2 là thành phần do dị thường trọng lực trong vùng còn lại trên bề mặt Trái đất gây ra.
THỰC NGHIỆM ĐO CAO GP SỞ KHU VỰC SÓC SƠN-TAM ĐẢO
4.1. Thực trạng số liệu trọng lực, số liệu thuỷ chuẩn, số liệu GPS và số
liệu độ cao địa hình
Công tác đo trọng lực ở Việt Nam được bắt đầu tiến hành từ thời Pháp thuộc, vào năm 1930 dưới sự chỉ đạo và trực tiếp tham gia của nhà địa vật lý người Pháp tên là Lejay. Cả thảy đến nay ở nước ta đã đo được 4600 điểm trọng lực phục vụ cho việc thành lập bản đồ dị thường trọng lực tỉ lệ 1:500.000 trên phạm vi toàn quốc (sai số dị thường Bouguer <0,95-1,15 mgal), 3000 điểm phục vụ cho việc thành lập bản đồ dị thường trọng lực tỉ lệ 1:200.000 cho vùng Hà nội (sai số dị thường Bouguer <0,4 mgal), trên 7400 điểm cho việc thành lập bản đồ dị thường trọng lực tỉ lệ 1:100.000 - 1:200.000 cho vùng Hậu giang, An giang, Minh hải (sai số dị thường 0,30-0,41 mgal) và hàng chục nghìn điểm phục vụ cho tỉ lệ 1:100.000 - 1:50.000 trên diện tích khoảng 80.000 km2 nằm rải rác ở các vùng khác nhau (sai số dị thường 0,25 - 0,35 mgal) cũng như nhiều khu vực nhỏ hẹp trên phạm vi lãnh thổ. Ngoài ra Bộ Tài nguyên và Môi trường cũng đã cho đo trọng lực dọc các tuyến thuỷ chuẩn hạng cao Nhà nước với khoảng trên 5200 điểm với độ chính xác đo đạc 0,30 mgal.
Trên biển cũng đã có nhiều vùng riêng biệt được đo trọng lực dọc theo tuyến với giãn cách giữa các tuyến khoảng 20-30 km, còn giữa các điểm trên tuyến - cỡ 1-2 km. Song các số liệu đo chủ yếu do các công ty dầu khí nước ngoài quản lí; chúng ta chưa tiếp nhận và tập hợp được đầy đủ.
Điều đáng lưu ý là mật độ các điểm trọng lực rất không đồng đều giữa các vùng khác nhau trên lãnh thổ cũng như lãnh hải. Trung bình trên toàn quốc cứ khoảng 50 -70 km2 có 1 điểm trọng lực. Ở vùng đồng bằng Bắc bộ và đồng bằng Nam bộ mật độ có thể tăng tới 1 điểm trên 10 - 20 km2, nhưng ở vùng núi phía Bắc, ở miền Trung và khu vực Nam Trung bộ mật độ lại giảm xuống 300- 400 km2 thậm chí 700 - 800 km2 mới có 1 điểm.
Trên vùng biển trong phạm vi tới 300 - 400 km tính từ bờ mật độ điểm trọng lực còn thấp hơn thế nhiều.
4.1.2. Tình hình số liệu đo cao thuỷ chuẩn
Mạng lưới độ cao quốc gia ở nước ta được xây dựng theo nguyên tắc từ tổng quát đến chi tiết gồm bốn hạng : hạng I , hạng II, hạng III và hạng IV. Điểm khởi tính độ cao được lấy theo mực nước biển trung bình nhiều năm tại trạm nghiệm triều Hòn Dấu. Mạng lưới độ cao quốc gia bao gồm các tuyến đo được bố trí chủ yếu dọc theo các tuyến đường giao thông trải rộng trên địa bàn cả nước trong đó có 87 tuyến hạng I, hạng II với 2076 mốc tạo thành 30 vòng khép. Mạng lưới được đo tuân thủ theo các quy trình, quy phạm đã ban hành và sau gần 30 năm đã được hoàn thành trên quy mô toàn quốc.
