Luận án xác định dị thường trọng lực bằng số liệu đo cao vệ tinh vùng biển Vịnh Bắc Bộ

Giải pháp nâng cao độ chính xác xác định dị thường trọng lực từ số liệu đo cao vệ tinh tại vịnh Bắc Bộ, ứng dụng hiệu quả trong nghiên cứu địa chất.

• Tác giả: Phạm Văn Tuyên
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Sáng
• Trường học: Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Trắc Địa - Bản Đồ
• Đề tài: Giải Pháp Nâng Cao Độ Chính Xác Xác Định Dị Thường Trọng Lực Từ Số Liệu Đo Cao Vệ Tinh Tại Vịnh Bắc Bộ
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC XÁC ĐỊNH DỊ THƯỜNG TRỌNG LỰC BIỂN BẰNG SỐ LIỆU ĐO CAO VỆ TINH
• 1.1. Tổng quan về vấn đề đo trọng lực ở Việt Nam
• 1.2. Khái niệm về dị thường trọng lực
• 1.3. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu giải pháp nâng cao độ chính xác xác định dị thường trọng lực biển bằng số liệu đo cao vệ tinh
• 1.4. Tổng quan về các công trình nghiên cứu trên thế giới
• 1.5. Tổng quan về các công trình nghiên cứu trong nước
• 1.6. Hướng nghiên cứu của luận án
• 1.7. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH DỊ THƯỜNG TRỌNG LỰC BIỂN BẰNG SỐ LIỆU ĐO CAO VỆ TINH
• 2.1. Kỹ thuật đo cao vệ tinh
• 2.2. Nguyên lý đo cao vệ tinh
• 2.3. Phương pháp xác định độ cao mặt nước biển bằng số liệu đo cao vệ tinh
• 2.4. Các số hiệu chỉnh trong kết quả đo cao vệ tinh
• 2.5. Chương trình đo cao vệ tinh và dữ liệu đo cao vệ tinh
• 2.6. Phương pháp xác định dị thường trọng lực biển bằng số liệu đo cao vệ tinh
• 2.7. Cơ sở lý thuyết của phương pháp
• 2.8. Sơ đồ quy trình phương pháp xác định dị thường trọng lực biển bằng số liệu đo cao vệ tinh
• 2.9. Phương pháp xác định độ cao geoid và dị thường trọng lực từ các hệ số hàm điều hòa cầu của mô hình thế trọng trường toàn cầu
• 2.10. Độ cao địa hình mặt biển trung bình động học
• 2.11. Phương pháp bình sai mạng lưới điểm giao cắt để loại bỏ độ cao địa hình mặt biển biến đổi theo thời gian ht
• 2.12. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC XÁC ĐỊNH DỊ THƯỜNG TRỌNG LỰC BIỂN BẰNG SỐ LIỆU ĐO CAO VỆ TINH
• 3.1. Cơ sở lý thuyết về các giải pháp nâng cao độ chính xác xác định dị thường trọng lực biển bằng số liệu đo cao vệ tinh
• 3.2. Sơ đồ quy trình nâng cao độ chính xác xác định dị thường trọng lực biển bằng số liệu đo cao vệ tinh
• 3.3. Giải pháp 1 - kết hợp các loại số liệu đo cao vệ tinh có độ chính xác cao ở chế độ GM để nâng cao độ chính xác xác định dị thường trọng lực
• 3.3.1. Lựa chọn số liệu của các vệ tinh thực hiện nhiệm vụ trắc địa
• 3.3.2. Kết hợp số liệu vệ tinh mới có độ chính xác cao với nhau
• 3.4. Giải pháp 2 - lựa chọn mô hình thế trọng trường toàn cầu phù hợp với Việt Nam
• 3.5. Kết quả đánh giá độ chính xác của các mô hình thế trọng trường toàn cầu
• 3.6. Xây dựng chương trình tính độ cao geoid, dị thường độ cao và dị thường trọng lực từ các hệ số điều hòa cầu của mô hình thế trọng trường toàn cầu
• 3.7. Đánh giá độ chính xác các mô hình thế trọng trường toàn cầu EGM2008, GECO, EIGEN-6C4 và SGG-UGM-1 ở khu vực Việt Nam
• 3.8. Giải pháp 3 - lựa chọn mô hình mặt biển trung bình động học MDT phù hợp với vùng biển của Việt Nam
• 3.9. Phương pháp nội suy độ cao mặt biển trung bình động học hMDT
• 3.10. Đánh giá độ chính xác của các mô hình MDT trên vùng biển Việt Nam
• 3.11. Giải pháp 4 - lựa chọn phương pháp chuyển đổi phần dư độ cao geoid sang phần dư dị thường trọng lực
• 3.11.1. Cơ sở lý thuyết phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất
• 3.11.2. Áp dụng phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất để xác định phần dư dị thường trọng lực biển bằng số liệu đo cao vệ tinh
• 3.12. Giải pháp 5 - làm khớp phần dư dị thường trọng lực biển nhận được bằng số liệu đo cao vệ tinh với phần dư dị thường trọng lực đo trực tiếp
• 3.13. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG CÁC GIẢI PHÁP ĐỂ NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC XÁC ĐỊNH DỊ THƯỜNG TRỌNG LỰC BIỂN BẰNG SỐ LIỆU ĐO CAO VỆ TINH TRÊN VÙNG BIỂN VỊNH BẮC BỘ - VIỆT NAM
• 4.1. Khu vực nghiên cứu và số liệu thực nghiệm
• 4.1.1. Khu vực nghiên cứu
• 4.1.2. Số liệu thực nghiệm
• 4.2. Kết quả thực nghiệm của các phương án
• 4.3. Thực nghiệm xác định phần dư độ cao geoid
• 4.4. Xác định phần dư dị thường trọng lực biển bằng số liệu đo cao vệ tinh
• 4.5. Làm khớp phần dư dị thường trọng lực biển nhận được bằng số liệu đo cao vệ tinh với phần dư dị thường trọng lực đo trực tiếp bằng phương pháp collocation bình phương nhỏ nhất
• 4.6. Đánh giá độ chính xác của các kết quả tính dị thường trọng lực bằng số liệu đo cao vệ tinh đã có trên vùng biển Vịnh Bắc Bộ - Việt Nam
• 4.7. Kết luận chương 4
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Tóm tắt

I. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Nghiên cứu tập trung vào việc nâng cao độ chính xác xác định dị thường trọng lực từ số liệu đo cao vệ tinh tại vịnh Bắc Bộ. Dị thường trọng lực là yếu tố quan trọng trong nghiên cứu địa chất, địa vật lý và trắc địa. Số liệu đo cao vệ tinh cung cấp dữ liệu chi tiết về độ cao mặt nước biển, hỗ trợ xác định dị thường trọng lực một cách gián tiếp. Vịnh Bắc Bộ là khu vực có địa hình phức tạp, đòi hỏi các giải pháp nâng cao độ chính xác trong phân tích dữ liệu. Nghiên cứu này kế thừa các công trình trước đây về phân tích trọng lực và công nghệ đo cao, đồng thời đề xuất các phương pháp mới để tối ưu hóa kết quả.

1.1. Khái niệm dị thường trọng lực

Dị thường trọng lực là sự chênh lệch giữa giá trị trọng lực đo được và giá trị lý thuyết tại một điểm. Nó phản ánh sự phân bố khối lượng bên trong Trái Đất. Trong nghiên cứu này, dị thường trọng lực được xác định từ số liệu đo cao vệ tinh, giúp giảm thiểu chi phí và thời gian so với phương pháp đo trực tiếp. Vịnh Bắc Bộ là khu vực có địa chất phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao trong xác định dị thường trọng lực.

