I. Tổng Quan Nghiên Cứu Dị Thường Độ Cao Giới Thiệu Chung
Nghiên cứu xác định dị thường độ cao và xây dựng mô hình Geoid/Quasigeoid là nhiệm vụ then chốt của trắc địa, mang tính quốc gia, khu vực và toàn cầu. Với những quốc gia đã có mô hình, việc nâng cao độ chính xác là ưu tiên. Với quốc gia chưa có, việc xây dựng mô hình Geoid/Quasigeoid cho lãnh thổ là bắt buộc. Đây là một nhiệm vụ quan trọng đối với ngành trắc địa Việt Nam. Cần thiết phải có những nghiên cứu chuyên sâu và toàn diện về lĩnh vực này để đáp ứng nhu cầu thực tiễn. Việc kết hợp dữ liệu mặt đất và vệ tinh là một xu hướng tất yếu để đạt được độ chính xác cao.
1.1. Nghiên cứu quốc tế về xác định dị thường độ cao
Trên thế giới, nhiều quốc gia đã có những nghiên cứu chuyên sâu về xác định dị thường độ cao và xây dựng mô hình Geoid/Quasigeoid. Các phương pháp và kỹ thuật khác nhau đã được áp dụng, từ các phương pháp truyền thống đến các phương pháp hiện đại sử dụng dữ liệu vệ tinh. Một số quốc gia tiêu biểu có thể kể đến như Hoa Kỳ, Canada, các nước Châu Âu, Úc, New Zealand và Iran. Các nghiên cứu này đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển khoa học trắc địa và ứng dụng thực tiễn.
1.2. Tầm quan trọng của mô hình Geoid Quasigeoid chính xác
Mô hình Geoid/Quasigeoid chính xác là cơ sở để chuyển đổi giữa độ cao trắc địa (từ GNSS) và độ cao thủy chuẩn (độ cao thực tế so với mực nước biển trung bình). Điều này có ý nghĩa quan trọng trong nhiều lĩnh vực như xây dựng, giao thông, quản lý tài nguyên, và nghiên cứu khoa học. Độ chính xác của mô hình Geoid/Quasigeoid ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của các ứng dụng này.
II. Thách Thức Nghiên Cứu Dị Thường Độ Cao tại Miền Trung
Việt Nam, với địa hình trải dài và phức tạp, đặt ra nhiều thách thức trong việc xác định dị thường độ cao. Khu vực miền Trung, với địa hình đa dạng từ đồng bằng ven biển đến núi cao, là một khu vực nghiên cứu lý tưởng. Việc thiếu dữ liệu mặt đất ở các khu vực biên giới và sự phức tạp của địa hình đòi hỏi những phương pháp tiếp cận sáng tạo và hiệu quả. Cần có những nghiên cứu chuyên sâu để giải quyết những thách thức này và xây dựng mô hình Geoid/Quasigeoid chính xác cho khu vực.
2.1. Khó khăn trong đo đạc độ cao chuẩn truyền thống
Việc đo độ cao chuẩn bằng phương pháp thủy chuẩn truyền thống gặp nhiều khó khăn, đặc biệt ở khu vực đồi núi, sông ngòi. Việc đo đạc đòi hỏi phải có giá trị đo trọng lực dọc theo tuyến đo, điều này không phải lúc nào cũng khả thi. Do đó, cần có những phương pháp thay thế để xác định độ cao chuẩn một cách hiệu quả hơn.
2.2. Yêu cầu dữ liệu đầu vào chất lượng cao và đa dạng
Việc xác định dị thường độ cao chính xác đòi hỏi dữ liệu đầu vào chất lượng cao và đa dạng, bao gồm dữ liệu trọng lực mặt đất, dữ liệu trọng lực vệ tinh, dữ liệu địa hình, và dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn. Việc thu thập và xử lý các loại dữ liệu này đòi hỏi những kỹ thuật và công cụ chuyên dụng.
