Nghiên cứu cơ sở lý thuyết cho việc hiện đại hóa lưới khống chế trắc địa quốc gia ở Việt Nam bằng hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu GNSS

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT







BÙI THỊ HỒNG THẮM






NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHO VIỆC HIỆN ĐẠI HÓA
LƯỚI KHỐNG CHẾ TRẮC ĐỊA QUỐC GIA Ở VIỆT NAM
BẰNG HỆ THỐNG VỆ TINH DẪN ĐƯỜNG TOÀN CẦU GNSS

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT












HÀ NỘI - 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT






BÙI THỊ HỒNG THẮM





NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHO VIỆC HIỆN ĐẠI HÓA
LƯỚI KHỐNG CHẾ TRẮC ĐỊA QUỐC GIA Ở VIỆT NAM
BẰNG HỆ THỐNG VỆ TINH DẪN ĐƯỜNG TOÀN CẦU GNSS

NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA – BẢN ĐỒ
MÃ SỐ : 62520503





LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1 - GS.TSKH. ĐẶNG HÙNG VÕ
2 - TS. VŨ VĂN TRÍ






HÀ NỘI - 2014



i




LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu “Nghiên cứu cơ sở lý thuyết cho
việc hiện đại hóa lưới khống chế trắc địa quốc gia ở Việt Nam bằng hệ thống vệ
tinh dẫn đường toàn cầu GNSS” là của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong
luận án là trung thực, chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.


Hà Nội, ngày tháng năm 2014

TÁC GIẢ LUẬN ÁN

Bùi Thị Hồng Thắm













ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN………………………………………………………… i

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT, KÝ HIỆU TIẾNG ANH………… iv

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU…………………………………………

viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ………………………………………………… ix

MỞ ĐẦU……………………………………………………………………… 1

Chương 1. ĐÁNH GIÁ TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ
GNSS TRONG VIỆC XÂY DỰNG HỆ THỐNG LƯỚI TỌA ĐỘ………
9

1.1. Ứng dụng công nghệ GNSS trong việc xây dựng lưới trắc địa trên thế giới 9

1.1.1. Xây dựng lưới tọa độ thay thế các dạng lưới truyền thống đo góc, cạnh

9

1.1.2. Xây dựng lưới tọa độ mang tính toàn cầu…………………………….

16

1.1.3. Hệ quy chiếu trắc địa………………………………………………… 17

1.1.4. Hoạt động của tổ chức IGS……………………………………… 19

1.1.5. Dự báo sự phát triển tương lai……………………………………… 21

1.2. Ứng dụng công nghệ GNSS vào xây dựng lưới trắc địa ở Việt Nam……

23

1.2.1. Giai đoạn ứng dụng công nghệ GNSS vào hoàn thiện lưới tọa độ
quốc gia (1991 - 1994) …………………………………………………… 23

1.2.2. Giai đoạn ứng dụng công nghệ GNSS xây dựng lưới cấp "0", tính
toán bình sai lưới trắc địa hỗn hợp và xây dựng hệ quy chiếu tọa độ quốc
gia (1995 - 2000) ……………………………………………………………

24

1.2.3. Những ứng dụng công nghệ GNSS trong giai đoạn 2001 - 2008……. 25

1.2.4. Những dự tính hiện đại hóa lưới tọa độ trắc địa quốc gia trong giai
đoạn sau 2009……………………………………………………………….
27

Chương 2. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GNSS
NHẰM THAY ĐỔI HỆ THỐNG LƯỚI TỌA ĐỘ QUỐC GIA Ở VIỆT NAM
29

2.1. Những vấn đề chung……………………………………………………… 29

2.1.1. Sự thay đổi quan niệm về hình thái, cấu trúc, độ chính xác lưới
khống chế tọa độ kể từ khi có công nghệ GNSS…………………………… 29

2.1.2. Phương pháp xây dựng lưới GNSS CORS đóng vai lưới tọa độ trắc
địa cơ bản trên thế giới và khu vực Đông Nam Á…………………………
37



iii

2.1.3. Một số đặc điểm khi xây dựng lưới GNSS CORS……………………

40

2.2. Khả năng thay đổi lưới khống chế tọa độ ở Việt Nam theo phương thức
xây dựng lưới GNSS CORS…………………………………………………
43

2.3. Xây dựng lưới GNSS CORS trong hoàn cảnh Việt Nam…………………

49

2.3.1. Ý tưởng về các loại (tier) lưới GNSS CORS quốc gia, cấu trúc, mật
độ điểm và độ chính xác…………………………………………………….
49

2.3.2. Nguyên tắc về tổ chức xây dựng và vận hành lưới GNSS CORS…… 62

Chương 3. LƯỚI TỌA ĐỘ QUỐC GIA PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU
CHUYỂN DỊCH HIỆN ĐẠI VỎ TRÁI ĐẤT…………………………………

78

3.1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của việc nghiên cứu chuyển dịch hiện đại
vỏ Trái đất trên phạm vi liên lục địa và toàn cầu……………………………
78

3.1.1. Trong lĩnh vực địa chất………………………………………………. 78

3.1.2. Phòng ngừa thiệt hại của tai biến địa chất……………………… 80

3.1.3. Cơ sở để hình thành khái niệm trắc địa động……………………

82

3.2. Lưới quan trắc chuyển dịch hiện đại vỏ Trái đất và những thành tựu đạt
được khi áp dụng công nghệ GNSS……………………………………………

84

3.2.1. Lưới quan trắc chuyển dịch hiện đại vỏ Trái đất…………………… 84

3.2.2. Những thành tựu đạt được…………………………………………… 85

3.3. Vấn đề quan trắc chuyển dịch hiện đại vỏ Trái đất ở Việt Nam…………

88

3.3.1. Những dự án, đề tài đã thực hiện…………………………………… 88

3.3.2. Lưới tọa độ quốc gia Việt Nam phục vụ nghiên cứu chuyển dịch hiện
đại vỏ Trái đất………………………………………………………………
91

3.4. Bình sai lưới DGPS/CORS trên hệ quy chiếu quốc tế…………………….

92

3.4.1. Số liệu đo………………………………………………………… 93

3.4.2. Khai thác số liệu và dữ liệu hỗ trợ quốc tế……………………… 94

3.4.3. Phần mềm xử lý……………………………………………………… 99

3.4.4. Các bước thực hiện………………………………………………… 100

Chương 4. XÂY DỰNG HỆ QUY CHIẾU TỌA ĐỘ QUỐC GIA THEO
QUAN ĐIỂM HỆ QUY CHIẾU ĐỘNG………………………………………

103

4.1. Quá trình hình thành hệ quy chiếu trắc địa động trên thế giới…………… 103



iv


4.1.1. Quá trình hình thành và phát triển của IERS và ITRF………………. 103

4.1.2. Vấn đề kết nối hệ quy chiếu quốc gia và hệ quy chiếu động quốc tế 106

4.2. Sự cần thiết của việc xây dựng hệ quy chiếu động ở Việt Nam………… 106

4.2.1. Khái quát về hệ quy chiếu tọa độ quốc gia VN - 2000……………… 106

4.2.2. Sự cần thiết của việc xây dựng hệ quy chiếu động ở Việt Nam…… 109

4.3. Xây dựng hệ quy chiếu động ở Việt Nam……………………………… 112

4.4. Phương án sử dụng hệ quy chiếu trắc địa động trong thực tế……………

113

4.4.1. Hệ thống công thức chuyển đổi……………………………………… 115

4.4.2. Xây dựng quy trình tính chuyển tọa độ và vận tốc của các điểm
GNSS giữa hai hệ tọa độ động………………………………………………

119

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………………………………………………… 131

CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ………………………

133

TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………… 135

PHỤ LỤC………………………….………………………………………… 143

v


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT, KÝ HIỆU TIẾNG ANH

AFREF - African Geodetic Reference
Frame


Khung quy chiếu trắc địa Châu Phi
ALSE - Advanced Land systems and
Engineering Incorporation


