Nghiên cứu kết nối tọa độ giữa Hệ quy chiếu VN-2000 với Hệ quy chiếu ITRS

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
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 ITRS

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ

NGHIÊM QUỐC DŨNG

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 KẾT NỐI TỌA ĐỘ GIỮA
HỆ QUY CHIẾU VN-2000 VỚI HỆ QUY CHIẾU ITRS

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

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. PHẠM THỊ HOA

HÀ NỘI, NĂM 2017


i

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUN VÀ MƠI 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 30 tháng 12 năm 2017


ii

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

Nghiêm Quốc Dũng


iii

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của TS. Phạm Thị
Hoa, Trưởng khoa Trắc địa và 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 thời gian làm luận văn.
Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn các Thầy giáo, Cô giáo Khoa Trắc
địa và 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 Khoa.
Tác giả chân thành cảm ơn sự hỗ trợ nghiên cứu của Đề tài cấp 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.O.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 tốn thực nghiệm của Cục Đo đạc, Bản đồ và
Thơng tin Địa lý Việt Nam. Tác giả xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ đó để
thực hiện luận văn một cách tốt nhất.
Xin trân trọng cảm ơn./.
Hà Nội, ngày

tháng 11 năm 2017
Tác giả luận văn

Nghiêm Quốc Dũng


iv

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................ ii

LỜI CẢM ƠN..................................................................................................... iii
MỤC LỤC............................................................................................................iv
DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................ vii
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .....................................................................ix
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT.................................................................x
THÔNG TIN LUẬN VĂN ............................................................................... xii
MỞ ĐẦU ...............................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................... 1
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................ 2
3. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài ............................................................. 2
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................... 3
5. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................ 3
6. Cơ sở số liệu, tài liệu .............................................................................. 5
7. Cấu trúc của Luận văn ............................................................................ 5
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HIỆN TRẠNG KẾT NỐI TỌA ĐỘ GIỮA
CÁC HỆ QUY CHIẾU ........................................................................................6
1.1. Hệ quy chiếu ITRS .............................................................................. 6
1.2. Hiện trạng kết nối hệ kết nối tọa độ giữa Hệ quy chiếu VN-2000 với
Hệ quy chiếu ITRS ................................................................................... 13
1.2.1 Khái quát Hệ quy chiếu VN-2000 ................................................ 13


v

1.2.2. Hiện trạng kết nối hệ kết nối tọa độ giữa Hệ quy chiếu VN-2000
với Hệ quy chiếu ITRS .......................................................................... 17
1.3. Vấn đề nghiên cứu của Luận văn ....................................................... 17
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT KẾT NỐI TỌA ĐỘ GIỮA CÁC HỆ QUY
CHIẾU.................................................................................................................19
2.1. Cơ sở lý thuyết kết nối tọa độ giữa các hệ quy chiếu theo quan điểm động19

2.2. Cơ sở lý thuyết kết nối tọa độ giữa Hệ quy chiếu VN-2000 với Hệ quy
chiếu ITRS ............................................................................................... 22
Chương 3 THỰC NGHIỆM KẾT NỐI TỌA ĐỘ GIỮA HỆ QUY CHIẾU
VN-2000 VỚI HỆ QUY CHIẾU ITRS ............................................................24
3.1. Chuẩn bị số liệu thực nghiệm kết nối tọa độ giữa Hệ quy chiếu VN2000 với Hệ quy chiếu trái đất quốc tế ITRS ............................................ 24
3.1.1. Số liệu thu thập ở Việt Nam ........................................................ 24
a. Số liệu của các điểm thuộc lưới Châu Á - Thái Bình Dương ......... 25
c. Số liệu thuộc lưới Trắc địa biển .................................................... 31
3.1.2. Số liệu quốc tế ............................................................................ 35
3.2. Xác định các tham số kết nối giữa Hệ quy chiếu VN-2000 với Hệ quy
chiếu ITRS theo thời điểm xét .................................................................. 38
3.2.1. Xác định vận tốc chuyển dịch của các điểm thuộc lưới Châu Á Thái Bình Dương trong khung ITRF08 ................................................. 38
3.2.2. Xác định tọa độ các điểm thuộc lưới Châu Á - Thái Bình Dương
trong khung ITRF08, thời điểm 2015.0 ................................................. 39
3.2.3. Xác định các tham số kết nối giữa Hệ quy chiếu VN-2000 với