Năm 1996 đã hoàn thành việc bình sai tổng thể mạng lưới độ cao hạng I, hạng II toàn quốc, cả lưới ”0” và lưới độ cao ”gốc” theo mặt nước biển trung bình mới với giá trị h0 = 1.90 m. Trong quá trình tính toán bình sai đã cải chính trọng lực và giá trị độ cao đã được đưa về Hệ độ cao chuẩn. Độ chính xác sau bình sai đối với lưới hạng I , II đạt được như sau:
+ Sai số trung phương trọng số đơn vị + 0.00286 m; + Sai số trung phương trên 1 km là + 2.9 mm.
Hiện nay các tuyến thuỷ chuẩn đang được đo trọng lực dọc tuyến để hoàn thiện việc tính số cải chính do trọng trường Trái đất cho mạng lưới độ cao quốc gia. Nhiều tuyến mới cũng đã và đang được đo nhằm tăng dày mật độ điểm thuỷ chuẩn nhà nước trên toàn lãnh thổ, đặc biệt ở vùng núi. Tuy vậy, có thể tạm ước tính là hiện nay mật độ các điểm hạng I, hạng II mới ở mức 1 điểm/ 800 -1000 km2 ; Ở vùng trung du, miền núi mật độ thực tế còn thấp hơn thế đến 1,5 - 2 lần.
4.1.3. Tình hình số liệu đo GPS
Các máy thu GPS được đưa vào thực tế sản xuất trắc địa - bản đồ ở nước ta từ đầu những năm 90 của thế kỷ trước. Đến nay công nghệ GPS đã khá phổ biến ở Việt Nam và đã phát huy ưu thế rõ ràng về mặt xác định toạ độ mặt bằng. Tuy vậy, tận dụng khả năng tiềm ẩn của công nghệ này để giải quyết bài tóan xác định độ cao với độ chính xác mong muốn cỡ thuỷ chuẩn nhà nước, mà trước mắt là thuỷ chuẩn hạng IV, còn là vấn đề cần được đầu tư thích đáng.
- Trên thực tế việc truyền độ cao theo phương pháp đo cao GPS ở nước ta mới chỉ được triển khai ở một số khu vực tương đối hẹp và khá tản mạn. Nhìn chung, hầu hết các mạng lưới GPS trong thực tế sản xuất ở nước ta mới chỉ đạt độ chính xác xác định chênh cao trắc địa trên 1 km cỡ tương đương thuỷ chuẩn hạng IV nhà nước, ngoại trừ rất ít trường hợp cá biệt đạt tới cỡ thuỷ chuẩn hạng III.
Mạng lưới GPS cấp ”0” với 69 điểm được xây dựng vào cuối năm 1995, Máy đo là loại hai tần số 4000SST và 4000SSE. Chiều dài cạnh trung bình giữa các điểm kề nhau là 70 km. Độ chính xác của chênh cao trắc địa mH < 0.03m. Tương ứng có thể suy ra sai số trung phương trên 1 km là m 4mm
7003 03 . 0
. 4.1.4. Tình hình số liệu độ cao địa hình 4.1.4. Tình hình số liệu độ cao địa hình
Trên phạm vi lãnh thổ Việt Nam có bản đồ địa hình tỉ lệ 1/100.000 được thành lập trong thời Pháp thuộc. Từ sau năm 1954 đến 1975 Mỹ đã thành lập bản đồ địa hình tỉ lệ 1/150.000 trên cơ sở tài liệu trắc địa mặt đất và chụp ảnh máy bay cho toàn bộ lãnh thổ miền nam Việt Nam và hầu hết lãnh thổ miền Bắc trong đó có sử dụng tư liệu bản đồ từ thời Pháp. Độ chính xác của độ cao lấy từ bản đồ này được đánh giá cỡ 10 - 20m.
