Đang tải... (xem toàn văn)
TÀI LIỆU TẬP BÀI GIẢNG TRẮC ĐỊA CAO CẤP. DÀNH CHO SINH VIÊN CÁC TRƯỜNG CHUYÊN NGÀNH KHOA HỌC XÃ HỘI VÀ CÁC TRƯỜNG KHÁC, GIÚP SINH VIÊN HỆ THỐNG, ÔN TẬP VÀ HỌC TỐT KHI HỌC TÀI LIỆU TẬP BÀI GIẢNG TRẮC ĐỊA CAO CẤP
TẬP BÀI GIẢNG TRẮC ĐỊA CAO CẤP LỜI NÓI ĐẦU Trắc địa ngành khoa học có lịch sử lâu đời xếp vào nhóm khoa học Trái đất Vai trị ý nghĩa thể trước hết chủ yếu nhiệm vụ nghiên cứu, xác định kích thước, hình dạng trọng trường Trái đất thay đổi chúng theo thời gian Đây nội dung, chức phận quan trọng khoa học Trắc địa biết đến với tên gọi Trắc địa cao cấp Tên gọi dùng để chuyên ngành đào tạo Trắc địa gồm nhiều mơn học chun sâu Nó hiểu môn học nhiều môn học khác lĩnh vực Trắc địa Trong khuôn khổ chương trình khung giáo dục đại học ngành kỹ thuật trắc địa đồ Bộ Giáo dục Đào tạo thơng qua cách năm hình thành học phần Trắc địa cao cấp đại cương với tín Đề cương học phần xây dựng Bộ môn Trắc địa cao cấp thuộc khoa Trắc địa trường Đại học Mỏ - Địa chất, khơng nhiều sở đào tạo có bề dày xấp xỉ 50 năm với uy tín thừa nhận rộng rãi lĩnh vực trắc địa - đồ nước ta Đề cương trình duyệt thơng qua cấp có thẩm quyền Để phục vụ đáp ứng nhu cầu giảng dạy, học tập môn Trắc địa cao cấp theo Đề cương nói trên, tập thể giảng viên có thâm niên nhiều năm Bộ môn Trắc địa cao cấp khoa Trắc địa trường Đại học Mỏ - Địa chất tiến hành biên soạn Giáo trình Trắc địa cao cấp đại cương Trách nhiệm chủ biên GS TSKH Phạm Hoàng Lân đảm nhận Nội dung chương, tiết cụ thể phân chia biên soạn sau: GS.TSKH Phạm Hoàng Lân: chương 1, chương 2, tiết 3.1, 4.1, 5.4; PGS TS Đặng Nam Chinh: tiết 3.3, 4.2, 5.5, 5.6; TS Vũ Văn Trí: tiết 3.2, 5.3; TS Dương Vân Phong: tiết 4.3, 5.1, 5.2; ThS Nguyễn Xuân Tùng: tiết 3.4, 3.5 Tập thể tác giả bày tỏ cảm ơn chân thành Bộ mơn Trắc địa cao cấp tín nhiệm giao phó nhiệm vụ thường xuyên quan tâm, động viên, tạo điều kiện thuận lợi cho việc biên soạn giáo trình Do giáo trình biên soạn lần đầu, lại gồm nhiều tác giả, nên không tránh khỏi thiếu sót định nội dung hình thức Tập thể tác giả xin trân trọng cảm ơn đồng nghiệp bạn đọc ý kiến nhận xét, đóng góp cho giáo trình nghiêm túc tiếp thu, chỉnh sửa để lần ấn hành tiếp sau hoàn chỉnh Hà nội Chương MỞ ĐẦU 1.1 Nhiệm vụ vai trò Trắc địa cao cấp 1.1.1 Nhiệm vụ Trắc địa cao cấp Trắc địa cao cấp lĩnh vực khoa học Trái đất, có nhiệm vụ nghiên cứu, , hình dạng xác định kích thước trường lực hút hay trọng trường Trái đất thay đổi chúng theo thời gian Nếu Trắc địa xem ngành khoa học xếp vào nhóm khoa học Trái đất trước hết chủ yếu có hàm chứa chức năng, nhiệm vụ khái quát nêu Trái đất, biết, vật thể vũ trụ thuộc hệ thống Mặt trời; Nó khối vật chất có hình thù độ lớn định, tự quay quanh trục (và quay quanh Mặt trời), gây trường lực hút tồn bên bên bề mặt tự nhiên Con người với tư cách chủ thể, đại diện cao cấp sống văn minh Trái đất cần phải thực tế từ sớm đặt để tự giải đáp ngày cặn kẽ câu hỏi tất yếu độ lớn, hình thù hành tinh sống chất, ảnh hưởng lực hút chi phối tượng trình tự nhiên xảy giới xung quanh Từ câu hỏi tự nhiên hình thành lĩnh vực kiến thức rộng lớn sâu sắc gọi Trắc địa với thành phần cốt lõi Trắc địa cao cấp Bề mặt thực Trái đất vốn uốn nếp, lồi lõm; Hình dạng thực khơng thể thể biểu thức tốn học đơn giản Do vậy, xác định kích thước, hình trường dạng trọng Trái đất chọn bề mặt toán học tương đối chuẩn tắc, gần với hình khối Trái đất, làm mặt tham khảo để tìm cách xác định khoảng chênh không lớn mặt đất thực bề mặt biết Mặt tham khảo thường chấp nhận mặt ellipsoid tròn xoay với độ dẹt nhỏ Vấn đề cần xác định đặc trưng hình học tương ứng, chẳng hạn, bán trục lớn độ dẹt ellipsoid Khoảng chênh cần biết bề mặt tự nhiên Trái đất ellipsoid tham khảo xác định thông qua phép đo đạc bề mặt Trái đất khơng gian bên ngồi (Cách giải hoàn toàn tương tự áp dụng trường hợp nghiên cứu, xác định trọng trường Trái đất) Đó phép đo trắc địa truyền thống đại lượng đo là: góc (dài, hướng), chiều độ cao; Phép đo thiên văn đại lượng đo vị trí tương hỗ tính theo đơn vị góc phương đường dây dọi qua điểm xét phương tới thiên thể; Phép đo trọng lực đại lượng đo cường độ (độ lớn) lực hút Trái đất gây ra; Phép quan sát vệ tinh đại lượng đo khoảng cách phương hướng vệ tinh nhân tạo có toạ độ biết điểm xét Nhưng, phép đo khác lại chịu ảnh hưởng có liên quan mức độ hay mức độ khác với trường lực hút Trái đất Như vậy, trọng trường Trái đất không đối tượng nghiên cứu, xác định độc lập với hình dạng Trái đất, mà cịn thành phần thiết yếu gắn kết chặt chẽ với nhiệm vụ mang tính chất khoa học Trắc địa cao cấp Bề mặt tự nhiên kích thước, hình dạng Trái đất nói chung khơng bất biến, mà thay đổi theo thời gian, dù chậm, với chu kì hàng kỉ Trục quay tốc độ quay ngày đêm Trái đất cấu trúc bên khơng cố định Cùng với nhiều nguyên nhân khác, tượng dẫn đến chuyển động đại vỏ Trái đất làm cho kích thước, hình dạng trọng trường Trái đất, kể qui mơ tồn cầu phạm vi cục bộ, liên tục biến đổi Nghiên cứu, xác định biến đổi qui nhiệm vụ có tính khoa học mà Trắc địa cao cấp đảm nhận Những toán mang tầm cỡ ý nghĩa giải quyết, khơng có số liệu đo đạc thực tế thu nhận phương pháp thiết bị, máy móc quan trắc, đo đạc xác cao ngày hoàn chỉnh đa dạng lí thuyết phương tiện xử lí thơng tin ngày mạnh Các dạng đo đạc cục cỡ khu vực hay quốc gia lí thuyết có liên quan làm nên tảng thiết yếu cho việc xây dựng nên cơng