Địa hình = Phần mặt đất + Các yếu tố trên bề mặt của nó (dáng đất, thủy hệ, thực vật,.. giao thông, các địa vật,…) Hoạt động4[r]
(1)1
Hệ tọa độ
(2)Nội dung
Nhu cầu nghiên cứu bề mặt địa hình Mơ hình địa hình
Khái niệm Phân loại
Hệ tọa độ địa lý
Khái niệm
Đặc điểm
Hệ tọa độ chiếu
Phép chiếu đồ (khái niệm, biến dạng, phân loại, lựa chọn) Bề mặt tham chiếu
Hệ tọa độ VN2000 Việt Nam
Bề mặt tham chiếu Ellipsoid WGS84 định vị cho Việt Nam Lưới chiếu hình trụ ngang bảo tồn góc UTM
Cách ghi tọa độ VN-2000
(3)Nhu cầu nghiên cứu bề mặt địa hình
3
Địa hình= Phần mặt đất + Các yếu tố bề mặt (dángđất, thủy hệ, thực vật,
giao thông, địa vật,…) Hoạt động
của người
TráiĐất
nhìn từ khơng gian
Mơ hình địa hình (Trái Đất)
Hệ tọa độ chiếu
Hệ tọa độ địa lý
TráiĐất “vắt hết nước”
Ngập lụt
Nghiên cứu
(4)Mơ hình địa hình
Khái niệm mơ hình địa hình (Terrain Model):
4
Mơ hình địa hình (Terrain Model)
Mơ hình (Model)
• Một đối tượng/ khái niệm được sử dụng để thể cho một sự vật, tượng.
• Sự thu nhỏ thực ở hình thức
mà người hiểu được.
Địa hình (Terrain)
(5)• Mơ hình máy tính mơ tả sự vật, tượng một cách xác
• Mơ hình mơ tả vật, hiện tượng khác về chất vật lý dưới dạng phương trình
tốn, điều kiện nhau.
• Mơ hình được tạo trong tâm trí người
• Dựa kiến thức hoặc kinh nghiệm.
Mơ hình khái niệm
(Conceptual model)
• Một vật lý nhỏ hơn/lớn sự vật, tượng
• Thường mơ hình
tương tự (Analog model)
Mơ hình vật lý
(Physical model)
• Mơ hình được xây dựng dựa tốn học
• Các khái niệm tốn học như số, biến số, hàm số, …
Mô hình tốn học
(Mathematical model)
Mơ hình địa hình
Phân loại mơ hình địa hình (Terrain Model):
5 Mơ hình tương tự
(Analog model)
Mơ hình số
(6)Quan niệm người Ai Cập cổ đại Trái Đất
6
Trái đất có hình vng (có góc) với dãy núi chắn tại
(7)Mơ hình địa hình vật lý lớn giới
22/6/2006, cơng bố mơ hình địa hình 3D
của bang British Columbia, Canada
Tạo bởi Solid Terrain Modeling,
(ww.stm-usa.com)- nhà sản xuất mơ hình địa hình dạng rắn 3D xác giới
Kích thước 12,19m x 22,56m
Sử dụng >260 triệu điểm độ cao Tiêu hao >100 tỷ giọt mực
Tỷ lệ 1: 99.000
(8)Mơ hình toán học biểu diễn Trái Đất
8
Trái Đất (Earth)
Chọn mơ hình phù hợp (Fitting a model)
Bề mặt tham chiếu (Datum)
-Mặt dị thường độ cao (Geoid Mean Sea Level)
-Mặt ellipsoid WGS84 (Global Datum WGS84)
X Trọng tâm Trái Đất
Mặt đất
(Earth’s surface)
Mặt biển
(Sea surface)
Ellipsoid (x, y, h)
Geoid (H) H N h Đất liền (Land) Geoid
Dựa bề mặt hấp dẫn đẳng giả thuyết(hypothetical equipotential gravitational surface)
Tất điểm geoid có hấp dẫn
(gravitational potential)
Ellipsoid
Bán kínhtrục nhỏ (Polar Radius) = 6.356.752,314245m
Bán kínhtrục lớn (Equatorial Radius)
= 6.378.137m Độ dẹt (Flattening) =
f = (a-b)/a = 1/298,257223563 b a Xích đạo (Equator) Cực (Pole)
x2+ 𝑦2 a2 +
z2 b2= tâm I 0, 0,
R
Xíchđạo (Equator)
Cực (Pole)
Spheroid
Bán kính (Radius) = 6.378.137m
(9)Bài tập 1
Phương trình sau biểu diễn bề mặt Trái đất sử
dụng ellipsoid WGS84?
