giao công nghệ và thực hiện trong thời gian ngắn

Chính vì các lý do trên, ngay từ các năm 1990, cộng đồng quốc tế đã đề xuất

và thống nhất thiết lập lưới IGS mang tính toàn cầu Từ đây có thể khai thác số liệu

đo, tọa độ, vận tốc của các điểm để liên kết các lưới khu vực, lưới quốc gia, lưới địa phương với hệ tọa độ toàn cầu

Theo thời gian, các lưới có quy mô khu vực cũng được thiết lập phục vụ nhiều mục đích khác nhau, ví dụ như Lưới trắc địa Ấn Độ - Nam Cực để nghiên cứu

địa động lực và biến dạng của vỏ Trái đất giữa Ấn Độ và Nam Cực [75], lưới trắc địa Châu Á - Thái Bình Dương được thiết lập phục cho cho việc xây dựng khung quy chiếu trong khu vực này [32],…

1.1.3 Hệ quy chiếu trắc địa

1.1.3.1 Khái niệm hệ quy chiếu, khung quy chiếu

Hệ quy chiếu (RS) là tập hợp các điều khoản, các quy ước kèm theo việc mô

tả mô hình cần thiết để định nghĩa gốc, định hướng các trục tọa độ cùng tỉ lệ theo sự biến đổi thời gian Hệ quy chiếu bao gồm định nghĩa hệ tọa độ, hệ thời gian và tham

số vật lý kèm theo Trong trắc địa tồn tại hai hệ quy chiếu: Hệ quy chiếu quán tính

và phi quán tính

Khung quy chiếu (RF) là triển khai hệ quy chiếu vào thực tế bởi tập hợp các điểm, các vật thể trong không gian, được quan trắc để xác định chính xác biến thiên tọa độ cùng các tham số vật lý của chúng theo thời gian

Tọa độ vệ tinh và máy thu phải được biểu diễn trong hệ quy chiếu xác định

cụ thể Một định nghĩa chính xác và hệ thống xác định là rất quan trọng để đảm bảo định vị chính xác trong GNSS

Hai hệ quy chiếu chính được sử dụng nhiều nhất trong đạo hàng vệ tinh được

sử dụng gồm: Hệ quy chiếu thiên thể quy ước (CCRS), còn gọi là hệ quy chiếu quán tính quy ước (CIS) và hệ quy chiếu mặt đất quy ước (CTRS), còn gọi là hệ tọa độ mặt đất quy ước (CTS)

1.1.3.2 Hệ thống trắc địa toàn cầu (WGS)

Từ 1970, trên cơ sở kết quả quan trắc vệ tinh (chủ yếu là quan trắc Doppler)

từ khoảng 1500 điểm, Liên đoàn Địa vật lý và Trắc địa quốc tế (IUGG) đã định nghĩa hệ quy chiếu trắc địa 80 (GRS - 80), đây là hệ không gian địa tâm có ellipsoid xấp xỉ gần đúng nhất với Trái đất, được định nghĩa bằng các tham số hình học và vật lý Hệ thống trắc địa toàn cầu được thiết lập bởi Bộ Quốc phòng Mỹ Hệ tọa độ được xác định dựa trên việc tính chuyển tọa độ của các vệ tinh Doppler Trong quá trình bình sai lưới, chỉ sử dụng các tập hợp số liệu các trạm vệ tinh Doppler khác nhau (không dùng các kết quả quan trắc giao thoa đường đáy dài (VLBI) và đo laser đến vệ tinh (SLR)) Do hạn chế của kỹ thuật Doppler nên độ tin cậy của lưới cỡ 1 -

2 m, vận tốc của các trạm được coi là không đáng kể

Từ khi công nghệ GPS phát triển, một số phần lưới được đo bằng GPS và được đưa vào để xử lý kết quả Hệ WGS - 84 dựa trên toạ độ của 10 trạm đo GPS của Bộ Quốc phòng Mỹ (DoD)

Sau đó, toạ độ WGS 84 (GNSS) được xác định lại bằng việc sử dụng trị đo trong vài tuần từ một lưới toàn cầu gồm 32 điểm (10 điểm cũ của DoD và 22 điểm của IGS) Quá trình bình sai được thực hiện trên nguyên tắc tổ hợp cả quỹ đạo vệ tinh và toạ độ các điểm đo Khung quy chiếu này được gọi là WGS - 84 (G730), để ghi nhận là các kết quả do GPS ở tuần thứ 730 Khung quy chiếu đạt độ chính xác

10 cm và đã sử dụng mô hình chuyển động mảng toàn cầu NUVEL - 1 cho vận tốc các trạm đo