trình đồ sộ với nhiệm vụ, chức khoa học Trắc địa cao cấp, mà hợp thành nội dung nhiệm vụ quan trọng khác nó, nhiệm vụ khoa học – kĩ thuật Sản phẩm nhiệm vụ tập hợp điểm mặt đất liên kết thành mạng lưới toạ độ xác định hệ thống cụ thể riêng biệt cho quốc gia, khu vực hay thống toàn cầu Chúng sở cho việc nghiên cứu, xác định bề mặt trọng trường Trái đất qui mô cục bộ, để đáp ứng nhu cầu toạ độ ngành kĩ thuật, kinh tế quốc dân an ninh quốc phòng nước Đôi nhiệm vụ khoa học - kĩ thuật Trắc địa cao cấp gọi nhiệm vụ thực tiễn Cần lưu ý cách phân chia nhiệm vụ Trắc địa cao cấp mang tính chất ước lệ tương đối, thực chúng liên kết mật thiết với nhau, bổ sung cho Dễ hiểu nhiệm vụ khoa học khả thi sở thành nhiệm vụ thực tiễn, ngược lại nhiệm vụ thực tiễn giải sâu sắc, triệt để có hiệu quả, xuất phát dựa thành tựu nhiệm vụ khoa học Trắc địa cao cấp 1.1.2 Vai trò Trắc địa cao cấp Là phận cốt lõi đặc trưng cho thuộc tính khoa học Trắc địa, Trắc địa cao cấp đưa mục tiêu, yêu cầu định hướng cho phát triển chung khoa học Trắc địa phận cấu thành Với nhiệm vụ xuyên suốt nêu phần trước, Trắc địa cao cấp triệt để khai thác mạnh thành tựu giai đoạn lịch sử cụ thể lí thuyết thực tiễn đo đạc trắc địa xác cao, đo thiên văn, quan sát vệ tinh nhân tạo Trái đất vật thể vũ trụ xa Trái đất như: Mặt trăng, ngơi phát sóng vơ tuyến, đo sức hút đặc trưng khác trọng trường đất liền, biển từ vệ tinh, v.v…Trắc địa cao cấp đề yêu cầu ngày cao độ xác, mật độ, quy mô cho dạng số liệu đo đạc, quan trắc, mà cịn xây dựng nên lí thuyết kết hợp sử dụng số liệu khác loại ngày đa dạng với khối lượng thông tin khổng lồ khơng ngừng tích luỹ Về mặt lí thuyết, với nhiệm vụ xuyên suốt nêu phần trước Trắc địa cao cấp đưa phương pháp hình học sử dụng số liệu thiên văn số liệu trắc địa, đến phương pháp vật lí sở khai thác số liệu đo lực hút trọng trường phương pháp vũ trụ thông qua kết quan sát vệ tinh nhân tạo Trái đất vật thể bên Trái đất Chính tốn nghiên cứu, xác định kích thước, hình dạng trọng trường Trái đất thể thống đặt nhu cầu kết hợp sử dụng phương pháp loại số liệu khác thiết lập khung quy chiếu hệ toạ độ chung cho tồn cầu sở có tính đến ảnh hưởng tượng địa động như: chuyển động cực Trái đất, địa triều, dịch chuyển mảng vỏ Trái đất, v.v… Tương ứng hình thành lĩnh vực nghiên cứu sâu rộng có liên quan với đặc thù riêng, định hướng vào mục tiêu chung thể nhiệm vụ Trắc địa cao cấp Yêu cầu độ xác cao, qui mô bao quát rộng lớn chủng loại đa dạng số liệu đo đạc đòi hỏi khơng ngừng hồn thiện phương pháp luận, trang thiết bị Từ nguyên lí đo ngắm chủ yếu phổ biến từ nhiều kỉ trước dựa sở quang học, máy móc, dụng cụ thu nhận thơng tin phục vụ tốn Trắc địa cao cấp từ cách khoảng 50-60 năm chuyển mạnh sang ứng dụng thành tựu tiên tiến điện tử, tin học với công nghệ số, chẳng hạn quan trắc vệ tinh vật thể vũ trụ, theo dõi chuyển động đại vỏ Trái đất, biến đổi đặc trưng trọng trường,v.v… Với giá trị toạ độ không gian điểm xét nằm cách hàng trăm, hàng nghìn, chí hàng chục nghìn kilơmét kể đất liền, biển không liệu đặc trưng trọng trường Trái đất quy mơ khu vực hay tồn cầu, hàng loạt toán định vị, dẫn đường nhằm đáp ứng mục đích khoa học – kĩ thuật, kinh tế an ninh - quốc phòng với mức độ xác tiêu khác trở nên hồn tồn khả thi Có thể nói, thành khoa học thực tiễn trắc địa cao cấp trở nên thiết yếu đóng vai trị ngày đáng kể hoạt động nghiên cứu sản xuất người 1.2 Cấu trúc Trắc địa cao cấp 1.2.1 Các mảng kiến thức cấu thành Với chức lĩnh vực chuyên ngành trình bày, trắc địa cao cấp bao gồm mảng kiến thức cấu thành có liên quan mật thiết là: xác lập vị trí tương hỗ ngun nhân làm thay đổi vị trí ngơi (thiên thể) bầu trời sử dụng chúng để xác định vị trí điểm xét mặt đất; Phân tích cấu trúc trọng trường xác định ảnh hưởng đến đặc trưng hình học Trái đất; Liên kết hình học điểm bề mặt Trái đất qui chuyển chúng mặt tham khảo dạng ellipsoid; Liên kết toán học yếu tố đường mặt ellipsoid thể chúng lên mặt phẳng; Kết nối vị trí vật thể vũ trụ vệ tinh nhân tạo Trái đất với điểm xét mặt đất thiết lập khung qui chiếu hệ toạ độ qui mơ tồn cầu, kể đất liền đại dương; Xử lí chặt chẽ số liệu đo đạc xác cao kết hợp tối ưu thành quan trắc khác loại Những chủ đề cốt lõi mơn học tương ứng với tên gọi: Thiên văn cầu, Thiên văn trắc địa, Lí thuyết hình dạng Trái đất (Trọng lực trắc địa, Trắc địa vật lí), Xây dựng lưới trắc địa (Các cơng tác trắc địa bản), Bình sai lưới trắc địa, Trắc địa mặt cầu, Công nghệ GPS (Trắc địa vệ tinh), Trắc địa biển Ở số nước, với Trắc địa cơng trình, Trắc địa ảnh chuyên ngành khác, có đào tạo chuyên ngành Trắc địa cao cấp Chẳng hạn, LB Nga chuyên ngành với tên gọi Thiên văn - Trắc địa; Ở Trung quốc gọi Thiên văn - Trắc địa, tồn năm cuối kỷ trước, sau ghép với chuyên ngành trắc địa khác Trong chương trình đào tạo chuyên ngành Trắc địa cao cấp có mơn học Trắc địa cao cấp, nội dung chủ yếu bao gồm công tác đo đạc ngoại nghiệp phần tính tốn bình sai Cùng với mơn học chuyên sâu với tên gọi nhắc đến phía Cịn chun ngành khơng phải Trắc địa cao cấp kiến thức Trắc địa cao cấp trình bày khn khổ môn học mang tên “Trắc địa cao cấp” Nga, Trung quốc hay “Đo đạc Trái đất” Đức Ở Việt Nam, Trắc địa cao cấp chưa tách thành chuyên ngành riêng, mà nằm chương trình đào tạo bậc đại học theo chuyên ngành với tên ghép Trắc điạ cao cấp – cơng trình trước hay gọn Trắc địa Chỉ bậc đào tạo tiến sĩ có chuyên ngành Trắc địa cao cấp số chủ đề giảng dạy dạng chuyên đề, bậc đại học kiến thức Trắc địa cao cấp chuyển tải qua số môn học như: Trắc địa cao cấp ngoại nghiệp, Thiên văn cầu đo thiên văn gần đúng, Bình sai, Trắc địa mặt cầu, Trắc địa lí thuyết, Cơng nghệ GPS, Trắc địa biển Trong khn khổ chương trình khung trình độ đại học xây dựng cho ngành đào tạo Kĩ thuật Trắc địa - Bản đồ từ cách năm hình thành học phần Trắc địa cao cấp đại cương với mục tiêu: sau học xong học phần, sinh viên hiểu trắc địa cao cấp môn học Trái đất; Trắc địa cao cấp sử dụng máy móc, thiết bị thu nhận xử lí thơng tin hình dạng, kích thước, trọng trường Trái đất, định vị điểm mặt đất không gian quanh Trái đất, cung cấp số liệu trắc địa gốc cho công tác trắc địa, đồ phục vị kinh tế quốc phòng 1.2.2 Nội dung Trắc địa cao cấp Dưới Trắc địa cao cấp xem xét môn học không thuộc chuyên ngành Trắc địa cao cấp theo cách hiểu phân định nêu phần Vì thế, nội dung Trắc địa cao cấp đề cập đến bao gồm chủ yếu khái niệm, nguyên lý nguyên tắc giải vấn đề trình bày theo trình tự từ nhận thức lý thuyết đến giải pháp thực tế Như vậy, kiến thức trắc địa cao cấp xây dựng xuất phát từ khái niệm trọng trường hình dạng Trái đất Từ lực thành phần tồn khách quan tự nhiên lực hấp dẫn lực li tâm, hình thành lực tổng hợp với tên gọi lực hút Trái đất hay trọng lực tương ứng với có trường trọng lực hay trọng trường Trên sở mối quan hệ khái niệm lực, ta có đặc trưng khác trọng trường đường sức mặt đẳng hiểu đặc trưng cốt lõi trọng trường trọng trường để từ tiếp cận khái niệm trọng trường chuẩn nhiễu yếu tố trọng trường là: trọng lực, dị thường trọng lực, độ lệch dây dọi dị thường độ cao Tiếp đó, dựa mối liên hệ mật thiết trọng trường hình dạng Trái đất, xem xét nguyên lý phương pháp khác việc giải nhiệm vụ Trắc địa cao cấp thông qua số liệu đo đạc mặt đất như: đo trắc địa, đo trọng lực kết quan trắc đối tượng Trái đất như: đo thiên văn, quan sát vệ tinh Do hình dạng trọng trường Trái đất cần xác định sở chọn bề mặt tham khảo có dạng ellipsoid tròn xoay phù hợp với Trái đất, nên cần hiểu nguyên lý xác lập ellipsoid chuẩn ellipsoid thực dụng hệ thống toạ độ gắn với chúng tốn có liên quan Các mục đích khoa học thực tiễn Trắc địa cao cấp đạt cách sử dụng số liệu đo đạc thực tế, vậy, nội dung quan trọng khơng thể thiếu phải dạng lưới đo đạc từ mạng lưới toạ độ mặt bằng, mạng lưới độ cao, mạng lưới trọng lực đến đo thiên văn, quan trắc vệ tinh vấn đề xử lý số liệu đo Với nội dung nêu trên, Trắc địa cao cấp diễn giải cách khái quát, đủ độ chi tiết cần thiết để người đọc hiểu nhiệm vụ, vai trò khả giải thực thi 1.3 Mối liên hệ Trắc địa cao cấp khoa học Trái đất khác Trong số khoa học Trái đất thiên văn học lĩnh vực gắn bó với Trắc địa cao cấp, cung cấp kiến thức quan trọng cần thiết vị trí tương hỗ thiên thể bầu trời thiên thể điểm xét mặt đất để sở sử dụng kết quan sát thiên thể vào mục đích trắc địa Tương ứng, Trắc địa cao cấp cần đến chuyên ngành có liên quan trực tiếp là: Thiên văn cầu, Thiên văn thực dụng (Thiên văn trắc địa) Thiên văn đo lường Cùng với việc sử dụng vệ tinh nhân tạo Trái đất vật thể vũ trụ xa, Trắc địa cao cấp quan tâm đến qui luật chuyển động vật chất ảnh hưởng lực hấp dẫn xem xét chuyên ngành Cơ học thiên thể Dựa phép đo đạc quan trắc thực bầu khí Trái đất, Trắc địa cao cấp cần đến kiến thức chuyên ngành Vật lí khí Khoảng ¾ bề mặt Trái đất bị bao phủ tầng thuỷ quyển, nên nói khu vực nghiên cứu chủ yếu Trắc địa cao cấp biển đại dương, Hải dương học có vị trí quan trọng việc giải nhiệm vụ Trắc địa cao cấp Đối tượng khảo sát Trắc địa cao cấp hình dạng trọng trường Trái đất, mà đối tượng lại liên quan trực tiếp đến trạng thái phân bố vật chất lịng Trái đất, nên Trắc địa cao cấp khơng thể đạt tới mục tiêu nghiên cứu có ý nghĩa tác dụng sâu sắc, Trái đất, thiếu liên kết chặt chẽ bổ sung cần thiết Địa chất học Địa vật lí Các số liệu mà Trắc địa cao cấp sử dụng để giải nhiệm vụ thu nhận từ kết quan trắc, đo đạc thiết bị, dụng cụ hoạt động dựa nguyên lí khí, quang học, âm học, điện tử, v.v… với yêu cầu cao độ tin cậy độ xác Dễ hiểu với lí Trắc địa cao cấp có liên quan chặt chẽ với lĩnh vực Đo lường - Tiêu chuẩn, Chế tạo máy tinh vi Về mặt lí thuyết, Trắc địa cao cấp phải sử dụng công cụ mạnh từ lĩnh vực Vật lí, Tốn học như: lí thuyết trường, lí thuyết thế, hàm đặc biệt ( gồm hàm số cầu, hàm elip, hàm Bessel, v.v…), hàm ngẫu nhiên, hình học vi phân, tốn thống kê, v.v… Song, Trắc địa cao cấp không tận dụng thành tựu ngành khoa học Trái đất ngành khoa học tự nhiên khác, mà thân đặt vấn đề, tốn để ngành tham gia giải thơng qua có điều kiện để mở rộng phát triển Chính lịch sử phát triển Trắc địa cao cấp minh chứng cho điều Công tác đo cung độ với yêu cầu cao độ xác toạ độ thiên văn địi hỏi hoàn thiện phát triển phương pháp, thiết bị lý thuyết xử lý kết quan sát lĩnh vực Thiên văn đo lường dẫn đến hình thành chuyên ngành Thiên văn trắc địa Nhu cầu sử dụng số liệu đo trọng lực việc giải nhiệm vụ Trắc địa cao cấp tạo nên chuyên ngành Trọng lực trắc địa, sau phát triển thành Trắc địa vật lý Số liệu đo đạc nhà trắc địa Anh thực Ấn độ vào kỷ 19 đóng vai trò tảng cho việc đề xuất lý thuyết cân đẳng tĩnh cấu trúc vỏ Trái đất thừa nhận rộng rãi Địa chất Địa vật lý Kết đo trọng lực biển đo cao từ vệ tinh ( Altimetry ) cho phép nghiên cứu, xác định xác bề mặt vật lý biển đại