Xây dựng mô hình Geoid cục bộ trên địa bàn tỉnh Lào Cai (Luận văn thạc sĩ)

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

TRỊNH ĐỨC ANH

XÂY DỰNG MÔ HÌNH GEOID CỤC BỘ TRÊN
ĐỊA BÀN TỈNH LÀO CAI

Chuyên ngành: Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - Năm 2018


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

TRỊNH ĐỨC ANH

XÂY DỰNG MÔ HÌNH GEOID CỤC BỘ TRÊN
ĐỊA BÀN TỈNH LÀO CAI

Ngành : Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ
Mã số : D520503

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội - Năm 2018

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Cán bộ hướng dẫn: TS. PHẠM THỊ HOA
Cán bộ chấm phản biện 1: PGS.TS. NGUYỄN VĂN SÁNG
Cán bộ chấm phản biện 2: TS. ĐINH XUÂN VINH

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Ngày 29 tháng 9 năm 2018


Tôi xin cam đoan:
Những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung
thực, của tôi, không vi phạm bất cứ điều gì trong luật sở hữu trí tuệ và pháp luật
Việt Nam.
Nếu sai, tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Trịnh Đức Anh


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
MỞ ĐẦU...........................................................................................................1
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH GEOID....................4
1.1. Khái niệm, vai trò của mô hình Geoid....................................................... 4
1.1.1. Khái niệm................................................................................................ 4

1.1.2. Vai trò của mô hình Geoid/Quasigeoid................................................... 4
1.1.3. Phân loại Geoid....................................................................................... 5
1.2. Tổng quan về xây dựng mô hình Geoid toàn cầu.......................................6
1.2.1. Một số thành tựu nghiên cứu về mô hình Geoid trên thế giới.................6
1.3. Tổng quan về xây dựng mô hình Geoid cục bộ ở Việt Nam....................17
1.3.1. Giai đoạn 1990-1995............................................................................. 18
1.3.2. Giai đoạn 1998-2000............................................................................. 18
1.3.3. Giai đoạn 2002-2008............................................................................. 18
1.3.4. Giai đoạn 2009 -2011............................................................................20
1.3.4. Giai đoạn 2012 – đến nay......................................................................21
1.4. Vấn đề nghiên cứu của Luận văn............................................................. 22
Chương 2 PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG MÔ HÌNH GEOID CỤC BỘ
TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH LÀO CAI...............................................................23
2.1. Khái quát phương pháp xây dựng mô hình Geoid................................... 23
2.1.1. Phương pháp thuần tuý sử dụng số liệu trọng lực đo trên mặt đất 23
2.1.2. Phương pháp sử dụng số liệu vệ tinh.....................................................24
2.1.3. Phương pháp kết hợp.............................................................................25
2.2. Phương pháp xây dựng mô hình Geoid trên địa bàn tỉnh Lào Cai..............26
2.3. Quy trình xây dựng mô hình Geoid trên địa bàn tỉnh Lào Cai.................29
Chương 3 THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG MÔ HÌNH GEOID CỤC BỘ
TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH LÀO CAI................................................................30


3.1. Giới thiệu chung về khu vực nghiên cứu và nguồn số liệu............................. 30
3.1.1. Giới thiệu chung về khu vực nghiên cứu...............................................30
3.1.2 Nguồn số liệu..........................................................................................31
3.2. Thực nghiệm xây dựng mô hình Geoid cục bộ trên địa bàn tỉnh Lào Cai32
3.2.1. Chuẩn bị số liệu.....................................................................................32
3.2.2. Kết quả xây dựng mô hình Geoid Lào cai.............................................37
3.3. Đánh giá chính xác của mô hình Geoid cục bộ Lào Cai trên địa bàn

tỉnh Lào Cai.....................................................................................................46
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................................53
1. Kết luận....................................................................................................... 53
2. Kiến nghị.....................................................................................................54
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................ 55
PHỤ LỤC.......................................................................................................58