1)
2)
3)
9
x2 + 𝑦2
6.356.752,3142452 +
z2
6.378.1372 = 1
tâm I 0, 0, 0 z2
6.356.752,3142452 +
x2 + 𝑦2
6.378.1372 = 1
tâm I 0, 0, 0 x2 + z2
6.378.1372 +
y2
6.356.752,3142452 = 1
tâm I 0, 0, 0
(10)Hệ tọa độ địa lý Khái niệm
Hệ thống tham chiếu vị trí cho các đối tượng không gian
trên bề mặt đất, định nghĩa bởi kinh độ vĩ độ.
11
Mũi Đôi
109°27’50,03" kinh độ Đông 12°38‘39,78" vĩ độ Bắc
(11)X
Y Z
O
Hệ tọa độ địa lý
12
Đặc điểm
Bề mặt tham chiếu: Mơ hình địa hình
được sử dụng, bao gồm kích thước, hình dạng của mơ hình; vị trí, hướng
của mơ hình so với bề mặt Trái Đất.
Hai bề mặt tham chiếu: Spheroid (tỉ
lệ ≤ 1/5.000.000), Ellipsoid (tỉ lệ ≥
1/1.000.000).
Kinh độ (λ): Góc đo phía Đơng
hoặc Tây tính từ kinh tuyến gốc (đài thiên văn Greenwich, Anh) Khoảng giá trị: 180oW (Tây) 180oE (Đông).
Vĩ độ (ᵠ): Góc đo phía Bắc hoặc
Nam tính từ vĩ tuyến gốc (mặt phẳng
xích đạo) Khoảng giá trị: 90oS
(Nam) 90oN (Bắc).
λ: kinh độ φ: vĩ độ
R: bán kính Trái đất O: tâm Trái đất
λ
ᵠ
R
Kinh tuyến gốc
Vĩ tuyến gốc
W E N
(12)Điểm A (60°E; 55°N)
60°E
Điểm A nằm về
phía Đơng so
với kinh tuyến
gốc một góc 60°
55°N
Điểm A nằm về
phía Bắc so với
vĩ tuyến gốc
một góc 55°
13
A
Kinh tuyến
Vĩ
tu
yến
E W
N
(13) Đặc điểm
Kinh tuyến: Các nửa đường tròn
hội tụ tại hai cực Bắc Nam, tạo điểm có kinh độ.
Vĩ tuyến: Các đường tròn đồng
tâm, tạo điểm có vĩ
độ.
Nếu 1ovẽ kinh tuyến/ vĩ
tuyến có kinh tuyến, vĩ tuyến?
Hệ tọa độ địa lý
14
.
90°Bắc/ Nam (Cực Bắc/Nam)
1°Bắc/ Nam 0° (Xích đạo)
Xích đạo Cực Bắc
0° (Kinh tuyến gốc) 1°Tây 180° (Đường đổi ngày) 179°Đông 90°Đông 90°Tây
(14)Hệ tọa độ địa lý
Sử dụng bề mặt tham chiếu Spheroid (WGS84, R =
6.378.137 m):
Kinh tuyến dài bao nhiêu?
Vĩ tuyến dài nhất?
Vĩ tuyến ngắn nhất?
Vĩ tuyến 10°Bắc dài bao nhiêu?