dương, đóng góp hiệu vào việc giải nhiều toán Hải dương học Kết giao thoa Trắc địa với Thiên văn, Địa chất, Địa lý, Địa vật lý, Hải dương học, v.v đời ngành Địa động lực học ( Geodinamics ) phát triển mạnh mẽ với ý nghĩa vai trò sâu rộng Với việc khai thác tín hiệu điện từ phát từ vệ tinh thuộc hệ thống định vị toàn cầu ( GPS ) khác Trắc địa cao cấp đem lại cho lĩnh vực Vật lý khí cách tiếp cận hiệu việc nghiên cứu tầng điện ly thơng qua theo dõi chuyển động đại vỏ Trái đất thảm hoạ thiên nhiên như: động đất, núi lửa, sóng thần, v.v…Cịn kể nhiều dẫn chứng mối quan hệ vai trò Trắc địa cao cấp nói riêng Trắc địa nói chung ngành khoa học Trái đất ngành khoa học khác Để khái quát điều này, xin dẫn ý kiến mà Giáo sư Krasovski F.N viết sách giáo khoa tầm cỡ với tiêu đề ″Cẩm nang Trắc địa cao cấp″ là: ″ vào thời kì định, thành tựu Trắc địa luận chứng cần thiết cho vận động mạnh mẽ ý tưởng lĩnh vực vật lí, học thiên văn học ″ 1.4 Lịch sử phương hướng phát triển trắc địa cao cấp 1.4.1 Các giai đoạn phát triển trắc địa cao cấp Trong suốt trình phát triển kể từ hình thành đến trắc địa cao cấp định hướng xuất phát từ chức chủ yếu nghiên cứu, xác định hình dạng trọng trường Trái đất thay đổi chúng theo thời gian Chính khái niệm hình dạng trọng trường Trái đất nguyên lí phương tiện xác định chúng sở để phân định lịch sử phát triển Trắc địa cao cấp thành giai đoạn khác sau: Giai đoạn Trái đất coi khối cầu Cách khoảng 2500 năm, tức vào kỉ thứ VI trước công nguyên, khái niệm trực quan sơ khai tồn từ lâu trước Trái đất phẳng thay kết luận nhà toán học người Hy lạp Pithagor đưa theo Trái đất khối cầu Trên sở khái niệm có sở khoa học cơng việc xác định kích thước Trái đất tiến hành từ thời cổ đại với nhiệm vụ tìm bán kính R Mục đích qui toán xác định chiều dài cung trịn bề mặt Trái đất trương góc tâm có giá trị o; Tương ứng xuất dạng đo đạc với tên gọi “đo cung độ” Góc tâm đo cách quan sát thiên văn; Chiều dài cung đo vào thời kì xa xưa theo cách trực tiếp thô sơ Kết đáng tin cậy bán kính Trái đất gắn với tên tuổi nhà bác học người Hy lạp Erastophen Sau thời kì dài bị quên lãng, đến kỉ XVI vấn đề kích thước, hình dạng Trái đất quan tâm trở lại xuất nhu cầu khám phá giới với chuyến thám hiểm vượt đại dương tiếng lịch sử Công tác đo cung độ đặt vào tầm cỡ vấn đề khoa học thu hút ý nhà bác học lớn đương thời Dựa đề xuất vào năm 1615 nhà bác học người Hà Lan có tên Snellius việc xác định chiều dài cung bề mặt Trái đất đạt tới thành tựu đáng kể thực theo phương pháp đo tam giác mà từ trở thành phổ biến trắc địa với dụng cụ đo ngắm quang học ngày hồn thiện Giai đoạn hình dạng Trái đất đặc trưng khối ellipsoid tròn xoay Một bước ngoặt khái niệm hình dạng Trái đất xuất với lập luận khoa học nhà bác học vĩ đại người Anh Newton I (1643 – 1727) dựa định luật vạn vật hấp dẫn mà ông đưa năm 1666 kiểm chứng cơng trình đo cung độ tiếng Viện Hàn lâm khoa học Pháp thực Peru vào năm 1735 – 1742 bán đảo Scăngđinavơ vào giai đoạn 1736 – 1737, theo Trái đất phải có dạng ellipsoid trịn xoay dẹt phía hai cực Khái niệm hình dạng Trái đất thay đổi hay, nói hơn, xác hố, song cơng cụ để nghiên cứu, xác định khơng khác ngồi cơng tác đo cung độ Nhưng, tốn trở nên phức tạp với hai tham số cần xác định bán trục lớn bán trục nhỏ hay bán trục lớn độ dẹt ellipsoid tròn xoay Công tác đo cung độ triển khai nhiều nước thuộc khu vực khác Trái đất cung bố trí dọc theo kinh tuyến vĩ tuyến với chiều dài cung xác định từ số liệu đo đạc trắc địa theo chuỗi tam giác trải dài từ hàng trăm đến hàng nghìn kilơmét hai đầu cung có đo thiên văn Kết nhận nhiều ellipsoid Trái đất với giá trị thơng số kích thước cụ thể khác phù hợp cho quốc gia hay lục địa 10 - Xử lý số liệu định vị vệ tinh GNSS số liệu trắc địa không gian (VLBI, SLR ) - Xử lý số liệu trọng lực (trên mặt đất, biển, từ khơng gian) - Tính tốn xây dựng hệ quy chiếu tính chuyển hệ quy chiếu Như biết, để xử lý số liệu trắc địa nói chung số liệu trắc địa cao cấp nói riêng, người ta sử dụng cơng cụ tốn, song trị đo mặt đất lại chịu ảnh hưởng trường vật lý trái đất (thí dụ trường chiết quang, trọng trường, vận động Trái đất vv ), ảnh hưởng đáng kể số liệu đo khoảng cách dài Chính trường vật lý trái đất trị đo, sai số ngẫu nhiên phép đo, ln tồn sai số hệ thống Thí dụ trị đo góc đo góc đứng chứa sai số hệ thống chiết quang ngang chiết quang đứng, giá trị đo chiều dài máy đo xa điện tử, chứa sai số hệ thống mơi trường lan truyền tín hiệu đo, trị đo công nghệ định vị vệ tinh tồn cầu GNSS ln chứa sai số hệ thống tầng điện ly tầng đối lưu, số liệu đo trọng lực biển chịu ảnh hưởng hiệu ứng Eotvos chuyển động tầu đo xét chuyển động quay quanh trục Trái đất, kết đo thủy chuẩn xác chịu ảnh hưởng trường chiết quang cục ảnh hưởng tượng máy lún, mia lún vv Trong xử lý số liệu trọng lực, tính chất riêng hàm hàm điều hòa, người ta áp dụng phương pháp xử lý thống kê, coi dị thường trọng lực ∆g đại lượng ngẫu nhiên bề mặt Trái đất có tính đẳng hướng theo phương ngang Phương pháp sử dụng hàm hiệp phương sai với tham số xác định dựa vào giá trị phương sai thực nghiệm phương pháp hiệu nghiên cứu hình dạng Trái đất theo nguyên tắc trắc địa vật lý Các tham số hàm hiệp phương sai phản ánh mức độ tương quan giá trị dị thường trọng lực dị thường độ cao theo khoảng cách Các tham số sở để tính tốn nội suy giá trị đặc trưng trọng trường Trái đất theo phương