Tạp chí KHKT Mỏ - Địa chất, số 41, 01/2013, (Chuyên đề Trắc địa cao cấp), tr.53-57 TNH CHUYN TA ĐỘ GIỮA CÁC KHUNG QUY CHIẾU TRÁI ĐẤT QUỐC TẾ BÙI THỊ HỒNG THẮM, Trường Đại học Tài nguyên Mơi trường Hà Nội Tóm tắt: Khung quy chiếu Trái đất quốc tế ITRF (International Terrestrial Reference Frame) định nghĩa sự thực hóa hệ thống quy chiếu Trái đất quốc tế ITRS (International Terrestrial Reference System) xác định gốc, trục định hướng, tỷ lệ phát triển theo thời gian [2] Yếu tố thời gian đặc điểm bản khung quy chiếu Trái đất quốc tế Bài báo trình bày sở lý thuyết, công thức bản phương pháp tính chuyển tọa độ giữa khung quy chiếu Trái đất quốc tế Tọa độ số điểm GNSS từ ITRF thời điểm khác chuyển đổi thành công sang ITRF08 thời điểm Mở đầu Cơ sở lý thuyết Theo thời gian với việc phát triển công 2.1 Công thức chuyển đổi tọa độ nghệ, tọa độ động dần thiết lập khung quy chiếu ứng dụng thực tiễn giới Theo định nghĩa IERS (International nước ta Một khác biệt so với hệ tọa độ Earth Rotation and Reference Systems Service), tĩnh yếu tố thời gian, tọa độ hệ thay đổi việc chuyển đổi khung quy chiếu theo thời gian việc xác định tọa độ xác định công thức: [1] toán tọa độ động X ( ) = T + (1 + D)R T X (1) , (1) Để tính tọa độ điểm GNSS (Global đó: Navigation Satellite Systems), từ số liệu đo X(2) - véc tơ tọa độ điểm khung GNSS kết hợp với việc sử dụng tọa độ quy chiếu (2); điểm IGS (International GNSS Service) đóng X(1) - véc tơ tọa độ tương ứng điểm đó vai trò điểm khống chế để xác định tọa khung quy chiếu (1); độ điểm đo Tọa độ điểm GNSS T - véc tơ dịch chuyển gốc tọa độ; liên quan chặt chẽ với khung quy chiếu Trái đất D - khác tỷ lệ quốc tế lịch vệ tinh chính xác, tọa độ, R - ma trận xoay trục tọa độ khung vận tốc điểm IGS, số liệu hỗ trợ quy chiếu tính theo công thức: biểu diễn hệ tọa độ RT = R1T ( R1) R 2T ( R 2) R3T ( R3) = Có phương pháp khác để xác định tọa độ điểm GNSS (của đợt đo  − R3 R  thuộc công trình, dự án khác nhau) , (2)  ÷ =  R3 − R1÷ ITRF thống tại thời điểm xác  − R R1 định: phương pháp thứ tập hợp xử lý ÷  lại tồn số liệu đo; phương pháp thứ hai đó: R1, R2, R3 - góc xoay Ơle nhỏ dùng phép biến đổi tọa độ Với phương Vì D nhỏ nên có thể viết: pháp thứ nhất, việc xử lý lại toàn số liệu khối X  X   T1 X  lượng công việc lớn phức tạp; phương  Y  =  Y  + T 2 + D  Y  + pháp thứ hai khối lượng tính toán giảm         cách dẫn đến khả cập nhật kết  Z  (2)  Z  (1) T 3  Z  (1) thuận lợi Vì vậy, , (3) − R3 R   X   báo phép biến đổi tọa độ đã lựa chọn để chuyển đổi tọa độ số điểm GNSS tại +  R3 − R3  Y  ITRF thời điểm khác   Z  (1)  − R R1 ITRF08 tại thời điểm quan tâm 53 Z(2) Z(1) R3 Y(1) O(1) O(2) T2 R1 X(2) Y(2) T3 T1  quy chiếu (2) tại thời điểm t viết sau: (công thức 5)  X(t)   X(t)   T1(t)   Y(t)  =  Y(t)  +  T2(t)  + D(t) ×        Z(t)  (2)  Z(t)  (1)  T3(t)  R2 X(1) Hình Chuyển đổi giữa khung quy chiếu Các tham số T1, T2, T3, R1, R2, R3 D biến đổi theo thời gian theo mơ hình tuyến tính sau: βi ( t ) = βi ( t ) + β i ( t − t ) , (4) đó: βi đề cập tới tất tham số với i = đến 7; β i - đạo hàm bậc βi theo thời gian; βi(t) - giá trị tại thời điểm t; βi(t0) - giá trị tại thời điểm t0 Từ đó công thức chuyển đổi tọa độ điểm khung quy chiếu (1) tại thời điểm t0 sang khung  đó: −R3(t) R2(t)   X(t)      ×  Y(t)  +  R3(t) − R1(t)  × , (5)   Z(t)  (1)  − R2(t) R1(t)  X(t)  ×  Y(t)   Z(t)  (1) Kết hợp với công thức (4), công thức (5) viết dạng sau: & - t )  T1(t ) + T1.(t  X(t)   X(t)   Y(t)  =  Y(t)  +  T2(t ) + T2.