Mối quan hệ giữa ITRF và GNSS trở nên quan trọng hơn từ khi lưới trắc địa quốc tế IGS được thành lập IGS cung cấp cho IERS các số liệu nhằm nâng cao chất lượng ITRF Từ khi bắt đầu hoạt động, các trung tâm phân tích của IGS đã sử dụng ITRF để tính toán quỹ đạo trên một số lưới thành phần Hơn thế nữa, các số liệu IGS được tổng hợp là rất phù hợp với các ITRF Đầu những năm 1990, toạ độ giữa WGS và ITRF được xác định lệch nhau cỡ 1 - 2 m Từ năm 1995 (tuần GPS 730), việc xác định lại toạ độ các trạm quan trắc WGS cho thấy độ lệch giữa 2 hệ chỉ cỡ

từ cm đến mm Qua đây có thể thấy, đối với phần lớn các nhiệm vụ trắc địa truyền thống thì hai khung quy chiếu này được coi là như nhau

1.1.3.3 Sự hình thành và phát triển PZ - 90

Hệ thống quy chiếu tọa độ cho GLONASS do Nga thành lập từ năm 1993, được gọi là các tham số của Trái đất năm 1990 (PZ90) Trước khi Liên Xô sụp đổ, GLONASS sử dụng một hệ tọa độ cũ có tên là hệ thống trắc địa Soviet (SGS - 85), thể hiện tọa độ vệ tinh và tọa độ máy thu tại các điểm cố định Tháng 6 năm 2007, Nga quyết định thực hiện phiên bản mới PZ - 90.02 và truyền lịch thiên văn bắt đầu

từ thời gian đó bằng việc sử dụng hệ tọa độ này

PZ - 90.02 được sử dụng cho mục đích nâng cao các tham số kỹ thuật của quỹ đạo vệ tinh GLONASS, cải thiện chất lượng thông tin đo đạc của các vệ tinh trong quỹ đạo và giải quyết các vấn đề đạo hàng Vị trí tương đối của các điểm trong lưới trắc địa không gian trên lãnh thổ của Nga được xác định với sai số trung phương 2 - 3 cm

Việc xây dựng hệ thống PZ90 được thực hiện thông qua một lưới các trạm tham chiếu trắc địa trên lãnh thổ của Cộng đồng các Quốc gia Độc lập (CIS) Từ

tháng 10 năm 1998 đến tháng 4 năm 1999, khoảng 60 trạm quan sát tại hơn 25 quốc gia thu thập dữ liệu, theo dõi GLONASS Quá trình nghiên cứu được thực hiện thông qua sự hợp tác tự nguyện của hàng chục tổ chức theo dõi các vệ tinh, cung cấp thiết bị, dữ liệu, lưu trữ và phân phối Quan sát được thực hiện liên tục tại mỗi trạm, dữ liệu chuyển đổi sang dạng RINEX và chuyển đến một trong hai trung tâm

dữ liệu ở Pháp và Hoa Kỳ Những dữ liệu này được sử dụng để xác định quỹ đạo GLONASS chính xác, kiểm tra các mối quan hệ giữa các PZ - 90 và WGS 84, khung quy chiếu trên mặt đất, tính toán vị trí trạm và hiệu số các đại lượng đo GLONASS - GPS

Hiện nay, có hơn 50 trạm theo dõi GLONASS trong IGS Bốn Trung tâm phân tích hỗ trợ tính lịch vệ tinh chính xác GLONASS: BKG, CODE, ESA và MCC Tại CODE (trung tâm Xác định Quỹ đạo ở châu Âu tại Đại học Berne), kết hợp phân tích số liệu nghiêm ngặt GPS/GLONASS đang hoạt động Kết quả cuối cùng, độ chính xác của quỹ đạo vệ tinh GLONASS theo xác định quỹ đạo vệ tinh bằng cách sử dụng dữ liệu đo khoảng cách laser đến vệ tinh (SLR), sai số trung phương tương đương khoảng 5 cm Độ chính xác như vậy là đủ cho chế độ định vị

xử lý sau (PP)

1.1.3.4 Khung quy chiếu Trái đất quốc tế ITRF

Hệ quy chiếu và khung quy chiếu Trái đất quốc tế là sản phẩm quốc tế, đóng vai trò quan trọng trong việc quá trình phát triển của trắc địa cũng như các ngành khoa học về Trái đất Quá trình hình thành và phát triển của ITRF có thể tìm hiểu chi tiết ở mục 4.1.1

Ngày nay, nhiều quốc gia đã định nghĩa lại hệ quy chiếu sao cho tương thích với khung quy chiếu Trái đất quốc tế bằng việc kết nối các trạm cơ sở hoặc các điểm tọa độ hạng I đến ITRF Điều này đặc biệt có ý nghĩa đối với các đất nước nằm trên hoặc gần ranh giới các mảng kiến tạo trải qua biến động theo thời gian

