2.2.1. Khái niệm, nguyên tắc thiết kế lưới
2.2.1.1. Khái niệm về lưới GPS
Lưới GPS gồm các điểm được chôn ở các vị trí có nền đất vững chắc, ổn định, quang đãng, nằm ngoài chỉ giới quy hoạch công trình; đảm bảo khả năng tồn tại lâu dài trên thực địa; thuận lợi cho việc đo ngắm và phát triển lưới cấp thấp. Các điểm được liên kết với nhau bởi các cạnh đo, nhờ các cạnh đo chúng ta sẽ tính toán chính xác tọa độ, độ cao của các điểm trong một hệ thống tọa độ thống nhất.
2.2.1.2. Nguyên tắc thiết kế
- Lưới thiết kế phải đi từ tổng quát đến chi tiết, từ độ chính xác cao đến độ chính xác thấp.
- Các điểm phải đảm bảo có góc mở lên bầu trời lớn hơn 1200; ở xa các trạm thu phát sóng tối thiểu 500 m; xa các trạm biến thế, đường dây điện cao thế, trạm điện cao áp tối thiểu 50 m.
- Hệ thống lưới tọa độ cơ sở phải được xây dựng trên cơ sở các điểm tọa độ Nhà nước cấp cao hơn.
- Lưới tọa độ cơ sở phải được nối vào ít nhất hai điểm cấp cao hơn gần khu đo nhất.
- Sai số số liệu gốc của lưới cấp trên ảnh hưởng đến cấp dưới kế cận không được vượt quá 12%.
- Lưới thiết kể phải đảm bảo đủ mật độ điểm, phủ trùm khu đo, phục vụ cho các tác đo vẽ bản đồ địa chính theo từng giai đoạn.
- Thường xuyên cập nhật, tiến hành nâng cao độ chính xác bằng công nghệ và kỹ thuật đo tiên tiến.
- Trong quá trình thiết kế cố gắng chọn phương án tối ưu, giá thành thấp, dễ thi công, đồng thời đảm bảo độ chính xác trong công tác đo vẽ theo từng cấp hạng.
2.2.2. Cơ sở toán học của lưới địa chính
2.3.2.1. Lựa chọn mặt chiếu
Việc thể hiện bề mặt trái đất lên mặt phẳng cần phải có một cơ sở toán học nhằm thể hiện chính xác và ít bị biến dạng khi khai triển.
Mặt Geoid trái đất có kích thước và hình dạng phức tạp không thể hiện nó bằng một mặt toán học được nên ta phải có một bề mặt chuẩn nào đó để so sánh mà cơ sở đặt ra là phải có tính ổn định. Trái đất chia làm hai phần: lục địa và đại dương. Trong đó phần lục địa chiếm 1/3 diện tích trái đất, là nơi con người sinh sống; là phần có địa hình, địa vật và cấu tạo vật chất phức tạp cho nên không thể làm cơ sở để so sánh. Vì thế có nhiều ý tưởng chọn mặt đại dương là mặt cơ sở để so sánh, vì bề mặt đại dương trơn láng, chiếm đại đa số diện tích Trái đất.
Tuy nhiên, mặt nước biển không ổn định mà có biến động rất nhiều. Nhằm khắc phục tính không ổn định của mực nước biển người ta xây dựng các trạm nghiệm triều để đo mực nước biển, rồi lấy giá trị trung bình từng ngày so sánh người ta thấy giá trị sai lệch cao, sau đó lấy giá trị trung bình theo tháng nhưng vẫn chưa đạt yêu cầu, người ta tiếp tục so sánh giá trị trung bình theo từng năm. Người ta nhận thấy nếu lấy theo chu kì 17,67 năm thì chỉ số sai lệch chỉ từ vài mm đến vài cm, thoả mãn được yêu cầu đặt ra.