Công ty Đo Đạc Địa Chính Tiên
Phong
ARGN - Australian Regional GPS
Network


Lưới GPS khu vực nước Australia
ARP - Antenna Reference Point

Điểm tham chiếu/quy chiếu ăng ten
ASCII - American Standard Code for
Information Interchange


Chuẩn mã trao đổi thông tin của Mỹ
ASL - Absolute Sea Level


Mực nước biển tuyệt đối
BIH - Bureau International de l'Heure


Văn phòng quốc tế về giờ
CCRS - Conventional Celestial
Reference System


Hệ quy chiếu thiên thể quy ước
CGCS2000 - China Geodetic Coordinate
System 2000


Hệ thống tọa độ trắc địa của Trung
Quốc 2000
CIS - Conventional Inertial System


Hệ quy chiếu quán tính quy ước

CORS - Continuously Operating
Reference Stations


Trạm tham chiếu/quy chiếu hoạt động
liên tục
CTRS - Conventional Terrestrial
Reference System


Hệ quy chiếu mặt đất quy ước
CTS - Coordinated Terrestrial System


Hệ tọa độ mặt đất quy ước
DGPS - Differential GPS


GPS vi phân
DoD - Department of Defense


Bộ Quốc phòng Mỹ
Doppler Geodetic Network

Lưới trắc địa Doppler
EGM - Earth Gravitational Model


Mô hình trọng trường Trái đất

EGNOS - European Geostationary
Navigation Overlay System


Hệ thống vệ tinh địa tĩnh dẫn đường
của Châu Âu
EOP - Earth Orientation Parameters


Các tham số định hướng Trái đất
EPN - EUREF Permanent Network


Mạng lưới cố định ở Châu Âu
ETRS89 - European Terrestrial
Reference System 89


Hệ thống quy chiếu Trái đất Châu Âu
89
EUPOS - European Position


Hệ thống xác định vị trí của Châu Âu


vi


Determination System

FKP - Flächen Korrektur Parameter
(Area Correction Parameters)


Công nghệ hiệu chỉnh các tham số khu
vực
GBAS - Ground Based Augmenttation
System


Hệ thống tăng cường mặt đất
GEODYSSEA - Geodynamics of South
and South - East Asia


Dự án quan trắc dịch chuyển khu vực
Nam Á và Đông Nam Á
GGOS - Global Geodetic Observing
System


Hệ thống quan trắc trắc địa toàn cầu
GNSS - Global Navigation Satellite
System


Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu
GPRS - General Packet Radio Service

Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp
GPS - Global Positioning System


Hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu của
Mỹ
GRS - Geodetic Reference System


Hệ quy chiếu trắc địa
IAG - International Association of
Geodesy


Hiệp hội Trắc địa quốc tế
IAU - International Astronomical Union


Liên đoàn Thiên văn quốc tế
ICRS - International Celestial Reference
System


Hệ quy chiếu sao quốc tế
IERS - International Earth Rotation and
Reference Systems Service


Cơ quan quốc tế về dịch vụ chuyển
động quay của Trái đất và hệ quy

chiếu
IERS - International Earth Rotation
Service


Cơ quan quốc tế về dịch vụ chuyển
động quay của Trái đất
IGS - International GNSS Service


Dịch vụ hệ thống vệ tinh dẫn đường
toàn cầu quốc tế
IPMS - International Polar Motion
Service


Cơ quan quốc tế về dịch vụ chuyển
động cực
ITRF - International Terrestrial
Reference Frame


Khung quy chiếu Trái đất quốc tế
ITRS - International Terrestrial
Reference System


Hệ quy chiếu Trái đất quốc tế
IUGG - International Union of Geodesy
and Geophysics

Liên đoàn Trắc địa và Địa vật lý quốc
tế
LIS - Land Information System


Hệ thống thông tin đất đai


vii


MSAS - Multi functional Satellite
Augmentation System


Hệ thống tăng cường vệ tinh đa chức
năng
MSL - Mean sea level


Mực nước biển trung bình
NCRIS - AuScope National
Collaborative Research Infrastructure
Strategy


Chiến lược hợp tác nghiên cứu cơ sở
hạ tầng quốc gia ở Australia

NNR - No Net Rotation


Quay không liên kết
NRTK - Network Real Time Kinematic


Lưới đo động thời gian thực
PDOP - Positional Dilution of Precision


Suy giảm độ chính xác định vị
PP - Post Processing


Xử lý sau
PPP - Precise Point Positioning


Định vị điểm chính xác
PS - Permanent station


Trạm cố định
PSMSL - Permanent Service for Mean
Sea Level


Tổ chức dịch vụ thường xuyên về mực
nước biển trung bình

PZ90 - Parametry Zemli 1990


các tham số của Trái đất năm 1990
RF - Reference frame


Khung quy chiếu
RFI - Radio Frequency Interference


Giao thoa tần số sóng vô tuyến
RINEX - Receiver INdependent
Exchange Format


Định dạng chuyển đổi độc lập đối với
máy thu
RNSS - Regional Navigation Satellite
System


