Giáo trình Trắc địa biển - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH
-------------------

Chủ biên: ThS.Nguyễn Thị Mai Anh

GIÁO TRÌNH

TRẮC ĐỊA BIỂN
(LƯU HÀNH NỘI BỘ)

Quảng Ninh – 2019
1


Chương 1
KHÁI QUÁT VỀ CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA BIỂN
1.1. KHÁI NIỆM VỀ BIỂN VÀ ĐẠI DƯƠNG
Như chúng ta biết, 3/4 bề mặt trái đất là mặt nước. Trong khi lục địa bị phân cắt
thành các mảnh riêng biệt thì mặt nước trên Trái Đất lại liên thông với nhau thành
một mảng liên tục được gọi chung là đại dương thế giới. Đại dương thế giới chiếm
diện tích 360 triệu km2, khoảng 70,8% trong số 510 km2 diện tích bề mặt của trái đất.
Nó chứa khoảng 1.370 triệu km3 nước, tức khoảng 94% dung tích nước của lớp thủy
quyển trên hành tinh của chúng ta.
Đại dương thế giới (ĐDTG) được phân chia thành các phần khác nhau căn cứ
vào đặc điểm cấu tạo địa chất và các dấu hiệu địa lý tự nhiên cụ thể. Đại dương thế
giới được hợp thành từ bốn đại dương có tên là: Thái Bình Dương, Đại Tây Dương,
Ấn Độ Dương và Bắc Băng Dương. Các đặc trưng địa mạo chính của các đại dương
cho ở bảng 1.1.
Bảng 1.1. Đặc điểm hình thái cơ bản của các đại dương thế giới
Diện

Độ sâu
Thể tích
Tỉ lệ so
tích
Vị trí sâu
các biển
sánh
Đại dương
6
nhất
(10
Trung
Sâu
ĐDTG (106 km3)
2
km )
bình
nhất
Thái Bình
179.679
50%
723.699
4.028
11.034
Vực Marian
Dương
Thung lũng
Đại Tây Dương 93.363
25%
337.699

3.926
9.219
Puetorico
Thung lũng
Ấn Độ Dương
74.917
21%
291.945
3.897
8.047
Javan
Bắc Băng
Lòng chảo
13.100
4%
1.6980
1.025
5.449
Dương
Frama
Đại Dương Thế
361.059
100%
1.370.323
3.975
11.034
Giới
1.1.1 Phân loại biển
Mỗi đại dương lại bao gồm các biển. Biển là một phần đại dương ăn sâu vào đất liền
hay bị chia cắt bởi các đảo có các đặc tính của chế độ thủy văn riêng biệt. Cũng như đại

dương, biển được chia làm nhiều loại.
1. Theo vị trí, người ta chia biển làm bốn loại: Biển giữa các lục địa, biển nội địa,
biển ven, giửa điểm các đảo.
- Biển giữa các lục địa: Là biển nằm giữa hai lục địa nối với đại dương bằng một hay
nhiều eo biển. Tiêu biểu nhất của loại này là biển Caribe, Đại Trung Hải...
- Biển nội địa: Nằm trong phạm vi một lục địa nối với các dương bằng một hay nhiều
eo biển. Ví dụ: Ban Tích, Hắc Hải
- Biển ven: Nối thơng sâu vào đất liền. Ví dụ: Biển Ơkhot...
- Biển giữa các đảo: Là biển ngăn cách đại dương bằng các đảo. Ví dụ: Biển Panda,
Suzu...
2. Theo độ sâu, người ta chia biển thành biển sâu và biển cạn.
- Biển sâu: Là biển có độ sâu hàng ngàn mét. Ví dụ: Hắc Hải.
2


- Biển cạn: Là biển có độ sâu dưới vài trăm mét. Ví dụ: Baren.
3. Ngồi ra, người ta chia biển thành biển hồ và biển máng theo cấu địa chất.
- Biển hồ: Là biển có lõm sâu khép kín được hạn chế rõ rệt bằng các giới hạn dưới
nước.
- Biển máng: Là biển khơng có lõm sâu khép kín như thế và độ sâu luôn tăng theo
độ xa bờ.
Thông thường, các biển sâu là biển hồ, các biển cạn là biển máng.
4. Ngồi ra, đại dương cịn bao gồm những phần nhỏ hơn là eo biển, vịnh, đầm
và vũng.
- Eo biển: Là phần đại dương hay biển tương đối hẹp, duỗi dài giữa hai phần đất và
nối hai vùng nước với nhau.
- Vịnh: Là phần đại dương hay biển lấn vào đất liền và ít bị chia cắt bởi các vùng
nước chính, do đó chế độ thủy văn khác chút ít so với các vùng nước kín.
-Đầm: Là vùng nước gần bờ tách biệt đại dương bằng doi cát tạm thời hay vĩnh viễn.
-Vũng:Là vịnh nhỏ được chia cắt rõ rệt với cùng nước chính bằng các vùng đất hay

các đảo có chế độ nước riêng.
1.1.2.Địa hình đáy đại dương
Đại hình đáy đại dương cũng có hình dạng phức tạp và đa dạng như trên đất liền, ở
đấy đại dương cũng có dãy núi, có địa hình bị chia cắt mạnh, các vực sâu, cao nguyên
và đồng bằng. Đặc trưng cho những vùng rộng lớn của đáy là địa hình kiến tạo và núi
lửa mà thực tế là lớp phủ trầm tích và đã bị bóc mịn, ở những vùng độ sâu lớn thể hiện
rõ rệt như xói mịn.
Địa hình đáy đại dương chia thành hai mảng lớn, mảng đại dương và mảng lục địa.
Ranh giới giữa mảng đại dương và mảnh lục địa được thể hiện bằng ba ranh giới chính:
- Đới cuốn nuốt: dải vực sâu;
- Phay biến dạng;
- Sống giữa đại dương (dãy núi giữa đại dương): là mảng lục địa hướng càng tăng
cao, hai lục địa tách ra sẽ tạo thành nền đại dương, hai mảng đại dương đụng vào nhau
sẽ tạo nên dãy núi giữa đại dương nằm cạnh các vực sâu.
1.1.3.Vai trò của đại dương trong nền kinh tế quốc dân
Biển và đại dương đóng vai trị quan trọng trong đời sống con người. Thực tế cho
thấy những nước có nền văn minh sớm đều ở ven biển và các nước có cửa ngõ ra biển
đều có nền kinh tế phát triển. Vai trị của biển và đại dương trong xã hội lồi người được
biểu thị qua ba hướng: kinh tế giao thông, lương thực phẩm, nguyên liệu và năng lượng.
1. Giao thông vận tải
Chiếm 80% tổng số hàng hóa lưu thơng trên thế giới. Khối lượng vận chuyển hàng
hóa bằng đường biển phát triển không ngừng.
2. Lương thực
Biển và đại dương là nguồn cung cấp thực phẩm to lớn. Hiện nay biển và địa dương
đã cung cấp khoảng 2.000 sản phẩm cho nhân loại. Chỉ riêng lĩnh vực đánh bắt, hiện
nay thế giới đã đạt 70 triệu tấn trên năm bằng 5% sản lượng cá đại dương. Ngoài ra, con
người khai thác vô số thực vật và động vật biển để làm dược liệu cũng như ngun liệu
cho cơng nghiệp hóa chất, giấy, dệt, phân bón cho nơng nghiệp.
3

3. Nguyên liệu và năng lượng
Tiềm năng nguyên liệu và năng lượng của biển đại dương rất to lớn, theo ước tính
tổng khối lượng chất kết tủa dưới đại dương chiếm khoảng 1.500 tỉ tấn trong đó trữ
lượng và chiếm 350 tỉ tấn gấp 300 lần toàn bộ nguyên liệu và năng lượng trên đât liền.
Ngoài ra trong chất kết tủa cịn có kim loại qúy khác.Chỉ riêng Thái Bình Dương đã có
trữ lượng C,Cu,Ni cao hơn so với các mỏ quặng nổi trên đất liền. Khoáng sản chủ yếu
của đại dương là muối (ở nhiệt độ 560 C hàm lượng muối là 20).
1.2 NHIỆM VỤ, YÊU CẦU ĐỘ CHÍNH XÁC VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA CÔNG TÁC
TRẮC ĐỊA BIỂN
1.2.1. Nhiệm vụ của công tác trắc địa biển
Nhiệm vụ cấp bách được đặt ra cho những người làm công tác trắc địa biển là
phải xây dựng các mạng lưới trắc địa cơ sở trên biển và các mốc trắc địa riêng biệt phục
vụ các công tác trắc địa và các chuyên ngành khác. Các mạng lưới khống chế trên biển
rất cần thiết cho các ngành khai thác dầu khí ngồi biển, xác định lãnh hải các quốc gia,
các ranh giớ vùng kinh tế, vùng đánh bắt cá và những vùng khác thuộc chủ quyền quốc
gia, phục vụ cho công tác dẫn đường và đảm bảo trong hàng hải, điều phối các hoạt
động nghiên cứu vũ trụ.
Với mục đích đảm bảo độ chính xác cần thiết của cơng tác trắc địa trong mơi
trường và đại dương, việc nghiên cứu hình dạng Trái đất và trường lực ngồi của nó
trong đại dương; nghiên cứu và hồn thiện các thuật tốn cũng như các trang thiết bị để
xử lý các công tác trắc địa trên biển là rất cần thiết.
Trong trắc địa biển có 5 nhiệm vụ cơ bản:
+ Xây dựng mạng lưới trắc địa biển
+ Thành lập các loại bản đồ hàng hải
+ Đo vẽ địa hình đáy biển và đại dương
+ Điều phối các công tác trắc địa phục vụ cho việc nghiên cứu khoa học,
tìm kiếm, thăm dị và khai thác các nguồn tài nguyên trên biển
+ Nghiên cứu bề mặt vậy lý và trường trọng lực ngoài của Trái Đất trong
phạm vi đại dương và sự thay đổi của chúng theo thời gian

1.2.2. Đặc điểm của công tác trắc địa biển
1. Tính biến động của mơi trường biển
Cơng tác đo đạc trên biển thường được tiến hành trên tàu hoặc trên các thiết bị
nổi. Nhưng ngay cả khi được neo thì tàu và các thiết bị khác vẫn bị dịch chuyển tuần
hồn theo một đường cong nào đó. Tùy vào kích thước và cấu tạo của tàu, vào độ sâu
và sóng biển, vào phương và độ lớn lực tác dụng của gió cũng như các dịng biển mà
chúng có thể dao động từ vài mét đến vài chục mét và hơn thế nữa. Trong môi trường
và điều kiện làm việc như vậy các thơng số đo đạc về mặt hình học cũng thay đổi liên
tục, vì vậy, độ chính xác kết quả đo cũng không cao cho dù chúng ta có đo đạc nhiều
lần. Cũng vì lý do này, mà chúng ta không được thực hiện các phép đo bằng các thiết bị
đo góc chính xác cao đặt trên tàu. Tóm lại khơng thể xây dựng các cơ sở trắc địa bằng
phương pháp đo đạc truyền thống.
2. Xây dựng lưới khống chế đo vẽ biển
Do khơng thể bố trí các mốc trắc địa trên mặt biển và đại dương nên cần phải tiến
hành đo nối các điểm khống chế trên biển vào mạng lưới khống chế trắc địa trên đất
4


liền. Phương pháp đo chủ yếu thường dùng là do khoảng cách và các hàm của nó ( hiệu
khoảng cách, tổng khoảng cách...).
Phụ thuộc vào đối tượng công tác ở gần hay xa bờ mà khoảng cách đo có thể dao
động từ vài mét đến vài nghìn kilomet. Các khoảng cách này thường được đo bằng các
thiết bị điện tử ( Do môi trường biển ảnh hưởng đến đường truyền của sóng điện từ mà
đặc điểm cấu tạo của chúng khơng cho phép đạt độ chính xác cao như các thiết bị điện
tử dùng trên đất liền). Ngoài ra, do ảnh hưởng của mơi trường biển làm giảm thiểu độ
chính xác của kết quả đo và việc xác định các sai số này là rất khó khăn. Vì vậy, khi đo
khoảng cách (từ mốc trên bờ và tàu) có độ dài 30km - 40km thì sai số tương đối đo dài
cỡ 1/10000 – 1/5000 là hồn tồn có thể chấp nhận được.
Việc xây dựng và áp dụng các hệ thống dẫn đường vệ tinh(Transit, tsicada, GPS,
glonass, galileo,...) vào công tác trắc địa trên biển đã giải quyết được bài toán nâng cao