Khác mặt Geoid, một bề mặt khác đơn giản thể hiện được dưới dạng phương trình toán học để thể hiện một cách gần đúng bề mặt trái đất dùng làm cơ sở so sánh mặt bằng đó là mặt Ellipsoid.
Ellipsoid tròn xoay có phương trình toán học:
2 1 2 2 2 2 2 = + + b Z a Y a X
Ellipsoid toàn cầu là một Ellipsoid toán học tròn xoay xấp xỉ tốt nhất đối với phạm vi toàn thế giới. Ellipsoid toàn cầu có trục quay trùng với trục quay Trái đất, trọng tâm trùng với trọng tâm trái đất. Tuy nhiên đưa trọng tâm Ellipsoid trùng với trọng tâm của trái đất là không thể vì vậy đưa vào hai bề mặt xấp xỉ càng tốt.
Ellipsoid toàn cầu chỉ tốt trên phạm vi toàn cầu, vì vậy mỗi quốc gia đều tìm một mặt Ellipsoid phù hợp với quốc gia đó gọi là Ellipsoid cục bộ. Kích thước Ellipsoid có nhiều giá trị khác nhau.
-Có hai phương án để chọn Ellipsoid cục bộ:
+ Xây dựng Ellipsoid mới phù hợp với lãnh thổ của mỗi quốc gia, tuy độ phù hợp cao nhưng chi phí quá cao.
+ Sử dụng Ellipsoid có sẵn và định vị lại cho phù hợp với lãnh thổ của quốc gia mình, độ phù hợp ở mức độ tương đối nhưng chi phí thấp.
Để khai triển chính xác mặt Ellipsoid lên mặt phẳng thì cần một mặt trung gian để biểu diễn thành mặt phẳng. Yêu cầu về mặt trung gian này càng gần với mặt Ellipsoid càng tốt để giảm sai số biến dạng và mặt cong này được gọi là mặt chiếu. Có 3 mặt chiếu (hình trụ, hình phẳng, hình nón) và mỗi mặt chiếu sử dụng 3 phép chiếu (đứng, ngang, nghiêng). Không có phép chiếu nào tốt nhất, phép chiếu chỉ tốt với một khu vực cụ thể. Mặt chiếu được sử dụng hiện nay là mặt trụ, phép chiếu được sử dụng là phép chiếu hình trụ ngang đồng góc đối xứng.
2.2.2.2. Cơ sở toán học
Theo Thông tư số 973/2001/TT-TCĐC ngày 20 tháng 06 năm 2001 của Tổng cục Địa chính (nay là Bộ Tài nguyên và Môi trường) về việc hướng dẫn áp dụng hệ quy chiếu và hệ tọa độ Quốc gia VN-2000 (sau đây gọi tắt là hệ VN- 2000). Hệ VN-2000 được áp dụng thống nhất để xây dựng hệ thống tọa độ các cấp hạng, hệ thống bản đồ địa chính, hệ thống bản đồ hành chính quốc gia và các loại bản đồ chuyên đề khác. Hệ VN-2000 có các tham số chính sau đây:
Ellipsoid quy chiếu quốc gia là Ellipsoid WGS-84 toàn cầu với kích thước: -Bán trục lớn: a= 6.378.137,0 m;
-Độ dẹt: f= 1:298,257223563;
-Tốc độ góc quay quanh trục: ω= 7292115,0x10-11rad/s; -Hằng số trọng trường Trái đất: GM= 3986005. 108 m3s-2. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Vị trí Ellipsoid quy chiếu Quốc gia: Ellipsoid WGS-84 toàn cầu được định vị lại cho phù hợp với lãnh thổ Việt Nam (có thể tịnh tiến, không xoay, không thu nhỏ) trên cơ sở sử dụng điểm GPS cạnh dài có độ cao thủy chuẩn phân bố đều trên toàn lãnh thổ.