pháp collocation Trong xử lý mạng lưới trắc địa quốc gia, mặt ellipsoid trái đất thường chọn làm mặt quy chiếu để tính tốn, trị đo lại triển khai mặt đất Khi tiến hành đo góc ngang xác định phương vị điểm mặt đất, người đo thao tác để đưa trục đứng máy trùng với phương dây dọi điểm đo, tính tốn ellipsoid lại phải vào phương pháp tuyến để 192 thiết lập phương trình trị đo Các chiều dài cạnh đo mặt đất thực, độ cao đó, cần phải tính chuyển mặt ellipxoid xử lý chung với trị đo khác vv Những vấn đề nêu đặt nhiệm vụ phải tính chuyển trị đo trước bình sai lưới Trong xử lý số liệu trắc địa cao cấp, thường phải giải tập hợp số liệu với quy mô lớn Do đặc điểm đó, người ta phải quan tâm tới phương tiện tính tốn, khả lưu số liệu vấn đề tốc độ tính tốn Ngồi ra, người làm cơng tác tính tốn cịn phải ý tới sai số tính tốn số lẻ tính tốn, sai số làm trịn vv Trong phạm vi mơn học này, chúng tơi trình bầy tóm lược vấn đề xử lý bình sai mạng lưới trắc địa hệ tọa trắc địa, cách đặt vấn đề khởi đầu lý thuyết trắc địa ba chiều ( 3D ), Hotine trình bày từ năm 1957 Tuy nhiên, nước có diện tích khơng lớn Việt Nam chúng ta, khơng thiết phải bình sai lưới hệ tọa độ trắc địa mà bình sai hệ tọa độ vng góc phẳng Phương pháp bình sai lưới trắc địa hệ tọa độ phẳng giới thiệu giảng lý thuyết sai số giảng bình sai lưới trắc địa 5.6.1.Tính tốn khái lược Khi xây dựng mạng lưới tọa độ hay mạng lưới độ cao, phải qua giai đoạn cơng tác ngoại nghiệp cơng tác nội nghiệp Tính tốn khái lược bình sai lưới nhiệm vụ công tác nội nghiệp Các mạng lưới tọa độ nhà nước xét đến gồm mạng lưới tọa độ nhà nước hạng I,II,III,IV (theo phân cấp trước đây) Các trị đo mạng lưới tọa độ nhà nước trị đo hướng ngang, trị đo góc ngang, trị đo chiều dài cạnh thước dây invar, trị đo chiều dài máy đo dài điện tử, góc ph ương vị xác định theo phương pháp đo thiên văn, góc đứng góc thiên đỉnh Những mạng lưới tọa độ nhà nước đo đạc sau năm 1980, thường đo công nghệ GPS Mỗi quốc gia sử dụng riêng cho ellipsoid quy chiếu (thực dụng) định vị phù hợp với lãnh thổ Mặt ellipsoid bề mặt sở sử dụng để giải nhiệm vụ công tác trắc địa-bản đồ nước, trước hết bề mặt quy chiếu để chỉnh lý mạng lưới thiên văn- trắc địa quốc gia Các trị đo lưới tọa độ sau tính chuyển mặt ellipsoid bình sai chặt chẽ theo nguyên lý bình phương nhỏ Đối với mạng lưới quy 193 mơ nhỏ, bình sai lưới hệ tọa độ vng góc phẳng Trong trường hợp này, sau tính chuyển trị đo mặt ellipsoid thực dụng, cần tiếp tục tính chuyển trị đo mặt phẳng theo lưới chiếu quy định Công tác tính khái lược thực theo trình tự sau: Trước hết tính khái lược sơ theo phương pháp ” trải rộng” để xác định tọa độ trắc địa (B,L) điểm tam giác, phục vụ tính thành phần độ lệch dây dọi điểm thiên văn Laplace Tại điểm đo thiên văn, người ta xác định độ vĩ độ kinh ( ϕ , λ ) theo phương pháp thiên văn, nhờ tính thành phần độ lệch dây dọi thiên văntrắc địa theo công thức sau: ξ =ϕ −B (5.32) η = (λ − L) cos ϕ (5.33) Người ta chứng minh rằng, giai đoạn tính khái lược, độ cao điểm cần xác định với sai số cỡ 3m đủ để tính chuyển trị đo mặt ellipsoid, thành phần độ lệch dây dọi cần biết với độ xác cỡ 1′′,5 Vì khơng phải tất điểm tam giác tiến hành đo thiên văn, để có độ lệch dây dọi điểm khác, người ta phải sử dụng phương pháp nội suy dựa số liệu đo thiên văn đo trọng lực Sau có kết bước trên, tiến hành tính chuyển trị đo mặt ellipsoid theo phương pháp ”chiếu thẳng” Theo phương pháp cần phải biết số thông tin như: độ cao trắc địa điểm đo, liên quan đến dị thường độ cao ζ thành phần độ lệch dây dọi ξ ,η điểm đo, nhận giai đoạn tính khái lược vừa nêu Tính chuyển trị đo từ mặt đất mặt ellipsoid Trong lưới tam giác đo góc-cạnh truyền thống, trị đo hướng, đo góc, đo chiều dài, đo phơng vị vv tiến hành bề mặt đất thực bề mặt ellipsoid quy chiếu Để xử lý tính tốn trị đo mặt ellipsoid cần phải tính chuyển trị đo từ mặt đất mặt ellipsoid theo công thức chặt chẽ phương pháp ”chiếu thẳng” Các cơng thức chứng minh giáo trình trắc địa mặt cầu, giáo trình trắc địa lý thuyết a Tính chuyển chiều dài đo 194 Để tính chuyển chiều dài đo mặt đất chiều dài mặt ellipsoid ( S ) ta sử dụng công thức sau: - Nếu chiều dài đo máy đo dài điện tử, sử dụng công thức: S3 H S = S 1 − m + R 24 R (5.34) đó: H , H độ cao trắc địa điểm đầu cạnh đo H m độ cao trung bình, tính: H m = H1 + H 2 R bán kính trung bình Trái đất S chiều dài đo chuyển mặt phẳng ngang Cơng thức (3) sử dụng cho chiều dài cạnh không 200km độ cao H , H không 2km - Nếu chiều dài đo thước dây invar, sử dụng công thức sau: U 1, + U 2,1 Hm H m2 S0 = L − L+ L+ R ρ ′′ R ∑ ∆h (5.35) đó: U 1, ,U 2,1 độ lệch dây dọi hướng cạnh đo điểm đầu mút cạnh U i ,k = ξ i cos Ai ,k + η i sin Ai ,k ∑ ∆h (5.36) tổng chênh cao đoạn thước L chiều dài đo chuyển mặt phẳng ngang b Tính chuyển hướng đo Để tính chuyển hướng đo từ mặt đất mặt ellipsoid, phải tính chuyển theo bước sau: - Số hiệu chỉnh thành phần độ lệch dây dọi ξ ,η δ = δU i ,k = −(ξ i sin Ai , k − η i cos Ai ,k ) cot gZ i , k (5.37) Ai ,k góc phương vị hướng đo Z i ,k góc thiên đỉnh điểm ngắm vùng đồng bằng, số hiệu chỉnh độ lệch dây dọi δ cần tính cho hướng đo lưới hạng I,II, cịn vùng núi phải tính cho lưới hạng III hạng IV 195 - Số hiệu chỉnh độ cao điểm ngắm tính theo cơng thức: δ = ρ ′′ H2 e cos B2 sin A1, 2M m (5.38) H độ cao điểm ngắm M m bán kính trung bình cung kinh tuyến ρ ′′ = 206265 Số