Hệ thống vệ tinh dẫn đường khu vực
RS - Reference system


Hệ quy chiếu
RSL - Relative Sea Level

Mực nước biển tương đối
RTK - Real Time Kinematic


Đo động thời gian thực
SAPOS -



SBAS - Satellite Based Augmenttation
System


Hệ thống tăng cường vệ tinh
SGS 85 Soviet Geodetic System 1985


Hệ thống trắc địa Soviet 1985
SLR - Satellite Laser Ranging


Đo laser đến vệ tinh
SGN - Spatial Geodetic Network

Lưới trắc địa không gian
TC


Thủy chuẩn
TeQC - Translation, editing, and quality

checking


Chuyển đổi, biên tập và kiểm tra chất
lượng


viii


TG - Tide gauges


Trạm nghiệm triều
TGBM - Tide gauge benchmark


Mốc độ cao nghiệm triều
The Concept of No - Network Geodesy

Khái niệm trắc địa không lưới
VLBI - Very Long Baseline
Interferometry


Giao thoa đường đáy dài
VRS - Virtual Reference Station


(Công nghệ) trạm tham chiếu/quy

chiếu ảo
WAAS - Wide Area Augmentation
System


Hệ thống tăng cường diện rộng
WADGPS - Wide Area DGPS


Phương pháp vi phân diện rộng
WGS - World Geodetic System


Hệ thống trắc địa toàn cầu

ix


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Đặc điểm công nghệ truyền thống và công nghệ GNSS 12
Bảng 2.1. Lưới sử dụng công nghệ VRS ở một số quốc gia 33
Bảng 2.2. Lưới GNSS CORS ở một số nước trên thế giới 40
Bảng 2.3. Số lượng điểm GNSS CORS ở Việt Nam 45
Bảng 2.4. Nhiệm vụ và độ chính xác yêu cầu của lưới GNSS CORS quốc gia 50
Bảng 2.5. Đề xuất số lượng trạm GNSS CORS 53
Bảng 2.6. Thông số kỹ thuật điển hình của trạm GNSS CORS phục vụ cho mục
đích trắc địa 66
Bảng 2.7. Các thông số kỹ thuật về chất lượng ăng ten của trạm geodetic CORS 68
Bảng 2.8. Các thông số kỹ thuật về cáp ăng ten GNSS 69
Bảng 2.9. Tóm tắt các đặc điểm kỹ thuật của các loại trạm GNSS CORS 73
Bảng 3.1. Tổng hợp số liệu đo 93
Bảng 3.2. Sai số cạnh do ảnh hưởng sai số quỹ đạo vệ tinh 96
Bảng 3.3. Tọa độ của các điểm 100
Bảng 3.4. Vận tốc chuyển dịch tuyệt đối của các điểm DGPS/CORS 100
Bảng 4.1. Các tham số chuyển đổi từ ITRF08 sang các ITRF khác 105
Bảng 4.2. Giá trị độ lệch vận tốc chuyển dịch giữa các khối kiến tạo 111
Bảng 4.3. Tọa độ của các điểm IGS trong ITRF05 tại thời điểm 1/1/2000 119
Bảng 4.4. Tọa độ của các điểm IGS trong ITRF08 tại thời điểm 1/1/2005 119
Bảng 4.5. Vận tốc của các điểm IGS trong ITRF05 119

Bảng 4.6. Vận tốc của các điểm IGS trong ITRF08 119
Bảng 4.7. Các tham số chuyển đổi từ ITRF05 sang các ITRF08 120
Bảng 4.8. Sự sai khác về tọa độ của các điểm IGS 120
Bảng 4.9. Sự sai khác về vận tốc của các điểm IGS 120
Bảng 4.10. Tọa độ của các điểm GNSS 123
Bảng 4.11. Vận tốc chuyển dịch tuyệt đối trong ITRF00 123
Bảng 4.12. Tọa độ của các điểm trong lưới PCGIAP 124
Bảng 4.13. Vận tốc chuyển dịch tuyệt đối trong ITRF05 125
Bảng 4.14. Tọa độ của các điểm 125
Bảng 4.15. Vận tốc chuyển dịch tuyệt đối trong ITRF05 125
Bảng 4.16. Vận tốc chuyển dịch tuyệt đối trong ITRF05 126
Bảng 4.17. Tọa độ của các điểm 126
Bảng 4.18. Vận tốc chuyển dịch tuyệt đối trong ITRF94 126
Bảng 4.19. Tọa độ của các điểm GNSS trong ITRF08 tại thời điểm 18/7/2012 126
Bảng 4.20. Vận tốc chuyển dịch tuyệt đối của các điểm GNSS trong ITRF08 128


x


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Các trạm IGS 20
Hình 2.1. Cấu trúc về ứng dụng của công nghệ GNSS 29
Hình 2.2. Nguyên lý NRTK 32
Hình 2.3. Công nghệ FKP 34
Hình 2.4. Đồ hình lý tưởng bố trí các điểm trạm GNSS CORS 44
Hình 2.5. Tính số lượng điểm khống chế trên một đơn vị diện tích 45
Hình 2.6. Các vùng biển theo Luật biển quốc tế 54
Hình 2.7. Trạm DGPS với độ phủ sóng 750 km 55

Hình 2.8. Sơ đồ các khối kiến tạo lãnh thổ Việt Nam 57
Hình 2.9. Các trạm GNSS 59
Hình 2.10. Các trạm nghiệm triều và điểm trọng lực 60
Hình 2.11. Lưới GNSS CORS ở Việt Nam 61
Hình 3.1. Các mảng kiến tạo trên thế giới 79
Hình 3.2. Sơ đồ véc tơ chuyển dịch mảng theo mô hình NNR - NUVEL - 1A 79
Hình 3.3. Sơ đồ các trạm đo GNSS và trạm nghiệm triều 82
Hình 3.4. Sơ đồ các véc tơ vận tốc chuyển dịch 89
Hình 3.5. Sơ đồ véc tơ vận tốc chuyển dịch trong ITRF00 89
Hình 3.6. Véc tơ vận tốc chuyển dịch tương đối giữa hai cánh đứt gãy Lai Châu -
Điện Biên 90
Hình 3.7. Các tầng khí quyển 96
Hình 3.8. Sơ đồ phân loại độ trễ khí quyển 98
Hình 3.9. Sơ đồ các vec tơ vận tốc chuyển dịch của các điểm DGPS/CORS 101
Hình 4.1. Chuyển đổi giữa 2 khung quy chiếu 116
Hình 4.2. Quy trình tính chuyển tọa độ từ ITRF
(1)
tại thời điểm t
0
sang ITRF
(2)
tại
thời điểm t 121
Hình 4.3. Quy trình tính chuyển vận tốc từ ITRF
(1)
sang ITRF
(2)
122
Hình 4.4. Sơ đồ vận tốc chuyển dịch của các điểm GNSS 130

1


MỞ ĐẦU

Xã hội loài người kể từ khi bắt đầu phát triển, việc xác định vị trí đã trở
thành một nhu cầu cấp thiết, hoạt động của con người càng rộng thì nhu cầu này
càng lớn. Đây cũng là nhu cầu chính của quá trình hình thành nên ngành trắc địa và
bản đồ. Con người cần xác định vị trí của mình, của địa hình, địa vật để ghi nhận
trên bản đồ. Trước hết là để đáp ứng nhu cầu nhận thức tự nhiên và sau đó là nhu
cầu tác động vào thiên nhiên để phục vụ cho con người.
Bài toán xác định vị trí đã trở thành bài toán trung tâm của quá trình phát
triển ngành trắc địa và bản đồ. Từ những phương tiện đo đạc thô sơ nhất như sào,
thước dây, con người đã tạo nên những máy đo góc, đo cạnh độ chính xác cao cũng
chỉ để giải quyết bài toán xác định vị trí. Bài toán xác định vị trí được giải quyết
dựa trên nguyên tắc tìm vị trí tương đối của một vật so với một vị trí được chọn làm
gốc. Trên phạm vi rộng hơn quá xa vị trí được chọn làm gốc thì việc xác định vị trí
trở nên khó khăn hơn rất nhiều. Người ta đã phải lựa chọn giải pháp là tìm các vị trí
gốc mới sao cho biết được vị trí tương đối của chúng so với vị trí được chọn làm
gốc trước đây. Đồng thời, người ta đã phải tìm cách thể hiện vị trí trong một hệ
thống tọa độ chung thống nhất. Các vị trí được chọn làm gốc ban đầu và các vị trí
được chọn làm gốc mới sau này gắn với một hệ thống tọa độ nhất định đã từng bước
hình thành khái niệm lưới trắc địa và hệ thống quy chiếu tọa độ trắc địa. Nói cách
khác, lưới trắc địa và hệ thống quy chiếu tọa độ trắc địa cũng chỉ là những giải pháp
để thỏa mãn nhu cầu xác định vị trí của con người khi phạm vi hoạt động ngày càng
rộng và nhu cầu chính xác ngày càng cao.
Các hình thức lưới trắc địa được hình thành dựa trên quá trình phát triển các
công cụ, máy móc đo đạc. Khi có máy kinh vỹ để đo góc thì người ta đã tạo lập
hình thức lưới tam giác đo góc. Khi có máy đo cạnh thì người ta đã tạo lập hình

thức lưới tam giác đo cạnh hoặc kết hợp với máy kinh vỹ để tạo lập lưới đa giác đo
cả góc và cạnh. Các hình thức lưới như vậy được con người sử dụng trong suốt quá
trình phát triển đã qua, được tổ chức dưới dạng lưới trắc địa trên phạm vi một quốc
gia hoặc liên kết nhiều quốc gia trên phạm vi một châu lục. Hình thức lưới trắc địa
nhiều cấp gắn với hệ thống điểm trắc địa dầy đặc xác định bằng các mốc kiên cố
trên mặt đất đã trở thành một giải pháp truyền thống, quy định bằng một hệ thống
quy trình, quy phạm khá chuẩn mực. Đối với mỗi quốc gia, người ta có một hệ quy


