Nghiên cứu kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu VN 2000 với hệ quy chiếu WGS 84 và PZ 90

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU KẾT NỐI TỌA ĐỘ GIỮA HỆ QUY CHIẾU
VN-2000 VỚI HỆ QUY CHIẾU WGS-84 VÀ PZ-90

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ

TRẦN NGỌC HẢI

HÀ NỘI, NĂM 2017


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Hà Nội - 2017

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU KẾT NỐI TỌA ĐỘ GIỮA HỆ QUY CHIẾU
VN-2000 VỚI HỆ QUY CHIẾU WGS-84 VÀ PZ-90

TRẦN NGỌC HẢI

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ
MÃ SỐ: 60520503

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. PHẠM THỊ HOA

HÀ NỘI, NĂM 2017

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

Cán bộ hướng dẫn chính: TS. Phạm Thị Hoa

Cán bộ chấm phản biện 1: PGS.TS. Vy Quốc Hải

Cán bộ chấm phản biện 2: TS. Vũ Văn Đồng

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 … tháng … năm 2017


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các nội dung, số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là
trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Trần Ngọc Hải


ii

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của TS. Phạm Thị
Hoa, Trưởng khoa Trắc địa - Bản đồ, Trường Đại học Tài nguyên và Môi
trường Hà Nội. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Cô đã giúp đỡ,
hướng dẫn và động viên tác giả trong suốt quá trình làm Luận văn.
Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn các Thầy giáo, Cô giáo Khoa Trắc địa
- Bản đồ, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội về sự giúp đỡ tận
tình, chu đáo trong suốt quá trình tác giả học tập và nghiên cứu tại Trường.
Tác giả chân thành cảm ơn sự hỗ trợ nghiên cứu của Đề tài cấp trường Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội: “Nghiên cứu kết nối tọa
độ theo quan điểm động giữa các hệ quy chiếu trắc địa”, mã số 13.01.17.0.06
do TS. Phạm Thị Hoa làm chủ nhiệm.
Trong quá trình làm Luận văn, tác giả đã nhận được rất nhiều sự quan
tâm giúp đỡ, cung cấp nhiều tài liệu khoa học liên quan đến đề tài Luận văn
và dữ liệu phục vụ tính toán thực nghiệm của Cục Đo đạc, Bản đồ và Thông
tin địa lý Việt Nam. Tác giả xin trân trọng cảm ơn mọi sự giúp đỡ để Luận
văn được hoàn thiện tốt nhất.
Xin trân trọng cảm ơn./.


3

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
MỤC LỤC................................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .................................................v
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................ vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ................................................................... ix
THÔNG TIN LUẬN VĂN .........................................................................................x
MỞ

ĐẦU

.....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TRẠNG KẾT NỐI TỌA ĐỘ GIỮA CÁC
HỆ QUY CHIẾU.........................................................................................................6
1.1. Hệ quy chiếu WGS-84 .........................................................................................6
1.2. Hệ quy chiếu PZ-90 ...........................................................................................14
1.3. Hiện trạng kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy chiếu WGS84 và PZ-90 ...............................................................................................................16
1.3.1. Hệ quy chiếu VN-2000 ...................................................................................16
1.3.2. Hiện trạng kết nối hệ tọa độ giữa hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy chiếu
WGS-84
và
.....................................................................................................20
1.4.
Vấn
đề
nghiên
cứu
.......................................................................20

của

PZ-90
Luận

văn

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT KẾT NỐI TỌA ĐỘ GIỮA CÁC HỆ QUY
CHIẾU.......................................................................................................................22
2.1. Mô hình toán học kết nối tọa độ giữa các hệ quy chiếu theo quan điểm động

..22
2.2. Cơ sở lý thuyết kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy chiếu
WGS-84.....................................................................................................................24
2.3. Cơ sở lý thuyết kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy chiếu PZ-90
..... 26
CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM KẾT NỐI TỌA ĐỘ GIỮA CÁC HỆ QUY CHIẾU
... 28
3.1. Nguồn số liệu sử dụng trong thực nghiệm .........................................................28
3.1.1. Tọa độ điểm trong lưới Châu Á - Thái Bình Dương và lưới biển ..................28
3.1.2. Bộ tham số chuyển đổi tọa độ giữa hệ quy chiếu ITRS và VN-2000.............37
3.2. Thực nghiệm kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy chiếu
WGS-84.....................................................................................................................39


4

3.2.1. Xác định các tham số kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy
chiếu WGS-84 ...........................................................................................................39
3.2.2. Thực nghiệm kết nối tọa độ theo quan điểm động giữa hệ quy chiếu VN-2000
với hệ quy chiếu WGS-84 .........................................................................................40
3.2.3. Tổng hợp, đánh giá kết quả kết nối tọa độ giữa VN-2000 và WGS-84..........50
3.3. Thực nghiệm kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy chiếu PZ-90
..... 52
3.3.1. Xác định các tham số kết nối tọa độ theo quan điểm động giữa hệ quy chiếu
VN-2000 với hệ quy chiếu PZ-90 tại thời điểm xét..................................................52
3.3.2. Thực nghiệm kết nối tọa độ theo quan điểm động giữa hệ quy chiếu VN-2000
với hệ quy chiếu PZ-90 .............................................................................................53
3.3.3. Tổng hợp, đánh giá kết quả kết nối tọa độ giữa VN-2000 và PZ-90 ..............61
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................63
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................65