15
Xích đạo
x Cực Bắc
x Cực Nam 10°
Tất kinh tuyến dài nhau πR ~ 20.037.508,34 m
0° (Xích đạo)
2πR ~ 40.075.016,69 m
90°Bắc/Nam (cực Bắc/Nam) 0 m
(15)Bài tập 2
Sử dụng bề mặt tham chiếu là
Spheroid (WGS84, R = 6.378.137 m), cho điểm:
A (TP Hồ Chí Minh): 106,63°E;
10,81°N
B (TP Hải Phòng): 106,63°E;
20,80°N
C (tỉnh Bình Thuận): 107,79°E;
10,81°N
Tính khoảng cách (m):
AB? (theo kinh tuyến) AC? (theo vĩ tuyến)
16
(16)Bài tập 2- Gợi ý đáp án
AB (cùng kinh tuyến)
cách nhau một góc
20,80°N - 10,81°N = 9,99°, tương ứng với chiều dài
π*6.378.137*9,99°/180° ≈
1.112.081 m
17
Vĩ tuyến 10,81°N x Cực Bắc
x Cực Nam
9,99°
Vĩ tuyến 20,80°N
A
B
C
(17)Hệ tọa độ địa lý
Cơng thức haversine tính khoảng cách điểm (d)
trên mặt cầu (bán kính R) sau: d = R * c
19
Trong đó,
𝐜 = 𝟐 ∗ 𝐚𝐭𝐚𝐧𝟐 𝐚, 𝟏 − 𝐚
𝐚 = 𝐬𝐢𝐧𝟐[(φ𝟐−φ𝟏)/𝟐] + 𝐜𝐨𝐬φ𝟏 ∗ 𝐜𝐨𝐬φ𝟐 ∗ 𝐬𝐢𝐧𝟐[(λ𝟐−λ𝟏)/𝟐]
φ1, φ2 lần lượt vĩ độ điểm (đơn vị: radian)
λ1, λ2 lần lượt kinh độ điểm (đơn vị: radian) Lưu ý:
atan2 y, x =
2arctan y
x2 + y2 + x nếu x > 0
2arctan x2 + y2 − x
(18)Bài tập (về nhà)
Sử dụng bề mặt tham chiếu là
Spheroid (WGS84, R = 6.378.137 m), cho điểm:
A (TP Hồ Chí Minh): 106,63°E;
10,81°N
B (TP Hải Phòng): 106,63°E;
20,80°N
C (tỉnh Bình Thuận): 107,79°E;
10,81°N
Tính khoảng cách (m):
BC?
(19)Tại cần hệ tọa độ chiếu? Hệ tọa độ địa lý:
Định vị 3D
Lập đồ khó khăn Tính tốn phức tạp
Hệ tọa độ chiếu:
Định vị 2D
Lập đồ dễ dàng Tính tốn đơn giản
(20)Làm cách xây dựng hệ tọa độ chiếu? Trả lời câu hỏi sau xem video:
https://www.youtube.com/watch?v=kIID5FDi2JQ
Nhà khoa học chứng minh toán học “Không thể
biểu diễn mặt cầu dạng mặt phẳng mà khơng có biến dạng nào”?
Từ kỉ thứ mấy, thuật toán biểu biễn mặt cầu dạng
mặt phẳng đời?
Phép chiếu tạo biến dạng nào? Google Maps sử dụng phép chiếu nào?
Phép chiếu Mercator trở nên phổ biến bảo tồn yếu tố
nào?
Phép chiếu Winkel Tripel cân hài hịa độ xác
yếu tố nào?
(21)Kiểm tra biến dạng phép chiếu Mercartor
https://www.youtube.com/watch?v=9YJl3QedmQ4
(22)Khái niệm phép chiếu đồ
Phép chiếu đồ phương pháp tốn học mơ tả bề
mặt cong Trái Đất (bề mặt tham chiếu Spheroid hoặc Ellipsoid) lên mặt phẳng Hay là sự chuyển đổi kinh độ, vĩ độ sang tọa độ phẳng.
Kết phép chiếu một mặt phẳng chiếu với sự
sắp xếp có hệ thống kinh tuyến vĩ tuyến.