độ chính xác các tọa độ của các đối tượng trên biển, tuy nhiên khơng thể loại trừ hồn
tồn các mốc trắc địa đặt trên bờ với mục đích là các mốc cơ sở phục vụ cho việc đo vẽ
biển và nghiên cứu đại dương.
3. Tính chất vật lý của mơi trường biển
Việc xác định chính xác tính chất vật lý của môi trường biển là hết sức cần thiết.
Như chúng ta đã biết, trong mọi giải tần của sóng điện từ thì chỉ có những sóng ánh sáng
có bước sóng 𝜆 ≈ 0.5 µm (phần phổ tím - xanh) là có thể lan truyền trong mơi trường
nước với khoảng cách tối đa là 60m. Vì vậy việc sử dụng sóng điện từ vào cơng tác đo
sâu bị hạn chế rất nhiều. Ngồi ra, những sóng radio có bước sóng 𝜆 > 10km (tần số rất
thấp) cũng có thể lan truyền được trong môi trường nước nhưng không quá 30m. Vì vậy,
viwwcj sử dụng sóng điện từ vào cơng tác đo sâu bị hạn chế rất nhiều. Trong thực tế,
sóng âm có thể lan truyền trong mơi trường nước với mọi khoảng cách. Do vậy mà tuyệt
đại bộ phận các thiết bị đo đạc trắc địa dùng trong môi trường nước đều hoạt động trên
cơ sở sử dụng sóng âm và các nguyên tắc thủy âm. Sự lan truyền của sóng âm trong mơi
trường nước cũng giống như sự lan truyền sóng điện từ trong khí quyển. Tuy nhiên, tốc
độ lan truyền và dạng quỹ đạo của sóng âm bị ảnh hưởng rất nhiều bởi môi trường nước
(nhiệt độ, độ mặn, áp suất, độ sâu cột nước...) và điều này là nguyên nhân chủ yếu làm
giảm độ chính xác kết quả đo.
Việc tính tốn những sai lệch này hầu như khơng thể được. Ngồi những điểm
chủ yếu kể trên cịn hàng loạt những yếu tố khác khơng cho phép đạt được những độ
chính xác cao khi xác định tọa độ các loại lượng trên biển cũng như trong lòng đại
dương. Những đặc điểm này cần tính đến khi thiết kế mạng lưới trắc địa đo vẽ biển và
khi nghiên cứu các dạng công tác trắc địa biển.
1.2.3. Yêu cầu về độ chính xác của cơng tác trắc địa biển
Đặc trưng cho độ chính xác cho cơng tác thăm dị là sai số trung phương xác định
vị trí điểm mặt bằng của các điểm quan trắc địa vật lý so với các mốc cơ sở trên bờ
không vượt quá ±1.2mm trên tỉ lệ bản đồ đo vẽ.
Hiện nay công tác địa vật lý trên biển sử dụng tỉ lệ 1/1000.000 cho việc nghiên
cứu thăm dò; 1/50000 cho đo vẽ chi tiết và 1/10.000 cho các cơng tác địa chất cơng
trình. Nếu vị trí của các mốc trên biển được cho phép là: 850m, 35m,7m tương ứng với

các tỉ lệ trên. Nhiều trường hợp yêu cầu độ chính xác xác định vị trí tương hỗ các mốc
quan trắc hay đối tương cao hơn so với yêu cầu độ chính xác xác định tọa độ trắc địa.
Yêu cầu về độ chính xác được đặt ra rất cao cho các công tác trắc địa trong cơng
tác thăm dị địa chất trên những giếng khoan. Ví dụ: sai số định vị lỗ khoan khơng được
5


vượt quá ±3.0m đối với điểm trên mặt biển. Tọa độ các điểm khống chế trắc địa ở đấy
phải được xác định với độ chính xác cao nhất. Yêu cầu cao về độ chính xác đo nối tọa
độ được đặt ra khi đặt đường ống xuống nước, khi đặt các trạm dự báo sóng thần, trong
việc xác định biên giới. Đặc biệt là khi xác định biên giới ở gần các vùng có các mỏ
khống sản.
Khi lắp đặt đường ống và các đường truyền liên lạc ở vùng gần bờ cần đo nối tọa
độ với sai số tại vị trí các điểm riêng biệt khơng được vượt q 3m
Độ chính xác đo nối tọa độ các mốc và các đối tượng khi đo vẽ địa hình thềm lục
địa được quy định như sau:
- Sai số trung phương các đường viền và các đối tượng rõ rệt nằm ở thềm lục địa
không được vượt quá 1.5mm (theo tỉ lệ đo vẽ)đối với mốc cơ sở trên bờ hay trên biển
theo tỷ lệ bản đồ thiết kế. Cần đo nối với độ chính xác này khi đo vẽ địa lý thủy văn.
- Yêu cầu về độ chính xác xác định tọa độ đặt ra khi xác định các cơng trình dưới
nước:
+ Sai số ≤ 20cm khi đo khoảng cách ≥50m
+ Sai số ≤ 5cm khi đo khoảng cách 5- 20m
+ Sai số ≤ 0.1cm khi đo khoảng cách < 1m
+ Sai số ≤ 0.5 cm khi đo khoảng cách 1 đến 5m
Khi bố trí trong thiết kế ngầm cần xác định tọa độ với độ chính xác 70m, cịn khi
đo trọng lực trên tàu cần xác định tốc độ tàu với độ chính xác 1/6 hải lý/giờ và phương
của tàu với độ chính xác 10.
Khi xác định ranh giới các vùng dầu mỏ, độ chính xác tuyệt đối đặt ra là ±10m
1.3. CÁC HỆ QUY CHIẾU DÙNG TRONG TRẮC ĐỊA BIỂN

1.3.1 Cơ sở toán học của bản đồ hàng hải
Lưới chiếu dùng trong bản đồ hàng hải là lưới chieeud Mecactor. Đây là lưới
chiếu hình trụ thẳng đứng đồng góc, rất thuận tiện cho việc khi đi biển.
Hệ tọa độ của bản đồ hàng hải có nét đặc trưng riêng để đáp ứng yêu cầu phục
vụ giao thông trên biển. Nếu bản đồ địa hình lấy độ cao chuẩn 0 theo hệ độ cao Nhà
nước thì bản đồ hàng hải lấy độ cao chuẩn là mức 0 hải đồ.
Mức 0 hải đồ hay còn gọi là mặt chuẩn số 0 hải đồ, là mặt chuẩn quy ước dùng
để quy chiếu các số liệu sâu đo được vào hải đồ. Mặt chuẩn này thay đổi theo từng vùng
phụ thuộc vào chế độ thủy triều và tùy theo quan điểm của mỗi quốc gia.
Mức 0 hải đồ thường thấp hơn mức 0 lục địa. Mức 0 lục địa dùng thống nhất
trong tồn quốc. Cịn mức 0 hải đồ ở một vùng biển khác nhau là khác nhau, phụ thuộc
vào số liệu quan trắc mực nước biển của cơ quan khí tượng thủy văn. Sở dĩ chọn như
vậy là do nhu cầu đảm bảo giao thơng trên biển.
1.3.2. Cơ sở tốn học của bản đồ địa hình đáy biển
Nội dung chủ yếu cảu bản đồ địa hình đáy biển là biểu thị dáng của địa hình đáy
biển. Như vậy, bản đồ địa hình đất liền và bản đồ địa hình đáy biển là một thể thống
nhất. Sự thống nhất của bản đồ địa hình và bản đồ địa hình phần đất liền thống nhất về
hệ tọa độ, độ cao chuẩn và hệ quy chiếu.
Lưới chiếu của bản đồ địa hình đáy biển thống nhất với lưới chiếu của bản đồ
địa hình phần đất liền.
+ Sử dụng Elipxoid hoặc WGS 84
6


+ Lưới chiếu Gauss – Kruger hoặc UTM múi chiếu 30 và 60
+ Hệ tọa độ HN – 72 hoặc VN200 và độ cao nhà nước
Hệ độ cao quốc gia: là hệ độ cao lấy mực nước biển trung bình tại một trạm
nghiệm triều, được quan trắc ít nhất là một chu kỳ biến thiên của mực nước thủy triều
làm mốc độ cao 0.
Hệ độ cao hải đồ: Là hệ độ cao lấy mực biển thấp nhất có thể xảy ra (mực nước

rịng thấp nhất có thể xảy ra trong một chu kỳ triều) làm mốc chuẩn ˝0̏ hải đồ. Độ chênh
giữa chuẩn ˝0̏ lục địa và chuẩn ˝0̏ hải đồ thay đổi theo các vùng biển khác nhau. Ở nước
ta, độ chênh này biến thiên từ 0,5 đến 2m. Vùng đồng bằng Bắc Bộ trung bình là 1,9m.
Vùng Trung và Nam bộ biến thiên từ 1 đến 2m, vùng cực nam bộ từ 0,5 đến 1m [11].
1.4. KHÁI QUÁT VỀ LUẬT BIỂN 1982
Một trong những nhiệm vụ cơ bản của công tác trắc địa biển là đo đạc xác định biên
giới và vùng đặc quyền kinh tế của mỗi quốc gia trên biển, bên cạnh đó cần phải tiến
hành công tác đo dạc trên biển trong phạm vi lãnh hải và vùng đặc quyền kinh tế để
phục vụ cho các chuyên ngành khác của nền kinh tế quốc dân. Vì vậy, người làm cơng
tác trắc địa biển cần phải hiểu và nắm vững những quy định và các điều khoản trong
Luật biển 1982.
Công ước Liên hợp quốc về Luật biển 1982 (United Nations Convention on Law of
the Sea-UNCLOS), còn gọi là Công ước Luật biển hay Hiệp ước Luật biển, là một hiệp
ước quốc tế được hình thành trong Hội nghị về luật biển của Liên hợp quốc lần thứ ba
diễn ra từ năm 1973, sau nhiều chỉnh sửa cho đến 1982 đã được thực hiện trong Hiệp
ước Thi hành năm 1994.
Công ước Luật biển là một bộ các quy định về sử dụng biển và địa dương trên thế
giới. Cơng ước đã được kí kết năm 1982 để thay thế cho bốn hiệp ước năm 1958 đã hết
hạn. UNCLOS có hiệu lực năm 1944, và đến nay, 154 quốc gia và Cộng đồng châu Âu
đã tham gia Công ước này. Hoa Kỳ khơng tham gia vì nước này cho rằng Cơng ước
khơng có lợi cho kinh tế và an ninh của họ. Công ước quy định quyền và trách nhiệm
của các quốc gia trong việc sử dụng biển , địa dương; có các hướng dẫn rõ ràng cho các
hoạt động kinh doanh, bảo vệ môi trường và quảng lý khai thác các tài nguyên trên đó.
Năm 1956, Liên hợp quốc tổ chức Hội nghị về Luật biển lần đầu tiên (UNCLOS I)
ở Geneva, Thụy Sĩ. Hội nghị này đạt được bốn hiệp định ký kết vào năm 1958; Cơng
ước về lãnh hải và vùng tiếp giáp, có hiệu lực vào ngày 10/9/1964; Công ước về thềm
lục địa , có hiệu lực vào ngày 10/6/1964; Cơng ước về hải phận quốc tế, có hiệu lực vào
ngày 30/9/1962; Cơng ước về nghề cá và bảo tồn tài nguyên sống ở hải phận quốc tế, có
hiệu lực vào ngày 20/3/1966. Mặc dầu Hội nghị lần này được cho là thành công, nhưng
nó vẫn chưa giải quyết được vấn đề quan trọng là bề rộng của vùng lãnh hải.