Hệ

quy chiếu ITRS ..................................................................................... 41


vi

3.3. Kết nối tọa độ giữa Hệ quy chiếu VN-2000 với Hệ quy chiếu ITRS. . 46
3.4. Nhận xét, đánh giá về kết quả kết nối tọa độ giữa Hệ quy chiếu VN2000 với Hệ quy chiếu ITRS .................................................................... 47
KẾT LUẬN .........................................................................................................50
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................51


vii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Bẩy tham số chuyển đổi từ WGS-84 (G873) sang ITRF94 (năm
1994) ....................................................................................................................12
Bảng 3.1.Tọa độ các điểm thuộc lưới Châu Á - Thái Bình Dương trong khung
ITRF08, thời điểm 2011.704. .............................................................................28
Bảng 3.2.Tọa độ các điểm thuộc lưới Châu Á - Thái Bình Dương trong khung
ITRF08, thời điểm 2015.69 ................................................................................29
Bảng 3.3.Tọa độ các điểm thuộc lưới Châu Á - Thái Bình Dương trong Hệ
VN-2000 ..............................................................................................................31
Bảng 3.4. Thơng tin các điểm thuộc lưới Trắc địa biển ...................................33
Bảng 3.5.Tọa độ các điểm thuộc Trắc địa biển trong khung ITRF05, thời
điểm 2016.764 .....................................................................................................34
Bảng 3.6. Tọa độ các điểm thuộc Trắc địa biển trong Hệ VN-2000 ...............34
Bảng 3.7. Các tham số chuyển đổi từ ITRF2014 sang các ITRFyy tại thời điểm
2010.0 .................................................................................................................35
Bảng 3.8.Các tham số chuyển đổi từ ITRF2008 sang các ITRFyy tại thời
điểm 2000.0 .........................................................................................................36
Bảng 3.9. Vận tốc chuyển dịch các điểm thuộc lưới Châu Á - Thái Bình
Dương trong khung ITRF08 ...............................................................................38
Bảng 3.10.Tọa độ các điểm thuộc lưới Châu Á - Thái Bình Dương trong
khung ITRF08, thời điểm 2015.0 .......................................................................40
Bảng 3.11.Các tham số chuyển đổi từ ITRF2008 sang VN-2000 tại thời điểm
2015.0...................................................................................................................41
Bảng 3.12.Các tham số chuyển đổi từ ITRF2008 về ITRFyy tại thời điểm
2015.0...................................................................................................................42


viii

Bảng 3.13.Các tham số chuyển đổi từ ITRF2014 sang ITRF2008 tại thời điểm
2015.0...................................................................................................................43
Bảng 3.14. Tham số chuyển đổi từ khung quy chiếu ITRFyy sang Hệ VN-2000
tại thời điểm 2015.0 ............................................................................................44
Bảng 3.15. Kết quả tính chuyển tọa độ từ khung ITRF05 tại thời điểm
2016.764 sang Hệ VN-2000 ...............................................................................47
Bảng 3.16. Chênh lệch giữa tọa độ VN-2000 tính được với giá trị đã biết
tại các điểm kiểm tra ...........................................................................................48


ix

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1. Giao diện trang ITRF .........................................................................10
Hình 3.1. Vị trí phân bố các điểm thuộc lưới Châu Á - Thái Bình Dương .....30
Hình 3.2. Vị trí phân bố các điểm thuộc lưới Trắc địa biển .............................32
Hình 3.3.Chênh lệch giữa tọa độ VN-2000 được tính chuyển từ khung
ITRF05 so với giá trị tọa độ VN-2000 đã biết ..................................................49


x

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
TT
1

Chữ
viết tắt

ITRS

Tiếng Anh

2

ITRF

3

WGS84

International Terrestrial
Reference System
International Terrestrial
Reference Fame
World Geodetic System