5

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
TT

Chữ
viết tắt

1

ITRS

International Terrestrial
Reference System

Hệ quy chiếu trái đất quốc tế

2

ITRF

International Terrestrial
Reference Fame

Khung quy chiếu trái đất
quốc tế

3

WGS-84

World Geodetic System

Hệ quy chiếu trong hệ
thống GPS

4

PZ-90

Parametry Zemli 1990

Hệ quy chiếu trong hệ
thống Glonass

5

NGA

National Geospatial
Intelligence Agency

Cơ quan tình báo không
gian địa lý quốc gia Hoa Kỳ

6

Tiếng Anh

GLONASS Globalnoya Navigatsionnaya
Sputnikovaya Sistema

Tiếng Việt

Hệ thống định vị dẫn đường
toàn cầu của Liên bang Nga

7

GPS

Global Positioning System

Hệ thống định vị toàn cầu
của Hoa Kỳ

8

IGS

The International GNSS
Service

Dịch vụ GNSS quốc tế

9

USAF

The United States Air Force

Không lực Hoa Kỳ

10

CRS

Celestial Reference System

Hệ quy chiếu sao

11

CRS

Conventional Celestial
Reference System

Hệ quy chiếu sao quy ước

12

BCRS

The Barycentric celestial
reference system

Hệ quy chiếu sao nhật tâm

13

GCRS

The Geocentric Celestial
Reference System

Hệ quy chiếu sao địa tâm

14

ETRS

Earth Terrestrial Reference
System

Hệ quy chiếu cố định với
trái đất

15

TRS

Terrestrial Reference System Hệ quy chiếu trái đất


6

TT

Chữ
viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

The International Earth
Rotation Service

Cơ quan quốc tế về dịch vụ
chuyển động quay Trái Đất

16

IERS

The International Earth
Rotation and Reference
Systems Service

Cơ quan quốc tế về dịch vụ
chuyển động quay Trái Đất
và hệ quy chiếu

17

IUGG

The International Union of
Geodesy and Geophysics

Liên đoàn Trắc địa và Địa
vật lý quốc tế

18

IAU

The International
Astronomical Union

Liên đoàn Thiên văn quốc tế

19

VLBI

Very Long Base
Interpherometry

Giao thoa vô tuyến cạnh
đáy dài

20

LLR

Lunar Laser Ranging

Đo khoảng cách Laze đến
mặt trăng

21

SLR

Satellite Laser Ranging

22

DoD

The United States
Department of Defence

Đo khoảng cách laze đến vệ
tinh
Bộ Quốc phòng Mỹ

23

DORIS

Doppler Orbitography and
Radiopositioning Integrated
by Satellite

Kỹ thuật đo tích hợp định vị

vô tuyến quỹ đạo Doppler
bằng vệ tinh


vii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các tham số kích thước và hình dạng trong hệ WGS-84 .......................... 7
Bảng 1.2. Các phiên bản khác của WGS-84 .............................................................. 8
Bảng 1.3. Độ chính xác các phiên bản trong hệ quy chiếu WGS-84 ......................... 9
Bảng 1.4. Tọa độ vuông góc không gian của các điểm USAE và NGA trong khung
WGS-84 (G1762) thời điểm 2005.0 và vận tốc ....................................................... 12
Bảng 1.5. Tọa độ trắc địa các trạm USAE và NGA trong WGS-84 (G1762) tại thời
điểm Epoch 2005.0 ................................................................................................... 13
Bảng 1.6. Các hằng số trắc địa cơ bản ..................................................................... 15
Bảng 1.7. Các hằng số hình học và vật lý của hệ tọa độ PZ-90 ............................... 15
Bảng 2.1. Các tham số chuyển đổi giữa WGS-84 và ITRF ..................................... 26
Bảng 2.2. Các tham số chuyển đổi từ PZ-90.11 sang ITRF2008 ............................ 27
Bảng 3.1. Tọa độ các điểm thuộc lưới Châu Á - Thái Bình Dương ......................... 32
Bảng 3.2. Tọa độ các điểm thuộc lưới Châu Á - Thái Bình Dương trong hệ quy
chiếu VN-2000 .......................................................................................................... 33
Bảng 3.3. Thông tin các điểm thuộc lưới biển .......................................................... 34
Bảng 3.4. Tọa độ các điểm thuộc lưới biển trong khung ITRF08, thời điểm
2016.764 .................................................................................................................... 35
Bảng 3.5. Tọa độ các điểm thuộc lưới biển trong VN-2000 ..................................... 37
Bảng 3.6. Tham số chuyển đổi từ ITRFXY sang VN-2000 tại thời điểm 2015.0. ..... 37
Bảng 3.7. Các tham số chuyển đổi tọa độ từ VN-2000 sang WGS-84 ..................... 39
Bảng 3.8. Chênh lệch tọa độ WGS-84 (G1150) tính theo hai phương án (từ khung
ITRF2008 và từ VN-2000) trong lưới Châu Á - Thái Bình Dương ......................... 41
Bảng 3.9. Chênh lệch tọa độ WGS-84 (G1150) tính theo hai phương án (từ khung