Năm 1960, Liên hợp quốc tổi chức Hội nghị về Luật biển lần thứ hai (UNCLOS II);
tuy nhiên, Hội nghị sáu tuần ở Geneva đã khơng đạt được tiến bộ nào mới. Nhìn chung,
các nước đang phát triển chỉ tham dự như khách mời mà khơng nói lên được tiếng nói
của mình.
Năm 1967, vấn đề về các tuyên bố khác nhau về lãnh hải đã được nêu ra tại Liên
hợp quốc. Năm 1973, Hội nghị Liên hợp quốc lần thứ ba về Luật biển (Third United
Nations Conference on the Law of the Sea) được tổ chức tại New York. Để cố gắng giảm
khả năng các nhóm quốc gia thống trị đàm phán, Hội nghị đã dùng một quy trình đồng
thuận thay cho bỏ phiếu lấy đa số. Với hơn 160 nước tham gia, Hội nghị kéo dài đến
7


năm 1982 mới hồn chỉnh dự thảo cơng ước, các nước bắt đầu tham gia ký kết vào ngày
10/12/1982. Từ ngày 16/11/1992, Cơng ước chính thức có hiệu lực.
Nội dung Công ước bao gồm một loạt điều khoản. Những điều khoản quan trọng
nhất quy định về việc thiết lập các giới hạn, giao thông đường biển, trạng thái biển đảo,
và các chế độ quá cảnh, các vùng đặc quyền kinh tế, quyền tài phán thềm lục địa, khai
khống lịng biển sâu, chính sách khai thác, bảo vệ mơi trường biển, nghiên cứu khoa
học, và dàn xếp tranh chấp.
Công ước quy định giới hạn các vùng khu vực, tính từ đường cơ sở ( baseline ) và
được định rõ ràng. Bao gồm:
1.4.1.Đường cơ sở
Đường cơ sở là đường ranh giới trên biển làm cơ sở cho việc phân chia các vùng biển
khác nhau. Hiện nay người ta thừa nhận hai loại đường sở: đường cơ sở thông thường
và đường cơ sở thẳng.
Đường cơ sở thông thường là ngấn nước thủy triều thấp nhất. Loại đường cơ sở này
liên quan nhiều đến sự thay đổi của mực nước biển, tới mực ˝0˝ hải đồ. Mực ˝0̏ này lại
rất khác nhau giữa các nước và ngay cả các vùng biển khác nhau của một nước. Như
vậy đường cơ sở thơng thường rất khó áp dụng cho những nước có bờ biển khúc khuỷu,
phức tạp.

Đường cơ sở thẳng được áp dụng cho các nơi có điêu kiện như sau:
- Đường bờ biển khúc khuỷu, bí kht sâu và lồi lõm;
- Nơi có chuỗi đảo nằm sát hay chạy dọc bờ biển;
- Ở nơi có điều kiện thiên nhiên đặc biệt gây ra sự không ổn định của bờ biển.
Tuyến đường cơ sở vạch ra phải đi theo xu hướng chung của bờ biển.
Việt Nam chúng ta, dựa trên cơ sở pháp lý là Luật Biển 1982 và tập quán quốc tế, vào
ngày 12/11/1982 đã tiến hành vạch hệ thống đường cơ sở để tích chiều rộng lãnh hải
vùng biển miền Trung và miền Nam nước ta, đoạn từ đảo Cồn Cỏ đến Hòn Nhạn. Ngày
29/12/2000 Việt Nam và Trung Quốc đã tiến hành ký Hiệp định và phân định lãnh hải,
vùng đặc quyền kinh tế và thềm lục địa Vịnh Bắc Bộ. Riêng đường cơ sở của các quần
đảo Trường Sa, Hoàng Sa và nịnh Thái Lan sẽ được quy định sau do hiện nay chưa giải
quyết xong vẫn đề chủ quyền và biên giới trên biển với các nước có liên quan.
1.4.2.Các vùng biển và chế độ pháp lý chung
Theo công ước 1982 biển được chia thành các vùng khác nhau với các thẩm quyền
khác nhau: vùng nước nội thủy, vùng nước quần đảo, vùng lãnh hải, vùng tiếp giáp lãnh
hải, vùng đặc quyền kinh tế, thêm lục địa, biển cả, vùng di sản chung của loài người.
1. Vùng nước nội thủy
Vùng nước nội thủy là vùng nước nằm bên trong đường cơ sở dùng để tính chiều dài
lãnh hải chạy dọc theo bờ biển. Nó bao gồm hồ, cửa sơng, các vịnh, cảng biển, vũng đậu
tàu. Cơ sở pahps lý của quốc gia với vùng nội thủy hoàn toàn giống như đối với lãnh
thổ đất liền.
2. Vùng lãnh hải
Vùng lãnh hải tính từ đường cơ sở mở rộng ra hướng biển tới một khoảng cách ấn
định.
Công ước 1982 quy định 12 hải lý ( 1 hải lý = 1.852 m) là bề rộng tối đa của lãnh hải.
Ranh giới phía ngồi của lãnh hải là đường chạy song song với đường cơ sở và cách đều
8


đường cơ sở một khoảng cách là 12 hải lý. Ranh giới ngoài của lãnh hải được coi alf

đường ranh giới quốc gia trên biển.
Tại đây, quốc gia ven biển được quyền tự do đặt luật, kiểm soát việc sử dụng và
sử dụng tài nguyên. Các tàu thuyền nước ngoài được quyền qua lại không gây hại mà
không cần xin phép nước chủ. Đánh cá, làm ô nhiễm, dùng vũ khí và do thám khơng
được xếp hạng vào dạng khơng gây hại. Nước chủ cũng có thể tạm thời cấm việc qua
lại không gây hại này tại một số vùng trong lãnh hải của mình khi cần bảo vệ an ninh.
Phao số 0 không pahir là điểm mốc đường biên giới quốc gia trên biển, nó là
điểm đầu tiên của hệ thống tiêu mốc dẫn luồng vào cảng được đặt theo quy định của
Luật Hàng hải.
Luật biển coi lãnh hải như một lãnh thổ chìm, một bộ phận cơ hữu của lãnh thổ
quốc gia, trên đó quốc gia ven biển thực hiện thẩm quyền riêng biệt về phòng thủ quốc
gia, về cảnh sát, thuế quan, đánh cá, khai thác tài nguyên thiên nhiên, đấu tranh chống
ô nhiếm như quốc gia đó tiến hành trên lãnh thổ của mình. Theo cơng ước 1982 về luật
biển: Chủ quyền của các quốc gia ven biển được mở rộng ra ngoài lãnh thổ và vùng
nước nội thủy của mình đến vùng biển tiếp liền gọi là lãnh hải. Chủ quyền mở rộng đến
vùng trời trên lãnh hải cũng như đến đáy và lòng đất dưới đáy của vùng biển này.
Tuy nhiên chủ quyền dành cho quốc gia ven biển trên lãnh hải lại không tuyệt
đối như trên các vùng nước nội thủy, do sự thừa nhận thẩm quyền qua lại không gây hại
của tàu thuyền nước ngồi trong lãnh hải mà khơng phải xin phép trước.
Theo luật Việt Nam, quyền đi lại không gây hại được quy định như sau:
- Bao gồm việc vào, ra, qua, lại;
- Đi nhanh chóng và liên tục;
- Đi theo tuyến đường và hành lang quy định.
3. Vùng nước quần đảo
Công ước đưa ra định nghĩa về các quốc gia quần đảo, cũng như định nghĩa về
các quốc gia này có thể vã đường biên giới lãnh thổ của mình như thế nào. Đường cơ sở
được vẽ giữa các điểm ngoài cùng nhất của các đảo ở ngoài cùng nhất, đảm bảo rằng
các điểm này phải đủ gần nhau một cách thích đáng. Mọi vùng nước bên trong đường
cơ sở này sẽ là vùng nước quần đảo và được coi như là một phần của lãnh hải quốc gia
đó.

4. Vùng tiếp giáp lãnh hải
Bên ngoài giới hạn mười hai hải lý của lãnh hải là một vành đai có bề rộng mười
hai hải lý, đó là vùng tiếp giáp lãnh hải. Tại đây, nước chủ có thể vẫn thực thi luật pháp
của mình đối với các hoạt động như buôn lậu hoặc nhập cư bất hợp pháp.
5. Vùng đặc quyền kinh tế
Rộng hai trăm hải lý tính từ đường cơ sở trong vùng này, quốc gia ven biển được
hưởng độc quyền trong việc khai thác đối với tất cả các tài nguyên thiên nhiên.
Trong vùng đặc quyền kinh tế, nước ngồi có quyền tự do đi lại bằng đường thủy
và đường khơng tn theo sự kiểm sốt của quốc gia ven biển. Nước ngồi cũng có thể
đặt các đường ống ngầm và cáp ngầm.
Trong vùng đặc quyền kinh tế các quốc gia có quyền:
- Các quyền về chủ quyền thăm dò và khai thác, bảo tồn và quản lý các tài nguyên
thiên nhiên sinh vật hoặc không sinh vật của vùng nước và đáy biển.
9