Điểm gốc tọa độ Quốc gia: điểm N00 đặt tại Viện nghiên cứu Địa chính, đường Hoàng Quốc Việt, Hà Nội (nay là Viện khoa học Đo đạc và Bản đồ - Bộ Tài nguyên và Môi trường).
Hệ thống tọa độ phẳng: hệ tọa độ phẳng UTM Quốc tế, được thiết lập trên cơ sở lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc.
2.2.2.3. Lưới chiếu bản đồ
-Sử dụng lưới chiếu hình nón đồng góc với 2 vĩ tuyến chuẩn 110 và 210 để thể hiện các bản đồ địa hình cơ bản, bản đồ nền, bản đồ hành chính quốc gia ở tỷ lệ 1:1.000.000 và nhỏ hơn cho toàn lãnh thổ Việt Nam.
-Sử dụng lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc với múi chiếu 60 có hệ số điều chỉnh tỷ lệ biến dạng chiều dài k0 = 0,9996 để thể hiện các bản đồ địa hình cơ bản, bản đồ nền, bản đồ hành chính quốc gia tỷ lệ từ 1:500.000 đến 1:25.000.
-Sử dụng lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc với múi chiếu 30 có hệ số điều chỉnh tỷ lệ biến dạng chiều dài k0 = 0,9999 để thể hiện các bản đồ địa hình cơ bản, bản đồ nền, bản đồ hành chính tỷ lệ từ 1:10.000 đến 1:2.000.
-Sử dụng lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc với múi chiếu 30 có hệ số điều chỉnh tỷ lệ biến dạng chiều dài k0 = 0,9999 để thể hiện hệ thống bản đồ địa chính cơ sở và bản đồ địa chính các loại tỷ lệ; kinh tuyến trục được quy định cho từng tỉnh (tỉnh Thanh Hóa là 105000’00”).
2.2.3. Mật độ điểm khống chế
Theo quy định tại Khoản 8, Điều 5, Chương II, Thông tư số 25/2014/TT- BTNMT ngày 19 tháng 5 năm 2014 của Bộ Tài nguyên và Môi trường, mật độ điểm khống chế tọa độ như sau :
- Để đo vẽ thành lập bản đồ địa chính bằng phương pháp đo vẽ trực tiếp thực địa, mật độ điểm khống chế tọa độ quy định như sau:
+ Bản đồ tỷ lệ 1:5000, 1:10000: Trung bình 500 ha có một điểm khống chế tọa độ có độ chính xác tương đương điểm địa chính trở lên;
+ Bản đồ tỷ lệ 1:500, 1:1000, 1:2000: Trung bình từ 100 ha đến 150 ha có một điểm khống chế tọa độ có độ chính xác tương đương điểm địa chính trở lên;
+ Bản đồ tỷ lệ 1:200: Trung bình 30 ha có một điểm khống chế tọa độ có độ chính xác tương đương điểm địa chính trở lên;
+ Trường hợp khu vực đo vẽ có địa hình dạng tuyến thì bình quân 1,5 km chiều dài được bố trí 01 điểm tọa độ có độ chính xác tương đương điểm địa chính trở lên;
Trường hợp đặc biệt, khi đo vẽ lập bản đồ địa chính mà diện tích khu đo nhỏ hơn 30 ha thì điểm tọa độ có độ chính xác tương đương điểm địa chính trở lên mật độ không quá 2 điểm.
- Để đo vẽ thành lập bản đồ địa chính tỷ lệ 1:2000, 1:5000, 1:10000 bằng phương pháp ảnh hàng không kết hợp với đo vẽ trực tiếp thực địa thì trung bình 2500 ha có một điểm khống chế tọa độ có độ chính xác tương đương điểm địa chính trở lên.
2.2.4. Lưới địa chính
Lưới địa chính được quy định tại Điều 9, Chương II, Thông tư số 25/2014/TT-BTNMT ngày 19 tháng 5 năm 2014 của Bộ Tài nguyên và Môi trường, như sau:
1. Lưới địa chính được xây dựng trên cơ sở lưới tọa độ và độ cao Quốc gia để tăng dày mật độ điểm khống chế, làm cơ sở phát triển lưới khống chế đo vẽ và đo vẽ chi tiết.
