Luận án tiến sĩ nghiên cứu phương pháp xây dựng và phát triển hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc gia

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG

VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ

LƢƠNG THANH THẠCH

NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP XÂY DỰNG VÀ PHÁT TRIỂN
HỆ QUY CHIẾU TỌA ĐỘ KHÔNG GIAN QUỐC GIA

NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ
MÃ SỐ: 9.52.05.03

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG

VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ

LƢƠNG THANH THẠCH

NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP XÂY DỰNG VÀ PHÁT TRIỂN
HỆ QUY CHIẾU TỌA ĐỘ KHÔNG GIAN QUỐC GIA

NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ

MÃ SỐ: 9.52.05.03

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TSKH HÀ MINH HÒA

HÀ NỘI 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các
số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả luận án

Lƣơng Thanh Thạch


LỜI CẢM ƠN
Luận án đƣợc hồn thành tại Phịng Nghiên cứu Trắc địa, Viện Khoa học Đo đạc và
Bản đồ, thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng, dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của PGS.
TSKH Hà Minh Hịa.
Trong q trình học tập và thực hiện luận án, Nghiên cứu sinh ln nhận đƣợc sự
giúp đỡ nhiệt tình của Ban lãnh đạo Viện cùng các đơn vị chức năng thuộc Viện Khoa
học Đo đạc và Bản đồ; Sự tạo điều kiện của Ban giám hiệu Trƣờng Đại học Tài nguyên
và Môi trƣờng Hà Nội, sự ủng hộ của Lãnh đạo khoa Trắc địa - Bản đồ thuộc Trƣờng
Đại học Tài nguyên và Môi trƣờng Hà Nội; các Thầy cô giáo, các chuyên gia, các nhà
khoa học và các bạn đồng nghiệp hoạt động trong lĩnh vực Trắc địa - Bản đồ ở các đơn
vị Trƣờng Đại học Tài nguyên và Môi trƣờng Hà Nội; Trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất;

Cục Đo đạc, Bản đồ và Thông tin địa lý Việt Nam; Cục Bản đồ/Bộ tổng tham mƣu, Hội
Trắc địa - Bản đồ - Viễn thám Việt Nam, Viện Địa chất, Học viện Kỹ thuật quân sự,
Trƣờng Đại học Bách khoa - Thành phố Hồ Chí Minh, v.v.
Đặc biệt, Nghiên cứu sinh bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến PGS.
TSKH Hà Minh Hòa - ngƣời Thầy rất tận tụy giúp đỡ Nghiên cứu sinh hoàn thành luận
án này.


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.........................................................................................................................................
LỜI CẢM ƠN ..............................................................................................................................................
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BẰNG TIẾNG NƢỚC NGOÀI ........................................................ v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BẰNG TIẾNG VIỆT ........................................................................ x
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................................................ xi
DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................................................ xii
MỞ ĐẦU .................................................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................................................................ 1
2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................................................... 7
2.1. Mục tiêu tổng quát............................................................................................................................... 7
2.2. Mục tiêu cụ thể .................................................................................................................................... 7
2.3. Nhiệm vụ .............................................................................................................................................. 7
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .......................................................................................................... 8
3.1. Đối tượng nghiên cứu .......................................................................................................................... 8
3.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................................................. 8
4. Phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................................................................................ 8
5. Các luận điểm bảo vệ ............................................................................................................................. 8
6. Các điểm mới của Luận án ..................................................................................................................... 9
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ................................................................................................................ 9
7.1. Ý nghĩa khoa học ................................................................................................................................. 9
7.2. Ý nghĩa thực tiễn.................................................................................................................................. 9

8. Cơ sở tài liệu, số liệu .............................................................................................................................. 9
9. Cấu trúc luận án.................................................................................................................................... 10
Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH XÂY DỰNG VÀ PHÁT TRIỂN HỆ QUY CHIẾU TỌA ĐỘ
KHÔNG GIAN QUỐC GIA .................................................................................................................... 11
1.1. Hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc tế và hệ quy chiếu tọa độ khơng gian quốc gia ..................... 11
1.2. Vai trị của Hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc gia ....................................................................... 14
1.2.1. Thống nhất Hệ tọa độ mặt bằng quốc gia và Hệ độ cao quốc gia ................................................. 14
1.2.2. Nghiên cứu chuyển dịch vỏ Trái Đất .............................................................................................. 15
1.2.3. Quản lý sử dụng hạ tầng cơ sở dữ liệu trắc địa quốc gia .............................................................. 15
1.2.4. Liên kết với ITRF ............................................................................................................................ 16
1.2.5. Bình sai ghép nối để nâng cao độ chính xác của các điểm song trùng .......................................... 18
1.2.6. Tạo tiền đề cho việc xây dựng mơ hình quasigeoid quốc gia độ chính xác cao trên cơ sở sử dụng
các dữ liệu GNSS/thủy chuẩn ................................................................................................................... 19
1.3. Tình hình nghiên cứu, xây dựng hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc gia trên thế giới .................. 19
1.3.1. Nước Mỹ ......................................................................................................................................... 20

i


1.3.2. Liên bang Nga ................................................................................................................................ 23
1.3.3. Canada ........................................................................................................................................... 24
1.3.4. Châu Âu .......................................................................................................................................... 25
1.3.5. Vương quốc Anh ............................................................................................................................. 26
1.3.6. Australia ......................................................................................................................................... 28
1.3.7. Papua New Guinea......................................................................................................................... 30
1.3.8. Colombia ........................................................................................................................................ 30
1.3.9. New Zealand ................................................................................................................................... 31
1.3.10. Đức ............................................................................................................................................... 31
1.3.11. Nhật Bản ....................................................................................................................................... 31
1.3.12. Hàn Quốc ..................................................................................................................................... 31

1.3.13. Malaysia ....................................................................................................................................... 32
1.4. Tình hình nghiên cứu, xây dựng hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc gia ở Việt Nam ................... 32
1.5. Một số vấn đề khoa học kỹ thuật cần tiếp tục giải quyết ................................................................... 35
1.5.1. Đánh kết quả xây dựng mơ hình quasigeoid quốc gia ở Việt Nam ................................................ 35
1.5.2. Nghiên cứu cơ sở khoa học của phương pháp bình sai ghép nối mạng lưới GNSS quốc gia phủ
trùm vào hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc gia .................................................................................. 35
1.5.3. Nghiên cứu phương pháp phát triển hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc gia khi xuất hiện các
điểm cơ sở không gian quốc gia mới ........................................................................................................ 36
1.6. Kết luận chƣơng 1 .............................................................................................................................. 36
Chƣơng 2. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ MỘT SỐ TIÊU CHÍ XÂY DỰNG HỆ QUY CHIẾU TỌA ĐỘ
KHƠNG GIAN QUỐC GIA .................................................................................................................... 38
2.1. Hiện trạng các hệ quy chiếu tọa độ mặt bằng, độ cao và trọng lực quốc gia ở Việt Nam .......................................... 38
2.1.1. Hiện trạng hệ quy chiếu tọa độ mặt bằng quốc gia........................................................................ 38
2.1.2. Hiện trạng hệ quy chiếu độ cao quốc gia ....................................................................................... 39
2.1.3. Hiện trạng hệ quy chiếu trọng lực quốc gia ................................................................................... 42
2.2. Đánh giá một số mơ hình geoid ở Việt Nam ..................................................................................... 43
2.3. Các mạng lƣới GNSS phục vụ xây dựng hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc gia ở Việt Nam ..... 47
2.3.1. Mạng lưới GNSS CORS quốc gia ................................................................................................... 50
2.3.2. Mạng lưới GNSS quốc gia phủ trùm .............................................................................................. 51
2.4. Cơ sở khoa học và một số tiêu chí của việc xây dựng hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc gia ..... 53
2.4.1. Một số thành tựu khoa học công nghệ tiên tiến trên thế giới ......................................................... 53
2.4.2. Xác định một số tiêu chí xây dựng hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc gia ........................................ 54
2.4.3. Cơ sở khoa học của việc xây dựng hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc gia ............................... 57
2.5. Phƣơng hƣớng xây dựng và phát triển hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc gia ở Việt Nam ......... 58
2.6. Kết luận chƣơng 2 ............................................................................................................................. 59

