(Luận án tiến sĩ) 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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2023 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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Ngành: Kỹ thuật Trắc địa- đồ Mã số: 9.520503 Người hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Văn Sáng GS.TS Bùi Tiến Diệu Hà Nội - 2023 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập riêng Các kết nghiên cứu luận án có sở tìm hiểu nghiên cứu tài liệu, phân tích cách trung thực, khách quan áp dụng điều kiện thực tiễn Việt Nam Các kết chưa công bố nghiên cứu khác Tác giả luận án Nguyễn Thành Lê ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH viii DANH MỤC CÁC BẢNG xi DANH MỤC CÁC HÌNH xii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH DỊ THƯỜNG ĐỘ CAO Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 1.1 Tổng quan nghiên cứu xác định dị thường độ cao giới .7 1.1.1 Xác định dị thường độ cao xây dựng mơ hình Quasigeoid Slovakia 1.1.2 Xác định dị thường độ cao mơ hình Geoid khu vực Châu Âu 1.1.3 Xác định dị thường độ cao xây dựng mơ hình Geoid Hoa Kỳ 1.1.4 Xác định dị thường độ cao xây dựng mơ hình Geoid Canada .9 1.1.5 Xác định dị thường độ cao xây dựng mơ hình Quasigeoid Ba Lan .9 1.1.6 Xác định dị thường độ cao xây dựng mơ hình Quasigeoid Australia 10 1.1.7 Xác định dị thường độ cao xây dựng mơ hình New Zealand 11 1.1.8 Xác định mơ hình Geoid cho lãnh thổ Iran 11 1.2 Tổng quan nghiên cứu xác định dị thường độ cao Việt Nam .13 1.2.1 Thành lập hệ độ cao chuẩn thống cho lãnh thổ lãnh hải Việt Nam sở không sử dụng mặt nước biển trung bình 13 1.2.2 Xây dựng mơ hình Geoid địa phương lãnh thổ Việt Nam .14 1.2.3 Xác định ảnh hưởng độ cao địa hình dị thường độ cao độ lệch dây dọi 15 1.2.4 Chính xác hóa dị thường độ cao EGM2008 dựa liệu GNSS-Thủy Chuẩn 15 1.2.5 Xây dựng mơ hình Quasigeoid quốc gia khởi đầu VIGAC2017 16 iii 1.2.6 Nghiên cứu sử dụng liệu trọng lực Việt Nam hiệu chỉnh hệ số điều hịa mơ hình EGM2008 17 1.2.7 Nghiên cứu xây dựng mơ hình Geoid khu vực miền Trung nước ta sở số liệu quan trắc yếu tố nhiễu 18 1.2.8 Vấn đề nghiên cứu ứng dụng liệu trọng lực vệ tinh xác định dị thường độ cao xây dựng mơ hình Quasigeoid Việt Nam 19 1.3 Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu 22 CHƯƠNG 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 24 2.1 Dị thường độ cao đại lượng liên quan 24 2.1.1 Telluroid 24 2.1.2 Quasigeoid .25 2.1.3 Độ cao chuẩn 25 2.1.4 Dị thường độ cao 25 2.1.5 Dị thường trọng lực .26 2.2 Các loại liệu sử dụng để xác định dị thường độ cao 28 2.2.1 Dữ liệu trọng lực vệ tinh CHAMP, GRACE GOCE 29 2.2.2 Dữ liệu mơ hình trọng trường Trái Đất 29 2.2.3 Dữ liệu địa hình .33 2.2.4 Dữ liệu trọng lực đo trực tiếp đất liền dự án đo cao vệ tinh biển 34 2.2.5 Dữ liệu dị thường độ cao GNSS-Thủy chuẩn 35 2.3 Nguyên tắc xử lý liệu từ nguồn khác 36 2.3.1 Tính đổi tính chuyển tọa độ 36 2.3.2 Tính chuyển liệu hệ triều 38 2.3.3 Thống sở toán học xử lý nguồn liệu kết hợp 39 iv 2.4 Phát loại bỏ sai số thô liệu đo 41 2.4.1 Phát loại bỏ sai số thô liệu dị thường trọng lực 42 2.4.2 Phát loại bỏ sai số thô liệu dị thường độ cao điểm song trùng GNSS- Thủy chuẩn 42 2.5 Loại bỏ thành phần bước sóng dài