Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu xác định dị thường độ cao tại miền Trung Việt Nam

Luận án tiến sĩ nghiên cứu nghiên cứu xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp các dữ liệu mặt đất và vệ tinh áp dụng cho, phân tích chuyên sâu, xây dựng mô hình lý thuyết, đề

• Tác giả: Nguyễn Thành Lê
• 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: Nghiên Cứu Dị Thường Độ Cao Tại Miền Trung Việt Nam: Kết Hợp Dữ Liệu Mặt Đất Và Vệ Tinh
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. MỞ ĐẦU: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH DỊ THƯỜNG ĐỘ CAO Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI
• 2. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH DỊ THƯỜNG ĐỘ CAO TRÊN CƠ SỞ KẾT HỢP CÁC DỮ LIỆU MẶT ĐẤT VÀ VỆ TINH CHO KHU VỰC MIỀN TRUNG VIỆT NAM
• 3. THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH DỊ THƯỜNG ĐỘ CAO CHO KHU VỰC MIỀN TRUNG VIỆT NAM TRÊN CƠ SỞ KẾT HỢP CÁC DỮ LIỆU MẶT ĐẤT VÀ VỆ TINH
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC BÀI BÁO, CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu dị thường độ cao tại miền Trung Việt Nam

Nghiên cứu dị thường độ cao tại miền Trung Việt Nam là một lĩnh vực quan trọng trong địa lý và trắc địa. Khu vực này có địa hình đa dạng, từ đồi núi đến đồng bằng, tạo ra nhiều thách thức trong việc xác định độ cao chính xác. Việc kết hợp dữ liệu mặt đất và vệ tinh giúp cải thiện độ chính xác trong nghiên cứu này. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng việc sử dụng công nghệ hiện đại như GNSS và dữ liệu vệ tinh có thể mang lại những kết quả đáng tin cậy hơn.

1.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu dị thường độ cao

Nghiên cứu dị thường độ cao không chỉ giúp xác định chính xác độ cao địa hình mà còn hỗ trợ trong việc quản lý tài nguyên thiên nhiên và phát triển hạ tầng. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu và sự phát triển bền vững.

1.2. Các phương pháp nghiên cứu hiện tại

Hiện nay, các phương pháp nghiên cứu dị thường độ cao bao gồm sử dụng dữ liệu trọng lực, dữ liệu GNSS và các mô hình địa hình. Việc kết hợp các phương pháp này giúp nâng cao độ chính xác và độ tin cậy của kết quả nghiên cứu.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu dị thường độ cao

Mặc dù có nhiều tiến bộ trong nghiên cứu dị thường độ cao, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức. Địa hình phức tạp và sự biến đổi khí hậu là những yếu tố chính ảnh hưởng đến độ chính xác của các phép đo. Ngoài ra, việc thu thập dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau cũng tạo ra khó khăn trong việc xử lý và phân tích dữ liệu.

2.1. Địa hình phức tạp tại miền Trung Việt Nam

Miền Trung Việt Nam có địa hình đa dạng với nhiều đồi núi và sông ngòi. Điều này gây khó khăn trong việc thực hiện các phép đo độ cao chính xác, đặc biệt là trong các khu vực khó tiếp cận.

2.2. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu

Biến đổi khí hậu có thể làm thay đổi các yếu tố địa lý, ảnh hưởng đến độ cao và độ chính xác của các phép đo. Việc theo dõi và điều chỉnh các yếu tố này là rất cần thiết để đảm bảo tính chính xác trong nghiên cứu.

III. Phương pháp kết hợp dữ liệu mặt đất và vệ tinh

Phương pháp kết hợp dữ liệu mặt đất và vệ tinh là một trong những giải pháp hiệu quả nhất trong nghiên cứu dị thường độ cao. Việc sử dụng công nghệ GIS và các mô hình địa hình giúp tối ưu hóa quá trình thu thập và phân tích dữ liệu. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự kết hợp này có thể cải thiện độ chính xác lên đến 30%.

3.1. Công nghệ GIS trong nghiên cứu

Công nghệ GIS cho phép tích hợp và phân tích dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau, giúp nâng cao độ chính xác trong việc xác định dị thường độ cao. Việc sử dụng GIS cũng giúp dễ dàng hơn trong việc trực quan hóa dữ liệu.

3.2. Mô hình hóa địa hình

Mô hình hóa địa hình là một phần quan trọng trong nghiên cứu dị thường độ cao. Các mô hình này giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến độ cao và cung cấp thông tin cần thiết cho việc phân tích dữ liệu.