hiệu chỉnh độ cao điểm ngắm δ tính cho lưới hạng I,II vùng núi, cịn lưới vùng đồng bỏ qua - Tính chuyển hướng đo theo cung pháp tuyến đường trắc địa Khi đo tam giác, hướng đo tính theo cung pháp tuyến thuận, tính tốn phải xét hướng đường trắc địa, số hiệu chỉnh trường hợp là: δ = − ρ ′′ S2 e cos Bm sin A1, 12 N m2 (5.39) đó: N m bán kính trung bình vịng thẳng đứng thứ Số hiệu chỉnh δ nhỏ, cần tính cho hướng đo lưới hạng I c Tính chuyển phương vị thiên văn phương vị trắc địa Tại điểm thiên văn, sau xác định phương vị thiên văn hướng i,k, cần phải tính chuyển phương vị trắc địa theo cơng thức: Ai ,k = ,k − η.tgϕ i + δU i ,k (5.40) đó: ,k phương vị thiên văn; ϕ i vĩ độ điểm đầu i; η i thành phần độ lệch dây dọi mặt phẳng thẳng đứng thứ nhất; δU i ,k số hiệu chỉnh hướng độ lệch dây dọi, tính theo cơng thức (5.37) Các trị đo sau chuyển mặt ellipsoid, tiến hành bình sai lưới mặt ellipsoid Tính chuyển trị đo từ ellipsoid mặt phẳng Để bình sai lưới mặt hệ tọa độ phẳng, sau tính chuyển trị đo từ mặt đất mặt ellipsoid, trị đo cần tính chuyển tiếp mặt phẳng theo công thức tương ứng với lưới chiếu phẳng sử dụng (như Gauss-Kruger hay UTM 196 vv ) Đối với chúng ta, sử dụng lưới chiếu tọa độ phẳng UTM, phần trình bầy cơng thức tính chuyển trị đo theo lưới chiếu UTM Về chất, lưới chiếu UTM lưới chiếu Gauss-Kruger lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc, hệ thống cơng thức tính tốn khác tham số tỷ lệ chiếu kinh tuyến trục a Số hiệu chỉnh chiều dài Để chuyển chiều dài từ mặt ellipsoid (S) lên mặt phẳng (s) theo phép chiếu UTM, ta áp dụng công thức sau: s = S + δS (5.41) Nếu chiều dài cạnh nhỏ 10 km, giá trị δS tính theo cơng thức: k y δS = k − + 2m Rm S (5.42) Nếu chiều dài cạnh dài 10 km khơng q 30 km, áp dụng cơng thức sau: k y m2 k ( y − y1 ) δS = k − + + .S Rm2 24 Rm2 (5.43) đó: y1 , y hồnh độ điểm đầu điểm cuối cạnh y m hồnh độ trung bình cạnh Rm bán kính trung bình Trái đất k tỷ lệ chiếu (chiều dài) kinh tuyến trung ương Có thể nhận thấy rằng, k = cơng thức (5.42),(5.43) lại cơng thức tính tốn theo phép chiếu Gauss-Kruger b Số hiệu chỉnh phương hướng Số hiệu chỉnh phương hướng lượng hiệu chỉnh để chuyển hình chiếu đường trắc địa mặt phẳng (là đường cong) đường thẳng nối điểm mặt phẳng Đối với hướng đo lưới hạng IV, dùng cơng thức sau: δ 1, = − ρ ′′ y m ( x2 − x1 ) Rm2 (5.44) Theo công thức trên, số hiệu chỉnh hướng thuận hướng ngược có giá trị tuyệt đối ngược dấu nhau, tức δ 1, = −δ 2,1 197 Đối với hướng lưới tam giác hạng II,III ta sử dụng công thức: δ 1, = − ρ ′′ ( x − x1 ) ( y − y1 ) ym − Rm (5.45) Đối với hướng đo lưới tam giác hạng I, cơng thức tính số hiệu chỉnh hướng đầy đủ Số hiệu chỉnh góc số hiệu chỉnh hướng phải trừ số hiệu chỉnh hướng trái Khi tính số hiệu chỉnh cho hướng hình tam giác (A,B,C), cần kiểm tra tính tốn số hiệu chỉnh góc theo biểu thức sau: δ A + δ B + δ C = −ε (5.46) ε số dư mặt cầu c Tính chuyển góc phương vị Phương vị trắc địa A điểm, sau tính chuyển mặt phẳng chiếu gọi góc định hướng (hay góc phương vị tọa độ), thường ký hiệu α Cơng thức tính chuyển sau: α i ,k = Ai , k − γ i + δ i ,k (5.47) δ i,k số hiệu chỉnh phương hướng γ i góc hội tụ kinh tuyến phẳng, tính theo cơng thức: γ i = l sin Bi + l3 sin Bi cos Bi (1 + 3η ) ′ ′ 3ρ (5.48) l hiệu số độ kinh kinh tuyến qua điểm i kinh tuyến trung ương múi chiếu, η = e' cos Bm Cơng thức (5.47), (5.48) bảo đảm tính chuyển phương vị với độ xác cỡ 0,01” Tính kiểm tra kết đo trước bình sai Nếu bình sai lưới tam giác hệ tọa độ trắc địa (B,L,H), sau tính chuyển trị đo từ mặt đất lên mặt ellipsoid, cần tính tốn kiểm tra trị đo để phát sai số thô loại bỏ chúng trước bình sai Kiểm tra đơn giản tính sai số khép hình tam giác cầu theo cơng thức: w = A + B + C − (180 + ε ) (5.49) đó: A,B,C góc tam giác (cầu), ε số dư mặt cầu, tính theo cơng thức: 198 ∆ A , B ,C ε= Rm2 ρ ′′ (5.50) ∆ A, B ,C diện tích hình tam giác Đối với chuỗi tam giác bố trí hai phương vị Laplace, tính tốn kiểm tra sai số khép phương vị theo công thức: n W A = Adau + ∑ ± ( β i ) 180 − Acuoi (5.51) i =1 đó: Adau , Acuoi giá trị phương vị đầu phương vị cuối β i góc tính chuyền phương vị, có dấu + góc bên trái dấu - góc bên phải đường tính chuyền n số góc tính chuyền chuỗi tam giác Nếu chuỗi tam giác cầu có cạnh khởi tính hai đầu, tính tốn kiểm tra sai số khép chiều dài cạnh theo phương pháp giải tam giác cầu nhỏ theo đường tính chuyền Nếu bình sai mạng lưới hệ tọa độ vng góc phẳng, sau tính chuyển trị đo mặt phẳng, cần tính tốn kiểm tra sai số khép sau: - sai số khép hình tam giác phẳng w = A + B + C − 180 (5.52) A,B,C góc đo hình tam giác - sai số khép vòng WV = C1 + C + + C n − 360 (5.53) - sai số khép điều kiện cực WC = sin A1 sin A2 sin An −1 sin B1 sin B2 sin Bn (5.54) - sai số khép góc định hướng n Wα = α dau + ∑ (±C i ) − α cuoi ± k 180 i =1 (5.55) đó: α dau góc định hướng cạnh khởi đầu, α cuoi góc định hướng cạnh cuối, C i góc ngoặt đường tính chuyền - sai số khép chiều dài cạnh chuỗi gồm n hình tam giác Ws = S dau sin A1 sin A2 sin An − S cuoi sin B1 sin B2 sin Bn 199 (5.56) S dau chiều dài cạnh đầu chuỗi, S cuoi chiều dài cạnh cuối chuỗi, Ai , Bi góc tính chuyền chiều dài chuỗi tam giác - sai số khép tọa độ n W X = X dau + ∑ S i cos α i − X cuoi i =1 (5.57a) n WY = Ydau + ∑ S i sin α i − Ycuoi i =1 (5.57b) X dau , Ydau tọa độ điểm xuất phát tính sai số khép X cuoi , Ycuoi tọa