đề tài nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn của việc sử dụng công nghệ gps để theo dõi trạng thái của tầng điện ly và tầng đối lưu.

BTNMT VKHĐĐBĐ BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ Đường Hoàng Quốc Việt - Quận Cầu Giấy - Hà Nội *** BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ GPS ĐỂ THEO DÕI TRẠNG THÁI CỦA TẦNG ĐIỆN LY VÀ TẦNG ĐỐI LƯU Số đăng ký: CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS DƯƠNG CHÍ CƠNG 7991 Hà Nội - 2010 BỘ TÀI NGUN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ Đường Hoàng Quốc Việt - Quận Cầu Giấy - Hà Nội *** BTNMT VKHĐĐBĐ BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ GPS ĐỂ THEO DÕI TRẠNG THÁI CỦA TẦNG ĐIỆN LY VÀ TẦNG ĐỐI LƯU Số đăng ký: CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS DƯƠNG CHÍ CƠNG Hà Nội - 2010 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ Đường Hoàng Quốc Việt - Quận Cầu Giấy - Hà Nội *** BTNMT VKHĐĐBĐ BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ GPS ĐỂ THEO DÕI TRẠNG THÁI CỦA TẦNG ĐIỆN LY VÀ TẦNG ĐỐI LƯU Số đăng ký: Hà Nội, ngày tháng năm 2010 Hà Nội, ngày tháng năm 2010 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI CƠ QUAN CHỦ TRÌ ĐỀ TÀI VIỆN TRƯỞNG VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ TS Dương Chí Cơng Hà Nội, ngày tháng năm 2010 Hà Nội, ngày tháng năm 2010 HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ CHÍNH THỨC CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CƠ QUAN QUẢN LÝ ĐỀ TÀI TL BỘ TRƯỞNG BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VỤ TRƯỞNG VỤ KHOA HỌC-CÔNG NGHỆ TS Nguyễn Đắc Đồng Hà Nội - 2010 MỤC LỤC trang DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .viii DANH MỤC HÌNH VẼ x DANH MỤC BẢNG xi MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MẬT ĐỘ ĐIỆN TỬ TỔNG CỘNG (TEC) VÀ LƯỢNG HƠI NƯỚC TÍCH TỤ (PWV) TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.1 Khái quát tầng điện ly tầng đối lưu 1.2 Công tác nghiên cứu xác định TEC PWV giới 1.3 Công tác nghiên cứu xác định TEC PWV Việt Nam 13 CHƯƠNG 2.1 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TEC, PWV TỪ SỐ LIỆU ĐO TRỰC TIẾP VÀ VIỄN THÁM 16 Các phương pháp xác định trực tiếp TEC, PWV 16 2.1.1 Xác định TEC từ nguồn số liệu đo trực tiếp 16 2.1.2 Xác định PWV từ nguồn số liệu bóng thám không vô tuyến 18 2.2 Phương pháp xác định PWV viễn thám 22 2.2.1 Xác định PWV từ sensơ sóng gần hồng ngoại 23 2.2.2 Xác định PWV từ sensơ sóng hồng ngoại cơng nghệ split-window 26 2.2.3 Xác định PWV từ sensơ sóng hồng ngoại phương pháp hồi quy vật lý 27 2.2.4 Xác định PWV từ sensơ sóng micro wave 28 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TEC, PWV TỪ SỐ LIỆU GPS 30 vi 3.1 Phương pháp thuật toán xác định TEC 30 3.1.1 Nguyên lý xác định TEC tầng điện ly .30 3.1.2 Mơ hình lớp đơn tầng điện ly theo Klobuchar 33 3.1.3 Các trị đo GPS phương pháp kết hợp chúng để xác định TEC 37 3.1.4 Thuật toán xác định TEC 41 3.2 Phương pháp thuật toán xác định PWV .45 3.2.1 Ảnh hưởng tầng đối lưu trị đo GPS 45 3.2.2 Lượng nước tích tụ PWV tầng đối lưu 53 3.2.3 Phương pháp thuật toán xác định PWV .54 CHƯƠNG THỬ NGHIỆM XÁC ĐỊNH TEC, PWV TỪ SỐ LIỆU VIỄN THÁM VÀ SỐ LIỆU ĐO GPS LÃNH THỔ VIỆT NAM 61 4.1 Đề xuất sử dụng phần mềm GUST, GAMIT/ GLOBK BERNESE để xác định VTEC PWV 61 4.2 Số liệu đo GPS điểm lưới Châu Á - Thái Bình Dương Việt Nam 68 4.3 Kết xác định PWV từ ảnh viễn thám