từ mơ hình trọng trường Trái Đất liệu dị thường trọng lực liệu dị thường độ cao 43 2.5.1 Các mô hình trọng trường Trái Đất 43 2.5.2 Đánh giá lựa chọn mơ hình trọng trường Trái Đất phù hợp với khu vực nghiên cứu 44 2.5.3 Giới thiệu mơ hình trọng trường Trái Đất EIGEN-6C4 46 2.5.4 Loại bỏ thành phần bước sóng dài từ mơ hình trọng trường Trái Đất liệu dị thường trọng lực 47 2.5.5 Loại bỏ thành phần bước sóng dài từ mơ hình trọng trường Trái Đất liệu dị thường độ cao 48 2.6 Loại bỏ ảnh hưởng địa hình liệu dị thường trọng lực liệu dị thường độ cao theo phương pháp RTM 48 2.6.1 Phương pháp RTM 48 2.6.2 Cơ sở lựa chọn dị thường RTM Việt Nam .49 2.6.3 Mơ hình địa hình phần dư RTM 50 2.6.4 Loại bỏ thành phần bước sóng ngắn bước sóng trung ảnh hưởng địa hình liệu dị thường trọng lực 52 2.6.5 Loại bỏ thành phần bước sóng ngắn bước sóng trung ảnh hưởng địa hình liệu dị thường độ cao GNSS-Thủy chuẩn 53 2.7 Tính phần dư dị thường độ cao từ dị thường phần dư trọng lực theo phương pháp Collocation bình phương nhỏ .53 2.7.1 Cơ sở phương pháp Collocation bình phương nhỏ 53 2.7.2 Xác định hiệp phương sai thực nghiệm 55 v 2.7.3 Xác định tham số hàm hiệp phương sai lý thuyết 56 2.7.4 Nội suy phần dư dị thường độ cao từ phần dư dị thường trọng lực theo phương pháp Collocation bình phương nhỏ 60 2.7.5 Nội suy phần dư dị thường độ cao từ phần dư dị thường độ cao trọng lực theo phương pháp Collocation bình phương nhỏ 63 2.7.6 Nội suy phần dư dị thường độ cao từ phần dư dị thường trọng lực dị thường độ cao GNSS-Thủy chuẩn theo phương pháp Collocation bình phương nhỏ 64 2.7.7 Nội suy phần dư dị thường độ cao từ phần dư dị thường độ cao trọng lực dị thường độ cao GNSS-Thủy chuẩn theo phương pháp Collocation bình phương nhỏ 66 2.8 Phục hồi thành phần bước sóng dài từ mơ hình trọng trường Trái Đất thành phần bước sóng trung, bước sóng ngắn ảnh hưởng địa hình vào kết tính phần dư dị thường độ cao .69 2.9 Đánh giá độ xác xác định dị thường độ cao sở kết hợp liệu 69 2.10 Xây dựng quy trình xác định dị thường độ cao sở kết hợp liệu cho khu vực miền Trung Việt Nam 71 2.10.1 Các bước xác định dị thường độ cao sở kết hợp liệu 71 2.10.2 Quy trình xác định dị thường độ cao sở kết hợp liệu cho khu vực miền Trung Việt Nam 75 2.11 Xây dựng module chương trình phục vụ việc xác định dị thường độ cao sở kết hợp liệu .76 2.11.1 Giới thiệu phần mềm GRAVSOFT Ver 2.97 76 2.11.2 Xây dựng module chương trình xác định phương sai mức sai số phương sai mức77 2.11.3 Xây dựng module chương trình xác định dị thường trọng lực dị thường độ cao từ hệ số hàm điều hòa cầu .79 2.11.4 Xây dựng module chương trình xác định ảnh hưởng địa hình theo phương pháp RTM 81 2.11.5 Xây dựng module chương trình xác định hiệp phương sai thực nghiệm 85 vi 2.11.6 Xây dựng module chương trình xác định hàm hiệp phương sai lý thuyết 87 CHƯƠNG 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 92 3.1 Khu vực thực nghiệm liệu sử dụng 92 3.1.1 Đặc điểm khu vực thực nghiệm 92 3.1.2 Dữ liệu sử dụng .93 3.2 Xác định dị thường độ cao sở kết hợp liệu mơ hình EIGEN-6C4 liệu GNSS-Thủy chuẩn (PA1) 102 3.2.1 Các bước thực 102 3.2.2 Thực nghiệm PA1 103 3.3 Xác định dị thường độ cao sở kết hợp liệu trọng lực, liệu mơ hình EIGEN- 6C4 liệu GNSS-Thủy chuẩn (PA2) 109 3.3.1 Các bước thực 109 3.3.2 Thực nghiệm PA2 110 3.4 Xác định dị thường độ cao sở kết hợp liệu trọng lực, liệu mơ hình EIGEN- 6C4, liệu địa hình liệu GNSS-Thủy chuẩn (PA3) 118 3.4.1 Tính ảnh hưởng địa hình theo phương pháp RTM 119 3.4.2 Thực nghiệm PA3 119 3.5 Tổng hợp kết phương án tính tốn thực nghiệm 128 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 132 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO, CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ .134 TÀI LIỆU THAM KHẢO 135 PHỤ LỤC BẢNG TỔNG HỢP KẾT QUẢ TÍNH TỐN LOẠI BỎ ẢNH HƯỞNG BƯỚC SÓNG DÀI, BƯỚC SÓNG TRUNG VÀ BƯỚC SÓNG NGẮN CỦA DỮ LIỆU ĐO NHẰM PHÁT HIỆN SAI SỐ THÔ 142 vii PHỤ LỤC BẢNG MINH HỌA TỔNG HỢP DỊ THƯỜNG ĐỘ CAO GNSS-THỦY CHUẨN VÀ DỊ THƯỜNG ĐỘ CAO TƯƠNG ỨNG CỦA 04 MÔ HÌNH: EIGEN-6C4, SGG-UGM-1, GECO, EGM2008 VỚI DỮ LIỆU 131 ĐIỂM SONG TRÙNG 144 PHỤ LỤC KẾT QUẢ SO SÁNH GIỮA CÁC MODULE CHƯƠNG TRÌNH MÁY TÍNH MỚI VÀ CHƯƠNG TRÌNH TRONG BỘ GRAVSOFT 145 PHỤ LỤC MINH HỌA BỘ DỮ LIỆU DỊ THƯỜNG TRỌNG LỰC 150 PHỤ LỤC DỮ LIỆU ĐIỂM SONG TRÙNG GNSS-THỦY CHUẨN THAM GIA TÍNH 151 PHỤ LỤC DỮ LIỆU ĐIỂM SONG TRÙNG GNSS-THỦY CHUẨN ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TÍNH 153 PHỤ LỤC QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM PA1 154 PHỤ LỤC MINH HỌA TỔNG HỢP CÁC KẾT QUẢ TÍNH TỐN CỦA PHƯƠNG ÁN 155 PHỤ LỤC QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM PA2 158 PHỤ LỤC 10 MINH HỌA TỔNG HỢP CÁC KẾT QUẢ TÍNH TỐN CỦA PHƯƠNG ÁN 159 PHỤ LỤC 11 MINH HỌA TỔNG HỢP CÁC KẾT QUẢ TÍNH TỐN CỦA PHƯƠNG ÁN PHỤ LỤC 12 MÃ CODE MINH HỌA MỘT SỐ MODULE CHƯƠNG TRÌNH TÍNH 166 162 viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH Từ viết tắt, ký hiệu AGQG2017 Tiếng Anh đầy đủ Dịch sang tiếng Việt COVFIT DDMs Australian Gravimetric Mơ hình Quasigeoid trọng lực Australia 2017 Quasigeoid 2017 Geodetic Boundary Value Bài toán biên trị trắc địa Problem Canadian Gravimetric Geoid Mơ hình Geoid trọng lực Canada 2010 2010 Dự án vệ tinh nghiên cứu trọng trường Trái CHAllenging Minisatellite Đất tổ chức GFZ Cộng hòa Liên bang Payload Đức thực Fitting Covariance Functions Các hàm khớp đồng phương sai Digital Density Models Các mô hình số mật độ DGV DSM DTE DTMs Degree Variance Digital Surface Model Direct Topographical Effect Digital Terrain Models DTU17GRA Technical University Denmark 17 Gravity BVP CGG2010 CHAMP Mạch DTU Technical Denmarks EDG Error Degree Variance Sai số phương sai mức The European Gravimetric Mơ hình Geoid trọng lực Châu Âu năm EGG07 EGGP EGM EGM2008 EGMs EIGEN-6C4 EMPCOV University Phương sai mức Mơ hình số bề mặt Ảnh hưởng trực tiếp địa hình Các mơ hình số địa hình Mơ hình trọng trường Trái Đất biển toàn of cầu 17 trường Đại học Kỹ thuật Đan of Đại học Kỹ thuật Đan Mạch Geoid Model 2007 Elastic Earth European Gravity and Geoid Project Earth Gravitational Model Earth Gravitational Model 2008 Earth Gravitational Models European Improved Gravity model of the Earth by New techniques Empirical Covariance 2007 Trái Đất đàn hồi Dự án trọng lực Geoid Châu Âu Mơ hình trọng trường Trái Đất Mơ hình trọng trường Trái Đất năm 2008 Các mơ hình trọng trường Trái Đất Mơ hình trọng lực Trái Đất cải tiến Cộng đồng Châu Âu kỹ thuật phiên 6C4 Hàm hiệp phương sai thực nghiệm