- Quyền tài phán theo đúng quy định thích hợp của công ước về việc:
+ Lắp đặt và sử dụng các đảo nhân tạo, các thiết bị và cơng trình
+ Nghiên cứu khoa học về biển
+ Bảo vệ môi trường biển
- Một số quyền khác do công ước quy định.
6. Thềm lục địa
Thềm lục địa là vành đai mở rộng của lãnh thổ đất cho tới mép lục địa hoặc hai
trăm hải lý tính từ đường cơ sở, chọn lấy giá trị lớn hơn. Thềm lục địa của một quốc gia
có thể kéo ra ngồi hai trăm hải lý cho đến mép tự nhiên của lục địa nhưng không được
vượt quá 350 hải lý, không được vượt ra đường đẳng sau 2500m một khoảng cách quá
100 hải lý. Tại đây, nước chủ có độc quyền khai thác khống sản và các ngun liệu
khơng phải sinh vật sống.
Cơng ước giải thích: Rìa lục địa là phần kéo dài ngập nước của lục địa nước ven
biển, các thành bởi đáy biển và thành phần thềm, dốc, bờ, cũng như lòng đất dưới đáy

chúng.
Căn cứ vào quy định của luật biển quốc tế, nhà nước Việt Nam ta cũng đã xác
định phạm vi thềm lục địa của mình và đặc biệt nhấn mạnh thẩm quyền của mình đối
với thềm lục địa đó: (nhà nước Việt Nam có chủ quyền hồn tồn về mặt thăm dò và
khai thác, bảo vệ và quản lý các tài nguyên thiên nhiên ở thềm lục địa Việt Nam), quyền
này là đặc quyền có nghĩa là khơng ai có quyền tiến hành các hoạt động thăm dò khai
thác nếu không được sự thỏa thuận của ta.
7. Biển cả
Biển cả tiếp liền với vùng đặc quyền khinh tế, là vùng biển nằm ngoài các vùng
biển thuộc phạm vi chủ quyền và quyền tài phán quốc gia của các quốc gia ven biển.
Trong biển cả, tất cả các quốc gia đều được hưởng quyền tự do biển cả. Theo công ước
liên hợp quốc về biển năm 1982 thừa nhận 6 quyền tự do biển cả bao gồm:
- Tự do hàng hải;
- Tự do hàng không;
- Tự do đặt dây cáp và ống dẫn ngầm;
- Tự do xây dựng các đảo nhân tạo và các thiết bị khác được pháp luật cho phép;
- Tự do đánh bắt hải sản;
- Tự do nghiên cứu khoa học.
8. Vùng di sản chung của loài người
Bao gồm đáy biển và lòng đất dưới đáy biển nằm ngoài ranh giới của thềm lục
địa.
1.4.3 Các điều khoản khác
Cùng với các điều khoản định nghĩa các ranh giới trên biển, Cơng ước cịn quy
định các nghĩa vụ tổng qt cho việc bảo vệ môi trường biển và bảo vệ quyền tự do
nghiên cứu khoa học trên biển. Công ước cũng tạo ra một cơ chế pháp lý mới cho việc
kiểm soát khai thác tài nguyên khoáng sản tại các lịng biển sâu nằm ngồi thẩm quyền
quốc gia, được thực hiện thông qua Ủy ban Đáy biển quốc tế (International Seabed
Authority).
Các nước khơng có biển được quyền có đường ra biển mà không bị đánh thuế
giao thông bởi các nước trên tuyến đường nối với biển đó.

10


Chương 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ TRÊN BIỂN
2.1 KHÁI NIỆM VỀ CÔNG TÁC ĐỊNH VỊ TRÊN BIỂN
Trên mặt đất hay trên biển, nhiệm vụ của công tác trắc địa đều liên quan đến vấn
đề đo đạc xác định vị trí điểm cần xác định. Hiện nay do sự phát triển của ngành kinh tế
biển trong sự tăng trưởng của nền kinh tế quốc dân, nên yêu cầu độ chính xác định vị
trên biển ngày một cao, nhằm đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật cần thiết cho các lĩnh vực
kinh tế cũng như các chuyên ngành khoa học có liên quan đến cơng tác khảo sát thăm
dị và khai thác tài nghun biển. Chính vì vậy mà cơng tác định vị trên biển có một vai
trị rất quan trọng trong lĩnh vực trắc địa biển ở nước ta.
2.1.1 Nhiệm vụ và đối tượng định vị trên biển
Nhiệm vụ của công tác trắc địa trong định vị trên biển rất đa dạng và phụ thuộc
vào dạng công việc, đặc điểm, phạm vị, vị trí của đối tượng cần định vị. Có thể phân
chia đối tượng định vị trên biển thành các dạng công việc sau:
- Định vị trên biển trong lĩnh vực giao thông vận tải và khai thác các tài nguyên
biển;
- Định vị trên biển trong các cơng tác khảo sát thăm dị biển;
- Định vị trên biển trong thành lập lưới khống chế và đo đạc thành lập bản đồ địa
hình đáy biển;
- Định vị trong cơng tác trắc địa cơng trình biển.
Dạng cơng việc sử dụng không gian biển bao gồm các tuyến và tàu thuyền giao
thông vận tải biển, các đường ống vận chuyển ở đáy biển, các cáp điện lực và cáp thơng
tin ở đáy biển.
Các cơng trình khai thác tài ngun tự nhiên và nguồn năng lượng biển: các cơng
trình khai thác dầu khí, sa khống, khống vật, đánh bắt và ni trồng thủy sinh vật biển,
khai thác nhiệt lượng khống vật lỏng dưới đáy biển, năng lượng thủy triều, sóng, nhiệt
sai, các cơng trình nước ngọt hóa nước biển và hóa phân tích để nhận được các ngun
tố hóa học từ nước biển.

Để đo vẽ địa hình đáy biển, trước hết phải lập lưới khống chế cơ sở mặt bằng và
độ cao. Trong đó, ngồi các phương hpaps truyền thống, hiện nay phần nhiều đã ứng
dụng hệ thống định vị GPS. Trong quy trình đo vẽ địa hình đáy biển cần phải tiến hành
công tác định vị trên biển để dẫn đường cho các tàu đo sâu đi theo tuyến đo đã thiết kế,
định vị các điểm đo sau trên biển.
Trong trắc địa cơng trình biển, cần phải tiến hành đo đạc trong điều kiện đặc biệt
khó khăn (sóng to và gió mạnh), xa đất liền vì vậy mà các phương pháp đo đạc định vị
trên biển có ý nghĩa rất quan trọng khi thực hiện các dạng công tác trắc địa trên biển
trong khảo sát thiết kế và thi cơng cơng trình biển. Ngồi ra cơng tác định vị trên biển
còn phải đáp ứng các yêu cầu dẫn đường trên biển, tìm kiếm, trục vớt tàu đắm, định vị
lắp đặt các cơng trình biển (giàn khoan, cầu cảng).
2.1.2 u cầu độ chính xác của cơng tác định vị trên biển
1. u cầu độ chính xác của cơng tác định vị trên biển trong sử dụng không
gian biển
Trong trường hợp tổng quát yêu cầu độ chính xác định vị trên biển được xác định
theo yêu cầu kỹ thuật của các chuyên ngành kinh tế và kỷ thuật.Một số yêu cầu cụ thể
về độ chính xác định vị trên biển được nêu trong bảng 1.2.
2.u cầu đọ chính xác của cơng tác định vị trên biển trong khảo sát thăm dò biển
11


Để phục vụ cho công tác khảo sát địa vật lí trên biển khơi, thì cơng tác định vị tàu chỉ
cần độ chính xác cỡ 2.500m , trong cơng tác khảo sát thăm dị u cầu độ chính xác tới
100/150m, và khi khảo sát chi tiết lại cần với độ chính xác 20/50. Có thể thống kê một
số u cầu độ chính xác định vị trên biển theo dạng các công tác trắc địa biển như bảng
2.1.
Bảng 2.1.Một số chỉ tiêu độ chính xác định vị trên biển[9]
Dạng cơng tác
Độ chính xác vị trí điểm(m)
-Các điểm khơng chế trắc địa

-Các điểm tựa trọng lực
-Xác định mực nước biển trung bình
-Độ cao Geoid
-Các điểm thuộc lưới kiểm định hệ thống đạo
hàng vô tuyến
-Các tiêu mốc thủy âm
-Khảo sát địa vật lý và thủy đạc
-Khảo sát địa vật lí và thủy đạc chi tiết
-Khoan
-Lắp đặt đường ống dây cáp
-Khai thác quặng
-Xắc định ranh giới
-ataimf kiếm, trục với tàu đắm
-Đạo hàng trên biển khơi

Tuyệt đối
10
10
0,5
10
10
50/100
50/100
10
10
10
20/100
3.000

Tương đối

1
10
0,1
0,1
1
10
50/100
15/25
1/5
1/10
2/10
10/20
45/500

3. Yêu cầu độ chính xác định vị trong đo vẽ thành lập bản đồ biển
Trong đo đạc thành lập lưới khống chế và đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển u cầu độ
chính xác định vị trên biển được quy định như sau [11]:
- Sai số tọa độ của các điểm cơ sở đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển so với điểm tọa
độ quốc gia gần nhất phải nhỏ hơn hoạc bằng 1/10 sai số định vị điểm đo sâu trên biển;
- Sai số định vị điểm đo sâu trên biển là sai số định vị cần phát biến của máy đo
sâu hồi âm. Sai số này bao gồm cả hai số cải chính vị trí khơng trung tâm của máy định
vị so với cần phát biến của máy đo sâu hồi âm;
- Sai số định vị cần phát biến của máy đo sâu hồi âm không được lớn hơn 1mm
nhân với mẫu số tỷ lệ bản đồ đo vẽ;
- Sai số vị trí địa vật thể hiện theo tỷ lệ không được lớn hơn 1mm nhân với số mẫu
tỷ lệ bản đồ vẽ;
- Sai số vị trí các ranh giới trên biển khơng được lớn hơn 1mm nhân với mẫu số tỷ
lệ bản đồ đo vẽ;
- Sai số vị trí địa vật thể hiện bằng ký hiệu lệ không vượt quá 1,5mm nhân với mẫu
số tỷ lệ bản đồ đo vẽ.

4. Yêu cầu độ chính xác định vị trong trắc địa cơng trình biển
12


Đặc điểm nổi bật của công tác trắc địa công trình biển là phải tiến hành đo đạc trong
điều kiện đặc biệt khó khăn ( sóng to và gió mạnh ), xa đất liền vì vậy mà các phương
pháp đo đạc định vị trên biển có ý nghĩa quan trọng khi thực hiện các dạng công tác trắc
địa trên biển trong khảo sát thiết kế và thi công xây dựng cơng trình biển. Ngồi ra cơng
tác định vị trên biển còn phải đáp ứng các yêu cầu dẫn đường trên biển, tìm kiếm, trục
vớt tàu đắm, định vị lắp đặt các cơng trình biển ( giàn khoan, cầu cảng).
u cầu độ chính xác định vị trên biển phụ thuộc vào dạng các cơng trình biển và giai
đoạn khảo sát thiết kế và thi cơng khai thác sử dụng cơng trình biển.
Có những dạng cơng tác u cầu định vị điểm với dộ chính xác khá cao như khi định
vị giàn khoan, sai số định vị không vượt quá 3m. Đặc biệt là vùng nước sâu yêu cầu về
vị trí điểm ở đáy biển so với vị trí điểm trên mặt biển rất cao. Để phục vụ cho công tác
lắp đặt các đường ống dẫn (dầu, khí ) hoặc cáp (cáp điện, cáp quang,...) dưới biển cần
định vị với sai số cỡ 3m
Trong khảo sát thiết kế, thi công và quan trắc biến dạng các cơng trình cảng biển độ
chính xác định vị trên biển được quy định theo quy mô xây dựng và đặc điểm cụ thể của
từng dạng công trình.
-Trong giai đoạn khảo sát, thiết kế cơng trình biển thì nhiệm vụ của trắc địa là cung
cấp tài liệu địa hình đáy biển hoặc một phần trên đất liền và một phần đáy biển ven bờ.
Để đo vẽ địa hình đáy biển, cần phải lập lưới khống chế cơ sở mặt bằng và độ cao bằng
các công nghệ truyền thống hoặc công nghệ GPS. Trong giai đoạn này công tác định vị
trên biển cần thiết cho công tác dẫn đường tàu đo sâu và định vị các điểm đo sâu trên
biển;
-Trong giai đoạn thi cơng xây dựng cơng trình thì nhiệm vụ của trắc địa là tiến
hành đo đạc bố trí cơng trình để đảm bảo cơng trình được xây dựng đúng bới vị trí, độ
cao, hình dạng và kích thước như đã thiết kế.
2.2.CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ TRÊN BIỂN TRUYỀN THỐNG