2


chiếu tọa độ thống nhất. Hệ quy chiếu tọa độ với các hình thức lưới trắc địa như vậy
cũng đã với tới tầm châu lục hoặc liên lục địa.
Kể từ khi con người bắt đầu có thành tựu trong sự nghiệp chinh phục vũ trụ,
ngành trắc địa đã có hy vọng tạo ra công nghệ đo đạc mới, loại hình lưới trắc địa
mới nhờ các vệ tinh nhân tạo. Bắt đầu bằng các phương pháp quan trắc quang học
tới các vệ tinh, các thử nghiệm tiếp theo với công nghệ đo laser tới vệ tinh, rồi công
nghệ sử dụng hiệu ứng doppler từ vệ tinh. Đến thập kỷ 80 của thế kỷ trước, công
nghệ định vị toàn cầu GPS của Mỹ đã mang lại thành quả định vị vượt quá sự mong
đợi của con người. Khoảng cách đo được giữa các điểm trên mặt đất rất xa (vài
nghìn kilômét), thời gian đo tối thiểu không nhiều (khoảng 3 giờ), đo được trong
mọi thời tiết, thiết bị đo khá nhẹ (khoảng hai tới ba cân), giá thành không cao
(khoảng trên 10.000 USD), độ chính xác kết quả đo rất cao (cỡ cm tới mm) và đo
được cả các đối tượng động. Những thành tựu công nghệ định vị mới này đã cho
phép con người nghĩ tới các hình thức lưới trắc địa đơn giản hơn, mật độ thưa hơn,
tầm với xa hơn và thi công nhanh hơn. Các lưới trắc địa toàn cầu và hệ quy chiếu
tọa độ toàn cầu được hình thành. Từ đó, nhiều nước có tiềm lực công nghệ đã bắt
đầu xây dựng hệ thống định vị vệ tinh riêng cho mình như hệ thống GLONASS của
Nga, GALILEO của Liên minh Châu Âu và Bắc Đẩu của Trung Quốc. Các công

nghệ định vị và dẫn đường bằng vệ tinh như vậy mang một tên chung là hệ thống vệ
tinh dẫn đường toàn cầu (GNSS) hay còn gọi là công nghệ GNSS.
Công nghệ định vị và dẫn đường bằng vệ tinh không chỉ làm thay đổi hình
thức lưới trắc địa mà còn tạo ra nhiều khả năng công nghệ mới. Lưới điểm trắc địa
lúc này không chỉ đảm nhận chức năng làm gốc để xác định vị trí của địa hình, địa
vật, mà còn tạo ra khả năng bao phủ toàn cầu, đạt độ chính xác đo đạc cao cỡ
milimét đủ để quan trắc dịch chuyển vỏ Trái đất hàng năm và tạo nên một hệ thống
tọa độ trắc địa 4 chiều gồm cả thời gian. Về hình thức lưới trắc địa, cũng đã có ý
kiến dự báo của một giai đoạn mới với khái niệm trắc địa không lưới. Lưới các vệ
tinh định vị và dẫn đường sẽ đóng vai trò lưới trắc địa vì từ đó người ta có thể xác
định tọa độ của mọi điểm trên mặt đất với một độ chính xác nhất định. Hiện nay,
nếu chỉ đặt vấn đề cần độ chính xác tọa độ cỡ mét thì thực sự không cần tới các lưới
trắc địa. Trên thực tế, người ta vẫn cần tới độ chính xác tọa độ cao hơn nhiều nên
các lưới trắc địa độ chính xác cao vẫn đang hoạt động tích cực.
Đề tài của Luận án này là nghiên cứu cơ sở khoa học và công nghệ của việc
thay đổi hình thức lưới tọa độ trắc địa khi áp dụng công nghệ GNSS tại Việt Nam.


3


Chắc chắn, công nghệ GNSS sẽ loại bỏ được hình thức lưới trắc địa nhiều cấp với
mật độ điểm dầy đặc gắn với các mốc kiên cố trên mặt đất. Nhưng câu hỏi được đặt
ra là hình thức lưới trắc địa hợp lý theo công nghệ GNSS tại Việt Nam sẽ như thế
nào. Tất nhiên, với nhu cầu hiện tại, ngoài việc lưới trắc địa phải thỏa mãn yêu cầu
về độ chính xác cho việc lập hệ thống bản đồ cơ bản thống nhất trên phạm vi cả
nước còn phải đáp ứng được về độ chính xác và phân bố điểm tọa độ phục vụ các
nhiệm vụ cụ thể bao gồm:
- Hội nhập với lưới trắc địa cơ bản toàn cầu;
- Xác định hệ quy chiếu quốc gia theo quan điểm động (phụ thuộc thời gian);

- Quan trắc được độ biến dạng vỏ Trái đất chịu ảnh hưởng của các hoạt động
tân kiến tạo.
Nói cách khác, đề tài của luận án tập trung vào việc tổng kết thực tiễn và
nghiên cứu để đưa ra các luận cứ khoa học cho việc xác định hệ thống lưới trắc địa
cơ bản quốc gia trên cơ sở áp dụng công nghệ GNSS sao cho thỏa mãn mọi yêu cầu
về tọa độ trong giai đoạn hiện nay tại Việt Nam.
1. Tính cấp thiết của đề tài
Từ khi ra đời, hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu đã mở ra kỷ nguyên mới
cho khoa học, công nghệ nói chung cũng như ngành trắc địa - bản đồ nói riêng. Với
ưu thế về công nghệ như đã nói trên, GNSS đã làm thay đổi một cách căn bản về
quan niệm cũng như phương thức giải quyết các bài toán xác định tọa độ vị trí các
điểm trên mặt đất. Liên quan tới lưới cơ sở tọa độ quốc gia, ứng dụng GNSS có thể
chia làm hai giai đoạn:
- Chính xác hóa, tăng dày điểm, hoàn thiện lưới tọa độ truyền thống;
- Thiết lập lưới tọa độ quốc gia hoàn toàn tuân theo quan niệm mới dựa trên
khả năng công nghệ của GNSS.
Hiện nay trên thế giới, lưới cơ sở tọa độ quốc gia thường được xây dựng
dưới dạng lưới các trạm GNSS quan trắc liên tục (trạm GNSS CORS), có mật độ
phù hợp, đảm bảo độ chính xác, tin cậy, an toàn và phục vụ đa mục đích, người ta
thường gọi dạng lưới này là lưới GNSS CORS. Tên gọi này chỉ mang tính mô tả
công nghệ "quan trắc liên tục để kết nối các điểm của lưới trong một hệ thống mạng
trực tuyến". Đối với từng nước, mật độ điểm và phân bố điểm có thể rất khác nhau.
Ở Việt Nam trong thời gian qua, công nghệ GNSS đã giúp cho việc nâng cấp
độ chính xác, hoàn thiện, hiện đại hóa lưới tọa độ đã được thiết lập theo quan niệm
truyền thống thành Hệ quy chiếu và hệ lưới điểm tọa độ quốc gia VN - 2000. Đây là


