Nghiên cứu quy trình thành lập bản đồ địa hình đáy biển vùng ven bờ tỷ lệ 1 5000 bằng công nghệ GNSS và máy đo sâu hồi âm đơn tia

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH
THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊAHÌNH ĐÁY BIỂN VÙNG VEN BỜ
TỶ LỆ 1:5000BẰNGCÔNG NGHỆ GNSSVÀ MÁY ĐO SÂU
HỒI ÂM ĐƠN TIA

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ

NGUYỄN THANH TÙNG

HÀ NỘI, NĂM 2017


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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH
THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH ĐÁY BIỂN VÙNG VEN BỜ
TỶ LỆ 1:5000BẰNGCÔNG NGHỆ GNSS VÀ MÁY ĐO SÂU
HỒI ÂM ĐƠN TIA
NGUYỄN THANH TÙNG
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ
MÃ SỐ: 60520503

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. ĐINH XUÂN VINH

HÀ NỘI, NĂM 2017


i
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Cán bộ hướng dẫn chính: TS. Đinh Xuân Vinh

Cán bộ chấm phản biện 1: TS. Ngô Văn Hợi

Cán bộ chấm phản biện 2: PGS.TS. Trần Viết Tuấn

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 30 tháng 12 năm 2017


ii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả
nghiên cứu được trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực và khách
quan, chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Các
số liệu, tài liệu được thu thập hoàn toàn từ thực tế sản xuất và trong các tài
liệu bản thân đã sưu tầm.
Hà Nội, ngày

tháng 12 năm 2017
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Thanh Tùng


3

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này, tác giả đã nhận được nhiều sự quan
tâm, ủng hộ về mặt chuyên môn, học thuật và tnh thần từ các nhà khoa
học,thầy cô giáo, các đồng nghiệp.
Tác giả đặc biệt cảm ơn Tiến sĩ Đinh Xuân Vinh đã tận tình hướng dẫn,
giúp đỡ tác giả, củng cố và phát triển kiến thức về lĩnh vực nghiên cứu, khảo
sát địa hình đáy biển, tch hợp các công nghệ mới, phân tch, tổng hợp số liệu
một cách tối ưu để hoàn thành luận văn.
Tác giả chân thành cảm ơn Ban giám đốc Đoàn đo đạc biển Miền Bắc,
Lãnh đạo Trung tâm Trắc địa biển - Tổng cục Biển và Hải đảo Việt Nam
(SEAMAP), đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả triển khai tham quan, thực
nghiệm,vận hành các thiết bị trên tàu đo đạc biển và trong suốt quá trình
nghiên cứu thực hiện luận văn này.


4

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................... ii
MỤC LỤC........................................................................................... .iii
THÔNG TIN LUẬN VĂN ................................................................. vii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................ viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................. ix

DANH MỤC HÌNH VẼ........................................................................ x
MỞ ĐẦU............................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC ĐO VẼ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ
ĐỊA HÌNH ĐÁY BIỂN .................................................................... 5
1.1. Khái quát về công tác thành lập BĐĐH đáy biển.......................... 5
1.1.1. Khái niệm bản đồ địa hình đáy biển ............................................... 5
1.1.2. Mục đích của việc thành lập bản đồ địa hình đáy biển................... 5
1.1.3. Phân loại BĐĐH đáy biển….......................................................... .6
1.2. Tổng quan về công nghệ định vị mặt bằng và độ cao trên biển…....8
1.2.1. Công nghệ định vị mặt bằng trên biển… ........................................ 8
1.2.2. Công nghệ xác định độ cao trên biển............................................ 14
1.2.3.Tích hợp công nghệ định vị mặt bằng và xác định độ cao trên biển......
34
1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về ứng dụng công nghệ
GNSS và máy đo sâu hồi âm trong công tác đo vẽ thành lập BĐĐH đáy biển38
1.3.1. Các công trình nghiên cứu ngoài nước ......................................... 38
1.3.2. Các công trình nghiên cứu trong nước.......................................... 39
1.4. Thực trạng công tác thành lập BĐĐH đáy biển ở nước ta hiện nay40
1.4.1. Bản đồ do Bộ Tài nguyên và Môi trường xuất bản ...................... 41
1.4.2. Bản đồ do Hải quân nhân dân Việt Nam xuất bản ....................... 41
1.4.3. Bản đồ chuyên dụng do các Bộ, ngành, địa phương xuất bản...... 42
1.4.4. Công tác thành lập BĐĐH đáy biển tỷ lệ 1: 5000 vùng ven bờ ở
nước ta hiện nay ............................................................................................. .
43


5

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT ĐO GPS VÀ ĐO SÂU
HỒI ÂM THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH ĐÁY BIỂN TỶ LỆ