MODIS lãnh thổ Việt Nam 70 4.4 Kết xác định TEC, PWV từ số liệu đo GPS lãnh thổ Việt Nam 74 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 PHỤ LỤC MỘT SỐ TỆP KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH VTEC, TZD, PWV 89 vii MỞ ĐẦU Hơn hai chục năm trở lại đời ứng dụng nhanh chóng Hệ thống Định vị Tồn cầu GPS tạo nên tiến thay đổi không công tác đo đạc trắc địa, mà nghiên cứu tham số khí Tín hiệu từ vệ tinh GPS (chủ yếu sóng điện từ có tần số f1 = 1575,42 MHz f2 = 1227,60 MHz) truyền qua khí tới máy thu Do đặc tính sóng cực ngắn số chiết quang tầng điện ly (từ độ cao 70 đến 1000 km) tầng đối lưu (từ mặt đất lên tới độ cao 20 km) nên xảy độ trễ tín hiệu GPS tầng khí Chúng hàm số mật độ điện tử tổng cộng TEC (Total Electron Content) lượng nước tích tụ PWV (Precipitable Water Vapor) tương ứng Để có tọa độ xác điểm đo cần hiệu chỉnh trị đo GPS theo độ trễ nói ngược lại có tọa độ xác điểm đo ta hồn tồn xác định độ trễ nói Tức từ số liệu đo GPS điểm đo biết tọa độ quy trình tính tốn thích hợp ta xác định độ trễ tầng điện ly đối lưu từ tính tham số TEC PWV phục vụ theo dõi trạng thái tầng điện ly tầng đối lưu khu vực nghiên cứu Từ đầu năm 90 Việt Nam triển khai ứng dụng rộng rãi công nghệ GPS đo đạc trắc địa, định vị dẫn đường, Hiện việc mở rộng khả sử dụng liệu GPS vào lĩnh vực khác nghiên cứu tầng khí quyển, nghiên cứu khí tượng, cần thiết cấp bách Nó có ý nghĩa mặt khoa học kỹ thuật khai thác triệt để số liệu đo GPS, mở ứng dụng công nghệ GPS, hỗ trợ cho nghiên cứu khí quyển, khí tượng nước ta Việc xác định độ ẩm khơng khí, lượng nước tích tụ, thường thực máy thám không vô tuyến, máy đo xạ kế nước, Những thiết bị thường hoạt động không ổn định điều kiện thời tiết đặc biệt mưa rào, sương mù, Nếu việc xác định tham số khí TEC, PWV, thực từ liệu đo GPS khắc phục nhược điểm máy thu GPS thiết bị gọn, chịu thời tiết, yêu cầu tối thiểu mặt bảo quản vận hành Hơn chúng có giá thành thấp thiết bị chuyên dụng nêu nên việc triển khai ứng dụng công nghệ GPS nghiên cứu xác định tham số khí có ý nghĩa lớn mặt kinh tế: tiết kiệm không cần phải đầu tư mua nhiều thiết bị chuyên dụng Về mặt xã hội việc triển khai ứng dụng công nghệ GPS trợ giúp quan trọng công tác dự báo, giảm nhẹ thiên tai, tăng cường an ninh quốc phòng lãnh thổ nước ta Trên sở đề xuất đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp Bộ: "Nghiên cứu sở khoa học thực tiễn việc sử dụng công nghệ GPS để theo dõi trạng thái tầng điện ly tầng đối lưu" thời gian 2007 - 2008 Thực đề tài bước đầu góp phần xây dựng phương pháp quy trình xác định TEC, PWV từ liệu đo GPS điều kiện cụ thể Việt Nam xây dựng đồ TEC, PWV cho tồn lãnh thổ đất nước Đề tài có mục tiêu sau: - Xác định ý nghĩa việc sử dụng công nghệ GPS để theo dõi trạng thái tầng điện ly tầng đối lưu nghiên cứu khí quyển, cơng tác dự báo thời tiết an ninh quốc phòng - Nghiên cứu phương pháp xác định TEC tầng điện ly PWV tầng đối lưu từ kết xử lý liệu đo GPS độ xác cao - Thực nghiệm xác định tham số TEC PWV thời điểm cụ thể số điểm GPS độ xác cao Việt Nam Để đạt mục tiêu đề tài thực nhiệm vụ sau: - Phân tích ảnh hưởng lớp khí tín hiệu GPS - Nghiên cứu phương pháp xác định TEC PWV từ số liệu đo trực tiếp, ảnh viễn thám - Nghiên cứu phương pháp xác định TEC PWV từ kết xử lý liệu đo GPS độ xác cao - Thiết lập thuật tốn, qui trình xác định TEC PWV từ liệu đo GPS - Xác định TEC PWV cho số điểm GPS độ xác cao Việt