25
(23)Biến dạng phép chiếu đồ Hình dạng
26 Bảo tồn
Khơng bảo toàn
(24)Biến dạng phép chiếu đồ Diện tích
27 Bảo tồn
(268.021 km²)
Khơng bảo tồn (402.031 km²)
(25)Biến dạng phép chiếu đồ Khoảng cách
28 Bảo toàn
(3.028,75 km)
Khơng bảo tồn (4.175,81 km)
(26)Biến dạng phép chiếu đồ Hướng
29 Bảo tồn
(120°)
Khơng bảo tồn (129°)
(27)Biến dạng phép chiếu đồ Khơng có phép chiếu hồn hảo
Mỗi phép chiếu bảo toàn số đặc tính định.
30 Có thể bảo tồn đồng thời: Khơng thể bảo tồn đồng thời:
Hướng & Khoảng cách Hướng & Hình dạng Hướng & Diện tích
(28)Phân loại phép chiếu đồ Theo mặt chiếu
Hình trụ
31
Thường (tiếp tuyến)
Ngang
Xiên
Thường (cát tuyến)
(29)Phân loại phép chiếu đồ Theo mặt chiếu
Hình nón
32
Vĩ tuyến chuẩn
Kinh tuyến trung tâm
Cắt
Vĩ tuyến chuẩn
Kinh tuyến trung tâm
Độ xác Cao
Trung bình
Thấp
Tiếp xúc
(30)Phân loại phép chiếu đồ Theo mặt chiếu
Mặt phẳng
33
Cực (tiếp tuyến)
Xích đạo
Xiên
Cực (cát tuyến)
(31)Lựa chọn phép chiếu đồ
34
Theo khu vực nghiên cứu:
Hình trụ Vùng nhiệt đới/ Khu vực trải dài
theo vĩ tuyến
Hình nón Vĩ độ trung bình/ Khu vực trải
dài theo kinh tuyến
Mặt phẳng Vùng cực/ Khu vực trải dài
(32) Phân loại:
Toàn cầu
Độ xác tồn cầu
Tâm bề mặt (●) trùng với tâm Geoid (●)
Địa phương
Độ xác cho khu vực định
Tâm bề mặt (●) không trùng với tâm Geoid (●)
Bề mặt tham chiếu Khái niệm:
Mơ hình địa hình sử dụng, bao
gồm kích thước, hình dạng của mơ hình (2 thơng số); vị trí (3 thơng số), hướng (3
thơng số) mơ hình so với bề mặt
Trái Đất.
35
(33)Bề mặt tham chiếu
Bề mặt tham chiếu toàn cầu
36
World Geodetic System of 1984 (WGS84)
Soviet Geodetic System of 1990 (SGS90)
Hoa Kì Nga
Bán kính trục lớn (a) = 6.378.137 m Độ dẹt (f) = 1/298,257223563
Bán kính trục lớn (a) = 6.378.160 m Độ dẹt (f) = 1/298,25
(34)Bề mặt tham chiếu
Bề mặt tham chiếu địa phương
37
Bề mặt Thơng số Sử dụng
Clark 1880 Bán kính trục lớn (a) = 6.368.249 m
Độ dẹt (f) = 1/293,5
Pháp sử dụng lập đồ lãnh thổ Việt Nam
Everest 1830 Bán kính trục lớn (a) = 6.377.276 m
Độ dẹt (f) = 1/300,8
Mỹ sử dụng lập đồ cho khu vực Nam Á và Đông Nam Á
Krasovski 1940 Bán kính trục lớn (a) = 6.378.245 m
Độ dẹt (f) = 1/298,3
(35)Hệ tọa độ VN-2000 Việt Nam
Được sử dụng từ 8/2000
Bề mặt tham chiếu Ellipsoid WGS84 điều chỉnh
cho phù hợp với lãnh thổ Việt Nam:
38
Ellipsoid WGS84 toàn cầu
Ellipsoid WGS84 định vị cho Việt Nam
Geoid
(36)Hệ tọa độ VN-2000 Việt Nam Được sử dụng từ 8/2000
Bề mặt tham chiếu Ellipsoid WGS84 điều chỉnh cho
phù hợp với lãnh thổ Việt Nam:
Dịch chuyển gốc tọa độ:
-191,90441429 m; -39,30318279 m;
-111,45032835 m
Góc xoay trục tọa độ:
-0,00928836’’; 0,01975479’’; -0,00427372’’
Hệ số tỉ lệ chiều dài (tỉ lệ biến dạng chiều dài hệ WGS84
quốc tế so với hệ VN2000): k = 1,000000252906278
39
X
Y Z
O
Ellipsoid WGS84 toàn cầu
(37)Hệ tọa độ VN-2000 Việt Nam Múi chiếu
Chia bề mặt Ellipsoid theo kinh tuyến thành múi: 6o
hoặc 3o tùy thuộc vào tỉ lệ đồ.
