Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS động thời gian thực trong công tác thủy đạc phục vụ bảo đảm an toàn hàng hải trong điều kiện việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN THỊ HỒNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS ĐỘNG THỜI GIAN THỰC TRONG CÔNG TÁC THỦY ĐẠC PHỤC VỤ BẢO ĐẢM AN TOÀN HÀNG HẢI TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN THỊ HỒNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS ĐỘNG THỜI GIAN THỰC TRONG CÔNG TÁC THỦY ĐẠC PHỤC VỤ BẢO ĐẢM AN TOÀN HÀNG HẢI TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Ngành: Kỹ thuật trắc địa – đồ Mã số: 9520503 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐẶNG NAM CHINH PGS.TS TRẦN KHÁNH TOÀN Hà Nội- 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nghiên cứu trình bày luận án xác, trung thực, khách quan chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu khác Tác giả luận án Nguyễn Thị Hồng ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG ix DANH MỤC CÁC HÌNH xi MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ CƠNG TÁC THỦY ĐẠC PHỤC VỤ BẢO ĐẢM AN TOÀN HÀNG HẢI 1.1 Công tác thủy đạc phục vụ bảo đảm an toàn hàng hải .10 1.1.1 Nhiệm vụ công tác thủy đạc phục vụ bảo đảm an toàn hàng hải 10 1.1.2 Một số tiêu chuẩn kỹ thuật quan trọng áp dụng công tác thủy đạc phục vụ BĐATHH .11 1.1.3 Cơ sở toán học áp dụng công tác thủy đạc phục vụ BĐATHH .22 1.2 Ảnh hưởng điều kiện tự nhiên đến công tác thủy đạc vùng ven biển Việt Nam 25 1.2.1 Thủy triều 26 1.2.2 Sóng, gió, dịng chảy .28 1.2.3 Địa hình 31 1.3 Tổng quan công nghệ GNSS động thời gian thực công tác thủy đạc 31 1.3.1 Các nghiên cứu nước 32 1.3.2 Các nghiên cứu nước 34 1.4 Tổng quan quy chiếu trị đo sâu ĐHĐB dựa mơ hình mặt biển .36 1.4.1 Kết xây dựng số mơ hình mặt biển tồn cầu giới 37 1.4.2 Kết nghiên cứu xây dựng số mơ hình mặt biển Việt Nam 38 1.5 Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu .42 iii CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GNSS CORS RTK TRONG CÔNG TÁC THỦY ĐẠC PHỤC VỤ BẢO ĐẢM AN TOÀN HÀNG HẢI TRÊN VÙNG BIỂN VEN Bờ VIỆT NAM 44 2.1 Công nghệ GNSS động thời gian thực .45 2.1.1 Nguyên lý đo GNSS Base RTK 46 2.1.2 Nguyên lý đo GNSS CORS RTK 51 2.1.3 Khả ứng dụng GNSS CORS RTK công tác khảo sát thủy đạc phục vụ BĐATHH cho vùng biển ven bờ Việt Nam 54 2.2 Tích hợp GNSS CORS RTK với cơng nghệ đo sâu hồi âm khảo sát địa hình nước phục vụ bảo đảm an toàn hàng hải 66 CHƯƠNG XỬ LÝ TỐN HỌC SỐ LIỆU ĐO SÂU ĐỊA HÌNH ĐÁY BIỂN 71 TRONG CƠNG TÁC THỦY ĐẠC BẢO ĐẢM AN TỒN HÀNG HẢI .71 3.1 Sử dụng số mô hình mặt biển cơng tác thủy đạc phục vụ bảo đảm an toàn hàng hải .72 3.1.1 Mơ hình mặt biển trung bình mơ hình mặt biển thấp 73 3.1.2 Sử dụng mơ hình MIKE 21 Flow Model FM để xác định độ cao mực nước 80 3.2 Quy chiếu trị quan trắc mực nước 85 3.2.1 Quy chiếu trị quan trắc mực nước dựa mặt biển trung bình mặt biển thấp trạm quan trắc mực nước ven bờ 87 3.2.2 Quy chiếu trị quan trắc mực nước dựa mô hình mặt biển 88 3.2.3 Quy chiếu độ cao mực nước mơ hình MIKE 21 FM 90 3.3 Quy chiếu trị đo sâu địa hình đáy biển .92 3.3.1 Quy chiếu độ sâu địa hình đáy biển dựa mặt biển thấp trạm quan trắc mực nước ven bờ 92 3.3.2 Quy chiếu trị đo sâu địa hình đáy biển