IV. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu dị thường độ cao

Nghiên cứu dị thường độ cao có nhiều ứng dụng thực tiễn trong quản lý tài nguyên, quy hoạch đô thị và phát triển hạ tầng. Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để cải thiện các dự án xây dựng và bảo vệ môi trường. Ngoài ra, việc xác định chính xác độ cao cũng hỗ trợ trong việc ứng phó với thiên tai.

4.1. Quản lý tài nguyên thiên nhiên

Việc xác định chính xác độ cao giúp trong việc quản lý tài nguyên nước và đất, từ đó tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên thiên nhiên.

4.2. Quy hoạch đô thị và phát triển hạ tầng

Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong quy hoạch đô thị, giúp đảm bảo rằng các công trình xây dựng được thực hiện trên nền tảng vững chắc và an toàn.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu dị thường độ cao

Nghiên cứu dị thường độ cao tại miền Trung Việt Nam đang trên đà phát triển mạnh mẽ nhờ vào sự kết hợp giữa dữ liệu mặt đất và vệ tinh. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giá trị cho việc quản lý tài nguyên và phát triển bền vững. Cần tiếp tục đầu tư vào công nghệ và phương pháp nghiên cứu để nâng cao độ chính xác và hiệu quả.

5.1. Định hướng nghiên cứu trong tương lai

Các nghiên cứu trong tương lai cần tập trung vào việc cải thiện công nghệ thu thập dữ liệu và phát triển các mô hình địa hình chính xác hơn để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong quản lý tài nguyên.

5.2. Tầm quan trọng của hợp tác quốc tế

Hợp tác quốc tế trong nghiên cứu dị thường độ cao sẽ giúp chia sẻ kiến thức và công nghệ, từ đó nâng cao chất lượng nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 - Tổng quan về vấn đề xác định dị thường độ cao ở Việt Nam và trên thế giới; Chương 2 - Nghiên cứu phương pháp xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp các dữ liệu mặt đất và vệ tinh cho khu vực miền Trung Việt Nam; 6 Chương 3 - Thực nghiệm xác định dị thường độ cao cho khu vực miền Trung Việt Nam trên cơ sở kết hợp các dữ liệu mặt đất và vệ tinh; Kết luận và kiến nghị 11. Lời cảm ơn Trước tiên, tôi xin bày tỏ sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Văn Sáng và thầy GS.TS Bùi Tiến Diệu đã rất tận tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án này. Trong quá trình thực hiện luận án gặp rất nhiều khó khăn, vướng mắc trong xử lý dữ liệu cũng như các nội dung lý thuyết, tôi đã luôn nhận được những nhận xét, đánh giá và đặc biệt là những gợi ý của hai Thầy về hướng giải quyết các vấn đề nghiên cứu. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới các Thầy Cô bộ môn Trắc địa cao cấp, các Thầy Cô thuộc Khoa Trắc địa - Bản đồ và Quản lý đất đai, Phòng đào tạo Sau đại học, Ban Giám hiệu trường Đại học Mỏ - Địa chất đã tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận án.

Tôi cũng cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Anh em đồng nghiệp thuộc bộ môn Trắc địa - Bản đồ, các Thủ trưởng Viện Kỹ thuật Công trình đặc biệt, Thủ trưởng Học viện Kỹ thuật Quân sự đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian thực hiện học tập, nghiên cứu sinh tại trường Đại học Mỏ - Địa chất. Để khẳng định cơ sở lý thuyết nghiên cứu là đúng đắn, cần thiết phải có kết quả thực nghiệm, và để thực nghiệm được thì vấn đề cốt lõi là dữ liệu tính và bộ phần mềm ứng dụng. Nhờ sự giúp đỡ của thầy hướng dẫn, tôi đã thu thập được đầy đủ dữ liệu và có được phần mềm GRAVSOFT để tính toán thực nghiệm. Tôi xin chân thành cảm ơn nhóm tác giả và thầy hướng dẫn GS.TS Bùi Tiến Diệu về phần mềm này.

Tôi xin cảm ơn đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ, Bộ Giáo dục và Đào tạo (mã số: B2021-MDA-06) đã cung cấp số liệu để thực nghiệm luận án. Để hoàn thành được luận án này, không thể thiếu được sự sát cánh của Gia đình cùng anh em bạn bè. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Gia đình và anh em bạn bè đã luôn đồng hành, giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện luận án. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH DỊ THƯỜNG ĐỘ CAO Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI Xác định mô hình Geoid/Quasigeoid là một nhiệm vụ quan trọng của Trắc địa đối với mỗi quốc gia hay khu vực.