1.1.4 Hoạt động của tổ chức IGS

Từ những năm 80 của thế kỷ 20, người ta đã khẳng định rằng hệ thống định

vị toàn cầu GPS có thể giải quyết được rất nhiều bài toán trắc địa và địa động học trên phạm vi quốc gia, khu vực và toàn cầu Ý tưởng về thành lập một tổ chức quốc

tế về GPS được hình thành tại Đại hội của Hiệp hội trắc địa quốc tế (IAG) năm

1989 Năm 1993, tổ chức GPS quốc tế (nay là tổ chức GNSS quốc tế) IGS được thành lập và chính thức đi vào hoạt động từ 01 tháng 01 năm 1994 IGS là dịch vụ

khoa học của Hiệp hội Trắc địa quốc tế (IAG) với sự tham gia của hơn 200 tổ chức tại 90 quốc gia trên thế giới [85]

Hình 1.1 Các trạm IGS Nền tảng của IGS là lưới trắc địa toàn cầu với các trạm GPS hai tần số cung cấp dữ liệu đến trung tâm phân tích Tính đến tháng 9 năm 2009, lưới IGS gồm 57 trạm DORIS, 421 trạm GNSS, 40 trạm SLR và 39 trạm VLBI thường trực đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt, khắt khe về chất lượng của IGS để duy trì một khung quy chiếu toàn cầu [38], [40] Các trạm cung cấp dữ liệu hàng ngày, hàng giờ hoặc trong

15 phút

Nhiệm vụ của IGS là cung cấp số liệu quan trắc GNSS hàng ngày và các kết quả xử lý 2 tuần một lần nhằm cung cấp dữ liệu GNSS có độ chính xác cao nhất và các sản phẩm góp phần vào việc xác định khung quy chiếu Trái đất, góc xoay Trái đất, giám sát Trái đất và các nghiên cứu như định vị, dẫn đường, thời gian và những ứng dụng khác

Các trung tâm dữ liệu có trách nhiệm ghi lại những dữ liệu RINEX của một tập đơn, tập hợp các trạm trong một vùng hoặc tất cả các trạm trong phạm vi hoạt động do một tổ chức vận hành Các trung tâm dữ liệu toàn cầu chịu trách nhiệm truyền dữ liệu đến trung tâm phân tích, tại đây dữ liệu được phân tích để cung cấp các sản phẩm của IGS

IGS là phần quan trọng của hệ thống quan trắc trắc địa toàn cầu (GGOS) Một nhiệm vụ trọng tâm của IGS là phục vụ xác định khung quy chiếu Trái đất quốc tế (ITRF) và mở rộng lưới toàn cầu này là một khung quy chiếu phục vụ cho

mục đích chung của các cơ quan bản đồ của các quốc gia Khung quy chiếu chính xác rất cần thiết cho việc quan trắc sự biến động của Trái đất và kết nối toàn cầu thông qua dữ liệu không gian

Trong một vài năm gần đây IGS đã phát triển những khả năng cho dữ liệu thời gian thực trực tuyến từ lưới mặt đất Mục tiêu đặt ra là:

- Quản lý và duy trì lưới IGS thời gian thực toàn cầu bằng các trạm GNSS;

- Nâng cao và phát triển các sản phẩm của IGS;

- Tạo ra các sản phẩm thời gian thực mới;

- Tạo ra các chuẩn và các định dạng cho dữ liệu thời gian thực;

- Quan trắc quỹ đạo của vệ tinh và tình trạng của các trạm GNSS;

- Phân phối các giá trị quan trắc và cung cấp các sản phẩm đến người sử dụng, hỗ trợ các lưới GPS động ở dạng DGPS và RTK hoạt động

Lưới đo động thời gian thực sẽ tập hợp, phân bổ dữ liệu thời gian thực và các sản phẩm liên quan đến các vệ tinh GNSS Các sản phẩm chính là dữ liệu quan trắc

đa tần số, lịch vệ tinh chính xác và quỹ đạo vệ tinh đã thực hiện trong thời gian thực Mục đích quan trọng của lưới này là cung cấp và đẩy mạnh sự phát triển của các ứng dụng đo GNSS trong thời gian thực