Phương pháp này ứng dụng cho khaongr cách ngắn đo đạc ven bờ, vùng nước nông.
Ở trên biển do độ cong Trái Đất nên tầm ngắm thường bị hạn chế. Để kéo dài tầm ngắm,
điểm đặt máy và điểm ngắm cần được đưa lên cao. Thiết bị máy móc của phương pháp
này là máy kinh vĩ hoạc máy toàn đạc điện tử. Nhược điểm của phương pháp này là
không thể sử dụng để xác định tọa độ ở các vùng xa bờ, và phụ thuộc nhiều vào điêu
kiện thời tiết.
Tại các điểm đã biết tọa độ A,B trên bờ , đặt máy kinh vĩ tại mỗi trạm có kèm theo
thiết bị liên lạc( bộ đàm ) hoặc cờ hiệu. Từ 2 điểm A,B quan sát mục tiêu đo và được
các góc giao hội( hình 2.1). Để đảm bảo độ chính xác điểm giao hội , góc giao hội phải
nằm trong khoảng từ 20° đến 100°.
Từ tọa độ đã biết của các diểm A,B và các góc giao hội vừa đo, xác định được tọa độ
điểm giao hội theo thơng thức Yung có dạng:
Xp

𝑋𝐴𝑐𝑜𝑡𝑔𝛽+𝑋𝐵𝑐𝑜𝑡𝑔𝛼−𝑌𝐴+𝑌𝐵
𝑐𝑜𝑡𝑔𝛼+𝑐𝑜𝑡𝑔𝛽

Sai số trung phương vị trí điểm giao hội được xác định theo cơng thức :
Trong trương hợp giao hội thuật về ba hướng, khi đó có thể xác định tọa độ sai bình
sai và lấy tọa độ trung bình. Khi đó sai số trung phương vị trí điểm giao hội sẽ nhỏ hơn
so với trường hợp hai hướng√2 lần nếu chiều dài cạnh đáy AB,BC và hai góc 𝜔1𝜔2
xấp xỉ nhau.
13


2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ RADIO
Dựa trên sự lan truyền của sóng điện từ, người ta có thể xác định được khoảng cách
từ trạm phát tín hiệu radio(sóng điện từ) đến trạm đặt máy thu. Nguyên tắc chung của
các hệ thống đạo hàng vô tuyến là dựa vào một số trạm phát sóng (tín hiệu radio) đặt
trên đất liền có vị trí đã xác định( trong hệ thống tọa độ), có thể xác định được vị trí của

các đối tượng ( tàu thuyền, máy bay) trên đó có gắn các thiết bị thu tín hiệu từ các trạm
phát nói trên. Ưu điểm của các hệ thống định vị vô tuyến là tầm hoạt động đã được mở
rộng ra và các vùng biển cách bờ tới hàng trắm thậm trí hàng ngày hải lý. Độ tin cậy và
khả năng làm việc liên tục của các thiết bị khá ổn định. Tuy nhiên các hệ thống định vị
phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, vào thời gian ( ngày hay đêm) và cả điều kiện địa hình
ảnh hưởng đến tầm hoạt dộng của các hệ thống.
Hệ thống máy thu phát phát sóng vơ tuyến phục vụ cho việc xác định vị trí tàu biển
cho phép giải quyết các nhiệm vụ trắc địa trên biển dựa vào các hệ thống cho phép đo
khoảng cách hoặc hiệu khoảng cách từ tàu đến các trạm cố định trên đất liền. Hiện nay
có rất nhiều hệ thống như thế.Chủ yếu là các hệ thống đo hiệu khoảng cách . Chúng
được chia theo đặc tính các tín hiệu vơ tuyến được phát hành các hệ thống xung, pha và
pha-xung. Tầm hoạt động và độ chính xác của các hệ thống này rất khác nhau.
2.3.1 Hệ thống Loran-A (Long range navigation)
Đây là hệ thống phát tín hiệu xung. Trên tàu đặt máy thu vô tuyến từ hai trạm phát đặt
trên bờ: một trạm chủ động và một trạm thụ động. Trạm chủ phát các tín hiệu xung sau
những khoảng gián cách nhất định giữa các lần phát. Còn trạm thụ thu chúng, lơu giữ
một khoảng thời gian nhất định rồi phát tiếp đi. Trên tàu tiến hành đo khoảng thời gian
giữa các thời điểm tín hiệu tới từ trạm chủ và trạm thụ.
Δt = tchủ + tđáy + tlưu – tthụ
Trong đó:
tchủ, tthụ - thời gian tín hiệu vượt qua khoảng cahs từ trạm chủ đến tàu và từ trạm
thụ đến tàu;
tđáy – thời gian thu tín hiệu vượt qua khoảng cách giữa trạm chủ và trạm thụ;
tlưu – thời gian tín hiệu bị lưu ở trạm thụ.
Cho tốc độ lan truyền tín hiệu vơ tuyến v ở khu vực đo là khơng đổi, ta có thể
tính được hiệu khoảng cách từ tàu đến trạm thụ và trạm chủ:
Schủ - Sthụ = v.( Δt - tđáy + tlưu)
(2.4)
Dễ dàng nhận thấy là đường đẳng vị của tàu sẽ là đường hypecbol với các tiêu
điểm là trạm chủ và trạm thụ. Rõ ràng, để xác định vị trí tàu, cần có hai đường đẳng vị

hypecbol. Thơng thường để có đường đẳng vị thứ hai, người ta tạo thêm một cặp chủ thụ nữa.
Để xác định tọa độ của tàu, người ta sử dụng các bản đồ đạo hàm vơ tuyến trên
đó có kẻ sẵn các đường hypecbol, hoặc sử dụng các bảng chuyên dụng lập sẵn.
Hệ thống Loran – A có tầm hoạt động ban ngày là 600 -:-900 hải lý, ban đêm là
500 hải lý. Nó bao trùm trên 2/3 diện tích bề mặt đại dương ở Bắc bán cầu [9].
2.3.2 Hệ thống Loran – C
Đây là hệ thống phát tín hiệu pha – xung. Các trạm trên mặt đất được ghép thành
các chuỗi gồm có 3, 4 hoặc 5 trạm, trong đó có một trạm chủ. Mỗi cặp trạm chủ - thụ
tạo ra một đường đẳng vị hypecbol.
14


Trạm chủ phát định kỳ trên tần số 100 kHz các nhóm tín hiệu xung. Tần sood lặp
tín hiệu xung là 1 kHz. Trạm thụ thu các tín hiệu đó, lưu giữ lại một khoảng thời gian
nhất định rồi phát tiếp đi. Khoảng thời gian lưu trữ có tác dụng để nhận biết từng trạm
thụ riêng biệt khi thu tín hiệu trên tàu.
Trên tàu tiến hành thu các tín hiệu để xác định hiệu khoảng cách đến trạm chủ và
các trạm thụ trên bờ. Đại lượng đo trong trường hợp này là: khoảng thời gian giữa các
thời điểm thu nhận (bằng máy thu trên tàu) điểm đặc biệt của mặt phía trước của các
xung do trạm chủ và trạm thu phát và hiệu pha của các dao động xen lấp giữa các xung
nói trên.
Đo khoảng thời gian giữa các thời điểm tới của mặt phía trước của các xung để
xác định giá trị gần đúng của khoảng thời gian đó với độ chính xác 1 -:- 2 µs. Giá trị này
cần cho việc khắc phục tính đa trị của kết quả đo. Còn đo hiệu pha của các dao động tần
số cao xen lấp giữa các xung cho phép xác định giá trị chính xác của khoảng thời gian
đo tính đến phần lẻ của µs
Tầm hoạt động của hệ thống Loran-C (ứng với sóng lan truyền theo bề mặt trái
đất) là 700 -:- 900 hải lý. Nếu dùng sóng phản hồi một lần từ tầng điện ly xuống thì tầm
hoạt động của nó có thể đạt tới 1.200 -:- 1.400 hải lý. Các chuỗi trạm của hệ thống bảo
đảm bao quát tới ¾ bề mặt đại dương ở Bắc bán cầu. Độ chính xác của hệ thống trong

điều kiện thuận lợi và khoảng cách ngắn có thể đạt tới 30m [9].
2.3.3 Hệ thống Dekka
Đây là hệ thống đạo hàng vô tuyến của Anh, nó được thiết lập từ giữa năm 1940.
Thông thường ̏chuỗi˝ Dekka được tạo thành từ bốn trạm cố định gồm 1 trạm chủ và 3
trạm thụ. Khoảng cách từ trạm chủ đến trạm thụ khoảng 70 -:- 110 hải lý. Mỗi cặp trạm
chủ - thụ tạo ra một hệ đường đẳng vị hypecbol. Các đường đẳng vị với các cặp trạm
khác nhau được ký hiệu bằng màu sắc riêng là các màu: đỏ, lá cây, tím.
Từ các trạm cố định liên tục phát ra các tín hiệu có tần số khoảng 70/130 kHz.
Các máy thu đo hiệu pha giữa các tín hiệu phát từ trạm chủ và trạm thụ. Từ hiệu pha sẽ
đo được hiệu khoảng cách. Để loại bỏ các tín hiệu nhiễu, hệ thống Dekka sử dụng kỹ
thuật lọc nhiễu riêng. Tầm hoạt động của Dekka thường ngắn hơn Loran – C thường là
240 hải lý. Độ chính xác định trong khoảng 10/120. Ở khoảng cách lớn hơn 240 hải lý
và vào ban đêm, độ chính xác định vị có thể tới 400m. Hiện tại có 44 chuỗi Dekka đang
hoạt động trên 5 châu lục.
2.3.4. Hệ thống Hi – Fix
Hi-Fix là hệ thống định vị vô tuyến của Anh, được thiết lập phục vụ mục đích
trắc địa. Nó được sử dụng theo ngun lý đường đẳng vị hypecbol. Hệ thống gồm 3 trạm
phát, trong đó có 1 trạm chủ và 1 trạm thụ, tất cả đều được đặt trên bờ. Hệ thống này
cho phép định vị với độ chính xác trong tầm hoạt động 200 hải lý.
Trên đây là một số hệ thống định vị vô tuyến dựa trên nguyên tắc đo hiệu khoảng
cách, với các đường đẳng vị hypecbol. Ngoài các hệ thống trên, người ta còn thiết lập
một số hệ thống định vị theo nguyên tắc đo khoảng cách như: hệ thống RDS (Liên Xô),
hệ thống Shiran (Mỹ), hệ thống Aerdis (Nam Phi). Vị trí điểm định vị được xác định
trên cơ sở giao hội thuận chiều dài từ các trạm phát tín hiệu đã biết tọa độ.
2.4. ĐỊNH VỊ TRÊN BIỂN BẰNG HỆ THỐNG THỦY ÂM
2.4.1. Các hệ thống thủy âm

