Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC 1. Cơ sở khoa học về lưới khống chế trắc địa 1. Khái niệm về lưới khống chế trắc địa Lưới khống chế trắc địa là hệ thống các điểm có mốc cố định ngoài thực địa, được liên kết với nhau theo một quy luật toán học nhất định, tọa độ và độ cao của chúng được tính xuất phát từ một điểm gốc được chọn làm điểm khởi tính. Hệ thống các điểm đó được gọi là lưới khống chế trắc địa.
Lưới khống chế trắc địa gồm 2 loại: + Lưới khống chế mặt bằng. + Lưới khống chế độ cao. Lưới khống chế được xây dựng theo nguyên tắc từ tổng thể đến chi tiết, từ độ chính xác cao đến độ chính xác thấp. Lưới khống chế là cơ sở để đo vẽ các loại bản đồ và cung cấp tài liệu cho nghiên cứu khoa học [9].
Yêu cầu về điểm khống chế đối với lưới địa chính Cơ sở khống chế tọa độ, độ cao trong đo vẽ thành lập bản đồ địa chính gồm: - Lưới khống chế tọa độ và độ cao quốc gia các hạng (lưới tọa độ địa chính cơ sở tương đương điểm tọa độ hạng 3 quốc gia). - Lưới tọa độ địa chính cấp I, II, lưới độ cao kỹ thuật. - Lưới khống chế đo vẽ, điểm khống chế ảnh. Mật độ điểm khống chế tọa độ địa chính là số điểm lưới khống chế được xây dựng trên một đơn vị diện tích để phục vụ đo vẽ bản đồ địa chính theo một tỷ lệ xác định.
Ta có thể tính được số điểm khống chế khi biết: + Phương pháp đo vẽ bản đồ địa chính. + Tỷ lệ bản đồ địa chính cần thành lập. + Đặc điểm địa hình, địa vật khu vực đo vẽ. Các phương pháp cơ bản để thành lập bản đồ địa chính hiện nay là phương pháp đo vẽ trực tiếp ở thực địa bằng máy toàn đạc điện tử và phương pháp sử dụng 4 ảnh hàng không kết hợp với đo vẽ trực tiếp ở thực địa.
Phương pháp toàn đạc là phương pháp cơ bản, đo vẽ bản đồ địa chính tỷ lệ lớn thì phải áp dụng phương pháp đo vẽ toàn đạc. Mật độ điểm khống chế tọa độ thành lập bản đồ địa chính bằng phương pháp đo vẽ trực tiếp ở thực địa: + Bản đồ tỷ lệ 1:5000, 1:10000: Trung bình 500 ha có một điểm khống chế tọa độ có độ chính xác tương đương điểm địa chính trở lên. + Bản đồ tỷ lệ 1:500, 1:1000, 1:2000: Trung bình từ 100 ha đến 150 ha có một điểm khống chế tọa độ có độ chính xác tương đương điểm địa chính trở lên. + Bản đồ địa chính tỷ lệ 1:200: Trung bình 30 ha có một điểm khống chế tọa độ có độ chính xác tương đương điểm địa chính trở lên.
Trường hợp đặc biệt, khi đo vẽ lập bản đồ địa chính mà diện tích khu đo nhỏ hơn 30 ha thì điểm tọa độ có độ chính xác tương đương điểm địa chính trở lên mật độ không quá 2 điểm. Vai trò của lưới trắc địa mặt bằng Nhà nước Nghiên cứu chi tiết hình dáng kích thước, thể trọng trường của trái đất và những thay đổi của chúng theo thời gian. Thiết lập hệ tọa độ thống nhất trên phạm vi toàn quốc nhằm đáp ứng nhu cầu về phát triển kinh tế, văn hóa, xã hội bảo đảm an ninh - quốc phòng. Làm cơ sở để phát triển lưới khống chế cấp thấp phục vụ cho các mục đích như đo vẽ các loại bản đồ, định hướng các nghiên cứu khoa học và kỹ thuật về trái đất, bảo vệ tài nguyên môi trường.