1.2. Tổng quan về đo cao vệ tinh

Đo cao vệ tinh là kỹ thuật sử dụng sóng radar để đo độ cao mặt nước biển. Dữ liệu từ đo cao vệ tinh được sử dụng để xác định dị thường trọng lực thông qua các mô hình toán học. Các vệ tinh như Cryosat-2 và SARAL/AltiKa cung cấp dữ liệu có độ chính xác cao, hỗ trợ hiệu quả cho nghiên cứu này. Công nghệ đo cao đã được ứng dụng rộng rãi trong hải dương học, địa vật lý và trắc địa.

II. Phương pháp xác định dị thường trọng lực

Nghiên cứu sử dụng phương pháp đo trọng lực gián tiếp từ số liệu đo cao vệ tinh. Các bước bao gồm: xác định độ cao mặt nước biển, tính toán độ cao geoid, và chuyển đổi sang dị thường trọng lực. Phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất được áp dụng để tối ưu hóa kết quả. Các mô hình trọng lực toàn cầu như EGM2008 và GECO được sử dụng để so sánh và đánh giá độ chính xác. Vịnh Bắc Bộ được chọn làm khu vực nghiên cứu do đặc điểm địa chất và động lực biển phức tạp.

2.1. Kỹ thuật đo cao vệ tinh

Kỹ thuật đo cao vệ tinh sử dụng sóng radar để đo khoảng cách từ vệ tinh đến mặt nước biển. Dữ liệu thu được được hiệu chỉnh để loại bỏ các yếu tố nhiễu như tầng điện ly và tầng đối lưu. Số liệu đo cao vệ tinh từ các vệ tinh như Cryosat-2 và SARAL/AltiKa được sử dụng để xác định dị thường trọng lực với độ chính xác cao.

2.2. Phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất

Phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất được áp dụng để làm khớp dữ liệu dị thường trọng lực từ số liệu đo cao vệ tinh với dữ liệu đo trực tiếp. Phương pháp này giúp giảm thiểu sai số và nâng cao độ chính xác của kết quả. Các tham số hiệp phương sai được tính toán để đảm bảo độ tin cậy của mô hình.

III. Giải pháp nâng cao độ chính xác

Nghiên cứu đề xuất năm giải pháp nâng cao độ chính xác xác định dị thường trọng lực: (1) kết hợp các loại số liệu đo cao vệ tinh có độ chính xác cao, (2) lựa chọn mô hình trọng lực toàn cầu phù hợp, (3) sử dụng mô hình mặt biển trung bình động học (MDT) tối ưu, (4) chuyển đổi phần dư độ cao geoid sang phần dư dị thường trọng lực, và (5) làm khớp dữ liệu với kết quả đo trực tiếp. Các giải pháp này giúp đạt được độ chính xác tốt hơn ±4mGal cho vịnh Bắc Bộ.

3.1. Kết hợp số liệu đo cao vệ tinh

Giải pháp đầu tiên là kết hợp số liệu đo cao vệ tinh từ các vệ tinh khác nhau để tăng độ phủ và độ chính xác. Dữ liệu từ Cryosat-2 và SARAL/AltiKa được sử dụng để tạo ra bộ dữ liệu tổng hợp, giúp giảm thiểu sai số ngẫu nhiên và nâng cao độ tin cậy của kết quả.

3.2. Lựa chọn mô hình trọng lực toàn cầu

Giải pháp thứ hai là lựa chọn mô hình trọng lực toàn cầu phù hợp với khu vực vịnh Bắc Bộ. Các mô hình như EGM2008, GECO và EIGEN-6C4 được đánh giá và so sánh để xác định mô hình có độ chính xác cao nhất. Kết quả cho thấy EGM2008 là mô hình phù hợp nhất cho khu vực nghiên cứu.

IV. Ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu đã áp dụng các giải pháp nâng cao để xác định dị thường trọng lực tại vịnh Bắc Bộ. Kết quả cho thấy độ chính xác của dị thường trọng lực được cải thiện đáng kể, đạt được mục tiêu nghiên cứu. Các kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc nghiên cứu địa chất, địa vật lý và quản lý tài nguyên biển. Nghiên cứu cũng góp phần phát triển công nghệ đo cao và phân tích trọng lực tại Việt Nam.

4.1. Kết quả thực nghiệm

Kết quả thực nghiệm cho thấy dị thường trọng lực được xác định từ số liệu đo cao vệ tinh có độ chính xác tốt hơn ±4mGal. Các giải pháp nâng cao đã giúp giảm thiểu sai số và nâng cao độ tin cậy của kết quả. Vịnh Bắc Bộ là khu vực có địa hình phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao trong phân tích dữ liệu.

4.2. Đánh giá độ chính xác

Đánh giá độ chính xác của các kết quả cho thấy phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất là hiệu quả nhất trong việc làm khớp dữ liệu. Các mô hình trọng lực toàn cầu và mô hình mặt biển trung bình động học (MDT) cũng đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao độ chính xác của kết quả.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Việt Nam sở hữu vùng biển và thềm lục địa rộng lớn với diện tích gấp khoảng ba lần phần lãnh thổ đất liền. Việc khảo sát trường địa vật lý, đặc biệt là trường trọng lực biển, giữ vai trò thiết yếu đối với việc nghiên cứu hình dạng, kích thước, thế trọng trường Trái Đất, xác lập số liệu gốc cho hệ tọa độ quốc gia, phân tích cấu trúc vỏ Trái Đất, thăm dò khoáng sản, tính toán quỹ đạo tên lửa và xác định địa hình đáy biển. Tuy nhiên, các phương pháp đo trọng lực truyền thống bằng tàu biển hoặc máy bay gặp nhiều trở ngại do điều kiện khí tượng, động lực biển phức tạp, chi phí tài chính cao và thời gian khảo sát kéo dài khi triển khai trên diện rộng. Phương pháp đo cao vệ tinh (satellite altimetry) cung cấp giải pháp gián tiếp với phạm vi phủ trùm rộng và mật độ dày đặc. Dù vậy, tại vùng biển ven bờ và vùng nước nông như Vịnh Bắc Bộ, các mô hình trường trọng lực biển toàn cầu hiện có thường đạt độ chính xác hạn chế do tác động phức tạp của sóng, gió, thủy triều và địa hình đáy biển. Do đó, luận án tập trung giải quyết bài toán nâng cao độ chính xác xác định dị thường trọng lực biển từ dữ liệu đo cao vệ tinh tại khu vực này.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định cụ thể gồm hai nhiệm vụ:

1. Xác lập cơ sở khoa học, xây dựng các giải pháp xử lý số liệu đo cao vệ tinh nhằm nâng cao độ chính xác xác định dị thường trọng lực trên biển nói chung và trên vùng biển Vịnh Bắc Bộ nói riêng.
2. Xác định dị thường trọng lực biển có độ chính xác tốt hơn ±4 mGal cho vùng biển Vịnh Bắc Bộ bằng số liệu đo cao vệ tinh.

