Nghiên cứu ứng dụng công nghệ đo sâu đa tia trong công tác đo vẽ địa hình đáy biển ở việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

DƯƠNG MINH CƯỜNG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐO
SÂU ĐA TIA TRONG CƠNG TÁC ĐO VẼ ĐỊA
HÌNH ĐÁY BIỂN Ở VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, 8-2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

DƯƠNG MINH CƯỜNG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐO
SÂU ĐA TIA TRONG CƠNG TÁC ĐO VẼ ĐỊA
HÌNH ĐÁY BIỂN Ở VIỆT NAM
Chuyên ngành: Kỹ thuật trắc địa
Mã số: 60.52.85

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA KHỌC
PGS.TS ĐẶNG NAM CHINH

HÀ NỘI, 8-2010

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong
bất kỳ cơng trình nào khác.
Hà nội, ngày 8 tháng 12 năm 2010
Tác giả luận văn

Dương Minh Cường


LỜI CẢM ƠN
Đề tài luận văn là một lĩnh vực mới, rộng và phức tạp, và chưa được
nghiên cứu để đưa vào ứng dụng tại Việt Nam một cách cụ thể. Ngoài ra, tác
giả trong thời gian nghiên cứu đề tài vẫn phải đáp ứng đầy đủ mọi yêu cầu về
thời gian cũng như mức độ hồn thành cơng việc tại cơ quan công tác nên thời
gian nghiên cứu không nhiều. Thêm vào đó, trình độ cũng như kinh nghiệm
của tác giả trong lĩnh vực này còn nhiều hạn chế, nên luận văn chắc chắn
khơng tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được những ý kiến
đóng góp của các chuyên gia, các nhà khoa học, các thầy, cơ giáo và các bạn
đồng nghiệp để luận văn hồn thiện và có tính ứng dụng cao hơn, hiệu quả
hơn.
Để hoàn thành được luận văn này, tác giả đã nhận được nhiều sự ủng hộ
và động viên cả về mặt chuyên môn và tinh thần từ các thầy, cô giáo, các
đồng nghiệp đã có những đóng góp quan trọng cho nội dung của luận văn.
Tác giả đặc biệt cám ơn PGS. TS. Đặng Nam Chinh đã tận tình hướng
dẫn và giúp tác giả hoàn thiện luận văn này.
Tác giả cũng cám ơn gia đình, nguồn ủng hộ và động viên quan trọng đối
với tác giả suốt quá trình thực hiện luận văn.

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

4

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

5

MỞ ĐẦU

8

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN

12

1.1.

Nội dung và các yêu cầu chủ yếu trong cơng tác đo vẽ bản đồ
địa hình đáy biển.

1.2.

Giới thiệu về qui trình cơng nghệ đo vẽ bản đồ địa hình đáy
biển tại Việt Nam.

1.3.
1.4.

12
13

Giới thiệu về cơng nghệ đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển tại
nước ngoài.

31

Các vấn đề cần giải quyết.

39

CHƯƠNG 2 : ĐO ĐỊA HÌNH ĐÁY BIỂN BẰNG MÁY ĐO SÂU HỒI ÂM
ĐA TIA

43

2.1.

Đo sâu bằng máy đo sâu hồi âm đa tia.

43

2.2.

Các nguồn sai số.

53

2.3.

Thiết kế tuyến đo đối với đo sâu đa tia.

63

CHƯƠNG 3 : XÂY DỰNG QUI ĐỊNH KỸ THUẬT ĐO VẼ BẢN ĐỒ ĐỊA
HÌNH ĐÁY BIỂN BẰNG MÁY ĐO SÂU ĐA TIA

68

3.1.

Một số nội dung khi xây dựng qui định kỹ thuật.

68

3.2.

Quy định về đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển bằng máy đo sâu
hồi âm đa tia đề xuất.

68

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

88

TÀI LIỆU THAM KHẢO

90

PHẦN PHỤ LỤC

92


4

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1: Độ chính xác điểm đo với TerraPOS

35

Bảng 1-2: Bảng so sánh công nghệ đo đạc biển giữa Việt Nam với các nước phát
triển.

39

Bảng 2-1: Khoảng giãn cách giữa 2 vệt đo sâu liên liếp của máy EM710S.