Tóm tắt luận văn:
Họ và tên học viên: TRỊNH ĐỨC ANH
Lớp: CH2.TĐ Khoá: 2
Cán bộ hướng dẫn: TS. PHẠM THỊ HOA
Tên đề tài: Xây dựng mô hình Geoid cục bộ trên địa bàn tỉnh Lào Cai.
Tóm tắt: Luận văn tập trung nghiên cứu xây dựng mô hình geoid cục
bộ Lào Cai theo từ số liệu GNSS-TC và mô hình geoid toàn cầu. Hai mô hình
EGM2008 và EIGEN-6C4 đã được lựa chọn làm mô hình tiên nghiệm. Các
điểm thủy chuẩn hạng I, II được sử dụng để xây dựng còn các điểm hạng III
dùng để đánh giá độ chính xác mô hình. Kết quả đạt được cho thấy, phương án
sử dụng mô hình EIGEN-6C4 có độ chính xác tốt hơn so với trường hợp sử
dụng mô hình EGM2008. Kết hợp số liệu GNSS-TC hạng I, II với mô hình
geoid Eigen6c4 là một hướng đi có nhiều triển vọng để xây dựng mô hình
Geoid cục bộ của Lào Cai.


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Số liệu thống kê giá trị trung bình dị thường trọng lực khoảng
không tự do theo các ô 30’x30’ của mô hình Geoid EGM96............................9
Bảng 1.2. Thống kê dữ liệu Δg (5’ x 5’) mGal................................................14
Bảng 3.1. Dữ liệu 96 điểm GNSS-TC trên khu vực xây dựng mô hình

32

Bảng 3.2. Kết quả tính chuyển B, L sang X, Y của 96 điểm GNSS-TC

31

Bảng 3.3. Tọa độ, độ cao Geoid toàn cầu tại các điểm mắt lưới của mô hình
Geoid Lào Cai (giãn cách 0.54’)......................................................................33
Bảng 3.4. Kết quả xác định dị thường độ cao theo mô hình EGM2008 và
Eigen 6c4 cho 96 điểm GNSS-TC...................................................................36
Bảng 3.5. Tọa độ, độ cao Geoid EGM2008 tại các điểm mắt lưới của mô hình
Geoid Lào Cai..................................................................................................39
Bảng 3.6. Tọa độ, độ cao Geoid Eiggen6c4 tại các điểm mắt lưới của mô hình
Geoid Lào Cai..................................................................................................41
Bảng 3.7. Độ chênh giữa độ cao geoid cục bộ Lào Cai xây dựng theo phương
án sử dụng kết hợp mô hình EGM2008 và 47 điểm GNSS-TC hạng I, II so
với độ cao geoid GNSS-TC tại các điểm hạng III...........................................45
Bảng 3.8. Độ chênh giữa độ cao geoid cục Geoid cục bộ Lào Cai xây dựng
theo phương án sử dụng kết hợp mô hình Eigen6c4 và 47 điểm GNSS-TC
hạng I, II so với độ cao geoid GNSS-TC tại các điểm hạng III...................... 48
Bảng 3.9. Các đặc trưng thống kê về độ chênh giữa độ cao geoid cục bộ Lào
Cai so với độ cao geoid GNSS-TC tại các điểm thủy chuẩn hạng III.............50
Bảng 3.10. Các đặc trưng thống kê về độ chênh giữa độ cao geoid cục bộ Lào
Cai so với độ cao geoid GNSS-TC tại các điểm thủy chuẩn hạng III.............52


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Mặt Geoid..........................................................................................4
Hình 1.2: Độ cao Geoid theo mô hình trọng trường OSU91A (m)- Mô hình
Geoid OSU91A trên lãnh thổ Việt Nam............................................................8

