Ảnh minh họa
- Đặt vấn đề
Vấn đề cần được nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả đo đạc và xử lý dữ liệu đo GNSS độ chính xác cao, và tiêu chuẩn của các phần mềm hiện tại được sử dụng để xử lý dữ liệu đo GNSS độ chính xác cao trên các khoảng cách lớn. Các kết quả nghiên cứu này tạo cơ sở khoa học để xây dựng quy trình đo đạc GNSS ở ngoại nghiệp và lựa chọn hoặc lập các phần mềm xử lí dữ liệu đo GPS độ chính xác cao trên các khoảng cách lớn nhằm đáp ứng các nhu cầu của việc xây dựng các mạng lưới GNSS các cấp hạng trong Hệ tọa độ động học quốc gia. Việc nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả đo đạc và xử lí dữ liệu GNSS độ chính xác cao, cho phép hoàn thiện các quy trình đo đạc và lựa chọn các phần mềm thích hợp để xử lý tính toán dữ liệu GNSS, bảo đảm nhận được các vec tơ không gian ( véc tơ Baseline ) độ chính xác cao (ở mức cm, thậm chí mm) trên khoảng cách lớn đến 1000km hoặc hơn nữa.
2. Tổng quan về khung quy chiếu quả đất (ITRF).
Cuộc họp của Hội trắc địa Quốc tế (IAG) vào tháng 8 năm 1989 tại Edinburgh (Vương quốc Anh) được coi là điểm khởi đầu của tổ chức Dịch vụ GPS quốc tế cho địa động học (International GPS Service for Geodynamics - IGS) .
Cho đến ngày nay, tổ chức IGS bao gồm các đơn vị sau :
- Cơ quan điều hành quốc tế (International Governing board).
2. Cục trung tâm IGS (IGS Central Burean) có trách nhiệm điều phối và quản lý các hoạt động của tổ chức IGS, điều hành và kiểm soát hoạt động của mạng lưới IGS, đảm bảo chất lượng của dữ liệu; điều hành Trung tâm thông tin của tổ chức này.
3. Các Trung tâm dữ liệu toàn cầu và khu vực (Global and Regional Data Centers).
Các Trung tâm dữ liệu điều hành (Operational Data Centers) có trách nhiệm ghi lại các dữ liệu đo GPS từ các máy thu trên các điểm của mạng lưới IGS; biến đổi các dữ liệu này và chuyển đổi chúng về file RINEX; kiểm soát trạng thái của các trạm thu; gửi các files dữ liệu tương ứng về các Trung tâm dữ liệu toàn cầu và khu vực.
4. Các Trung tâm phân tích (Analysis Centers) lựa chọn các dữ liệu từ các Trung tâm dữ liệu toàn cầu để tiến hành xác định các quĩ đạo vệ tinh; xác định toạ độ và tốc độ chuyển dịch của các trạm thu thuộc mạng lưới IGS trong ITRF -yy ; xác định các tham số định hướng Qủa đất; đánh giá các sai số đồng hồ của các vệ tinh GPS; các thông tin về tầng đối lưu và tầng điện ly; phân tích mật độ của các mạng lưới khu vực và thực hiện ghép nối các mạng lưới khu vực với mạng lưới toàn cầu.
Các Trung tâm phân tích IGS hiện nay bao gồm Viện thiên văn thuộc Trường đại học tổng hợp Bern (Thuỵ Sĩ) ; Trung tâm điều khiển vũ trụ Châu Âu nằm ở Tây Đức; Trung tâm phân tích FLINN và phòng thí nghiệm phản lực (Jet Propulsion Laboratory) của Mỹ; phòng thí nghiệm khoa học Qủa đất (NGS - Mỹ) ; cơ quan các nguồn tự nhiên của Canada; Viện đại dương học (Mỹ).v.v.
Các sản phẩm của tổ chức IGS bao gồm các dữ liệu đảm bảo cho người sử dụng:
- Truy nhập tới và cập nhật được sự phát triển liên tục của khung qui chiếu Qủa đất quốc tế (ITRF) ; thu nhận được vị trí và tốc độ chuyển dịch của các trạm thu cùng các tham số quay của Qủa đất;
- Nhận được quĩ đạo vệ tinh chính xác;
- Nhận được các mô hình sai số đồng hồ của các vệ tinh GPS;
- Các tham số đặc trưng cho độ trễ tầng đối lưu phương thiên đỉnh (Tropo Sphere Zenit Path Delay - TZPD).