4

PZ90

Parametry Zemli 1990

5

NGA

7

National Geospatial
Intelligence Agency
GLONASS Globalnoya
Navigatsionnaya
Sputnikovaya Sistema
GPS
Global Positioning System

8

IGS

6

9 USAF
10 CRS
11 CRS
12 BCRS
13 GCRS
14 ETRS
15 TRS

16 IERS

Tiếng Việt
Hệ quy chiếu trái đất quốc tế
Khung quy chiếu trái đất
quốc tế
Hệ quy chiếu trong hệ thống
GPS

Hệ quy chiếu trong hệ thống
Glonass
Cơ quan tình báo khơng gian
địa lý quốc gia Hoa Kỳ
Hệ thống định vị dẫn đường
toàn cầu của Liên bang Nga
Hệ thống định vị toàn cầu
của Hoa Kỳ
Dịch vụ GNSS quốc tế

The International GNSS
Service
The United States Air Force Không lực Hoa Kỳ
Celestial Reference System Hệ quy chiếu sao
Conventional Celestial
Hệ quy chiếu sao quy ước
Reference System
The Barycentric celestial
Hệ quy chiếu sao nhật tâm
reference system
The Geocentric Celestial
Reference System
Earth Terrestrial Reference
System
Terrestrial Reference
System

Hệ quy chiếu sao địa tâm

The International Earth

Rotation Service

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

Hệ quy chiếu cố định với trái
đất
Hệ quy chiếu trái đất


xi

TT

Chữ
viết tắt

Tiếng Anh

20 LLR

The International Earth
Rotation and Reference
Systems Service
The International Union of
Geodesy and Geophysics
The International
Astronomical Union
Very Long Base
Interpherometry

Lunar Laser Ranging

21 SLR

Satellite Laser Ranging

22 DoD

The United States
Department of Defence

23 DORIS

Doppler Orbitography and
Radiopositioning Integrated
by Satellite

17 IUGG
18 IAU
19 VLBI

Tiếng Việt
Cơ quan quốc tế về dịch vụ
chuyển động quay Trái Đất
và hệ quy chiếu
Liên đoàn Trắc địa và Địa
vật lý quốc tế
Liên đoàn Thiên văn quốc tế
Giao thoa vô tuyến cạnh đáy
dài

Đo khoảng cách Laze đến
mặt trăng
Đo khoảng cách laze đến vệ
tinh
Bộ Quốc phòng Mỹ
Kỹ thuật đo tích hợp định vị
vơ tuyến quỹ đạo Doppler
bằng vệ tinh