Nam - Thiết lập đồ TEC PWV cho khu vực nghiên cứu - Viết báo cáo tổng kết đề tài Các sản phẩm chủ yếu đề tài là: - Báo cáo chuyên đề tình hình ứng dụng phương pháp, mơ hình xác định TEC, PWV giới Việt Nam - Các chương trình lựa chọn VTEC (Vertical TEC: TEC phương thẳng đứng), xác định PWV, vẽ đồ thị đồ VTEC PWV - Quy trình thành lập đồ VTEC, PWV theo điểm lưới GPS Châu Á - Thái Bình Dương Việt Nam Các thành viên tham gia thực đề tài viết báo cáo tổng kết: - TS Dương Chí Cơng, Viện Khoa học Đo đạc Bản đồ (chủ biên chương 1, sử dụng phần mềm GAMIT/GLOBK, BERNESE 4.2, phần 4.2, tham gia viết phần 4.4, tổng hợp hoàn thiện báo cáo tổng kết), - PGS TSKH Hà Minh Hòa, Viện Khoa học Đo đạc Bản đồ (tham gia viết phần 3.1.1), - TS Nguyễn Ngọc Lâu, Trường Đại học Bách khoa TP HCM (chủ biên chương 3, sử dụng phần mềm GUST tham gia viết phần 4.4), - PGS TS Vũ Thanh Ca, Viện Nghiên cứu quản lý Biển Hải đảo, Tổng cục Biển Hải đảo Việt Nam, Bộ Tài nguyên Môi trường (chủ biên phần 2.1.2, 2.2, 4.3) Nội dung báo cáo tổng kết đề tài bao gồm phần Mở đầu, chương, Kết luận Kiến nghị, Tài liệu tham khảo trình bày 88 trang, có 25 hình vẽ, bảng, tham khảo 45 văn liệu nước quốc tế, số trang web, 55 trang phụ lục kèm theo: CHƯƠNG đánh giá tổng quan kết thu nghiên cứu xác định TEC PWV từ liệu đo GPS giới nước CHƯƠNG giới thiệu số phương pháp xác định TEC PWV từ số liệu đo trực tiếp số liệu viễn thám CHƯƠNG trình bày phương pháp số thuật toán xác định TEC PWV từ liệu đo GPS CHƯƠNG giới thiệu phần mềm xử lý số liệu GPS độ xác cao GUST 1.3 (Việt Nam), GAMIT/GLOBK 10.3 (MIT) BERNESE 4.2 (Thụy Sĩ) mô tả số kết thử nghiệm xác định VTEC PWV từ liệu đo GPS lưới Châu Á - Thái Bình Dương từ ảnh vệ tinh MODIS lãnh thổ Việt Nam Phần KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ khẳng định việc nghiên cứu xác định TEC PWV từ liệu đo GPS hoàn toàn phù hợp với thực tiễn nước ta nay, đánh giá kết đạt được: nghiên cứu xây dựng thuật toán, cập nhật chương trình máy tính, thử nghiệm tính tốn VTEC, PWV số điểm đo GPS Việt Nam, đưa quy trình thiết lập đồ thị, đồ đường đồng mức biến thiên VTEC, PWV với độ xác tương đối phù hợp với kết nghiên cứu giới Một số nội dung công việc cần tiến hành thời gian tới đề xuất hướng nghiên cứu khí công nghệ GPS Chúng chân thành cám ơn Ông Phan Ngọc Mai (Cục Đo đạc Bản đồ Việt Nam) cung cấp số liệu đo GPS lưới Châu Á - Thái Bình Dương Việt Nam năm 2006 2007 Chúng xin chân thành cám ơn Ban lãnh đạo đồng nghiệp Viện Khoa học Đo đạc Bản đồ, Vụ Khoa học-Công nghệ (Bộ Tài nguyên Môi trường) tạo điều kiện giúp đỡ nhiệt tình trình hồn thành báo cáo tổng kết Do cịn hạn chế trình độ chun mơn tài liệu thu thập nên báo cáo không tránh khỏi thiếu sót định Chúng tơi mong nhận quan tâm đóng góp ý kiến nhà chuyên môn, sở nghiên cứu sản xuất để chỉnh sửa, hồn thiện báo cáo tốt CHƯƠNG TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MẬT ĐỘ ĐIỆN TỬ TỔNG CỘNG (TEC) VÀ LƯỢNG HƠI NƯỚC TÍCH TỤ (PWV) TRONG VÀ NGỒI NƯỚC 1.1 Khái quát tầng điện ly tầng đối lưu Cấu trúc khí Trái đất phân chia tùy theo đặc tính hóa lý khác (Hình 1.1) Dựa vào đặc tính truyền sóng điện từ khí Trái đất chia thành tầng điện ly tầng đối lưu: - Tầng đối lưu lớp khí thấp có độ cao từ bề mặt Trái đất lên đến khoảng 40 km Lượng nước nhiệt độ yếu tố ảnh hưởng đến sóng điện từ - Tầng điện ly lớp khí phía từ độ cao khoảng 70 1000 km Sóng điện từ truyền qua tầng điện ly bị ảnh hưởng