Ứng dụng lý thuyết wavelet trong phân tích vận tốc và biến dạng từ dữ liệu GPS mạng lưới địa động lực

• Tác giả: Lại Văn Thủy
• Người hướng dẫn: GS. Đặng Hùng Võ
• Trường học: Viện Khoa Học Đo Đạc Và Bản Đồ
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Trắc Địa
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Lý Thuyết Xấp Xỉ Sóng Nhỏ (Biến Đổi Wavelet) Để Phân Tích Vận Tốc Và Biến Dạng Từ Dữ Liệu GPS Mạng Lưới Địa Động Lực
• Loại tài liệu: Luận Án Tiến Sỹ Kỹ Thuật
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Những khái niệm cơ bản trong nghiên cứu biến dạng vỏ Trái Đất
• 1.2. Tình hình nghiên cứu biến dạng vỏ Trái Đất bằng phương pháp trắc địa ở Việt Nam
• 1.3. Tổng quan về khả năng ứng dụng phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ trong trắc địa ở Việt Nam và trên thế giới
• 1.4. Tổng quan về phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ
• 1.5. Tổng quan về ứng dụng phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ trong trắc địa trên thế giới. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
• 1.6. Kết luận Chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT XẤP XỈ SÓNG NHỎ TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN DẠNG VỎ TRÁI ĐẤT
• 2.1. Cơ sở lý thuyết của hàm sóng nhỏ DOG trên mặt cầu
• 2.2. Tính vận tốc chuyển dịch địa phương từ số liệu đo GNSS
• 2.3. Nội suy trường vận tốc chuyển dịch địa phương bằng phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ
• 2.4. Tính các đại lượng biến dạng
• 2.5. Tính tensor gradient vận tốc
• 2.6. Tính tốc độ xoay (Rotation rate)
• 2.7. Tính tốc độ biến dạng (Strain rate)
• 2.8. Tính tốc độ trương nở (Dilatation rate)
• 2.9. Kết luận Chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM TÍNH TOÁN CÁC ĐẠI LƯỢNG BIẾN DẠNG VỎ TRÁI ĐẤT KHU VỰC MIỀN BẮC VIỆT NAM
• 3.1. Đánh giá, phân tích chất lượng số liệu thực nghiệm
• 3.2. Đánh giá, phân tích chất lượng mốc quan trắc
• 3.3. Đánh giá, phân tích chất lượng dữ liệu quan trắc
• 3.4. Đánh giá, phân tích kết quả tính vận tốc chuyển dịch tuyệt đối của các điểm trong mạng lưới quan trắc
• 3.5. Tính vận tốc chuyển dịch địa phương tại các điểm quan trắc
• 3.6. Sơ đồ quy trình tính toán
• 3.7. Xây dựng modul tính vận tốc chuyển dịch chung của khu vực
• 3.8. Kết quả tính vận tốc chuyển dịch chung của khu vực
• 3.9. Nội suy trường vận tốc chuyển dịch địa phương
• 3.10. Sơ đồ quy trình tính toán
• 3.11. Phần mềm phân tích, nội suy vận tốc chuyển dịch
• 3.12. Kết quả phân tích, nội suy trường vận tốc chuyển dịch
• 3.13. Tính các đại lượng biến dạng
• 3.14. Sơ đồ quy trình tính toán
• 3.15. Phần mềm tính toán các đại lượng biến dạng
• 3.16. Kết quả tính toán, biên tập bản đồ trường biến dạng khu vực miền Bắc Việt Nam
• 3.17. Đánh giá hiệu quả của phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ
• 3.18. Đánh giá kết quả phân tích biến dạng của phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ với phương pháp tính biến dạng Frank
• 3.19. Đánh giá kết quả tính biến dạng của phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ so với các kết quả tính biến dạng trên khu vực Miền Bắc trước đó
• 3.20. Thảo luận, đánh giá chung về phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ
• 3.21. Kết luận Chương 3
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN CỦA NGHIÊN CỨU SINH

I. Lý thuyết wavelet và ứng dụng trong phân tích dữ liệu GPS

Lý thuyết wavelet là một công cụ toán học mạnh mẽ, được sử dụng để phân tích tín hiệu và dữ liệu không gian. Trong nghiên cứu này, lý thuyết wavelet được áp dụng để phân tích vận tốc và biến dạng từ dữ liệu GPS thu thập từ mạng lưới địa động lực. Phương pháp này cho phép xử lý dữ liệu ở nhiều mức độ chi tiết khác nhau, giúp phát hiện các biến đổi nhỏ trong vận tốc GPS và biến dạng địa chất. Ứng dụng lý thuyết wavelet trong trắc địa đã được chứng minh hiệu quả trên thế giới, đặc biệt trong việc nghiên cứu địa động lực học và dự báo tai biến tự nhiên.

