Mạng lưới IGS được thành lập từ năm 1993 trên cơ sở hợp nhất các trạm tham chiếu hoạt động liên tục của các quốc gia và các vùng lãnh thổ trên thế giới được đặt dưới sự phối hợp, điều hành của chức GPS quốc tế IGS. Ngoài việc thành lập mạng lưới IGS, Tổ chức GPS quốc tế còn xây dựng Trung tâm Dữ liệu và Trung tâm Xử lý dữ liệu để cung cấp số liệu quan trắc GPS hàng ngày [1] và các sản phẩm có độ trễ so với thời gian thực cao nhất
đến 18 ngày. Các kết quả này bao gồm: Lịch vệ tinh GPS, các tham số
quay của Trái Đất, toạđộ và tốc độ dịch chuyển của các trạm quan trắc vệ tinh, các thông tin về giờ của vệ tinh GPS,...
Năm 1997, Mạng lưới IGS toàn cầu gồm trên 100 điểm đã được xây dựng. Đến nay, Mạng lưới này đã có hơn 500 điểm/trạm phân bố trên toàn cầu với sự tham gia của hơn 100 viện nghiên cứu, trường đại học, trung tâm nghiên cứu của nhiều nước trên thế giới. Số liệu quan trắc của Mạng lưới IGS được sử dụng vào các mục đích: (i) thiết lập các thông tin quỹ đạo vệ tinh, gọi là quỹ đạo IGS; (ii) nghiên cứu chuyển động của cực Trái đất và giờ quốc tế; (iii) xây dựng Hệ quy chiếu toàn cầu; (iv) nghiên cứu chuyển động quay của Trái; (v) nghiên cứu khí quyển, v.v…
Hình 1.1. Mạng lưới IGS quốc tế (nguồn Interrnet)
Mạng lưới IGS là lưới khống chế trắc địa vệ tinh lớn nhất thế giới. Các trạm IGS được phân bố trên toàn thế giới như thể hiện trên hình 1.1.
Việc đưa hệ thống IGS vào hoạt động có ý nghĩa khoa học và thực tiễn rất quan trọng. Trước hết là tạo khả năng thống nhất hệ quy chiếu trắc địa toàn cầu về mặt thực tiễn với việc đo đạc GPS đơn lẻở bất cứđiểm nào trên Trái đất cũng có thể kết nối được với lưới IGS. Tiếp theo là đã có tác động làm tăng rất
đáng kể độ chính xác của công nghệ GPS: Một mặt mạng lưới IGS hỗ trợ làm tăng độ chính xác đo đạc cho mạng lưới GPS địa phương và mặt khác tạo khả
năng hiệu chỉnh quỹđạo vệ tinh để trị đo GPS có thểđạt được tới cỡ mi-li-mét và trên hết là tạo khả năng quan trắc chính xác hoạt động của các mảng lục địa trên cơ sởđộ chính xác cao của công nghệđo đạc GPS.
Là trạm GNSS hoạt động liên tục trên toàn cầu và một hệ thống dịch vụ
tích hợp, IGS cung cấp cho người dùng trên toàn thế giới miễn phí với các thông tin GPS và GLONASS khác nhau, chẳng hạn như lịch vệ tinh chính xác, lịch vệ tinh nhanh, lịch vệ tinh dự báo; vận tốc và tọa độ các trạm IGS;
tín hiệu vệ tinh nhận được từ các trạm IGS, tốc độ quay của Trái đất kèm theo sự biến đổi,... Dịch vụ GNSS quốc tế đã hỗ trợ nhiều chương trình khoa học thuộc lĩnh vực Trắc địa và Động lực học, bao gồm tầng điện ly, khí tượng học, khung tham chiếu,... [1]
Với sự hỗ trợ của IAG, một Ủy ban điều phối đã được thành lập từ các cơ quan đã thành lập các trạm và các cơ quan chính phủ của các quốc gia khác nhau. Được sự ủy quyền của IGS, Hội đồng quản trị của Ủy ban điều phối đã trực tiếp quản lý một số Trung tâm dữ liệu, Trung tâm xử lý dữ liệu và chịu trách nhiệm cung cấp dịch vụ, các sản phẩm cũng như việc tổ chức các dự án hợp tác quốc tế.