ii


Chƣơng 3. PHƢƠNG ÁN XỬ LÝ DỮ LIỆU TRONG XÂY DỰNG VÀ PHÁT TRIỂN HỆ QUY

CHIẾU TỌA ĐỘ KHÔNG GIAN QUỐC GIA ....................................................................................... 61
3.1. Lý thuyết về bình sai khối ................................................................................................................. 64
3.1.1. Bình sai gộp chung hai mạng lưới.................................................................................................. 65
3.1.2. Bình sai riêng rẽ từng mạng lưới và ghép nối ................................................................................ 66
3.1.3. Triển khai thực tế mơ hình tốn học của bài tốn bình sai ghép nối ............................................. 67
3.2. Nghiên cứu phƣơng pháp bình sai ghép nối mạng lƣới GNSS quốc gia phủ trùm vào hệ quy chiếu
tọa độ không gian quốc gia....................................................................................................................... 73
3.2.1. Bình sai riêng rẽ mạng lưới GNSS quốc gia phủ trùm trong ITRF tương ứng với ellipsoid quy
chiếu quốc tế............................................................................................................................................. 73
3.2.2. Bình sai ghép nối mạng lưới GNSS quốc gia phủ trùm vào hệ quy chiếu tọa độ không gian
quốc gia .................................................................................................................................................... 78
3.3. Phát triển hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc gia .......................................................................... 82
3.3.1. Phát triển hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc gia trong trường hợp bổ sung các điểm cơ sở
trắc địa mới .............................................................................................................................................. 83
3.3.2. Các biện pháp nâng cao hiệu quả khai thác sử dụng hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc gia ... 84
3.4. Kết luận chƣơng 3 ............................................................................................................................. 86
Chƣơng 4. THỰC NGHIỆM .................................................................................................................... 87
4.1. Khái quát chung về số liệu thực nghiệm ........................................................................................... 87
4.1.1. Mơ hình quasigeoid ........................................................................................................................ 87
4.1.2. Mạng lưới cơ sở của các điểm địa động lực Miền Bắc .................................................................. 88
4.2. Thực nghiệm đánh giá một số mơ hình quasigeoid quốc gia ở Việt Nam ........................................ 90
4.2.1. Thực nghiệm đánh giá mơ hình quasigeoid hỗn hợp VIGAC2014 ................................................. 90
4.2.2. Thực nghiệm đánh giá mơ hình quasigeoid quốc gia khởi đầu VIGAC2017 ................................. 95
4.3. Thực nghiệm bình sai ghép nối mạng lƣới GNSS quốc gia phủ trùm vào hệ quy chiếu tọa độ không
gian quốc gia ............................................................................................................................................ 98
4.4. Thực nghiệm phát triển hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc gia trong trƣờng hợp bổ sung các
điểm cơ sở trắc địa mới .......................................................................................................................... 103
4.4.1. Bình sai tổng thể mạng lưới ......................................................................................................... 105
4.4.2. Bình sai một phần của mạng lưới ................................................................................................. 106
4.4.3. Bình sai bổ sung trị đo làm thay đổi ẩn số ................................................................................... 107

4.5. Kết luận chƣơng 4 ........................................................................................................................... 108
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................................................ 109
A. Kết luận ............................................................................................................................................. 109
B. Kiến nghị ........................................................................................................................................... 110
CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ ............................................................................... 111
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................................................... 113

iii


PHỤ LỤC ............................................................................................................................................... 126
Phụ luc 1. Đánh giá kết quả xây dựng mơ hình quasigeoid ................................................................... 126
Phục lục 2. Một số kết quả tính tốn thực nghiệm việc bình sai ghép nối mạng lƣới GNSS quốc gia phủ
trùm vào hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc gia ................................................................................ 136
Phục lục 3. Một số kết quả tính tốn thực nghiệm việc phát triển hệ quy chiếu tọa độ không gian
quốc gia khi bổ sung điểm cơ sở trắc địa không gian quốc gia mới....................................................... 148
PHỤ LỤC 4. Mã code một số Module tính tốn bằng ngơn ngữ lập trình............................................. 201

iv


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BẰNG TIẾNG NƢỚC NGOÀI
Ký hiệu
viết tắt
AUSPOS
ATRF

BIH

CACS

CBN
CBN
CGVD2013
CGVD28
CGCS2000

CGG2013
CSRS
CORS
CIO
CTP
CTS
DGNSS
DSMM
DTM
EGM
EGM96

Viết đầy đủ
Giải thích
bằng tiếng nƣớc ngồi
bằng tiếng Việt
A
Online GPS Processing Service - Geoscience Dịch vụ xử lý số liệu GNSS
Australia
trực tuyến của Australia
Australian Terrestrial Reference Frame
Khung quy chiếu Trái đất
(của Australia)
B

Bureau
International
de
I’Heure Cơ quan giờ quốc tế
(International Time Bureau)
C
Canadian Active Control System
Hệ thống khống chế tích cực
Canada
Canadian Base Network
Mạng lƣới cơ sở Canada
Cooperative Base Network
Mạng lƣới trắc địa cơ sở
phối hợp (ở Mỹ).
Canadian Geodetic Vertical Datum of 2013
Hệ quy chiếu độ cao trắc địa
của Canada năm 2013
Canadian Geodetic Vertical Datum of 1928
Hệ quy chiếu độ cao trắc địa
của Canada năm 1928
Chinese geodetic coordinate system 2000
Hệ tọa độ trắc địa Trung
Quốc 2000
Canadian Gravimetric Geoid model of 2013
Canadian Spatial Reference System
Continuously Operating Reference Station

Mơ hình geoid trọng lực năm
2013 của Canada
Hệ thống quy chiếu không

gian Canada
Trạm tham chiếu hoạt động
liên tục
Gốc quy ƣớc quốc tế
Cực quy ƣớc Trái đất
Hệ thống trái đất quy ƣớc

Conventional International Origin
Conventional Terrestrial Pole
Conventional Terrestrial System
D
Differential GNSS
GNSS vi phân
The Department of Survey and Mapping Cục Đo đạc và Bản đồ
Malaysia
Malaysia
Digital Topographic Model
Mơ hình số địa hình
E
Earth Gravitational Model
Mơ hình trọng trƣờng tồn
cầu
Earth Gravitational Model 1996
Mơ hình trọng trƣờng tồn
cầu cơng bố năm 1996

v


EGM2008

EGG97
ETRS89
EUREF

Earth Gravitational Model 2008
European geoid model 1997
European Terrestrial Reference System 1989
EUropean Reference Earth Frame