chủ yếu phần tử tích điện Trong thời kỳ Mặt Trời hoạt động mạnh, đặc biệt có bùng nổ tia Rơnghen dòng electron proton đến Trái Đất tăng cường Khi dịng va chạm vào khí Trái Đất, khơng khí tầng điện ly bị ion hóa mạnh dẫn đến mật độ hạt mang điện tăng lên nhiều lần Điều dẫn đến tần số sóng vơ tuyến thỏa mãn điều kiện phản xạ tầng điện ly bị nâng cao Các tín hiệu truyền vệ tinh khơng cịn thỏa mãn điều kiện phản xạ việc thu nhận tín hiệu khơng cịn diễn bình thường nữa, có bị hẳn Do việc nghiên cứu ảnh hưởng tầng điện ly đến tín hiệu truyền radio cần thiết epochmin = tutc(i) endif 103 continue write (3,601) epochmin,pwvmin,sigpw write (3,602) epochmax,pwvmax,sigpw 601 format("min: ",3f10.5) 602 format("max: ",3f10.5) j=0 104 i=1,nepoch if (abs(tutc(i) - int(tutc(i))) lt 1.e-9) then j=j+1 t(j)=tutc(i) tro(j)=pwv(i) write(3,600) t(j),tro(j),sigpw endif 104 continue dlat1=dlat1*180.d0/pi dlon1=dlon1*180.d0/pi hrs1 = hrs + mnt/60.d0 106 i=1,nepoch if (abs(tutc(i) - hrs1) lt 1.e-9) then write(4,603)stat1,int(hrs),int(mnt),dlon1,dlat1,pwv(i),sigpw endif 106 continue 603 format(1x,a4,1x,i2,'h ',i2,'m ',2f14.8,2f10.5) stop end Chương trình b42tzdpwv.f: program b42tzdpwv use MSFLIB character*21 inp1 character*12 nep,statxyh,inp2 character*25 outp1,outp2 character*35 outp3 character*4 stat,stat1,sta(10),yr character*3 doy character*2 hour,minute,month,day real*8 ep,hrs,hrs1,mnt,pwvmax,epochmax,pwvmin,epochmin real*8 xy,xm real*8 epoch(6000),trzd(6000),sigtrzd(6000),tutc(6000),pwv(6000) ,sigpw(6000) real*8 t(24),tro(24),sigtro(24),dlon(10),dlat(10),dh(10) real*8 jd0,dmjd1,dlon1,dlat1,dh1,pres1,temp1,undu1 integer*2 n1,n2,n3,n4,n5,n6,n7,n8,n9 integer*4 io,i,nepoch,j,iyr,imonth,iday n1=1 CALL GETARG(n1,stat) n2=2 CALL GETARG(n2,yr) read(yr,*)iyr n3=3 call getarg(n3,month) read(month,*)imonth n4=4 call getarg(n4,day) read(day,*)iday n5=5 call getarg(n5,doy) n6=6 call getarg(n6,hour) read(hour,*)hrs n7=7 call getarg(n7,minute) read(minute,*)mnt n8=8 CALL GETARG(n8,nep) read(nep,*)ep n9=9 CALL GETARG(n9,statxyh) inp1 = "b42_"//stat//"_"//yr//"_"//doy//".tzd" outp1 = "b42_pwv_"//stat//"_"//yr//"_"//doy//".utc" outp2 = "b42_pwv_"//stat//"_"//yr//"_"//doy//".dat" outp3 = "b42_pwv_"//yr//"_"//doy//"_" //hour//"h"//minute//"m.xyz" inp2 = statxyh open(1,file=inp1) open(2,file=outp1) open(3,file=outp2) open(4,file=outp3,status='unknown',access='append') open(10,file=inp2) i=1 io=0 while (io == 0) read(1,*,iostat = io) epoch(i),trzd(i),sigtrzd(i) if (io == 0) then i=i+1 nepoch=i-1 endif enddo 105 i=1,8 read(10,*) sta(i),dlon(i),dlat(i),dh(i) if (stat eq sta(i)) then stat1 = sta(i) dlon1 = dlon(i) dlat1 = dlat(i) dh1 = dh(i) endif 105 continue xy=dble(iyr) if (xy.lt.100.d0) then if (xy.lt.80.d0) then xy=xy+2000.d0 else xy=xy+1900.d0 endif endif xm=dble(imonth) jd0=int(365.25d0*(xy-1.d0))+428 if (xm.le.2.d0) then xy=xy-1.d0 xm=xm+12.d0 endif dmjd1=int(365.25d0*xy)+int(30.6001d0*(xm+1.d0))-jd0-2400000.5 pi=3.14159265358979312d0 dlat1 = dlat1*pi/180.d0 dlon1 = dlon1*pi/180.d0 call gpt(dmjd1,dlat1,dlon1,dh1,pres1,temp1,undu1) temp1 = temp1 + 273.16 fn = 1.d0 - 0.00266 * dcos (2.d0*dlat1) - 2.8d-7 * dh1 zhd = 2.2779d-3 * pres1/fn rho = 1.000 Rv = (8.314/18.0152)*1.e7 100 600 102 103 601 602 104 106 603 k2p = 22.1/1.013*1.e-3 k3 = 3.739e5/1.013e3 Tm = 70.2 + 0.72*temp1 bigpi = 1.e6/(rho*Rv*(k3/Tm + k2p)) 100 i=1,nepoch tutc(i) = epoch(i)*ep/3600 