xii

THÔNG TIN LUẬN VĂN
Họ và tên học viên: Nghiêm Quốc Dũng
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 ITRS
Hệ quy chiếu quốc tế ITRS đã được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới.
Trong xu thế đó, Việt Nam cần có mơ hình toán học để chuyển đổi tọa độ
giữa VN-2000 và ITRF nhằm nâng cao khả năng kết nối các thông tin không gian.
Luận văn đã xác định được mười bốn tham số kết nối tọa độ giữa hệ
VN2000 và các khung quy chiếu ITRF trong hệ ITRS dựa trên số liệu của 10
điểm thuộc lưới Châu Á - Thái Bình Dương. 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
Ý tưởng hình thành hệ quy chiếu quốc tế (ITRS) có tính đến sự thay đổi
của các yếu gốc (gốc toạ độ, trục toạ độ...) do hiện tượng tuế sai, chương
động, chuyển dịch cực trái đất và chuyển động kiến tạo đã thành hiện thực bởi
cơ quan quốc tế về dịch vụ chuyển động quay của Trái Đất (IERS). IERS
được thiết lập vào năm 1987 do sáng kiến của Liên đoàn Trắc địa và Địa vật
lý quốc tế (IUGG) và Liên đoàn Thiên văn quốc tế (IAU). Đến năm 2003, tổ
chức này được đổi tên Cơ quan quốc tế về dịch vụ chuyển động quay của Trái
Đất và hệ quy chiếu, tuy nhiên tên viết tắt vẫn là IERS.
Hiện thực hoá Hệ quy chiếu ITRS tại một thời điểm cụ thể được gọi là
khung quy chiếu quốc tế (ITRF). Tất các các khung quy chiếu đều cung cấp
tọa độ các trạm tại thời điểm nhất định và vận tốc chuyển dịch cho từng thành
phần tọa độ.
Hiện nay, lịch vệ tinh chính xác, toạ độ các trạm IGS, định vị điểm
đơn...đều cho trong hệ ITRS. Hiện nay khu vực Châu Á - Thái Bình Dương
cũng đã hình thành lưới toạ độ khu vực mà mỗi nước (trong đó có Việt Nam)
có một số điểm tham gia mạng lưới. Các trị đo của lưới đều được chỉnh lý về
lưới IGS và trong khung quy chiếu ITRF.
Hiện nay Hệ quy chiếu quốc gia VN-2000 chưa được kết nối đối với Hệ
quy chiếu ITRS và sự thiếu hụt này đã gây ảnh hưởng không nhỏ đến cộng
đồng trắc địa bản đồ ở Việt Nam bởi vì khung quy chiếu ITRF của Hệ ITRS
được sử dụng rộng rãi, phổ biến hơn so với WGS-84. Đặc biệt, hiện nay hệ
thống mạng lưới trạm GNSS CORS quốc gia đang được xây dựng; các trạm
của mạng lưới sẽ được kết nối với mạng lưới IGS quốc tế nên sẽ có tọa độ

2

ITRF chính xác. Rõ ràng, để áp ứng được quy định pháp lý, dữ liệu tọa độ các
trạm cần được chuyển về Hệ tọa độ VN-2000.
Do đó, nghiên cứu kết nối tọa độ giữa Hệ quy chiếu VN-2000 và Hệ quy
chiếu ITRS rất có ý nghĩa về khoa học và thực tiễn. Hiện nay xu thế kết nối
Hệ quy chiếu quốc gia với Hệ quy chiếu quốc tế ITRS là xu thế chủ đạo của
phần lớn các nước trên thế giới.
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
ITRS sẽ góp phần đẩy mạnh việc ứng dụng các thành tựu về khoa học và
cơng nghệ trong lĩnh vực tích hợp thông tin địa không gian.
2.2. Ý nghĩa thực tiễn
Việc nghiên cứu kết nối tọa độ giữa Hệ quy chiếu VN-2000 và Hệ quy
chiếu ITRS rất có ý nghĩa vì hầu hết các số liệu toàn cầu mà Việt Nam thường
xuyên khai thác như lịch vệ tinh chính xác, tọa độ các trạm IGS, định vị điểm
đơn...đều cho trong Hệ ITRS. 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 đảm bảo 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.
3. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài
3.1. Mục tiêu
Mục tiêu của Luận văn là xác định bộ tham số kết nối tọa độ giữa Hệ
quy chiếu VN-2000 với Hệ quy chiếu ITRS.