EPOCH
EPN

FAA
FAGN
FBN
FGCS

GCG2016
GCRC
GDA1994
GDA2020
GDM2000
GNSS

GOCE
GPS
GLONASS
GSI
GSRS

EUREF Permanent Network
F
Federal Aviation Administration
Fiducial Astronomo-Geodetic Network
Federal Base Network
Federal Geodetic Control Committe
G
Germany Combined Quasigeoid of 2016
Global Coordinate Reference System
Geocentric Datum of Australia 1994
Geocentric Datum of Australia 2020
Geocentric Datum for Malaysia 2000
Global Navigation Satellite System
Gravity field and steady-state Ocean
Circulation Explorer

Global Positioning Sytems
GLObal Navigation Satellite Sytems
Geospatial information Authority of Japan
Global Spatial Reference System

vi

Mơ hình trọng trƣờng tồn
cầu cơng bố năm 2008
Mơ hình geoid của Châu Âu
1997
Hệ thống tham chiếu mặt đất
của Châu Âu năm 1989
Khung tham chiếu mặt đất

của Châu Âu
Thời điểm chuẩn
Mạng lƣới thƣờng trực ở
Châu Âu
Cục quản lý hàng không liên
bang
Mạng lƣới thiên văn – trắc
địa truyền thống (của Nga)
Mạng lƣới trắc địa liên bang
(ở Mỹ)
Ủy ban kiểm sốt trắc địa
liên bang (ở Mỹ)
Mơ hình quasigeoid hỗn hợp
của Đức năm 2016
Hệ quy chiếu tọa độ toàn cầu
Hệ tọa độ trắc địa Australia
năm 1994
Hệ tọa độ trắc địa Australia
năm 2020
Hệ tọa độ trắc địa Malaysia
năm 2000
Hệ thống vệ tinh dẫn đƣờng
toàn cầu
Dự án vệ tinh nghiên cứu
trọng trƣờng Trái Đất của
Trung tâm điều hành vũ trụ
châu Âu.
Hệ thống định vị toàn cầu
Hệ thống vệ tinh định vị toàn
cầu

Cơ quan thông tin địa không
gian của Nhật Bản
Hệ quy chiếu khơng gian
tồn cầu


GRS80
IAG
ICSM
ITRF
IHO
IGSN71
IGS
ISG
ISO
IGAC
IRP
IERS
ITRF
ITRS

JGD2000
JGD2011
JPL

KGD2000
LLR
LIS
MDT
MSS

Geodetic Reference System 1980
I
International Association of Geodesy
The Intergovernmental Committee
Surveying and Mapping

Hệ thống tham chiếu trắc địa
1980

Hiệp hội Trắc địa quốc tế
on Ủy ban liên chính phủ về
Trắc địa - Bản đồ (của
Australia)
International Terrestrial Reference Frame
Khung tham chiếu mặt đất
toàn cầu
International Hydrographic Organization
Tổ chức thủy văn quốc tế
International Gravity Standardization Net Mạng lƣới trọng lực quốc tế
1971
1971
International GNSS Service
Tổ chức dịch vụ GNSS quốc tế
International Service for the Geoid
Cơ quan quốc tế về dịch vụ
geoid
International
Organization
for Tổ chức Quốc tế về Tiêu chuẩn

Standardization
Instituto Geográfico Agustín Codazzi
Viện Địa lý quốc gia của
Colombia
IERS Reference Pole
Cực quy chiếu theo IERS
International Earth Rotation and Reference Tổ chức dịch vụ hệ thống
Systems Service
tham chiếu và quay Trái Đất
Quốc tế
International Terrestrial Reference Frame
Khung tham chiếu Trái Đất
quốc tế
International Terrestrial Reference System
Hệ thống tham chiếu Trái
Đất quốc tế
J
The Japanese geodetic datum 2000
Hệ tọa độ trắc địa của Nhật
Bản năm 2000
The Japanese Geodetic Datum 2011
Hệ tọa độ trắc địa của Nhật
Bản năm 2011
Jet Propulsion Laboratory
Phịng thí nghiệm động cơ
phản lực của NASA
K
National Geodetic Datum 2000 in Korea
Hệ tọa độ Trắc địa quốc gia
của Hàn Quốc năm 2000

L
Lunar Laser Ranging
Đo laze đến Mặt Trăng
Land Information System
Hệ thống thông tin đất đai
M
Mean Dynamic Topography
Mơ hình động lực trung bình
bề mặt tự nhiên biển
Mean Sea Surface
Bề mặt biển trung bình

vii


NAD27
NAD83
NAVD88
NGS
NGRS
NSRS
NSGN
NRTK
NZGD49
NZGD2000

OSGM02
OSTN
OS Net
OPUS

N
North American Datum of 1927
North American Datum of 1983
North American Vertical Datum of 1988
National Geodetic Survey
National Geodetic Reference System
National Spatial Reference System
National Satellite Geodetic Network
Network Real Time Kinematic
New Zealand Geodetic Datum 1949
New Zealand Geodetic Datum 2000
O
Ordnance Survey Geoid Model 2002
Ordnance Survey Triangulation Network
Ordnance Survay Network
Online Positioning User Service

Hệ quy chiếu quốc gia Bắc
Mỹ năm 1927
Hệ quy chiếu quốc gia Bắc
Mỹ năm 1983
Hệ độ cao quốc gia Bắc Mỹ
năm 1988
Cơ quan khảo sát trắc địa
quốc gia của Mỹ
Hệ thống quy chiếu trắc địa
quốc gia truyền thống của Mỹ
Hệ thống tham chiếu không
gian quốc gia của Mỹ

Mạng lƣới trắc địa vệ tinh
quốc gia (của Nga)
Mạng lƣới đo đạc thời gian
thực
Hệ quy chiếu trắc địa của
New Zealand năm 1949
Hệ quy chiếu trắc địa của
New Zealand năm 2000
Mơ hình geoid của nƣớc Anh
năm 2002
Mạng lƣới tam giác trắc địa
của nƣớc Anh
Hệ tọa độ không gian địa
tâm của nƣớc Anh
Dịch vụ ngƣời sử dụng định
vị trực tuyến (của Mỹ)

P
PND94
PZ-90.11
PGN

Papua New Guinea’s Geodetic Datum 1994
Parametry Zemli 1990
Precise Geodetic Network

Hệ tọa độ không gian địa
tâm của Papua New Guinea
Hệ tọa độ trắc địa sử dụng
cho hệ thống vệ tinh

GLONASS của Nga.
Mạng lƣới trắc địa chính xác
(của Nga).