ITRF2008 và từ VN-2000) trong lưới GNSS biển ................................................... 42
Bảng 3.10. Chênh lệch tọa độ WGS-84 (G1674) tính theo hai phương án (từ khung
ITRF2008 và từ VN-2000) trong lưới Châu Á - Thái Bình Dương ......................... 43
Bảng 3.11. Chênh lệch tọa độ WGS-84 (G1674) tính theo hai phương án (từ khung
ITRF2008 và từ VN-2000) trong lưới GNSS biển ................................................... 44
Bảng 3.12. Chênh lệch tọa độ giữa hệ WGS-84 (G1762) tính theo (từ khung
ITRF2008 và từ VN-2000) trong lưới Châu Á - Thái Bình Dương ......................... 46


8

Bảng 3.13. Chênh lệch tọa độ WGS-84 (G1762) tính theo hai phương án (từ khung
ITRF2008 và từ VN-2000) trong lưới GNSS biển ................................................... 46
Bảng 3.14. Chênh lệch tọa độ WGS-84 xác định từ VN-2000 theo 7 tham số
đang sử dụng chính thức với giá trị WGS-84 đã biết trong lưới Châu Á - Thái
Bình Dương .................................................................................................. 48
Bảng 3.15. Chênh lệch tọa độ WGS-84 xác định từ VN-2000 theo 7 tham số đang
sử dụng chính thức với giá trị WGS-84 đã biết trong lưới biển ............................... 49
Bảng 3.16. Độ lệch trung phương giữa tọa độ WGS-84 được xác định theo phương
án tính chuyển từ hệ VN-2000 với phương án tính chuyển từ ITRF08 ....................
50
Bảng 3.17. Độ lệch trung phương giữa tọa độ WGS-84 được xác định từ hệ VN2000 với giá trị WGS-84 đã biết ............................................................................... 52
Bảng 3.18. Các tham số chuyển đổi tọa độ từ VN-2000 sang PZ-90 .......................
53
Bảng 3.19. Chênh lệch tọa độ giữa hệ PZ-90.00 tính theo hai phương án (từ
ITRE2008 và từ VN 2000) trong lưới Châu Á và Thái Bình Dương .......................
54
Bảng 3.20. Chênh lệch tọa độ giữa hệ PZ-90.00 tính theo hai phương án (từ
ITRE2008 và từ VN 2000) trong lưới GNSS biển.................................................... 55
Bảng 3.21. Chênh lệch tọa độ giữa hệ PZ-90.02 tính theo hai phương án (từ

ITRE2008 và từ VN 2000) trong lưới Châu Á và Thái Bình Dương .......................
56
Bảng 3.22. Chênh lệch tọa độ giữa hệ PZ-90.02 tính theo hai phương án (từ
ITRE2008 và từ VN 2000) trong lưới GNSS biển.................................................... 57
Bảng 3.23. Chênh lệch tọa độ giữa hệ PZ-90.11 tính theo hai phương án (từ
ITRE2008 và từ VN 2000) trong lưới Châu Á và Thái Bình Dương .......................
59
Bảng 3.24: Chênh lệch tọa độ giữa hệ PZ-90.11 tính theo hai phương án (từ
ITRE2008 và từ VN 2000) trong lưới GNSS biển.................................................... 60
Bảng 3.25. Độ lệch trung phương giữa tọa độ PZ-90 xác định theo phương án tính
chuyển từ hệ VN-2000 với phương án tính chuyển từ ITRF08 ................................
61


9

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Các trạm quan sát của DoD và NIMA tham gia WGS-84 (G1150)
............10
Hình 1.2. Các trạm quan sát của IGS tham gia WGS-84 (G1150) ...........................10
Hình 1.3. Các trạm tham chiếu trong khung WGS-84 (G1762) ...............................11
Hình 1.4. Các trạm quan sát PZ-90.11, IGS, DORIS trên lãnh thổ Nga ..................16
Hình 3.1. Vị trí phân bố các điểm thuộc lưới Châu Á - Thái Bình Dương...............31
Hình 3.2. Vị trí phân bố các điểm thuộc lưới biển....................................................36
Hình 3.3. Độ lệch trung phương giữa tọa độ WGS-84 xác định theo phương án tính
chuyển từ hệ VN-2000 với phương án tính chuyển từ ITRF08 ................................50
Hình 3.4. Độ lệch trung phương giữa tọa độ WGS-84 xác định từ hệ VN-2000 với
giá trị WGS-84 đã biết ..............................................................................................52
Hình 3.5. Độ lệch trung phương giữa tọa độ PZ-90 xác định theo phương án tính
chuyển từ hệ VN-2000 với phương án tính chuyển từ ITRF08 ................................61