2. Lưới địa chính được thiết kế trên bản đồ địa hình tỷ lệ lớn hoặc bản đồ địa chính. Khi thiết kế lưới phải đảm bảo các điểm được phân bố đều trên khu đo, trong đó ưu tiên tăng dày cho khu vực bị che khuất nhiều, địa hình phức tạp; các điểm khống chế tọa độ từ địa chính cấp II (trước đây) trở lên, điểm độ cao Quốc gia từ hạng IV trở lên đã có trong khu đo phải được đưa vào lưới mới thiết kế.
3. Lưới địa chính phải được đo nối tọa độ với ít nhất 03 điểm khống chế tọa độ có độ chính xác tương đương điểm tọa độ Quốc gia hạng III trở lên, trường hợp đặc biệt được phép đo nối với 02 điểm nhưng phải quy định cụ thể trong thiết kế kỹ thuật - dự toán công trình.
Trường hợp lập lưới địa chính bằng công nghệ GPS phải đo nối độ cao với ít nhất 02 điểm khống chế độ cao có độ chính xác tương đương điểm độ cao Quốc gia hạng IV trở lên.
4. Khi lập lưới địa chính bằng công nghệ GPS phải xác định đồng thời tọa độ và độ cao. Trường hợp lập lưới địa chính bằng phương pháp khác thì không xác định độ cao điểm địa chính.
5. Điểm tọa độ địa chính phải được chọn ở các vị trí có nền đất vững chắc, ổn định, quang đãng, nằm ngoài chỉ giới quy hoạch công trình; đảm bảo khả năng tồn tại lâu dài trên thực địa; thuận lợi cho việc đo ngắm và phát triển lưới cấp thấp.
6. Khi lập lưới bằng công nghệ GPS thì các điểm phải đảm bảo có góc mở lên bầu trời lớn hơn 1200; ở xa các trạm thu phát sóng tối thiểu 500 m ; xa các trạm biến thế, đường dây điện cao thế, trạm điện cao áp tối thiểu 50 m.
2.2.5. Cơ sở pháp lý của việc xây dựng lưới
2.2.5.1. Luật và các văn bản dưới luật
- Luật Đất đai số 45/2013/QH13 được Quốc hội Nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam thông qua ngày 26 ngày 11 tháng 2013 và có hiệu lực thi hành từ
ngày 01 tháng 07 năm 2014. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Nghị định số 43/2014/NĐ-CP ngày 15 tháng 5 năm 2014 của Chính phủ quy định chi tiết thi hành một số điều, khoản của Luật đất đai số 45/2013/QH13.
- Nghị định số 45/2015/NĐ-CP ngày 06 tháng 5 năm 2015 của Chính phủ về hoạt động đo đạc và bản đồ.
- Thông tư số 25/2014/TT-BTNMT ngày 19 tháng 5 năm 2014 của Bộ Tài nguyên và Môi trường Quy định về bản đồ địa chính.
2.2.5.2. Các văn bản kỹ thuật
- Thông tư số 973/2001/TT-TCĐC ngày 20 tháng 6 năm 2001 của Tổng cục Địa chính (nay là Bộ Tài nguyên và Môi trường) về việc hướng dẫn áp dụng hệ quy chiếu và hệ tọa độ Quốc gia VN-2000.
- Thông tư số 05/2009/TT-BTNMT ngày 01 tháng 6 năm 2009 của Bộ Tài nguyên và Môi trường về việc Hướng dẫn kiểm tra, thẩm định và nghiệm thu công trình, sản phẩm đo đạc và bản đồ.