1:5000 VÙNG VEN BỜ ................................................................................ .46
2.1. Ứng dụng công nghệ GPS và máy đo sâu hồi âm, đo vẽ BĐĐH
đáy biển vùng ven bờ ..................................................................................... .46
2.1.1. Hệ thống định vị GPS trên biển .................................................... 46
2.1.2. Ứng dụng máy đo sâu hồi âm đo vẽ địa hình đáy biển vùng ven bờ
..51
2.1.3. Giới thiệu phần mềm QINSy ........................................................ 58
2.2. Giải pháp kỹ thuật đối với địa hình đáy biển vùng ven bờ.......... 61
2.2.1. Sơ đồ kết nối hệ thống đo sâu hồi âm ........................................... 61
2.2.2. Kết nối hệ thống GPS và máy đo sâu hồi âm đơn ta ................... 63
2.2.3. Quy trình thành BĐĐH đáy biển bằng công nghệ DGPS và máy đo
sâu hồi âm đơn ta ............................................................................................ 64
CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM ĐO VẼ THÀNH LẬP BĐĐH ĐÁY BIỂN
VÙNG VEN BỜ TỶ LỆ 1:5000 BẰNG CÔNG NGHỆ GPS VÀ MÁY ĐO SÂU HỒI ÂM
ĐƠN TIA TẠI VÙNG BIỂN VÂN ĐỒN-QUẢNG NINH...66
3.1. Giới thiệu khu vực thực nghiệm .................................................. 66
3.1.1. Đặc điểm tự nhiên ......................................................................... 66
3.1.2. Đặc điểm Kinh tế - xã hội ............................................................. 68
3.2. Thiết kế kỹ thuật .......................................................................... 72
3.2.1. Các hạng mục công việc chủ yếu của thiết kế kỹ thuật ................ 72
3.2.2. Các văn bản pháp lý sử dụng trong thiết kế, thi công................... 72
3.2.3. Các tài liệu tham khảo trong quá trình thiết kế............................. 74
3.2.4. Cơ sở toán học, độ chính xác của BĐĐH đáy biển tỷ lệ 1:5000...75
3.2.5. Nội dung của bản đồ ..................................................................... 78
3.2.6. Thiết kế kỹ thuật ........................................................................... 79
3.3. Triển khai công tác thực nghiệm ................................................. 92
3.3.1. Mục đích thực nghiệm .................................................................. 92
3.3.2. Chuẩn bị số liệu gốc...................................................................... 92
3.3.3. Công tác đo đạc trên biển.............................................................. 98
3.4. Xử lý kết quả đo......................................................................... 105

6

3.4.1. Tiền xử lý .................................................................................... 105
3.4.2. Xử lý trên QINSy ........................................................................ 107
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.. ........................................................ 118
1. Kết luận ............................................................................................. 118
2. Kiến nghị ........................................................................................... 119
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................ 120
PHỤ LỤC


vii
THÔNG TIN LUẬN VĂN
Họ và tên học viên:Nguyễn Thanh Tùng
Lớp: CH2ATĐ

Khóa: 2

Người hướng dẫn khoa học: Tiến sĩ Đinh Xuân Vinh
Tên đề tài:Nghiên cứu quy trình thành lập bản đồ địa hình đáy biển
vùng ven bờ tỷ lệ 1:5000 bằng công nghệ GNSS và máy đo sâu hồi âm đơn tia.
Để hoàn thành luận văn, tác giả đã nghiên cứu tm hiểu quy trình
thành lập bản đồ địa hình đáy biển vùng ven bờ tỷ lệ lớn và tiến hành thực
nghiệm đo vẽ thành lập bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1: 5000 tại vùng biển
ven bờ Huyện Vân Đồn, Tỉnh Quảng Ninh.
Trong quá trình thực nghiệm, tác giảđề xuất một số giải pháp phù
hợp với vùng biển ven bờ tại Vân Đồn, Quảng Ninh. Các giải pháp đó bao
gồm kỹ thuật định vị vi phân DGNSS kết hợp với đo sâu hồi âm đơn tia,

kỹ thuật RTK GNSS với đo sâu bằng sào tại vùng nước nông hoặc khu nuôi
trồng thủy hải sản. Tuy nhiên đối với mỗi giải phápcần áp dụng riêng
vớitừng trường hợp cụ thể mới đem lại độ chính xác theo yêu cầu.


8

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
TT
Chữ viết tắt/ Tiếng nước ngoài
Ý nghĩa
GNSS - Global Navigation Satellite Hệ thống vệ tinh dẫn đường
1
System
toàn cầu
2 GPS - Global Positioning System
Hệ thống định vị toàn cầu
DGPS - Difference Global Positioning Hệ thống định vị vi phân
3
System
toàn cầu
4 BĐĐH
Bản đồ địa hình
Hệ thống định vị thủy âm
5 LBL - Long Base Line
đường đáy dài
Hệ thống định vị thủy âm
6 SBL- Short Base Line
đường đáy ngắn
Hệ thống định vị thủy âm