4

thành tựu đã được công nhận, đánh dấu một giai đoạn của khoa học trắc địa và bản
đồ nước ta.
Trước thành tựu phát triển vượt trội của công nghệ GNSS trên thế giới, việc
tiếp tục xây dựng lưới tọa độ trắc địa thuần túy bằng công nghệ GNSS thay thế lưới
trắc địa truyền thống nhằm thỏa mãn mọi nhu cầu hiện đại về tọa độ cần được đặt
ra. Ứng dụng công nghệ GNSS mang tính toàn cầu, là thành phần cơ bản nhất của
hạ tầng thông tin địa lý như một xu hướng đã được hình thành trên thế giới, bởi vậy
chúng ta phải hòa nhập mà không có lựa chọn nào khác.
Ở nước ta hiện nay, dựa trên công nghệ GNSS, Bộ Quốc Phòng đang trong
giai đoạn hoàn thiện dự án xây dựng hệ quy chiếu và hệ tọa độ quân sự bằng việc
xây dựng lưới GNSS CORS (đã hoàn thành trên 1/2 khối lượng công việc), Bộ Tài
nguyên và Môi trường đang xây dựng và triển khai Chiến lược phát triển đo đạc và
bản đồ, trong đó việc hiện đại hóa hệ thống lưới tọa độ và độ cao quốc gia là một
trọng điểm (đang xem xét phê duyệt). Mặc dù đã có nghiên cứu cơ sở khoa học và
thực tiễn để áp dụng nhưng chưa có đề tài nghiên cứu một cách có hệ thống về các
vấn đề xây dựng lưới tọa độ trắc địa hiện đại, đa mục tiêu nhằm bảo đảm mọi nhu
cầu đặt ra hiện nay, phù hợp với sự phát triển thông tin địa lý trên thế giới.
Với tiêu đề “Nghiên cứu cơ sở lý thuyết cho việc hiện đại hóa lưới khống
chế trắc địa quốc gia ở Việt Nam bằng hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu
GNSS” đề tài có cơ hội nghiên cứu về vấn đề này.
2. Mục đích nghiên cứu của luận án
Cung cấp luận cứ khoa học và thực tiễn cho việc hiện đại hóa lưới khống chế
trắc địa cho Việt Nam, phục vụ đa mục đích (trắc địa - bản đồ, dẫn đường, nghiên
cứu chuyển dịch hiện đại của vỏ Trái đất, hội nhập thông tin quốc tế,…) dựa trên
công nghệ GNSS.
3. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là lưới khống chế tọa độ quốc gia ở Việt Nam và ứng
dụng công nghệ GNSS.
4. Phạm vi nghiên cứu
Về khoa học: Khả năng công nghệ (tính toàn cầu, liên tục theo thời gian,

phương pháp đo, độ chính xác, độ tin cậy, thành tựu và kinh nghiệm quốc tế,…) của
GNSS. Xử lý số liệu thực tế của các trạm đo liên tục minh chứng cho việc kết nối
tọa độ, xác định và tính chuyển tọa độ, vận tốc chuyển dịch trong hệ tọa độ động
quốc tế ITRF. Các giải pháp, phương án xây dựng lưới tọa độ trắc địa nhằm thiết


5


lập cơ sở tọa độ thống nhất trong trắc địa và bản đồ, giải quyết các bài toán định vị
hệ quy chiếu và các nhiệm vụ nghiên cứu khoa học về Trái đất.
Về không gian: Lưới tọa độ trắc địa quốc gia trên phạm vi cả nước có kết nối
với lưới tọa độ IGS quốc tế.
Về thời gian: Kể từ khi Việt Nam xây dựng lưới tọa độ trắc địa truyền thống
cho tới nay.
5. Nội dung nghiên cứu
Để đạt được mục đích, luận án phải giải quyết được các vấn đề sau:
- Đánh giá tổng quan về áp dụng công nghệ GNSS vào xây dựng lưới tọa độ
trắc địa ở cấp độ quốc gia.
- Nghiên cứu khả năng công nghệ của GNSS, các phương pháp đo mới, đặc
biệt là nhóm phương pháp đo động thời gian thực theo khu vực.
- Dạng thức (cấu trúc và mật độ) lưới GNSS CORS phục vụ các mục đích
trắc địa và bản đồ (đo vẽ bản đồ địa hình cơ bản, địa chính và công trình), phục vụ
mục đích quan trắc dịch chuyển vỏ Trái đất và phục vụ mục đích xây dựng hệ quy
chiếu quốc gia theo quan điểm động.
- Xử lý số liệu đo thực tế của lưới GNSS CORS quốc gia đồng thời với số
liệu IGS nhằm liên kết tọa độ quốc tế, cập nhật tọa độ theo quan niệm hệ quy chiếu
động, quan trắc chuyển dịch hiện đại của vỏ Trái đất.
6. Phương pháp nghiên cứu
Luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau đây:

- Phương pháp tổng hợp, phân tích và kế thừa: Thu thập các tài liệu đã có;
cập nhật các thông tin trên mạng internet; tổng hợp, phân tích các tài liệu và các kết
quả nghiên cứu, kế thừa có chọn lọc các thành quả có liên quan đến đề tài.
- Phương pháp thu thập và xử lý số liệu GNSS: Thu thập số liệu đo tĩnh, ca
đo 24/24 giờ trên các điểm đo liên tục. Xử lý số liệu đo với số liệu IGS bằng phần
mềm Bernese 5.0; kết nối tọa độ, vận tốc với lưới IGS, tính chuyển tọa độ, vận tốc
trong hệ tọa độ động điển hình ITRF.
- Phương pháp so sánh: So sánh ưu điểm và nhược điểm của việc xây dựng
lưới khống chế trắc địa theo phương pháp truyền thống và theo phương pháp sử
dụng công nghệ GNSS.
- Phương pháp chuyên gia: Học hỏi tri thức, kinh nghiệm của các chuyên gia.
- Phương pháp ứng dụng công nghệ tin học: Sử dụng ngôn ngữ lập trình; lập
các bảng tính để tự động hóa quá trình tính toán.


6


7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
- Ý nghĩa khoa học: Tiếp cận một bước sâu hơn khi tìm hiểu sự phát triển
công nghệ GNSS và đưa ra các luận cứ khoa học đủ tin cậy về ứng dụng công nghệ
GNSS vào xây dựng lưới tọa độ trắc địa hiện đại, đa mục tiêu phù hợp với thực tế
Việt Nam và kết nối với quốc tế.
- Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận án có đóng góp nhất định
cho việc lựa chọn giải pháp phù hợp nhằm hiện đại hóa lưới tọa độ trắc địa, hệ quy
chiếu tọa độ ở Việt Nam.
8. Các luận điểm bảo vệ và các luận điểm mới của luận án
a) Các luận điểm bảo vệ
- Luận điểm thứ nhất: Lưới tọa độ quốc gia Việt Nam theo quan điểm mới là
lưới GNSS CORS có cơ sở hạ tầng phù hợp (máy thu, ăng ten, hệ thống tăng cường,