3

3.2. Nhiệm vụ
Để đạt được mục tiêu trên, Luận văn giải quyết các nhiệm vụ sau đây:
- Tổng quan về Hệ quy chiếu VN-2000 và Hệ quy chiếu ITRS;
- Hiện trạng kết nối hệ kết nối tọa độ giữa Hệ quy chiếu VN-2000 với Hệ
quy chiếu ITRS;
- Cơ sở lý thuyết kết nối tọa độ giữa Hệ quy chiếu VN-2000 với Hệ quy
chiếu ITRS;
- Lựa chọn nguồn số liệu đáp ứng yêu cầu bài toán kết nối tọa độ giữa
Hệ quy chiếu VN-2000 với các Hệ quy chiếu ITRS;
- Xác định bộ tham số kết nối tọa độ giữa Hệ quy chiếu VN-2000 với các
Hệ quy chiếu ITRS;
- Kết nối tọa độ giữa Hệ quy chiếu VN-2000 với Hệ quy chiếu ITRS và
nhận xét, 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 và Hệ quy chiếu ITRS.
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 với Hệ quy chiếu ITRS.
5. Phương pháp nghiên cứu
5.1. Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết
Luận văn sử dụng phương pháp phân tích các tài liệu về nguồn gốc, xuất
xứ, đặc điểm, triển khai theo từng thời kỳ của các Hệ quy chiếu quốc tế ITRS.


4

Luận văn sử dụng phương pháp tổng hợp nhằm liên kết thông tin từ

nhiều nguồn tư liệu khác nhau để hình thành nên tổng quan về các Hệ quy
chiếu quốc tế ITRS, tổng quan về chuyển đổi tọa độ giữa các khung quy chiếu
trong cùng một Hệ quy chiếu quốc tế, tính chuyển giữa Hệ quy chiếu quốc tế
với Hệ quy chiếu quốc gia VN-2000.
5.2. Phương pháp phân loại và hệ thống hóa lý thuyết
Luận văn sử dụng phương pháp phân loại để sắp xếp nguồn tài liệu, tư
liệu về Hệ quy chiếu trái đất ITRS, về Hệ quy chiếu quốc gia VN-2000, về
các phương pháp tính chuyển tọa độ giữa các hệ quy chiếu theo quan điểm
tĩnh và quan điểm động. Sự phân loại được thực hiện 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
ITRS, Hệ quy chiếu VN-2000, 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 Hệ quy chiếu trái đất quốc tế.
Sau khi phân loại tư liệu, Luận văn tiến hành hệ thống hóa các tri thức
theo một trật tự lo-gic trong bài toán kết nối tọa độ giữa các Hệ quy chiếu:
Đầu tiêu là kết nối giữa các khung trên cùng một Hệ quy chiếu quốc tế ITRS,
tiếp theo là kết nối Hệ quy chiếu quốc tế ITRS với Hệ quy chiếu quốc gia
VN-2000.
5.3. Phương pháp thực nghiệm khoa học
Luận văn sử dụng phương pháp thực nghiệm khoa học để tính tốn xác
định tham số kết nối giữa Hệ quy chiếu ITRS và Hệ quy chiếu VN-2000. Sau
khi xác định được bộ tham số, Luận văn tiến hành kết nối tọa độ giữa hai Hệ
và đánh giá độ tin cậy của bộ tham số xác định được.


5

6. Cơ sở số liệu, tài liệu
Luận văn được hoàn thành trên cơ sở thu thập và sử dụng nguồn tư liệu,

tài liệu thực tế đa dạng và phong phú. Số liệu và tài liệu liên quan thu thập tại
Cục Đo đạc, Bản đồ và Thông tin địa lý Việt Nam, báo cáo kết quả bình sai
lưới Châu Á - Thái Bình Dương do nước Úc cơng 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, đánh máy trên khổ giấy A4.
Ngoài ra, Luận văn cịn kèm theo các bảng biểu, hình ảnh và phụ lục.