7 USBL- UltraShort BaseLine
đường đáy đáy cực ngắn
Đo GPS động thời gian
8 RTK GPS - Real Time Kinematic GPS
thực
9 SBES- Single Beam Echo Sounder
Đo sâu hồi âm đơn tia
10 MBES- MultiBeam EchoSounder
Đo sâu hồi âm đa tia
Hệ thống trắc địa thế giới
11 WGS-84 - World Geodetic System-1984
1984
Laser - Light Amplification by Stimulated Tăng cường ánh sáng bằng
12
Emission of Radiation
kích thích phát xạ bức xạ
13 LIDAR - Light Detection And Ranging
Phát xạ ánh sáng laser
Chế độ kiểm nghiệm vận
14 Barchek
tốc âm thanh
15 HF- High Frequency
Cao tần
16 UHF- Ultra high frequency
Siêu cao tần
SBAS- SatelliteBased Augmentation Hệ thống vệ tinh tăng
17
System
cường
18 C-NAV- Campus Navigation Portal

Cổng điều hướng
19 Gc-GPS - Globally corrected GPS
Hiệu chỉnh GPS
20 PPP - Precise point positioning
Định vị chính xác
21 QPS - Quality Positioning Services
Dịnh vụ chất lượng định vị
IHO - International Hydrographic
22
Tổ chức Thủy đạc Quốc tế
Organization


9

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Số liệu tọa độ điểm gốc.…………………….…………………….93
Bảng 3.2.Kết quả tính chuyển về múi chiếu 30…..…………………………93
Bảng 3.3. Số liệu độ cao điểm gốc..…………………………………………94
Bảng 3.4. Thành quả tọa độ phẳng, độ cao sau bình sai……………………..95
Bảng 3.5. Thông số máy thu GPS và antenna……………………………….96
Bảng 3.6. Thành quả tọa độ và độ cao điểm trạm Base sau bình sai………..97


10

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Phương pháp giao hội góc thuận……………………………...........9
Hình 1.2.Phương pháp giao hội góc nghịch………………………………….9
Hình 1.3.Phương pháp tọa độ cực…………………………………………..10

Hình 1.4.Thiết bị định vị thủy âm……………………………………………..13
Hình 1.5.Đo sâu thu công bằng sào…………………………………………15
Hình 1.6.Máy đo tốc độ sóng âm MiniSVP..……………………….............18
Hình 1.7.Độ rộng giải tần truyền..…………………………………………..21
Hình 1.8. Độ phân giải phụ thuộc vào độ rộng xung..………………………22
Hình 1.9.Máy đo sâu hồi âm ODOM-HYDROTRAC ……………………..24
Hình 1.10.Đầu dò tần số 200KHz sử dụng cho máy đo sâu hồi âm đơn ta của
hãng ODOM (USA)…………………………………………………………24
Hình 1.11.Đo sâu hồi âm đa ta……………………………………………..25
Hình 1.12. Nguyên lý đo sâu hồi âm………………………………………...26
Hình 1.13.Đo sâu bằng máy quét địa hình đáy biển………………………...27
Hình 1.14.Ghi sóng âm phản xạ từ địa vật lồi lên…………………………..28
Hình 1.15.Ghi sóng âm phản xạ từ phần lõm……………………………….29
Hình 1.16.Phương pháp đo sâu laser………………………………………..31
Hình 1.17.Nguyên lý xác định độ sâu trong kỹ thuật đo sâu xử lý sau……..35
Hình 1.18.Sơ đồ mô tả nguyên tắc xác định độ cao đáy biển bằng kỹ thuật
RTK GPS…………………………………………………………………….36
Hình 2.1.Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống DGPS………………….47
Hình 2.2. Nguyên lý đo sâu hồi âm đơn ta………………………………….51
Hình 2.3.Hình ảnh hiển thị trên màn hình của máy đo sâu CEE CHO……..52
Hình 2.4. Hiệu chỉnh mớn nước và cạnh đáy………………………………..53
Hình 2.5.Các trạng thái của tàu……………………………………………..57
Hình 2.6.Màn hình máy tnh trên tàu tích hợp phần mềm dẫn đường
QINSy theo tuyến đo đã thiết kế……………………………………………………..60
Hình 2.7.Sơ đồ kết nối hệ thống đo hồi âm đơn tia, đa ta………………….62
Hình 2.8.Sơ đồ kết nối máy đo sâu đơn ta…………………………………63