S
SLR
SIRGAS
SGN-1

Satellite Laser Ranging
Đo Laze đến vệ tinh
Sistema de Referencia Geocéntrico para las Hệ thống tham chiếu trắc địa
Américas
các nƣớc Nam Mỹ
First-Order Satellite Geodetic Network
mạng lƣới trắc địa vệ tinh
hạng 1 (của Nga)

viii


T
TRF

Khung quy chiếu Trái Đất

Terrestrial Reference Frame
U

USGG2012

USCG
USACE
USGS
UTM

The USA gravimetric geoid
Gravimetric Geoid) model
U.S. Coast Guard
U.S. Army Corps of Engineers
U.S. Geological Survey
Universiti Teknologi Malaysia

(U.S. Mơ hình geoid trọng lực của
Mỹ
Lực lƣợng Cảnh sát biển Hoa Kỳ
Lực lƣợng Quân đội Hoa Kỳ
Cơ quan Khảo sát Địa chất
Hoa Kỳ
trƣờng Đại học công nghệ
Malaysia

V
VLBI
VIGAC2014

VIGAC2017

WGS84

Vietnam institute of geodesy and cartography Mơ hình quasigeoid hỗn hợp

of 2014
2014 do Viện Khoa học Đo đạc
– Bản đồ xây dựng năm 2014
Vietnam institute of geodesy and cartography Mơ hình quasigeoid quốc gia
of 2017
khởi đầu 2017 do Viện Khoa
học Đo đạc – Bản đồ xây
dựng năm 2017
W
World Geodetic System 1984
Hệ thống trắc địa toàn cầu 1984

ix


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BẰNG TIẾNG VIỆT
Ký hiệu
viết tắt

Viết đầy đủ
bằng tiếng Việt
C

CSDL
HQCTĐKGQG
HP72

VN2000

Cơ sở dữ liệu

H
Hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc gia
(National Spatial Coordinate Refecene System)
Hệ thống độ cao chuẩn quốc gia Việt Nam –
Hải Phòng 1972
V
Hệ quy chiếu và hệ thống điểm tọa độ quốc gia
Việt Nam công bố năm 2000

x


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Hệ quy chiếu tọa độ khơng gian quốc gia và mơ hình geoid tƣơng ứng ................. 32
Bảng 2.1. Độ chính xác đo đạc mạng lƣới Thiên văn- trắc địa quốc gia ................................. 39
Bảng 2.2. Kết quả bình sai mạng lƣới thiên văn - trắc địa quốc gia trong hệ tọa độ VN2000 ...... 39

Bảng 2.3. Số lƣợng các trạm GNSS CORS quốc gia và GNSS quốc gia phủ trùm ở các nƣớc ...... 49
Bảng 2.3a. Độ chính xác của các cấp lƣới trắc địa quốc gia..................................................................53
Bảng 2.4. Thế trọng trƣờng thực của mặt geoid cục bộ ở một số quốc gia trên thế giới......... 54
Bảng 2.5. Đánh giá sai số tƣơng đối

mH
theo các giá trị m ............................................... 56
R

Bảng 4.1. Kết quả đánh giá độ chính xác của mơ hình quasigeoid hỗn hợp VIGAC2014
dựa trên 75 điểm độ cao hạng II Nhà nƣớc .............................................................................. 89
Bảng 4.1a. Hiệu chỉnh sai số hệ thống cho dãy trị đo…………………………………… 94
Bảng 4.2. Kết quả đánh giá độ chính xác của mơ hình quasigeoid quốc gia khởi đầu

VIGAC2017 dựa trên 25 điểm độ cao hạng I .......................................................................... 96
Bảng 4.3. Tọa độ trắc địa của các điểm song trùng trong VN2000-3D tƣơng ứng với
ellipsoid WGS84 quy chiếu quốc gia ....................................................................................... 98
Bảng 4.4. Tọa độ các điểm trong ITRF tƣơng ứng với ellipsoid WGS84 quy chiếu quốc
tế (ký hiệu là vectơ  ) ............................................................................................................. 98
Bảng 4.5. Tọa độ không gian (X, Y, Z) của 05 điểm song trùng trong VN2000-3D .......... 99
Bảng 4.6. Tọa độ các điểm của mạng lƣới chuyển từ ITRF về VN2000-3D (vectơ



) ......... 99

Bảng 4.7. Kết quả bình sai ghép nối mạng lƣới GNSS quốc gia phủ trùm vào
HQCTĐKGQG....................................................................................................................... 101
Bảng 4.7a. Hiệu chỉnh tọa độ các điểm trong VN2000-3D về VN2000-2D ......................... 102
Bảng 4.8. Tọa độ gốc của mạng lƣới ..................................................................................... 103
Bảng 4.9. Kết quả xử lý cạnh và ma trận tƣơng quan............................................................ 104
Bảng 4.10. Nghiệm và tọa độ sau bình sai tổng thể mạng lƣới ............................................. 105
Bảng 4.11. Nghiệm và tọa độ sau bình sai một phần mạng lƣới ........................................... 106
Bảng 4.12. Nghiệm và tọa độ sau bình sai khi bổ sung trị đo làm thay đổi ẩn số ................. 107
Bảng 4.13. So sánh tọa độ điểm tính bổ sung trong hai trƣờng hợp ...................................... 108

xi


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Mơ hình geoid USGG2012 của Mỹ......................................................................... 21
Hình 1.2. Bản đồ phân bố các trạm CORS của nƣớc Mỹ ........................................................ 22
Hình 1.3. Dịch vụ OPUS (Online Positioning User Service) của Mỹ ..................................... 22
Hình 1.4. Mạng lƣới thiên văn – trắc địa quốc gia của Nga .................................................... 24

Hình 1.5. Sơ đồ sự phát triển của hệ thống quy chiếu khơng gian Canada ............................ 25
Hình 1.6. Dịch vụ xử lý số liệu GNSS (PPP) trực tuyến của trên hệ thống thơng tin trắc
địa quốc gia Canada ................................................................................................................. 25
Hình 1.7. Bản đồ phân bố các trạm CORS của Châu Âu ........................................................ 26
Hình 1.8. Cấu trúc hệ tọa độ khơng gian địa tâm OS Net của nƣớc Anh ................................ 27
Hình 1.9. Bản đồ phân bố các trạm CORS ở Vƣơng quốc Anh .............................................. 28
Hình 1.10. Phạm vi bao phủ của GDA2020 tại Australia (vùng màu xanh đậm) .................. 29
Hình 1.11. Bản đồ mạng lƣới CORS net - NSW của Australia tại thời điểm tháng 2/2017 .......... 30
Hình 3.1. Mạng lƣới trắc địa đƣợc chia thành các khu đo....................................................... 64
Hình 4.1. Vị trí các điểm đo thuộc mạng lƣới đƣợc đƣa lên Google Earth ............................. 89
Hình 4.2. Mạng lƣới thực nghiệm ........................................................................................... 89

xii


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc gia (HQCTĐKGQG) đƣợc sử dụng để xác
định vị trí của các đối tƣợng nằm trền bề mặt vật lý Trái Đất và trên mặt địa hình đáy
biển. Do sự ràng buộc chặt chẽ về mặt tốn học giữa tọa độ khơng gian (X, Y, Z) và
tọa độ trắc địa (B, L, H) tại mỗi vị trí nên khi nói đến HQCTĐKGQG chúng ta bao
hàm cả tọa độ trắc địa quốc gia (B, L) và độ cao trắc địa quốc gia H của điểm cần xác
định. Mặt khác, do độ cao trắc địa bằng tổng của độ cao chuẩn quốc gia và dị thƣờng
độ cao quốc gia, nên HQCTĐKGQG đƣợc xây dựng để thống nhất hệ tọa độ mặt bằng
quốc gia và hệ độ cao quốc gia trong một hệ thống quy chiếu tọa độ không gian quốc
gia thống nhất khi đã xây dựng đƣợc mô hình quasigeoid quốc gia độ chính xác cao.
Việc thống nhất này sẽ bảo đảm cho các mục đích nâng cao độ chính xác tọa độ mặt
bằng của các điểm trắc địa quốc gia trong VN2000 và xây dựng mơ hình quasigeoid
độ chính xác cao trên cơ sở sử dụng đồng bộ dữ liệu độ cao chuẩn quốc gia, trọng lực
và vệ tinh, đồng thời tạo cơ sở cho việc ứng dụng triệt để các ƣu thế của công nghệ