6

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HIỆN TRẠNG KẾT NỐI TỌA ĐỘ
GIỮA CÁC HỆ QUY CHIẾU
1.1. Hệ quy chiếu ITRS
Hệ quy chiếu là tập hợp các điều khoản, các quy ước kèm theo việc mơ
tả các mơ hình cần thiết để định nghĩa gốc, tỷ lệ và định hướng các trục tọa độ
cùng sự biến đổi của nó theo thời gian. Hệ quy chiếu trái đất bao gồm định
nghĩa về hệ tọa độ khơng gian (3D) (có các tham số hình học xác định) và các
tham số vật lý liên quan [1].
Khung quy chiếu là triển khai hệ quy chiếu trên thực tế bởi tập hợp các
điểm tồn tại trên mặt đất (đối với khung quy chiếu trái đất) hoặc tồn tại trong
không gian (đối với hệ quy chiếu sao), được quan trắc, xử lý và xác định tọa
độ cùng sự thay đổi của chúng trong hệ quy chiếu đó [1].
Trước đây, hai khái niệm trên thường không phân biệt rõ ràng và thường
sử dụng lẫn cho nhau. Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật trong
lĩnh vực trắc địa đòi hỏi phải phân biệt rõ ràng những khái niệm trên [1].
Như vậy, một hệ quy chiếu được xây dựng bởi các quy tắc, quy định về
hệ tọa độ, hệ thời gian và các tham số vật lý. Những quy định đó được mơ tả
chặt chẽ song chỉ mang tính lý thuyết, để nó tồn tại trên thực tế thì phải thực

hiện quan sát hoặc đo đạc, tính tốn để đảm bảo bằng tọa độ của các thiên thể
(đối với hệ quy chiếu thiên thể) hoặc tọa độ của các điểm trên mặt đất (đối với
hệ quy chiếu trái đất) xác định trong hệ quy chiếu đó, khi đó ta đã có một
khung quy chiếu. Về bản chất, khung quy chiếu là thực thi một hệ quy chiếu [1].
Xác định hệ quy chiếu tức là xác định gốc toạ độ và hệ trục cơ sở toạ độ
để dựa vào đó có thể biểu diễn được tất cả các điểm trong không gian.


7

Hệ quy chiếu có thể được chia làm hai loại:
- Các hệ quy chiếu cố định trong không gian (Space-Fixed Reference
Systems) còn gọi là các hệ quy chiếu thiên thể hay hệ quy chiếu sao (CRS).
Hệ quy chiếu này được dùng để nghiên cứu chuyển động của các sao, các
hành tinh và các vệ tinh. Gốc toạ độ có thể chọn là trọng tâm của Mặt trời,
cũng có thể chọn là trọng tâm của Trái đất. Trong khơng gian có một đường
thẳng quan trọng đó là giao tuyến của mặt phẳng Hồng đạo và mặt phẳng
Xích đạo. Điểm Xn phân (γ) là một đầu mút của phương này và là một
điểm tưởng tượng nằm ở xa vô cực, được chọn làm phương khởi đầu của hệ
toạ độ. Nếu gốc toạ độ chọn ở trọng tâm Mặt trời, được gọi là hệ quy chiếu
sao nhật tâm BCRS. Nếu gốc toạ độ chọn ở trọng tâm Trái đất, thì được gọi là
Hệ quy chiếu sao địa tâm (GCRS).
Chúng ta biết rằng, Trái đất liên tục chuyển động quay quanh trục và
chuyển động quanh Mặt trời. Do ảnh hưởng của tuế sai (Precession) và
chương động (Nutation) nên các trục toạ độ được định nghĩa khi xây dựng các
hệ quy chiếu sao không phải là cố định lý tưởng trong khơng gian, do đó cần
phải xây dựng hệ quy chiếu sao quy ước (Conventional Celestial Reference
System) tương ứng với một thời điểm quy ước.
- Các hệ quy chiếu cố định với Trái đất (ETRS), gọi tắt là các hệ quy
chiếu trái đất (ITRS);

Do không thể sử dụng hệ quy chiếu sao để thể hiện vị trí các điểm trên
bề mặt trái đất vì trong hệ đó toạ độ điểm ln thay đổi theo thời gian (do
chuyển động quay của Trái đất quanh trục). Để thể hiện vị trí các điểm trên bề
mặt trái đất, cần thiết sử dụng các hệ quy chiếu cố định với Trái đất (TRS).
Trong hệ quy chiếu cố định với trái đất, hệ tọa độ cùng tham gia chuyển động
quay của Trái đất nên toạ độ các điểm trên mặt đất sẽ không thay đổi do