Hình 1.3. Mô hình OSU91A..............................................................................8
Hình 1.4. Mô hình Geoid EGM96 (15’ x 15’)................................................ 11
Hình 1.5. Mô hình EGM96 (Phần lãnh thổ Việt Nam)................................... 12
Hình 1.6. Mô hình Geoid EGM2008 (2.5’ x 2.5’).......................................... 13
Hình 2.1. Sơ đồ quy trình xây dựng Geoid cục bộ..........................................29
Hình 3.1. Bản đồ địa hình tỉnh Lào Cai...........................................................31
Hình 3.2. Mô hình độ geoid của các điểm mắt lưới Geoid cục bộ phủ trùm
tỉnh Lào Cai..................................................................................................... 35
Hình 3.3. Mô hình geoid của các điểm mắt lưới Geoid cục bộ tỉnh Lào Cai 34
Hình 3.4. Mô hình độ cao geoid của các điểm mắt lưới Geoid cục bộ phủ trùm
tỉnh Lào Cai..................................................................................................... 35
Hình 3.5. Mô hình độ cao trung bình của các điểm mắt lưới Geoid cục bộ tỉnh
Lào Cai............................................................................................................ 35
Hình 3.6. Mô hình độ chênh cao trung bình của các điểm mắt lưới Geoid cục
bộ phủ trùm tỉnh Lào Cai.................................................................................37
Hình 3.7. Mô hình độ chênh cao trung bình của các điểm mắt lưới Geoid cục
bộ tỉnh Lào Cai (sử dụng số liệu mô hình EGM2008 và 47 điểm GNSS-TC)38
Hình 3.8. Mô hình độ chênh cao trung bình của các điểm mắt lưới Geoid cục
bộ phủ trùm tỉnh Lào Cai.................................................................................38
Hình 3.9. Mô hình độ chênh cao trung bình của các điểm mắt lưới Geoid cục
bộ tỉnh Lào Cai................................................................................................ 39
Hình 3.10. Mô hình Geoid cục bộ phủ trùm tỉnh Lào Cai...............................43
Hình 3.11. Mô hình Geoid cục bộ tỉnh Lào Cai..............................................43
Hình 3.12. Mô hình Geoid cục bộ phủ trùm tỉnh Lào Cai...............................44
Hình 3.13. Mô hình Geoid cục bộ tỉnh Lào Cai.............................................. 46


10

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Công nghệ GNSS đã được ứng dụng vào công tác trắc địa ở nước ta từ
những năm 1990. Từ đó đến nay, công nghệ GNSS đã chứng tỏ là một
công cụ hữu hiệu giải quyết các bài toán lớn trong trắc địa như: Thành lập
mạng lưới khống chế toàn quốc; Định vị Ellipsoid Quy chiếu Quốc gia
VN2000; Xây dựng mô hình Geoid đối với Ellipsoid quy chiếu quốc gia;
ghép nối toạ độ VN-2000 với các hệ toạ độ khác; xây dựng các trạm
DGPS…vv. Lưới GNSS là lưới không gian 3 chiều, do đó có thể xác định
được vị trí mặt bằng và độ cao trắc địa với độ chính xác cao. Song thực tế,
chúng ta chỉ sử dụng độ cao so với mặt Geoid, gọi là độ cao thủy chuẩn.
Muốn tính chuyển từ độ cao trắc địa về độ cao thủy chuẩn cần phải biết độ
cao Geoid với độ chính xác cần thiết. Để giúp cho việc tính chuyển được
nhanh chóng, trên thế giới đã xây dựng và công bố nhiều mô hình Geoid
toàn cầu. Tuy nhiên tại nhiều khu vực trên thế giới các mô hình này có độ
chính xác không cao, vì vậy nếu chỉ dựa vào các mô hình này thì khó có
thể xác định được độ cao thủy chuẩn với độ chính xác như mong muốn, đặc
biệt là ở vùng đồi núi.
Do vậy việc xây dựng các mô hình cục bộ cho từng khu vực nhỏ là rất
thiết thực, nó sẽ giúp cho việc xác định độ cao thủy chuẩn của các điểm từ
kết quả đo GNSS đạt được độ chính xác cần thiết, nhanh chóng. Trong xu
thế đó, với khuôn khổ đề tài Luận văn thạc sỹ, tôi lựa chọn đề tài ”Xây dựng
mô hình Geoid cục bộ trên địa bàn tỉnh Lào Cai” với mong muốn góp phần
vào sự phát triển tỉnh nhà, nơi cá nhân tôi đang công tác.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Mục tiêu của đề tài là xây dựng được mô hình Geoid cục bộ trên địa
bàn tỉnh Lào Cai.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu


Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu là phương án xây dựng mô

hình Geoid cục bộ trên địa bàn tỉnh Lào Cai.
Phạm vi nghiên cứu : Đề tài nghiên cứu tại khu vực tỉnh Lào Cai.
4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về xây dựng mô hình Geoid toàn cầu và khu vực.
- Nghiên cứu phương pháp và quy trình xây dựng mô hình Geoid cục bộ khu
vực tỉnh Lào Cai.
- Thực nghiệm xây dựng mô hình Geoid cục bộ khu vực tỉnh Lào Cai và
đánh giá độ chính xác của mô hình.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu: Thu thập các tài liệu chuyên môn; cập
nhật các thông tin trên mạng Internet; tìm kiếm các số liệu GNSS, độ cao thủy
chuẩn có đủ độ chính xác tin cậy phục vụ cho nghiên cứu.
- Phương pháp phân tích: Tìm hiểu lý thuyết cơ bản về Geoid; các phương pháp
xây dựng và đánh giá mô hình Geoid cục bộ.
- Phương pháp so sánh: So sánh các phương án xây dựng mô hình Geoid/ để
đưa ra phương án tối ưu.
- Phương pháp tổng hợp: Tập hợp các kết quả nghiên cứu, phân tích logic các
tư liệu đánh giá khách quan các yếu tố để đưa ra các kết luận chính xác.
- Phương pháp thực nghiệm: trên cơ sở lí thuyết có được từ thông tin liên quan
thu thập, thống kê, sử dụng số liệu thực tế để xây dựng mô hình geoid cục bộ
của Lào Cai.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học của đề tài: Đề xuất phương án xây dựng mô hình
geoid cục bộ Lào Cai;


Ý nghĩa thức tiễn của đề tài: Đề tài đã xây dựng được mô hình Geoid
cục bộ khu vực tỉnh Lào Cai, góp phần thiết thực vào công tác đo bằng công
nghệ GNSS thay thế cho đo cao thủy chuẩn.
7. Cấu trúc của luận văn

Luận văn được chia thành 3 chương, phần kết luận, tài liệu tham khảo và
phụ lục. Trong luận văn có 2 bảng và 9 hình vẽ, đồ thị.
Chương 1 - Tổng quan về xây dựng mô hình Geoid
Chương 2 - Phương pháp xây dựng mô hình Geoid cục bộ trên địa bàn
tỉnh Lào Cai
Chương 3 - Thực nghiệm xây dựng mô hình Geoid cục bộ trên địa bàn
tỉnh Lào Cai
8. Lời cảm ơn
Tác giả chân thành cảm ơn sự hỗ trợ nghiên cứu của Đề tài cấp Bộ Tài
nguyên và Môi trường: “Nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học để xây dựng mô
hình geoid trên vùng biển của Việt Nam; thử nghiệm cho một vùng điển
hình”, mã số TNMT.2018.07.08 do TS. Phạm Thị Hoa làm chủ nhiệm.
Trong quá trình thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn, tác giả đã nhận
được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy, cô giáo trong Khoa Trắc địa, bản đồ
và Thông tin địa lý - trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội cùng
sự giúp đỡ của các nhà khoa học, bạn bè đồng nghiệp tại sở Tài nguyên và
Môi trường tỉnh Lào cai, đặc biệt là TS. Phạm Thị Hoa – Trưởng khoa Khoa
Trắc địa, bản đồ và Thông tin địa lý. Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới
các tập thể và cá nhân đã giúp đỡ tác giả hoàn thành bản Luận văn này.


Chương 1
TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH GEOID
1.1. Khái niệm, vai trò của mô hình Geoid
1.1.1. Khái niệm
Geoid là mặt đẳng thế trọng trường xấp xỉ tốt nhất với mặt nước biển
trung bình và là mặt khởi tính độ cao trong hệ thống độ cao chính.
Đặc tính hình học: Mặt Geoid có hình dạng rất phức tạp, nó không phải
là mặt toán học.
Đặc tính vật lý: Tại bất kỳ một điểm nào trên bề mặt Geoid, pháp tuyến

cũng luôn trùng với phương của dây dọi qua điểm đó.

Hình 1.1. Mặt Geoid

1.1.2. Vai trò của mô hình Geoid/Quasigeoid
a. Đối với trắc địa: Geoid được dùng để giải quyết các bài toán sau:
1. Định vị ellipsoid thực dụng sao cho phù hợp nhất với lãnh thổ Việt Nam.