15

Hiện nay việc xác định vị trí theo các phao tiêu thủy âm được đặt ở đáy biểm
được coi là chính xác ở ngồi khơi khơng thấy bờ. Các phao tiêu thủy âm được đặt tạm
thời trong giai đoạn triển khai công tác cụ thể [9]. Tuy vậy người ta cũng đang nghiên
cứu làm các phao tiêu cố định dài hạn đóng vai trị các tiêu mốc trắc đia dưới đáy biển.
Hiện nay có các loại phao tiêu thủy âm sau:
- Phao tiêu thường xuyên phát tín hiệu âm thanh tần số cố định;
- Phao tiêu phát xung âm thanh sau những khoảng giãn cách thời gian được đảm
bảo chính xác;
- Phao tiêu phát xung âm thanh sau khi nhận được tín hiệu dẫn đến theo dây cáp;
- Phao tiêu phát tín hiệu trả lời sau khi nhận được tín hiệu hỏi.
Việc xác định phương hướng được thực hiện nhờ thiết bị thủy âm đặt trên tàu
nhờ vào các phao tiêu. Độ chính xác có thể đạt 0.5/30 [9].
Các thiết bị thủy âm đặt trên tàu nhằm mục đích xác định vị trí tàu so với các hoa
tiêu đặt ở đáy biển. Tùy theo cấu tạo các thiết bị thủy âm này cho phép đo khoảng cách
từ tàu tới các phao tiêu, phương hướng tới các phao tiêu, hiệu khoảng cách từ tàu tới hai
phao tiêu, đo khoảng chuyển Dobler của tần số tín hiệu do phao tiêu phát đi.
2.4.2 Phương pháp định vị bằng thiết bị thu phát thủy âm
Khi thả các tiêu mốc thủy âm người ta xác định tọa độ của chúng nhờ định vị vệ
tinh, giá trị tọa độ này được coi như là các số liệu gốc. Các tàu được trang bị máy thu
tín hiệu từ các tiêu mốc thủy âm, nhờ đó đo được khoảng cách từ tàu đến các tiêu mốc
thủy âm trên và sẽ giải được bằng bài toán định vị trên biển.
Giả sử ở đáy biển có lắp đặt các trạm thu phát tín hiệu thủy âm với đồ hình tam
giác hoặc hình bình hành. Trên mặt nước có một bộ phận thu phát tín hiệu thủy âm được
tàu kéo theo, bộ phận này phát ra các xung âm toàn hướng với tần số cỡ 10 kHz.
Các trạm thu phát tín hiệu thủy âm dưới đáy biển sẽ thu nhận các xung âm này
rồi phát tín hiệu trả lời với các tần số riêng cho mỗi trạm, cũng cớ 10 kHz.
Bộ thu phát trên mặt nước tiếp nhận các tín hiệu trả lời để tính ra khoảng cách từ
nó đến mỗi trạm thu phát dưới đáy biển.
1

Di = V.Δti
2

(2.5)

Trong đó:
Δt là khoảng thời gian từ khi phát tín hiệu đến khi nhận đượ tín hiệu;
V là vận tốc lan truyền âm thanh trong mơi trường nước
Vị trí của bộ thu phát trên mặt nước (vị trí của tàu) sẽ được xác định theo
nguyên tắc giao hội khoảng cách. Khoảng cách giữa hai trạm thu phát dưới đáy biển
thường là cỡ 3 -:- 4 km, tối đa có thể tới 8 km.
Mỗi trạm thu phát có cấu tạo như hình 2.4, việc sử dụng các thiết bị thu phát tín
hiệu thủy âm để định vị trên biển được thực hiện theo một số công đoạn như sau: thả
các trạm thu phát xuống đáy biển với mục đích nay trước hết cần đo vẽ sơ bộ đáy biển
để có được đường đẳng sâu và trên cơ sở đó chọn vị trí đặt trạm thu. Các trạm được thả
xuống đáy biển với vận tốc khoảng 2m/s. Sau khi thả xuống nước cần theo dõi cho đến
khi trạm được đặt xuống đáy.
Kiểm định đồ hình trạm thu phát: sau khi thả đặt các trạm thu phát cần xác định
tọa độ của trạm thủy âm. Tọa độ của các tiêu mốc thủy âm được xác định theo nguyên
tắc giao hội cạnh như sau:
16


Xm = {x1, y1, z1, x2, y2, z2,...xm, ym, zm}
(2.6)
Trong đó m là số lượng điểm tiêu mốc cần xác định tọa độ (thông thường m≥3 ),
mỗi điểm cần xác định x, y, và z.
Để xác định các ẩn số, cần phải xác định vị trí của tàu đo (có thiết bị đo khoảng
cách theo nguyên lý thủy âm đến các tiêu mốc cần xác định tọa độ) ở nhiều vị trí khác
nhau bằng cơng nghệ GPS (hình 2.5).

Ký hiệu tọa độ chính xác của tàu ở vị trí j là x`j, y`j, z`j, với mỗi khoảng cách đo
Ri, j từ vị trí tàu j đến tiêu thứ i ta lập được một phương trình:
Nếu xác định được tọa độ gần đúng của điểm tiêu mốc thủy âm, từ (2.5) sẽ thiết
lập được phương trình số hiệu chỉnh sau:
Trong đó x0j, y0j, z0j là tọa độ gần đúng của điểm (tiêu mốc thủy âm) dxi, dyi, dzi
là các số hiệu chỉnh tọa độ tương ứng.
Số hạng tự do Li,j trong (2.8) được tính:
Nếu số lượng khoảng cách đo nhiều hơn số lượng ẩn số, chúng ta sẽ giải bài toán
theo nguyên lý số bình phương nhỏ nhất. Ở đây sử dụng phương pháp tính lặp nhích dần
để loại bỏ ảnh hưởng của giá trị tọa độ gần đúng xác định lần đầu.
Phương pháp sử dụng thiết bị thu phát tín hiệu thủy âm trình bày ở trên cho phép
xác định vị trí tương hỗ với độ chính xác rất cao ở vùng biển sâu trong phạm vi tương
đối hẹp.
2.5. ĐỊNH VỊ TRÊN BIỂN BẰNG CÔNG NGHỆ GPS
2.5.1 Hệ thống định vị toàn cầu GPS
Hệ thống định vị toàn cầu (GPS – Global Positioning System) là một mạng gồm
35 vệ tinh Navstar quay xung quanh Trái Đất tại độ cao 20.200 km. Được Book Quốc
phịng Hoa Kỳ ấn định chi phí ban đầu vào khoảng 13 tỷ USD, song việc truy nhập tời
GPS là miễn phí đối với mọi người dùng, kể cả những người ở các nước khác. Các số
liệu định vị và định thời được sử dụng cho vô số những ứng dụng khác nhau, bao gồm
đạo hàng hàng không, đất liền và hàng hải, theo dõi các phương tiện giao thông trên bộ
và tàu biển, điều tra khảo sát và vẽ bản đồ, quản lý tài sản và tài nguyên thiên nhiên.
Vệ tinh GPS đầu tiên đã được phóng vào năm 1978. Mười vệ tinh đầu tiên là các
vệ tinh ̏mở mang˝, gọi là Block 1 (Lô 1). Từ năm 1989 đến năm 1993 có 23 vệ tinh khai
thác, gọi là Block 2 (Lơ 2) đã được phóng lên quỹ đạo. Vệ tinh thứ 24 được phóng nốt
vào năm 1994 đã hoàn thành hệ thống. Các vệ tinh được bố trí sao cho các tín hiệu từ 6
trong số đó có thể được thu nhận gần như 100% thời gian tại bất kỳ điểm nào trên Trái
Đất.
Hệ thống định vị toàn cầu GPS bao gồm 3 bộ phận cấu thành, đó là: đoạn khơng
gian, đoạn điều khiển, đoạn sử dụng.

1. Đoạn không gian
Đoạn không gian bao gồm các vệ tinh chuyển động trên 6 mặt phẳng quỹ đạo, ở
độ cao khoảng 20.200 km. Mặt phẳng quỹ đạo nghiêng với mặt phẳng xích đạo mộ góc
550. Vệ tinh GPS chuyển động trên quỹ đạo gần như tròn với chu kỳ là 718 phút. Thep
thiết kế gồm 24 vệ tinh, mỗi quỹ đạo có 4 vệ tinh. Với sự phân bố vệ tinh trên quỹ đạo
như vậy, trong bất kỳ thời gian nào và ở bất kỳ vị trí quan trắc nào trên Trái Đất cũng
có thể quan trắc được ít nhất 4 vệ tinh GPS.
17


Tất cả các vệ tinh GPS đều có thiết bị tạo dao động với tần số chuẩn cơ sở là f0 =
10,23 MHz. Tần số này còn là tần số chuẩn của đồng hồ nguyên tử, với độ chính xác cỡ
10-12s. Từ tần số cơ sở f0 thiết bị sẽ tạo ra hai lần sóng tải L1 và L2:
L1 = 154f0 = 1.575,42 MHz
L2 = 120f0 = 1.227,60 MHz
Các sóng tải có bước sóng cỡ 20 cm, thuộc dải sóng cực ngắn. Với tần số lớn
như vậy các sóng tải sẽ ít bị ảnh hưởng bởi tầng điện li (tầng ion) và tầng đối lưu vì mức
độ làm chậm tín hiệu do tầng điện ly tỉ lệ nghịch với bình phương tần số.
Các tín hiệu phát đi được điều biến theo các code riêng biệt, đó là C/A code, Pcode và Y-code,
C/A code là code thô cho phép sử dụng rộng rãi. Tín hiệu mang code này có tần
số thấp (1.023 MHz) tương ứng với bước sóng 293 mét. C/A code chỉ là điều biến sóng
tải L1, song nếu có sự can thiệp của các trạm điều khiển trên mặt đất có thể chuyển sang
L2.
P-code là code chính xác, được dùng cho mục đích quan sự (của Mỹ) và chỉ dùng
cho mục đích khác khác khi phía Mỹ cho phép. Tín hiệu của P-code có tần số đúng bằng
tần số chuẩn f0 (10,23 MHz), tương ứng với bước sóng 29,3 mét. P-code điều biến cả
sóng tải L1 và L2.
Y-code là code bí mật, được phủ lên P-code được gọi là kỹ thuật AS. Chỉ có các
vệ tinh thuộc khối II mới có khả năng này. Ngồi các tần số trên, các vệ tinh GPS cịn
có thể trao đổi với các trạm điều khiển trên mặt đất qua các tần số 1.783,74 MHz và

2.227,5 MHz để truyền các thông tin đạo hàng và các lệnh điều khiển tới vệ tinh.
Người ta ước lượng độ chính xác định cỡ 1% bước sóng của tín hiệu. Như vậy
ngay khi sử dụng code thơ C/A để định vị thì có thể đạt tới độ chính xác cỡ 3m. Chính
vì thế Mỹ chủ động làm nhiễu tín hiệu để hạ thấp độ chính xác định vị tuyệt đối. Kỹ
thuật làm nhiễu này được gọi là SA. Do nhiễu SA, khách hàng chỉ có thể định vị tuyệt
đối với độ chính xác 50 đến 100m. Từ ngày 20-05-2000 Mỹ đã bỏ chế độ nhiễu SA.
2. Đoạn điều khiển
Đoạn điều khiển được thiết lập để duy trì hoạt động của toàn bộ hệ thống định vị
này. Trạm điều khiển trung tâm viết tắt là MCS được đặt tại căn cứ không quân của Mỹ
gần Colorado springs. Trạm điều khiển trung tâm này có nhiệm vụ chủ yếu trong đoạn
điều khiển, cập nhật thông tin đạo hàng truyền đi từ vệ tinh. Cung phối hợp hoạt động
với trạm điều khiển trung tâm là hệ thống hoạt động kiểm tra ÓC bao gồm các trạm theo
dõi phân bố quanh Trái Đất, đó là các trạm Colorado springs, Hawaii, Assension Islands,
Diego Gareia, Kwajlein. Các trạm này theo dõi liên tục tất cả các vệ tinh có thể quan sát
được. Các số liệu quan sát được ở các trạm này được chuyển về trạm điều khiển trung
tâm MCS, tại đây việc tính tốn số liệu chung được thực hiện và cuối cùng các thông
tin đạo hàng cập nhật được chuyển lên các vệ tinh để sau đó từ vệ tinh chuyển đến các
máy thu người sử dụng.
Như vậy vai trò của đoạn điều khiển rất quan trọng vì nó khơng chỉ theo dõi vệ
tinh mà còn liên tục cập nhật để chính xác hóa các thơng tin đạo hàng đảm bảo độ chính
xác cho cơng tác định vị bằng hệ thống GPS.
Cơ quan bản đồ thuộc bộ quốc phòng Mỹ (DMA) đã phối hợp với một số nước
khác, xây dựng mạng lưới theo dõi hệ thống GPS trên toàn cầu, như Achentina,
Australia, Baranh, Equador, Anh...Nhờ sự phối hợp mạng lưới quan trắc rộng rãi này,
18


DMA sẽ xác định được lịch vệ tinh chính xác. Nhờ đó Cục đo đạc quốc gia Hoa Kỳ có
thể cung cấp lịch vệ tinh chính xác cho các cơ quan dân sự sử dụng để giải quyết các
nhiệm vụ định vị GPS với độ chính xác cao.