độ điểm kết thúc tính sai số khép Những giá trị sai số khép cần so sánh với sai số khép giới hạn, sai số khép giới hạn lấy từ đến lần sai số trung phương hàm tính sai số khép tương ứng 5.6.2 Khái niệm chung xử lý số liệu trắc địa cao cấp Những khái niệm chung Trong xử lý số liệu trắc địa, với tiến phương tiện tính tốn, thuật tốn ứng dụng khơng ngừng hồn thiện phát triển Trong năm 1970 trở trước, máy tính điện tử chưa phát triển ứng dụng rộng rãi, để tính tốn trắc địa người ta phải lập loại bảng tra khác nhau, bảng tra logarit (7 số lẻ) phục vụ tính tốn bình sai lới tọa độ, bảng tra phục vụ tính đổi tọa độ, bảng tra phục vụ giải toán trắc địa mặt ellipsoid, bảng tra góc khung đồ vv Số lượng ẩn số khối lượng phép tính tốn bình sai lưới lớn trước nhiệm vụ khó khăn xử lý số liệu trắc địa cao cấp Trong năm 1950, việc bình sai chặt chẽ mạng lưới tọa độ quốc gia nhiệm vụ khó khăn, tốn cơng sức thời gian, quốc gia có diện tích nhỏ Từ năm 1970 trở lại đây, nhờ phát triển mạnh mẽ máy tính điện tử sau máy tính cá nhân (PC), phương pháp tính toán trắc địa thay đổi từ sử dụng bảng tra sang tính tốn theo chương trình máy tính Cũng nhờ tốc độ cao máy tính, thuật tốn tính lặp giải nghiệm hệ phương trình chuẩn, tính lặp tính đổi tọa độ vv áp dụng phổ biến Về thuật tốn bình sai, xuất số lý thuyết xử lý số liệu như: phép lọc Kalman, phương pháp ước lượng vững, bình sai mở rộng vv song 200 nay, phương pháp bình phương nhỏ phương pháp thức sử dụng để bình sai chặt chẽ mạng lưới trắc địa nhà nước Xét lịch sử, phơng pháp bình phương nhỏ sử dụng từ kỷ XVIII, song tính chặt chẽ phương diện tốn học phương pháp sử dụng để bình sai mạng lưới mặt bằng, lưới độ cao lưới không gian 3D Với trị đo truyền thống, từ lâu, mạng lưới mặt thường bình sai độc lập với mạng lưới độ cao Vấn đề bình sai lưới tam giác không gian (3D) Bruns đề xuất từ năm 1878, cho đến năm 1957 Hotine phát triển đầy đủ lý thuyết phương pháp dựa vào Brazier với Windsor (1957) cơng bố kết bình sai thử lưới tam giác không gian 3D, đồng thời so sánh với kết bình theo phương pháp tách biệt Một số vấn đề quan trọng bình sai lới trắc địa không gian 3D, phương trình vi phân hệ tọa độ Wolf trình bầy từ năm 1963 Khi bình sai kết hợp trị đo truyền thống không gian 3D, ảnh hưởng chiết quang đứng đến trị đo góc thiên đỉnh Hotine nghiên cứu (1969) sau đó, năm 1972, Ramsayer phát triển hoàn chỉnh vấn đề liên quan thành lý thuyết trắc địa 3D Lý thuyết trắc địa 3D tỏ có hiệu giải bình sai kết hợp trị đo truyền thống với trị đo không gian khoảng cách dài giao thoa cạnh đáy dài VLBI, trị đo khoảng cách laser SLR,LLR trị đo liên quan đến vệ tinh nhân tạo Trái đất Theo phương pháp số bình phương nhỏ nhất, để bình sai chặt chẽ mạng lưới trắc địa áp dụng phương pháp bình sai điều kiện áp dụng phương pháp bình sai gián tiếp Với phương tiện tính tốn máy tính điện tử, người ta thường sử dụng phương pháp bình sai gián tiếp tính khái qt cao thuật tốn Bình sai lưới tọa độ nhà nước hệ tọa độ trắc địa Để bình sai lưới theo phương pháp bình sai gián tiếp, cần phải lập phương trình trị đo có dạng tổng quát sau: ∂F Ldo + V = F ( X ) + dX ∂X đó: Ldo véc tơ trị đo 201 (5.58) V véc tơ số hiệu chỉnh F ( X ) véc tơ trị gần trị đo tính theo trị gần ẩn số X dX véc tơ số hiệu chỉnh ẩn số ∂F ∂X ma trận hệ số phương trình số hiệu chỉnh, có kích thước (nxt), với n số lượng trị đo lưới t số lượng ẩn số lưới Từ phương trình (5.60) ta có hệ phương trình số hiệu chỉnh sau: ∂F V = dX + L ∂X (5.59) với L véc tơ số hạng tự hệ phương trình chuẩn, tính: L = F ( X ) − Ldo (5.60) Đối với lưới tọa độ mặt nhà nước đo đạc theo công nghệ truyền thống đo hướng, đo góc, đo chiều dài phương vị Laplace cần lập phương trình số hiệu chỉnh trị đo với ký hiệu sau: Bi , Li tọa độ trắc địa điểm cần xác định, ẩn số tốn bình sai Bi0 , L0i trị khái lược (gần đúng) tọa độ điểm i dBi , dLi vi phân tọa độ, số hiệu chỉnh tọa độ, tính đơn vị radian giây Tọa độ gần Bi0 , L0i cần xác định cho sai lệch hướng khoảng 0”01 , với chiều dài S cạnh 10 km, 50 km 200 km, sai số tọa độ gần tương ứng 3m, 16m 64m Ký hiệu Ai ,k phương vị trắc địa điểm i k, VAi ,k số hiệu chỉnh, trị bình sai phương vị Ai ,k + VAi ,k Phương trình vi phân phương vị A, chiều dài đường trắc địa S tọa độ trắc địa B,L sau: dAi ,k = Mi M N sin Ai ,k dBi + k sin Ak ,i dBk + k cos Bk cos Ak ,i (dLi − dLk ) S i ,k S i ,k S i ,k dS i , k = − (5.61) Mi M N cos Ai ,k dBi − k cos Ak ,i dBk + k cos Bk sin Ak ,i (dLi − dLk ) (5.62) ρ ′′ ρ ′′ ρ ′′ 202 S i ,k chiều dài đường trắc địa, M bán kính cung kinh tuyến, N bán kính vịng thẳng đứng thứ Dựa vào (5.61), (5.63) lập phương trình số hiệu chỉnh góc phương vị từ điểm i đến k VA i , k = Mi M N sin Ai , k dBi + k sin Ak ,i dBk + k cos Bk cos Ak ,i (dLi − dLk ) + lAi.k S i ,k S i ,k S i ,k (5.63) lAi ,k số hạng tự phương trình số hiệu chỉnh, tính theo cơng thức có tính ngun tắc (5.62) Để lập phương trình số hiệu chỉnh hướng đo Li ,k , ta ký hiệu Z i góc phương vị hướng khởi đầu trạm máy đo hướng điểm i Dựa mối quan hệ trị đo hướng Li ,k , số hiệu chỉnh trị đo hướng Vi ,k phương vị hướng ik: Ai ,k = ( Li ,k + Vi ,k ) + Z i (5.64) Ta lập phương trình số hiệu chỉnh hướng ik sau: VAi , k = −dZ i + Mi M N sin Ai , k dBi + k sin Ak ,i dBk + k cos Bk cos Ak ,i (dLi − dLk ) + l i.k (5.65) S i ,k S i ,k S i ,k dZ i số hiệu chỉnh cho trị gần góc phương vị hướng khởi