2. Chỉnh lý chặt chẽ và đảm bảo độ chính xác cao các trị đo trên mặt đất về mặt
Ellipsoid thực dụng.
3. Xác lập phương pháp đo cao GNSS có thể thay thế cho việc xác định độ cao
bằng phương pháp thủy chuẩn từ hạng III trở xuống trong đo đạc lập bản
đồ.
4. Phục vụ cho việc thống nhất hệ thống tọa độ, độ cao khu vực và toàn cầu.
5. Phục vụ cho xây dựng hệ thống lưới Trắc địa động ở Việt Nam.
b. Đối với ngành Hải dương học: Geoid đóng vai trò quan trọng để xác
định mặt địa hình biển và nghiên cứu sự chuyển dịch các dòng chảy của
Đại dương.
c. Đối với ngành Địa vật lý: Geoid cho phép nghiên cứu những tính chất bên
trong của vỏ trái đất như cấu trúc của vỏ trái đất, dị thường của vật chất
vv... Những vấn đề này giúp cho các nhà địa vật lý không chỉ tìm ra các
thành phần vật chất tạo nên vỏ trái đất mà còn nghiên cứu được sự chuyển
động của vỏ trái đất theo thời gian.
1.1.3. Phân loại Geoid
Theo từng tiêu chí, Geoid được phân thành từng loại như sau:
a. Phân loại theo phương pháp xây dựng
- Mô hình Geoid được xây dựng theo phương pháp thiên văn - trắc địa;
- Mô hình Geoid được xây dựng theo phương pháp trọng lực;
- Mô hình Geoid được xây dựng theo phương pháp GNSS-TC;

- Mô hình Geoid được xây dựng theo phương pháp không gian (phương pháp
chỉ sử dụng số liệu vệ tinh);
- Mô hình Geoid được xây dựng theo phương pháp hỗn hợp;
b. Phân loại theo phạm vi của mô hình Geoid
- Mô hình Geoid toàn cầu (global), được xây dựng cho toàn bộ Trái Đất;
- Mô hình Geoid cục bộ (local), chỉ xây dựng cho một vùng nhất định.


1.2. Tổng quan về xây dựng mô hình Geoid toàn cầu
Mô hình trọng trường toàn cầu được xây dựng trên cơ sở lý thuyết cơ
bản của Stokes và Mollodenski về xác định thế trọng trường và hình dạng trái
đất. Dựa trên hai lý thuyết cơ bản này người ta đã đề xuất được nhiều hướng
tiếp cận khác nhau để xác định mô hình trọng trường toàn cầu. Cụ thể gồm có
các hướng sau đây:
- Phương pháp trọng lực
- Phương pháp vệ tinh
- Phương pháp kết hợp
Mô hình trọng trường toàn cầu đã được xác định là vô cùng cần thiết
cho nhiều bài toán trong lĩnh vực trắc địa bản đồ nói riêng và lĩnh vực khoa
học trái đất nói chung. Về mặt thực tiễn, cho đến nay đã có một số mô hình
toàn cầu với bậc, hạng và độ chính xác ngày càng được cải thiện.
Các mô hình trọng trường toàn cầu đã được sử dụng rộng rãi trong thực
tế và đã có một số kết quả công bố về hiệu quả, độ chính xác trên cả quy mô
toàn cầu và cục bộ. Tuy nhiên việc nghiên cứu để nâng cao hiệu quả khai
thác, sử dụng mô hình vẫn đang diễn ra trên toàn cầu và Việt Nam cũng
không ngoại lệ.
1.2.1. Một số thành tựu nghiên cứu về mô hình Geoid trên thế giới
1.2.1.1. Thành tựu về nghiên cứu mô hình Geoid toàn cầu
Trên phạm vi toàn cầu, mô hình trọng trường toàn cầu đã được xây
dựng với độ chi tiết và độ chính xác ngày càng tăng. Các mô hình trọng

trường toàn cầu được công bố gần đây gồm: OSU91A, EGM96, EGM2008.
Trên cơ sở lý thuyết cơ bản của Stokes và Molodenski, mô hình geoid
toàn cầu đã được xây dựng với độ chi tiết và độ chính xác ngày càng tăng.


Điển hình trong số đó là các mô hình OSU91A, EGM96, EGM2008,
Eigen 6c4.
a. Mô hình OSU91A (grid 15’x15’)
Mô hình OSU91A được công bố vào năm 1991 bởi tác giả RAPP và
các nhà khoa học của Trường Đại Học Tổng Hợp Ohio (The Ohio State
University), trong đó đã sử dụng khai triển thế trọng trường Trái đất tới bậc
360. Mô hình có sử dụng số liệu trọng lực của mô hình trọng trường GEMT2, số liệu đo cao vệ tinh được thực hiện bởi vệ tinh Geosat, số liệu trọng
lực mặt đất và thông tin địa hình.