hạ tầng thông tin, mạng kết nối,…) đáp ứng các phương pháp đo hiện đại; bảo đảm
cho việc giải quyết các nhiệm vụ xác định và bảo trì hệ quy chiếu tọa độ; đo đạc chi
tiết phục vụ thiết lập bản đồ; giám sát, dẫn đường; nghiên cứu chuyển dịch hiện đại
của vỏ Trái đất.
- Luận điểm thứ hai: Với cấu trúc và mật độ của lưới GNSS CORS, phương
pháp thu thập và xử lý số liệu phù hợp, lưới toạ độ quốc gia hoàn toàn đáp ứng
được nhu cầu về công tác trắc địa và bản đồ, kết nối quốc tế về thông tin địa lý, thực
hiện các nghiên cứu khoa học về Trái đất tại Việt Nam theo chuẩn toàn cầu.
- Luận điểm thứ ba: Lưới tọa độ trắc địa quốc gia của Việt Nam được xây
dựng dựa trên công nghệ GNSS có hiệu quả cao về kỹ thuật (nâng cao độ chính xác,
mở rộng phạm vi kỹ thuật, cập nhật kịp thời và tự động hóa).
b) Các điểm mới của luận án
- Đề xuất lưới GNSS CORS ở Việt Nam với đầy đủ các luận cứ khoa học và
thực tiễn.
- Chứng minh sự cần thiết của việc xây dựng hệ quy chiếu tọa độ động cho
Việt Nam bằng số liệu cụ thể.
- Đề xuất thời gian cập nhật tọa độ mới cho lưới GNSS CORS của Việt Nam.
- Đề xuất quy trình tính chuyển tọa độ, vận tốc của các điểm GNSS giữa các
khung quy chiếu Trái đất quốc tế ITRF sử dụng 14 tham số chuyển đổi.
- Thiết lập sơ đồ vận tốc chuyển dịch của các điểm GNSS ở Việt Nam trong
một hệ tọa độ động thống nhất.


7


9. Kết cấu của luận án
Gồm 3 phần chính:
* Phần mở đầu: Giới thiệu tính cấp thiết của luận án; mục đích nghiên cứu
của luận án; phương pháp nghiên cứu; nội dung nghiên cứu; những luận điểm bảo

vệ và những điểm mới của luận án.
* Phần nội dung gồm 4 chương:
- Chương 1: Đánh giá tổng quan về ứng dụng công nghệ GNSS trong việc
xây dựng hệ thống lưới tọa độ.
Giới thiệu về tình hình nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam về việc ứng
dụng công nghệ GNSS trong việc xây dựng lưới tọa độ quốc gia, các vấn đề liên
quan đến nội dung của luận án; các vấn đề cần được nghiên cứu tiếp.
- Chương 2: Nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ GNSS nhằm thay đổi
hệ thống lưới tọa độ trắc địa Quốc gia ở Việt Nam.
Trình bày về sự thay đổi công nghệ, các phương pháp đo với sự xuất hiện và
phát triển của hệ thống tăng cường (GBAS, SBAS). Các nhiệm vụ và yêu cầu về độ
chính xác đối với lưới tọa độ cơ sở. Trên cơ sở đó, bàn về các thay đổi liên quan tới
quan niệm về hình thái, cấu trúc, độ chính xác lưới tọa độ trắc địa. Cuối cùng đề
xuất ý tưởng xây dựng hệ thống lưới GNSS CORS trong hoàn cảnh Việt Nam.
- Chương 3: Lưới tọa độ quốc gia phục vụ nghiên cứu chuyển dịch hiện đại
vỏ Trái đất.
Trình bày về ý nghĩa khoa học, thực tiễn và các yêu cầu hạ tầng kỹ thuật trắc
địa phục vụ nghiên cứu chuyển dịch hiện đại vỏ Trái đất, ý tưởng về lưới tọa độ trắc
địa quốc gia phục vụ cho mục đích này. Bên cạnh đó, số liệu đo của một số điểm
GNSS CORS thuộc lưới quốc gia được xử lý đồng thời với các điểm IGS quốc tế
theo quy trình nghiêm ngặt, tọa độ cũng như vận tốc chuyển dịch được xác định
trong khung quy chiếu Trái đất quốc tế.
- Chương 4: Xây dựng hệ quy chiếu tọa độ Quốc gia theo quan điểm hệ quy
chiếu động.
Chứng minh sự chuyển dịch không đồng đều giữa các vùng miền trên lãnh
thổ Việt Nam ảnh hưởng đến công tác đo đạc bản đồ cơ bản bằng định lượng, hệ
quả của nó là sự cần thiết xây dựng hệ tọa độ Việt Nam theo quan điểm động. Luận
án cũng đã nghiên cứu để đề xuất thời gian cập nhật tọa độ mới cho lưới GNSS
CORS của Việt Nam. Bên cạnh đó, một số vấn đề cơ bản về việc xây dựng hệ quy
chiếu động ở Việt Nam được đề cập. Phương án sử dụng hệ quy chiếu trắc địa động

8


trong thực tế đã được cụ thể hóa bằng quy trình tính chuyển tọa độ và vận tốc
chuyển dịch tuyệt đối của các điểm GNSS giữa các hệ tọa độ động.
* Phần kết luận và kiến nghị.
10. Cơ sở tài liệu
Luận án được hoàn thành trên cơ sở tài liệu sau:
- Các tài liệu mới nhất về khoa học, công nghệ GNSS và ứng dụng vào xây
dựng lưới GNSS CORS trên thế giới và một số thử nghiệm ở Việt Nam.
- Dự án về hiện đại hóa lưới trắc địa quốc gia, hệ quy chiếu tọa độ quốc gia
của Bộ Tài nguyên và Môi trường.
- Dự án về xây dựng hệ quy chiếu và hệ tọa độ quân sự của Bộ Quốc Phòng.
- Một số thực nghiệm trong phạm vi luận án.
- Các bài báo của tác giả công bố từ năm 2009 đến nay trên các tạp chí
chuyên ngành.
11. Lời cảm ơn
Luận án được hoàn thành tại Bộ môn Trắc địa cao cấp - Khoa Trắc địa -
Trường Đại học Mỏ - Địa chất thuộc Bộ Giáo dục và Đào tạo dưới sự hướng dẫn
khoa học của GS.TSKH. Đặng Hùng Võ và TS. Vũ Văn Trí.
Trong quá trình thực hiện luận án, NCS luôn nhận được sự giúp đỡ của các
thầy, cô giáo trong bộ môn Trắc địa cao cấp, Phòng Sau đại học, Khoa Trắc địa,
Lãnh đạo trường Đại học Mỏ - Địa chất, trường Đại học Tài nguyên và Môi trường
Hà Nội, Cục Đo đạc và Bản đồ Việt Nam, Cục Bản đồ Bộ Tổng Tham mưu, Viện
Địa chất,…
Tôi bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến thầy GS.TSKH. Đặng
Hùng Võ và TS. Vũ Văn Trí, các thầy giáo, cô giáo, các cơ quan, các nhà khoa học,
các bạn đồng nghiệp và người thân đã giúp đỡ tôi hoàn thành luận án.