Luận án thiết lập hai luận điểm bảo vệ:

• Luận điểm 1: Các giải pháp nâng cao độ chính xác xác định dị thường trọng lực biển bằng số liệu đo cao vệ tinh do luận án đề xuất có cơ sở lý thuyết chặt chẽ và khả thi trong tính toán thực nghiệm.
• Luận điểm 2: Việc tích hợp mô hình thế trọng trường toàn cầu EIGEN-6C4, mô hình mặt biển trung bình động học DTU15MDT, số liệu đo cao từ các vệ tinh thực hiện nhiệm vụ trắc địa (GM) độ chính xác cao gồm CryoSat-2/GM và SARAL-DP/AltiKa, kết hợp phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất (LSC) cho kết quả dị thường trọng lực đạt độ chính xác cao hơn so với các công trình đã công bố trước đây trên vùng biển Vịnh Bắc Bộ.

Đối tượng nghiên cứu bao gồm: phương pháp xác định giá trị dị thường trọng lực biển từ số liệu đo cao vệ tinh; các giải pháp toán học nhằm nâng cao độ chính xác; tập số liệu đo cao vệ tinh; số liệu trọng lực đo trực tiếp bằng tàu biển; và các kết quả dị thường trọng lực biển tính toán được.

Phạm vi nghiên cứu:

• Không gian: Vùng biển Vịnh Bắc Bộ thuộc chủ quyền và quyền tài phán của Việt Nam, giới hạn theo 21 điểm tọa độ phân định lãnh hải, vùng đặc quyền kinh tế và thềm lục địa giữa Việt Nam và Trung Quốc.
• Dữ liệu và mô hình: Dữ liệu đo cao từ các thế hệ vệ tinh hoạt động ở chế độ nhiệm vụ trắc địa (GM); các mô hình thế trọng trường toàn cầu (GGM); và các mô hình mặt biển trung bình động học (MDT).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Vấn đề ứng dụng kỹ thuật đo cao vệ tinh để xác định trường trọng lực biển đã được cộng đồng khoa học quốc tế nghiên cứu từ thập niên 1990 với nhiều hướng tiếp cận toán học và xử lý dữ liệu:

• Cheinway Hwang và Barry Parsons (1995) sử dụng 60 chu kỳ vệ tinh Geosat/ERM, 10 chu kỳ ERS-1 và 36 chu kỳ TOPEX/Poseidon (T/P) để tính dị thường trọng lực khu vực Reykjanes Ridge qua phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất, đạt độ lệch chuẩn ±5,5 mGal sau khi làm khớp với số liệu đo tàu.
• David T. Sandwell và Walter H. Smith (1997) tính toán dị thường trọng lực toàn cầu từ dữ liệu Geosat/GM (khoảng cách vết 6 km) và ERS-1/GM (khoảng cách vết 8 km) bằng phương pháp biến đổi Fourier (FFT), đạt sai số trung phương từ ±4,4 mGal đến ±8,1 mGal; các khu vực có vết đo cao trùng vết đo tàu đạt ±3 mGal.
• Ole Baltazar Andersen và Per Knudsen (1998) áp dụng biến đổi Fourier nhanh (FFT) trên số liệu ERS-1/GM và Geosat/GM, đạt sai số tại Bắc Đại Tây Dương là ±5,8 mGal, Nam Cực là ±3,8 mGal, Đông Địa Trung Hải là ±9,5 mGal.
• Xiaoli Deng, Will Featherstone, Cheinway Hwang và C. Shum (2001) ứng dụng công thức Vening-Meinesz ngược và kỹ thuật xử lý lại dạng sóng phản xạ (waveform retracking) cho vệ tinh ERS-1 tại eo biển Đài Loan, đạt độ lệch chuẩn ±13,4 mGal.
• Cheinway Hwang, Hsin-Ying Hsu và R.J. Jang (2002) dùng số liệu Seasat, Geosat, ERS-1, T/P, ERS-2 tính lưới toàn cầu 2'x2' qua công thức Vening-Meinesz ngược, đạt độ chính xác từ ±3,2 mGal đến ±11,4 mGal (khu vực Biển Đông đạt ±8,2 mGal).
• Nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Kỹ thuật Đan Mạch (DTU) liên tục phát triển các mô hình trường trọng lực toàn cầu lưới 1'x1': DNSC08GRA (Andersen, Knudsen và Berry, 2010; đạt ±3,91 mGal tại Bắc Đại Tây Dương); DTU10GRAV (Andersen, 2010; đạt ±3,82 mGal); DTU13GRAV (Andersen và cs., 2013; tích hợp CryoSat-2/GM và Jason-1/GM, loại bỏ bước sóng dài bằng EGM2008, đạt ±3,51 mGal tại Bắc Đại Tây Dương và ±4,45 mGal tại Bắc Cực); DTU15GRAV (Andersen và Knudsen, 2016; dùng 5 năm dữ liệu CryoSat-2 và Jason-2, đạt ±1,86 mGal so với 54.000 điểm đo tại Australia); DTU17GRA (Andersen và Knudsen, 2017; kết hợp CryoSat-2, Jason-1 và SARAL/AltiKa, đạt ±3,97 mGal tại Bắc Cực).
• Emmanuel S. Garcia, David T. Sandwell và Walter H.F. Smith (2014) xử lý lại dạng sóng CryoSat-2, Envisat, Jason-1, nâng độ chính xác dị thường trọng lực lên 1,5 lần so với thời kỳ Geosat và ERS-1.
• Liang Liu và cs. (2016) dùng 7 năm dữ liệu Jason-1 tính toán dị thường trọng lực lưới 30"x30" khu vực Biển Đông qua công thức Stokes ngược, đạt độ lệch trung phương ±12,08 mGal.
• Shengjun Zhang, David T. Sandwell, Taoyong Jin và Dawei Li (2017) kết hợp nhiều thế hệ vệ tinh tính toán cho vùng biển Tây Thái Bình Dương, khi so sánh với số liệu đo tàu của NGDC cho thấy sai số tại Biển Đông là ±5,986 mGal, Nam Đài Loan là ±5,217 mGal, vùng biển Philippines là ±8,993 mGal.

Tác giả / Năm công bố	Dữ liệu vệ tinh sử dụng	Phương pháp xử lý	Độ chính xác đạt được
Hwang & Parsons (1995)	Geosat/ERM, ERS-1, T/P	Collocation bình phương nhỏ nhất	±5,5 mGal (Reykjanes Ridge)
Sandwell & Smith (1997)	Geosat/GM, ERS-1/GM	Biến đổi Fourier (FFT)	±4,4 ÷ ±8,1 mGal (Toàn cầu)
Andersen & Knudsen (1998)	ERS-1/GM, Geosat/GM	Biến đổi Fourier nhanh (FFT)	±3,8 ÷ ±9,5 mGal (Toàn cầu)
Hwang và cs. (2002)	Seasat, Geosat, ERS-1/2, T/P	Vening-Meinesz ngược	±8,2 mGal (Biển Đông)
Andersen và cs. (2010)	Đa vệ tinh (mô hình DNSC08GRA)	Collocation bình phương nhỏ nhất	±3,91 mGal (Bắc Đại Tây Dương)
Andersen và cs. (2013)	CryoSat-2/GM, Jason-1/GM (DTU13)	FFT, kết hợp EGM2008	±3,51 mGal (Bắc Đại Tây Dương)
Zhang và cs. (2017)	Geosat, ERS-1, Jason-1, CryoSat-2	Phân tích gradient trọng lực	±5,986 mGal (Biển Đông)
Andersen & Knudsen (2017)	CryoSat-2, Jason-1, SARAL/AltiKa	Mô hình DTU17GRA	±3,97 mGal (Bắc Cực)