8

chuyển động quay của Trái đất. Trên thực tế, vị trí các điểm trên bề mặt trái
đất được xác định trong các khung quy chiếu cố định với Trái đất.
Tương tự, đối với một hệ quy chiếu trái đất, do chuyển dịch cực trái đất
(Polar motion) mà các trục của hệ toạ độ trái đất cũng thay đổi theo thời gian,
vì thế người ta cũng đưa ra định nghĩa về hệ quy chiếu trái đất quy ước
(CTRS) tương ứng với một thời điểm quy ước.
Ngoài các hiện tượng thiên văn như tuế sai, chương động, chuyển dịch
Cực trái đất, các điểm trên mặt đất còn tham gia chuyển động kiến tạo của các
địa mảng và trọng tâm trái đất lại không cố định mà thay đổi do các tác động
của thuỷ triều đại dương, thay đổi khí quyển và sự vận động vật chất bên
trong Trái đất, các thiên thể còn tham gia chuyển động tự hành trong vũ trụ.
Các nhà khoa học đã nhận thấy, hệ quy chiếu cũng như hệ toạ độ trái đất phải
là một hệ động mới có thể mơ tả được đầy đủ các biến động của thế giới thực.
Từ thực tế đó đã xuất hiện khái niệm hệ quy chiếu động (Kinematic
Reference System) và khung quy chiếu động (Kinematic Reference Frame).
Ý tưởng hình thành hệ quy chiếu trái đất quốc tế (ITRS) có tính đến sự
thay đổi của các yếu gốc (gốc toạ độ, trục toạ độ...) do hiện tượng tuế sai,
chương động, chuyển dịch cực trái đất và chuyển động kiến tạo đã thành hiện
thực bởi cơ quan quốc tế về Dịch vụ chuyển động quay của Trái Đất (IERS).
IERS được thiết lập vào năm 1987 do sáng kiến của Liên đoàn Trắc địa và

Địa vật lý quốc tế (IUGG) và Liên đoàn Thiên văn quốc tế (IAU). Đến năm
2003, tổ chức này được đổi tên Cơ quan quốc tế về dịch vụ chuyển động quay
của Trái Đất và Hệ quy chiếu quốc tế, tuy nhiên tên viết tắt vẫn là IERS.
Theo IERS, các thông số liên quan tới Hệ quy chiếu trái đất quốc tế
(ITRS) cần phải được xác định gồm: điểm gốc, hướng, hệ số tỉ lệ và thời gian.
ITRS được định nghĩa như sau [2]:


9

- Gốc đặt ở trọng tâm trái đất (xét đến cả khối lượng của đại dương và
khí quyển).
- Hướng của các trục phù hợp với chuỗi thông số hướng BIH trái đất (Hệ
thống trái đất quy ước 1984.0).
- Đơn vị đo dài hệ quy chiếu là mét (hệ SI) và chiều dài được định nghĩa
ở hệ quy chiếu khu vực cùng chuyển động với Trái đất phù hợp ý tưởng
thuyết tương đối của lực trọng trường.
- Mơ hình vận tốc các điểm không tạo ra phần xoay liên quan tới vỏ Trái
đất GRS-1980 có các tham số hình học [3]:
+Bán trục lớn a = 6378137.0 m; Độ dẹt f = 1/298,257222101 và các
tham số vật lý:
+ Hằng số trọng trường tổng hợp: GM=3986005.108m3/s2
+ Tốc độ quay của trái đất: = 7292115.10-11rad/s
+ Tham số hình dạng động học của Trái đất: J2=108263.10-8
+ Thế trọng trường chuẩn trên Ellipsoid: U0=62636860.850 m2/s2
+ Trọng lực chuẩn trên xích đạo: e =9.7803267715 m/s2
+Trọng lực chuẩn tại cực: p = 9.8321863685 m/s2
Hiện thực hoá hệ quy chiếu ITRS tại một thời điểm cụ thể được gọi là
khung quy chiếu quốc tế (ITRF) [4, 5, 6]. ITRF được thiết lập trên cơ sở kết
hợp các tệp tọa độ các trạm đo (Sets of Station Coordinates - SSC) và vận tốc