1.1.2. Mạng lưới tham chiếu hoạt độngliên tục khu vực
- Mạng lưới GNSS thường trực Châu Âu (EPN)
Trên cơ sở các trạm trạm quan trắc vệ tinh liên tục được thành lập bởi các nước Châu Âu và một số tổ chức (các viện nghiên cứu và các trường đại học), mạng lưới thường trực Châu Âu (EPN) được thành lập bởi Ủy ban khung tiêu chuẩn khu vực Châu Âu (EUREF) của Hiệp hội quốc tế vềđo đạc. Hiện nay, mạng lưới này bao gồm 122 trạm cốđịnh, trong đó có 42 trạm IGS
điểm. Mạng lưới làm việc với quy trình một số điểm tham chiếu hoạt động liên tục (GNSS CORS) của các nước hoặc tổ chức khác nhau tạo thành các mạng con với các trung tâm điều hành riêng dựa vào trung tâm dữ liệu khu vực riêng và chuyển dữ liệu về trung tâm khu vực Châu Âu, sau đó dữ liệu và các sản phẩm liên quan được chuyển về trung tâm dữ liệu IGS, trung tâm dữ
liệu khu vực.
Hiện tại, nhiệm vụ của EPN là duy trì khung tham chiếu khu vực Châu Âu ETRS89. Các dịch vụ chính đó là cung cấp các sản phẩm phục vụ cho nhiều ứng dụng khoa học như giám sát biến dạng mặt đất, mực nước biển,
thời tiết không gian và dự báo thời tiết,... Sơ đồ bố trí của mạng lưới thường trực Châu Âu được thể hiện trên hình 1.2.
Hình 1.2. Sơđồ vị trí điểm của Lưới Thường trực Châu Âu (EPN).
Nguồn EUREF Permanent GNSS Network
1.1.3. Các mạng lưới tham chiếu hoạt đông liên tục của một số quốc gia
1. Mạng lưới tham chiếu họat động liên tục của Mỹ
Cơ quan Trắc đạc quốc gia của Mỹ (NGS National Geodetic Survey) trực thuộc Cục quản lý đại dương và khí quyển quốc gia Hoa Kỳ NOAA (The National Oceanic and Atmospheric Administration) là đơn vị trực tiếp quản lý và vận hành hệ thống các trạm tham chiếu hoạt động liên tục CORS xuất hiện sớm và có quy mô lớn nhất thế giới với hàng nghìn vị trí trạm trải dài trên lãnh thổ Hoa Kỳ. Trong hệ thống này NGS có nhiệm vụ thu nhận, xử lý và cấp phát số liệu từ tất cả các trạm CORS phục vụ cho các nhu cầu ứng dụng kỹ thuật định vịđa chiều trên khắp Hoa Kỳ, các vùng lãnh thổ và một số quốc gia lân cận. Số liệu từ các trạm CORS được sử dụng bởi các lĩnh vực nhưđo
đạc bản đồ, địa chất, khí tượng, nghiên cứu không gian, nghiên cứu về tầng
điện ly và rất nhiều các ứng dụng thực tiễn khác.
Từ năm 1989, NGS bắt đầu phát triển các mạng lưới trắc địa độ chính xác cao (High Precision Geodetic Networks - HPGN) và các mạng lưới quy chiếu độ chính xác cao (High Accuracy Reference Network - HARN) trên tất cả các bang của Mỹ. NGS đã xây dựng HARN ở các khu vực dưới dạng mạng lưới của các trạm quy chiếu hoạt động liên tục CORS đảm bảo vị trí điểm ở
mức độ chính xác cm trong hệ NAD-83 (CORS 96). Độ chênh vị trí điểm giữa NAD-83(HARN) và NAD-83 (CORS 96) nhỏ hơn 10 cm.