Tại Việt Nam, lịch sử đo đạc trọng lực mặt đất và biển đã ghi nhận các giai đoạn:

• Giai đoạn trước 1975: Người Pháp (nhà địa vật lý Lerai) đo mạng lưới điểm tựa và điểm thường bằng máy con lắc cổ điển; Viện sĩ Iu. Bulanze (Liên Xô) đo điểm gốc tại sân bay Gia Lâm (1957); miền Nam sử dụng máy LRG và Worden (1960–1967); miền Bắc đo mạng lưới bằng máy thạch anh Liên Xô (1957–1967).
• Giai đoạn 1971–2012: Xây dựng mạng lưới trọng lực quốc gia xuất phát từ điểm gốc Láng bằng máy OVM, GAG-2, AGAT; triển khai dự án Xây dựng và hoàn chỉnh hệ thống trọng lực nhà nước (2003–2012) với 11 điểm cơ sở tuyệt đối (<±0,005 mGal), 29 điểm hạng I (<±0,02 mGal), 548 điểm tựa và 10.614 điểm chi tiết.
• Hoạt động đo trọng lực trên biển: Khảo sát dầu khí (1973–1985) bằng các tàu Poisk, Iskatel, Gambuxep, Malugin; đoàn khảo sát Trung Quốc (1987); tàu Gagarinsky (1990–1992); tàu Attalante (1993); Phân viện Đo đạc và Bản đồ phía Nam đo quanh đảo Bạch Long Vĩ năm 2007 bằng máy ZLS Dynamic Gravity Meter D06 (28.158 điểm, sai số ±1,0 mGal); Liên đoàn Địa chất biển đo tại Vịnh Bắc Bộ năm 2008 bằng máy ZLS Dynamic Meter trên các tuyến song song cách nhau 15 km (58.989 điểm, sai số ±1,0 mGal).

Về nghiên cứu đo cao vệ tinh tại Việt Nam:

• Nguyễn Như Trung và cs. (2003) khai thác dữ liệu Geosat và ERS-1, so sánh với số liệu đo tàu cho sai số khoảng ±9 mGal.
• Bùi Công Quế và cs. (2008) kết hợp số liệu đo tàu Gagarinsky, Attalante và dữ liệu đo cao quốc tế lập bản đồ dị thường Bouguer, độ lệch so với đo trực tiếp là ±8 mGal.
• Nguyễn Văn Sáng (2012) lần đầu tiên tự tính toán dị thường trọng lực Biển Đông từ 10 chu kỳ vệ tinh ENVISAT/ERM kết hợp trọng lực đo bờ và hải đảo, đạt độ chính xác khoảng ±6 mGal ở lưới phân giải 10'x10'.
• Bùi Khắc Luyên và Nguyễn Văn Sáng (2014) làm khớp mô hình DTU13 với trọng lực ven biển, chỉ ra rằng hiệu quả làm khớp suy giảm rõ rệt ở vùng ngoài khơi.
• Vũ Văn Trí, Phạm Văn Tuyên và cs. (2017) thực hiện đề tài B2016-MDA-11ĐT xác định dị thường trọng lực vùng biển quần đảo Trường Sa từ 52 chu kỳ CryoSat-2/GM lưới 3'x3', đạt độ lệch chuẩn ±0,67 mGal so với 625 điểm đo tàu tại vùng nước sâu.

Khoảng trống nghiên cứu được luận án nhận diện: Các nghiên cứu trong nước trước đây chỉ dùng đơn lẻ một loại vệ tinh hoặc sử dụng chế độ đo lặp lại ERM với mật độ vết đo thưa, độ phân giải thấp (10'x10' hoặc 3'x3'), hoặc chỉ thực nghiệm ở vùng biển sâu xa bờ (quần đảo Trường Sa). Chưa có công trình nào nghiên cứu tích hợp dữ liệu đa vệ tinh thế hệ mới ở chế độ nhiệm vụ trắc địa (GM) để xác định dị thường trọng lực tại vùng nước nông, ven bờ có điều kiện động lực học phức tạp như Vịnh Bắc Bộ với độ phân giải cao 1'x1'. Đồng thời, các mô hình trường trọng lực toàn cầu khi áp dụng vào Vịnh Bắc Bộ có sai số còn lớn (dao động từ ±5 mGal đến gần ±9 mGal).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Dị thường trọng lực ($\Delta g$) tại một điểm quan sát được định nghĩa là hiệu số giữa giá trị trọng lực thực đo ($g$) và giá trị trọng lực chuẩn ($\gamma$) tại điểm đó: $$\Delta g = g - \gamma$$ Giá trị trọng lực chuẩn $\gamma_0$ trên bề mặt ellipsoid quy chiếu WGS-84 được xác định qua công thức thực dụng: $$\gamma_0 = 978032,67715 \left(1 + 0,0052790414 \sin^2 B + 0,0000232718 \sin^4 B\right) \text{ mGal}$$

Kỹ thuật đo cao vệ tinh xác định khoảng cách $d$ từ vệ tinh tới mặt nước biển dựa trên thời gian truyền xung sóng radar hai chiều ($t$): $$d = c \cdot \frac{t}{2}$$ Độ cao mặt nước biển tức thời (Sea Surface Height - SSH) so với ellipsoid tham chiếu được tính theo công thức: $$SSH = H - d$$ Để nhận được giá trị độ cao mặt biển chính xác ($SSH_{corr}$), khoảng cách $d$ phải được đưa vào các đại lượng số hiệu chỉnh $e$: $$SSH_{corr} = H - (d + e)$$ Thành phần hiệu chỉnh $e$ bao gồm:

1. Số hiệu chỉnh thiết bị đo cao: độ mất ổn định bộ phát xung, sự dịch chuyển khối tâm vệ tinh do tiêu hao nhiên liệu và góc xoay pin mặt trời, biến dạng hình dáng xung phản hồi, độ trôi dạt của bộ đếm xung và sai số ăngten.
2. Số hiệu chỉnh lan truyền qua khí quyển:
   • Tầng điện ly: gây trễ pha tín hiệu, tỷ lệ nghịch với bình phương tần số sóng. Đối với vệ tinh song tần (băng Ku và C như TOPEX/Poseidon, Jason, Envisat, Sentinel-3), hiệu chỉnh được xác định trực tiếp qua tổng lượng điện tử TEC; đối với vệ tinh đơn tần, sử dụng mô hình điện ly toàn cầu GIM hoặc hệ thống DORIS/PRARE (độ lớn hiệu chỉnh từ 2 cm đến 20 cm).
   • Tầng đối lưu khô: tính toán theo mô hình áp suất khí quyển ECMWF hoặc mô hình Saastamoinen (độ lớn hiệu chỉnh từ 2,2 m đến 2,4 m).
   • Tầng đối lưu ướt: gây ra bởi hơi nước, được xác định qua thiết bị đo bức xạ vi sóng trên vệ tinh hoặc mô hình ECMWF (độ lớn hiệu chỉnh từ 5 cm đến 35 cm).
3. Số hiệu chỉnh bề mặt phản xạ: sai lệch do trạng thái mặt biển (Sea State Bias - SSB), bao gồm hiệu ứng điện từ (electromagnetic bias) do sóng biển lõm phản xạ năng lượng mạnh hơn đỉnh sóng, có quan hệ tuyến tính với chiều cao sóng hữu hiệu ($SWH$).
4. Số hiệu chỉnh địa vật lý: thủy triều đại dương, triều đất rắn, triều cực, tải trọng biển và hiệu ứng nghịch đảo áp suất khí quyển (inverted barometer).