11

Hình 2.9.Sơ đồ quy trình thành lập BĐĐH đáy biển……………………….64
Hình 3.1. Bản đồ hành chính huyện Vân Đồn……………………………….67
Hình 3.2. Toàn cảnh cầu cảng Vân Đồn……………………………………..70
Hình 3.3. Toàn cảnh trạm DGPS Đồ Sơn - Hải Phòng……………………...77
Hình 3.4. Thực nghiệm đo sâu tại vùng biển Vân Đồn……………………...80
Hình 3.5. Máy đo sâu hồi âm CEE ECHO ghép nối với máy định vị Trimble
SPS 351và phần mềm QINSy, lắp đặt trên tàu đo…………………………..81
Hình 3.6. Thước đo mực nước và máy triều kí tự động Valeport…………...84
Hình 3.7. Thiết bị thu và phát tín hiệu cải chính DGPS tại trạm Đồ Sơn…...86
Hình 3.8. Trạm Base, thực nghiệm đo vẽ vùng tiếp bờ bằng công nghệ RTK
GPS…89
Hình 3.9. Biên tập BĐĐH đáy biển bằng phần mềm Microstaton SE……...92
Hình 3.10. Thiết kế vị trí đặt mốc TP1TĐB3 và TP1TĐB4………………...95
Hình 3.11. Sơ đồ lưới kiểm tra thiết bị đo biển……………………………...96
Hình 3.12. Sơ đồ lưới trạm Base đo RTK GPS……………………………...97
Hình 3.13. Lắp đặt antenna máy thu GPS trùng với tâm của đầu dò………..98
Hình 3.14. Giao diện cơ bản của QINSy…………………………………...107
Hình 3.15. Giao diện cài đặt tham số ban đầu……………………………...108
Hình 3.16. Giao diện chương trình xử lý sau của QINSy………………….108
Hình 3.17.Giao diện nhập dữ liệu thủy triều………………………………109
Hình 3.18. Giao diện chương trình cải chính thủy triều……………………109
Hình 3.19. Tùy chọn về dữ liệu thủy triều…………………………………110
Hình 3.20. Độ sâu đáy biển thể hiện lại trên giao diện phần mềm…………110
Hình 3.21. Thực hiện cải chính thủy triều cập nhật cơ sở dữ liệu đo sâu….111
Hình 3.22. Đồ thị độ sâu đường KT-32 sau hiệu chỉnh thủy triều…………112
Hình 3.23. Xuất dữ liệu định dạng ASCII………………………………….113
Hình 3.24. Xuất dữ liệu theo các tham số tùy chọn………………………..113
Hình 3.25. Tuyến đo sâu khảo sát đáy biển tỷ lệ 1:5000…………………..113
Hình 3.26. Biên tập BĐĐH đáy biển ven bờ Vân Đồn…………………….117

12

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Nước ta có diện tích hơn 330.000km² bao gồm khoảng 327.480km² đất
liền và hơn 4.200km² biển nội thuỷ, với hơn 4000 hòn đảo, bãi đá ngầm lớn
nhỏ gần và xa bờ. Có 28 trong tổng số 63tỉnh thành phố nước ta nằm
ven biển, diện tch các huyện ven biển chiếm 17% tổng diện tích và là nơi
sinh sống của hơn 1/5 dân số cả nước. Theo số liệu công bố của Bộ Khoa học
- Công nghệ thì chiều dài bờ biển Việt Nam là 3.350km; và xếp hạng thứ 32
về chiều dài đường bờ biển trong tổng số 156 quốc gia có biển trên Thế giới.
Hiện nay, trước sức ép của tốc độ gia tăng dân số ngày càng nhanh, nhu
cầu phát triển kinh tế ngày càng cao, trong bối cảnh các nguồn tài nguyên đất
liền ngày càng cạn kiệt, nhiều quốc gia ven biển đã có những chiến lược dài
hạn, đẩy mạnh khuynh hướng tiến ra biển, khai thác biển, làm giàu từ biển.
Để tếp tục phát huy các tiềm năng của biển trong thế kỷ XXI, Hội nghị
lần thứ tư ban Chấp hành Trung ương Đảng (khoá X) đã thông qua Nghị quyết
số 09-NQ/TW ngày 9/2/2007 “Về chiến lược biển Việt Nam đến năm 2020”,
trong đó nhấn mạnh “Thế kỷ XXI được thế giới xem là thế kỷ của đại dương”
Việc khai thác biển, dù đối tượng là loại tài nguyên gì (kể cả việc đánh
bắt hải sản gần bờ), để bảo đảm tnh bền vững, luôn đòi hỏi một trình độ
công nghệ cao, và thường là công nghệ khác với các loại công nghệ sử
dụng trên đất liền.
Để thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu, điều tra và khảo sát trên biển, đòi
hỏi tất yếu đối với nước ta là phải tiếp cận ứng dụng các công nghệ khoa học
kỹ thuật hiện đại trong công tác trắc địa, thành lập bản đồ biển khu vực cửa
sông, cảng biển để phục vụ nhiệm vụ quản lý biển của các Bộ, Ngành
và Địa