Hình 1.3. Sơđồ vị trí điểm Mạng lưới CORS của Mỹ. Nguồn https://www.ngs.noaa.gov/CORS_Map/
Mạng lưới GNSS CORS là một nỗ lực hợp tác đa mục đích liên quan (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
được sở hữu và vận hành độc lập. Mỗi cơ quan chia sẻ dữ liệu của họ với NGS, và ngược lại NGS tính toán, phân tích và phân phối dữ liệu miễn phí. Tính đến tháng 8 năm 2015, mạng lưới CORS có gần 2.000 trạm và nó còn tiếp tục mở rộng.Sơ đồ bố trí Mạng lưới CORS của Mỹ được thể hiện trên hình 1.3.
2. Mạng lưới Geodetic CORS của Cộng hòa Liên bang Nga
Hình 1.4. Sơđồ Mạng lưới Geodetic CORS của Cộng hòa Liên bang Nga (Nguồn [2])
Mạng lưới Geodetic CORS của Cộng hòa Liên bang Nga bao gồm 33
điểm cố định (trong tương lai sẽ tăng lên 50 điểm) được trang bị máy thu hai tần số GPS/GLONASS với khoảng cách giữa các điểm từ 700-800 km, kết hợp với khoảng 300 điểm là điểm GNSS CORS trùng với các điểm thiên văn trắc địa hạng I quốc gia. Một số điểm trong mạng lưới đã được
đồng thiết lập với các trạm SLR, VLBI và DORIS trên lãnh thổ Nga [2]. Mạng lưới Geodetic CORS của Cộng hòa Liên bang Nga dùng để thiết lập
khung quy chiếu PZ90.11, kiểm soát hoạt động của hệ thống vệ tinh định vị
GLONASS, nghiên cứu địa động lực, phục vụ công tác đo đạc bản đồ, địa chất, khí tượng, nghiên cứu không gian, nghiên cứu biến đổi của tầng điện ly và rất nhiều các ứng dụng thực tiễn khác. Sơ đồ bố trí mạng lưới Geodetic CORS của Cộng hòa Liên bang Nga được thể hiện trên hình 1.4.
3. Mạng lưới CORS của Trung Quốc
Mạng lưới CORS của Trung Quốc được thiết lập từ 30 điểm GNSS hạng A quốc gia, 818 điểm GNSS quốc gia hạng B và hệ thống trạm CORS của các tỉnh, thành phố [1] (hình 1.5)
Hình 1.5. Sơđồ Mạng lưới Geodetic CORS Hạng A và B của Trung Quốc (Nguồn [1])
Cũng như của các quốc gia khác, mạng lưới trạm CORS của Trung Quốc phục vụ thiết lập và duy trì khung quy chiếu quốc gia Trung Quốc
CGCS-2000, cung cấp các sản phẩm phục vụ phát triển kinh tế xã hội, nghiên cứu chuyển dịch lớp vỏ Trái Đất, kiểm soát hoạt động của hệ thống định vị vệ
tinh Bắc Đẩu, phục vụ công tác đo đạc bản đồ, địa chất, khí tượng, nghiên cứu không gian, sự biến đổi của tầng điện ly và các ứng dụng thực tiễn khác.
4. Mạng lưới các trạm tham chiếu hoạt động liên tục COSMOS của Nhật Bản
Tại Châu Á, Nhật Bản đã thiết lập một hệ thống dịch vụ tích hợp đó là hệ thống mạng quan sát Trái đất GPS (GeoNet) bao gồm gần 1.200 trạm GPS hoạt động liên tục với khoảng cách trung bình giữa các trạm khoảng 30 km [1]. GeoNet được Viện Nghiên cứu Địa lý Nhật Bản thiết lập và đóng vai trò cơ sở hạ tầng quan trọng cấp quốc gia của Nhật Bản. Mạng lưới này chủ yếu phục vụ cho việc giám sát hoạt động của vỏ Trái Đất và dự báo động đất, đáp
ứng nhu cầu lập bản đồ, thu thập, cập nhật dữ liệu GIS và cung cấp dịch vụ
cho các nghiên cứu về khí quyển,...