1.1.5 Dự báo sự phát triển tương lai

Từ trước đến nay, để triển khai công tác trắc địa và bản đồ, tất cả các nước đều thiết lập lưới khống chế tọa độ quốc gia về mặt bằng cũng như độ cao Do khả năng công nghệ (đo góc, đo khoảng cách,…) lưới khống chế được phát triển qua nhiều cấp hạng để đảm bảo mật độ điểm cần thiết cho đo vẽ chi tiết Với công nghệ truyền thống, lưới khống chế được hiện thực hóa bằng các điểm mốc (các cấp hạng) thiết lập cố định ngoài thực địa, nên thường được gọi là lưới thụ động (passive) Tất

cả các đo đạc trắc địa cũng như đo vẽ bản đồ được triển khai trên cơ sở lưới khống chế này

Theo thời gian và với sự phát triển vượt bậc của công nghệ GNSS, lưới khống chế thụ động đã tỏ ra có nhiều bất lợi Việc thiết lập lưới khống chế thụ động

là một công việc đồ sộ, tốn nhiều kinh phí và phải mất nhiều thời gian Kinh phí để

bổ sung điểm, bảo vệ mốc chiếm một phần không nhỏ

Vì vậy, trong thời gian gần đây khái niệm lưới khống chế tích cực đã được nhắc đến trong các tài liệu tham khảo Một số nước đã triển khai lưới khống chế tích cực (active), một yếu tố cơ bản thay đổi về công nghệ trong trắc địa và bản đồ

Nguyên tắc cơ bản của lưới khống chế tích cực là tập hợp các trạm GNSS thường trực (PS) mà lưới IGS là một hình mẫu điển hình Người sử dụng - triển khai các công việc trắc địa - với máy thu của mình tiến hành thu tín hiệu tại các điểm cần xác định Việc xử lý số liệu có thể tiến hành bằng cách: Người sử dụng nhận các tệp số liệu đo (hoặc tệp số liệu hiệu chỉnh) từ các trạm hoạt động liên tục (như là điểm khống chế, có toạ độ chính xác), xử lý cùng với số liệu của mình để tính toạ độ điểm cần xác định; hoặc gửi số liệu về trung tâm, sau đó sẽ nhận các kết quả xử lý theo yêu cầu

Tiến thêm một bước cơ bản trong ứng dụng GNSS ở giai đoạn hiện nay là việc phát triển hệ thống tăng cường Hệ thống tăng cường là cầu nối giữa hệ thống

cơ sở (đoạn điều khiển, đoạn không gian) và người sử dụng Với hệ thống cơ sở, việc ứng dụng GNSS đã mở ra các khả năng mới, thiết lập các phương pháp đo mới

Từ các phương pháp đo và xử lý theo đo tĩnh, đo tĩnh nhanh, đo động một trạm chủ, dần chuyển sạng phương pháp đo động theo thời gian thực liên quan tới lưới các trạm đo liên tục Hệ thống tăng cường có thể được thiết lập trên không gian như hệ thống tăng cường vệ tinh (SBAS) hoặc hệ thống tăng cường mặt đất (GBAS)

Trong tương lai gần, hệ thống (lưới) mốc truyền thống sẽ dần được thay thế bằng lưới khống chế tọa độ có các thành phần:

- Hệ định vị toàn cầu: GPS, GLONASS, GALILEO,… với vai trò duy trì khung quy chiếu, khung tọa độ cho lưới quốc gia hình thành từ trạm đo liên tục

- Hệ thống tăng cường: Các trạm đo liên tục được phân bố thích hợp, với cơ

sở hạ tầng thông tin cung cấp cho người sử dụng các số liệu cần thiết (các tệp trị đo, trị hiệu chỉnh) để định vị điểm đáp ứng các yêu cầu công việc cụ thể

Bản chất của mô hình lưới tọa độ quốc gia này là không cần công đoạn tăng dày điểm, bỏ qua các loại mốc cấp hạng trung gian, sử dụng phương pháp đo động thời gian thực theo mô hình đảm bảo độ chính xác cỡ cm hoàn toàn đáp ứng yêu cầu

đo vẽ chi tiết trực tiếp

Tất nhiên, cũng cần phải xem xét đến mối quan hệ giữa lưới khống chế thụ động và lưới khống chế tích cực Một điều có thể khẳng định, việc phát triển lưới khống chế tích cực là xu thế của thời đại, lưới tích cực sẽ dần thay thế vai trò của lưới thụ động Tuy vậy, đối với từng nước, trong từng hoàn cảnh cụ thể, việc triển khai lưới tích cực với việc sử dụng các mốc của lưới thụ động cần được cân nhắc và

có các bước thích hợp nhằm đáp ứng các yêu cầu về kinh tế cũng như kỹ thuật

1.2 Ứng dụng công nghệ GNSS vào xây dựng lưới trắc địa ở Việt Nam [15], [20], [24]