(t & - t ) + 0       &  Z(t)  (2)  Z(t)  (1)  T3(t ) + T3.(t - t )   X(t)   X(t)    & − t )) Y(t) + R% Y(t)  + (D(t ) + D.(t      Z(t)  (1)  Z(t)  (1)  − ( R 3( t ) + R 3.( t − t )) R 2( t ) + R 2.( t − t )  ~   R =  R 3( t ) + R 3.( t − t ) − (R1( t ) + R 1.( t − t ))  − ( R 2( t ) + R 2.( t − t ))  R1( t ) + R 1.( t − t )   Công thức tính chuyển tọa độ khung quy chiếu từ thời điểm t0 sang thời điểm t: X ( t ) X ( t ) VX ( t ) Y ( t ) = Y ( t ) + ( t − t ) V ( t )   Y  ,(8)     Z( t )   Z( t )   VZ ( t )  đó: VX, VY, VZ - vận tốc khung quy chiếu tại thời điểm t0 Công thức tính đổi tọa độ B, L, H X, Y, Z trình bày [1]; cơng thức tính chuyển vận tốc chuyển dịch từ VX, VY, VZ sang VN, VE, VH ngược lại trình bày [5] 54 , (6) , (7) 2.2 Các tham số tính chuyển khung quy chiếu Trái đất quốc tế Việc tính chuyển tham số (tọa độ vận tốc) ITRF tổ chức ITRF đảm bảo việc thu thập số liệu, xử lý, xác định công bố tham số tính chuyển Với vai trò người sử dụng, để có thể tính chuyển tọa độ ITRF cần nắm vững áp dụng công thức tính chuyển, bên cạnh đó còn phải khai thác ứng dụng chính xác tham số tính chuyển ITRF công bố Một số tham số chuyển đổi khung quy chiếu Trái đất quốc tế tại thời điểm xác định thống kê bảng Bảng Các tham số chuyển đổi giữa ITRF [3] T3 R3 T1 T2 D R1 R2 T3 T1 T D R1 R Thời R ITRF(1) ITRF(2) -8 điểm mm mm mm 10 0.0001" 0.0001" 0.0001" -8 mm/n mm/n mm/ 10 /n 0.0001"/n 0.0001"/n 0.0001"/n -2 -7 -7 1.2 -3.9 -9.6 1988 92 93 -2.9 0.4 0.8 -1.1 -1.9 0.5 –6 15 –0.04 0.39 –0.80 0.96 1988 93 94 2.9 –0.4 –0.8 0.0 0.11 0.19 –0.05 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1997 94 96 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1997 96 97 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 –6.7 –6.1 18.5 –0.155 0.0 0.0 0.0 1997 97 00 0.0 0.6 1.4 -0.001 0.0 0.0 -0.02 -0.1 0.8 5.8 -0.040 0.0 0.0 0.0 2000 00 05 0.2 -0.1 1.8 -0.008 0.0 0.0 0.0 0.5 0.9 4.7 -0.094 0.0 0.0 0.0 2005 05 08 -0.3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Số liệu kết xử lý điểm có tọa độ vận tốc ITRF 3.1 Số liệu đầu vào sớm nước ta, tọa độ điểm - Các điểm lãnh thổ Việt Nam tính toán tại thời điểm ngày 18 tháng năm đề án GEODYSSEA: gồm điểm GPS ký hiệu 1996 vận tốc chuyển dịch tuyệt đối CAMP NONN [4] Có thể nói, hai điểm tính toán ITRF94 Bảng Tọa độ vận tốc chuyển dịch tuyệt đối ITRF94 VN VE VH TT Tên điểm X (m) Y (m) Z (m) (mm/n) (mm/n) (mm/n) CAMP NONN -1772773.7 5687232.7 2271331.7 -7.222 47.131 27.081 -1921866.2 5823665.7 1747139.6 -3.163 43.978 23.779 - Số liệu mạng lưới Châu Á-Thái phần mềm Bernese 5.0 tính toán Bình Dương gồm trạm DGPS đo đạc ITRF2005 tại thời điểm 14 tháng năm liên tục ngày Số liệu xử lý 2011 Bảng Tọa độ vận tốc chuyển dịch tuyệt đối ITRF05 VX VY VZ Tên TT X (m) Y (m) Z (m) (mm/n) (mm/n) (mm/n) điểm DIEB -1336842.3589 5787988.4777 2315702.2337 -27.9 0.9 -7.5 DOSN -1724757.3113 5714523.9123 2239792.0381 -31.5 9.7 -1.6 NT01 -1726969.5598 5714864.9610 2237081.3952 -37.7 0.3 -8.3 -31.6 11.7 -8.1 NT03 -1844373.5828 5997105.5914 1142317.0471 NT04 -1575936.5376 6075089.2311 1132070.0808 -11.9 -16.1 -12.2 QT01 -1339440.8661 5788398.0363 2313170.2666 -25.8 -21.2 -16.9 -25.8 -6.9 -15.1 QT03 -1916791.4202 5822974.9472 1754668.6945 VUNT -1849617.0087 5995299.9216 1143372.7255 -22.4 -3.9 -10.7 55 3.2 Các bước tính Từ số liệu thu thập cùng công thức, tham số tính chuyển hai khung quy chiếu, việc tính chuyển tọa độ điểm ITRF khác tại thời điểm khác ITRF08 tại thời điểm ngày 18 tháng năm 2012 tiến hành theo quy trình sau: X(1), Y(1), Z(1) thời điểm t0 - Sử dụng công thức (4) để xác định tham số tính chuyển từ ITRF(1) sang ITRF(2) tại thời điểm t - Áp dụng công thức (6) (8) để tính chuyển tọa độ khung quy chiếu tại thời điểm khác Việc tính chuyển tọa độ khái quát dạng sơ đồ sau: X(1), Y(1), Z(1) thời điểm t X(2), Y(2), Z(2) thời điểm t 3.3 Kết tính tốn Từ bước tính chuyển tọa độ trình bày trên, tọa độ hai điểm CAMP, NONN tọa độ điểm thuộc mạng lưới Châu Á-Thái Bình Dương tính chuyển thống đến khung quy chiếu ITRF08 tại thời điểm 18 tháng năm 2012 (bảng 4) Bảng Tọa độ điểm GPS ITRF08 thời điểm 18/7/2012 TT Tên điểm CAMP NONN X (m) Y (m) Z (m) -1772774.5625 5687232.9039 2271331.8300 DIEB -1921866.9957 -1336842.3829 5823665.8416 5787988.4739 1747139.7398 2315702.2299 DOSN -1724757.3380 5714523.9160 2239792.0393 NT01 -1726969.5917 5714864.9568 2237081.3908 NT03 NT04 -1844373.6094 -1575936.5479 5997105.5965 6075089.2127 1142317.0439 1132070.0742 QT01 -1339440.8883 5788398.0139 2313170.2549 QT03 -1916791.4419 5822974.9368 1754668.6848 10 VUNT -1849617.0276 5995299.9136 1143372.7201 Kết luận Với việc tìm hiểu sở lý thuyết, công thức, khai thác số liệu hỗ trợ quốc tế, tọa độ số điểm GNSS đã tính chuyển từ ITRF94 tại thời điểm 18/4/1996 ITRF05 tại thời điểm 14/9/2011 ITRF08 tại thời điểm 18/7/2012 Theo cách tính toán này, việc xác định tọa độ điểm ITRF thống tại thời điểm xác định giải cách tối ưu 54 Kết góp phần vào việc nghiên cứu hệ quy chiếu động quốc gia kết nối với khung quy chiếu Trái đất quốc tế ngược lại Nó tạo điều kiện thuận lợi để giải toán toàn cầu có ý nghĩa thiết thực việc nghiên cứu triển khai hệ tọa độ động tương lai nước ta TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS.TSKH Phạm Hoàng Lân, PGS.TS Đặng Nam Chinh, TS Dương Vân Phong, TS Vũ Văn Trí (2012), Trắc địa cao cấp đại cương, NXB Khoa học kỹ thuật [2] Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) and US Naval Observatory (USNO) (2010), IERS Conventions (2010) [3] Christopher Jekeli (2012), Geometric Reference Systems in Geodesy [4] http://www.geologie.ens.fr/~vigny/geod03.html [5] T Soler, J.Y Han, and N.D Weston (2011), Alternative transformation from Cartesian to geodetic coordinates by least squares for GPS georeferencing applications, Computers & Geosciences pp.100-109 SUMMARY Transformation coordinates between international terrestrial fererence frames Bui Thi Hong Tham, Hanoi University for Natural Resources and Environment An International Terrestrial Reference Frame is defined as the realization of a TRS, through the realization of its origin, orientation axes and scale, and their time evolution [2] The time is a basic feature in one This paper presents the theory, the basic formula and method of calculating the coordinates transfer between International Terrestrial Reference Frames Coordinates of some GNSS points from the previous ITRF at different times have been converted to ITRF08 at the same time 57 ... 2.2 Các tham số tính chuyển khung quy chiếu Trái đất quốc tế Việc tính chuyển tham số (tọa độ vận tốc) ITRF tổ chức ITRF đảm bảo việc thu thập số liệu, xử lý, xác định công bố tham số tính chuyển. .. tọa độ khung quy chiếu tại thời điểm khác Việc tính chuyển tọa độ khái quát dạng sơ đồ sau: X(1), Y(1), Z(1) thời điểm t X(2), Y(2), Z(2) thời điểm t 3.3 Kết tính tốn Từ bước tính chuyển tọa. .. ITRF thống tại thời điểm xác định giải cách tối ưu 54 Kết góp phần vào việc nghiên cứu hệ quy chiếu động quốc gia kết nối với khung quy chiếu Trái đất quốc tế ngược lại Nó tạo điều kiện thuận