được xác định từ các quan trắc của các phương pháp đo trắc địa không gian
như VLBI, LLR, SLR, GPS (từ năm 1991) và DORIS (từ 1994). Toạ độ của
các SSC được quan trắc và tính tốn liên tục theo thời gian, vì vậy toạ độ và
vận tốc của các điểm là đại lượng biến thiên theo thời gian và do đó sẽ có


10

nhiều sản phẩm ITRF khác nhau và gọi chung là ITRFyy. yy có ý nghĩa về dấu
mốc thời gian, tồn bộ số liệu từ năm yy trở về trước được sử dụng để xác
định ra ITRFyy. Cho đến nay đã có ITRF88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 96, 97,
2000, 2005 và 2008, ITRF2014 [7, 8, 9, 10]. Tất cả các khung quy chiếu đều
cung cấp tọa độ các trạm tại thời điểm nhất định và vận tốc chuyển dịch cho
từng thành phần tọa độ. Tuy nhiên, đối với ITRF2014, ngồi hai dữ liệu trên
cịn có thêm thơng tin về biến dạng sau địa chấn [11].

Hình 1.1. Giao diện trang ITRF
Để tính chuyển giữa các phiên bản của ITRF, IERS cung cấp 7 tham số
tính chuyển, bao gồm 3 tham số dịch gốc địa tâm, 3 tham số góc xoay hướng
trục tọa độ và 1 tham số tỷ lệ chiều dài tại một thời điểm cụ thể.


11

Trên quan điểm của hệ quy chiếu động, 7 tham số tính chuyển sẽ biến
thiên theo thời gian nên cần thiết phải có thêm 7 tham số vận tốc tương ứng.
Do đó, để tính chuyển được các phiên bản của ITRF tại một thời điểm bất kỳ,
cần có 14 tham số tính chuyển.
Các hệ số tính chuyển được giữa các ITRF được IERS công bố trên trang
web và trang web

http://lareg. ensg.ign.fr/ITRF/.
Tất cả các thông tin, số liệu liên quan tới ITRF có thể khai thác từ trang
Web của tổ chức ITRS: />Tổ chức dịch vụ GPS trong nghiên cứu địa động lực (IGS) do IAG thành
lập gồm khoảng 200 cơ quan đo đạc trên thế giới tham gia đã thiết lập lưới
trắc địa quốc tế IGS gồm trên 300 trạm GPS (ban đầu 140 điểm) có máy thu
được đặt cố định, liên tục thu tín hiệu của hệ thống GNSS. IGS cung cấp cho
IERS các số liệu nhằm nâng cao chất lượng ITRF. Từ khi bắt đầu hoạt động,
các trung tâm phân tích của IGS đã sử dụng ITRF để tính tốn quỹ đạo trên
một số lưới thành phần. Lịch vệ tinh chính xác của IGS được xác định trong
hệ thống toạ độ ITRF. Hiện nay khu vực Châu Á - Thái Bình Dương cũng đã
hình thành lưới toạ độ khu vực mà mỗi nước có một số điểm tham gia mạng
lưới. Các trị đo của lưới đều được chỉnh lý về lưới IGS và hệ thống toạ độ
ITRF. ITRF được coi là tiêu chuẩn chung nhằm đảm bảo sự tích hợp giữa các
hệ thống thơng tin khơng gian vì các lý do sau đây:
- Hiện nay, hầu hết các hệ tọa độ toàn cầu và khu vực đều tương thích
hoặc có mối liên hệ với ITRF [12].
- Nhiều quốc gia đang trên tiến trình hiện đại hóa hệ tọa độ quốc gia theo
hướng tương thích với ITRF [12].