10

THÔNG TIN LUẬN VĂN
- Họ và tên học viên: Trần Ngọc Hải
- Lớp: CH2ATĐ

Khóa: 2

- Cán bộ hướng dẫn: TS. Phạm Thị Hoa
- Tên đề tài: Nghiên cứu kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu VN-2000 với
hệ quy chiếu WGS-84 và PZ-90
Về lý thuyết, Luận văn nghiên cứu cơ sở khoa học kết nối tọa độ theo
quan điểm động và đề xuất phương án kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu VN2000 với hai hệ WGS-84 và PZ-90. Về thực nghiệm, Luận văn đã xác định
được bộ tham số kết nối VN-2000 với WGS-84 và PZ-90 dựa trên số liệu của
10 điểm khống chế thuộc lưới Châu Á - Thái Bình Dương và 11 điểm thuộc
lưới Biển. Kết quả kiểm tra cho thấy các tham số kết nối có độ tin cậy cao,
đáp ứng được phần lớn các nhiệm vụ khoa học và thực tiễn với yêu cầu độ
chính xác trung bình.


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay trên thế giới có ba hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu: đó là
GPS (Mỹ), GLONASS (Nga) và GALILEO (liên minh Châu Âu). Trong đó
GPS và GLONASS đang hoạt động, GALILEO đang hoàn thiện (đã thu được
tín hiệu thử nghiệm).

1.1. Hệ thống GPS sử dụng hệ quy chiếu WGS-84
GPS là hệ thống định vị của Mỹ, sử dụng hệ quy chiếu WGS-84. Các vệ
tinh đầu tiên của hệ thống này được phóng lên quỹ đạo vào tháng 2 năm 1978.
Toàn bộ hệ thống được đưa vào họat động hoàn chỉnh từ tháng 5 năm 1994.
Theo thiết kế ban đầu, hệ thống có 24 vệ tinh, tuy nhiên số vệ tinh thực tế
hiện nay là 35. Cho đến nay được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới cả
trong lĩnh vực dân sự và quân sự. Hệ thống GPS đang được tiếp tục hiện đại
hóa với mục tiêu gia tăng cường độ tín hiệu, phát triển các ứng dụng trong
lĩnh vực dân sự và quân sự, đảm bảo tính sẵn sàng và độ ổn định của tín hiệu
định vị dẫn đường cũng như thông số thời gian.
Hệ thống GPS sử dụng hệ quy chiếu WGS-84. Tính đến thời điểm này
WGS-84 đã trải qua một số thay đổi nhỏ trong các phiên bản sau này kể từ
khi công bố ban đầu của nó. Các phiên bản mới của WGS-84 dựa trên dữ liệu
GPS của phiên bản trước như G730, G873, G1150 và G1674, G1762.
1.2. Hệ thống Glonass sử dụng hệ quy chiếu PZ-90
Từ năm 1976, Bộ quốc phòng Liên Xô đã nghiên cứu thiết kế xây dựng
hệ thống định vị toàn cầu GLONASS (Global Navigation Satellite System).
Ngày 12 tháng 10 năm 1982 vệ tinh đầu tiên của GLONASS được phóng lên
quỹ đạo. Ngày 24 tháng 9 năm 1993 hệ thống chính thức được đưa vào sử
dụng. Hiện tại hệ thống có 26 vệ tinh trong hệ thống định vị toàn cầu, 18 vệ


2

tinh trong số đó bao quát toàn bộ lãnh thổ nước Nga. Hệ thống GLONASS
đang tiếp tục được phát triển dưới sự quản lý, bảo trì của Bộ quốc phòng Nga
và đã cho phép người dùng tại Việt Nam định vị điểm một cách độc lập từ tín
hiệu vệ tinh của hệ thống.
Hệ thống GLONASS sử dụng hệ quy chiếu PZ-90. Nghị định của chính
phủ Liên bang Nga số 568 ngày 28 tháng 7 năm 2000 hệ quy chiếu PZ-90

được đưa vào sử dụng cho GLONASS. Từ đó đến nay, hệ PZ-90 đã trải qua
hai lần hiện đại hóa. Việc hiện đại hóa đầu tiên được hoàn thành vào năm
2002 (được gọi là PZ-90.02). Trong năm 2011, hệ quy chiếu địa tâm PZ90.02 đã được nâng cấp thành hệ thống PZ-90.11.
1.3. Hiện trạng kết nối tọa độ của hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy chiếu
WGS-84 và PZ-90
a. Hiện trạng kết nối tọa độ của hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy chiếu
WGS-84
Hiện nay, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã ban hành Quyết định số
05/2007/QĐ-BTNMT ngày 27 tháng 2 năm 2007 về sử dụng hệ thống tham
số tính chuyển giữa Hệ tọa độ quốc tế WGS-84 và hệ tọa độ quốc gia VN2000. Tuy nhiên các tham số tính chuyển chỉ phù hợp với phiên bản cũ. Hiện
nay, hệ quy chiếu WGS-84 đã có phiên bản mới. Vì vậy cần xem xét lại bộ
tham số tính chuyển này.
b. Hiện trạng kết nối tọa độ của hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy chiếu
PZ-90
Hiện nay chưa có công trình khoa học nào công bố về các tham số tính
chuyển của VN-2000 với các hệ quy chiếu ITRS, hệ quy chiếu PZ-90 nên
cũng cần phải được xem xét, giải quyết trong Luận văn này.