2.3. Ảnh hưởng của địa hình phức tạp đến kết quả tính toán
Địa hình phức tạp của khu vực miền Trung ảnh hưởng đáng kể đến kết quả tính toán dị thường độ cao. Cần có những phương pháp để giảm thiểu ảnh hưởng của địa hình, chẳng hạn như phương pháp Loại bỏ-Tính toán-Phục hồi (RCR).
III. Phương Pháp Kết Hợp Dữ Liệu Mặt Đất và Vệ Tinh Cách Tiếp Cận
Luận án tập trung vào việc kết hợp dữ liệu mặt đất và vệ tinh để xác định dị thường độ cao ở miền Trung Việt Nam. Phương pháp tiếp cận chính là kỹ thuật "Loại bỏ – Tính toán – Phục hồi" (RCR) kết hợp với phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất. Kỹ thuật RCR giúp loại bỏ ảnh hưởng của các thành phần bước sóng dài, trung và ngắn từ các nguồn dữ liệu khác nhau, cho phép tính toán chính xác dị thường độ cao phần dư. Phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất được sử dụng để nội suy dị thường độ cao từ dữ liệu trọng lực và GNSS-Thủy chuẩn.
3.1. Kỹ thuật Loại bỏ Tính toán Phục hồi RCR
Kỹ thuật RCR bao gồm ba bước chính: Loại bỏ ảnh hưởng của các thành phần bước sóng dài, trung và ngắn từ các nguồn dữ liệu khác nhau; Tính toán dị thường độ cao phần dư; Phục hồi các thành phần đã loại bỏ. Kỹ thuật này giúp giảm thiểu ảnh hưởng của sai số và cải thiện độ chính xác của kết quả tính toán.
3.2. Phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất
Phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất là một phương pháp thống kê được sử dụng để nội suy và dự đoán các đại lượng địa vật lý, bao gồm dị thường độ cao. Phương pháp này dựa trên việc xác định hàm hiệp phương sai giữa các điểm dữ liệu, cho phép ước lượng giá trị của đại lượng cần nội suy tại các vị trí không có dữ liệu đo.
3.3. Tối ưu hóa dữ liệu từ các nguồn khác nhau
Việc kết hợp dữ liệu từ các nguồn khác nhau đòi hỏi phải tối ưu hóa dữ liệu để đảm bảo tính nhất quán và chính xác. Điều này bao gồm việc chuyển đổi tọa độ, thống nhất hệ triều, và loại bỏ sai số thô.
IV. Ứng Dụng RTM và Collocation Quy Trình Chi Tiết
Việc loại bỏ ảnh hưởng của địa hình được thực hiện theo phương pháp RTM (Residual Terrain Modeling). Phương pháp này giúp loại bỏ thành phần bước sóng ngắn và trung do ảnh hưởng của địa hình. Sau khi loại bỏ ảnh hưởng của địa hình và các thành phần bước sóng dài từ mô hình thế trọng trường Trái Đất, phần dư dị thường độ cao được tính toán bằng phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất. Quy trình này đảm bảo độ chính xác cao trong việc xác định dị thường độ cao.
4.1. Tính toán ảnh hưởng của địa hình theo phương pháp RTM
Phương pháp RTM sử dụng mô hình số độ cao (DEM) để tính toán ảnh hưởng của địa hình đến dị thường trọng lực và dị thường độ cao. Việc lựa chọn dị thường RTM phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác của kết quả tính toán.
4.2. Xác định hàm hiệp phương sai thực nghiệm và lý thuyết
Việc xác định hàm hiệp phương sai thực nghiệm và lý thuyết là một bước quan trọng trong phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất. Hàm hiệp phương sai mô tả mối quan hệ thống kê giữa các điểm dữ liệu và được sử dụng để nội suy dị thường độ cao.
4.3. Nội suy dị thường độ cao từ dữ liệu trọng lực và GNSS
Phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất được sử dụng để nội suy dị thường độ cao từ dữ liệu trọng lực và GNSS-Thủy chuẩn. Việc kết hợp hai loại dữ liệu này giúp cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của kết quả nội suy.