66

Bảng 4-1: Các số đo lệch tâm

99


5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1-1: Sơ đồ cơng nghệ thành lập bản đồ địa hình đáy biển..................... 16
Hình 1-2: Máy định vị Trimble 4000SSi và máy DSM 212H........................ 18
Hình 1-3: Máy định vị SeaStar HP-8200 của FUGRO................................... 19
Hình 1-4: Hệ thống DGPS Realtime diện rộng OmniSTAR – FUGRO Group
......................................................................................................................... 19
Hình 1-5: Bộ GPS RTK R7 cùng radiolink của Trimble................................ 19
Hình 1-6: Bộ máy đo sâu đơn tia Hydrotrac và sơ đồ hệ thống ..................... 20
Hình 1-7: Phần mềm Hydro ............................................................................ 21
Hình 1-8: Thước quan trắc mực nước ven bờ................................................. 21
Hình 1-9: Nguyên lý xác định độ cao mực nước để cải chính cho số liệu đo
sâu.................................................................................................................... 22
Hình 1-10: Nội suy độ cao điểm đo khi sử dụng 2 trạm nghiệm triều ........... 24
Hình 1-11: Tầu Đo đạc biển 01....................................................................... 25
Hình 1-12: Sơ đồ các bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1/50.000 do Trung tâm
Trắc địa Bản đồ biển (Bộ Tài nguyên và Môi trường) thi công đến hết năm
2010. ................................................................................................................ 29
Hình 1-13: Khu vực dự kiến đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1:200.000
thuộc Đề án 47................................................................................................. 30
Hình 1-14: Sơ đồ tổ chức cơng tác ngoại nghiệp của Nauy. .......................... 32
Hình 1-15: Sơ đồ tổ chức quản trị dữ liệu của Nauy. ..................................... 32
Hình 1-16: Phần mềm SIS............................................................................... 36
Hình 1-17: Các trạm theo dõi thủy triều tại Nauy ......................................... 36
Hình 1-18: Cấu trúc hệ thống quan trắc thủy triều ......................................... 37
Hình 1-19: Tầu " HYDROGRAF”.................................................................. 38
Hình 1-20: Tầu "Sjøfalk” và "Sjøtroll" ........................................................... 39
Hình 2-1: Đo sâu đơn tia (trái) và đo sâu đa tia .............................................. 44
Hình 2-2: Độ sâu được xác định từ góc và khoảng cách nghiêng .................. 45
Hình 2-3: Chiều đi của tia sóng âm................................................................. 46

6

Hình 2-4: Sai số chùm tia phụ thuộc vào sự thay đổi vận tốc sóng âm.......... 49
Hình 2-5: Hệ thống Seatex Seapat .................................................................. 51
Hình 2-6: Sử dụng độ cao ellipsoid và mơ hình geoid để tính độ cao điểm đo
sâu.................................................................................................................... 52
Hình 2-7: Sai số lái tia do tốc độ truyền âm gây ra......................................... 56
Hình 2-8: Các thành phần giao động của tàu đo ............................................. 58
Hình 2-9: Sai số độ sâu và tọa độ do lắc ngang gây ra .................................. 59
Hình 2-10: Quan hệ giữa độ rộng tia quét và lắc ngang với sai số độ sâu đạt
được là 0.5% độ sâu đo ................................................................................... 60
Hình 2-11: Sai số do sự lắc dọc của tàu đo gây ra .......................................... 60
Hình 2-12: Quan hệ giữa D và x với sự lắc dọc của tàu đo ........................ 61
Hình 2-13. Sai số do sự xoay của tàu đo gây ra.............................................. 61
Hình 2-14: Độ rộng dải quét trong trường hợp đáy bằng ............................... 64
Hình 3-1: Sơ đồ qyui trình cơng nghệ............................................................. 68
Hình 3-2: Sơ đồ kết nối thiết bị hệ thống đo sâu đa tia................................... 72
Hình 3-3: Trục đo độ lệch tâm của các thiết bị............................................... 73
Hình 3-4: Đồ hình chạy tàu xác định độ trễ định vị theo mặt dốc.................. 79
Hình 3-5: Đồ hình chạy tàu xác định độ lệch nghiêng dọc............................. 79
Hình 3-6: Đồ hình chạy tàu xác định độ lệch phương vị................................ 80
Hình 3-7: Xác định độ lệch nghiêng ngang .................................................... 81
Hình 4-1: Sơ đồ tổng hợp của công tác xác định các số đo lệch tâm ............. 94
Hình 4-2: Hệ tọa độ qui chiếu của tàu ............................................................ 95
Hình 4-3: Xác định vạch “0” của thước dây ................................................... 96
Hình 4-4: Các thiết bị quan trọng cần đo lệch tâm ......................................... 98
Hình 4-5: Mạn trái (Portside)........................................................................ 100
Hình 4-6: Mạn phải (Starboard Side)............................................................ 101
Hình 4-7: Thả máy SVP................................................................................ 106

Hình 4-8: Thu hồi SVP ................................................................................. 107
Hình 4-9: Biểu đồ tốc độ âm ......................................................................... 108