40
Bản đồ địa hình tỉ lệ 1/25.000
đến 1/500.000: 6o
60 múi: Múi (180°- 174°W) Múi 60 (174°E- 180°)
Xích đạo
Cực Bắc
0° (Kinh tuyến gốc)
180° 174°E
Múi 1 174°W
Múi 2
168°W Múi
(38)Hệ tọa độ VN-2000 Việt Nam Múi chiếu
Bản đồ địa hình tỉ lệ 1/25.000 đến
1/500.000: 6o
60 múi: Múi (180°- 174°W) Múi 60 (174°E- 180°)
Tỉ lệ biến dạng chiều dài (SF = d/D):
0,9996
42
Kinh tuyến biên trái, phải của
múi 20 bao nhiêu?
Kinh tuyến 116°E thuộc múi
bao nhiêu?
66°W – 60°W
Múi 50
x Cực Nam
Xích đạo 666 km SF = 1 SF = 1 SF = 0,9996 180 km 180 km Ellipsoid x Tâm Trái đất
Cát tuyến Kinh
tuyến trục
Hình trụ
(39)Múi chiếu 6°
(40)Bài tập 4
Trong hệ tọa độ VN-2000, xác định múi chiếu 6°:
Phần lãnh thổ đất liền Việt Nam (trải dài khoảng kinh
độ: 102°11’3’’E - 109°27’39’’E)?
Cổng trường đại học Nông Lâm TPHCM (106,79oE,
10,87oN)?
44
(41)Hệ tọa độ VN-2000 Việt Nam Múi chiếu
46
Bản đồ địa hình tỉ lệ ≥ 1/10.000: 3o
120 múi: Múi 11 (180°- 177°W) Múi 602 (177°E- 180°)
Xích đạo
Cực Bắc
0° (Kinh tuyến gốc) 180° 177°E Múi
11 177°W
Múi 12
174°W Múi
602
174°E Múi
601 171°W
168°W
Múi 21 Múi
(42)Hệ tọa độ VN-2000 Việt Nam Múi chiếu
47
Bản đồ địa hình tỉ lệ ≥ 1/10.000: 3o
120 múi: Múi 11 (180°- 177°W) Múi 602 (177°E- 180°)
Tỉ lệ biến dạng chiều dài (SF = d/D): 0,9999
Kinh tuyến biên trái, phải
của múi 201 bao nhiêu?
Kinh tuyến 116°E thuộc
múi bao nhiêu?
66°W – 63°W
Múi 501
x Cực Nam
Xích đạo 333 km SF = 1 SF = 1 SF = 0,9999 90 km 90 km Ellipsoid x Tâm Trái đất
Cát tuyến Kinh
tuyến trục
Hình trụ
SF = 0,9999
(43)Bài tập 5
Trong hệ tọa độ VN-2000, xác định múi chiếu 3°:
Phần lãnh thổ đất liền Việt Nam (trải dài khoảng kinh
độ: 102°11’3’’E - 109°27’39’’E)?
Cổng trường đại học Nông Lâm TPHCM (106,79oE,
10,87oN)?
48
(44)Hệ tọa độ VN-2000 Việt Nam
Lưới chiếu hình trụ ngang UTM (Universal Transverse
Mercator)
Hình trụ cắt Ellipsoid kinh tuyến cách kinh tuyến
trục 180 km (6°) hoặc 90 km (3°).
50 N
S
84°N
80°S Kinh tuyến
biên trái
Kinh tuyến trục Cát tuyến
E W
Kinh tuyến biên phải
Kinh tuyến gốc
(45)Hệ tọa độ VN-2000 Việt Nam Lưới chiếu hình trụ ngang
UTM (Universal Transverse Mercator)
Mỗi múi có gốc tọa độ riêng
được tạo bởi:
Tại Bắc bán cầu: kinh tuyến trục (dịch về phía Tây 500 km
để Y khơng có giá trị âm) và xích đạo.