V. Thực Nghiệm Dị Thường Độ Cao Kết Quả và Đánh Giá
Luận án thực hiện 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 quả thực nghiệm cho thấy phương pháp kết hợp dữ liệu RCR và Collocation bình phương nhỏ nhất là hiệu quả và cho độ chính xác cao. Độ lệch chuẩn của kết quả đạt ±0.078m, chứng tỏ tính khả thi và ứng dụng của phương pháp này trong thực tế. Bản đồ dị thường độ cao được thành lập là cơ sở cho việc tính toán độ cao chuẩn từ độ cao GNSS.
5.1. Khu vực thực nghiệm và dữ liệu sử dụng chi tiết
Khu vực thực nghiệm là khu vực miền Trung Việt Nam với vĩ độ từ 15° ÷ 20° B, kinh độ từ 104° ÷ 109° Đ. Dữ liệu sử dụng bao gồm dữ liệu trọng lực mặt đất, dữ liệu trọng lực vệ tinh, dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn, mô hình số độ cao, và mô hình thế trọng trường Trái Đất.
5.2. So sánh các phương án tính toán và đánh giá độ chính xác
Luận án thực hiện so sánh các phương án tính toán khác nhau, bao gồm việc kết hợp dữ liệu mô hình EIGEN-6C4 và dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn (PA1), kết hợp dữ liệu trọng lực, dữ liệu mô hình EIGEN-6C4 và dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn (PA2), và kết hợp dữ liệu trọng lực, dữ liệu mô hình EIGEN-6C4, dữ liệu địa hình và dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn (PA3). Độ chính xác của các phương án được đánh giá bằng cách so sánh với dữ liệu GNSS-Thủy chuẩn độc lập.
5.3. Thành lập bản đồ dị thường độ cao trọng lực
Kết quả thực nghiệm được sử dụng để thành lập bản đồ dị thường độ cao trọng lực cho khu vực miền Trung Việt Nam trong hệ quy chiếu và hệ tọa độ WGS84 quốc tế. Bản đồ này có thể được sử dụng để tính toán độ cao chuẩn từ độ cao đo bằng công nghệ GNSS.
VI. Kết Luận và Triển Vọng Nghiên Cứu Dị Thường Độ Cao
Luận án đã đạt được những kết quả quan trọng trong việc xác định dị thường độ cao cho khu vực miền Trung Việt Nam. Phương pháp kết hợp dữ liệu RCR và Collocation bình phương nhỏ nhất đã được chứng minh là hiệu quả và cho độ chính xác cao. Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong thực tế để xây dựng mô hình Geoid/Quasigeoid cho Việt Nam và tính toán độ cao chuẩn từ độ cao GNSS. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc cải thiện độ chính xác của mô hình Geoid/Quasigeoid và mở rộng phạm vi nghiên cứu ra các khu vực khác của Việt Nam.
6.1. Đóng góp mới của luận án vào lĩnh vực trắc địa
Luận án đã đóng góp vào việc phát triển phương pháp và quy trình xác định dị thường độ cao trên cơ sở kết hợp các dữ liệu mặt đất và vệ tinh. Đồng thời, luận án cũng đã xây dựng được quy trình và module chương trình tính dị thường độ cao từ sự kết hợp các dữ liệu khác nhau, cho phép nâng cao độ chính xác, mức độ tự động hóa và thuận lợi ứng dụng trong điều kiện thực tế ở Việt Nam.
6.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo và ứng dụng tiềm năng
Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc sử dụng các loại dữ liệu mới, chẳng hạn như dữ liệu trọng lực từ các dự án đo cao vệ tinh mới, để cải thiện độ chính xác của mô hình Geoid/Quasigeoid. Ngoài ra, cần có những nghiên cứu về ứng dụng của mô hình Geoid/Quasigeoid trong các lĩnh vực khác nhau, chẳng hạn như quản lý tài nguyên và nghiên cứu biến đổi khí hậu.
