Các giá trị ( H - hγ ) đợc nội suy từ các “điểm cứng” theo các phơng án khác nhau :
1. Thay đổi số lợng điểm cứng“ ”
Số lợng “điểm cứng” đợc lấy lần lợt là : 8, 7, 4 . 2. Dùng các phơng pháp nội suy khác nhau
Đã tiến hành nội suy theo 3 phơng pháp khác nhau, đó là : nội suy tuyến tính, nội suy bằng đa thức bậc 2, nội suy spline.
3. Sử dụng thêm số liệu trọng lực
Trong khi nội suy chúng tôi đã sử dụng thêm các giá trị dị thờng độ cao trọng lực đợc tính theo các loại dị thờng trọng lực khác nhau đã cho ở phần trớc.
4.3.5 Tính độ cao chuẩn và đánh giá độ chính xác
Trên cơ sở nhận đợc (H-hγ)nôisuy , ta tính độ cao chuẩn hγ tại điểm xét theo biểu thức :
hjγ = Hj −(H −hγ )j noisuy .
Đây chính là giá trị độ cao chuẩn cần xác định bằng phơng pháp đo cao GPS. Độ chính xác của kết quả đợc đánh giá nh sau:
n h h m n j j j h ∑ = − = 1 2 ) ( γ γ , trong đó hγj là giá trị độ cao chuẩn đã biết trớc của điểm j .
Kết quả tính toán cụ thể đợc cho trong bảng dới :
Sai số xác định độ cao chuẩn bằng đo cao GPS
Tuyến tính - Thuần tuý
- Thêm ảnh hởng của dị thờng Bouguer (55’-55’) T Thêm ảnh hởng của dị thờng Bouguer (55’- 40) T Thêm ảnh hởng của dị thờng Faye (55’-55’) T Thêm ảnh hởng của dị thờng Faye (55’-40) - Thêm mô hình EGM -96
Đa thức bậc 2 - Thuần tuý
- Thêm ảnh hởng của dị thờng Bouguer (55’-55’) - Thêm ảnh hởng của dị thờng Bouguer (55’- 40) Thêm ảnh hởng của dị thờng Faye (55’-55’) - Thêm ảnh hởng của dị thờng Faye (55’-40)
Thêm mô hình EGM -96 Spline
- Thuần tuý
- Thêm ảnh hởng của dị thờng Bouguer (55’-55’) - Thêm ảnh hởng của dị thờng Bouguer (55’- 40) - Thêm ảnh hởng của dị thờng Faye (55’-55’) - Thêm ảnh hởng của dị thờng Faye (55’-40)
Thêm mô hình EGM -96
0.008 m 0.013 0.015 0.027 0.038 0.028 0.008 m 0.012 0.011 0.029 0.039 0.008 0.010 m 0.014 0.015 0.023 0.028 0.010 0.009 m 0.012 0.014 0.029 0.029 0.034 0.010 m 0.011 0.011 0.056 0.048 0.010 0.013 m 0.016 0.015 0.058 0.056 0.015 0.012 m 0.016 0.020 0.030 0.034 0.036 7.351 m 0.341 0.254 0.134 1.327 1.306 0.015 m 0.020 0.024 0.034 0.037 0.029 Số liệu tính toán nêu trong bảng trên cho thấy :
- ở khu vực thực nghiệm với 4 “điểm cứng” bố trí cách nhau khoảng 15-28 km và điểm xét nằm cách “điểm cứng” trung bình cỡ 15 km thì độ cao chuẩn đợc xác định bằng đo cao GPS có sai số trung phơng không vợt quá 0,015 m, tức là đạt độ chính xác không thấp hơn thuỷ chuẩn hạng III nhà nớc. Khi mật độ “điểm cứng” tăng lên gấp 2 lần, độ chính xác tơng ứng sẽ tăng lên ít nhiều, đạt cỡ 0,01 m.
- Độ chính xác nêu trên chỉ đòi hỏi có số liệu đo GPS và đo thuỷ chuẩn. Các số liệu bổ sung nh : dị thờng độ cao xác định theo dị thờng trọng lực chi tiết cũng nh mô hình trọng trờng của Trái đất không cho kết quả tốt hơn.
- Các phơng pháp nội suy khác nhau cho kết quả hầu nh không khác biệt khi số liệu “điểm cứng” đạt từ tối thiểu trở lên ứng với mỗi phơng pháp. Tuy vậy số lợng “điểm cứng” trong phơng pháp tuyến tính và phơng pháp spline chỉ là 3 - 4
điểm cũng đã đảm bảo độ chính xác ở mức cao trong bài toán xác định độ cao chuẩn bằng đo cao GPS.