GNSS phục vụ mục đích chuyên ngành. Nhƣ vậy, xây dựng và phát triển
HQCTĐKGQG phù hợp với yêu cầu và xu thế phát triển của kỷ nguyên ứng dụng
công nghệ GNSS trên cơ sở sử dụng các thành tựu khoa học - cơng nghệ mới nhất của
ITRF; các mơ hình trọng trƣờng Trái Đất EGM và mơ hình địa hình động lực trung
bình MDT;.v.v
Tiền đề then chốt để xây dựng HQCTĐKGQG là xây dựng mơ hình quasigeoid
quốc gia độ chính xác cao trên toàn bộ lãnh thổ quốc gia nhằm nhận đƣợc độ cao trắc
địa quốc gia H  H    độ chính xác cao của điểm cần quan tâm, ở đây H  - độ cao
chuẩn quốc gia của điểm,  - độ cao quasigeoid quốc gia (dị thƣờng độ cao) của
điểm. Khi đã xây dựng đƣợc mơ hình quasigeoid quốc gia độ chính xác cao, tại điểm
có các tọa độ trắc địa (B, L) trong hệ quy chiếu tọa độ quốc gia VN2000 và độ cao
chuẩn H  , chúng ta sẽ xác định đƣợc các tọa độ trắc địa (B, L, H) hoặc các tọa độ
không gian (X, Y, Z) của điểm trong HQCTĐKGQG. Ngƣợc lại, tại điểm đã biết các
tọa độ trắc địa (B, L, H) trong HQCTĐKGQG, thêm vào đó các tọa độ trắc địa (B, L,
H) thƣờng đƣợc xác định bằng công nghệ GNSS sau khi chuyển từ ITRF về VN2000
nhờ 07 tham số chuyển tọa độ theo mơ hình Bursa – Wolf, chúng ta đơn giản xác định
độ cao chuẩn quốc gia H  của điểm. Đây là xu hƣớng hiện đại đang đƣợc phát triển
nhằm thay thế phƣơng pháp đo đạc thủy chuẩn truyền thống. Với sự phát triển mạnh
mẽ của công nghệ GNSS và việc xây dựng các mơ hình geoid/quasigeoid độ chính xác
cao, các quốc gia đã và đang xây dựng cho mình các HQCTĐKGQG.
1


Kỷ nguyên mới của công nghệ GNSS đƣợc mở ra vào tháng 8/1989 tại Edinburgh
(Vƣơng quốc Anh) với sự ra đời của tổ chức dịch vụ GNSS cho địa động lực (IGS).
Cùng với các mạng lƣới VLBI, SLR, LLR, DORIS, mạng lƣới các trạm đo GNSS
thƣờng trực của tổ chức IGS đảm bảo thực hiện các nhiệm vụ cơ bản nhƣ xác định các
tham số định vị Trái Đất nhƣ giờ toàn thế giới UT1, các tọa độ X P , YP của CEP
(Celestial Ephemeris Pole – cực lịch sao) so với IRP (cực quy chiếu IERS), chƣơng
động và tuế sai đảm bảo việc chuyển tọa độ của các vệ tinh từ khung quy chiếu sao

quốc tế (ICRF) về khung quy chiếu Trái Đất quốc tế ITRF, định vị gốc của ITRF chính
xác vào tâm vật chất Trái Đất khi tính đến sự dịch chuyển của tâm vật chất Trái Đất
với tốc độ 1 mm/1 năm, xác định tọa độ chính xác của các trạm IGS trong ITRF, xác
định lịch vệ tinh chính xác, nghiên cứu địa động lực của vỏ Trái Đất v..v.
Năm 1987, Tiểu ban 1.3a (hiện nay có tên gọi là Tổ chức Khung quy chiếu Châu
Âu - EUREF) của Hội Trắc địa quốc tế IAG đã quyết định phát triển Hệ quy chiếu
Trái Đất Châu Âu ETRS89 dựa trên ellipsoid GRS80 và công nghệ GPS (Ihde J.,
Bruyninx C., 2008). Hệ tọa độ không gian địa tâm OS Net của nƣớc Anh dựa trên mơ
hình geoid OSGM02, liên kết với ETRS89 nhờ việc kết nối các mạng lƣới tam giác
OSTN của Vƣơng quốc Anh với Hệ quy chiếu Trái Đất Châu Âu ETRS89 vào năm
2002 (Ordnance Survey. A Guide to coordinate system in Geat Britain. D00659, V.
2.0, Aug. 2010). Canada đã xây dựng Hệ quy chiếu không gian Canada CSRS dựa trên
NAD-83 và mơ hình geoid CGG2013 (Véronneau M., 2010). Hệ quy chiếu địa tâm
Nam Mỹ SIRGAS là dự án của các nƣớc Nam Mỹ, Trung Mỹ và Bắc Mỹ phối hợp với
các Viện khoa học quốc tế để xây dựng Khung quy chiếu địa tâm tại khu vực này
(Fortes P., Lauría E., Brunini C., Amaya W., Sánchez L., Drewes H., Seemuller W.,
2006b). Hệ tọa độ quốc gia Bắc Mỹ - NAD83 là Hệ tọa độ không gian địa tâm đƣợc
xây dựng vào năm 1983 dựa trên các mơ hình geoid hỗn hợp (GEOID96,
GEOID03,.v.v); các mơ hình geoid trọng lực (USGG2012, G99SSS, CARIB97,
MEXICO97, GEOID90,.v.v.) và ellipsoid GRS80 (Shields R., 2010).
Việc phát triển công nghệ GNSS trong phạm vi một quốc gia địi hỏi phải có nhiều
giải pháp đồng bộ mang tính pháp lý và khoa học - kỹ thuật đảm bảo cho việc phát
triển các mạng lƣới GNSS ở các cấp hạng khác nhau. Ví dụ ở nƣớc Mỹ để đảm bảo
việc phát triển các mạng lƣới trắc địa dựa trên cả công nghệ GNSS lẫn công nghệ
truyền thống, vào năm 1984 Ủy ban kiểm soát Trắc địa Liên bang (FGCC) đã ban
hành Các Tiêu chuẩn và Các quy định kỹ thuật đối với các mạng lƣới khống chế trắc
địa FGCC1984 và vào năm 1988, Ủy ban Khống chế Trắc địa Liên bang đã ban hành
Các Tiêu chuẩn độ chính xác trắc địa hình học và Các quy định kỹ thuật đối với việc
2