7

Hình 4-10: Biểu đồ nhiệt độ nước................................................................. 108
Hình 4-11: Sơ đồ kiểm nghiệm Gyro bằng Total station.............................. 112
Hình 4-12: Sơ đồ kiểm nghiệm Gyro bằng RTK.......................................... 114
Hình 4-13: Các vị trí lắp đặt Motion Sensor................................................. 117
Hình 4-14: Hệ trục của MRU........................................................................ 119
Hình 4-15: Hệ trục của MRU nhìn từ mặt bên ............................................. 119
Hình 4-16: Các số đo lệch tâm...................................................................... 120
Hình 4-17: Sơ đồ lắp đặt MRU trong tàu...................................................... 120
Hình 4-18: Lắp đặt MRU trong tàu............................................................... 121
Hình 4-19: Hộp kết nối ................................................................................. 121
Hình 4-20: Sơ đồ tổng thể đối với MRU – khơng GPS Antenna ................. 122
Hình 4-21: Các lựa chọn trạm đo trên tàu..................................................... 123
Hình 4-22: Sơ đồ kiểm nghiệm bằng thủy chuẩn (dọc tầu) .......................... 125
Hình 4-23: Bản đồ đẳng triều........................................................................ 129
Hình 4-24: Ví dụ về độ trễ đo sâu – cải chính sóng...................................... 133


8

MỞ ĐẦU
1.

Tính cấp thiết của đề tài
Nước ta có đường bờ biển dài khoảng 3.260 km, diện tích vùng biển chủ

quyền rộng hơn 1.000.000 km2. biển nước ta chứa đựng một nguồn tài nguyên
vô cùng quý giá, một tiềm năng kinh tế có ý nghĩa quan trọng đối với sự phát
triển kinh tế đất nước. Mặt khác, vùng biển rộng lớn tiếp giáp với nhiều quốc
gia vì vậy có nhiều vấn đề phức tạp về phân chia lãnh hải, thềm lục địa, vùng
đặc quyền kinh tế... giữa các quốc gia.
Xác định được vai trị, vị trí, tầm quan trọng của biển, Hội nghị Ban
Chấp hành Trung ương khoá X ra Nghị quyết về “Chiến lược biển Việt Nam
đến năm 2020”
Những thuận lợi về nguồn tài nguyên thiên nhiên và những khó khăn về
bảo vệ mơi trường biển địi hỏi một quy hoạch tổng thể về khai thác và bảo vệ
biển mang tính quốc gia. Quy hoạch này chỉ có thể thực hiện được khi có đủ
tài liệu về điều tra cơ bản trên hệ thống tư liệu bản đồ biển thống nhất, đầy đủ
và chính xác.
Đo đạc là lĩnh vực khoa học kỹ thuật sử dụng các thiết bị thu nhận thông
tin và xử lý thông tin nhằm xác định các đặc trưng hình học và các thơng tin
có liên quan của các đối tượng ở mặt đất, lòng đất, mặt nước, lịng nước, đáy
nước, khoảng khơng ở dạng tĩnh hoặc biến động theo thời gian. Bản đồ là lĩnh
vực hoạt động khoa học kỹ thuật thu nhận và xử lý các thơng tin, dữ liệu từ
q trình đo đạc, khảo sát thực địa để biểu thị bề mặt trái đất dưới dạng thu
nhỏ, các yếu tố theo các chuyên ngành bằng hệ thống ký hiệu và màu sắc theo
các quy tắc tốn học nhất định. Như vậy cơng tác đo đạc thành lập bản đồ
biển là công tác đo đạc, thu nhận và xử lý các thông tin về biển, về nền địa
hình đáy biển, về các mặt tự nhiên, xã hội, kinh tế, kỹ thuật…trên biển, lòng
nước, đáy biển, lịng đất dưới đáy biển, khoảng khơng trên biển và thể hiện
các thông tin dưới dạng bản đồ.