Với các nước đã có mô hình thì cần xây dựng mô hình mới với độ chính xác cao hơn, còn đối với những nước chưa có mô hình thì cần thiết phải xây dựng được mô hình Geoid/Quasigeoid cho lãnh thổ. Đây cũng là nhiệm vụ quan trọng đối với ngành Trắc địa Việt Nam. Tổng quan về nghiên cứu xác định dị thường độ cao trên thế giới Xác định dị thường độ cao và nghiên cứu xây dựng mô hình Geoid/Quasigeoid là một trong những nhiệm vụ quan trọng không chỉ đối với toàn cầu, khu vực mà đặc biệt quan trọng với mỗi quốc gia. Điển hình cho việc nghiên cứu xác định dị thường độ cao và xây dựng mô hình Geoid/Quasigeoid của các quốc gia trên thế giới được kể đến: 1.

Xác định dị thường độ cao và xây dựng mô hình Quasigeoid của Slovakia Năm 1999, mô hình Quasigeoid trọng lực GMSQ98A (The gravimetric model of the Slovak Quasigeoid) được các nhà khoa học Cộng hòa Slovakia hoàn thành [48]. Phương pháp xác định được sử dụng là phép biến đổi nhanh FFT với công thức Stokes bình phương nhỏ nhất cải tiến, kỹ thuật RCR được sử dụng trong xác định phần dư dị thường độ cao. Dữ liệu sử dụng trong tính toán xây dựng mô hình bao gồm: 222.225 điểm dị thường trọng lực không khí tự do thuộc phạm vi lãnh thổ; dị thường trọng lực trung bình Bouguer và mô hình số độ cao trung bình 5′×7,5′ bên ngoài lãnh thổ; số hiệu chỉnh địa hình được tính cho các điểm dị thường trọng lực không khí tự do có mắt lưới trung bình 600×600 m; sử dụng mô hình thế trọng trường Trái Đất EGM96. Việc tính toán được thực hiện bằng các module trong bộ phần mềm GRAVSOFT [60].

Kết quả tính toán được kiểm tra tại 42 điểm GNSS-Thủy chuẩn, độ lệch chuẩn đạt ± 2,4 cm. Xác định dị thường độ cao và mô hình Geoid khu vực Châu Âu Năm 2008, mô hình Geoid trọng lực EGG07 (The European Gravimetric Geoid Model 2007) cho Châu Âu được hoàn thành [38]. Đây là dự án trọng lực và Geoid Châu Âu (EGGP) thuộc nhiệm vụ 2 của Hiệp hội trắc địa quốc tế - IAG, với mục đích cải tiến mô hình Geoid và Quasigeoid đã có từ năm 1997 (EGG97) cho Châu Âu. Dự án được thực hiện trong 4 năm từ 2003 đến 2007.

Các dữ liệu bao gồm dữ liệu từ các dự án CHAMP và GRACE, các mô hình số độ cao mới có độ chính xác cao SRTM3 và GTOPO30, dữ liệu trọng lực đo mới từ các dự án của các nước thuộc cộng đồng Châu Âu, đo cao vệ tinh, dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn và mô hình thế trọng trường Trái Đất EIGEN-GL04C. EGG07 được xác định bằng kỹ thuật RCR. Độ chính xác EGG07 được so sánh với dữ liệu GNSS- Thủy chuẩn của các quốc gia thuộc Châu Âu: độ chính xác đạt ±0,01÷±0,02 m. Kết quả đã khẳng định mô hình thế trọng trường từ dự án trọng lực vệ tinh GRACE cũng như dữ liệu địa hình và dữ liệu trọng lực mới đã đóng góp đáng kể trong việc nâng cao độ chính xác của mô hình EGG07 (độ chính xác tăng 25% - 65%) so với EGG97.

Xác định dị thường độ cao và xây dựng mô hình Geoid của Hoa Kỳ Vào năm 2009, mô hình Geoid trọng lực mới USGG2009 (The US Gravimetric Geoid of 2009 Model) [53] được xây dựng ở Hoa Kỳ. Đây là mô hình được nâng cấp từ mô hình cũ USGG2003, được xây dựng cho Hoa Kỳ và các lãnh thổ thuộc Hoa Kỳ. Dữ liệu sử dụng gồm 1,5 triệu điểm trọng lực trên đất liền và biển thuộc Hoa Kỳ, Canada và Mexico, dị thường trọng lực từ mô hình DNSC08, mô hình thế trọng trường Trái Đất EGM2008, mô hình số địa hình SRTM-DTED1 được phát triển bởi cơ quan tình báo không gian quốc gia Hoa Kỳ (NGA). USGG2009 được xác định theo phương pháp thứ hai của Helmert, công thức tích phân Stokes kết hợp kỹ thuật FFT 1D.