sử dụng các kỹ thuật định vị tƣơng đối GPS (FGCC1988). Việc xây dựng các tiêu
chuẩn quốc gia về các mạng lƣới trắc địa là nhiệm vụ của cơ quan quản lý nhà nƣớc về
đo đạc và bản đồ ở mỗi quốc gia.
Hơn 2 thập kỷ qua chúng ta đã chứng kiến sự phát triển vƣợt bậc của công nghệ
GNSS CORS. Các quốc gia là các thành viên của các tổ chức IGS nhƣ Mỹ, Canada,
Australia, Anh, Đức, Pháp v..v sử dụng các trạm CORS quốc gia có liên kết chặt chẽ
với mạng lƣới IGS để thực hiện các nhiệm vụ cơ bản đã nêu ở trên của tổ chức IGS,
đặc biệt các trạm CORS đƣợc bố trí trên mỗi mảng kiến tạo đƣợc sử dụng để xác định
03 góc Euler đặc trƣng cho sự dịch chuyển của mảng kiến tạo phục vụ việc xây dựng
mơ hình kiến tạo mảng. Về phần mình, mơ hình kiến tạo mảng đƣợc sử dụng để hiệu
chỉnh ITRF/ETRS89 do sự chuyển dịch của các mảng kiến tạo sau mỗi giai đoạn xác
định. Chính vì lý do này các quốc gia nêu trên đã và đang xây dựng HQCTĐKGQG
hồn tồn tƣơng thích với ITRF/ETRS89.
Các quốc gia khác, trong đó có Việt Nam, đã xây dựng hệ quy chiếu tọa độ phẳng
quốc gia dựa trên việc định vị ellipsoid quy chiếu quốc gia sát nhất với mặt
geoid/quasigeoid quốc gia nhờ các dữ liệu GNSS và các độ cao chính/chuẩn trên các
điểm tham gia định vị, thêm vào đó các trục tọa độ của ellipsoid quy chiếu quốc gia
phải song song với các trục tọa độ tƣơng ứng của ITRF/ETRS89. Đối với các quốc gia
này, HQCTĐKGQG không tƣơng thích với ITRF/ETRS89, mà liên kết với
ITRF/ETRS89 thơng qua 07 tham số chuyển tọa độ của mơ hình Bursa - Wolf. Nếu
các quốc gia này có các trạm CORS tham gia mạng lƣới IGS, nhƣng không tham gia
xử lý các dữ liệu GNSS để giải quyết các nhiệm vụ cơ bản của tổ chức IGS, thì các
quốc gia đó chỉ có thể sử dụng các dịch vụ của tổ chức IGS để phát triển các mạng
lƣới GNSS quốc gia độ chính xác cao. Các đặc điểm nêu trên phù hợp với hoàn cảnh
của Việt Nam và đƣợc nghiên cứu trong Luận án này.
Mạng lƣới các trạm CORS quốc gia còn đƣợc sử dụng để nghiên cứu dự báo thời
tiết (Bevis, M., Businger, S., Herring, T.A., Rocken, C., Anthes, A., and Ware, R.,
1992) và phát triển mạng lƣới NRTK phục vụ các công tác đo đạc theo các phƣơng
pháp VRS, RTK v..v (GNSS Solutions: Network RTK and Reference Station

Configuration). Vấn đề này không phải là nội dung nghiên cứu của Luận án này.
Trong quá trình xây dựng HQCTĐKGQG, một trong nhƣng nhiệm vụ khoa học kỹ thuật quan trọng cần thực hiện là kết hợp mạng lƣới GNSS với các mạng lƣới
3


khống chế mặt bằng và độ cao quốc gia. Trong thực tế xây dựng các mạng lƣới khống
chế mặt bằng và độ cao quốc gia theo các phƣơng pháp truyền thống, các mạng lƣới
này tách rời nhau. Mặt khác để đảm bảo lƣu giữ các điểm trắc địa mặt bằng và độ cao
lâu dài trên thực địa, các điểm trắc địa này đƣợc xây dựng rất kiên cố trên thực địa.
Các điểm khống chế mặt bằng chỉ đảm bảo sự thông hƣớng giữa các điểm, nhƣng
nhiều điểm không đảm bảo sự thơng thống bầu trời để đo GNSS. Các điểm khống chế
độ cao chỉ phát triển dọc theo các đƣờng giao thông, các tuyến đƣờng sắt v..v, nhƣng
hầu nhƣ không bố trí đƣợc trên các vùng núi cao hiểm trở. Do đó, ở các nƣớc nhƣ Mỹ,
Canada, Anh, Australia v.v. đã phát triển mạng lƣới GNSS thụ động (passive GNSS
network), trong Luận án này gọi là mạng lƣới GNSS quốc gia phủ trùm, dựa trên các
điểm khống chế mặt bằng và độ cao với điều kiện các điểm khống chế nêu trên đƣợc
chọn làm các điểm GNSS phải thỏa mãn ba tiêu chí sau:
- Đảm bảo việc thu nhận tín hiệu của khơng ít hơn 05 vệ tinh GNSS;
- Các điểm phải đƣợc xây dựng tại vị trí có nền địa chất ổn định;
- Thuận tiện cho việc tìm kiếm và tiếp cận.
Nhƣ vậy, các điểm khống chế độ cao và mặt bằng quốc gia hạng I, II cùng một số
trạm CORS tạo nên mạng lƣới GNSS quốc gia phủ trùm. Mật độ trung bình giữa các
điểm GNSS trong mạng lƣới GNSS quốc gia phủ trùm nằm trong khoảng 20 - 100 km/
1 điểm. Mạng lƣới GNSS thụ động ở nƣớc Mỹ là mạng lƣới quy chiếu độ chính xác
cao (HARN - High Accuracy Reference Networks) (Doyle, D. R., 2000), ở Canada là
mạng lƣới khống chế thụ động (PCN - Passive Control Networks) (Technical Support
NAD83 (CSRS), 2016), ở Australia là mạng lƣới GNSS Auscope (AGN - Auscope
GNSS Network) (Janssen, V., 2017). Các mạng lƣới GNSS quốc gia phủ trùm đƣợc
phát triển từ các trạm CORS quốc gia có liên kết với mạng lƣới IGS hoặc từ các trạm
IGS khu vực. Bản thân các tọa độ phẳng và độ cao đƣợc xác định theo các phƣơng

pháp truyền thống có độ chính xác khơng cao, ví dụ ở nƣớc Mỹ các độ chính xác của
tọa độ phẳng trong NAD83 (gốc) và độ cao trong NAVD88 đều nằm ở mức mét
(Martin, D., 2011). Ở Việt Nam, theo tài liệu (Tổng cục Địa chính, 1999, trang 141),
đối với mạng lƣới thiên văn - trắc địa hạng I, II quốc gia đƣợc bình sai với các trị đo
trong mạng lƣới GPS cấp 0 trong hệ tọa độ phẳng VN2000, sai số vị trí mặt bằng lớn
nhất đạt ở mức ± 0.290 m. Đối với các nƣớc xây dựng hệ quy chiếu không gian quốc
gia liên kết với ITRF/ETRS89 thông qua 07 tham số chuyển đổi tọa độ theo mơ hình
4