Ngoài các mạng lưới trạm CORS phục vụđa mục đích, còn có các mạng lưới COSR hỗ trợ nghiên cứu chuyên ngành như mạng lưới GPS CORS khí tượng của Cơ quan Khí quyển và Đại dương Hoa Kỳ NOAA (hình 1.6) hay mạng lưới GPS CORS Sugar (Sumatran GPS array) phục vụ phát hiện và cảnh báo sớm sóng thần ở khu vực Đông Nam Á,...
1.2. Tình hình nghiên cứu ứng dụng dữ liệu của các trạm tham chiếu hoạt động liên tục trên thế giới hoạt động liên tục trên thế giới
GNSS tham gia vào mọi hoạt động của đời sống xã hội hiện đại. Trên quy mô toàn cầu, dữ liệu của các trạm tham chiếu hoạt động liên tục được trung tâm phân tích dữ liệu của IGS thu thập từ các trung tâm dữ liệu khu vực, kết hợp với các kỹ thuật VLBI và SLR để cho ra đời các sản phẩm phục vụ
cho người sử dụng. Các sản phẩm của tổ chức IGS về cơ bản bao gồm [4], [1]: - Truy nhập tới và cập nhật được sự phát triển liên tục của Khung quy chiếu Trái đất quốc tế (IRTF); thu nhận được vị trí và tốc độ chuyển dịch của các trạm thu cùng các tham số quay của Trái đất;
- Nhận được quĩđạo vệ tinh chính xác của các vệ tinh GPS, GLONASS; - Nhận được các mô hình sai sốđồng hồ của các vệ tinh GPS, GLONASS; - Các tham số đặc trưng cho độ trễ tầng đối lưu phương thiên đỉnh (Tropo Sphere Zenit Path Delay – TZPD);
- Các tham số quay của Quảđất; - Bản đồ tầng điện ly toàn cầu.
Việc kết nối khung quy chiếu quốc gia gắn kết với mạng lưới IGS và xử
lý dữ liệu sử dụng các dịch vụ của IGS cho phép các quốc gia hoặc khu vực có cơ hội hợp tác, trao đổi dữ liệu dùng chung để giải quyết các bài toán mang tính khu vực và toàn cầu. Các bài toán mang tính quốc tếđặc trưng hiện nay
như các tai biến thiên nhiên trong bối cảnh biến đổi khí hậu, chuyển dịch mảng và trôi dạt lục địa, các tham số biểu thị tốc độ quay của Trái Đất, sự
thay đổi độ cao của mặt nước biển và đại dương, địa hình mặt biển, dòng chảy
đại dương, trường trọng lực độ phân giải cao,...
Việc hoàn thiện khung quy chiếu Trái đất quốc tế ITRF dựa trên các kết quả nghiên cứu các hiện tượng địa động học toàn cầu và xác định chính xác quĩ đạo các vệ tinh, toạ độ cùng tốc độ chuyển dịch của các trạm quy chiếu IGS trong ITRF đã mở ra triển vọng to lớn cho các quốc gia trên thế giới để (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
xây dựng và hoàn thiện hệ quy chiếu, hệ tọa độ quốc gia dựa trên việc sử
dụng công nghệ GNSS kết hợp với các sản phẩm của tổ chức IGS.
Ngoài ra, sử dụng các dịch vụ của IGS kết hợp với sản phẩm của một số
tổ chức khoa học thế giới bảo đảm nâng cao độ chính xác trong việc dẫn
đường cho các phương tiện hoạt động trên bộ, trên không và trên biển.