Trên phạm vi miền Bắc Cục Đo đạc Bản đồ nhà nước đã tiến hành đo vẽ bản đồ địa hình tỉ lệ 1/25.000 ở hầu hết khu vực đồng bằng và trung du, tỉ lệ 1/10.000 ở một số vùng kinh tế phát triển trong đo chủ yếu là vùng đồng bằng sông Hồng và ven biển. Độ chính xác của độ cao xác định theo bản đồ tỉ lệ này được đánh giá cỡ 1 – 3 m.
Vào những năm 1995 – 1997 Liên Xô đã thành lập bộ bản đồ địa hình tỉ lệ 1/100.000 trên toàn bộ lãnh thổ Việt Nam dựa trên số liệu chụp ảnh máy bay và ảnh vệ tinh.
Vào đầu những năm 2000 Bộ Tài nguyên và Môi trường đã hoàn thành bộ bản đồ địa hình tỉ lệ 1/50.000 cho toàn bộ lãnh thổ và gần đây đã số hoá tất cả các số liệu bản đồ nói trên.
Nhìn chung trên toàn bộ lãnh thổ nước ta có thể có được các số liệu độ cao địa hình với độ chính xác trung bình cỡ 10 – 15 m. Ở một số vùng sai số độ cao địa hình được bảo đảm ở mức 3 – 5 m và ở một số khu vực nhỏ – ở mức 1 – 3 m.
4.2. Giới thiệu khu vực thực nghiệm 4.2.1 Vị trí địa lý, địa hình
Khu vực thực nghiệm cần có một số lượng đủ lớn các điểm có độ cao thuỷ chuẩn từ hạng II trở lên để sử dụng với tư cách là các điểm khởi tính và các điểm kiểm tra.
Các điểm xét trong khu vực thực nghiệm cần được bố trí ở vùng có số liệu trọng lực trong phạm vi càng rộng càng tốt, ít nhất tới bán kính 150 - 200 km để có thể khảo sát khả năng sử dụng số liệu trọng lực trong đo cao GPS.
Khu vực thực nghiệm phải phản ánh địa hình ở cả hai dạng : đồng bằng và vùng núi.
Phạm vi thực nghiệm được xét có quy mô cỡ vài ba chục kilômét giữa các điểm cứng.
Căn cứ vào các yêu cầu trên đây và đối chiếu với tình hình số liệu thực tế cả về trọng lực, về độ cao thuỷ chuẩn chính xác cao và về địa hình, chúng tôi đã chọn khu vực để thực nghiệm là vùng Sóc sơn-Tam đảo với hai đường chéo xấp xỉ 30 km và 34 km. Các giá trị độ vĩ và độ kinh giới hạn của khu vực này như sau :
BN = 210 20’ ; BS = 200 07’ ;LW = 1050 36’ ; LE = 1050 52’ . Địa hình khu đo có dạng trung du chuyển tiếp giữa đồng bằng ở phía Nam và vùng đồi núi ở phía Bắc - Đông bắc. Độ cao lớn nhất trên phạm vi bố trí các điểm đo là 55 m, thấp nhất là 7 m và trung bình là 26 m.
4.2.2 Số liệu đo đạc
Với mục đích thực nghiệm đo cao GPS chúng ta cần có hai dạng số liệu đo chính là : đo GPS và đo thuỷ chuẩn.
1. Đo thuỷ chuẩn
Trên phạm vi khu thực nghiệm có sẵn 6 mốc thuỷ chuẩn hạng I và 2 mốc hạng II nhà nước. Dựa trên các mốc có sẵn, chúng tôi phát triển thêm 7 mốc mới bằng cách đo tuyến treo thuỷ chuẩn hạng II hai chiều từ mốc gần nhất. Như vậy là trên khu đo chúng ta có được 15 điểm có độ cao thuỷ chuẩn với cấp hạng không thấp hơn hạng II, cụ thể sai số khép chênh cao giữa đo đi và đo về không vượt quá 10mm L(km).