pwv(i) = (trzd(i) - zhd)*bigpi sigpw(i) = sigtrzd(i)*bigpi write(2,600) tutc(i),pwv(i),sigpw(i) continue format (3f10.5) pwvmax = pwv(1) epochmax = tutc(1) 102 i=2,nepoch if (pwv(i) gt pwvmax) then pwvmax = pwv(i) sigpwvmax = sigpw(i) epochmax = tutc(i) endif continue pwvmin = pwv(1) epochmin = tutc(1) 103 i=2,nepoch if (pwv(i) lt pwvmin) then pwvmin = pwv(i) sigpwvmin = sigpw(i) epochmin = tutc(i) endif continue write (3,601) epochmin,pwvmin,sigpwvmin write (3,602) epochmax,pwvmax,sigpwvmax format("min: ",3f10.5) format("max: ",3f10.5) j=0 104 i=1,nepoch if (abs(tutc(i) - int(tutc(i))) lt 1.e-9) then j=j+1 t(j)=tutc(i) tro(j)=pwv(i) sigtro(j)=sigpw(i) write(3,600) t(j),tro(j),sigtro(j) endif continue dlat1=dlat1*180.d0/pi dlon1=dlon1*180.d0/pi hrs1 = hrs + mnt/60.d0 106 i=1,nepoch if (abs(tutc(i) - hrs1) lt 1.e-9) then write(4,603)stat1,int(hrs),int(mnt),dlon1,dlat1,pwv(i), sigpw(i) endif continue format(1x,a4,1x,i2,'h ',i2,'m ',2f14.8,2f10.5) stop end Chương trình C shell vẽ đồ thị biến thiên VTEC phần mềm GMT: #!/bin/csh -f set site = $argv[1] set doy = $argv[2] set yr = $argv[3] set month = $argv[4] set day = $argv[5] set gust_utc = "gust_vtec_"$site"_"$yr"_"$doy".utc" set b42_utc = "b42_vtec_"$site"_"$yr"_"$doy".utc" set vtec_graph_local = vtec_graph"_"$site"_"$yr"_"$doy"_"local.ps set set set set xmax = ymax = yscale xscale set R = 24 70 = `echo $ymax | awk '{print 3.0/$1}'` = `echo $xmax | awk '{print 6.0/$1}'` "-R0/"$xmax"/0/"$ymax gmtdefaults -Di >! gmtdefaults gmtset PAPER_MEDIA A4+ gmtset MEASURE_UNIT inch gmtset BASEMAP_FRAME_RGB 5/5/5 gmtset LABEL_FONT_SIZE 10 gmtset ANOT_FONT_SIZE 14 gmtset HEADER_FONT_SIZE 14 gmtset WANT_EURO_FONT TRUE gmtset FRAME_WIDTH 0.03 gmtset PLOT_CLOCK_FORMAT hh:mm psxy ! tmp1.txt pstext tmp1.txt -H0 -R0/1/0/1 -JX1/1 -K -O -V -P -N >> $vtec_graph_local cat $gust_utc | awk '{print $1, $2}' >! tmp1.utc cat $b42_utc | awk '{print $1, $2}' >! tmp2.utc psxy tmp1.utc $R -Bpf1S -Jx$xscale/$yscale -H0 -Sp -K -O -Gwhite -P -Y0.25 -X-0.25 -W0.25p,black >> $vtec_graph_local psxy tmp2.utc $R -Jx$xscale/$yscale -W2 -V -P -K -O -M >> $vtec_graph_local psxy tmp2.utc $R -Bpf1S -Jx$xscale/$yscale -H0 -Ss0.1 -K -O -Gwhite -P W0.25p,black >> $vtec_graph_local psxy $vtec_graph_local 14 60 EOF pstext $vtec_graph_local 14.5 60 12 0 ML GUST EOF psxy $vtec_graph_local 0 EOF psbasemap -R0.291667/1.291667/0/$ymax -Bpa6Hf1h/a10f5:"vtec [TECU]":/WS Bs\:"Gio HN [h]":/WS -JX6t/3.0 -O -P >> $vtec_graph_local Chương trình C shell vẽ đồ thị biến thiên PWV phần mềm GMT: #!/bin/csh -f set site = $argv[1] set doy = $argv[2] set yr = $argv[3] set month = $argv[4] set day = $argv[5] set gust_utc = "gust_pwv_"$site"_"$yr"_"$doy".utc" set gg_utc = "gg_pwv_"$site"_"$yr"_"$doy".utc" set b42_utc = "b42_pwv_"$site"_"$yr"_"$doy".utc" set pwv_graph_local = pwv_graph"_"$site"_"$yr"_"$doy"_"local.ps set xmax = 24 set ymax = 10 set yscale = `echo $ymax | awk '{print 4.0/$1}'` set xscale = `echo $xmax | awk '{print 6.0/$1}'` set R = "-R0/"$xmax"/0/"$ymax gmtdefaults -Di >! gmtdefaults gmtset PAPER_MEDIA A4+ gmtset MEASURE_UNIT inch gmtset BASEMAP_FRAME_RGB 5/5/5 gmtset LABEL_FONT_SIZE 10 gmtset ANOT_FONT_SIZE 14 gmtset HEADER_FONT_SIZE 14 gmtset WANT_EURO_FONT TRUE gmtset FRAME_WIDTH 0.03 gmtset PLOT_CLOCK_FORMAT hh:mm psxy ! tmp1.txt pstext tmp1.txt -H0 -R0/1/0/1 -JX1/1 -K -O -V -P -N >> $pwv_graph_local cat $gust_utc | awk '{print $1, $2*100.