Trên bình diện khu vực, dữ liệu của các trạm tham chiếu họa động liên tục tham gia xây dựng khung quy chiếu khu vực, tạo điều kiện để mô tả các diễn biến toàn cảnh của cả khu vực trên cơ sở hợp tác chia sẻ dữ liệu giữa các quốc gia; nghiên cứu địa động lực khu vực (cấu trúc biên của mảng, các đới tách dãn, đới hút chìm, sự đụng độ của các lục địa, biến dạng trong mảng,...); quản lý và dẫn đường cho người và phương tiện (chủ yếu sử dụng kỹ thuật DGPS); bảo vệ môi trường, bảo vệ tài nguyên thiên nhiên; xây dựng các công trình trên biển và phục vụ du lịch,...
Dữ liệu các trạm tham chiếu hoạt động liên tục đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế xã hội và nghiên cứu khoa học ở tầm quốc gia. Trước hết, mạng lưới GNSS CORS tham gia xây dựng hệ tọa độ động lực quốc gia (gắn kết với IGS) để duy trì các mạng lưới trắc địa quốc gia, tham gia xây dựng các mạng lưới trắc địa ở mọi cấp độ; xây dựng cơ sở dữ liệu địa
lý không gian quốc gia; thu thập thông tin địa lý phục vụ đo đạc bản đồ; dẫn
đường cho máy bay cất hạ cánh, cho các tàu ra vào cảng; dẫn đường và quản lý, giám sát các phương tiện giao thông; phục vụ các hoạt động đa ngành như
nông nghiệp, công nghiệp, xây dựng, giao thông vận tải, quản lý bảo vệ môi trường, bảo vệ tài nguyên thiên nhiên, quân sự quốc phòng, cứu hộ - cứu nạn, các hoạt động giải trí,...
Trong nghiên cứu địa động lực, dữ liệu các trạm tham chiếu hoạt động liên tục phục vụ đánh giá biến dạng trong các đới đứt gãy (tích lũy ứng suất, trượt địa chấn và trượt phi địa chấn, lũy biến sau địa chấn,...) và sự thay đổi bề mặt địa hình do tác động của các tai biến tự nhiên,...
1.3. Tình hình nghiên cứu ứng dụng dữ liệu của các trạm tham chiếu hoạt động liên tục ở Việt Nam hoạt động liên tục ở Việt Nam
1.3.1. Hiện trạng các trạm GNSS CORS tại Việt Nam
Trước thành tựu phát triển vượt trội của công nghệ GNSS trên thế giới,
ở Việt Nam trong thời gian qua, việc ứng dụng công nghệ GNSS trong việc xây dựng cơ sở hạ tầng thông tin địa lý nói chung đã bắt nhịp với xu thế phát triển trên thế giới. Các trạm GNSS CORS – thành phần cơ bản của hạ tầng thông tin địa lý – đã và đang được xây dựng trên lãnh thổ nước ta nhằm đáp
ứng các yêu cầu thực tiễn về dữ liệu phục vụ cho phát triển kinh tế xã hội, an ninh quốc phòng.
Hiện nay, Bộ Tài nguyên và Môi trường đang thực hiện dự án “Xây dựng mạng lưới trạm định vị toàn cầu bằng vệ tinh trên lãnh thổ Việt Nam” do Cục Đo đạc, Bản đồ và Thông tin địa lý Việt Nam là đơn vị khởi xướng và thực hiện với việc xây dựng 65 trạm GNSS CORS trên lãnh thổ Việt Nam với mục tiêu cơ bản và quan trọng nhất là cung cấp dịch vụ số liệu hiệu chỉnh độ
trong chế độ thời gian thực dựa trên nền tảng truyền số liệu qua Internet. Trong số 65 trạm được xây dựng nêu trên có 24 trạm Geodetic CORS, các trạm còn lại là NTRK CORS [5]. 24 trạm Geodetic CORS được xây dựng dựa