3

1.4. Luận giải về việc đặt ra mục tiêu và những nội dung cần nghiên cứu
của Luận văn
Qua đánh giá trên đây cho thấy, vấn đề kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu
VN-2000 với hệ quy chiếu WGS-84 và PZ-90 đang có các bất cập sau:
- Hiện nay chỉ công bố 7 tham số tính chuyển giữa hệ quy chiếu VN2000 sang WGS-84 theo quan điểm tĩnh. Thực chất 7 tham số này hiện nay
không còn phù hợp (do hệ WGS-84 đã chuyển sang phiên bản mới).
- Bộ tham số tính chuyển giữa hệ quy chiếu VN-2000 sang WGS-84
chưa được công bố nên vấn đề kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu VN-2000
sang hệ PZ-90 chưa được giải quyết.

Trước thực trạng đó, Luận văn với tên gọi “Nghiên cứu kết nối tọa độ
giữa hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy chiếu WGS-84 và PZ-90” đã được đặt
ra để nghiên cứu.
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
2.1. Ý nghĩa khoa học
Thành quả kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy chiếu
WGS-84 và PZ-90 sẽ góp phần đẩy mạnh việc ứng dụng các thành tựu về
khoa học và công nghệ trong lĩnh vực tích hợp thông tin địa không gian.
2.2. Ý nghĩa thực tiễn
Trong xu thế toàn cầu hoá và hiện đại hoá, ngành Trắc địa Việt Nam có
nhiều cơ hội thừa hưởng thành quả về khoa học và công nghệ của các nước
phát triển. Trong đó đặc biệt là các nguồn số liệu GNSS với độ phủ toàn cầu
có khả năng hỗ trợ cho cả công tác nghiên cứu khoa học và giải quyết các
nhiệm vụ thực tiễn đạt hiệu quả cao, giảm thiểu đáng kể chi phí đầu tư.
Tuy nhiên, như trên đã phân tích, các nguồn số liệu GNSS được định vị
trong nhiều hệ quy chiếu khác nhau dẫn đến nảy sinh vấn đề cần giải quyết
bài toán hoà nhập, thống nhất chúng trong cùng một hệ quy chiếu. Đây là


4

khâu then chốt để sử dụng hiệu quả các nguồn dữ liệu GNSS nói trên. Đặc
biệt trong giai đoạn hiện nay, Cục Đo đạc, Bản đồ và Thông tin địa lý Việt
Nam đang triển khai Dự án “Xây dựng mạng lưới trạm định vị toàn cầu bằng
vệ tinh trên lãnh thổ Việt Nam” với mục tiêu cơ bản và quan trọng bậc nhất là
cung cấp dịch vụ số liệu hiệu chỉnh độ chính xác cao, phục vụ cho tất cả các
ứng dụng xác định vị trí và dẫn đường trong chế độ thời gian thực dựa trên
nền tảng truyền số liệu qua Internet.
Bài toán hoà nhập, thống nhất các nguồn số liệu GNSS trong cùng một
hệ quy chiếu không phải là vấn đề của riêng Việt Nam mà là vấn đề của toàn

thế giới.
3. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài
3.1. Mục tiêu
Mục tiêu của Luận văn là xác định bộ tham số chuyển đổi nhằm kết nối
tọa độ giữa hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy chiếu WGS-84 và PZ-90.
3.2. Nhiệm vụ
Để đạt được mục tiêu trên, Luận văn cần giải quyết các nhiệm vụ sau:
- Tổng quan về hệ quy chiếu VN-2000, WGS-84 và PZ-90;
- Hiện trạng kết nối hệ kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu VN-2000 với
WGS-84 và PZ-90;
- Xác định bộ tham số kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu VN-2000 với
các hệ quy chiếu WGS-84 và PZ-90;
- Kết nối tọa độ giữa hệ quy chiếu VN-2000 với hệ quy chiếu WGS-84
và PZ-90, nhận xét và đánh giá kết quả.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
4.1. Đối tượng
Đối tượng nghiên cứu của Luận văn là mối quan hệ giữa hệ quy chiếu
VN-2000 với hai hệ WGS-84 và PZ-90.
4.2. Phạm vi
Phạm vi nghiên cứu của Luận văn là xác định bộ tham số kết nối tọa độ
giữa hệ quy chiếu VN-2000 và hai hệ WGS-84 và PZ-90.


5

5. Phương pháp nghiên cứu
5.1. Phương pháp tổng hợp kế thừa
Thu thập tư liệu, tài liệu; các công trình đã được nghiên cứu trước đây;
phân tích, đánh giá và lựa chọn các phương pháp nghiên cứu phù hợp; tổng
hợp các kết quả nghiên cứu, các tư liệu liên quan đến nội dung của Luận văn.