Hình 1.2: Độ cao Geoid theo mô hình trọng trường OSU91A (m)


Geoid OSU91A trên lãnh thổ Việt Nam:

Hình 1.3. Mô hình OSU91A (Phần lãnh thổ Việt Nam)

Nhận xét :
Hình 1.2 mô tả độ lớn của giá trị độ cao Geoid theo mô hình này trên
phạm vi toàn cầu. Hạn chế lớn nhất của OSU91A là thiếu số liệu trọng lực


chính xác trên nhiều vùng rộng lớn (thậm chí có vùng không có số liệu), đặc
biệt là khu vực Châu á.
Hình 1.3 thể hiện độ cao Geoid với khoảng cao đều là 1 m, mô hình
Geoid OSU91A trên lãnh thổ nước ta dốc theo hướng Tây Bắc - Đông Nam,

bề mặt Geoid không còn đơn giản, có sự gồ ghề, các đường đồng mức uốn
khúc, thể hiện sự thay đổi khá phức tạp của bề mặt Geoid.
b. Mô hình EGM96 (grid 15’x15’)
Mô hình Geoid toàn cầu EGM96 là mô hình trường trọng lực Trái Đất
gồm có các hệ số điều hòa có bậc và hạng tới 360 (n = m = 360). Mô hình
trọng trường EGM96 là kết quả của sự hợp tác giữa 3 cơ quan của Mỹ: Cơ
quan Ảnh và Bản Đồ Quốc Gia (NIMA - National Imagery and Mapping
Agency), Ủy Ban Nghiên Cứu Vũ Trụ (NASA - The National Aeronautics and
Space Administration) và Trường đại học Tổng Hợp OHIO. Các cơ quan này
hợp tác thu thập các số liệu trọng lực mặt đất, đo trọng lực hàng không ở
Châu Phi, Canada, một phần nam Châu Mỹ, Nam Á, Tây Âu, lãnh thổ Liên
Xô (cũ) và một số vùng lãnh thổ ở Châu Á. Ngoài các số liệu đo trọng lực ở
trên, NIMA còn sử dụng các số liệu đo cao vệ tinh 30’x30’ của vệ tinh
GEOSAT và vệ tinh ERS-1 để tính dị thường trọng lực khoảng không tự do ở
một số khu vực thuộc Đại Tây Dương, Bắc Cực và một số khu vực trên các
đại dương theo công bố của NIMA tháng 2/1998. Số liệu thống kê giá trị
trung bình dị thường trọng lực khoảng không tự do theo các ô 30’x30’ của mô
hình Geoid toàn cầu EGM96 như sau:
Bảng 1.1. Số liệu thống kê giá trị trung bình dị thường trọng lực khoảng
không tự do theo các ô 30’x30’ của mô hình Geoid EGM96.

Loại

Số ô
Chiếm số phần
trăm khu vực

NIMA
Đo mặt
đất 30’

NIMA
Đo cao vệ
tinh 30’

Mô hình
OSU đo
mặt đất 30’

NIMA
Đo mặt
đất 10’

86740

146042

1064

6500

Địa
hình/
đẳng
tính 30’
18854

30.7

66.1

0.1

0.8

2.3


RMS (mgal)
Độ lệch sai số

35.2
5.4

25.6
1.7

56.7
16.9

49.1
35.7

28.0
36.0

Ngoài ra còn có các số liệu bổ sung cho mô hình EGM96 từ các vệ
tinh laser (SKR), hệ thống định vị toàn cầu (GNSS), DORIS v.v… cũng
được sử dụng. Các số liệu của cơ sở dữ liệu địa hình cũng được sử dụng để
tính các số cải chính địa hình cho việc xây dựng lưới trọng lực 30’x30’

trong phạm vi toàn cầu. Từ bảng thống kê trên cho thấy độ chính xác trung
bình của dị thường trọng lực khoảng không tự do của mô hình EGM96
trong phạm vi toàn cầu từ 25.6 mGal đến 35.2 mGal. Tuy nhiên, ở đại
dương độ chính xác cao hơn nhiều. Theo thống kê đánh giá của
Kefei.Z.Hans - Trường đại học Tổng hợp Curtin của Australia sự khác
nhau giữa giá trị trọng lực đo trực tiếp và giá trị trọng lực tính từ đo cao vệ
tinh trên biển bao xung quanh Australia khoảng 6-7 mGal.