Kết luận
Trên cơ sở khảo sát lý thuyết trong đó có sử dụng mô hình trọng trờng nhiễu kết hợp với số liệu trọng lực và số liệu địa hình thực tế của nớc ta, đồng thời triển khai thực nghiệm ở một khu vực địa hình trung du chuyển tiếp giữa đồng bằng và vùng núi , đề tài đã thu nhận đợc các kết quả chính sau đây :
- Đã chỉ ra rằng để có thể đạt đợc kết quả xác định độ cao chuẩn bằng đo cao GPS với độ chính xác tơng đơng với thủy chuẩn truyền thống đợc đặc trng bởi sai số trung phơng trên 1 km là à thì sai số xác định độ cao trắc địa trên cơ sở đo GPS cũng nh sai số xác định trực tiếp dị thờng độ cao phải không lớn hơn
2L L μ , trong đó L tính bằng km là khoảng cách giữa “điểm cứng” và “điểm xét”; còn trong trờng hợp dị thờng độ cao đợc xác định trên cơ sở nội suy từ N “điểm cứng” thì sai số độ cao trắc địa cũng nh sai số độ cao thủy chuẩn tại các “điểm cứng” phải không lớn hơn NL
2μ μ
và sai số xác định độ cao trắc địa tại điểm xét phải không vợt quá
2L L
μ . Với N = 3, L = 20 km thì yêu cầu tơng đơng thủy chuẩn hạng III đòi hỏi các giá trị sai số nêu trên tơng ứng bằng 39 mm và 32 mm.
- Sai số xác định hiệu độ cao trắc địa từ kết quả đo GPS có trị số cùng cỡ với sai số xác định hiệu tọa độ vuông góc không gian giữa hai đầu véc tơ cạnh đo. Để cho sai số này không vợt quá 0,03 m thì sai số đo GPS phải nhỏ hơn 0,03 m, đồng thời sai số tọa độ mặt bằng của điểm đầu cạnh đo phải đạt cỡ 0,1 m, còn sai số độ cao – cỡ 0,5 m và chiều dài cạnh không nên lớn hơn 50 – 60 km.
-Nếu dị thờng độ cao đợc xác định trực tiếp theo số liệu trọng lực thì cần phải bảo đảm sao cho có đủ giá trị dị thờng trọng lực trong phạm vi bán kính không nhỏ hơn 150 km xung quanh điểm xét với mật độ không tha hơn 1 điểm / 100 km2. Sai số của giá trị trọng lực đo đợc chỉ cần đạt ở mức không vợt quá 0,5 mgal. Tơng ứng sai số của dị thờng độ cao trong điều kiện nớc ta không vợt quá 0,04 m.
-Để tính dị thờng độ cao theo số liệu trọng lực thì phơng pháp sử dụng tích phân Stokes là tiện lợi hơn cả, trong đó ảnh hởng của vùng gần đợc tính theo tích phân số, còn ảnh hởng của vùng xa – theo hệ số điều hòa của mô hình trọng tr- ờng Trái đất.
- Khi dị thờng độ cao đợc xác định gián tiếp trên cơ sở nội suy thì nên sử dụng phơng pháp nội suy spline, thậm chí, đơn giản hơn – phơng pháp nội suy tuyến tính, vì các phơng pháp này đảm bảo độ chính xác cao, thoả mãn các yêu cầu của thực tế, trong khi đó lại đòi hỏi số lợng “điểm cứng” ở mức thấp nhất, cỡ 3- 4 điểm.
- Khi nội suy dị thờng độ cao giữa các điểm cứng với số liệu GPS và thủy chuẩn có thể sử dụng thêm số liệu trọng lực và số liệu độ cao địa hình. Số liệu trọng lực cho phép kéo giãn khoảng cách giữa các “điểm cứng” tới 50-60 km, nh- ng sẽ không đem lại hiệu quả cao khi các “điểm cứng” đợc bố trí không quá tha, chẳng hạn cách nhau cỡ 20 – 30 km.
- ở vùng núi số liệu độ cao địa hình có thể cho phép cải thiện độ chính xác nội suy dị thờng độ cao; Tuy vậy khoảng cách giữa các “điểm cứng” chỉ nên giới hạn cỡ 5 - 10 km.
- Sự chênh khác giữa các giá trị độ cao chuẩn đợc xác định bằng đo cao GPS và bằng đo thủy chuẩn kết hợp với số liệu trọng lực theo cách làm truyền thống là không nhỏ. Trên phạm vi lãnh thổ nớc ta và các vùng phụ cận, khoảng chênh nói trên ở khoảng cách 20 km có thể thay đổi tới 0,03 – 0,06 m, thậm chí ở khoảng cách 40 km – tới 0,13 m. Điều này cần đợc tính đến khi ghép nối kết quả xác định độ cao chuẩn theo phơng pháp truyền thống và theo phơng pháp đo cao GPS, nhất là trong trờng hợp yêu cầu độ chính xác cao.