3. Đoạn sử dụng
Đoạn sử dụng bao gồm các máy thu GPS, máy hoạt động để thu tín hiệu vệ tinh
GPS pgucj vụ cho các mục đích khác nhan như dẫn đường trên biển, trên không, trên
đất liền và phcuj vụ cho công tác đo đạc ở nhiều nơi trên thế giới, có thể kết nối các thiết
bị thu tín hiệu GPS với một số thiết bị thu phát khác để thực hiện các kỹ thuật đo động
thời gian thực, đo vi phân DGPS, đo vi phân diện rộng WADGPS. Trong kỹ thuật
WADGPS cịn sử dụng vệ tinh viễn thơng thương mại như là phương tiện trung gian
truyền số cải chính vi phân cho các trạm đo.
Hiện nay đã có nhiều loại máy thu có khả năng đo ở chế độ thời gian thực. Dạng
máy thu phổ biến hiện nay là dạng máy thu đa kênh. Các loại máy thu này thường có từ
8 đến 10 kênh, mỗi kênh sẽ độc lập theo dõi và thu tín hiệu từ một vệ tinh.
2.5.2. Ứng dụng của cơng nghệ GPS
2.5.1 Hệ thống định vị tồn cầu
Hệ thống định vị tồn cầu GPS có tên đầy đủ là NAVSTAR GPS, viết tắt của các
từ Navigation Satelite Timing and Ranging Global Positioning System. Hệ thống này
được xây dựng từ năm 1973. Năm 1978 vệ tinh đầu tiên được đưa lên quỹ đạo. Năm
1993 đã phóng đủ 24 vệ tinh trên 6 quỹ đạo như thiết kế. Trước năm 1980, hệ thống này
chỉ sử dụng cho mục đích quân sự của Mỹ. Từ năm 1980, Chính phủ Mỹ cho phép sử
dụng hệ thống này vào mục đích dân sự. Ngày nay, GPS được sử dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực trong đó có trắc địa.
Hệ thống định vị tồn cầu GPS có cấu tạo gồm 3 bộ phận chính (gọi là 3 đoạn):
Đoạn khơng gian, đoạn điều khiển và đoạn sử dụng.

Đoạn khơng
gian

Đoạn điều
khiển

Đoạn sử

dụng

Hình 5.1. Sơ đồ hoạt động của hệ thống định vị toàn cầu
1. Đoạn không gian (Space segment)
Đoạn không gian gồm các vệ tinh (theo thiết kế là 24 vệ tinh, đến nay có tới 32
vệ tinh) chuyển động trên 6 mặt phẳng quỹ đạo. Độ cao của vệ tinh khoảng 20200km.
Quỹ đạo gần như tròn, chu kỳ chuyển động của vệ tinh quanh Trái đất là 718 phút (gần
12 giờ). Các mặt phẳng quỹ đạo nghiêng với mặt phẳng xích đạo Trái đất 550. Với cách
19


bố trí như vậy thì tại mọi điểm trên Trái đất vào mọi thời điểm đều có thể quan sát được
ít nhất 4 vệ tinh, đây là điều kiện tối thiểu để định vị vệ tinh.
Các vệ tinh có trọng lượng khoảng 1600kg khi phóng và 800kg khi bay trên quỹ
đạo. Tuổi thọ của các vệ tinh theo thiết kế là 7,5 năm. Trên vệ tinh có các tấm pin Mặt
trời gắn ở các cánh vệ tinh để cung cấp năng lượng cho vệ tinh hoạt động. Mỗi vệ tinh
được trang bị 4 đồng hồ nguyên tử có thể đo thời gian với độ chính xác 10-12 giây. Vệ
tinh tạo ra tần số dao động chuẩn là f0 = 10,23 MHz. Từ tần số chuẩn, vệ tinh tạo 2 tần
số sóng tải là L1 có tần số f1 = 154f0 = 1575.42 MHz tương ứng với bước sóng 1 =
19,032 cm, và L2 có tần số f2 = 120f0 = 1227,60 MHz tương ứng với bước sóng 2 =
24,42 cm.

Hình 2.2. Vệ tinh GPS
Các sóng tải L1 và L2 thuộc dải sóng cực ngắn, với tần số lớn làm nhiệm vụ vận
tải tín hiệu vệ tinh có tác dụng làm giảm ảnh hưởng của tầng điện li vì ảnh hưởng của
tầng điện li tỷ lệ nghịch với bình phương của tần số của tín hiệu.
Để phục vụ các mục đích khác nhau, các sóng tải lại được điều biến bởi các mã
(code) khác nhau như: C/A code, P-code, hay Y-code.
C/Acode (Coarse / Acquisition code) là code thô cho phép dùng rộng rãi. C/A
code mang tính chất code tựa ngẫu nhiên. Tín hiệu mang code này có tần số thấp

(1.023MHz) tương ứng với bước sóng 293mét. C/A code chỉ điều biến sóng tải L1, song
nếu có sự can thiệp của các trạm điều khiển trên mặt đất có thể chuyển sang cả L2.
Chu kỳ của C/A code là 1miligiây, trong đó chứa 1023 bite (1023 chip), mỗi một
vệ tinh phát đi C/A code khác nhau.
P-code (Precision code) là code chính xác, điều biến cả sóng tải L1 và L2, có độ
dài cỡ 1014 bite (cỡ 38 tuần lễ) và là code tựa ngẫu nhiên PRN-code (Pseudorandom
Noise). Tín hiệu của P-code có tần số đúng bằng tần số chuẩn f0 (10.23MHz), tương ứng
với bước sóng 29.3mét. Mỗi vệ tinh sử dụng một đoạn code này (tương đương với độ
dài 1 tuần lễ- gọi là " code tuần lễ"). Code tựa ngẫu nhiên là cơ sở để định vị tuyệt đối
khoảng cách giả, đồng thời dựa vào đó có thể nhận biết được số hiệu vệ tinh.
P-code được dùng cho mục đích quân sự (của Mỹ) và chỉ được dùng cho mục
đích khác khi phía Mỹ cho phép.
Y-code là code bí mật, được phủ lên P-code gọi là kỹ thuật AS (Anti-Spoofing).
Chỉ có các vệ tinh thuộc khối II (sau năm 1989) mới có khả năng này. Ngồi các tần số
trên, các vệ tinh GPS cịn có thể trao đổi với các trạm điều khiển trên mặt đất qua các
tần số 1783,74MHz và 2227,5MHz để truyền các thông tin đạo hàng và các lệnh điều
khiển tới vệ tinh .
20


Người ta ước lượng độ chính xác định vị đạt cỡ 1% bước sóng của tín hiệu. Như
vậy ngay khi sử dụng code thơ C/A để định vị thì có thể đạt tới độ chính xác cỡ 3m.
Chính vì thế phía Mỹ chủ động làm nhiễu tín hiệu để hạ thấp độ chính xác định vị tuyệt
đối. Kỹ thuật làm nhiễu này gọi là SA (Selective Availability). Do nhiễu SA, khách hàng
chỉ có thể định vị tuyệt đối với độ chính xác 50 đến 100mét. Từ ngày 20-5-2000 Mỹ đã
bỏ chế độ nhiễu SA.
2. Đoạn điều khiển (control segment)
Đoạn điều khiển được thiết lập để duy trì hoạt động của toàn bộ hệ thống định vị
này. Trạm điều khiển trung tâm (Master Control Station-viết tắt là MCS) được đặt tại
căn cứ không quân của Mỹ gần Colorado springs. Trạm điều khiển trung tâm này có

nhiệm vụ chủ yếu trong đoạn điều khiển, cập nhật thông tin đạo hàng truyền đi từ vệ
tinh. Cùng phối hợp hoạt động với trạm điều khiển trung tâm là hệ thống hoạt động kiểm
tra (Operational Control System - viết tắt là OCS) bao gồm các trạm theo dõi
(monitoring stations) phân bố quanh Trái đất (hình 2.3), đó là các trạm Colorado
Springs, Hawaii, Assension Islands, Diego Garcia, Kwajalein.

Hình 2.3. Các trạm điều khiển của hệ thống GPS
Các trạm này theo dõi liên tục tất cả các vệ tinh có thể quan sát được. Các số liệu
quan sát được ở các trạm này được chuyển về trạm điều khiển trung tâm MCS, tại đây
việc tính tốn số liệu chung được thực hiện và cuối cùng các thông tin đạo hàng cập nhật
được chuyển lên các vệ tinh, để sau đó từ vệ tinh chuyển đến các máy thu của người sử
dụng.
Như vậy vai trò của đoạn điều khiển rất quan trọng vì nó khơng chỉ theo dõi các
vệ tinh mà cịn liên tục cập nhật để chính xác hố các thơng tin đạo hàng, trong đó có
lịch vệ tinh quảng bá, bảo đảm độ chính xác cho công tác định vị bằng hệ thống GPS .
Cơ quan bản đồ thuộc Bộ quốc phòng Mỹ (DMA) đã phối hợp với một số nước
khác, xây dựng mạng lưới theo dõi hệ thống GPS trên toàn cầu, như các nước Achentina,
Australia, Baranh, Equador, Anh, Trung Quốc.vv..Nhờ sự phối hợp với mạng lưới quan
trắc rộng rãi này, DMA sẽ xác định được lịch vệ tinh chính xác. Nhờ đó Cơ quan trắc
địa quốc gia Mỹ (NGS) sẽ đáp ứng (cung cấp) cho các cơ quan dân sự sử dụng lịch vệ
tinh chính xác trong định vị GPS.
21