Đặc điểm lưới trắc địa cơ sở của Việt Nam Lưới trắc địa Nhà nước được hình thành và phát triển qua nhiều giai đoạn và các phương pháp đo khác nhau gồm: Lưới tam giác đo góc hạng I, II miền Bắc: được xây dựng từ năm 1959; hạng I có 339 điểm, chiều dài cạnh trung bình là 25 km, ngắn nhất 9 km, dài nhất 42 km, có 13 cạnh gốc bố trí cách nhau 130 km; Hạng II có 1.696 điểm, có chiều dài cạnh trung bình là 14 km, ngắn nhất là 5km, dài nhất là 27 km. Trên cơ sở của lưới này người ta công bố hệ tọa độ HN-72 [11]. 5 Xây dựng lưới tọa độ miền trung và miền Nam: Lưới tam giác hạng I Bình Trị Thiên: Được xây dựng từ 1977-1983 gồm 25 điểm lưới, trong đó 3 điểm đo trùng với điểm thiên văn trắc địa miền Bắc và 22 điểm lập mới, chiều dài cạnh từ 20 km đến 25km [11]. Lưới tam giác hạng II miền trung: Được xây dựng từ năm 1983-1989; tổng số điểm xây dựng là 351 điểm có chiều dài cạnh từ 10-15 km, được bố trí 16 cạnh đáy.
Trên hai đầu các cạnh đáy có đo 26 điểm thiên văn và 13 phương vị thiên văn. Lưới đã được tính toán theo 4 khu như sau: khu 1 bao gồm các khu đo từ 1 đến 5 với 236 điểm dựa trên 2 điểm khởi tính của lưới tam giác hạng I Bình-Trị-Thiên, 5 cạnh đáy, 1 phương vị thiên văn; khu 2 là lưới Đắc Lắc - Lâm Đồng gồm 67 điểm và 10 điểm đã xử lý thuộc khu 1; khu 3: là lưới Gia Lai - Kon Tum gồm 82 điểm và 6 điểm đã xử lý thuộc khu 2; khu 4 là lưới Đồng Nai - Vũng Tàu gồm 37 điểm và 16 điểm đã xử lý ở các khu trước, lưới được bình sai ghép với lưới đường chuyền Đông Nam bộ gồm 50 điểm [6]. Lưới đường chuyền hạng II Nam Bộ: Lưới khống chế trắc địa khu vực Đồng bằng Nam Bộ được thiết kế dưới dạng đường chuyền hạng II. Lưới đường chuyền hạng II Tây Nam bộ gồm 124 điểm được đo đạc trong 2 năm 1988-1989, lưới đường chuyền hạng II Đông Nam bộ gồm 50 điểm được đo đạc trong các năm 1989-1990.
Từ năm 1991-1993 Cục Đo đạc và Bản đồ Nhà nước đã dùng công nghệ GPS cạnh ngắn để xây dựng lưới tọa độ tương đương với lưới hạng II ở đây bao gồm: Lưới Minh Hải có 15 điểm, chiều dài cạnh trung bình là 25 km, ngắn nhất 10 km, dài nhất 40 km. Lưới Sông Bé có 34 điểm, chiều dài cạnh trung bình là 27 km, ngắn nhất 13 km, dài nhất 42 km. Lưới Tây Nguyên có 65 điểm, chiều dài cạnh trung bình là 30 km, ngắn nhất 10 km, dài nhất 45 km [6]. Lưới Doppler vệ tinh: Từ năm 1987-1988 nước ta cũng bắt đầu ứng dụng công nghệ này để đo nối các mạng lưới tọa độ trên đất liền với nhau và nối đất liền với các đảo.
Lưới này có 14 điểm trên đất liền và 4 điểm ngoài các đảo lớn. 6 Dựa vào lưới Doppler vệ tinh Cục Đo đạc và Bản đồ Nhà nước đã tiến hành định vị lại Ellipsoid Kvasovski, bình sai lại lưới tọa độ hạng I, II nhà nước, tiến tới xây dựng hệ tọa độ quốc gia mới thay thế cho hệ tọa độ HN-72 [11]. Hoàn thiện lưới tọa độ nhà nước cấp "0" hạng I, II, III và xây dựng hệ tọa độ VN-2000: Năm 1995, xây dựng lưới tọa độ cấp "0" bằng công nghệ GPS gồm 69 điểm phù chùm toàn lãnh thổ nước ta. Trong đó có 56 điểm trùng với các điểm tọa độ hạng I, II và 13 điểm mới.