Mối quan hệ hình học giữa độ cao mặt nước biển sau hiệu chỉnh và các bề mặt trắc địa được biểu diễn qua phương trình: $$SSH_{corr} = h_{Geoid} + h_{MDT} + h_t$$ Trong đó: $h_{Geoid}$ là độ cao geoid; $h_{MDT}$ là độ cao địa hình mặt biển trung bình động học; $h_t$ là thành phần biến đổi theo thời gian của mặt biển do động lực học đại dương. Đại lượng $h_t$ được loại bỏ thông qua phương pháp bình sai mạng lưới điểm giao cắt (crossover adjustment) giữa các quỹ đạo cung thăng và cung giáng.

Luận án áp dụng kỹ thuật "loại bỏ - phục hồi" (Remove-Restore):

1. Bước loại bỏ: Tính toán phần dư độ cao geoid ($\Delta N$) bằng cách trừ đi độ cao geoid tính từ mô hình thế trọng trường toàn cầu ($N_{GGM}$) và độ cao mặt biển trung bình động học ($h_{MDT}$): $$\Delta N = SSH_{corr} - h_{MDT} - N_{GGM}$$
2. Bước chuyển đổi: Ứng dụng phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất (Least Squares Collocation - LSC) để chuyển đổi phần dư độ cao geoid ($\Delta N$) sang phần dư dị thường trọng lực biển ($\Delta g_{res}$): $$\Delta g_{res} = \mathbf{C}{\Delta g, \Delta N} \left( \mathbf{C}{\Delta N, \Delta N} + \mathbf{D} \right)^{-1} \Delta N$$ Trong đó: $\mathbf{C}{\Delta g, \Delta N}$ là ma trận hiệp phương sai tương hỗ giữa dị thường trọng lực và độ cao geoid; $\mathbf{C}{\Delta N, \Delta N}$ là ma trận tự hiệp phương sai của phần dư độ cao geoid; $\mathbf{D}$ là ma trận phương sai sai số đo.
3. Bước làm khớp: Sử dụng thuật toán Collocation bình phương nhỏ nhất để làm khớp phần dư dị thường trọng lực đo cao ($\Delta g_{res}$) với phần dư dị thường trọng lực đo trực tiếp từ tàu biển ($\Delta g_{tau_res}$), nhằm triệt tiêu các sai số hệ thống cục bộ tại vùng biển ven bờ.
4. Bước phục hồi: Cộng lại thành phần bước sóng dài tính từ mô hình thế trọng trường toàn cầu ($\Delta g_{GGM}$) để thu được dị thường trọng lực hoàn chỉnh: $$\Delta g = \Delta g_{GGM} + \Delta g_{res_khop}$$

Nguồn dữ liệu và công cụ phần mềm:

• Dữ liệu đo cao vệ tinh: 105 chu kỳ đo của vệ tinh CryoSat-2/GM và 54 chu kỳ đo của vệ tinh SARAL-DP/AltiKa ở chế độ nhiệm vụ trắc địa (GM), thu thập từ cơ sở dữ liệu RADS, Trung tâm AVISO/CNES, ESA và ISRO.
• Dữ liệu trọng trường và hải dương: 4 mô hình thế trọng trường toàn cầu gồm EGM2008, GECO, EIGEN-6C4, SGG-UGM-1 từ Trung tâm Quốc tế về các Mô hình Trái Đất Toàn cầu (ICGEM); các mô hình mặt biển trung bình động học DTU10MDT, DTU13MDT, DTU15MDT do DTU Space cung cấp.
• Dữ liệu kiểm chứng thực địa: 818 điểm song trùng GPS - Thủy chuẩn và 31 trạm nghiệm triều phân bố trên lãnh thổ Việt Nam; 58.989 điểm đo trọng lực biển thực hiện năm 2008 bằng máy trọng lực biển ZLS Dynamic Meter của Liên đoàn Địa chất biển (trích xuất 2.011 điểm phân bố đều để thực hiện làm khớp và kiểm tra độc lập).
• Phần mềm tính toán: Bộ chương trình tính toán trắc địa vật lý Gravsoft (bao gồm các modul GEOIP, EMPCOV, COVFIT, GEOCOL) và phần mềm Geomat2015 do tác giả tự xây dựng để tính toán các đại lượng trường trọng lực từ hệ số điều hòa cầu.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu giải pháp nâng cao độ chính xác xác định dị thường trọng lực biển bằng số liệu đo cao vệ tinh

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về trọng trường Trái Đất, khái niệm dị thường trọng lực thuần nhất, dị thường trọng lực hỗn hợp, đơn vị Gal ($1 \text{ mGal} = 10^{-3} \text{ cm}\cdot\text{s}^{-2}$) và các công thức tính trọng lực chuẩn trên mặt ellipsoid qua các thời kỳ lịch sử: Helmert (1884, 1901–1909, 1915), Cassinis (1930), Zhongolovich (1952), Heiskanen (1957), Uotila (1959), Groushinsky, Hệ thống Trọng lực Quốc tế 1971 và chuẩn thực dụng WGS-84.

Chương này trình bày chi tiết lịch sử phát triển mạng lưới trọng lực tại Việt Nam từ thời kỳ Pháp thuộc, qua các mốc đo nối quốc tế Potsdam bằng máy OVM, xây dựng hai đường đáy Vĩnh Yên - Tam Đảo và Vũng Tàu - TP. Hồ Chí Minh, hiện đại hóa bằng máy AGAT (1988–1989), đến dự án Hoàn chỉnh hệ thống trọng lực nhà nước (2003–2012) với các thiết bị đo tuyệt đối FG5, A10. Về trọng lực biển, chương thống kê các đợt khảo sát thềm lục địa của tàu Liên Xô (1980–1985), chương trình biển 48B, khảo sát quanh đảo Bạch Long Vĩ năm 2007 và dự án khảo sát Vịnh Bắc Bộ năm 2008 theo Quyết định 47/2006/QĐ-TTg.

Tiếp đó, chương phân tích các công trình nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật đo cao vệ tinh trên thế giới (Sandwell, Smith, Andersen, Knudsen, Hwang) và trong nước (Nguyễn Như Trung, Bùi Công Quế, Nguyễn Văn Sáng, Vũ Văn Trí). Phân tích chỉ ra rằng việc xác định dị thường trọng lực tại vùng nước nông, ven bờ như Vịnh Bắc Bộ gặp thách thức lớn do chất lượng số liệu đo cao suy giảm và sự thiếu hụt các nghiên cứu tích hợp đa vệ tinh chế độ GM. Từ đó, tác giả xác định hướng nghiên cứu trọng tâm gồm 5 giải pháp kỹ thuật nhằm đạt độ chính xác tốt hơn ±4 mGal.

Chương 2: Phương pháp xác định dị thường trọng lực biển bằng số liệu đo cao vệ tinh

Chương 2 mô tả chi tiết nguyên lý vật lý của kỹ thuật đo cao vệ tinh, cấu trúc xung radar phản hồi và phương pháp theo dõi quỹ đạo vệ tinh trong không gian thông qua các công nghệ DORIS, SLR, VLBI và GNSS để đạt độ chính xác quỹ đạo từ 1 cm đến 2 cm.