Bursa - Wolf, nhiệm vụ quan trọng nhất của mạng lƣới GNSS quốc gia phủ trùm là
xác định các tọa độ trắc địa (hoặc tọa độ phẳng) và độ cao độ chính xác cao ở mức cm
trong hệ tọa độ phẳng quốc gia và hệ độ cao quốc gia thông qua việc giải quyết bài
tốn bình sai ghép nối mạng lƣới GNSS vào hệ tọa độ không gian quốc gia. Nhiệm vụ
này tạo nên các mục đích và các nội dung nghiên cứu của Luận án này.
Hệ tọa độ quốc gia Việt Nam VN2000 đƣợc công bố năm 2000 là một thành quả
khoa học công nghệ rất đáng trân trọng của ngành Đo đạc Bản đồ Việt Nam trong
những năm đầu của kỷ nguyên ứng dụng công nghệ GPS. Hệ tọa độ VN2000 đƣợc xây
dựng dựa trên các mạng lƣới thiên văn - trắc địa hạng I, II; mạng lƣới GPS cấp 0; các
mạng lƣới độ cao hạng I, II quốc gia và mơ hình geoid địa phƣơng. Hệ tọa độ VN2000
kết hợp với Hệ độ cao Hải Phòng 1972 (HP72) đƣợc ứng dụng hiệu quả trong công tác
đo đạc, thành lập hệ thống CSDL và bản đồ quốc gia phục vụ đắc lực cho sự phát triển
kinh tế xã hội, bảo đảm quốc phòng - an ninh và nghiên cứu khoa học. Tuy nhiên,
VN2000 cịn có một số hạn chế sau:
- Sử dụng mơ hình geoid với độ chính xác khơng cao. Theo đánh giá trong (Tổng
cục Địa chính, 1999) về Báo cáo Xây dựng Hệ quy chiếu và Hệ thống điểm tọa độ quốc
gia, mơ hình geoid VNGeo-96 đƣợc xây dựng dựa trên mơ hình EGM-96 và làm khớp
bằng 367 điểm GPS có đo thủy chuẩn theo phƣơng pháp phần dƣ (VnGeo-96R) và
phƣơng pháp sóng (VnGeo-96U) với độ chính xác xác định dị thƣờng độ cao đạt 1.5m.
- Đo đạc, tính tốn các mạng lƣới GPS nói chung và mạng lƣới GPS cấp 0 nói

riêng chƣa đảm bảo độ chính xác tƣơng đối của các tọa độ khơng gian phải ở mức 10-9
theo quy định quốc tế (Augath W., Ihde J., 2002; Ihde J. , 2004).
- Khơng có mối liên hệ chặt chẽ với ITRF nên hạn chế trong việc ứng dụng công
nghệ GNSS. Mối liên kết giữa hệ tọa độ quốc tế ITRF và hệ tọa độ quốc gia VN2000
đƣợc xác định bằng 07 tham số chuyển đổi theo mơ hình Bursa - Wolf. Tuy nhiên,
việc sử dụng giá trị của 07 tham số chuyển đổi tọa độ đƣợc Bộ Tài nguyên và Môi
trƣờng công bố năm 2007 trong tài liệu (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2007) cho
thấy, từ tọa độ không gian trong ITRF, chúng ta không nhận đƣợc tọa độ không gian
quốc gia độ chính xác cao.
- Ngồi ra, do VN2000 là hệ thống tọa độ 2D (tĩnh) nên rất khó khăn trong việc
khai thác sử dụng các thành quả khoa học công nghệ tiên tiến của thế giới để giải
quyết các bài toán khoa học kỹ thuật chuyên ngành, đặc biệt là các bài toán thuộc lĩnh
5


vực Các Khoa học về Trái Đất và dẫn đƣờng độ chính xác cao cho các đối tƣợng hoạt
động trong khơng gian ngồi Trái Đất hay trong lịng biển và đại dƣơng, v.v.
HQCTĐKGQG sẽ khắc phục đƣợc tất cả các hạn chế nêu trên của VN2000. Tuy
nhiên, để xây dựng đƣơc HQCTĐKGQG, cần thiết phải thực hiện một số nhiệm vụ
khoa học quan trọng sau đây:
- Xây dựng mơ hình quasigeoid độ chính xác cao phủ trùm lãnh thổ (cả trên đất
liền và trên biển) dựa trên các mơ hình trọng trƣờng Trái Đất tồn cầu EGM, mơ hình
địa hình động lực trung bình MDT, dữ liệu độ cao chuẩn hạng I, II quốc gia và dữ liệu
đo trọng lực chi tiết trên phạm vi lãnh thổ quốc gia;
- Xây dựng mạng lƣới GNSS quốc gia phủ trùm độ chính xác cao và bình sai ghép nối
vào HQCTĐKGQG tạo cơ sở liên kết với ITRF, đồng thời góp phần nâng cao độ chính xác
của mơ hình quasigeoid quốc gia và bảo trì các mạng lƣới trắc địa quốc gia (mạng lƣới thiên
văn - trắc địa hạng I, II quốc gia và mạng lƣới độ cao hạng I, II quốc gia); v.v.
- Phát triển mở rộng mạng lƣới GNSS quốc gia phủ trùm khi bổ sung các điểm
trắc địa cơ sở không gian quốc gia mới nhằm nâng cao hiệu quả khai thác sử dụng

HQCTĐKGQG nhƣng không làm thay đổi tọa độ các điểm của mạng lƣới gốc. v.v.
Các nội dung nghiên cứu của luận án nhằm luận giải một số nhiệm vụ khoa học
nêu trên.
Xây dựng HQCTĐKGQG là xu hƣớng phát triển hiện đại hiện nay và là nhiệm vụ
quan trọng, rất cần thiết, cấp bách, rất nặng nề nhƣng cũng rất vinh quang của ngành Đo
đạc và Bản đồ Việt Nam trong thời gian tới. Với hạ tầng cơ sở dữ liệu trắc địa của nƣớc ta
hiện nay, để xây dựng đƣợc HQCTĐKGQG đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật hiện đại trong
tƣơng lai gần, sẽ cần rất nhiều cơng sức, tiền của và trí tuệ tổng lực của tồn ngành.
Với mong muốn góp một phần sức lực nhỏ bé của mình vào việc xây dựng
HQCTĐKGQG hiện đại ở Việt Nam, trên cơ sở các kết quả nghiên cứu của các nhà
khoa học trắc địa, các thầy cô giáo và các anh chị lớp trƣớc, Nghiên cứu sinh cũng tìm
cho mình một hƣớng đi hẹp nhằm bổ sung, hồn thiện thêm cơ sở khoa học và phƣơng
pháp, thuật toán để sẵn sàng giải quyết các nhiệm vụ khoa học - kỹ thuật trong quá
trình xây dựng HQCTĐKGQG.
Xây dựng HQCTĐKHQG phải dựa trên nền tảng các mạng lƣới thiên văn - trắc
địa, mạng lƣới GNSS quốc gia phủ trùm và các mạng lƣới độ cao hạng I, II quốc gia
để đảm bảo tính lịch sử và tính thực tiễn của Hệ tọa độ quốc gia VN2000 và Hệ độ cao
6


Hải Phòng HP72. Nhằm chuẩn bị sẵn sàng cơ sở lý thuyết và cơng cụ xử lý tốn học
ghép nối mạng lƣới GNSS quốc gia phủ trùm vào HQCTĐKGQG và phát triển
HQCTĐKGQG trong trƣờng hợp mạng lƣới GNSS quốc gia đƣợc mở rộng bổ sung
thêm các điểm cơ sở quốc gia mới khi tính đến xu hƣớng phát triển Hệ thống thông tin
trắc địa quốc gia, đề tài “Nghiên cứu phương pháp xây dựng và phát triển hệ quy
chiếu tọa độ khơng gian quốc gia” thể hiện tính cấp thiết, góp phần đẩy nhanh tiến độ
xây dựng hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc gia Việt Nam trong xu thế hợp tác và
hội nhập khoa học quốc tế để giải quyết các bài tốn mang tính khu vực và toàn cầu.
2. Mục tiêu nghiên cứu
2.1. Mục tiêu tổng quát