9

Công tác đo đạc thành lập bản đồ biển nhằm cung cấp tư liệu điều tra cơ
bản cho sự nghiệp phát triển kinh tế biển, bảo vệ môi trường biển và đảm bảo
an ninh quốc phòng trên biển. Tuy nhiên, công tác này từ trước đến nay hầu
như đều được đo vẽ dựa trên công nghệ đo sâu bằng máy hồi âm đơn tia. Sản
phẩm hầu như chỉ làm theo yêu cầu đơn đặt hàng của Nhà nước hoặc của
khách hàng và làm theo tỷ lệ bản đồ yêu cầu. Công nghệ đo sâu hồi âm đơn
tia là công nghệ cũ, độ chính xác và tiến độ thực hiện vẫn cịn nhiều bất cập,
tính hữu dụng về cơ sở dữ liệu còn hạn hẹp, và quan trọng hơn là sản phẩm
thu được vẫn chưa đáp ứng được các tiêu chuẩn quốc tế nên chưa có tính hội
nhập.
Trong những năm gần đây, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, công
nghệ đo sâu hồi âm đơn tia dần đã được thay thế bằng các công nghệ mới hơn
như: LIDAR, sonar, đo sâu hồi âm đa tia… Các công nghệ này đã dần thay
thế cho công nghệ đo sâu hồi âm đơn tia bởi tính ưu việt về năng suất, độ
chính xác và kinh tế.
Xác định rõ điều đó, để hiện đại hóa và nâng cao năng lực sản xuất,
Trung tâm Trắc địa bản đồ biển, một trong những đơn vị hàng đầu về đo vẽ
bản đồ địa hình đáy biển của Việt Nam, đã chính thức đặt vấn đề đưa công
nghệ đo sâu đa tia vào áp dụng thay cho công nghệ cũ. Đây là một công nghệ
mới đối với Việt Nam. Hiện thiết bị và phần mềm đã được chuyển về Việt
Nan, nhưng chưa lắp đặt và sử dụng, và đội ngũ kỹ thuật của Trung tâm Biển
chưa được hề tiếp xúc trực tiếp với công nghệ.
Để kịp thời nắm bắt cơng nghệ, việc tìm hiểu, nghiên cứu cơng nghệ đo
sâu đa tia và đưa ra được một qui định kỹ thuật sử dụng máy đo sâu đa tia áp
dụng vào sản xuất giai đoạn đầu là rất cần thiết trong giai đoạn hiện nay và là
cơ sở để nâng cao, hồn thiện cho các giai đoạn tiếp theo.
Chính vì vậy, tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ đo
sâu đa tia trong công tác đo vẽ địa hình đáy biển ở Việt Nam” là một hướng đi

10

đúng, phù hợp và cần thiết đối với công tác đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển ở
Việt Nam.
2.

Mục đích nghiên cứu của đề tài
Mục đính của đề tài là dựa trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và các thực

nghiệm (nếu có) để đưa ra được một qui định kỹ thuật sử dụng máy đo sâu đa
tia để đưa vào áp dụng thực tiễn sản xuất trong điều kiện của Việt Nam.
3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đề tài chủ yếu nghiên cứu tập trung cho công tác đo vẽ bản đồ địa hình

đáy biển sử dụng hệ thống đo sâu hồi âm đa tia EM710S của hãng Kongsberg
(Nauy) trên các vùng biển đặc trưng ở Việt Nam; từ đó đề xuất ra qui trình
cơng nghệ đo địa hình đáy biển bằng máy đo sâu hồi âm đa tia.
4.

Nội dung nghiên cứu
- Tìm hiểu sơ bộ, phân tích cơng nghệ hiện hành trong cơng tác đo vẽ địa
hình đáy biển ở trong nước và nước ngoài.
- Nghiên cứu cơng nghệ đo địa hình đáy biển bằng máy đo sâu đa tia.
- Đề xuất qui trình đo địa hình đáy biển bằng máy đo sâu hồi âm đa tia áp
dụng tại Việt Nam.

5.

Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thống kê: thu thập, tổng hợp, xử lý các thông tin và tài liệu
liên quan.
- Phương pháp phân tích: sử dụng các phương tiện và các cơng cụ tiện ích,
phân tích logic các tư liệu, đánh giá khách quan các yếu tố để đưa ra kết
luận chính xác làm cơ sở giải quyết các vấn đề đặt ra.
- Phương pháp so sánh: tổng hợp các kết quả, so sánh, đánh giá, đưa ra các
kết luận về vấn đề nêu ra.
- Phương pháp chuyên gia: thu thập, tổng hợp và phân tích các ý kiến
chuyên gia làm cơ sở đưa ra các kết luận khoa học.


11

6.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Ý nghĩa khoa học: khẳng định tính ưu việt của hệ thống máy đo sâu hồi
âm đa tia trong công tác đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển và đưa ra được
qui trình cơng nghệ đo địa hình đáy biển bằng máy đo sâu hồi âm đa tia
áp dụng tại Việt Nam.
- Ý nghĩa thực tiễn: góp phần vào cơng tác xây dựng qui trình cơng nghệ
đo địa hình đáy biển bằng máy đo sâu hồi âm đa tia của và cơ sở để xây
dựng Định mức kinh tế - kỹ thuật đo đạc, thành lập bản đồ địa hình đáy
biển bằng máy đo sâu hồi âm đa tia của ngành.

7.

Cấu trúc luận văn
Luận văn được trình bày trong 135 trang bao gồm các phần chính: phần

mở đầu, 3 chương, kết luận và kiến nghị, phục lục, 65 hình minh họa và 4
bảng.


12

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1.

Nội dung và các yêu cầu chủ yếu trong cơng tác đo vẽ bản đồ địa
hình đáy biển.

