QUASIGEOID ĐỂ XÁC ĐỊNH ĐỘ CAO NHÀ NƯỚC
3.1. Xác định độ cao trắc địa bằng công nghệ GNSS
Nếu ζ là dị thường độ cao tại điểm xét và bỏ qua độ lệch dây dọi (góc giữa
phương dây dọi và phương pháp tuyến), ta có mối quan hệ giữa độ cao thủy chuẩn h và độ cao trắc địa H như sau:
hϒ = −H ζ (3.1) Lưu ý rằng theo công thức trên, độ cao trắc địa H và dị thường độ cao ζ phải
cùng xét trên một Ellipsoid của một hệ quy chiếu (ví dụ như trên Ellipsoid WGS-84). Trong công thức trên, độ cao trắc địa H được xác định dễ dàng nhờ công nghệ GNSS do đó phương pháp xác định độ cao trên cơ sở công thức (3.1) được gọi là đo cao GNSS. Mục tiêu của đo cao GNSS là tìm một giải pháp đo cao mới có thể thay thế cho đo cao hình học (đo thủy chuẩn) nhằm giải quyết những khó khăn của phương pháp đo cao hình học ở những nơi đo đạc khó khăn như vùng núi, đầm lầy, vướng chướng ngại vật,… Thậm chí không phải đo thủy chuẩn mà từ kết quả đo GNSS, chúng ta có thể xác định được độ cao thủy chuẩn của bất kỳ điểm đo GNSS nào có trong khu vực đã được thiết lập mô hình Quasigeoid với độ chính xác cần thiết.
3.2. Xác định dị thường độ cao từ mô hình EGM2008
Dị thường độ cao có thể được xác định bằng nhiều phương pháp (nội dung cụ thể thể hiện tại mục (1.2)):
- Phương pháp trọng lực;
- Phương pháp thiên văn trắc địa; - Phương pháp thiên văn - trọng lực; - Phương pháp GPS-TC;
- Phương pháp không gian; - Phương pháp kết hợp;
- Phương pháp nội suy dị thường độ cao từ các giá trị dị thường độ cao đã biết. Mỗi phương pháp đều có những ưu và nhược điểm riêng. Với sự vượt trội về ưu thế, ngày nay, một trong những phương pháp được áp dụng nhiều nhất là khai thác dị
thường độ cao từ mô hình có sẵn của thế giới. Trên quy mô toàn cầu đã có nhiều mô hình dị thường độ cao được xây dựng, tiêu biểu nhất trong số đó là mô hình EGM2008. Đề tài nghiên cứu khai khác dị thường độ cao từ mô hình này để tích hợp với độ cao trắc địa nhằm xác định độ cao Nhà nước.
a) Khai thác giá trị dị thường độ cao từ mô hình EGM2008:
Số liệu về mô hình EGM 2008 bậc đến 2190 với độ phân giải 1’x 1’, 2.5’x2.5’, 10’x10’ được lấy từ nguôn in-tơ-net.
Một số dữ liệu của mô hình cung cấp: - EGM2008_to_2190_TideFree.
Tệp tin này chứa các hàm số của hàm điều hòa trong hệ thống không phụ thuộc triều của thế hấp dẫn.
- EGM2008_to2190_ZeroTide.
Tệp số liệu này gần giống với tệp số liệu EGM2008_to_2190_TideFee nhưng chứa các hệ số hàm điều hòa trong hệ thống triều không. Tệp này được cung cấp để hạn chế sai số xuất hiện khi chuyển từ hệ các hệ thống độ cao khác nhau.
- Coeff_Height_and_Depth_to2190_DTM2006.
Tệp chứa các tập tin liên quan đến việc sử dụng mô hình EGM2008 để xác định độ cao geoid:
+ EGM2008_to_2190_TideFree.gz. + Zeta-to-N_to2160_egm2008.gz.