dựa mơ hình MBTNKV170 .93 3.3.3 Quy chiếu trị đo độ sâu ĐHĐB dựa MBTN mơ hình MBTNKH170 theo số liệu mực nước mơ hình MIKE 21 FM 94 CHƯƠNG ĐO THỰC NGHIỆM VÀ XỬ LÝ KẾT QUẢ 97 4.1 Nội dung thực nghiệm 97 iv 4.1.1 Nội dung thực nghiệm .97 4.1.2 Khu vực thực nghiệm 97 4.2 Thực nghiệm đánh giá độ xác đo GNSS CORS RTK GNSS Base RTK phục vụ cơng tác đo đạc thành lập hải đồ, bình đồ khu vực biển ven bờ luồng hàng hải .98 4.2.1 Thực nghiệm đánh giá độ xác đo GNSS CORS RTK GNSS Base RTK đất liền .98 4.2.2 Thực nghiệm đánh giá độ xác đo GNSS CORS RTK GNSS Base RTK tích hợp với máy đo sâu hồi âm 108 4.3 Xây dựng mơ hình MIKE 21 Flow Model FM cho khu vực thực nghiệm 119 4.3.1 Số liệu phục vụ xây dựng mơ hình: 119 4.3.2 Xây dựng toán tính mực nước khu vực biển Hải Phịng 119 4.4 Tính tốn thực nghiệm quy chiếu trị đo mực nước dựa MBTB trạm QTMN dựa mơ hình MBTBKV98 MBTNKV170 123 4.4.1 Số liệu phục vụ tính tốn thực nghiệm 123 4.4.2 Tính tốn thực nghiệm 123 4.5 Tính tốn thực nghiệm quy chiếu trị đo sâu ĐHĐB 124 4.5.1 Tính tốn thực nghiệm quy chiếu trị đo sâu ĐHĐB dựa MBTB trạm quan trắc mực nước dựa mơ hình MBTNKV170 .124 4.5.2 Đánh giá độ xác 124 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .134 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 136 TÀI LIỆU THAM KHẢO .138 PHỤ LỤC 148 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT STT Viết tắt Tiếng Anh Ý nghĩa BĐATHH BDS BTS CORS CPU Central Processing Unit Bộ xử lý trung tâm DGPS Differential GPS Định vị GPS vi phân ĐHĐB DTM DTU 10 DTU10 MDT 11 DWT 12 ECDIS 13 Bảo đảm an toàn hàng hải BeiDou Navigation Satellite Hệ thống dẫn đường vệ tinh System toàn cầu Trung Quốc Base Transceiver Station Trạm thu phát sóng di động Continuously Operating Reference Station Trạm tham chiếu hoạt động liên tục Địa hình đáy biển Digital Terrain Model Mơ hình số địa hình Denmark’s Technical Trường Đại học Tổng hợp kỹ thuật University Đan Mạch Mơ hình địa hình động lực trung bình tồn cầu Đan Mạch xây dựng Dead Weight Tonnage Đơn vị đo lực vận tải an toàn tàu thủy tính Electronic Chart Display Hệ thống hiển thị thơng tin bình and Information System đồ luồng hàng hải điện tử EGM Earth Gravitational Model Mơ hình trọng trường trái đất 14 ENC Electronic Navigation Chart Hải đồ điện tử 15 FKP 16 FTP File Transfer Protocol 17 FTTH Fiber to the Home Flanchen Korrektur parameter Kỹ thuật thông số hiệu chỉnh khu vực Giao thức chuyển nhượng tập tin Giải pháp kết nối cáp quang trực tiếp từ nhà mạng đến người dùng vi STT Viết tắt 18 GALILEO 19 GcDGPS 20 GIS 21 GLONASS 22 GNSS 23 GPS Tiếng Anh Hệ thống dẫn đường vệ tinh toàn cầu Liên minh Châu Âu Globally Corrected DGPS Geographic information system IERS IGS 26 IHO 27 iMAX 28 IMO 29 INS 30 INT1 31 ITRF 32 KHCN 33 MAC cầu Hệ thống thông tin địa lý Hệ thống dẫn đường vệ tinh System toàn cầu Nga Global Navigation Satellite System Global Positioning System and Reference Systems Service 25 Định vị GPS vi phân cải tồn Global Navigation Satellite International Earth Rotation 24 Ý nghĩa International GNSS Service International Hydrographic Organization Individual Master Auxiliary Corrections International Maritime Organization Inertial Navigation System Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu Hệ thống định vị toàn cầu Tổ chức dịch vụ quốc tế chuyển động quay trái đất hệ quy chiếu Tổ chức dịch vụ GNSS quốc tế Tổ chức thuỷ đạc quốc tế Dịch vụ cải sử dụng giải pháp cơng nghệ trạm - phụ có điều chỉnh Tổ chức hàng hải quốc tế Hệ thống dẫn đường quán tính Quy định IHO chữ viết tắt số hiệu hải đồ quốc tế International Terrestrial Reference Frame Khung quy chiếu Trái Đất quốc tế Khoa học công nghệ Master Auxiliary Concept Cơng nghệ trạm -phụ vii STT Viết tắt Tiếng Anh Ý nghĩa 34 MAX Master Auxiliary Dịch vụ cải sử dụng giải pháp Corrections cơng nghệ trạm - phụ 35 MBES MultiBeam EchoSounder Đo sâu hồi âm đa tia 36 MBTB Mặt biển trung bình 37 MBTBKV Mặt biển trung bình khu vực 38 MBTN Mặt biển thấp 39 MBTNKV Mặt biển thấp khu vực Mơ đun mơ phỏng, tính tốn 40 MIKE 21 FM MIKE 21 Flow Model FM trình thủy động lực chiều 41 MDT 42 MDTVN 43 Mean Dynamic Topography Mơ hình địa hình động lực trung bình Mean Dynamic Topography Mơ hình địa hình động lực trung bình Viet Nam Việt Nam MSS Mean Sea Surface Mơ hình mặt biển trung bình 44 NGS National Geodetic Survey Cơ quan Trắc đạc Hoa Kỳ 45 NMEA National Marine Electronic Chuẩn liệu Hiệp hội điện tử Association hàng hải quốc gia Mỹ thiết lập 46 NRTK Network Real-Time Mạng lưới định vị động thời gian Kinematic thực 47 NTRIP Networked Transport of Truyền tải cấu trúc liệu RTCM RTCM via Internet Protocol qua mạng Internet 48 PPP Precise Point Positioning Định vị điểm xác 49 QTMN 50 RACON 51 RINEX 52 RTCM Quan trắc mực nước Radar Beacon Tiêu Radar Receiver Independent Định dạng liệu độc lập với máy Exchange format thu Radio Technical Chuẩn cấu trúc liệu để truyền cải viii STT Viết tắt Tiếng Anh Ý nghĩa Commission for Maritime phân sai phát triển services Ủy ban kỹ thuật vô tuyến cho dịch vụ hàng hải 53 RTE Radar Target Enhancers 54 RTK Real-Time Kinematic 55 SBES SingleBeam EchoSounder 56 SOLAS 57 TNHH 58 UHF 59 USACE 60 UTM 61 VHF 62 VN-2000 63 VRS Virtual Reference Station 64 VTS Vessel traffic service 65 WGS-84 Phản xạ đa chủ động Phương pháp đo động thời gian thực (đo động tức thời) Máy đo sâu hồi âm đơn tia International Convention for Công ước hội nghị quốc tế an the Safety of Life at Sea toàn sinh mạng biển Trách nhiệm hữu hạn Ultra High Frequency Tần số cực cao US Army Corps Engineers Cơ quan Công binh quân đội Mỹ Universal Transverse Mercator Very High Frequency Lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc Tần số cực thấp Hệ tọa độ quốc gia Việt Nam VN2000 World Geodetic System1984 Trạm tham chiếu ảo Hệ thống giám sát điều phối giao thông hàng hải Hệ tọa độ trắc địa quốc tế 1984 ... động thời gian thực (RTK) công tác thủy đạc phục vụ bảo đảm an toàn hàng hải điều kiện Việt Nam - Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GNSS CORS RTK công tác thủy đạc phục vụ bảo đảm an toàn hàng hải. .. QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG TÁC THỦY ĐẠC PHỤC VỤ BẢO ĐẢM AN TOÀN HÀNG HẢI 1.1 Công tác thủy đạc phục vụ bảo đảm an toàn hàng hải .10 1.1.1 Nhiệm vụ công tác thủy đạc phục vụ bảo. .. tục nghiên cứu 10 1.1 Công tác thủy đạc phục vụ bảo đảm an toàn hàng hải 1.1.1 Nhiệm vụ công tác thủy đạc phục vụ bảo đảm an tồn hàng hải Cơng tác bảo đảm an toàn hàng hải Đảng Nhà nước ta quan