Bản đồ địa hình đáy biển là loại bản đồ thể hiện chính xác bề mặt địa
hình đáy biển. Địa hình đáy biển là phần kéo dài ra phía biển của địa hình lục
địa. Như vậy theo cách hiểu chung nhất bản đồ địa hình đáy biển là sự kéo dài
của bản đồ địa hình trên đất liền ra phía biển.
Đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển với mục đích thể hiện các thơng tin về
địa hình bề mặt đáy biển và các đối tượng ở bề mặt đáy biển. Các thông tin
này được thể hiện dưới dạng bản đồ số, bản đồ giấy (tùy theo tỷ lệ) hay dưới
dạng mơ hình số. Như vậy có thể nói rằng nội dung và yêu cầu chủ yếu của
công tác đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển là xác định các yếu tố để thể hiện
được các thông tin yêu cầu như trên. Các yếu tố đó chính là tọa độ, độ cao của
các điểm đặc trưng của bề mặt đáy biển và dạng chất đáy của lớp bề mặt đáy
biển.
Đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển chia là 2 cơng tác chính: cơng tác ngoại
nghiệp và cơng tác nội nghiệp.
Công tác ngoại nghiệp (đo sâu, lấy mẫu chất đáy) sẽ xác định các yếu tố
đồng thời như sau:
- Tọa độ điểm đo (Có thể xác định bằng máy đo kinh vĩ, máy toàn đạc

điện tử, GPS…);
- Độ sâu điểm đo (Có thể xác định thủ cơng bằng dây, sào hay tự động
như máy đo sâu hồi âm đơn tia, máy đo sâu hồi âm đa tia, Lazer…);
- Độ cao mặt nước tại thời điểm đo (công tác quan trắc mực nước hay thủy
triều – có thể xác định bằng thước đo mực nước hay các thiết bị quan
trắc tự động).
- Tọa độ điểm lấy mẫu (xác định như công tác đo sâu);


13

- Lấy mẫu chất đáy và mô tả bằng ký kiệu qui định (bằng gầu lấy mẫu).
Công tác nội nghiệp được tiến hành sau khi đã có đầy đủ số liệu ngoại
nghiệp và bao gồm các bước chính sau:
- Xây dựng cơ sở toán học của mảnh bản đồ;
- Nhập số liệu và kiểm tra số liệu;
- Xây dựng mô hình hoặc đường đồng mức;
- Biên tập theo qui định.
Như vậy ta có thể nói rằng cơng nghệ đo sâu hồi âm phục vụ cho công
tác đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển là sự kết hợp hồn hảo của các công nghệ
sau:
- Công nghệ định vị;
- Công nghệ đo sâu;
- Công nghệ quan trắc thủy triều (hay sự biến động của mực nước);
- Xử lý số liệu.
1.2.

Giới thiệu về qui trình cơng nghệ đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển
tại Việt Nam.

1.2.1.

Quá trình hình thành và phát triển.

Ở nước ta công tác đo đạc, thành lập bản đồ đáy biển là một loại hình
cơng việc cịn non trẻ. Trước năm 1954, hải đồ vùng biển nước ta do hải quân
các nước Pháp, Anh, Mỹ đo đạc và biên vẽ. Từ 1954 đến 1975 Hải quân nước
ta biên tập lại các hải đồ do nước ngoài lập, Hải qn Liên Xơ đo đạc lập hải
đồ vùng biển phía Bắc, Hải quân Mỹ đo đạc lập hải đồ vùng biển phía Nam.
Từ năm 1975 sau khi hồn tồn thống nhất đất nước, các đơn vị bắt đầu thực
hiện công tác đo đạc địa hình đáy biển. Q trình có thể chia làm hai giai
đoạn:


14

- Giai đoạn từ năm 1975 đến năm 1992: Giai đoạn chủ yếu do Quân chủng
Hải quân làm công tác biên tập lại từ các hải đồ do nước ngoài lập.
Ngồi ra có một số đơn vị thuộc các bộ ngành khác nhau như Bộ Giao
thông Vận tải, Nông nghiệp, Công nghiệp, Xây dựng, Thủy Lợi, Thủy
sản cũng đã thực hiện việc đo đạc thành lập bản đồ đáy biển chuyên
ngành phục vụ cho nhu cầu sử dụng riêng, qui mô nhỏ với công nghệ
chủ yếu là đo tọa độ giao hội bằng máy kinh vĩ hoặc sóng radio, độ sâu
đo bằng quả dọi hoặc máy đo sâu hồi âm thế hệ đầu sử dụng băng giấy.
- Giai đoạn từ năm 1993 đến nay: Thời gian này các công nghệ đo đạc của
khu vực được đưa vào ứng dụng tại nước ta. Từ năm 1993 đến năm 1998
công việc này do nhiều đơn vị thực hiện như:
+ Trung tâm trắc địa bản đồ biển thuộc Viện khoa học và công nghệ địa
chính;
+ Xí nghiệp trắc địa 304 thuộc Cơng ty trắc địa bản đồ số 3;