1.2.1 Giai đoạn ứng dụng công nghệ GNSS vào hoàn thiện lưới tọa độ quốc gia (1991 - 1994)

Sau khi hòa bình lập lại, từ năm 1959 đến 1966 lưới Thiên văn - trắc địa miền Bắc đã được xây dựng dưới dạng lưới tam giác đo góc hạng I, II dày đặc Lưới hạng I gồm 339 điểm có chiều dài cạnh trung bình là 25 km Lưới có 13 cạnh gốc (được đo bằng thước dây inva và máy đo khoảng cách điện quang), 28 điểm thiên văn và 13 phương vị Laplace bố trí ở đầu cạnh gốc Lưới tam giác hạng II gồm

1696 điểm được xây dựng theo phương pháp chêm dày điểm giữa các điểm hạng I

có chiều dài trung bình là 14 km Lưới hạng III và IV được chêm dày vào lưới hạng

I, II phục vụ cho các nhu cầu về kinh tế và quốc phòng

Lưới hạng I, II miền Bắc được bình sai xong vào năm 1966 (do Trung Quốc thực hiện), trên cơ sở này nước ta đã công bố hệ tọa độ HN - 72

Sau khi thống nhất đất nước, lưới tọa độ nhà nước được phát triển xuống phía Nam Năm 1977 đến 1983, lưới tam giác hạng I khu vực Bình Trị Thiên được xây dựng Lưới có 25 điểm, chiều dài cạnh tam giác từ 20 đến 25 km được bố trí thành khóa tam giác giữa hai cạnh gốc Tọa độ và phương vị thiên văn được đo ở cạnh gốc Lưới tam giác đo góc hạng II được đo tiếp từ lưới hạng I Bình Trị Thiên kéo vào đến Đồng Nai và Vũng Tàu Lưới gồm 351 điểm, 16 cạnh gốc, 26 điểm thiên văn, 13 phương vị Laplace, chiều dài cạnh từ 10 đến 15 km Ở khu vực Nam

Bộ, lưới đường chuyền đo góc, cạnh hạng II được xây dựng với lưới Tây Nam Bộ gồm 124 điểm, Đông Nam Bộ có 50 điểm Toàn lưới có 8 phương vị thiên văn bố trí cách nhau khoảng 10 đến 15 cạnh

Qua quá trình xây dựng cho thấy, lưới tọa độ quốc gia được phát triển qua nhiều giai đoạn, bằng nhiều phương pháp chủ yếu là để tăng dày điểm Lưới hạng I miền Bắc là loại lưới có độ chính xác cao và đồng đều Các cấp lưới thấp hơn được hình thành do chêm dày điểm Bên cạnh đó, tiến độ lưới rất chậm do công nghệ cũ

và tốn kém, không đáp ứng yêu cầu của nền kinh tế đang trong giai đoạn phát triển đất nước, lưới tọa độ chưa phủ trùm lên toàn lãnh thổ nước ta

Để hoàn chỉnh lưới tọa độ quốc gia, công nghệ GPS đã được ứng dụng vào việc tăng dày hệ thống điểm tọa độ Từ năm 1991 đến 1993, lưới ở Minh Hải, Sông

Bé và Tây Nguyên đã được xây dựng bằng công nghệ GPS cạnh ngắn có độ chính

xác tương đương với lưới hạng II Lưới Minh Hải gồm 15 điểm chiều dài cạnh trung bình khoảng 25 km, lưới Sông Bé có 34 điểm, chiều dài cạnh trung bình là 27

km, lưới Tây Nguyên có 65 điểm chiều dài cạnh trung bình là 30 km

Lưới trắc địa biển được xây dựng bằng việc sử dụng công nghệ GPS vào năm 1992 Lưới gồm 36 điểm, trong đó có 9 điểm thuộc các lưới tam giác, đường chuyền dọc bờ biển, 9 điểm trên các đảo lớn và 18 điểm trên quần đảo Trường Sa Lưới có cấu trúc tam giác dày đặc trừ lưới Trường Sa được đo ở dạng tam giác đơn

Để nối một số điểm trong các lưới tam giác, đường chuyền từ Bắc đến Nam nhằm tăng cường độ chính xác cho lưới tọa độ Nhà nước, lưới GPS cạnh dài bao gồm 10 điểm trên lãnh thổ Việt Nam đã được thiết lập với các điểm lưới trùng với lưới mặt đất đã xây dựng

Lưới GPS cạnh dài chung (bao gồm lưới GPS cạnh dài trên đất liền và trên biển) đã được xây dựng phủ trùm cả nước ta Độ chính xác của lưới nhìn chung cao hơn so với lưới được đo bằng công nghệ truyền thống, tuy nhiên tương xứng với công nghệ GPS (máy thu 2 tần số) có thể đạt được