}' >! tmp1.utc cat $gg_utc | awk '{print $1, $2*100.}' >! tmp2.utc cat $b42_utc | awk '{print $1, $2*100.}' >! tmp3.utc psxy tmp1.utc $R -Bpf1S -Jx$xscale/$yscale -H0 -Sc0.1 -K -O -Gwhite -P Y-0.25 -X-0.25 -W0.25p,black >> $pwv_graph_local psxy tmp2.utc $R -Jx$xscale/$yscale -W2 -V -P -K -O -M >> $pwv_graph_local psxy tmp3.utc $R -Jx$xscale/$yscale -W2 -V -P -K -O -M >> $pwv_graph_local psxy tmp2.utc $R -Bpf1S -Jx$xscale/$yscale -H0 -Ss0.1 -K -O -Gwhite -P W0.25p,black >> $pwv_graph_local psxy tmp3.utc $R -Bpf1S -Jx$xscale/$yscale -H0 -St0.1 -K -O -Gwhite -P W0.25p,black >> $pwv_graph_local psxy $pwv_graph_local 14 8.5 EOF pstext $pwv_graph_local 14.5 8.5 12 0 ML GUST EOF psxy $pwv_graph_local 14 EOF pstext $pwv_graph_local 14.5 12 0 ML GAMIT EOF psxy $pwv_graph_local 14 7.5 EOF pstext $pwv_graph_local 14.5 7.5 12 0 ML BERNESE 4.2 EOF psxy $pwv_graph_local 0 EOF psbasemap -R0.291667/1.291667/0/$ymax -Bpa6Hf1h/a1f0.2:"PWV [cm]":/WS Bs\:"Gio HN [h]":/WS -JX6t/4.0 -O -P >> $pwv_graph_local Chương trình C shell vẽ đường đồng mức (triangulate -> grdfilter) VTEC phần mềm GMT: #!/bin/csh -f set OPTION = "-R102/110/8/24 -Jm0.5 -Ba2f1/a2f1WeSn" set R = "-R102/110/8/24" if ($argv[1] == BERNESE && $argv[2] == 4.2) set softw = 'b42' if ($argv[1] == GAMIT) set softw = 'gg' if ($argv[1] == GUST) set softw = 'gust' set softw_name = $argv[1] set ver = $argv[2] set doy = $argv[3] set yr = $argv[4] set month = $argv[5] set day = $argv[6] set hour = $argv[7] set minute = $argv[8] set fdata = $softw'_vtec_'$yr'_'$doy'_'$hour'h'$minute'm.xyz' set psfile = $softw'_vtec_'$yr'_'$doy'_'$hour'h'$minute'm.ps' set station = "catbd.station" set sta_name = "catbd.name" gmtdefaults -Di >! gmtdefaults gmtset PAPER_MEDIA A4+ gmtset MEASURE_UNIT inch gmtset BASEMAP_FRAME_RGB 5/5/5 gmtset LABEL_FONT_SIZE 18 gmtset ANOT_FONT_SIZE 14 gmtset HEADER_FONT_SIZE 14 gmtset WANT_EURO_FONT TRUE gmtset FRAME_WIDTH 0.03 psxy > $psfile csh sh_utc2local $yr $month $day $hour $minute set ho = `cat local.time | awk '{print $1}'` set da = `cat local.time | awk '{print $3}'` set mo = `cat local.time | awk '{print $4}'` set ye = `cat local.time | awk '{print $5}'` echo $ho' gio' $minute' phut (gio HN), '$da'/'$mo'/'$ye set text2 = $ho" gio "$minute" phut (gio HN), "$da"/"$month"/"$ye echo $text2 | awk '{print "-0.5 8.15 18 ",$0 }' | pstext -H0 -R -J -O -K -V -P -N >> $psfile cat $fdata | awk '{ print $4,$5,$6}' >! tmp.xyz triangulate tmp.xyz $R -Grawt.grd -I1m/1m > /dev/null grdfilter rawt.grd -Gfiltered.grd -D1 -Fc1 grdview filtered.grd $OPTION -Ctecu.cpt -Qs -O -K -X-0.45 -Y-0.50 >> $psfile grdcontour filtered.grd $OPTION -O -K -Wwhite -Gd1.5 -A2.+s12+kwhite -P >> $psfile pscoast $OPTION -W1 -N1/3/t20_3_3_3:3 -V -P -O -K -Di >> $psfile psxy $station -H0 $OPTION -G150 -St0.1 -O -K -V -P -N >> $psfile psxy $station -H0 $OPTION -W1/0/0/0 -St0.1 -O -K -V -P -N >> $psfile psscale -Ctecu.cpt -D4.2/4.2/5.0/0.4 -O -K -B10:VTEC:/:tecu: >> $psfile pstext $sta_name -H0 $OPTION -O -V -P -N >> $psfile Chương trình C shell vẽ đường đồng mức (triangulate -> grdfilter) PWV phần mềm GMT: #!