5.2. Phương pháp phân tích thống kê
Các số liệu thống kê được thu thập từ các cơ quan lưu trữ đầu ngành, qua
quá trình xử lý, phân tích đánh giá giữa các hệ quy chiếu theo quan điểm tĩnh
và quan điểm động. Phân tích dựa trên các khía cạnh như lý thuyết chung về
hệ quy chiếu, khung quy chiếu, lịch sử hình thành các hệ quy chiếu, các triển
khai (các khung quy chiếu) trong từng Hệ quy chiếu, nguyên tắc chung để kết
nối tọa độ giữa các Hệ quy chiếu theo quan điểm tĩnh và quan điểm động, các
bộ tham số gốc để kết nối giữa các Hệ quy chiếu. Sau đó tiến hành hệ thống
hóa các tri thức theo một trật tự logic trong bài toán kết nối tọa độ giữa các
Hệ quy chiếu.
5.3. Phương pháp thực nghiệm
Luận văn sử dụng phương pháp thực nghiệm để tính toán xác định bộ
tham số kết nối giữa Hệ quy chiếu VN-2000 với WGS-84 và PZ-90. Sau khi
xác định được bộ tham số, Luận văn tiến hành kết nối tọa độ giữa các Hệ và
đánh giá độ tin cậy của bộ tham số xác định được.
6. Cơ sở tư, tài liệu
Luận văn được hoàn thành trên cơ sở thu thập và sử dụng nguồn tư, tài
liệu thực tế đa dạng và phong phú. Số liệu và tài liệu liên quan được thu thập
tại Cục Đo đạc, Bản đồ và Thông tin địa lý Việt Nam, các báo cáo kết quả
bình sai lưới Châu Á - Thái Bình Dương do nước Úc công bố...
7. Cấu trúc của Luận văn
Luận văn được xây dựng với bố cục gồm có 03 Chương và 02 phần là
Phần mở đầu và Phần kết luận, được đánh máy trên khổ giấy A4.
Ngoài ra, còn kèm theo các bình đồ ảnh và hệ thống các phụ lục, bảng
biểu.


6

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ HIỆN TRẠNG KẾT NỐI TỌA ĐỘ
GIỮA CÁC HỆ QUY CHIẾU
1.1. Hệ quy chiếu WGS-84
Từ những năm 1950, khi bắt đầu sử dụng vệ tinh nhân tạo của Trái đất
yêu cầu thiết yếu là cần có một hệ thống trắc địa thống nhất cho toàn thế giới
để có thể giải quyết những vấn đề đặt ra như sau:
- Trên thế giới, khoa học không gian và du hành vũ trụ, vệ tinh nhân tạo
phát triển;
- Việc thiếu thông tin trắc địa giữa các lục địa;
- Những hệ tọa độ lớn như hệ Châu Âu (ED50), hệ Bắc Mỹ (NAD) và hệ
Tokyo (TD) không thể cung cấp một cơ sở dữ liệu địa lý trên toàn thế giới;
- Cần một bản đồ toàn cầu cho hàng hải, hàng không, và địa lý;
- Trong chiến tranh lạnh đòi hỏi một hệ quy chiếu không gian địa lý, phù
hợp với Hiệp định tiêu chuẩn NATO.
Vào cuối những năm 1950, Bộ quốc phòng Hoa kỳ, cùng với các nhà
khoa học của tổ chức và các quốc gia khác, bắt đầu phát triển các hệ thống thế
giới cần phải có số liệu trắc địa. Với sự nỗ lực của quân đội Hoa kỳ, hải quân
và không quân, hệ trắc địa toàn cầu đầu tiên do Bộ quốc phòng Mỹ (DoD) đã
được thiết lập. Đó chính là hệ thống trắc địa toàn cầu WGS-60.
Vào tháng 1 năm 1966, nhận thấy sự cần thiết phát triển hệ thống trắc
địa thế giới để đáp ứng công việc lập bản đồ, biểu đồ và yêu cầu của quân sự
và trắc địa. Hệ WGS-66 đã được phát triển từ WGS-60 và bổ sung thêm các
quan sát trọng lực bề mặt, kết quả từ việc mở rộng mạng lưới tam giác và từ
những dữ liệu vệ tinh. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và yêu
cầu các dữ liệu có độ chính xác cao hơn, đòi hỏi có các hệ trắc địa toàn cầu có
độ chính xác cao được ra đời đáp ứng các yêu cầu của Bộ Quốc phòng Mỹ
(DoD), do đó WGS-66 đã được thay thế bởi Hệ WGS-72 và sau cùng là
WGS-84.