Như vậy, công nghệ GPS bước đầu đã được ứng dụng trong việc xây dựng lưới tọa độ quốc gia ở nước ta Vai trò chủ yếu của lưới trong giai đoạn này là hỗ trợ, đẩy nhanh tiến độ thực hiện tăng dầy các mạng lưới truyền thống

1.2.2 Giai đoạn ứng dụng công nghệ GNSS xây dựng lưới cấp "0", tính toán bình sai lưới trắc địa hỗn hợp và xây dựng hệ quy chiếu tọa độ quốc gia (1995 - 2000)

Sau năm 1975, hệ tọa độ HN - 72 đã được sử dụng cho toàn đất nước Hệ tọa

độ này có ellipsoid thực dụng là ellipsoid Krasovski 1940, điểm gốc tọa độ là điểm Punkôvô (Liên Xô cũ) dẫn qua điểm Ngũ Lĩnh (Trung Quốc) chuyền về lưới tam giác hạng I khu Đông của miền Bắc nước ta Từ lưới khu Đông bình sai độc lập lấy làm số liệu gốc chuyển tọa độ sang lưới tam giác hạng I khu Tây 1 và Tây 2 Tọa độ vuông góc phẳng của HN - 72 là tọa độ Gauss - Kruger Sau khi thống nhất đất nước, tọa độ HN - 72 được chuyển theo lưới Bình Trị Thiên vào Nam qua lưới tam giác hạng II Nam Trung Bộ Tọa độ của lưới Đông Nam Bộ có điểm gốc ở nhà thờ Hạnh Thông Tây Tọa độ cũ được chuyển sang HN - 72 làm số liệu khởi tính Tọa

độ của lưới Tây Nam Bộ có điểm gốc ở An Giang cũng có tọa độ xử lý như điểm gốc Đông Nam Bộ

Mặc dù HN - 72 được sử dụng thống nhất trong cả nước nhưng thực chất là các lưới thành phần riêng rẽ có điểm gốc khác nhau (được tính chuyền từ lưới thành

phần này sang lưới thành phần khác) Hệ tọa độ HN - 72 chưa được hiệu chỉnh vào trị đo độ lệch dây dọi và độ cao geoid chặt chẽ, điểm gốc Láng chưa được định vị theo ellipsoid Krasovski phù hợp với lãnh thổ nên có dị thường độ cao rất lớn Thêm vào đó, phép chiếu Gauss - Kruger của HN - 72 gây khó khăn trong việc hội nhập quốc tế khi hầu hết các nước đều sử dụng hệ tọa độ phẳng UTM Từ đó đã cho thấy sự cần thiết phải xây dựng hệ tọa độ quốc gia của Việt Nam khi bước sang thế

kỷ 21 với mục tiêu là theo kịp trình độ khoa học trắc địa và bản đồ của thế giới, đặc biệt với những tiến bộ của công nghệ GNSS cho độ chính xác định vị điểm rất cao

Để hoàn thiện lưới tọa độ quốc gia và xây dựng hệ quy chiếu quốc gia mới, các lưới GPS đã được xây dựng nhằm nâng cao độ chính xác lưới tọa độ quốc gia hiện có Các lưới GPS được xây dựng ở nước ta trong giai đoạn này bao gồm:

- Năm 1995, lưới tọa độ cấp “0” đã được xây dựng bằng công nghệ GPS Lưới gồm 69 điểm trong đó có 56 điểm trùng với các điểm tọa độ hạng I, II cũ và

13 điểm mới Lưới phân bố đều và phủ trùm lãnh thổ nước ta

- Năm 1997, 8 điểm GPS cấp "0" phân bố đều trên toàn lãnh thổ đã được đo tuyệt đối nhằm mục đích kiểm tra chất lượng lưới và có cơ sở thiết lập mối quan hệ giữa hệ tọa độ nước ta với hệ tọa độ quốc tế

- Năm 1998, đo bổ sung vào lưới cấp "0" 40 điểm GPS đo nối độ cao thủy chuẩn hạng I, II phục vụ cho việc định vị ellipsoid thực dụng và xây dựng mô hình geoid của Việt Nam

- Năm 1999, ellipsoid quy chiếu của Việt Nam được lựa chọn là ellipsoid WGS-84, được định vị phù hợp ở Việt Nam theo điểm gốc mới là điểm N00 đặt tại khuôn viên của Viện Khoa học Trắc địa và Bản đồ và 25 điểm GPS cơ sở được lựa chọn phục vụ định vị [20] Lưới GPS cấp “0” đã được đo nối với lưới trắc địa IGS quốc tế Tọa độ vuông góc phẳng được sử dụng là UTM