2. Đo GPS
Việc đo GPS đựơc tiến hành cho tất cả 15 điểm thuỷ chuẩn đã nêu ở trên theo phương pháp đo tĩnh tương đối. Máy GPS được sử dụng là máy thu hai tần, hai hệ (Navstar-Glonass) loại GB 1000 do hãng Topcon (Nhật Bản) chế tạo. Các véctơ cạnh đáy (baseline) được đo độc lập với nhau bằng 2 máy thu với ca đo kéo dài không dưới 90m. Cả thảy đã đo được 25 baseline giữa 15 điểm.
Có 2 điểm thuộc mạng lưới GPS nói trên đã được xử lý kết hợp với các trạm GPS quốc gia ở Hà giang, Cao bằng và Điện biên có đo nối với mạng lưới GPS quốc tế. Nhờ vậy, chúng có toạ độ trong hệ ITRF. Sai số độ cao trắc địa của 2 điểm đó cũng như của 3 trạm quốc gia được đánh giá không lớn hơn 0,1m. Mạng lưới thực nghiệm ( sau đây ta sẽ gọi là mạng lưới Sóc sơn-Tam đảo) được xử lý bằng phần mềm GPSurvey 2.35. Kết quả tính toán bình sai được cho trong hệ ITRF với ellipsoid WGS-84. Dựa vào các chênh cao trước bình sai, ta sẽ tính được sai số khép theo các vòng khép kín. Cả thảy trong mạng lưới có 13 vòng đo độc lập.
Đối với mạng lưới GPS đang xét ta có :
mH = 0.008 m trên 1km. Kết quả đánh giá độ chính xác của chênh cao xác định bằng GPS thông qua số liệu bình sai của 25 vec tơ cạnh cho ta:
4.3 Xử lý tính toán
4.3.1 Tính độ cao chuẩn cho các mốc thuỷ chuẩn
Các mốc thuỷ chuẩn trong khu vực thực nghiệm đều là mốc hạng II trở lên, do vậy chúng cần được tính độ cao trong một hệ độ cao chặt chẽ, cụ thể là hệ độ cao chuẩn. Với mục đích này chúng tôi đã dùng bộ số liệu dị thường trọng lực trung bình hoá theo các ô chuẩn 5’ x 5’ cho toàn bộ lãnh thổ Việt Nam mà chúng tôi đã có dịp sử dụng trong quá trình xử lý toán học mạng lưới độ cao quốc gia của nước ta vào năm 1996. Trên cơ sở đó chúng tôi đã tính ra hiệu giữa độ cao trắc địa và độ cao chuẩn cho tất cả 15 điểm xét.
4.3.2. Tính hiệu giữa độ cao trắc địa và độ cao chuẩn
4.3.3 Thành lập bản đồ dị thường độ cao khu vực thực nghiệm
1.Theo số liệu độ cao trắc địa và độ cao chuẩn
- Dị thường Bouguer trong phạm vi bán kính 55’ ( 100 km) và trong phạm vi bán kính 40 ( 440 km) xung quanh điểm xét, còn vùng ngoài dùng hệ số điều hoà của mô hình trọng trường EGM-96.
- Dị thường Faye trong phạm vi bán kính 55’ ( 100 km) và trong phạm vi bán kính 40 ( 440 km) xung quanh điểm xét, còn vùng ngoài dùng hệ số điều hoà của mô hình trọng trường EGM-96.
- Chỉ dùng hệ số điều hoà của mô hình trọng trường EGM-96.
Để minh hoạ chúng tôi xin giới thiệu bản đồ dị thường độ cao xây dựng theo số liệu GPS-thuỷ chuẩn trong hình vẽ trên trang 35.