Gần đây, số lượng trạm quan trắc GPS tăng lên. Nhiều cơ quan trắc địa bản đồ
của các quốc gia khác nhau, nhiều viện nghiên cứu, các trường đại học và nhiều nhóm
nghiên cứu ở mọi nơi trên thế giới đã có được các trạm quan trắc quan trắc GPS và sử
dụng nó như "sân sau" để được sử dụng GPS với độ chính xác cao. Trước hết phải kể
đến những cố gắng của tổ chức Hợp tác quốc tế về lưới GPS - CIGNET (Cooperative
International GPS Network) và những kết quả đã đạt được của Cơ quan ứng dụng GPS

trong nghiên cứu địa động lực - IGS (International GPS Service for Geodynamics), bắt
đầu hoạt động từ 01-01-1994.
3. Đoạn sử dụng (user segment)
Đoạn sử dụng bao gồm các máy thu GPS, máy hoạt động để thu tín hiệu vệ tinh
GPS phục vụ cho các mục đích khác nhau như dẫn đường trên biển, trên không, trên đất
liền, và phục vụ cho công tác đo đạc ở nhiều nơi trên thế giới. Trong việc khai thác sử
dụng công nghệ GPS, người ta có thể kết nối các thiết bị thu tín hiệu GPS với một số
thiết bị thu phát khác để thực hiện các kỹ thuật đo động thời gian thực (Real Time
Kinematic-RTK), đo vi phân DGPS (Differential-GPS), đo vi phân diện rộng WADGPS
(Wide- Area-Differential GPS). Trong kỹ thuật WADGPS còn sử dụng vệ tinh viễn
thông thương mại (Commercial Communication Satellite) như là phương tiện trung gian
để truyền số cải chính đo vi phân cho các trạm đo.
Máy thu GPS là phần cứng quan trọng trong đoạn sử dụng. Nhờ các tiến bộ kỹ
thuật trong lĩnh vực điện tử, viễn thông và kỹ thuật thơng tin tín hiệu số, các máy thu
GPS đã ngày một hồn thiện.
2.5.2 Tín hiệu vệ tinh GPS
Trắc địa vệ tinh thực hiện dựa trên cơ sở số liệu được lan truyền từ vệ tinh theo
nguyên tắc của sóng điện từ. Liên quan đến vấn đề này chúng ta cần phải nhắc lại một
số khái niệm vật lý có liên quan đến kỹ thuật truyền tín hiệu qua sóng điện từ, các khái
niệm này được trình bày trên bảng 2.1.
Bảng 2.1. Một số đại lượng vật lý liên quan
Đại lượng
Ký hiệu
Thứ nguyên
Tần số
f
chu kỳ/ s
Pha
chu kỳ


m/chu kỳ

Chu kỳ
P
s
Tốc độ ánh sáng
c
m/s
Hằng số cơ bản liên quan đến q trình truyền tín hiệu là tốc độ ánh sáng trong
chân khơng, ký hiệu là c và có giá trị là:
c= 299792458 m/s
Chúng ta ký hiệu các chu kỳ nguyên tương ứng với các số vô tỷ 2 radian. Mặt
khác số chu kỳ trong một giây ký hiệu là Hertz (Hz) có thể là số thập phân đã được Quốc
tế quy định trong hệ ISU (International System of Units). Mối quan hệ giữa một số đại
lượng trong bảng trên thể hiện qua các đẳng thức sau:
Bước sóng

f = 2

1 c
=
P 

(2.1)

Tần số chu kỳ tức thời f được định nghĩa là vi phân của pha theo thời gian t, tức là:
22


d

(2.2)
dt
Như vậy pha sẽ là tích phân của tần số trong khoảng thời gian t0 và t.
f =

=



t

t0

fdt

(2.3)

Xét trong trường hợp tần số là không đổi (là hằng số), đồng thời giả sử pha ban
đầu bằng 0 ((t0) =0) ta có:

 = f (t − t  ) = f (t − )
c

(2.4)

Trong kỹ thuật truyền tín hiệu số và xử lý tín hiệu số, có liên quan đến một số
khái niệm như chip và tốc độ chip .vv...
Chip hay độ dài chip là khoảng thời gian đủ để chuyển một số 0 hoặc một số 1
trong code dạng xung nhị phân.
Tốc độ chip (Chip Rate) là số lượng chip trong 1 giây (thí dụ C/A code = 1.023

MHz).
2.5.3. Cấu trúc tín hiệu GPS
Bộ tạo dao động trên vệ tinh liên tục tạo ra tần số chuẩn f0 với độ ổn định cỡ 1012
trong một ngày. Hai tần số sóng tải là L1 và L2 được tạo ra bằng bội số nguyên tần số
chuẩn f0. Các sóng tải này lại được điều biến bởi các code để cung cấp giờ đồng hồ vệ
tinh cho máy thu và chuyển các thông tin như các tham số quỹ đạo vệ tinh.vv… Các
code này bao gồm các giá trị nhị phân, tức là gồm các số 0 và 1. Về phương diện kỹ
thuật có nhiều phương pháp điều biến sóng tải như điều biến biên độ, điều biến tần số,
điều biến pha. Các ngun tắc điều biến đó được thể hiện trên hình 2.4
Trong GPS, người ta sử dụng kỹ thuật điều biến lưỡng pha bằng cách thay đổi
0
180 trong pha sóng tải khi code tác động vào (hình 2.4)

Hình 2.4. Các phương pháp điều biến sóng tải

Hình 2.5. Điều biến lưỡng pha sóng tải
23


Các thành phần của tín hiệu và tần số được trình bày trong bảng sau:
Bảng 2-2. Các thành phần của tín hiệu vệ tinh GPS
Thành phần
Tần số (MHz)
Tần số chuẩn
f0= 10,23
Sóng tải L1
154.f0 = 1575,42 ( 19,0 cm)
Sóng tải L2
120.f0 = 1227,60 ( 24,4 cm)
P-code

f0 = 10,23
C/A code
f0/10 = 1,023
W-code
f0/20 = 0,5115
Thông tin đạo hàng
f0/204600 = 50.10-6.
2.5.4. Code tựa ngẫu nhiên
Việc tạo code tựa ngẫu nhiên được thực hiện nhờ phần cứng gọi là "thiết bị đăng
ký biến đổi dạng thanh phản hồi ". Nội dung được mô tả trên hình 2.6
Số hiệu cell
1 2 3 4 5
Trạng thái ban đầu
1 0 1 1 0
Trạng thái kế tiếp
1 1 0 1 1
Hình 2.6. Nguyên tắc của thiết bị đăng ký biến đổi dạng thanh phản hồi
Trên hình 2.6, thiết bị bao gồm một số lượng "cell tích luỹ" được đánh số từ 1
đến 5, mỗi cell tương ứng với 1 bite. Mỗi một nhịp đập của đồng hồ sẽ được kết hợp để
cho ra chính xác một "cell" đúng bằng giá trị bên phải kề liền. Giá trị mới của cell bên
trái kề liền được xác định bằng một số nhị phân tổng của các cell định nghĩa (thí dụ cell
2 và 3), tức là sẽ có giá trị 0 nếu các bít trong hai cell này như nhau. Với cách này code
được tạo ra sẽ có dạng bất kỳ nhưng lại có tính quy luật của nó, vì thế được gọi là "code
tựa ngẫu nhiên".
CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO SÂU TRONG TRẮC ĐỊA BIỂN VÀ XỬ
LÝ KẾT QUẢ ĐO NGHIỆM TRIỀU
3.1. MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU ĐỘ CHÍNH XÁC ĐO SÂU TRÊN BIỂN
3.1.1. Mục đích đo sâu trong đo vẽ địa hình đáy biển
Mục đích của cơng tác đo sâu là xác định độ cao địa hình đáy biển. Công tác đo
sâu được thực hiện khi đo vé bản đồ địa hình đáy biển, trong khu khảo sát thăm dò tài

nguyên trên biển, trong khảo sát thiết kế và thi cơng các cơng trình trên biển và trong
nhiều chuyên ngành khoa học biển khác.
Khi thành lập bản đồ địa hình trên đất liền người ta có thể đo chi tiết đúng vào
các điểm đặc trưng, song khi đo địa hình đáy biển do khơng thể quan sát được dáng địa
hình đáy biển bằng mắt nên người ta khơng thể thực hiện được điều này. Chính vì vậy,
khi đo sâu người ta phải đo với mật độ tương đối đồng đều trên một khu vực nhất định.
Hiện nay trên thế giới và ở nước ta, đã có các thiết bị đo sâu cho phép xác định được
toàn bộ bề mặt địa hình đáy biển một cách rất chi tiết với tập hợp rất nhiều trị đo trên
một diện tích nhỏ.
Đo vẽ địa hình đáy biển bao gồm nhiều cơng việc như xác định vị trí, độ sâu quan
trắc thủy triều, dịng chảy, từ trường,...Đo vẽ địa hình đáy biển nhằm thu thập số liệu cơ
bản để biên tập thành lập bản đồ địa hình đáy biển, hải đồ. Ngồi ra đo vẽ địa hình đáy
24


biển cịn nhằm cung cấp các thơng tin cần thiết cho hải dương học, xây dựng các cơng
trình trên biển, khai thác tài nguyên biển và bảo vệ môi trường biển.
Hiện nay cơng tác đo sâu trên biển đã có những bước phát triển đột phá về công
nghệ và thiết bị đo sâu như: Hệ thống đo sâu đa tia, máy quét địa hình đáy biển, hệ thống
đo sâu hàng không, hệ thống đo sâu laze, đo sâu vệ tinh,.... Những công nghệ tiên tiến
này cho phép xác định địa hình đáy biển về mặt hình học và các tính chất vật lý của biển
một cách nhanh chóng, chính xác, đem lại hiệu quả cao về thời gian và kinh tế.
3.1.2. Yêu cầu độ chính xác đo sâu trên biển
Hoạt động đo đạc, khảo sát, nghiên cứu tài nguyên nước ta hiện nay đang trong
giao đoạn nghiên cứu và phát triển. Để xây dựng các tiêu chuẩn kỹ thuật có tính quy
phạm địi hỏi phải có kết quả nghiên cứu và đúc rút kinh nghiệm từ thực tiễn. Do vậy
mà ở Việt Nam hiện nay, các quy phạm về công tác đo sâu cịn đang trong q trình xây
dựng. Thực tế để tiến hành đánh giá độ chính xác của công tác đo đạc trên biển thường
đánh giá dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật của tổ chức thủy đạc quốc tế và một số nước
phát triển như Hoa Kỳ, Anh, ...

1. Quy phạm của Tổ chức thủy đạc quốc tế (IHO)
Nhiệm vụ quan trọng của tổ chức này là lựa chọn các phương pháp tin cậy và
hiệu quả để thực hiện cơng tác đo vẽ địa hình đáy biển và cải tiến về khoa học trong lĩnh
vực khảo sát biển và đại dương.
Bảng 3.1. Quy phạm S-44 của tổ chức thủy đạc quốc tế IHO
Loại đo đạc
Độ chính xác vị
trí điểm
Độ chính xác về
độ sâu
Mức độ phủ
trùm đáy biển

Loại đặc biệt
2m

Loại 1
5m + 5%d

a = 0.25m, b= a = 0.5m, b=
0.0075m
0.013m
100%
Phải khảo sát
100% ở khu vực
cần thiết
Phát
hiện >1m3
>2m3 ở khu vực
chướng ngại vật

d<40m; 10%d
với d>40m
Dãn cách tuyến Phải khảo sát 3 lần độ sâu
đo lớn nhất
100%
trung bình khu
đo hoặc 25m

Loại 2
20m + 5%d

Loại 3
150m + 5%d

a = 1.0m, b= a = 1.0m, b=
0.023m
0.023m
Tùy thuộc vào Không khảo sát
khu vực
đáy
>2m3 ở khu vực
d<40m; 10%d
với d>40m
3 đến 4 lần độ
sâu trung bình
khu đo hoặc
200m

Khơng phát hiện
chướng ngại vật

4 lần độ sâu
trung bình khu
đo

Trong quy này,khảo sát địa hình đáy nước chia làm bốn loại như sau:
-Loại đặc biệt (Specia Order) : được áp dụng cho những khu vực mà phải phát hiện
đầy đủ đáy nước đặc biệt với các chướng ngại vật dưới đáy có thể là nguy cơ ảnh hưởng
đến sự đi lại của tàu thuyền. Tuyến đo phải đủ dày để đảm bảo khi đo khong bỏ xót địa
vật. Phương tiện để khảo sát thường sử dụng máy đo sâu hồi âm đa tia(MBESMultibeam Echosounder ), hệ thống máy đo sâu hồi âm đơn tia với nhiều ăng ten (Sweep
system) hoặc kết hợp máy đo sâu hồi âm đơn tia với hệ thống máy quét biên (SSS-Side
Scan Sonar) để đảm bảo đo được 100% đáy nước và xác định được các đối tượng dưới
nước có kích thích lớn hơn 1m. Ở những khu vực có chướng ngại vật nhỏ và nguy hiểm
phải sử dụng hệ thống máy quét biên SSS kết hợp hệ thống đo sâu đa tia MBES.
25