Hình 1.4. Mô hình Geoid EGM96 (15’ x 15’)


- Mô hình Geoid EGM96 trên lãnh thổ Việt Nam:

Hình 1.5. Mô hình EGM96 (Phần lãnh thổ Việt Nam)

Nhận xét :
Khoảng cao đều thể hiện trên hình 1.5 là 1m. Mô hình Geoid EGM96
trên lãnh thổ nước ta dốc theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, các đường đồng
mức uốn khúc. Bề mặt Geoid được mô tả sát thực và chi tiết hơn.


c. Mô hình EGM2008
Mô hình Geoid EGM2008 được công bố bởi Cơ quan địa không gian
Quốc Gia Hoa Kỳ (U.S. National Geospatial-Intelligence Agency - NGA).
Mô hình EGM2008 được công bố ngày 08/01/2008. Mô hình trọng trường
này có đầy đủ các hệ số điều hòa cầu đến bậc 2159, và gồm các hệ số cộng
thêm mở rộng đến 2190 và có bậc 2159. Mô hình EGM2008 được xây dựng
độc lập bởi DNSC (The Defense National Stockpile Center - Trung tâm lưu
trữ Quốc Gia) và SIO/NOAA (The National Oceanic and Atmospheric

Administration - Cơ quan quản trị đại dương và khí quyển quốc gia), sử dụng
giá trị đo cao vệ tinh diện rộng trên biển, tham chiếu đến mô hình PGM2007B
và kết hợp với mô hình động lực đại dương (Dynamic Ocean Topography).

Hình 1.6. Mô hình Geoid EGM2008 (2.5’ x 2.5’)


Bảng 1.2. Thống kê dữ liệu Δg (5’ x 5’) mGal
%

Giá trị nhỏ

Giá trị lớn

RMS

Độ lệch sai

nhất

nhất

mGal

số σ

3.0

-192.0

281.8

30.2

3.0

Đo cao vệ tinh (Altimetry)

63.2

-361.8

351.1

28.4

3.0

Phần lục địa (Terrestrial)

17.6

-351.9

868.4

41.2

2.8

Phần bổ xung (Fill-in)

16.2

-333.0

593.5

46.8

7.6

Phần còn trống (Non Fill-in)

83.8

-361.8

868.4

31.6

2.9

Tổng hợp (All)

100.0

-361.8

868.4

34.5

4.1

Dữ liệu nguồn

Diện
tích

Dự án trọng lực Bắc Cực
(ArcGP)

(φ,λ)

19.40 , 293.50 - 10.80 , 286.30

Những cải tiến trong mô hình Geoid toàn cầu EGM2008
- ITG-GRACE03S (Torsten mayer-Gỹrr, 2007), sử dụng ma trận hiệp phương
sai có bậc Nmax = 180.
- Phương pháp số bình phương nhỏ nhất (Least-Squares Adjustment), giới
hạn bởi các hệ số điều hòa Ellipsoid, được sử dụng để kết nối chỉ các thông
tin GRACE với các hệ số gián tiếp dữ liệu mặt đất.
- Đánh giá (Evaluation), bao gồm các dữ liệu như tính toán phần dư Δg 5’ x
5’, GNSS/thủy chuẩn, độ nghiêng góc thiên đỉnh đo thiên văn, đo cao
TOPEX, nguồn MIT ECCO DOT và dữ liệu GRACE KBRR.
- Hiệu chỉnh sai số (Error Calibration), tối ưu hóa các nguồn dữ liệu kết hợp
và hiện thực quá trình truyền sai số cho các hàm riêng, tới Nmax = 2159, với
đặc trưng địa lý.