13

phương liên quan, góp phần quan trọng phục vụ quy hoạch phát triển kinh
tế
biển và bảo vệ chủ quyền lãnh hải.
Sự phát triển mạnh mẽ và ngày càng hoàn thiện của công nghệ GNSS đã
giúp cho việc xác định vị trí dựa vào công nghệ này trở nên chính xác và
thuận tện hơn. Ngày nay việc ứng dụng công nghệ GNSS kết hợp với máy
đo sâu hồi âm để thành lập bản đồ địa hình đáy biển ở nước ta đã trở nên
phổ biến. Tuy vậy hầu hết công tác đo vẽ địa hình đáy biển tỷ lệ lớn ven bờ
dùng để phục vụ công tác khảo sát, thiết kế các công trình, chúng ta đều sử
dụng thiết bị, máy móc của nước ngoài, với quy trình đo vẽ do hãng chế tạo
quy định.
Thực tiễn cho thấy, nghiên cứu kỹ lưỡng việc ghép nối, tích hợp thiết bị,
công nghệ, kỹ thuật kiểm nghiệm và hiệu chỉnh thiết bị đo trong đo vẽ thành
lập bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ lớn sao cho phù hợp với điều kiện địa hình,
địa chất của Việt Nam là rất cần thiết. Với mục đích là đưa ra các giải pháp
nhằm nâng cao độ chính xác kết quả đo sâu, phù hợp điều kiện thi công
tại hiện trường, giá thành và tiến độ thi công hiệu quả, tận dụng khả năng
của các thiết bị, kết hợp nhiều kỹ thuật đo khác nhau, đây là một bài toán
kinh tế - kỹ thuật khó.
Từ những lý do trên luận văn tến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu
quy trình thành lập bản đồ địa hình đáy biển vùng ven bờ tỷ lệ 1:5000 bằng
công nghệ GNSS và máy đo sâu hồi âm đơn tia”
2. Mục têu nghiên cứucủađề tài
Mục tiêu của luận văn là:Nghiên cứu quy trình thành lập bản đồ địa
hình đáy biển vùng ven bờ tỷ lệ 1:5000 bằng công nghệ GNSS và máy đo sâu
hồi âm đơn tia.

14

3. Phương pháp nghiên cứu
3.1. Phương pháp tổng hợp kế thừa
Thu thập các tài liệu đã có, các tài liệu chuyên môn, đề tài khoa học có
liên quan đã được công bố, cập nhật các thông tn mới trên mạng, kế thừa
các thành quả có liên quan đến nội dung của luận văn.
Phân tích nguồn dữ liệu thu thập được, từ đó lựa chọn sử dụng thông
tin phù hợp.
3.2. Phương pháp đánh giá và khai thác công nghệ
Khai thác các công nghệ đo sâu và công nghệ định vị trên biển. Chọn lọc
các phương pháp phù hợp với điều kiện vùng biển ven bờ.
Phân tích thực trạng công tác đo đạc và đề xuất giải pháp phù hợp
thành lập bản đồ địa hình đáy biển vùng ven bờ.
3.3. Phương pháp chuyên gia
Xin ý kiến góp ý của giáo viên hướng dẫn, các nhà khoa học, các đồng
nghiệp về các nội dung trong luận văn.
3.4. Phương pháp tích hợp
Tích hợp các phần mềm xử lý số liệu với các dữ liệu đo đạc, nhằm đưa
ra thành quả bản đồ chất lượng tốt.
Tích hợp các phương pháp đo sâu, các kỹ thuật định vị GPS nhằm đề
xuất giải pháp phù hợp điều kiện địa hình đáy biển vùng ven bờ tỉnh Quảng
Ninh.
Tích hợp các phương pháp kiểm tra, hiệu chỉnh đầu dò của máy đo sâu
hồi âm, antenna máy thu GPS, điều kiện địa hình đáy biển vùng ven bờ có độ
dốc và không có độ dốc, điều kiện trạm nghiệm triều tại khu vực đo và các
điều kiện thời tiết khí hậu ảnh hưởng tới di chuyển của tàu.

15

4. Nội dung nghiên cứu
-Nghiên cứu ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh GPS phù hợp điều kiện
thi công trên biển vùng ven bờ.
- Nghiên cứu ứng dụng công nghệ đo sâu hồi âm đơn tiaxác định độ sâu
đáy biển vùng ven bờ.
- Nghiên cứu tm hiểu về quy trình thành lậpBĐĐHđáy biển tỷ lệ 1:5000
vùng ven bờ bằng công nghệ GNSS và máy đo sâu hồi âm đơn ta. Đem lại
hiệu quả về giá thành, nhân lực và độ chính xác yêu cầu.
5. Bố cục luận văn
Ngoài phần mở đầu và phần kết luận kiến nghị và phụ lục, phần nội
dung nghiên cứu luận văn được trình bày trong 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về công tác đo vẽ thành lập BĐĐH đáy biển.
Chương 2: Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật đo GNSS và đo sâu hồi âm
thành lập BĐĐH đáy biển tỷ lệ 1:5000 vùng ven bờ.
Chương 3: Thực nghiệm đo vẽ thành lập BĐĐH đáy biển vùng ven bờ tỷ
lệ 1:5000 bằng công nghệ GPS và máy đo sâu hồi âm đơn tia tại vùng biển
Vân Đồn - Quảng Ninh.