Độ cao Geoid USGG2009 được so sánh với 18.398 điểm đo GNSS- Thủy chuẩn trong hệ độ cao NAVD83 và NAVD88. Kết quả hiệu chỉnh về Ellipsoid tham chiếu theo độ cao gốc được so sánh với dữ liệu độ cao Geoid độc lập, độ lệch chuẩn đạt ±6,3cm và ±8,4 cm khi đánh giá với mô hình USGG2003. Để giảm sai số hệ thống do ảnh hưởng của bước sóng dài trong hệ NAVD88, việc so sánh được thực hiện cho các bang dựa theo khu vực, độ lệch chuẩn có giá trị từ ±3 ÷ ±5 cm đối với các bang 9 phía Đông và ±6 ÷ ±9 cm đối với các bang thuộc phía Tây. Khi sử dụng độ cao Geoid GNSS-Thủy chuẩn để hiệu chỉnh mô hình NAVD88 thì độ lệch chuẩn giảm xuống 4,3 cm trên toàn quốc và từ 2 ÷ 4 cm các bang phía Đông, 4 ÷ 8 cm các bang phía Tây.

Xác định dị thường độ cao và xây dựng mô hình Geoid của Canada Mô hình Geoid trọng lực CGG2010 của Canada được thiết lập vào năm 2010 [42]. Đây là mô hình được nâng cấp từ mô hình CGG2005, thể hiện sự tách biệt giữa hai mặt 2 −2 Ellipsoid tham chiếu GRS80 và mặt đẳng thế W 0 = 62,636,855. CGG2010 được xác định bằng kỹ thuật RCR, công thức Stokes bình phương nhỏ nhất cải tiến. Dữ liệu được sử dụng trong tính toán bao gồm mô hình thế trọng trường EGM2008, mô hình GOCO01S và dữ liệu trọng lực trên mặt đất.

Các dữ liệu trọng lực đất liền có độ phủ ≈15 km, được thu thập từ năm 1950 và 2000 bao phủ phần lớn Canada và các đại dương lân cận. Dữ liệu trọng lực mặt đất có độ chính xác từ 0,01÷0,1 mGal, dữ liệu trọng lực hàng không có độ phủ 20 km, độ chính xác từ 1÷3 mGal và 1,4 triệu dữ liệu đo của Mỹ. Ngoài ra, dữ liệu tính còn được kết hợp với dữ liệu trọng lực biển được đo mới, lưới trọng lực ArcGP và mô hình số độ cao mới của Canada (CDED) 1:50. Mô hình CGG2010 được so sánh với 2.669 điểm dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn của Canada, độ lệch chuẩn từ 2 cm đến 10 cm, sai số lớn nhất thuộc vùng núi phía Tây của Canada.

Khi so sánh CGG2010 với các điểm GNSS-Thủy chuẩn theo khu vực, độ lệch chuẩn nhỏ hơn 10 cm với khu vực phía Bắc, khoảng 5 cm đối với khu vực phía Tây và khu vực phía Đông. Xác định dị thường độ cao và xây dựng mô hình Quasigeoid của Ba Lan Vào năm 2013, Ba Lan đã xây dựng mô hình Quasigeoid trọng lực GDQM13 [51]. Dữ liệu sử dụng trong xây dựng mô hình gồm: dữ liệu trọng lực, dữ liệu mô hình số địa hình, mô hình thế trọng trường và dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn. Dữ liệu trọng lực mặt đất với hai bộ dữ liệu có độ chính xác khác nhau (khoảng mười triệu điểm của Viện Địa chất thuộc phạm vi lãnh thổ, độ chính xác 0,06 mGal mắt lưới 1,5′×3′ và dữ liệu còn lại là dữ liệu của các khu vực thuộc các quốc gia lân cận, dị thường trọng lực không khí tự do 5ʹ×7,5ʹ cho các khu vực của Ukraine, Cộng hòa Séc, Slovakia, Hungary và Romania, trung bình 5ʹ×5ʹ và 2ʹ×3ʹ cho Cộng hòa liên bang Đức).

Dữ liệu trọng lực trung bình trên 10 biển Baltic được thu thập từ cơ quan địa vật lý biển và dự án trọng lực hàng không cũng được sử dụng. Ngoài ra, dữ liệu trọng lực của dãy núi West Tatra (506 điểm) và một phần Ba Lan (27 điểm) do Đại học Công nghệ Warsaw cung cấp năm 2012 cũng được sử dụng trong quá trình tính toán; độ lệch dây dọi θ được phân tích thành hai thành phần ξ và η của 171 điểm thiên văn có độ chính xác 0,45ʺ với độ chính xác (σξ = 0, 2′′ và σ η = 0,3′′ ). Dữ liệu địa hình là mô hình số địa hình DTED2 phần cho lãnh thổ Ba Lan.