1.1. Cơ sở lý thuyết của hàm sóng nhỏ DOG

Hàm sóng nhỏ DOG (Difference of Gaussians) là một trong những hàm cơ bản trong lý thuyết wavelet, được sử dụng để phân tích dữ liệu trên mặt cầu. Hàm này cho phép xác định các biến đổi trong vận tốc chuyển dịch và biến dạng từ dữ liệu GPS. Phương pháp này đặc biệt hữu ích trong việc nội suy trường vận tốc chuyển dịch và tính toán các đại lượng biến dạng như tốc độ xoay, tốc độ biến dạng, và tốc độ trương nở. Kết quả nghiên cứu cho thấy, hàm DOG có độ chính xác cao trong việc mô phỏng các hiện tượng địa động lực học.

II. Phân tích vận tốc và biến dạng từ dữ liệu GPS

Phân tích vận tốc và biến dạng từ dữ liệu GPS là một trong những nhiệm vụ chính của nghiên cứu này. Dữ liệu GPS được thu thập từ mạng lưới địa động lực khu vực miền Bắc Việt Nam, bao gồm các điểm quan trắc được đo đạc trong giai đoạn 2012-2017. Phương pháp phân tích dữ liệu dựa trên lý thuyết wavelet cho phép xác định các vận tốc chuyển dịch tuyệt đối và địa phương, cũng như nội suy trường vận tốc chuyển dịch không gian. Kết quả cho thấy, các đứt gãy khu vực miền Bắc có tốc độ biến dạng nhỏ, tập trung chủ yếu ở vùng Tây Bắc.

2.1. Tính toán vận tốc chuyển dịch địa phương

Quy trình tính toán vận tốc chuyển dịch địa phương được thực hiện dựa trên dữ liệu GPS từ các điểm quan trắc. Phương pháp nội suy trường vận tốc sử dụng lý thuyết wavelet cho phép xác định các giá trị vận tốc tại các điểm lưới GRID. Kết quả tính toán cho thấy, vận tốc chuyển dịch khu vực miền Bắc có sự biến đổi nhỏ, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về địa động lực học khu vực này.

III. Ứng dụng lý thuyết wavelet trong địa động lực học

Ứng dụng lý thuyết wavelet trong nghiên cứu địa động lực học đã mang lại nhiều kết quả quan trọng. Phương pháp này cho phép xác định các đại lượng biến dạng như tốc độ xoay, tốc độ biến dạng, và tốc độ trương nở từ dữ liệu GPS. Kết quả nghiên cứu cho thấy, lý thuyết wavelet có độ chính xác cao hơn so với các phương pháp truyền thống như phương pháp tam giác Frank. Điều này khẳng định tính hiệu quả của lý thuyết wavelet trong việc phân tích biến dạng địa chất và dự báo tai biến tự nhiên.

3.1. Tính toán các đại lượng biến dạng

Các đại lượng biến dạng được tính toán dựa trên kết quả nội suy trường vận tốc chuyển dịch. Phương pháp lý thuyết wavelet cho phép xác định tensor gradient vận tốc, tốc độ xoay, và tốc độ biến dạng với độ chính xác cao. Kết quả tính toán cho thấy, các đứt gãy khu vực miền Bắc có tốc độ biến dạng nhỏ, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về địa động lực học khu vực này.

IV. Kết quả và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng, lý thuyết wavelet là một công cụ hiệu quả trong việc phân tích vận tốc và biến dạng từ dữ liệu GPS. Phương pháp này không chỉ giúp xác định các đại lượng biến dạng với độ chính xác cao mà còn hỗ trợ trong việc dự báo tai biến tự nhiên. Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong việc quy hoạch và xây dựng các công trình hạ tầng, cũng như trong việc dự báo và phòng ngừa các tai biến địa chất.

4.1. Đánh giá hiệu quả của phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ

Phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ được đánh giá là có hiệu quả cao trong việc phân tích biến dạng địa chất. So sánh với phương pháp tam giác Frank, lý thuyết wavelet cho kết quả chính xác hơn và phù hợp hơn với các nghiên cứu về địa động lực học. Kết quả này khẳng định tính ưu việt của lý thuyết wavelet trong việc phân tích dữ liệu GPS và ứng dụng trong thực tiễn.