+ Und_min1x1_egm2008_isw=82_WGS84_TideFree.gz. + Und_min2.5x.2.5_egm2008_isw=82_WGS84_TideFree.gz
b) Phần mềm sử dụng để khai thác giá trị dị thường độ cao:
Mô hình thế trọng trường toàn cầu EGM2008 được ứng dụng để xác định cơ sở dữ liệu, tác giả Hans-Gerd Duenck-Kerst đã phát triển ứng dụng có tên là Alltrans EGM2008 Calculator 1.00. Với phần mềm này, người dùng có thể sử dụng cơ sở dữ liệu có sẵn tích hợp trong phần mềm với kích thước ô lưới 10’x10’ hoặc cơ sở dữ liệu khác do người sử dụng đưa vào (kích thước ô lưới 1’x1’ hay 2.5’x2.5’) để tính toán giá trị độ cao Geoid trên cơ sở sử dụng các phương pháp nội suy là song bình phương (bi- quadratic), song tuyến (bi-linear), tam giác (triangulation) hoặc láng giềng gần nhất (nearest neighbor).
Thứ tự xếp loại độ chính xác của các phương pháp từ tốt nhất đến kém nhất như sau: Phương pháp nội suy song bình phương, phương pháp nội suy song tuyến, phương pháp nội suy láng giềng gần nhất.
Với độ lệch nhỏ nên có thể xem như sai số do ảnh hưởng của việc nội suy là không đáng kể và có thể bỏ qua. Phần mềm được thiết kế để hỗ trợ người dùng tính toán độ cao của Geoid trên mô hình EGM2008. Nó đi kèm với rất nhiều tùy chọn hữu dụng và các thiết lập cấu hình.
Việc cài đặt ứng dụng có thể thực hiện một cách nhanh chóng dễ dàng mà không gây khó khăn cho người sử dụng. Giao diện của phần mềm gôm 3 cửa sổ chính là:
- Tính toán cho một vị trí tọa độ bất kì; - Tính toán với một khu vực đã định; - Tính toán với tệp số liệu có sẵn.
Có thể lựa chọn thực hiện tính toán, lựa chọn tệp tin đầu vào, tệp đầu ra cũng như định dạng file của chúng (ví dụ như file văn bản có chứa kinh độ, vĩ độ).
a, Tính toán cho một vị trí tọa độ bất kì
Trên phần mềm, ở cửa sổ thao tác EGM2008 Manual Calculator ta nhập kinh độ và vĩ độ của điểm bất kì như sau:
Vĩ độ (Latitude) : 21.79625571 ; Kinh độ (Longtitude): 104.80060760.
Sau khi nhập độ kinh, độ vĩ ta sẽ lựa chọn cơ sở dữ liệu. Phần mềm Alltrans EGM2008 Calculator đã tích hợp sẵn kích thước ô lưới 10’x10’ nhưng để đạt được độ chính xác tốt hơn có thể chọn một cơ sở dữ liệu bên ngoài External Database (EGM 2008). Các cơ sở dữ liệu phải được định dạng chính thức phân phối bởi NGS. Có hai định dạng khác nhau được phân phối bởi các NGS, các cơ sở dữ liệu định dạng Big Endian và các cơ sở dữ liệu trong Small Endian.
Khi đã lựa chọn số liệu và chọn cơ sở dữ liệu, nhấn “Calc” để chương trình chạy. Hiện nay có các dữ liệu mô hình trọng trường được cung cấp với các kích thước ô lưới khác nhau như: 1’x1’, 2.5’x2.5’ hay 10’x10’ ứng với số liệu đã thu thập, ở đây tôi đã thực hiện tính toán với kích thước mắt lưới 1’x1’. Khi sử dụng cơ sở dữ liệu tính trước với kích thước 1’x1’, phương pháp nội suy song bình phương (Bi – Quadratic) cho độ lệch rất nhỏ. Các thao tác tính toán được thể hiện trên hình 3.1.
Hình 3.1. Các thao tác tính toán trên cửa số EGM2008 Manual Calculator