9


Chương 1. ĐÁNH GIÁ TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GNSS
TRONG VIỆC XÂY DỰNG HỆ THỐNG LƯỚI TỌA ĐỘ

1.1. Ứng dụng công nghệ GNSS trong việc xây dựng lưới trắc địa trên thế giới
1.1.1. Xây dựng lưới tọa độ thay thế các dạng lưới truyền thống đo góc, cạnh
Phương pháp tam giác, đa giác được sử dụng để xây dựng lưới tọa độ trắc
địa của các quốc gia theo nguyên tắc từ tổng thể đến cục bộ, từ độ chính xác cao
đến độ chính xác thấp. Sở dĩ phải thực hiện theo nguyên tắc này vì để có được một
hệ thống điểm tọa độ cấp cuối cùng dầy đặc phục vụ cho đo vẽ bản đồ địa hình cơ
bản tỷ lệ lớn trong một hệ thống thống nhất, người ta phải tăng dầy điểm thông qua
nhiều cấp lưới tọa độ từ cao xuống thấp. Lưới này được chia thành các cấp hạng
khác nhau, cấp cao hơn được đo với độ chính xác cao hơn nhưng mật độ thưa hơn,
các điểm cấp cao hơn được coi là tọa độ gốc của lưới cấp thấp hơn. Cách tổ chức
lưới tọa độ trắc địa theo phương thức này còn vì lý do phương tiện tính toán bình
sai hạn chế, chỉ có thể tính toán xử lý số liệu với các lưới có khoảng vài trăm điểm
tọa độ (trước đây chưa có máy tính điện tử). Trong hoàn cảnh mỗi đất nước, người

ta xác định cách phân cấp lưới sao cho phù hợp với khả năng đo đạc, khả năng tính
toán và bảo đảm mật độ cần thiết của cấp lưới thấp nhất. Ở Việt Nam, tương tự như
ở các nước xã hội chủ nghĩa cũ, số lượng cấp lưới tam giác thường là 4 cấp lưới
quốc gia với các mốc tọa độ rất kiên cố từ cấp I tới cấp IV, dưới nữa là 2 cấp lưới
giải tích với các mốc tọa độ ít kiên cố hơn và tiếp theo là 2 cấp lưới đo vẽ với các
mốc tọa độ tạm thời.
Với các quốc gia có diện tích nhỏ, lưới tam giác ở cấp có độ chính xác cao
nhất thường được xây dựng dưới dạng lưới tam giác liên tục. Ở các nước có diện
tích rộng lớn ví dụ như Nga, Canada, Trung Quốc, Mỹ, lưới tam giác thường được
xây dựng theo các khóa tam giác kết nối thành một lưới lớn, được thiết kế theo
những nguyên tắc nhất định phù hợp với đặc điểm của mỗi quốc gia.
Việc thiết lập lưới khống chế trắc địa theo phương pháp truyền thống chủ
yếu dựa trên các phép đo góc. Từ những năm 1950, công nghệ đo khoảng cách phát
triển, lưới tam giác đo góc được chuyển sang các dạng lưới đo cạnh hoặc đo cả góc
và cạnh ở dạng tam giác hoặc đa giác.


10


Do hạn chế tầm hoạt động của các thiết bị đo và do độ cong Trái đất, thông
thường cạnh của lưới hạng cao nhất không vượt quá 30 km, cấp II tiếp theo có
khoảng cách cỡ 20 km, cấp III có khoảng cách cỡ 12 km và cấp IV có khoảng cách
cỡ 7 km. Để đạt độ chính xác cao, quy trình đo rất phức tạp, thời gian đo khá dài và
thường phải dựng các cột tiêu khá cao, chặt cây để thông hướng đo làm cho công
việc đo đạc thực tế rất khó khăn và tốn kém.
Với công nghệ như vậy, không thể xây dựng được lưới tọa độ trắc địa có độ
chính xác cao, không thể đo các lưới vượt đại dương, mỗi quốc gia hoặc mỗi vùng
lãnh thổ có một lưới tọa độ trắc địa riêng, bảo đảm phù hợp với điều kiện tự nhiên
của mình. Thêm vào đó, các trị đo góc ngang và cạnh có liên kết chủ yếu với mặt

bằng nên không có khả năng xây dựng lưới ở dạng không gian 3 chiều (3D). Lưới
khống chế tọa độ mặt bằng được quy chiếu về mặt ellipsoid tròn xoay hoặc về mặt
phẳng. Độ cao được xác định theo một hệ thống lưới độ cao riêng biệt bằng các
thiết bị đo chênh cao dựa vào mặt đẳng thế gốc. Trên thực tế, người ta đo chênh cao
từ điểm gốc độ cao lấy theo mực 0 của nước biển trung bình làm chuẩn. Tất nhiên,
mực 0 của nước biển trung bình cũng có khác biệt giữa các vùng biển khác nhau.
Nói cách khác, hệ thống độ cao của các nước (vùng lãnh thổ) có chuẩn 0 khác nhau.
Như vậy, công nghệ đo đạc truyền thống khó có thể thiết lập một lưới thống nhất
mặt phẳng và độ cao trên quy mô toàn cầu, điều này hạn chế khả năng giải quyết
các nhiệm vụ đo đạc trong hệ tọa độ mang tính tuyệt đối.
Từ cuối những năm 1970, sự xuất hiện của công nghệ trắc địa vệ tinh, đặc
biệt hệ thống vệ tinh Doppler đã tạo nên cơ hội áp dụng định vị vệ tinh vào đo đạc
mặt đất. Vào giữa những năm 1980, hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu GPS đã được
Mỹ cho phép sử dụng vào mục đích đo đạc dân sự tạo nên cuộc đổi mới quan trọng
trong công nghệ trắc địa. Hệ thống GPS đã cho phép xác định vị trí cho cả đối
tượng tĩnh và đối tượng động, cho cả tọa độ tuyệt đối và gia số tọa độ. Nhiều nhà
khoa học trắc địa đã nghĩ tới khái niệm "trắc địa không lưới", tức là có thể xác định
tọa độ bất kỳ tại vị trí nào trên Trái đất theo vệ tinh mà không cần tới lưới trắc địa
mặt đất.
Song song với sự phát triển GPS của Mỹ, Liên Xô cũ cũng đã phát triển hệ
thống định vị và dẫn đường bằng vệ tinh riêng của mình mang tên GLONASS.


11


Trong khoảng mươi năm gần đây, Châu Âu đã bắt đầu khởi động hệ thống vệ tinh
dẫn đường mang tên GALILEO và Trung Quốc là hệ thống COMPASS. Như vậy,
trên thế giới đã hình thành 4 hệ thống định vị và dẫn đường bằng vệ tinh toàn cầu.
Chính vì vậy, khái niệm GPS vẫn hay sử dụng trước đây được thay thế bằng khái

niệm "Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu" (GNSS).
GNSS đã mở ra khả năng vô cùng to lớn cho công tác trắc địa mặt đất. Trước
hết, hệ thống GNSS hoạt động trên phạm vi toàn cầu trong hệ tọa độ địa tâm nào đó
(WGS - 84, PZ - 90 hay ITRF), có gốc tọa độ được chọn ở tâm Trái đất. Toàn bộ
các phép đo và các thành quả có thể biểu diễn trong một hệ tọa độ toàn cầu. Việc
thiết lập lưới tọa độ bao trùm toàn bộ hành tinh là hoàn toàn khả thi và các cộng
đồng quốc tế đã hình thành tổ chức dịch vụ hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu
quốc tế (IGS). Không những vậy, hệ thống tọa độ được xác định trong không gian 3
chiều có nghĩa là vị trí mỗi điểm được biểu diễn theo 3 chiều không gian (X, Y, Z)
hoặc (B, L, H). Với việc bổ sung và kết hợp các trị đo trọng lực và thủy chuẩn,
người ta đã thiết lập được mô hình geoid toàn cầu để đưa độ cao hình học H về độ
cao thủy chuẩn h. Đây là khả năng tạo nên những bước phát triển mới về công nghệ
đo cao. Hơn nữa, công nghệ GNSS có ưu việt về thời gian thi công nhanh, ít phụ
thuộc thời tiết, không cần thông hướng trên cạnh đo, không cần dựng cột tiêu và có
khả năng công nghệ rất lớn như đo được trên khoảng cách vài nghìn km, đo được
các đối tượng động và độ chính xác rất cao.
Về tổng thể, công nghệ GNSS đáp ứng tất cả các yêu cầu về độ chính xác
của các nhiệm vụ trắc địa bằng cách lựa chọn quy trình đo đạc cũng như xử lý số
liệu một cách phù hợp. Với các nhiệm vụ yêu cầu độ chính xác cao, với quy trình
thích hợp có thể đạt được sai số vị trí điểm cỡ mm trên cạnh đo hàng nghìn km. Với
độ chính xác như vậy, công nghệ GNSS đã mở ra khả năng đo được các lưới trắc
địa chuyên dụng đòi hỏi độ chính xác cao như lưới quan trắc biến dạng, lún các
công trình hay lưới quan trắc sự chuyển động của các lục địa và các mảng kiến tạo.
Bên cạnh các thế mạnh trên, việc ứng dụng GNSS yêu cầu kỹ năng tương đối
đơn giản, mức độ tự động hóa cao và dễ đào tạo chuyển giao công nghệ.
Một số chỉ tiêu cũng như đặc điểm của công nghệ truyền thống và công nghệ
GNSS được tập hợp ở bảng 1.1.