Năm 1997, tiến hành đo GPS tuyệt đối ở 8 điểm cấp "0" phân bố đề trên toàn lãnh thổ để kiểm tra chất lượng lưới cấp "0" và có cơ sở tạo lập mối liên hệ giữa tọa độ nhà nước và quốc tế. Năm 1998, đo bổ sung vào lưới cấp "0" 40 điểm đo nối độ cao thủy chuẩn hạng I, II phân bổ trên toàn lãnh thổ nhằm phục vụ cho việc định vị Ellipsoid thực dụng và xây dựng mô hình Geoid của Việt Nam. Xây dựng điểm gốc tọa độ Quốc gia mới là điểm N00 (trong hệ tọa độ VN-2000). Từ năm 1998 Việt Nan quyết định dùng hệ tọa độ vuông góc phẳng UTM thay cho hệ tọa độ Gauss-Kruger.
Đây là những điểm chủ yếu trong hệ tọa độ VN- 2000, vì vậy lưới tọa độ nhà nước ta cũng gọi là lưới thiên văn - trắc địa - Doppler - GPS. Ngày 12/7/2000 Thủ tướng Chính phủ đã ban hành quyết định về áp dụng hệ tọa độ quốc gia VN-2000 và công bố sử dụng thống nhất trên toàn quốc. Từ năm 1994 đến năm 2003 để phục vụ cho công tác đo vẽ lập bản đồ địa chính, các tỉnh, thành phố đã xây dựng lưới tọa độ địa chính cơ sở bằng công nghệ GPS có độ chính xác tương đương với tam giác hạng III Nhà nước.631 điểm phủ chùm 64 tỉnh thành, cạnh dài từ 3-5km [11]. Sơ đồ phát triển lưới địa chính Chúng ta đã biết rằng lưới tọa độ nhà nước hiện nay đã được thống nhất xây dựng trên toàn quốc, lưới tọa độ hạng III và IV nhà nước đã được xây dựng đảm bảo mật độ cũng như độ chính xác để phục vụ công tác thành lập bản đồ địa chính ở những khu vực nông thôn, đất nông nghiệp, lâm nghiệp.
Tuy nhiên, tại những khu vực thành phố và thị xã mạng lưới này không đáp ứng được nhu cầu do bị mất hoặc hư hỏng. 7 Phương pháp cơ bản để xây dựng lưới hiện nay là tăng dày từ các cấp lưới hạng cao nhà nước như hạng I và II, tạo nên mạng lưới địa chính cơ sở đạt độ chính xác tiêu chuẩn hạng III và mật độ đạt tương đương hạng IV nhà nước. Để tăng dày mật độ điểm khống chế tọa độ ta tăng dày thêm vào lưới địa chính cơ sở lưới tọa độ địa chính cấp 1, 2 và tiếp sau đó là tăng dày các cấp lưới thấp hơn. Lưới tọa độ địa chính được thành lập nhằm mục đích phục vụ đo vẽ bản đồ địa chính, lưới tọa độ địa chính được thành lập bằng phương pháp đường chuyền hoặc bằng công nghệ GPS để làm cơ sở phát triển lưới khống chế đo vẽ.
Những đặc điểm thành lập hệ thống lưới khống chế khu vực nghiên cứu - Cao Bằng là tỉnh miền núi vùng cao biên giới, xa các trung tâm kinh tế lớn của vùng Đông Bắc Bộ và cả nước, là cửa ngõ thông thương giữa Việt Nam và Trung Quốc. Khu vực nghiên cứu là huyện Bảo Lạc thuộc vùng núi phía Tây của tỉnh Cao Bằng. - Huyện Bảo Lạc là vùng núi cao của tỉnh Cao Bằng, có độ cao trung bình khoảng 1000m so với mặt nước biển. Địa hình chủ yếu là núi đất, nối nhau thành các dãy núi, dưới chân các dãy núi là những lũng, khe, suối nhỏ kéo dài, chênh cao địa hình khoảng 550m.