Nội dung chương đi sâu vào bản chất vật lý và công thức tính toán của các nhóm số hiệu chỉnh:

• Hiệu chỉnh tầng điện ly thông qua giá trị tổng lượng điện tử TEC và tần số kép băng Ku/C.
• Hiệu chỉnh tầng đối lưu khô theo áp suất khí quyển mặt biển bề mặt.
• Hiệu chỉnh tầng đối lưu ướt dựa trên hàm lượng hơi nước tích hợp.
• Hiệu chỉnh độ lệch do trạng thái mặt biển (SSB) có quan hệ với chiều cao sóng có nghĩa.
• Hiệu chỉnh các dạng thủy triều biển, triều vỏ Trái Đất và biến động khí áp.

Chương 2 thiết lập mối quan hệ giữa các bề mặt hình học: bề mặt địa hình thực tế (Topography), mặt tựa Geoid, Quasi-geoid và mặt Ellipsoid quy chiếu. Phân tích chi tiết phương pháp bình sai điểm giao cắt (crossover adjustment) giữa cung thăng và cung giáng của quỹ đạo vệ tinh nhằm triệt tiêu độ cao động học biến đổi theo thời gian $h_t$. Thiết lập sơ đồ quy trình công nghệ xác định dị thường trọng lực từ độ cao mặt nước biển sau hiệu chỉnh dựa trên kỹ thuật phân tách trường bước sóng dài và bước sóng ngắn.

Chương 3: Giải pháp nâng cao độ chính xác xác định dị thường trọng lực biển bằng số liệu đo cao vệ tinh

Chương 3 đề xuất và luận chứng chi tiết 5 giải pháp kỹ thuật:

• Giải pháp 1: Lựa chọn và kết hợp các loại số liệu đo cao vệ tinh có độ chính xác cao ở chế độ nhiệm vụ trắc địa (GM). Tác giả tích hợp 105 chu kỳ của vệ tinh CryoSat-2/GM (quỹ đạo dệt dày đặc, sai số đo cao khoảng 1,5 cm đến 3,0 cm) và 54 chu kỳ của vệ tinh SARAL-DP/AltiKa (sử dụng băng tần Ka với bước sóng ngắn hơn, vết đo hẹp hơn, giảm thiểu nhiễu bờ biển). Việc kết hợp hai vệ tinh này làm tăng đáng kể mật độ vết quét trên vùng biển Vịnh Bắc Bộ so với các nghiên cứu trước đây.
• Giải pháp 2: Đánh giá và lựa chọn mô hình thế trọng trường toàn cầu phù hợp cho khu vực Việt Nam. Tác giả xây dựng chương trình Geomat2015 để tính toán dị thường độ cao từ hệ số điều hòa cầu đến bậc và bậc cao nhất của 4 mô hình: EGM2008, GECO, EIGEN-6C4 và SGG-UGM-1. So sánh kiểm chứng với số liệu thực tế tại 818 điểm song trùng GPS - Thủy chuẩn trên đất liền và 31 trạm nghiệm triều ven bờ:

Mô hình thế trọng trường	Bậc và bậc cực đại ($N_{max}$)	Sai số trung phương (RMS) so với 818 điểm GPS - Thủy chuẩn (m)
EGM2008	2190	±0,268
GECO	2190	±0,254
SGG-UGM-1	2159	±0,248
EIGEN-6C4	2190	±0,232

Kết quả đánh giá định lượng chứng minh mô hình EIGEN-6C4 đạt độ lệch chuẩn nhỏ nhất (±0,232 m), do đó được chọn làm mô hình chuẩn để loại bỏ bước sóng dài trong kỹ thuật Remove-Restore.

• Giải pháp 3: Đánh giá và lựa chọn mô hình mặt biển trung bình động học MDT. Đánh giá độ chính xác các mô hình DTU10MDT, DTU13MDT và DTU15MDT tại vùng biển Việt Nam thông qua so sánh với số liệu quan trắc tại 31 trạm nghiệm triều. Kết quả chỉ ra mô hình DTU15MDT có độ tin cậy cao nhất, được lựa chọn để phân tách thành phần địa hình mặt biển động học khỏi độ cao mặt nước biển trung bình.
• Giải pháp 4: Ứng dụng phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất (LSC) để chuyển đổi phần dư độ cao geoid ($\Delta N$) sang phần dư dị thường trọng lực ($\Delta g_{res}$). Sử dụng module EMPCOV tính hàm hiệp phương sai thực nghiệm, module COVFIT xác định các tham số hàm hiệp phương sai lý thuyết (bán kính tương quan, phương sai tín hiệu $\mathbf{C}_0$), và module GEOCOL thực hiện nội suy trường dị thường trọng lực.
• Giải pháp 5: Thiết lập quy trình làm khớp phần dư dị thường trọng lực đo cao vệ tinh với phần dư dị thường trọng lực đo trực tiếp bằng tàu thông qua phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất, giúp loại bỏ triệt để sai sai số hệ thống sót lại ở vùng ven bờ.

Chương 4: Áp dụng các giải pháp để nâng cao độ chính xác xác định dị thường trọng lực biển bằng số liệu đo cao vệ tinh trên vùng biển Vịnh Bắc Bộ - Việt Nam

Chương 4 triển khai thực nghiệm tính toán chi tiết trên phạm vi Vịnh Bắc Bộ theo 3 phương án công nghệ để đánh giá hiệu quả của từng giải pháp:

• Phương án 1: Sử dụng số liệu đo cao đơn lẻ của vệ tinh CryoSat-2/GM (105 chu kỳ).
• Phương án 2: Sử dụng số liệu đo cao đơn lẻ của vệ tinh SARAL-DP/AltiKa (54 chu kỳ).
• Phương án 3: Kết hợp đồng thời số liệu đo cao của cả hai vệ tinh CryoSat-2/GM và SARAL-DP/AltiKa.

Cả 3 phương án đều sử dụng mô hình EIGEN-6C4 và mô hình DTU15MDT. Tác giả tiến hành tính toán các hàm hiệp phương sai thực nghiệm và làm khớp với hàm hiệp phương sai lý thuyết cho từng phương án.

Phần dư dị thường trọng lực tính được từ đo cao vệ tinh trước khi làm khớp được so sánh kiểm chứng trực tiếp với tập dữ liệu trọng lực đo tàu tại Vịnh Bắc Bộ:

Phương án tính toán	Số chu kỳ vệ tinh sử dụng	Sai số trung phương trước khi làm khớp (RMS)	Sai số trung phương sau khi làm khớp LSC (RMS)
Phương án 1 (CryoSat-2/GM)	105 chu kỳ	±4,28 mGal	±3,12 mGal
Phương án 2 (SARAL-DP/AltiKa)	54 chu kỳ	±4,15 mGal	±3,05 mGal
Phương án 3 (CryoSat-2 + SARAL)	105 chu kỳ + 54 chu kỳ	±3,84 mGal	±2,86 mGal

Kết quả thực nghiệm cho thấy Phương án 3 đạt sai số trung phương nhỏ nhất. Sau khi thực hiện làm khớp với 2.011 điểm đo trực tiếp bằng tàu phân bố đều trong vịnh, độ chính xác của Phương án 3 được cải thiện xuống còn ±2,86 mGal (tốt hơn mức mục tiêu đề ra là ±4,0 mGal).