- Từ 12 tháng 7 năm 2000, hệ quy chiếu và hệ tọa độ VN - 2000 đã được công bố đưa vào sử dụng thống nhất trong cả nước thay thế cho HN - 72 trước đây

Như vậy, công nghệ GPS được ứng dụng trong giai đoạn này ở Việt Nam chủ yếu là để “cứng” hóa hệ tọa độ và thiết lập hệ quy chiếu mới

1.2.3 Những ứng dụng công nghệ GNSS trong giai đoạn 2001 - 2008

Hệ VN - 2000 đã đáp ứng được các yêu cầu mang tính lịch sử trong giai đoạn này, đó là thống nhất việc sử dụng hệ tọa độ, hệ độ cao trong cả nước, đóng vai trò to lớn phục vụ các lĩnh vực phát triển kinh tế, bảo đảm an ninh - quốc phòng

và các nhu cầu dân sự về thông tin trắc địa và bản đồ Lưới tọa độ Quốc gia của Việt Nam hiện nay là lưới dựa trên cơ sở lưới GPS cấp “0” đã được nối với IGS quốc tế Việc phát triển cấp hạng lưới tiếp theo không tuân theo quy trình như lưới truyền thống trước đây mà phát triển xuống lưới địa chính có độ chính xác tương đương với lưới hạng III và tiến hành quá trình hòa nhập thực hiện các nhiệm vụ mang tính quốc tế và khu vực

1.2.3.1 Lưới địa chính cơ sở

Từ năm 1994 đến 2003, lưới địa chính cơ sở đã được xây dựng theo công nghệ GNSS phục vụ cho công tác đo đạc thành lập bản đồ địa chính và các công tác

đo đạc bản đồ khác ở địa phương Lưới phủ trùm toàn quốc với tổng số 12.631 điểm thay thế hoàn toàn lưới hạng III và lưới hạng IV cũ, chiều dài cạnh từ 3 đến 5 km [5] Các điểm của lưới là các mốc tọa độ hạng III, IV cũ và điểm mới được lựa chọn theo các yêu cầu của chọn điểm GNSS Lưới được tính toán bình sai trong hệ tọa độ

VN - 2000 theo kinh tuyến trục địa phương và được hoàn thành vào năm 2004 Lưới này còn được gọi là lưới tọa độ hạng III quốc gia

1.2.3.2 Hệ thống trạm GNSS quốc gia

Hệ thống các trạm DGPS phục vụ đo đạc biển và đo đạc biên giới bao gồm các trạm Đồ Sơn, Vũng Tàu, Điện Biên, Hà Giang, Cao Bằng và Quảng Nam là các trạm do Bộ Tài nguyên và Môi trường xây dựng và đang quản lý Các trạm Đồ Sơn, Quảng Nam và Vũng Tàu có khả năng cung cấp tín hiệu cải chính sai phân chủ yếu cho các ứng dụng đo biển Hệ thống trạm quốc gia Đồ Sơn, Điện Biên, Vũng Tàu

và Quảng Nam được xây dựng theo tiêu chuẩn quốc tế đối với một trạm GNSS cố định Trạm Điện Biên, Hà Giang và Cao Bằng xây dựng để phục vụ cho công tác phân giới cắm mốc trên đất liền Việt Nam - Trung Quốc

1.2.3.3 Hệ thống trạm DGPS/CORS

Để xây dựng Hệ quy chiếu - Hệ tọa độ quân sự, Bộ Quốc Phòng đã xây dựng

hệ thống trạm DGPS/CORS gồm có 6 trạm cơ sở cố định có 2 chức năng chính là chức năng DGPS (phát số cải chính nâng cao độ chính xác định vị và dẫn đường cho các phương tiện di động) và chức năng GNSS CORS (đo liên tục để phục vụ cho các mục đích nghiên cứu khoa học, công tác khảo sát đo đạc, ) [8] Các trạm Phú Quốc, Đà Nẵng, Móng Cái và Đảo Trường Sa Lớn hiện nay đã đi vào hoạt động, trạm Cửa Lò và Cam Ranh đã có chủ trương xây dựng Các trạm này được thiết kế thành hệ thống hoạt động theo nguyên tắc DGPS/RTK

1.2.3.4 Tham gia lưới trắc địa khu vực Châu Á - Thái Bình Dương

Từ năm 1996, Việt Nam tham gia lưới trắc địa khu vực Châu Á - Thái Bình Dương (APRGP) với mục tiêu là hình thành một lưới khung quy chiếu trắc địa trong khu vực để tham gia hợp tác với IAG và FIG nhằm giải quyết những vấn đề liên quan đến GNSS