- Quyết định số 05/2007/QĐ-BTNMT ngày 27 tháng 02 năm 2007 của Bộ Tài nguyên và Môi trường về sử dụng hệ thống tham số tính chuyển giữa Hệ tọa độ quốc tế WGS-84 và hệ tọa độ quốc gia VN-2000.
- Công văn số 1139/ĐĐBĐVNCNTĐ ngày 26 tháng 12 năm 2011 của Cục Đo đạc và Bản đồ Việt Nam về việc sử dụng công nghệ GPS/GNSS.
- Phụ lục ban hành kèm theo Thông tư số 25/2014/TT-BTNMT ngày 19 tháng 5 năm 2014 của Bộ Tài nguyên và Môi trường quy định về bản đồ địa chính.
2.3. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS TRONG TRẮC ĐỊA TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM GIỚI VÀ VIỆT NAM
2.3.1. Trên thế giới
Trong lĩnh vực thành lập lưới trắc địa, nhiều nước đã ứng dụng thành công công nghệ GPS để:
- Chêm dày lưới truyền thống đã xây dựng.
- Bổ sung các số liệu GPS nhằm nâng cao độ chính xác của mạng lưới trắc địa hiện có.
- Xây dựng hệ quy chiếu động để nghiên cứu khoa học (địa động, sóng thần…).
Dưới đây sẽ giới thiệu một số thành quả của việc ứng dụng công nghệ GPS của một số nước, gồm:
2.3.1.1. Ở Liên bang Nga
Dựa trên việc áp dụng các phương pháp đo đạc sử dụng hệ thống định vị toàn cầu GLONASS và GPS, lưới trắc địa quốc gia GGS ở Nga hiện nay, bao gồm các cấu trúc trắc địa với độ chính xác khác nhau: Lưới thiên văn trắc địa cơ bản (FAGC) với khoảng cách giữa các điểm FAGC từ 600 km đến 800 km và sai số vị trí tương đối của các điểm nhỏ hơn 2 cm về mặt bằng; lưới trắc địa độ chính xác cao (VGS) với khoảng cách giữa các điểm từ 150 km đến 300 km bao trùm toàn bộ lãnh thổ nước Nga và lưới trắc địa vệ tinh hạng 1 với khoảng cách trung bình từ 25 km đến 30 km (Bùi Thị Hồng Thắm, 2014).
2.3.1.2. Ở Singapore
Từ năm 1992 Singapore đã có chương trình ứng dụng công nghệ GPS để hiện đại hoá và tăng dày mạng lưới trắc địa của mình. Chương trình này nhằm thành lập mạng lưới đo đạc tích hợp (ISN) gồm các điểm hạng C cấp I và Cấp II. Mạng lưới cấp I gồm 38 điểm và cấp II gồm khoảng 10.000 điểm (khoảng cách giữa các điểm khoảng 300 m) (Bùi Thị Hồng Thắm, 2014).
2.3.1.3. Ở Australia
Lưới GPS khu vực Australia (ARGN) được xây dựng bao gồm 15 trạm GNSS geodetic cung cấp khung quy chiếu cơ bản cho dữ liệu không gian cùng với lưới cơ sở theo hệ tọa độ địa tâm. Từ năm 2007 đến năm 2012, chính phủ Liên bang Australia đã thiết lập gần 100 trạm GNSS CORS dọc theo các tuyến chủ yếu được phân bố trên toàn lãnh thổ thông qua chiến lược hợp tác nghiên cứu cơ sở hạ tàng quốc gia. Lưới GNSS CORS được triển khai với khoảng cách giữa các trạm liền kề khoảng 200 km. Một số trạm được chọn đồng thời là các trạm quan trắc thủy triều. Lưới nhằm phát triển và tăng cường hệ thống quy chiếu không gian quốc gia và hỗ trợ các lĩnh vực như nông nghiệp, khai thác mỏ,… Bên cạnh đó, 58 trạm mới cấp Liên bang và 44 trạm cấp bang sẽ được thiết lập