Để khẳng định giá trị thực tế, tác giả so sánh kết quả Phương án 3 của luận án với các mô hình trọng lực biển toàn cầu đã công bố trên cùng phạm vi không gian Vịnh Bắc Bộ:

Mô hình / Kết quả nghiên cứu	Độ phân giải lưới	Sai số trung phương so với đo trực tiếp (RMS)
DTU10GRA	1' x 1'	±6,12 mGal
DTU13GRA	1' x 1'	±5,48 mGal
DTU15GRA	1' x 1'	±4,95 mGal
DTU17GRA	1' x 1'	±4,21 mGal
Luận án (Phương án 3 sau làm khớp)	1' x 1'	±2,86 mGal

Kết quả so sánh khẳng định trường dị thường trọng lực do luận án xây dựng có độ chính xác cao hơn rõ rệt so với các mô hình toàn cầu hiện có trên khu vực Vịnh Bắc Bộ.

Kết quả và những đóng góp mới

Các đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học của luận án:

• Thiết lập cơ sở khoa học và quy trình xử lý toán học đồng bộ 5 giải pháp nhằm nâng cao độ chính xác xác định dị thường trọng lực biển từ số liệu đo cao vệ tinh cho vùng biển ven bờ và vùng nước nông.
• Hoàn thiện thuật toán và phát triển phần mềm Geomat2015, cho phép tính toán độ cao geoid, dị thường độ cao và dị thường trọng lực từ các hệ số điều hòa cầu của các mô hình trọng trường toàn cầu bậc cao.

Các đóng góp mới về mặt thực tiễn:

• Đã kiểm chứng và xác định mô hình thế trọng trường toàn cầu EIGEN-6C4 cùng mô hình địa hình mặt biển trung bình động học DTU15MDT là hai mô hình có độ phù hợp cao nhất với điều kiện địa hình và trọng trường khu vực Việt Nam.
• Lần đầu tiên tính toán thành công lưới dị thường trọng lực biển độ phân giải cao 1'x1' cho vùng biển Vịnh Bắc Bộ từ sự kết hợp dữ liệu đa vệ tinh chế độ trắc địa (CryoSat-2/GM và SARAL-DP/AltiKa) kết hợp làm khớp số liệu đo tàu bằng phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất, đạt độ chính xác thực tế ±2,86 mGal (tốt hơn mục tiêu đặt ra ±4 mGal).
• Cung cấp bộ số liệu dị thường trọng lực có độ tin cậy cao phục vụ điều tra cơ bản tài nguyên, môi trường biển, nghiên cứu cấu trúc địa chất, quy hoạch kinh tế biển và an ninh quốc phòng tại Vịnh Bắc Bộ.

Kiến nghị của tác giả:

• Đề xuất các cơ quan quản lý nhà nước áp dụng quy trình công nghệ 5 giải pháp của luận án để xây dựng quy định kỹ thuật về xử lý toán học dữ liệu đo cao vệ tinh phục vụ thành lập bản đồ trọng lực các vùng biển ven bờ Việt Nam.
• Kiến nghị tiếp tục thu thập và cập nhật dữ liệu từ các thế hệ vệ tinh đo cao mới để hoàn thiện hệ thống cơ sở dữ liệu trọng lực trên toàn bộ vùng biển đặc quyền kinh tế của Việt Nam.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

• Nghiên cứu thực nghiệm mới chỉ giới hạn trong phạm vi không gian vùng biển Vịnh Bắc Bộ; chưa mở rộng kiểm chứng thực tế cho toàn bộ vùng biển miền Trung và Nam Bộ.
• Tại các dải nước cực nông rất sát bờ, chất lượng dữ liệu đo cao vệ tinh vẫn còn chịu ảnh hưởng của các dạng sóng phản xạ phức tạp từ địa hình bờ biển mà kỹ thuật lọc chuẩn chưa xử lý triệt để.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

• Nghiên cứu ứng dụng các thuật toán xử lý lại dạng sóng radar chuyên biệt (waveform retracking) cho các trạm đo sát bờ biển nhằm nâng cao hơn nữa độ chính xác số liệu đo cao tại dải ven bờ.
• Mở rộng áp dụng quy trình 5 giải pháp công nghệ sang các vùng biển khác của Việt Nam, đặc biệt là vùng thềm lục địa Nam Biển Đông và Tây Nam Bộ.
• Tích hợp thêm nguồn dữ liệu từ các thế hệ vệ tinh đo cao mới như Sentinel-3A/B, Sentinel-6 Michael Freilich và vệ tinh đo cao giao thoa diện rộng SWOT.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên khảo có giá trị chuyên môn đối với:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ, Địa vật lý biển, Địa tin học và Hải dương học: có thể tham khảo cơ sở lý thuyết toán trắc địa vật lý, kỹ thuật "loại bỏ - phục hồi", phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất và phương pháp đánh giá mô hình trường trọng lực toàn cầu.
• Các cơ quan quản lý và đơn vị sản xuất (Cục Đo đạc, Bản đồ và Thông tin địa lý Việt Nam; Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ; Liên đoàn Địa chất biển; Cục Bản đồ Bộ Tổng Tham mưu): có thể tham khảo quy trình công nghệ, các tham số thực nghiệm và thuật toán của phần mềm Geomat2015 để ứng dụng vào công tác đo đạc, chuẩn hóa quy phạm kỹ thuật và xử lý dữ liệu trọng trường biển quốc gia.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao luận án lựa chọn dữ liệu vệ tinh ở chế độ nhiệm vụ trắc địa (GM) thay vì chế độ đo lặp lại chính xác (ERM)? Chế độ nhiệm vụ lặp lại chính xác (ERM) có chu kỳ quay lại vết cũ ngắn (ví dụ 10 đến 35 ngày) nên mật độ không gian giữa các vết đo rất thưa (khoảng cách giữa các vết quét từ vài chục đến hàng trăm kilomet), không đủ độ phân giải để thể hiện chi tiết trường trọng lực biển. Ngược lại, chế độ nhiệm vụ trắc địa (GM) điều chỉnh quỹ đạo để vết quét trôi dạt dần, tạo ra mạng lưới vết đo đan dày đặc trên mặt biển (khoảng cách giữa các vết chỉ từ vài kilomet), cung cấp mật độ điểm đo rất cao phục vụ tính toán lưới dị thường trọng lực phân giải 1'x1'.

2. Cơ sở khoa học nào xác định mô hình thế trọng trường toàn cầu EIGEN-6C4 tối ưu nhất cho khu vực Việt Nam? Tác giả đã kiểm chứng định lượng độc lập 4 mô hình thế trọng trường toàn cầu bậc cao gồm EGM2008, GECO, SGG-UGM-1 và EIGEN-6C4 thông qua so sánh độ cao geoid/dị thường độ cao tính từ các mô hình này với giá trị đo đạc thực tế tại 818 điểm song trùng GPS - Thủy chuẩn hạng I, II, III phân bố trên toàn quốc và 31 trạm nghiệm triều. Kết quả thống kê cho thấy sai số trung phương (RMS) của EIGEN-6C4 đạt giá trị thấp nhất là ±0,232 m (so với EGM2008 là ±0,268 m; GECO là ±0,254 m; SGG-UGM-1 là ±0,248 m).

3. Phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất (LSC) giữ vai trò gì trong luận án? Phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất đóng vai trò toán học kép trong quy trình: thứ nhất, chuyển đổi thành phần bước sóng ngắn từ phần dư độ cao geoid ($\Delta N$) sang phần dư dị thường trọng lực biển ($\Delta g_{res}$) thông qua ma trận hiệp phương sai; thứ hai, thực hiện làm khớp tối ưu giữa phần dư dị thường trọng lực tính từ đo cao với phần dư dị thường trọng lực đo trực tiếp từ tàu biển, giúp giảm thiểu sai số hệ thống cục bộ và đảm bảo tính thống nhất của trường trọng lực.

4. Hiệu quả thực tế của việc kết hợp đa vệ tinh CryoSat-2/GM và SARAL-DP/AltiKa thể hiện như thế nào? Khi sử dụng đơn lẻ một loại vệ tinh, sai số trung phương trước làm khớp của CryoSat-2 là ±4,28 mGal và SARAL-DP/AltiKa là ±4,15 mGal. Khi tích hợp đồng thời 105 chu kỳ CryoSat-2 và 54 chu kỳ SARAL-DP/AltiKa, mật độ vết đo tăng lên gấp bội, tận dụng được ưu thế dệt dày của CryoSat-2 và bước sóng Ka phân giải cao của SARAL-DP/AltiKa, giúp sai số trung phương giảm xuống ±3,84 mGal trước làm khớp và đạt ±2,86 mGal sau làm khớp với số liệu đo tàu.

5. Kết quả dị thường trọng lực của luận án so với mô hình toàn cầu mới nhất DTU17GRA trên Vịnh Bắc Bộ có sự chênh lệch ra sao? Mô hình toàn cầu DTU17GRA khi kiểm chứng với số liệu đo tàu thực tế trên vùng biển Vịnh Bắc Bộ có sai số trung phương là ±4,21 mGal. Trong khi đó, kết quả tính toán của luận án (Phương án 3 sau làm khớp) đạt sai số trung phương là ±2,86 mGal, cải thiện độ chính xác hơn khoảng 1,35 mGal so với mô hình DTU17GRA nhờ vào việc tối ưu hóa mô hình thế quy chiếu địa phương EIGEN-6C4 và tích hợp làm khớp trực tiếp với số liệu đo tàu cục bộ.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Phạm Văn Tuyên đã giải quyết bài toán kỹ thuật xác định trường dị thường trọng lực biển phân giải cao và độ chính xác cao tại vùng nước nông Vịnh Bắc Bộ bằng dữ liệu đo cao vệ tinh. Bằng việc xây dựng quy trình 5 giải pháp đồng bộ gồm tích hợp đa vệ tinh chế độ GM (CryoSat-2 và SARAL-DP/AltiKa), lựa chọn mô hình nền EIGEN-6C4 và DTU15MDT, áp dụng thuật toán Collocation bình phương nhỏ nhất và làm khớp với dữ liệu đo tàu, công trình đã xác định được lưới dị thường trọng lực 1'x1' đạt sai số trung phương ±2,86 mGal. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, cung cấp cơ sở dữ liệu chuẩn xác cho công tác quản lý biển, thăm dò tài nguyên và bảo đảm an ninh quốc phòng tại vùng biển Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC XÁC ĐỊNH DỊ THƯỜNG TRỌNG LỰC BIỂN BẰNG SỐ LIỆU ĐO CAO VỆ TINH Tóm tắt: Nội dung chính của chương, trình bày tóm tắt khái niệm về dị thường trọng lực, tổng quan các vấn đề đo trọng lực ở Việt Nam. Trình bày tổng quan về các công trình đã nghiên cứu trên thế giới và trong nước có liên quan đến vấn đề xác định dị thường trọng lực biển bằng số liệu đo cao vệ tinh và các giải pháp để nâng cao độ chính xác xác định dị thường trọng lực biển. Từ các công trình đó sẽ phân tích, đánh giá và chỉ ra được các vấn đề mà luận án cần phải nghiên cứu. Tổng quan về vấn đề đo trọng lực ở Việt Nam 1.

Khái niệm về dị thường trọng lực Dị thường trọng lực (g) tại một điểm quan sát là hiệu số giữa giá trị trọng lực thực đo được (g) với giá trị trọng lực chuẩn () tại điểm quan sát đó và được biểu diễn bằng công thức tổng quát sau [5], [8], [9]: g = g -  (1.1) Nếu các giá trị trọng lực đo được (g) và giá trị chuẩn () cùng tương ứng với một điểm thì dị thường trọng lực được gọi là thuần nhất. Nếu các giá trị nêu trên tương ứng với các điểm khác nhau trong không gian, thì dị thường trọng lực được gọi là "hỗn hợp". Đơn vị của trọng lực được ký hiệu là Gal là tên viết tắt của nhà thiên văn học, vật lý học, toán học, triết học người Ý Galileo (15/02/1564 – 05/01/1642).s-2 1 mGal = 10-3Gal = 10-3 cm.s-2 1 μGal = 10-3 mGal= 10-6 Gal Giá trị trọng lực chuẩn 0 trên mặt ellipsoid được xác định theo công thức [34], [50], [59], [62]: -8- 1 + k sin 2 B b p − a e 0 = e , với: k = (1.2) 1 − e2 sin 2 B a e trong đó, e và p tương ứng là trọng lực chuẩn trên xích đạo và cực của ellipsoid, được xác định bằng các công thức sau: GM 3 3 e = (1 − m − e ' m) (1.6) a2 b2 trong đó, GM là hằng số trọng trường địa tâm của Trái Đất;  là tốc độ quay của Trái Đất; e và e’ tương ứng là tâm sai thứ nhất và tâm sai thứ hai; a và b tương ứng là bán kính bán trục lớn và bé của ellipsoid; B là vĩ độ trắc địa của điểm đo. Ngoài ra, giá trị trọng lực chuẩn 0 trên mặt ellipsoid còn có các dạng như sau [19]: Năm 1884, trên cơ sở 108 số liệu trọng lực quan sát.

Tác giả Helmert người Đức đã đưa ra công thức tính trọng lực chuẩn 0 trên mặt ellipsoid có dạng: 0 = 978000(1 + 0.7) Từ năm 1901 đến 1909 trên cơ sở 1603 phép đo tương đối trọng lực tại 09 khu vực trên Trái Đất có vĩ độ khác nhau, Helmert đã đưa ra công thức trọng lực chuẩn 0 trên mặt ellipsoid, tương ứng với ellipsoid quay có độ dẹt 1/f = 1/298.005302sin2 B - 0,000007 sin22B) mGal (1.8) Năm 1915, trên cơ sở lựa chọn 410 trong số 2000 giá trị trọng lực quan sát, Helmert đưa ra công thức trọng lực chuẩn 0 trên mặt ellipsoid như sau: 0 = 987502[1 + 0.0000018cos2Bcos2(L+ 17°)] mGal (1.9) -9- Năm 1930, Hội nghị quốc tế về Trắc địa tại Stockholm đã công nhận công thức Cassinis - Ý làm công thức trọng lực chuẩn quốc tế: 0 = 978049 (1 + 0.10) Các công thức trọng lực chuẩn sau đó cũng đã được các tác giả khác lần lượt đưa ra: Công thức của Zhongolovich – Nga, năm 1952: 0 = 978057.11) Công thức của Heiskanen - Đức, năm 1957: 0 = 978049.0000106cos2Bcos2( + 6°5)] mGal (1.13) Công thức của Uotila - Mỹ, năm 1959: 0 = 978049.