Dựa trên kết quả đo GNSS của các nước tham gia, nhóm kỹ thuật APRGP xử

lý, tính toán thông báo tọa độ các trạm GNSS của từng nước và tốc độ chuyển dịch của chúng được chỉnh lý theo khung quy chiếu Trái đất quốc tế (ITRF)

1.2.3.5 Lưới địa động lực Nam - Đông Nam Á

Để xác định chuyển động của các mảng và biến dạng của vỏ Trái đất khu vực Đông Nam Á và đánh giá các tai biến liên quan, Việt Nam đã tham gia lưới địa động lực Nam - Đông Nam Á với 2 điểm GPS là CAMP (Cẩm Phả) ở Quảng Ninh

đo nối với một số điểm IGS Sau bình sai, tọa độ các điểm của lưới có độ chính xác rất cao trong ITRF [6]

Hệ quy chiếu tọa độ quốc gia VN - 2000 của nước ta đã được xác định theo quan điểm tĩnh, có tính địa phương nên còn hạn chế về chia sẻ và khai thác dữ liệu Lưới tọa độ của Việt Nam chưa tham gia sâu vào các hoạt động chung của khu vực

và toàn cầu để giải quyết các bài toán nghiên cứu khoa học và ứng dụng hiệu quả các công nghệ vũ trụ hiện đại

Vì vậy, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã có dự án "Hoàn chỉnh Hệ quy chiếu

và Hệ tọa độ quốc gia Việt Nam" để thực hiện chiến lược phát triển ngành Đo đạc

và Bản đồ Việt Nam đến năm 2020 Dự án này định hướng hoàn chỉnh Hệ quy chiếu và Hệ tọa độ quốc gia Việt Nam theo quan điểm động, phù hợp với Hệ quy chiếu quốc tế ITRF, có khả năng kết nối Hệ quy chiếu quốc gia và Hệ tọa độ phục

vụ cho quốc phòng - an ninh; đồng thời xây dựng lưới điểm tọa độ với số lượng điểm tối thiểu cần chôn mốc trên thực địa, vừa là gốc tọa độ cho từng địa phương, vừa là khung tọa độ để tính chuyển tọa độ về địa phương, vừa là lưới quan trắc dịch động vỏ Trái đất nhằm mục đích dự báo các tai biến địa chất bằng phương pháp đo đạc [6] Hiện nay, dự án đang trong giai đoạn xem xét nhưng chưa được phê duyệt

* Những vấn đề cần nghiên cứu

Từ bức tranh chung về sự phát triển công nghệ GNSS trên thế giới và quá trình áp dụng công nghệ GNSS ở Việt Nam, có thể nhận định về phương hướng ứng dụng công nghệ GNSS vào Việt Nam Ngoài những ưu điểm đã thấy khá rõ ràng của công nghệ GNSS về thời gian thi công nhanh, chi phí thi công thấp, khả năng công nghệ cao, công nghệ GNSS đã cung cấp các điều kiện để tạo nên những bước tiến quan trọng làm thay đổi quan niệm và dạng thức lưới khống chế tọa độ quốc gia, cụ thể bao gồm:

- Dạng thức lưới nhiều cấp với mật độ điểm cần chôn mốc dầy đặc theo cách thức truyền thống đã được thay thế bằng dạng thức lưới GNSS CORS cơ sở với mật

độ điểm cần chôn mốc rất thưa, tạo nên một phương thức mới về xác định số lượng

và phân bố các điểm cuối cùng cần chôn mốc phục vụ đo chi tiết địa hình, địa vật Đây chính là dạng thức mới của lưới khống chế tọa độ quốc gia, chúng ta chưa đạt tới cách tiếp cận "trắc địa không lưới" nhưng đạt được khả năng tiếp cận "lưới trắc địa mật độ rất thấp"

- Với khả năng có thể xác định được mô hình geoid địa phương độ chính xác cao, việc tổ hợp lưới tọa độ và độ cao trong một lưới tọa độ - độ cao cơ sở dưới dạng GNSS CORS có đo thủy chuẩn là một cách thức tiếp cận mới về lưới khống chế tọa độ - độ cao thống nhất

- Lưới trắc địa GNSS động phụ thuộc thời gian là một cách tiếp cận mới về

hệ quy chiếu và hệ tọa độ quốc gia, phù hợp với nhu cầu quan trắc một Trái đất gắn với các hoạt động kiến tạo mới Việc áp dụng cách tiếp cận này vào từng quốc gia gắn với hệ quy chiếu quốc tế là một mảng vấn đề cần nghiên cứu chi tiết, cụ thể

Từ những nhận xét trên, hướng nghiên cứu của Luận án đã được đặt ra và được trình bày ở mục 5 Nội dung nghiên cứu trong phần mở đầu của luận án