12

Bảng 1.1. Đặc điểm công nghệ truyền thống và công nghệ GNSS
Công nghệ truyền thống Công nghệ GNSS
Đo góc và cạnh (thiết bị đo góc và đo
cạnh truyền thống)
Trị đo pha sóng tải
Khoảng cách giả (máy thu GNSS)
Hệ tọa độ tĩnh Hệ tọa độ tĩnh, động
Lưới tọa độ (2+1)D Lưới tọa độ 3D hoặc 4D
Lưới riêng biệt theo vùng, lãnh thổ
Lưới riêng biệt hoặc lưới thống nhất
toàn cầu
Cần thông hướng, cần dựng cột tiêu (chi
phí cao)
Không cần thông hướng, cần thông
thoáng trên thiên đỉnh; không cần dựng
cột tiêu
Điểm liền kề giới hạn ≤ 30 km Điểm liền kề hàng ngàn km
Điều kiện hình học tốt của đồ hình lưới Đồ hình tới vệ tinh (PDOP)
Độ chính xác cạnh đo cỡ dm Độ chính xác cạnh đo cỡ mm
Khả năng áp dụng ở thành phố khi đo
chi tiết
Khó áp dụng trong thành phố khi đo chi
tiết
Phụ thuộc nhiều vào thời tiết Rất ít phụ thuộc vào thời tiết
Thu thập số liệu cần nhiều nhân lực
tham gia
Thu thập số liệu tự động
Tốn kém về kinh phí và thời gian Tiết kiệm nhiều kinh phí và thời gian

Với hàng loạt ưu thế nêu trên, GNSS đã trở thành công nghệ chủ yếu dần
thay thế các công nghệ đo đạc truyền thống trong việc xây dựng lưới trắc địa. Quá
trình ứng dụng GNSS được triển khai theo hướng:
- Hỗ trợ, đẩy nhanh tiến độ thực hiện tăng dầy các lưới truyền thống đã được
xây dựng. Do các điều kiện kỹ thuật (máy móc, nhân lực, kinh phí và yêu cầu của
nền kinh tế) nên lưới được triển khai theo từng giai đoạn, từ hạng cao tới hạng thấp.
Với ưu thế của công nghệ, GNSS được áp dụng vào việc hoàn thiện lưới tam giác
truyền thống theo các hướng: Đo bổ sung các khu vực còn trống, tăng dày các điểm
hạng thấp (hạng III và IV). Đây là hướng ứng dụng mang lại hiệu quả kinh tế cao,
tiết kiệm rất nhiều thời gian và đáp ứng được các yêu cầu về độ chính xác. Việc ứng
dụng công nghệ GPS vào Việt Nam cũng đi theo hướng này với việc đo bổ sung
lưới hạng II tại Tây Nguyên, Sông Bé, Minh Hải (đây là những bước đi đầu tiên
trong ứng dụng công nghệ GNSS ở Việt Nam) và lưới địa chính cơ sở.


13


- Bổ sung các số liệu GNSS nhằm nâng cao độ chính xác lưới tọa độ trắc địa
đã thiết lập. Hạ tầng cơ sở trắc địa (hệ thống mốc, các số liệu đo, tọa độ mốc, các
sản phẩm đồ họa, ) đã được thiết lập, đo đạc, xử lý, sử dụng trong một thời gian
dài và vẫn đang sử dụng có hiệu quả. Cho dù GNSS là công nghệ hiện đại, độ chính
xác cao song không phải mỗi lúc có thể quyết định làm lại. Việc ứng dụng vẫn phải
đảm bảo tính kế thừa và hoạt động liên tục của toàn bộ hệ thống đảm bảo hạ tầng
trắc địa. Bởi vậy, lựa chọn tối ưu trong hoàn cảnh này là củng cố, nâng cao độ chính
xác và phát huy hiệu quả của hệ thống lưới tọa độ đang tồn tại bằng các số liệu
GNSS bổ sung dưới dạng đo một lưới cạnh dài phủ lên lưới truyền thống đang tồn
tại. Việc ứng dụng công nghệ GPS vào Việt Nam cũng đã thực hiện theo hướng này
với việc đo lưới GPS cấp "0" gồm 69 điểm phủ trùm lên lưới hạng I và II cũ và đo
nối tới hầu hết các đảo chính trên vùng biển.

- Thiết lập lưới tích cực (active) thay lưới thụ động (passive) các hệ quy
chiếu động phục vụ các nhu cầu mới về nghiên cứu khoa học. Lưới trắc địa truyền
thống được thiết lập với quan điểm tĩnh. Trong thời gian gần đây, việc nghiên cứu
Trái đất theo quan điểm động đã hình thành với lý thuyết kiến tạo mảng trong địa
chất học, chuyển động vỏ Trái đất, chuyển động cực Trái đất. Trong trắc địa độ
chính xác cao, chuyển dịch của các mốc trắc địa trong hệ tọa độ toàn cầu gắn với
các hoạt động tân kiến tạo vỏ Trái đất đã được xem xét trong một hệ quy chiếu
động. Với độ chính xác cao đã đạt được, lưới không chế trắc địa không chỉ phục vụ
cho mục đích xác định tọa độ mà còn phải đáp ứng nhiều nhiệm vụ mới của khoa
học như nghiên cứu chuyển dịch vỏ Trái đất, nghiên cứu biến động của mực nước
biển, Bởi vậy, trong điều kiện có thể, các quốc gia đều tiến hành thiết lập lưới tọa
độ GNSS động có quy mô không gian lớn, độ chính xác cao, liên kết với hệ quy
chiếu toàn cầu, mở ra giai đoạn thay đổi về quan điểm cũng như về độ chính xác
của lưới tọa độ. Quá trình trên có thể được minh chứng qua thực tế về lưới tọa độ
trắc địa của Liên bang Nga và Australia.
- Lưới tích cực được xây dựng bằng công nghệ GNSS bảo đảm được tất cả
các chức năng của các lưới trắc địa truyền thống, ngoài ra còn mở rộng khả năng kỹ
thuật về độ chính xác, khoảng cách và điểm quan trọng hơn cả là tạo cơ sở hạ tầng
kỹ thuật cho việc chêm dầy điểm không chế, đo tọa độ các điểm chi tiết địa hình và
địa vật, cập nhật dữ liệu không gian, dẫn đường (navigation) và theo dõi chuyển
động (tracking). Khả năng đo tọa độ rất nhanh cả đối tượng tĩnh lẫn đối tượng động
của công nghệ GNSS đã tạo nên cuộc cách mạng thực sự trong xác định tọa độ phục