16

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC ĐO VẼ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ
ĐỊA HÌNH ĐÁY BIỂN
1.1. Khái quát về công tác thành lập BĐĐH đáy biển
1.1.1. Khái niệm bản đồ địa hình đáy biển
Bản đồ địa hình đáy biển là sự kéo dài tự nhiên của bản đồ địa hình lục
địa về phía biển, vì vậy nó có nội dung và cách trình bày tương tự như BĐĐH

lục địa. Như vậy BĐĐH đáy biển là một loại BĐĐH, trên đó phải thể hiện
đầy đủcác yếu tố địa hình dưới đáy biển, các địa vật có trên vùng biển, trong
cùng một hệ thống tọa độ, độ cao thống nhất với BĐĐH trên đất liền
của Quốc gia đó[1].
Các yếu tố địa hình trong bản đồ biển liên quan tới đường mép nước
hay còn gọi là đường coastlining. Vì thế nó liên quan tới thủy triều và mực
nước với sự dao động từ thấp tới cao. Việc thành lập BĐĐH đáy biển yêu cầu
nâng cấp mạng lưới khống chế trắc địa ven biển, bằng cách chêm dày và
nâng cao độ chính xác vị trí mốc, kết hợp khống chế mặt bằng và khống
chế độ cao. Cần phải có giải pháp xác định độ lệch dị thường độ cao hoặc độ
cao Geoid khu vực ven biển và biển cả. Đó là điều kiện cần thiết để truyền độ
cao ra các đảo bằng công nghệ định vị vệ tinh[2].
1.1.2. Mục đích của việc thành lập bản đồ địa hình đáy biển
Bản đồ địa hình đáy biển phục vụ nhiệm vụ quản lý biển của các Bộ,
Ngành và Địa phương, góp phần quan trọng phục vụ quy hoạch phát
triển kinh tế biển và bảo vệ chủ quyền lãnh hải. Cụ thể là cung cấp phương
án cho các tàu cập bến cảng hoặc các cuộc đổ bộ đường biển của quân
đội.Bản đồ địa hình đáy biển còn được sử dụng nhằm mục đích: xác định
đường cơ sở dùng để tính chiều rộng lãnh hải; xác định ranh giới các vùng
biển nội thủy, xác


17

định lãnh hải, xác định vùng đặc quyền kinh tế và thềm lục địa; xác định vị trí
các đảo nhân tạo, các công trình trên biển, tuyến cáp hoặc dây dẫn ngầm,
thể hiện các tuyến đường và cách bố trí phân chia luồng giao thông trong
lãnh hải; các khu vực an toàn, các khu bảo tồn biển; sử dụng cho các hoạt
động biển (khai thác, bảo vệ tài nguyên, giao thông hàng hải; nghiên cứu
khoa học biển; bảo vệ môi trường biển); là cơ sở để thiết kế xây dựng các

công trình thủy, phát triển ngư trường, qui hoạch tuyến vận tải biển, nghiên
cứu môi trường, thăm dò và khai thác dầu khí,…là cơ sở đàm phán, phân
định các đường ranh giới biển, giải quyết các tranh chấp biển.
1.1.3. Phân loại BĐĐH đáy biển
Dựa vào tỷ lệ để phân loại thì BĐĐH đáy biển được chia làm ba nhóm
lớn sau:
- BĐĐH đáy biển tỷ lệ lớn
Bao gồm các loại bản đồ tỷ lệ như 1:1000, 1:2000 và 1:5000. Tuỳ thuộc
vào mục đích cụ thể mà ta chọn tỷ lệ đo vẽ cho phù hợp. Ví dụ: Để thiết kế
cảng biển thường dùng bản đồ tỷ lệ 1:1000 và 1:2000; để khảo sát và thiết kế
giàn khoan dùng bản đồ tỷ lệ 1:2000; để khảo sát khu vực đánh bắt hải
sản hay thăm dò khoáng sản dùng bản đồ tỷ lệ 1:5000.
- BĐĐH đáy biển tỷ lệ trung bình
Bao gồm các loại bản đồ tỷ lệ từ 1:10.000, 1:200.000. Đây là hệ thống
bản đồ tỷ lệ cơ bản vì nó phục vụ cho nhiều ngành, nhiều đối tượng,
nhiều mục đích khác nhau.
- BĐĐH đáy biển tỷ lệ nhỏ
Bao gồm các loại bản đồ tỷ lệ 1:500.000 và nhỏ hơn. Dựa vào yêu cầu
mức độ khái quát địa hình đối với vùng biển mà ta có thể xác định tỷ lệ
thành


18

lập là 1:500.000, 1:1000.000,…các bản đồ này sẽ được thành lập bằng cách
biên vẽ từ bản đồ địa hình tỷ lệ lớn hơn.
Phân loại theo độ sâu khu vực đo vẽ
- Bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1:10.000: Bao trùm những vùng quan
trọng ven bờ, nơi có các hoạt động kinh tế mạnh như Cẩm Phả, Hải Phòng,
Cửa Lò, Sông Gianh, Đà Nẵng, Qui Nhơn, Nha Trang và các cửa sông lớn.