+ Trung tâm ứng dụng công nghệ mới thuộc Công ty trắc địa bản đồ số 1;
+ Đoàn đo đạc biển và biên vẽ hải đồ thuộc quân chủng Hải quân - Quân
đội nhân dân Việt Nam;
+ Ngồi ra cịn một số đơn vị thuộc các bộ ngành khác. Tuy nhiên các
đơn vị này chủ yếu chỉ thực hiện công tác đo sâu hải đồ, bình đồ luồng
lạch, sơng, hồ, bến cảng…với phạm vi hẹp.
Năm 1999 Tổng cục địa chính sáp nhập các đơn vị trong ngành nòng cốt
là Trung tâm Trắc địa Bản đồ biển thuộc Viện khoa học Địa chính và Xí
nghiệp Trắc địa 304 thuộc Công ty Trắc địa bản đồ số 3 thành Trung tâm Trắc
địa Bản đồ biển. Đây là đơn vị có chức năng nhiệm vụ thực hiện cơng tác đo
vẽ bản đồ địa hình đáy biển trong phạm vi cả nước. Như vậy từ năm 1999 đến
nay ở nước ta có 2 đơn vị chuyên đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển là Trung tâm
trắc địa bản đồ biển (nay thuộc Tổng cục Biển và hải đảo Việt Nam, Bộ Tài
ngun và Mơi trường) và Đồn Đo đạc biển và Biên vẽ hải đồ thuộc Quân


15

chủng Hải quân - Quân đội nhân dân Việt Nam. Về thiết bị, công nghệ của hai
cơ quan này tương đối giống nhau, Trung tâm trắc địa bản đồ biển thực hiện
đo đạc chủ yếu là các loại bản đồ tỷ lệ 1:10.000 và 1:50.000 khu vực gần bờ,
Đoàn đo đạc biển và biên vẽ hải đồ đo đạc chủ yếu là các loại hải đồ tỷ lệ
1:200.000 và 1:250.000 khu vực xa bờ.
1.2.2.

Qui trình cơng nghệ.

Quy trình cơng nghệ đo vẽ thành lập bản đồ địa hình đáy biển hiện nay
tại Việt Nam có thể nói rằng đã được thể hiện tại Quy định kỹ thuật thành lập
bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1:50.000 ban hành theo Quyết định số

03/2007/QĐ-BTNMT ngày 12 tháng 02 năm 2007 của Bộ trưởng Bộ Tài
ngun và Mơi trường. Tóm tắt trích lược qui trình cơng nghệ như sau:
1.

Thu thập tư, tài liệu, khảo sát khu đo; Lập thiết kế kỹ thuật – dự tốn.

2.

Thi cơng ngoại nghiệp:

- Xây dựng các điểm nghiệm triều (ven bờ hoặc ngoài khơi), xây dựng hệ
thống lưới cơ sở trên bờ (nếu cần), đo nối tọa độ, độ cao.
- Thiết kế và kiểm tra thiết kế đo sâu, đo kiểm tra, lấy mẫu chất đáy.
- Đo vẽ đường bờ (nếu có).
- Tiến hành đo sâu, đo kiểm tra, đo rà sốt hải văn (nếu có) đồng thời với
việc quan trắc nghiệm triều; Lấy mẫu chất đáy.
- Xử lý số liệu ngoại nghiệp. Kiểm tra, đo bù, đo lại.
- Kiểm tra nghiệm thu ngoại nghiệp.
3.

Công tác nội nghiệp:

- Kiểm tra kết quả đo đạc và xử lý ngoại nghiệp.
- Xây dựng cơ sở dữ liệu; Thành lập và biên tập bản đồ gốc số địa hình
đáy biển; In phun bản đồ gốc.
- Kiểm tra nghiệm thu nội nghiệp.


16

- Lưu trữ, bảo quản số liệu gốc, bản đồ số;
- Giao nộp sản phẩm.
Sơ đồ công nghệ được thể hiện ở hình 1-1.

Hình 1-1: Sơ đồ cơng nghệ thành lập bản đồ địa hình đáy biển.


17

1.2.3.

Công nghệ định vị.

Hiện tại công tác đo đạc thành lập bản đồ địa hình đáy biển ở BTNMT
đang áp dụng các công nghệ với các trang thiết bị sau đây trong thực tế sản
xuất:
1.

Công nghệ định vị khoảng cách xa để xây dựng hệ thống điểm tọa độ độ cao trên vùng biển.

1.

Có nhiều thiết bị định vị GPS 2 tần số với các phần mềm xử lý bảo đảm
cho việc xác định tọa độ điểm cơ sở ở khoảng cách xa với độ chính xác
2-3 cm.

2.