/bin/csh -f set OPTION = "-R102/110/8/24 -Jm0.5 -Ba2f1/a2f1WeSn" set R = "-R102/110/8/24" if ($argv[1] == BERNESE && $argv[2] == 4.2) set softw = 'b42' if ($argv[1] == GAMIT) set softw = 'gg' if ($argv[1] == GUST) set softw = 'gust' set softw_name = $argv[1] set ver = $argv[2] set doy = $argv[3] set yr = $argv[4] set month = $argv[5] set day = $argv[6] set hour = $argv[7] set minute = $argv[8] set ye = $yr set mo = $month set da = $day set ho = $hour set fdata = $softw'_pwv_'$yr'_'$doy'_'$hour'h'$minute'm.xyz' set psfile = $softw'_pwv_'$yr'_'$doy'_'$hour'h'$minute'm.ps' set station = "catbd.station" set sta_name = "catbd.name" gmtdefaults -Di >! gmtdefaults gmtset PAPER_MEDIA A4+ gmtset MEASURE_UNIT inch gmtset BASEMAP_FRAME_RGB 5/5/5 gmtset LABEL_FONT_SIZE 18 gmtset ANOT_FONT_SIZE 14 gmtset HEADER_FONT_SIZE 14 gmtset WANT_EURO_FONT TRUE gmtset FRAME_WIDTH 0.03 psxy > $psfile csh sh_utc2local $yr $month $day $hour $minute set ho = `cat local.time | awk '{print $1}'` set da = `cat local.time | awk '{print $3}'` set mo = `cat local.time | awk '{print $4}'` set ye = `cat local.time | awk '{print $5}'` echo $ho' gio' $minute' phut (gio HN), '$da'/'$mo'/'$ye set text2 = $ho" gio "$minute" phut (gio HN), "$da"/"$month"/"$ye echo $text2 | awk '{print "-0.5 8.15 18 ",$0 }' | pstext -H0 -R -J -O -K -V -P -N >> $psfile cat $fdata | awk '{ print $4,$5,$6*100.}' >! tmp.xyz triangulate tmp.xyz $R -Grawt.grd -I1m/1m > /dev/null grdfilter rawt.grd -Gfiltered.grd -D1 -Fc1 grdview filtered.grd $OPTION -Cpwv.cpt -Qs -O -K -X-0.45 -Y-0.50 -S >> $psfile grdcontour filtered.grd $OPTION -O -K -Wwhite -Gd1 -A0.5+s12+kwhite -S P >> $psfile pscoast $OPTION -W1 -N1/3/t20_3_3_3:3 -V -P -O -K -Di >> $psfile psxy $station -H0 $OPTION -G150 -St0.1 -O -K -V -P -N >> $psfile psxy $station -H0 $OPTION -W1/0/0/0 -St0.1 -O -K -V -P -N >> $psfile psscale -Cpwv.cpt -D4.2/4.2/5.0/0.4 -O -K -B1:PWV:/:cm: >> $psfile pstext $sta_name -H0 $OPTION -O -V -P -N >> $psfile 10 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ -*** - ĐỀ TÀI KHOA HỌC CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ GPS ĐỂ THEO DÕI TRẠNG THÁI CỦA TẦNG ĐIỆN LY VÀ TẦNG ĐỐI LƯU QUY TRÌNH THÀNH LẬP SƠ ĐỒ HIỆN TRẠNG TEC, PWV THEO CÁC ĐIỂM LƯỚI GPS CHÂU Á - THÁI BÌNH DƯƠNG Ở VIỆT NAM Chủ nhiệm đề tài: Dương Chí Cơng HÀ NỘI - 2010 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ -*** - ĐỀ TÀI KHOA HỌC CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ GPS ĐỂ THEO DÕI TRẠNG THÁI CỦA TẦNG ĐIỆN LY VÀ TẦNG ĐỐI LƯU QUY TRÌNH THÀNH LẬP SƠ ĐỒ HIỆN TRẠNG TEC, PWV THEO CÁC ĐIỂM LƯỚI GPS CHÂU Á - THÁI BÌNH DƯƠNG Ở VIỆT NAM Chủ nhiệm đề tài: Dương Chí Cơng HÀ NỘI - 2010 QUY TRÌNH THÀNH LẬP SƠ ĐỒ HIỆN TRẠNG TEC, PWV BẰNG CÁC PHẦN MỀM GUST 1.3, GAMIT/GLOBK 10.3, BERNESE 4.2 VÀ GMT 4.0 Phần mềm GUST 1.3: Xử lý số liệu đo GPS theo lựa chọn tùy theo xác định VTEC hay PWV: a) Xác định VTEC: Bảng Cài đặt cho việc xác định VTEC Nội dung Giá trị cài đặt Trị đo dùng xử lý Trị đo pha L4 trị đo mã P4 Góc ngưỡng vệ tinh 5° Độ dài liệu 24 Xử lý độ trễ điện ly thiên đỉnh Random walk cập nhật 15 phút với độ biến động 2m/ hour Hàm ánh xạ lớp đơn 1/cos(z’) Độ trễ nhóm phụ thuộc vệ tinh IGS Độ trễ nhóm phụ thuộc máy thu IGS Kết tính VTEC ghi dạng sau: epoch VTEC[TECU] 17.784327 18.125805 18.298944 18.166475 18.122521 18.114671 17.866108 17.913889 b) Xác định độ trễ đối lưu thiên đỉnh TZD: Bảng Cài đặt cho xử lý tuyệt đối Nội dung Giá trị cài đặt Trị đo dùng xử lý Trị đo pha L3 trị đo mã P3 dạng hiệu đơn vệ tinh Góc ngưỡng vệ tinh 5° Độ dài liệu 24 Xử lý độ trễ điện ly thiên đỉnh Random walk cập nhật 15 phút với độ biến động mm/ hour Hàm ánh xạ GMF Bản lịch vệ tinh IGS sp3 Chuyển dịch trạm đo Địa triều + thuỷ triều + triều cực Bảng Cài đặt cho xử lý tương đối Nội dung Giá trị cài đặt Trị đo dùng xử lý Trị đo pha L3 dạng hiệu đơn Góc ngưỡng vệ tinh 5° Độ dài liệu 24 Xử lý độ trễ điện ly thiên đỉnh Theo bước ngẫu nhiên cập nhật 30 phút với độ biến động mm/ hour Hàm ánh xạ GMF Bản lịch vệ tinh IGS sp3 Chuyển dịch trạm đo Địa triều + thuỷ triều + triều cực Kết tính độ trễ đối lưu thiên đỉnh có dạng sau: epoch TZD [m] 2.61642368067993 2.63058562199704 2.65355558400158 2.67539463023749 2.69565552221071 2.70064477806558 2.70498800920049 2.71237886432765 gradient Bắc gradient Đông 0 0 0 0 0 0 0 0 Giá trị epoch tùy vào cài đặt máy thu Sau có TZD ta tính PWV theo số liệu khí tượng đo điểm từ mơ hình khí chuẩn mơ hình khí tồn cầu chương trình FORTRAN gusttzdpwv.f c) Vẽ sơ đồ biến thiên TEC, PWV đồ đường đồng mức giá trị TEC, PWV phần mềm GMT 4.0 Phần mềm GAMIT/GLOBK 10.3: a) Xử lý số liệu đo GPS để có tọa độ xác điểm lưới: • Chuẩn bị số liệu đo tệp số liệu phụ trợ • Xử lý ca đo phần mềm GAMIT • Xử lý tổ hợp ca đo phần mềm GLOBK để có tọa độ điểm đo xác theo ca đo b) Xử lý lại ca đo phần mềm GAMIT với tọa độ xác vừa nhận c) Tính PWV: Từ độ trễ đối lưu thiên đỉnh nhận xác định PWV với nhiệt độ áp suất khí từ mơ hình khí tồn cầu, từ mơ hình khí chuẩn, tiện ích sh_metutil d) Vẽ sơ đồ biến thiên TEC, PWV đồ đường đồng mức giá trị TEC, PWV phần mềm GMT 4.0 Phần mềm BERNESE 4.2: Các bước sử dụng Phần mềm Bernese 4.2 để xác định TEC, PWV sau: a) Chuẩn bị số liệu: Các tệp trị đo RINEX, lịch vệ tinh xác, lịch Mặt trăng, Mặt Trời (DE200), tọa độ khởi tính, tệp tham số Trái, số liệu thông tin vệ tinh, số liệu tâm pha ăng ten, tệp số cải ảnh hưởng thủy triều, tạo tệp đo dạng nhị phân (RXOBV3), phân khoảng nội suy lịch vệ tinh (PRETAB, ORBGEN) b) Xử lý ca đo: Xử lý trị đo code (CODSPP); hiệu đơn trị đo pha (SNGDIF); kiểm tra sửa chữa trượt chu kỳ (cycle slip) (MAUPRP); xác định tham số: kiểm tra phần dư, ước tính tham số độ trễ đối lưu (GPSEST - L3), xác định số nguyên đa trị (GPSEST - QIF), bình sai lưới cho ca đo (GPSEST - SESSION) c) Bình sai ca đo: Tạo tệp tọa độ điểm lưới cho đợt đo (ADDNEQ) d) Xác định VTEC: Sử dụng chương trình GPSEST IONEST (với tệp tọa độ vừa nhận được) theo bước xác định mơ hình khu vực (regional), mơ hình điểm (sitespecific), mơ hình địa phương (local) đồ lưới ô vuông VTEC (theo định dạng IONEX) e) Xác định PWV: Sử dụng chương trình GPSEST (với tệp tọa độ vừa nhận được) xác định độ trễ đối lưu thiên đỉnh cho điểm lưới, kết ghi lại tệp GPSEST.nnn tệp định dạng SINEX Sau sử dụng mơ hình khí chuẩn số liệu khí tượng bề mặt để tính giá trị PWV chương trình FORTRAN b42tzdpvw.f f) Vẽ sơ đồ biến thiên TEC, PWV đồ đường đồng mức giá trị TEC, PWV phần mềm GMT 4.0 ... CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ GPS ĐỂ THEO DÕI TRẠNG THÁI CỦA TẦNG ĐIỆN LY VÀ TẦNG ĐỐI LƯU Số đăng ký: CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS DƯƠNG CHÍ CƠNG Hà Nội - 2010 BỘ TÀI NGUN VÀ... khoa học công nghệ cấp Bộ: "Nghiên cứu sở khoa học thực tiễn việc sử dụng công nghệ GPS để theo dõi trạng thái tầng điện ly tầng đối lưu" thời gian 2007 - 2008 Thực đề tài bước đầu góp phần xây... CỦA VIỆC SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ GPS ĐỂ THEO DÕI TRẠNG THÁI CỦA TẦNG ĐIỆN LY VÀ TẦNG ĐỐI LƯU Số đăng ký: Hà Nội, ngày tháng năm 2010 Hà Nội, ngày tháng năm 2010 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI CƠ QUAN CHỦ TRÌ ĐỀ