Các bản đồ này có khoảng sâu đều đường bình độ là 1 m.
- Bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1:25.000: Được thành lập dọc theo bờ
biển Việt Nam và một số đảo như Bạch Long Vĩ, Phú Quốc,…Các bản đồ này
có khoảng sâu đều đường bình độ là 2m.
- Bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1:100.000: Bao trùm thềm lục địa Việt
Nam, khoảng sâu đều đường bình độ là
10m.
- Bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1:200.000: Bao trùm vùng đặc quyền
kinh tế biển với độ sâu tới 200m, khoảng sâu đều đường bình độ là 20m.
Xuất phát từ mục đích, yêu cầu sử dụng bản đồ và do mức độ phức tạp,
khó khăn của công tác đo vẽ BĐĐH đáy biển, người ta thường đo vẽ bản đồ
tỷ lệ nhỏ hơn so với bản đồ đo vẽ trên đất liền. Tỷ lệ 1:250.000 hoặc
1:200.000 thường lấy là tỷ lệ cơ bản cho BĐĐH đáy biển. Loại bản đồ này
được đo vẽ trên toàn bộ diện tích của lãnh hải và vùng đặc quyền kinh tế.
Đối với vùng thềm lục địa, những nơi có độ sâu nhỏ và trung bình có thể
đo vẽ bản đồ tỷ lệ 1:50.000 và 1:100.000[1].
Ở những khu vực cần tiến hành khảo sát chi tiết phục vụ lập luận chứng
kinh tế, thiết kế, khai thác, xây dựng các công trình ven biển, người ta sẽ tiến
hành đo vẽ BĐĐH đáy biển tỷ lệ 1:10.000 và lớn hơn.


19

1.2. Tổng quan về công nghệ định vị mặt bằng và độ cao trên biển
1.2.1. Công nghệ định vị mặt bằng trên biển
a. Khái niệm về công tác định vị trên biển
Trên mặt đất hay trên biển, thì nhiệm vụ của công tác trắc địa đều liên
quan đến vấn đề đo đạc để tìm ra vị trí điểm cần xác định. Hiện nay do sự
phát triển của ngành kinh tế biển trong sự tăng trưởng của nền kinh tế quốc
dân, nên yêu cầu độ chính xác xác định vị trí trên biển ngày càng cao,

nhằm đáp ứng được các yêu cầu về kỹ thuật cho các ngành khoa học liên
quan đến công khảo sát, thăm dò và khai thác tài nguyên bi ển. Chính vì
vậy công tác định vị trên biển có một vai trò quan trọng trong lĩnh vực trắc
địa biển ở nước ta.
Để đo vẽ địa hình đáy biển trước hết phải lập lưới khống chế cơ sở, mặt
bằng và độ cao, trong đó ngoài các phương pháp truyền thống, hiện
nay phần nhiều đã ứng dụng công nghệ GNSS. Trong quy trình đo vẽ địa
hình đáy biển phải tiến hành công tác định vị trên biển để dẫn đường cho
tàu đo sâu đi theo tuyến đo đã thiết kế, và định vị các điểm đo sâu, vì vậy
mà các phương pháp đo đạc định vị trên biển có ý nghĩa rất quan trọng khi
thực hiện đo vẽ BĐĐH đáy biển.
b. Các phương pháp định vị trên biển
*Phương pháp giao hội góc thuận
Phương pháp giao hội góc thuận là phương pháp xác định vị trí điểm áp
dụng cho khu vực gần bờ mà trên đó đã có lưới khống chế dày đặc hoặc các
điểm định hướng vị trí của tàu hay mục tiêu được xác định bằng 3 máy
kinh vĩ đặt trên ba điểm đã biết tọa độ nằm trên đất liền. Do tính biến động
của môi trường biển nên công tác xác định cần phải thực hiện một cách
đồng bộ nhờ


20

cờ hiệu và bộ đàm. Phương pháp chỉ tác dụng trong phạm vi cách bờ từ 2025km với độ chính xác đạt từ 5-15m.

(Các tuyến đo sâu)

(Điểm trắc địa)

Hình 1.1:Phương pháp giao hội góc thuận

* Phương pháp giao hội góc nghịch

(Các tuyến đo sâu)

(Điểm trắc địa)

Hình 1.2:Phương pháp giao hội góc nghịch
Để tến hành ít nhất trên hai hướng, giữa các điểm định hướng hay
điểm khoảng cách nằm trên bờ, thiết bị sử dụng là máy sekstan, thường
được xác


21

định đồng thời với hai người quan sát. Phương pháp này chỉ thực hiện ở
phạm vi cách bờ từ 20- 25km và độ chính xác đạt được từ 10-15m.
Thông thường mỗi tuyến đo sâu xác định bằng 3 điểm: điểm đầu, điểm
giữa và điểm cuối. Trong trường hợp đường đo quá dài số lượng điểm có thể
nhiều hơn.
Trong phương pháp này, độ chính xác phụ thuộc vào các góc kẹp. Giá trị
này càng lớn thì mô hình càng chính xác. Người ta cố gắng thiết kế sao cho
các góc kẹp lớn hơn 300.
* Phương pháp tọađộ cực

�

�

�
(Trạm máy)

Hình 1.3:Phương pháp tọa độ cực
Dùng máy toàn đạc điện tử đặt tại điểm tham chiếu trên bờ. Điểm P
được
định vị bằng góc nối � và cự ly S đo được. Như vậy tại mỗi thời điểm, khi
người đứng tại điểm P ra hiệu thì máy ngắm đúng vào P và fix một tn hiệu,
đồng thời người tại P cũng ghi nhận độ sâu lúc đó.
Trong phương pháp này, độ chính xác điểm P phụ thuộc vào sai số góc
đo góc ��và sai số đo cạnh S.
* Phươngpháp thiên văn
Khi tiến hành công tác ngoài khơi còn sử dụng phương pháp thiên văn
và phương pháp tính toán đường đi để xác định vị trí của tàu. Phương pháp
tính toán dựa trên cơ sở góc và vận tốc của tàu.