Đã thu thập các tài liệu và đang triển khai Dự án “Xây dựng và hoàn
chỉnh hệ thống trọng lực Nhà nước”, đã hoàn thành việc nghiên cứu đo

trọng lực biển tại Việt Nam. Như vậy với việc đo đạc trọng lực chi tiết
trên biển để xác định mặt Kvazigeoid trên vùng biển Việt Nam cho
phép tính chuyển độ cao bằng cơng nghệ GPS từ đất liền ra biển với độ
chính xác thủy chuẩn nhà nước hạng IV nâng cao chất lượng sản phẩm
bản đồ biển.

2.

Công nghệ định vị đối tượng động để định vị tức thời tàu đo:
Công nghệ này sử dụng để dẫn đường cho các tàu đo đạc hoạt động trên

biển và xác định tọa độ các điểm đo sâu trên mặt địa hình đáy biển, xác định
tọa độ các địa vật trên biển và dưới mặt nước biển.
Để định vị tức thời vị trí tàu đo đã áp dụng các kỹ thuật – công nghệ sau
đây:
- Công nghệ DGPS Realtime với các thiết bị RadioLink sóng ngắn (VHF,
UHF) để đo vùng biển ven bờ (cách xa bờ dưới 60 km);
- Công nghệ DGPS Realtime với các trạm cố định phát số hiệu cải chính
phân sai trên tần số radio trong giải tần sóng trung bình với tầm hoạt
động từ 500 – 700 km.


18

Hình 1-2: Máy định vị Trimble 4000SSi và máy DSM 212H

Với việc đã có 2 trạm định vị GPS cố định ở Đồ Sơn (Hải Phòng) và
Vũng Tàu, và cùng với trạm định vị GPS cố định ở Quảng Nam đang đi vào
hoạt động, tầm phủ sóng cải chính phân sai DGPS của 3 trạm này đã gần như
phủ trùm tồn vùng biển phía đơng Việt Nam. Các trạm định vị cố định GPS

trên đều sử dụng công nghệ Beacon với kỹ thuật MSK, đảm bảo độ chính xác
cải chính phân sai nhỏ hơn ±5 m. Như vậy hệ thống này đảm bảo định vị dẫn
đường cho công tác đo đạc thành lập bản đồ biển trên toàn vùng biển Việt
Nam từ tỷ lệ 1/10.000 và nhỏ hơn. Tuy vậy, với vùng biển Vịnh Thái lan do
tín hiệu cải chính từ trạm Vũng Tàu phải đi qua một vùng đất rộng nên bị yếu
đi rất nhiều, trên thực tế ở vùng biển Cà Mau các máy thu DGPS rất hay bị
mất tín hiệu.
Các loại thiết bị thu tín hiệu được trang bị có áp dụng cơng nghệ này ở
trên tàu đo như: DSM 212H, DGPSProBeacon, DGPS GBX CSI, DGPS
MiniMax.
- Công nghệ DGPS Realtime diện rộng (Wide Area DGPS) với việc thu số
hiệu chỉnh phân sai từ vệ tinh địa tĩnh Inmarsat trên toàn vùng biển Việt
Nam. Đã trang bị nhiều máy thu cho cơng nghệ này như SeaStar,
OmniStar…, tín hiệu cải chính chủ yếu được th từ cơng ty FUGRO;


19

Hình 1-3: Máy định vị SeaStar HP-8200 của FUGRO

Hình 1-4: Hệ thống DGPS Realtime diện rộng OmniSTAR – FUGRO Group

- Công nghệ GPS RTK (GPS RTK – Real Time Kinematic GPS) dùng để
định vị độ chính xác cao cỡ cm. Đã trang bị các loại máy thu GPS 2 tần
số có cài đặt chức năng RTK cùng các thiết bị radiolink với tầm hoạt
động đến 20 km.

Hình 1-5: Bộ GPS RTK R7 cùng radiolink của Trimble

20

1.2.4.

Công nghệ đo sâu.

Công nghệ phổ biến là sử dụng các máy đo sâu hồi âm đơn tia. Công
nghệ này địi hỏi phải có các phần mềm đo biển chun dụng (chủ yếu là của
nước ngồi), có khả năng tích hợp các kết quả đo sâu và xác định tọa độ các
điểm đo sâu, xử lý kết quả đo đạc tại thực địa và thành lập bản đồ đo sâu (bản
đồ địa hình đáy biển chưa được biên tập).