7

Đến năm 1984, hệ quy chiếu quốc tế khá hoàn chỉnh WGS-84 (World
Geodetic System 1984) đã được thừa nhận trên cơ sở các nghiên cứu tổng hợp
số liệu toàn cầu do Liên đoàn Trắc địa Quốc tế (IAG) đề xuất, Gs. Ts. Moritz
chủ trì. WGS-84 là một hệ quy chiếu Trái đất quy ước (CTRS) phù hợp với
Trái đất trên phạm vi toàn cầu. Hệ WGS-84 được xác định với gốc tọa độ khá
gần với trọng tâm trái đất (xét cả phần đại dương và khí quyển quanh Trái
đất) thỏa mãn các tiêu chí do IERS đề ra.
Hệ tọa độ đề các sử dụng trong WGS-84 có các trục tọa độ như sau [1]:
- Trục OZ hướng về Cực Bắc xác định tại thời điểm quy ước 1984 với
sai số cỡ 0.005”;
- Trục OX xác định trên mặt phẳng kinh tuyến gốc, tương ứng với thời
điểm quy ước 1984 với sai số cỡ 0.005”;
- Trục OY tạo với OX, OZ tạo thành một tam diện thuận.
Hệ WGS-84 sử dụng thời gian GPS và được thiết lập dựa trên ellipsoid
WGS-84 có các tham số kích thước và hình dạng được thống kê trong bảng 1.1.
Trong hệ WGS-84, vị trí của một điểm bất kỳ nhờ thành phần tọa độ
vuông góc không gian địa tâm là X, Y, Z hoặc tọa độ trắc địa B, L, H.
Bảng 1.1. Các tham số kích thước và hình dạng trong hệ WGS-84 [2]
Hằng số
Bán trục lớn
Độ dẹt
Độ lệch tâm thứ nhất
Hằng số trọng trường tổng hợp
Tham số hình dạng động học
của Trái đất
Tốc độ quay của Trái đất
Thế trọng trường chuẩn trên
Ellipsoid

Trọng lực chuẩn trên xích đạo
Trọng lực chuẩn tại cực

Ký hiệu
a
f
e2
GM

Đơn vị
m
3 2
m /s

Giá trị
6378137
1/298,257223563
0.00669438
3986004,418.108

J2

-

108263.10-8

rad/s

7292115.10-11

U0

m2 /s2

62636851.7146

E

m/s2

9.7803253359

P

m/s2

9.8321849378


8

Năm trạm điều khiển đầu tiên của hệ thống GPS được chọn làm lưới tọa
độ quy chiếu quốc tế WGS-84. Tọa độ tương đối đầu tiên của các trạm được
xác định bằng nhiều công nghệ nhưng chủ yếu là kỹ thuật giao thoa đường
đáy dài (VLBI). Sau đó các toạ độ này được điều chỉnh lại bằng công nghệ
GPS. Khi các trạm điều khiển thực hiện chức năng điểu khiển hoạt động của
hệ thống GPS, Cục Bản đồ và Ảnh Quốc gia Mỹ (NIMA - National Imagery
and Mapping Agency) đã thiết lập bổ sung 7 trạm quan trắc nữa tại
Washington D.C. (đông của Bắc Mỹ), Ecuador (bắc của Nam Mỹ), Argentina
(nam của Nam Mỹ), Anh (Tây Âu), Bahrain (Trung Đông), Bắc kinh (Trung

quốc), Australia (nam Australia) do đó đã nâng tổng số trạm quan trắc vệ tinh
GPS đồng thời là hệ thống điểm quy chiếu tọa độ toàn cầu WGS-84 là 12
trạm. Các trạm này được hiệu chỉnh lần thứ nhất vào năm 1994 (tuần thứ 730
của GPS) và lần thứ hai vào năm 1996 (tuần thứ 873 của GPS), lần thứ 3 vào
năm 2002 (tuần thứ 1150 của GPS), lần thứ tư vào năm vào năm 2012 (tuần
thứ 1674 của GPS), lần thứ sáu vào năm 2013 (tuần thứ 1762 của GPS).
Tương ứng với các lần cập nhật này là các phiên bản mới của WGS-84 với
tên gọi WGS-84 (G730), WGS-84 (G873), WGS-84 (G1150), WGS-84
(G1674), WGS-84 (G1762). Tên các phiên bản có ý nghĩa như sau:
- Chữ G là viết tắt của GPS;
- Các số 730, 873, 1150, 1674 và 1762 là số tuần lễ GPS.
Thông tin chi tiết của các phiên bản được thể hiện trong bảng 1.2.
Bảng 1.2. Các phiên bản khác của WGS-84 [1]
Năm công bố
TT

Tên ngắn

tham số

Ghi chú

tính chuyển
1

WGS-84

1994

Do DoD thành lập vào năm 1987, sử dụng

các
quan sát Doppler. Còn được gọi là WGS-84


9

Năm công bố
TT

Tên ngắn

tham số

Ghi chú

tính chuyển
(1987),

WGS-84

(bản

gốc),

WGS-84

(TRANSIT).
WGS-84

2

(G730)
WGS-84

3

(G873)
WGS-84

4

(G1150)
WGS-84

5

(G1674)
WGS-84

6

(G1762)

1994
1997
2001
2005
2005

Thực hiện do Bộ DoD đưa ra vào ngày

1994-06-29 dựa trên quan sát GPS.
Thực hiện được DoD đưa ra vào ngày 199701-29 dựa trên quan sát GPS.
Thực hiện do Sở Xây dựng thực hiện vào
2002-01-20 dựa trên các quan sát GPS.
Do DoD đưa ra vào ngày 2012-02-08 dựa
trên các quan sát GPS.
Thực hiện do Bộ DoD đưa ra vào ngày
2013-10-16 dựa trên các quan sát GPS.