Tại Nam bán cầu: kinh tuyến trục (dịch về phía Tây 500 km
để Y khơng có giá trị âm) và xích đạo (dịch về phía Nam 10.000 km để X khơng có giá
trị âm). 51 y (E) Cát tu yến Cát tuy ến Kinh tu yến trục x (N) x (N) y (E) 500 km 10.000 km N S 84°N 80°S
(46)Kinh tuyến trục tỉnh thành
Với múi chiếu 6°, xác định kinh tuyến biên trái, phải, 2 cát tuyến của TPHCM?
52
| 105°45’E + 3° = 108°45’E
105°45’E ± 1,62° = (104°7’45,76’’E; 107°22’14,5’’E)
105°45’E - 3° = 102°45’E
Tại tỉnh thành lại có kinh tuyến trục riêng?
x Tâm Trái đất
Hình trụ
SF = d/D = 0,9996
Ellipsoid
● ●
Δλ
● ●
D
(47)Kinh tuyến trục tỉnh thành
(48)Hệ tọa độ VN-2000 Việt Nam
Quy ước ghi tọa độ:
Trước tọa độ Y, ghi múi chiếu. X = <khoảng cách tới xích đạo> Y = <múi chiếu> <khoảng cách
tới trục Ox sau dời kinh
tuyến trục 500 km phía Tây> A (X= 250 km, Y= 48 600 km)
A cách xích đạo 250 km phía
Bắc, thuộc múi chiếu 48 cách kinh tuyến trục 600 – 500 = 100 km về phía Đơng.
B (X= km, Y= 481 400 km)
B nằm xích đạo, thuộc múi
chiếu 481 cách kinh tuyến trục
500 – 400 = 100 km phía Tây. 54
(49)Bài tập 6
Trong hệ tọa độ VN-2000, múi chiếu 49 (6°), cho điểm:
A cách xích đạo 200 km phía Bắc cách kinh tuyến trục
110 km phía Tây.
B nằm xích đạo kinh tuyến trục.
Xác định tọa độ điểm A, B? Tính khoảng cách AB?
55
(50)Yêu cầu cần đạt
3 mơ hình tốn học biểu diễn Trái đất: geoid, ellipsoid,
spheroid.
Hệ tọa độ địa lý xác định vị trí đối tượng theo kinh
độ vĩ độ sử dụng ellipsoid/ spheroid.
Spheroid (tỉ lệ ≤ 1/5.000.000), Ellipsoid (tỉ lệ ≥ 1/1.000.000). Kinh độ (λ): 180°W (Tây) 180°E (Đông).
Vĩ độ (ᵠ): 90°S (Nam) 90°N (Bắc).
Hệ tọa độ chiếu xác định vị trí đối tượng theo mặt
phẳng sử dụng ellipsoid/ spheroid phép chiếu đồ.
Biến dạng phép chiếu: hình dạng, diện tích, khoảng cách, hướng Phân loại phép chiếu: mặt chiếu (hình trụ, hình nón, mặt phẳng)
(51)u cầu cần đạt Hệ tọa độ VN2000
sử dụng ellipsoid WGS84 điều chỉnh phù hợp với lãnh thổ
Việt Nam cách dịch chuyển gốc tọa độ xoay trục tọa độ.
chia ellipsoid thành múi 6° (tỉ lệ < 1/10.000) / 3° (tỉ lệ ≥ 1/10.000) và
sử dụng lưới chiếu UTM (hình trụ ngang cắt ellipsoid kinh tuyến cách kinh tuyến trục 180 km/ 90 km).
đối với bán cầu Bắc, gốc tọa độ múi giao điểm kinh
tuyến trục (đã dịch phía Tây 500 km) xích đạo.
quy ước ghi tọa độ:
X = <khoảng cách tới xích đạo>
Y = <múi chiếu> <khoảng cách tới trục Ox sau dời kinh tuyến trục 500 km phía Tây>