Nghiên cứu cơ sở khoa học và phƣơng pháp xây dựng, phát triển Hệ quy chiếu tọa
độ không gian quốc gia.
2.2. Mục tiêu cụ thể
- Đánh giá độ chính xác một số mơ hình quasigeoid quốc gia đƣợc xây dựng ở
Việt Nam để lựa chọn mơ hình quasigeoid phù hợp phục vụ xây dựng HQCTĐKGQG;
- Nghiên cứu phƣơng pháp bình sai ghép nối mạng lƣới GNSS quốc gia phủ trùm
vào HQCTĐKGQG và phƣơng pháp phát triển HQCTĐKGQG khi xuất hiện các điểm
cơ sở không gian quốc gia mới theo quan điểm hiện đại.
2.3. Nhiệm vụ
Để đạt đƣợc các mục tiêu cụ thể nêu trên, các nhiệm vụ cần giải quyết bao gồm:
- Thu thập, phân tích các tài liệu khoa học trong nƣớc và trên thế giới liên quan
đến việc xây dựng và phát triển HQCTĐKGQG;
- Nghiên cứu cơ sở khoa học và các tiêu chí xây dựng HQCTĐKGQG;
- Đánh giá kết quả xây dựng một số mơ hình quasigeoid đã xây dựng ở Việt Nam;
- Nghiên cứu các yêu cầu kỹ thuật của mạng lƣới GNSS CORS quốc gia và mạng
lƣới GNSS quốc gia phủ trùm trong việc xây dựng HQCTĐKGQG;
- Nghiên cứu phƣơng pháp xử lý toán học ghép nối mạng lƣới GNSS quốc gia phủ
trùm vào HQCTĐKGQG;
- Nghiên cứu phƣơng pháp phát triển hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc gia khi
xuất hiện các điểm cơ sở khơng gian quốc gia mới;
- Tính tốn thực nghiệm các kết quả nghiên cứu.
7


3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Xuất phát từ mục tiêu của luận án, đối tƣợng nghiên cứu của luận án là các vấn đề
khoa học - kỹ thuật liên quan đến việc xây dựng và phát triển HQCTĐKGQG.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Xuất phát từ các nội dung nghiên cứu của luận án nêu trên, phạm vi nghiên cứu

của luận án đƣợc giới hạn trong các vấn đề về khoa học - kỹ thuật liên quan đến việc
xây dựng và phát triển HQCTĐKGQG.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Để hoàn thành Luận án, Nghiên cứu sinh sử dụng một số phƣơng pháp sau:
- Phƣơng pháp hồi cứu: Tìm kiếm, thu thập các tài liệu và cập nhật các thông tin
trên Internet và thƣ viện.
- Phƣơng pháp phân tích: Nghiên cứu các vấn đề khoa học - kỹ thuật để xây dựng
và phát triển HQCTĐKGQG: Tìm hiểu các phƣơng pháp xây dựng mơ hình
quasigeoid; lý thuyết của thuật tốn bình sai truy hồi với phép biến đổi xoay; phƣơng
pháp phát triển mở rộng mạng lƣới GNSS bằng cách bổ sung các điểm GNSS mới.
- Phƣơng pháp toán học: Nghiên cứu phƣơng pháp đánh giá độ chính xác mơ hình
quasigeoid; Lý thuyết bình sai ghép nối; lý thuyết phát triển mở rộng mạng lƣới khi bổ
sung thêm các điểm mới.
- Phƣơng pháp so sánh: So sánh phân tích ƣu nhƣợc điểm của các phƣơng pháp
đánh giá, bình sai.
- Phƣơng pháp thực nghiệm: Thực nghiệm để minh chứng cho việc lựa chọn cơ sở
lý thuyết là hoàn toàn đúng đắn của các bài tốn nhƣ: đánh giá mơ hình quasigeoid,
bình sai ghép nối và bình sai phát triển mạng lƣới khi có nhu cầu xây dựng thêm các
điểm khơng gian quốc mới.
- Phƣơng pháp ứng dụng tin học: Xây dựng và triển khai các thuật tốn bằng ngơn
ngữ lập trình, đồng thời sử dụng kết hợp các phần mềm hiện có phục vụ cho q trình
tính tốn thực nghiệm.
5. Các luận điểm bảo vệ
Luận điểm 1: Xây dựng Hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc gia phải dựa trên
mô hình quasigeoid độ chính xác khơng thấp hơn ±4cm và mạng lƣới GNSS quốc gia
phủ trùm trong mối quan hệ chặt chẽ với ITRF.
8


Luận điểm 2: Bình sai ghép nối mạng lƣới GNSS quốc gia phủ trùm vào

HQCTĐKGQG đảm bảo gắn kết chặt chẽ HQCTĐKGQG với ITRF, đồng thời nâng
cao độ chính xác tọa độ, độ cao các điểm thiên văn - trắc địa tham gia vào mạng lƣới
GNSS và chính xác hóa giá trị các tham số về độ lệch gốc tọa độ của HQCTĐKGQG
so với ITRF.
Luận điểm 3: Phƣơng pháp bình sai truy hồi với phép biến đổi xoay sử dụng các
kết quả bình sai của mạng lƣới ở giai đoạn trƣớc và đƣợc lƣu giữ trong CSDL của Hệ
thống thông tin trắc địa quốc gia hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu của bài toán cập nhật
trị đo mới khi mở rộng mạng lƣới GNSS quốc gia phủ trùm mà khơng phải bình sai lại
tồn bộ mạng lƣới.
6. Các điểm mới của Luận án
Kết quả nghiên cứu luận án đã hình thành các điểm mới sau đây:
- Thiết lập cơ sở khoa học và các tiêu chí xây dựng HQCTĐKGQG;
- Hồn thiện phƣơng pháp bình sai ghép nối mạng lƣới GNSS quốc gia phủ trùm
vào HQCTĐKGQG;
- Thiết lập phƣơng pháp phát triển mở rộng HQCTĐKGQG khi bổ sung các điểm
trắc địa cơ sở không gian quốc gia mới, trên cơ sở sử dụng các kết quả bình sai của
mạng lƣới ở giai đoạn trƣớc và đƣợc lƣu giữ trong CSDL của Hệ thống thông tin trắc
địa quốc gia mà không phải bình sai lại tồn bộ mạng lƣới.
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
7.1. Ý nghĩa khoa học
Thiết lập đƣợc cơ sở khoa học và phƣơng pháp xây dựng, phát triển hệ quy
chiếu tọa độ không gian quốc gia.
7.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho khả năng ứng dụng các thành quả khoa
học công nghệ tiên tiến của thế giới phục vụ xây dựng HQCTĐKGQG;
- Góp phần hồn thiện phƣơng pháp xử lý toán học các mạng lƣới trắc địa quốc
gia nhằm nâng cao hiệu quả khai thác sử dụng và phát triển HQCTĐKGQG;
- Kết quả nghiên cứu là tƣ liệu hỗ trợ về lý luận và thực tiễn cho các cơ quan quản
lý xem xét nhằm sớm tiến đến việc xây dựng hoàn chỉnh HQCTĐKGQG ở Việt Nam.
8. Cơ sở tài liệu, số liệu

- Các tài liệu đƣợc thu thập, phân tích, đánh giá ở trong nƣớc và ngồi nƣớc; trên
các website tin cậy;
9