22

Ưu điểm: dùng được ngoài khơi
Nhược điểm: độ chính xác thấp 4-5km với khoảng hai giờ đo.
* Phương pháp định vị Radio
Dựa trên sự lan truyền của sóng điện từ, người ta có thể xác định được
khoảng cách từ trạm phát tín hiệu radio đến trạm đặt máy thu. Nguyên tắc
chung của hệ thống đạo hàng vô tuyến là dự vào một số trạm phát sóng (tín
hiệu radio) đặt trên đất liền có vị trí đã xác định (trong hệ tọa độ), có thể xác
định được vị trí của các đối tượng (tàu, thuyền, máy bay) trên các đối
tượng đó gắn các đối tượng thu tín hiệu nói trên.
* Phương pháp định vị bằng hệ thống thủy âm
Hiện nay việc xác định vị trí theo các phao tiêu thủy âm được đặt ở đáy
biển được coi là chính xác ở ngoài khơi không thấy bờ. Các phao têu thủy âm
được đặt tạm thời trong giai đoạn triển khai công tác cụ thể. Tuy vậy người

ta đang nghiên cứu làm các phao tiêu cố định dài hạn đóng vai trò các têu
mốc trắc địa dưới đáy biển.
Các thiết bị thủy âm đặt trên tàu nhằm mục đích xác định vị trí tàu so
với các phao tiêu đặt ở đáy biển. Tùy theo cấu tạo các thiết bị thủy âm này,
cho phép đo khoảng cách từ tàu tới các phao têu, hiệu khoảng cách từ tàu
tới hai phao tiêu, đo khoảng cách dịch chuyển Dopler của tần số tn hiệu do
phao têu phát đi.
Các hệ công nghệ định vị thủy âm:
- Hệ thống định vị thủy âm đường đáy dài - LBL
Cung cấp khả năng định vị điểm chính xác trên một khu vực rộng lớn,
thông qua các bộ máy thu phát đặt dưới đáy biển hoặc trên tàu biển. Bộ
phát được kiểm soát bởi một đầu dò (đầu phát biến) lắp trên tàu biển. Các
kết nối


23

giữa các trạm thu phát dưới đáy biển được gọi là cạnh đáy (baseline).
Các cạnh đáy có thể từ 50m đến 6000m, tùy thuộc vào độ sâu đáy biển, tần
số âm thanh được sử dụng và môi trường biển.
Kỹ thuật LBL cung cấp khả năng định vị điểm độ chính xác cao. Nếu có
nhiều hơn ba trạm LBL dưới đáy biển, phương pháp bình phương nhỏ nhất
được sử dụng để tm ra vị trí tối ưu.
- Hệ thống định vị thủy âm đường đáy ngắn - SBL
Kỹ thuật SBL được hình thành dựa trên hai điểm cơ sở ở đầu tàu và cuối
tàu tạo thành một cạnh đáy. Cạnh đáy này liên kết với các bộ thu phát
thủy âm đặt tại đáy biển để tạo thành các tam giác không gian. Tại thân tàu,
người ta bố trí từ ba đến bốn đầu dò thủy âm cách nhau thừ 10m đến 100m.
Các đầu dò thủy âm này kết nối với bộ xử lý âm thanh mà tàu đã sản xuất ra.
Các bộ thu phát thủy âm đặt dưới đáy biển còn được gọi là các mục têu

định vị thủy âm (beacon). Các mục têu định vị này phát tín hiệu tới các đầu
dò gắn trên thân tàu. Thông qua tín hiệu phản hồi, người ta biết được vận
tốc âm thanh trong cột nước dưới thân tàu, đồng thời bộ xử lý trung tâm
cũng xác định được khoảng cách bù (offset) giữa thân tàu với điểm định
vị thủy âm dưới đáy biển.
- Hệ thống định vị thủy âm đường đáy cực ngắn - USBL
Hệ thống USBL bao gồm 3 hoặc 4 đầu dò được tích hợp trong một đầu
dò duy nhất. Kỹ thuật so sánh pha được sử dụng để đo góc tới của tín
hiệu thủy âm, bao gồm cả góc bằng và góc cao. Do đó, tiêu định vị thủy
âm cố định hoặc di động dưới đáy biển có thể được xác định bởi phép đo
khoảng cách tương quan giữa vị trí của tàu với mục tiêu đó.Kỹ thuật USBL
cung cấp vị trí tham khảo đầu vào cho trạng thái vị trí động của thân tàu,
đồng thời cũng thuận tiện cho việc theo dõi hướng đi của con tàu.