Bảng 1.3. Độ chính xác các phiên bản trong hệ quy chiếu WGS-84 [1]
STT

Tên gọi

Thời điểm công bố

Độ chính xác

tham số tính chuyển

vị trí điểm

1

WGS-84 (G730)

6/1994

10 cm

2

WGS-84 (G873)

1/1997

5 cm

3

WGS-84 (G1150)

1/2002

1 cm

4

WGS - 84 (G1674)

1/2005

<1 cm

5

WGS - 84 (G1762)

6/2005

<1 cm


10

Hình 1.1. Các trạm quan sát của DoD và NIMA tham gia WGS-84 (G1150) [1]

Hình 1.2. Các trạm quan sát của IGS tham gia WGS-84 (G1150) [1]


11

Hình 1.3. Các trạm tham chiếu trong khung WGS-84 (G1762) [1]
Các hệ thống này không khác nhau về hệ quy chiếu nhưng khác nhau về
tọa độ các điểm quy chiếu. Độ lệch tọa độ và độ cao sau lần điều chỉnh thứ
nhất (trước và sau năm 1994) có giá trị trung bình khoảng 0,5 dm tới 1,0 dm,
lớn nhất là 3,9 dm tại điểm Washington D.C. và 3,1 dm tại điểm Bắc Kinh.
Lần điều chỉnh thứ hai có độ lệch không lớn về tọa độ và độ cao trước và sau
hiệu chỉnh.
Về phiên bản WGS-84 (G1762), sản phẩm này được công bố vào tháng
7 năm 2013 trên cơ sở sử dụng số liệu quan trắc GPS từ USAF và các trạm
trong đoạn điều khiển của hệ thống GPS với mục đích làm cho nó đồng nhất
với ITRF2008. Sau đây là một số thông tin tóm tắt về quá trình thiết lập
WGS-84 (G1762) [1]:
- Dữ liệu vào được thu thập từ tất cả các trạm quan sát GPS trong thời
gian từ 11/5/2013 đến 26/5/2013;
- Các trạm hỗ trợ từ IGS đóng vai trò như các điểm khống chế trong bài
toán xác định WGS-84 (G1762). Tọa độ các điểm IGS trong khung 2008, thời
điểm 2005.0 được sử dụng như tọa độ gốc, tọa độ các điểm thuộc mạng lưới
USAF và NGA là yếu tố cần xác định;

12

- Tọa độ các trạm IGS được xác định dựa trên thời điểm xét và vận tốc
chuyển dịch của các điểm;
- Tọa độ các điểm trong hệ WGS-84 được xác định tại thời điểm 2005.0;
- Tại tất cả các trạm đều sử dụng dữ liệu khí tượng. Trong trường hợp
các trạm GPS không có số liệu khí tượng thì có thể sử dụng dữ liệu từ các
trạm liền kề hoặc các giá trị mặc định;
- Với các trạm do Nga quản lý, vận tốc các trạm theo số liệu của IGS.
Đối với các trạm thuộc USAF, vận tốc của các trạm được lấy theo vận tốc các
IGS gần kề. Trong quá trình xác định WGS-84 (G1762), vận tốc của các trạm
USAF và NGA như bảng 1.4, 1.5.
Để biết thêm thông tin chi tiết về WGS-84, có thể tìm thêm tài liệu [1].
Bảng 1.4. Tọa độ vuông góc không gian của các điểm USAE và NGA
trong khung WGS-84 (G1762) thời điểm 2005.0 và vận tốc [3]
Tên trạm

X

Y

Z

Ẋ

Ẏ

Ż

(m)

(m)

(m)

(m/yr)

(m/yr)

(m/yr)

Các trạm
của USAE
Colorado Springs -1248599.695 -4819441.002

3976490.117

-0.0146 0.0009 -0.0049

Ascension

6118523.866

-1572350.772

-876463.909

-0.0002 -0.0057 0.0110

Diego Garcia

1916196.855

6029998.797

-801737.183

-0.0448 0.0176 0.0331

Kwajalein

-6160884.028

1339852.169

960843.154

0.0201

-5511980.264 -2200246.752

2329481.004

-0.0098 0.0628 0.0320
-0.0126 0.0016 0.0011

Hawaii
Cape Canaveral

0.0663 0.0295

918988.062

-5534552.894

3023721.362

Australia

-3939182.512

3467072.917

-3613217.139 -0.0409 0.0030 0.0485

Argentina

2745499.034

-4483636.563 -3599054.496

England

4011440.890

Các trạm
của Nga

-63375.739

4941877.084

0.0045 -0.0079 0.0085
-0.0127 0.0168 0.0101