d. Mô hình Eigen 6c4
- Cơ quan xây dựng mô hình:
Mô hình được xây dựng bởi sự phối hợp của 3 cơ quan: Cục đo đạc và
viễn thám GFZ Potsdam, Đức (e-mail: foer@gfz‐potsdam.de); Trung tâm
quốc gia không gian CNES, Pháp (e‐mail: ); Khoa
khoa học địa chất, đại học Kiel, Đức (e‐mail: ‐kiel.de).
- Nguồn số liệu được sử dụng:
- Dữ liệu SLR của LAGEOS-1/2: Dữ liệu dải vệ tinh laser 1985 – 2010,
góc từ 2 đến 30 độ.
- Dữ liệu GRACE GNSS-SST và dữ liệu tốc độ dải băng tần K: từ
2/2003 – 12/2012 do GRGS phát hành, góc từ 3 đến 175 độ.
- Dữ liệu GOCE:
Dữ liệu vệ tinh đo trọng lực Satellite Gravity Gradiometry (SGG), được
xử lý bằng phương pháp tiếp cận trực tiếp bao gồm các thành phần Grady
Gradient Txx, Tyy, Tzz và Txz từ ngày 01 tháng 11 năm 2009 – ngày 20 tháng
10 năm 2013. Các phương trình cho mỗi thành phần SGG có bậc và hạng là
300.
- Dữ liệu mặt đất
- Độ bao phủ và độ phân giải không gian của mô hình:
- Độ bao phủ toàn cầu.
- Độ phân giải không gian: với bậc và mức lên đến 2190, khoảng 9 km
- Kinh độ địa lý: 180°W đến 180°E
- Vĩ độ địa lý: 90°S đến 90°N
- Kích thước: phụ thuộc vào bậc và mức độ của sự phát triển các sóng điều
hòa cầu
- Định dạng: ASCII (Gravity Field Coefficient - GFC Format: Degree, Order,
2 spherical harmonics coefficients)

1.2.1.2. Thành tựu về nghiên cứu mô hình Geoid cục bộ trên thế giới và khu
vực
Bên cạnh các kết quả nghiên cứu trên quy mô toàn cầu, để phục vụ cho
nhu cầu của riêng mình, các quốc gia, châu lục đã nghiên cứu xác định geoid
trên quy mô cục bộ. Cũng như mô hình geoid toàn cầu, việc nghiên cứu trên
xác định geoid trên quy mô cục bộ là bài toán chưa có hồi kết đối với mỗi
quốc gia, châu lục. Các kết quả nghiên cứu liên tục được bổ sung, cập nhật để
nâng cao mức độ chính xác và mức độ chi tiết. Cho đến nay đã có một số sản
phẩm đạt đến độ chính xác cỡ cm. Tiêu biểu như:
- Cameroon: Độ chính xác của Geoid đạt cỡ 11cm (được xác định dựa trên cơ
sở sử dụng mô hình EGM2008, số liệu đo cao vệ tinh và mô hình số địa hình)
[1].
- Canada: Độ chính xác của Geoid đạt cỡ 2.5cm (được xây dựng theo phương
pháp trọng lực, kết quả đánh giá độ chính xác có được trên cơ sở so sánh với
kết quả đo GNSS-TC) [1].
- Pháp: Độ chính xác đạt cỡ 2÷3cm ở đồng bằng, 4÷7cm ở vùng núi (được xây
dựng dựa trên số liệu trọng lực và số liệu đo GNSS-TC, Geoid trọng lực được
bình sai để làm khớp với 1081 điểm GNSS –TC) [1].
- Thụy sĩ: Độ chính xác của Geoid đạt cỡ 3÷5 cm (được xây dựng dựa trên 600 giá
trị độ lệch dây dọi, 70 điểm đo GNSS –TC và mô hình số địa hình) [1].
- Nhật: Độ chính xác của Geoid đạt cỡ 7cm (được xây dựng theo số liệu đo cao
vệ tinh và số liệu trọng lực mặt đất, trọng lực biển) [1].
- Hungari: Độ chính xác của Geoid đạt cỡ 6cm so với kết quả đo GNSS
–TC (được xây dựng dựa trên phương pháp trọng lực [1].
- Đan Mạch: Trên hầu hết lãnh thổ, độ chính xác của Geoid đạt cỡ 1cm [1]
- Phần Lan: Độ chính xác của Geoid đạt cỡ 6cm (được xác định dựa trên
phương pháp trọng lực kết hợp với GNSS-TC) [1].