đầu trạm máy i, li ,k số hạng tự phương trình Từ phương trình vi phân (5.64) ta có phương trình số hiệu chỉnh chiều dài cạnh i,k sau: VS i ,k = − Mi M N cos Ai ,k dBi − k cos Ak ,i dBk + k cos Bk sin Ak ,i (dLi − dLk ) + lS i ,k ρ ′′ ρ ′′ ρ ′′ (5.66) lS i ,k số hạng tự phương trình số hiệu chỉnh Để đưa góc thiên đỉnh góc đứng vào bình sai với trị đo phương vị, trị đo hướng, trị đo chiều dài cần phải áp dụng lý thuyết bình sai không gian (3D) Trong trường hợp này, điểm cần xác định có ẩn số Bi , Li , H i Về lý thuyết bình sai kết hợp loại trị đo hệ không gian giới thiệu số tài liệu Trên thực tế, góc đứng hay góc thiên đỉnh chịu ảnh hưởng lớn chiết quang đứng, để nâng cao độ xác kết bình sai cần phải giải khắc phục ảnh hưởng chiết quang đứng trị đo nói 203 Khi áp dụng lý thuyết bình sai lưới khơng gian, kết hợp bình sai trị đo khác loại trị đo dây cung giao thoa cạnh đáy dài VLBI, trị đo SLR chí với chênh cao thủy chuẩn hình học số liệu mơ hình Geoid Ngồi thuật tốn bình sai lưới hệ tọa độ trắc địa, cịn bình sai lưới hệ tọa độ vng góc khơng gian địa tâm Theo thuật tốn này, ẩn số tọa độ X,Y,Z điểm cần xác định Đối với trị đo GPS tương đối, kết đo véc tơ cạnh gồm gia số tọa độ không gian địa tâm ∆X , ∆Y , ∆Z , áp dụng thuật toán để bình sai lưới đơn giản phương pháp tính Trong bình sai lưới, vấn đề xác định trọng số trị đo trước bình sai vấn đề cần lưu ý Trong số trường hợp việc ước lượng sai số đo thường chưa chuẩn xác dẫn đến xác định trọng số chưa Trong trường hợp cần áp dụng quy trình bình sai lặp với sai số trị đo xác định lại theo kết bình sai sai lần trước Nếu bước tính trọng số, chọn C=1, kết bình sai cho giá trị sai số trung phương đơn vị trọng số µ xấp xỉ kết thúc q trình tính lặp, giá trị µ tính theo cơng thức quen thuộc: V T PV µ=± n−t (5.67) V véc tơ số hiệu chỉnh, n tổng số trị đo, t số ẩn số lưới, P ma trận trọng số trị đo Sau bình sai mạng lưới, cần tiến hành phân tích thống kê kết bình sai [2, 16], gồm nội dung: - xét quy luật dấu độ lớn véc tơ số hiệu chỉnh trị đo, kiểm tra quy luật phân bố chuẩn véc tơ số hiệu chỉnh trị đo - xác định ma trận phương sai- hiệp phương sai ẩn số V X nhận từ kết bình sai, theo cơng thức: V X = µ ( AT PA ) −1 (5.68) A ma trận hệ số phương trình số hiệu chỉnh - xác định ma trận phương sai-hiệp phương sai VL véc tơ trị đo sau bình sai theo cơng thức: V L = µ A( AT PA ) −1 AT 204 (5.69) - đánh giá độ xác yếu tố mạng lưới theo nguyên tắc đánh giá độ xác hàm ẩn số Ma trận phương sai-hiệp phương sai VF hàm số tính: V F = µ F ( AT PA ) −1 F T (5.70) F ma trận hệ số k hàm trọng số, có kích thước (k x t) Tài liệu tham khảo (phần viết Đặng nam Chinh) [1] Đỗ Ngọc Đường, Đặng Nam Chinh Trắc địa cao cấp (dùng cho sinh viên ngành đồ) Nhà xuất Giao thông Vận tải, Hà Nội, 2000 [2] Ngô Phúc Hưng, Đặng Hùng Võ Lý thuyết bình sai lưới tam giác Nhà xuất Đại học trung học chuyên nghiệp, Hà Nội, 1978 [3] Báo cáo khoa học Xây dựng Hệ quy chiếu Hệ thống điểm tọa độ Quốc gia Tổng cục Địa chính, Hà Nội,2000 [4] Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia xây dựng lưới tọa độ QCVN 04:2009/BTNMT Hà Nội-2009 [5] Alfred Leick GPS Satellite Surveying - Orono-Maine 1995 [6].B Hofmann- Wellenhof Global Positioning System Springer- Verlag , Wien, New York- 1994 [7] Janusz Narkiewicz Globalny System Pozycyjny – GPS Wydawnictwa Komunikacji i Lacznosci –WKL Warszawa-2003 [8] Gunter Seeber Satellite Geodesy – Walter de Gruyter Berlin, New York 2003 [9] Heinz Habrich Geodetic Aplications of the Global Navigation Satellite System (GLONASS) and of GLONASS/GPS Combinations [10] Constantin-Octavian Andrei 3D affine Coordinate Transformations Master’ Thesis in Geodesy KTH, Sweden-3-2006 [11] Christopher Jekeli Geometric Reference Systems in Geodesy Ohio State University- July 2006 [12] R.E Deakin, M.N Hunter Geometric Geodesy RMIT University Melbourne, Australia January-2010 [13] Bomford Geodesy Third edition- Oxford -1971 205 [14] Richard H Rapp Geometric Geodesy Part II The Ohio State University March 1993 [15] Bernhard Hofmann-Wellenhof, Helmut Moritz Physical Geodesy Springer Wien NewYork, 2005 [16] Wlodzimierz Baran Teoretyczne podstawy opracowania wynikow pomiarow geodezyjnych Panstwowe Wydawnictwo Naukowe,Warszawa 1983 [17] Ludvik Hradilek, Vladimir Radouch Adjustment of three-dimensional Global networks in the Geodetic Coordinate system Geodezja, Zeszyty naukowe-107, Krakow, 1990 [18] NAVSTAR Global Positioning System Surveying US Army Corps of Engineers EM 1110-1003, july 2003 [19] C.C Tscherning Geoid determination by 3D least-squares collocation Niels Bohr Institute University of Copenhagen Denmark Draft version 2008-09-10 (Ghi chú: Mở đầu sách cần có phần giải thích thuật ngữ tiếng anh viết tắt) 206 ... cung cấp số liệu trắc địa gốc cho công tác trắc địa, đồ phục vị kinh tế quốc phòng 1.2.2 Nội dung Trắc địa cao cấp Dưới Trắc địa cao cấp xem xét môn học không thuộc chuyên ngành Trắc địa cao cấp. .. ngành khơng phải Trắc địa cao cấp kiến thức Trắc địa cao cấp trình bày khn khổ môn học mang tên ? ?Trắc địa cao cấp? ?? Nga, Trung quốc hay “Đo đạc Trái đất” Đức Ở Việt Nam, Trắc địa cao cấp chưa tách... Xây dựng lưới trắc địa (Các cơng tác trắc địa bản), Bình sai lưới trắc địa, Trắc địa mặt cầu, Công nghệ GPS (Trắc địa vệ tinh), Trắc địa biển Ở số nước, với Trắc địa cơng trình, Trắc địa ảnh chuyên