- Trên cơ sở thực nghiệm đo cao GPS ở vùng Sóc Sơn – Tam Đảo có thể thấy là trên thực tế đã đạt đợc kết quả đo cao GPS nhằm xác định độ cao chuẩn với độ chính xác tơng đơng thủy chuẩn hạng III nhà nớc. Đây có thể đợc xem là kết quả đầu tiên trên hớng nghiên cứu này ở nớc ta.
Quy trình công nghệ đo cao GPS tơng đơng thuỷ chuẩn hạng III ở Việt Nam
1. Khu vực triển khai đo cao GPS nên giới hạn trong phạm vi cỡ 30kmì30km trên đó bố trí 4 - 5 “điểm cứng” tạo thành một đa giác khép kín bao quanh các điểm xét.
2. Các “điểm cứng” cần đợc dẫn độ cao thủy chuẩn với độ chính xác không thấp hơn hạng II nhà nớc, từ điểm cách đó không quá 15 km.
3. Các “điểm cứng” cần đợc xác định hiệu độ cao trắc địa bằng GPS với sai số không vợt quá 0,04 m, còn các điểm xét – không quá 0,03 m. Tơng ứng cần sử dụng máy thu GPS loại 2 tần số với độ dài ca đo (session) không nhỏ hơn 90 phút. Sai số toạ độ mặt bằng của điểm khởi tính cho mỗi vectơ cạnh (baseline) phải không lớn 0,1 m, còn sai số độ cao – không lớn hơn 0,5 m. Sai số xác định hiệu tọa độ vuông góc không gian bằng GPS trên véctơ cạnh phải không vợt quá 0,03 m.
4. Dị thờng độ cao đợc xác định bằng cách lấy hiệu giữa độ cao trắc địa xác định từ GPS và độ cao chuẩn từ đo thuỷ chuẩn kết hợp trọng lực tại các “điểm cứng” rồi nội suy sang cho điểm xét. Việc nội suy nên tiến hành theo phơng pháp sử dụng hàm spline hoặc hàm tuyến tính.
5. ở vùng có địa hình biến đổi mạnh, nhất là vùng núi nên sử dụng thêm số liệu độ cao địa hình. Giá trị độ cao địa hình cần có sai số không vợt quá 10 – 15 m và đợc lấy trong phạm vi bán kính tới 15 – 20 km xung quanh mỗi điểm xét. Số hiệu chỉnh địa hình nên tính theo công thức chặt chẽ trong đó có sử dụng tích phân số đã đợc giới thiệu trong đề tài này. 6. Nếu cần tăng khoảng cách giữa các “điểm cứng” lên tới cỡ 50 km thì
cần sử dụng thêm số liệu trọng lực trong phạm vi bán kính không nhỏ hơn 150 km xung quanh điểm xét. Trong trờng hợp này sai số chênh cao trắc địa trên vectơ cạnh giữa các “điểm cứng” cần đạt không lớn hơn 0.07 m, còn tại các điểm xét - không lớn hơn 0.05 m.
Kiến nghị
Các đề xuất nêu trên đợc xây dựng trên cơ sở các khảo sát lý thuyết và thực nghiệm trong khuôn khổ đề tài mà chúng tôi đã thực hiện. Chúng có ý nghĩa và tác dụng định hớng cho việc triển khai phơng pháp đo cao GPS có độ chính xác không thấp hơn thuỷ chuẩn hạng III truyền thống. Đây là những kết quả có cơ sở luận cứ khoa học và đợc thể nghiệm trên một địa bàn cụ thể ở nớc ta.
Tuy vậy, chúng tôi mong muốn đợc các cấp quản lý tạo điều kiện cho khảo nghiệm thêm để trên cơ sở đó có những bổ sung, điều chỉnh cần thiết và có sức thuyết phục chắc chắn hơn nhằm hoàn chỉnh và sớm đa vào sử dụng rộng rãi một phơng pháp xác định độ cao hiện đại có nhiều u thế tiềm năng trong điều kiện Việt Nam. Cụ thể, trên cơ sở nghiên cứu của đề tài này có thể sớm cho thực hiện một Dự án thử nghiệm cấp Bộ triển khai ở một số địa bàn khác nhau với các dạng địa hình đặc trng và tình hình số liệu cụ thể trên phạm vi cả nớc.