Hình 1-6: Bộ máy đo sâu đơn tia Hydrotrac và sơ đồ hệ thống

Hiện nay, việc đo sâu hồi âm đơn tia này mới chỉ được hỗ trợ xác định
tốc độ âm thanh bằng máy đo tốc độ âm SVP15. Các ảnh hưởng của sóng tới
kết quả đo cịn chưa được cải chính bằng các thiết bị phụ trợ.
Tàu đo nhỏ nên đầu phát biến âm luôn được đặt cùng trục đứng với ăng
ten GPS nên hầu như không sử dụng la bàn để xác định hướng tàu.
Phần mềm phục vụ đo đạc trên biển hiện nay đang sử dụng là phần mềm
Hydro không sử dụng được với các máy đo sâu hồi âm đa tia. Thực chất phần
mềm Hydro được viết chủ yếu phục vụ công tác đo đạc các công trình trên
biển, chưa phải là phần mềm đo đạc thành lập bản đồ biển chuyên dụng.


21

Hình 1-7: Phần mềm Hydro

Như vậy cơng nghệ đo sâu cần phải đầu tư thay đổi về trang thiết bị công

nghệ, đặc biệt là đầu tư các máy đo sâu hồi âm đa tia, các thiết bị cải chính
ảnh hưởng của sóng, cơng nghệ cải chính thuỷ triều ngồi khơi.
1.2.5.

Cơng nghệ quan trắc thủy triều (hay sự biến động của mực
nước).

Hiện tại ảnh hưởng của thủy triều mới chỉ được cải chính qua số liệu
quan trắc mực nước tại các trạm quan trắc thủy triều
tạm thời ven bờ ở khu đo.

Hình 1-8: Thước quan trắc mực nước ven bờ

Việc bố trí các trạm quan trắc vẫn chưa được
nghiên cứu cụ thể theo tính chất và mơ hình thủy
triều mà chỉ ước lược theo khoảng cách dọc theo khu thi công. Các trạm quan
trắc được bố trí theo khoảng cách trung bình khoảng 50 km/1 trạm. Với bản
đồ tỷ lệ 1:50.000 thì bố trí 2 trạm, 1 trạm đối với các bản đồ tỷ lệ lớn hơn.


22

Độ cao điểm “0” thước nước được xác định bằng bằng phương pháp đo
nối độ cao thủy chuẩn hình học hoặc GPS (đối với các điểm không thể đo nối
băng thủy chuẩn hình học như các điểm ngồi đảo…) từ các điểm độ cao nhà
nước.
Việc cải chính số liệu thủy triều vào số liệu đo sâu sử dụng phương pháp
nội suy theo thời gian.

Mặt đất

d

H

H1

Mặt qui chiếu “0” quốc gia

H2

Des
Dko
Mặt đáy biển

Hình 1-9: Nguyên lý xác định độ cao mực nước để cải chính cho số liệu đo sâu.

Thơng thường số liệu thủy triều được nhập vào từ tệp số liệu quan trắc
theo định dạng của phần mềm xử lý và việc cải chính được tiến hành tự động
trong quá trình xử lý số liệu khi người dùng chấp nhận có cải chính số liệu
thủy triều vào số liệu đo sâu.
Về nguyên lý, việc cải chính thủy triều vào độ sâu điểm đo được tính
như sau:
- Đối với số liệu sử dụng 1 trạm quan trắc ven bờ:
Dko = H – (Des + d)
Trong đó:
Dko:

Độ sâu sau cải chính (độ cao của điểm đo sâu).

H:

Độ cao mực nước tại thời điểm đo.

(1-1)


23

Des:

Độ sâu đo được tính từ đầu phát tín hiệu âm.

d:

Draft (còn được gọi là draught) – Mớn nước tàu hay khoảng cách
theo phương thẳng đứng từ mặt nước tới mặt bộ phát biến.

Giá trị H được xác định theo công thức nội suy như sau:
H=

Với:

H2-H1
x (t-t1) + H1
t2-t1

(1-2)

t1 là thời điểm xác định H1 bằng quan trắc

t2 (t2 ≥ t1) là thời điểm xác định H2 bằng quan trắc
t là thời điểm của điểm đo sâu cần cải chính và t1 ≤ t ≤ t2
H1 là độ cao mực nước xác định được tại thời điểm t1
H2 là độ cao mực nước xác định được tại thời điểm t2

- Đối với số liệu sử dụng 2 trạm quan trắc ven bờ:
Khi sử dụng số liệu 2 trạm, việc tính giá trị độ cao của mực nước tại thời
điểm cần tính tại vị trí của trạm cho từng trạm vẫn tương tự (nội suy theo thời
gian). Tuy nhiên, lúc này ta phải sử dụng cả tọa độ của 2 trạm quan trắc và
của điểm đo để tính (tọa độ của 3 điểm đều cùng cơ sở toán học).
Tại thời điểm đo điểm đo sâu, chúng ta sẽ có một mặt phẳng thỏa mãn 2
điều kiện:
- Chứa 2 vị trí độ cao mực nước của 2 trạm.
- Đường giao của mặt phẳng này với mặt “0” vng góc với đường qua 2
trạm.
Như vậy, có bao nhiêu điểm đo thì có bấy nhiêu mặt phẳng nội suy.