Chất lượng các sản phẩm nhận được từ tổ chức IGS phản ánh ở bảng dưới đây .Bảng 2.1 Chất lượng các sản phẩm từ IGS.
| Sản phẩm
| Thời gian nhận được kết quả | Khoảng dãn cách thời gian | Độ chính xác |
| 1. Qũi đạo vệ tinh - Dự báo - Nhanh - Cuối cùng |
Thời gian thực 17h 10 ngày |
15m 15m 15m |
50cm 10cm 5cm |
| 2. Đồng hồ vệ tinh - Dự báo - Nhanh - Cuối cùng |
Thời gian thực 17h 10 ngày |
15m 15m 15m |
150ns 0,5ns 0,3ns |
| 3. Các trạm IGS - Toạ độ - Tốc độ chuyển dịch |
2 - 4 tuần 2 - 4 tuần |
7 ngày 7 ngày |
1 - 5mm 1 - 3mm/1năm |
| 4. Các tham số quay của Qủa đất - Chuyển động cực nhanh - Chuyển động cực cuối cùng |
17h 10 ngày |
1 ngày 1 ngày |
2" × 10-4 1" × 10-4 |
| 5. TZPD | < 4 tuần | 2h | 4mm |
Độ chính xác xác định quĩ đạo vệ tinh của Tổ chức IGS được nâng cao không ngừng . Trung tâm xác định quĩ đạo ở Châu Âu ( The Center for Orbit Determination in Europe - CODE ) đã đạt được mức độ chính xác quĩ đạo vệ tinh ở mức 10 cm vào cuối năm 1994, ở mức 6 cm vào cuối năm 1995 và ở mức 4 cm vào giữa năm 1997 .
Viện địa lý quốc gia Pháp và Đài thiên văn Paris thuộc tổ chức IERS sử dụng tất cả các dữ liệu đo nhờ các hệ thống DORIS, SLR , LLR , VLBI và GPS để xây dựng khung qui chiếu Qủa đất quốc tế (ITRF), khung qui chiếu sao quốc tế (ICRF) và xác định chuyển động cực của Qủa đất. Vì lý do này, tiểu ban ITRF của tổ chức IERS phối hợp rất chặt chẽ với các đơn vị của tổ chức IGS như Cục trung tâm IGS, các Trung tâm phân tích và các trạm thu để phân tích các kết quả tính toán của các Trung tâm phân tích IGS và sử dụng các dữ liệu của IGS nhằm xác định toạ độ của các trạm ITRF .
Về phần mình, các Trung tâm phân tích IGS sử dụng toạ độ ITRF để tính toán quĩ đạo vệ tinh chính xác . Do đó các lịch vệ tinh IGS được xác định trong ITRF.
Sự phối hợp giữa các tổ chức IGS và IERS làm tăng mật độ của mạng lưới các trạm ITRF và đảm bảo việc xác định toạ độ của các điểm ITRF và các trạm qui chiếu IGS ở mức mm trong ITRF . Cho đến năm 1999, mạng lưới ITRF gồm 243 điểm ITRF và 52 trạm qui chiếu IGS . Bảng dưới đây trình bày một số thông tin về các ITRF -yy.
Bảng 2.2 Thông tin về các ITRF -yy.
| Thời điểm bắt đầu | Thời điểm kết thúc | Số lượng trạm IGS | |
| ITRF92 | 2/1/1994 | 31/12/1994 | 13 |
| ITRF93 | 1/1/1995 | 29/6/1996 | 13 |
| ITRF94 | 30/6/1996 | 28/2/1998 | 13 |
| ITRF96 | 1/3/1998 | 31/7/1999 | 47 |
| ITRF97 | 1/8/1999 | 2000 | 52 |
| ITRF2000 | 2000 | 2005 | ~100 |
| ITRF2005 | 2005 | 2008 | ~200 |
| ITRF2008 | 2008 | 2014 | ~300 |
| ITRF2014 | 2014 | 2020 | ~400 |
| ITRF2020 | 2020 | đến nay | ~500 |
7 tham số chuyển đổi toạ độ giữa các ITRF -yy được cho trong bảng dưới đây.
Bảng 2.3: Bảy tham số chuyển đổi toạ độ giữa các ITRF -yy.
| Đến ITRF | Thời kỳ | X0 (mm/mm/n) | Y0 | Z0 | m (ppb) | x (mas) | y (mas) | z (mas) | |
| ITRF93 | ITRF92 | 1995.00 | 20.3 | 8 | 3 | -0.1 | 1.66 | 0.68 | 0.55 |
| ITRF94 | ITRF93 | 1996.5 | 2.3 | 0.4 | -0.8 | 0.11 | 0.12 | 0.15 | -0.04 |
| ITRF96 | ITRF94 | 1998.16 | -21.0 | -1 | 1 | -0.2 | -1.27 | -0.87 | -0.54 |
| ITRF97 | ITRF96 | 1999.58 | -2.7 | 0 | 2.0 | -0.09 | -0.13 | -0.20 | 0.04 |
| ITRF2000 | ITRF97 | 2000.0 | ~1 | ~1 | ~1 | ~0 | ~0 | ~0 | ~0 |
| ITRF2005 | ITRF2000 | 2005.0 | ~1 | ~1 | ~1 | ~0 | ~0 | ~0 | ~0 |
| ITRF2008 | ITRF2005 | 2008.0 | ~1 | ~1 | ~1 | ~0 | ~0 | ~0 | ~0 |
| ITRF2014 | ITRF2008 | 2014.0 | ~1 | ~1 | ~1 | ~0 | ~0 | ~0 | ~0 |
| ITRF2020 | ITRF2014 | 2020.0 | ~1 | ~1 | ~1 | ~0 | ~0 | ~0 | ~0 |
Như vậy việc phối hợp giữa các tổ chức IGS và IERS trong việc xây dựng và hoàn thiện khung qui chiếu Qủa đất quốc tế (ITRF) dựa trên các kết quả nghiên cứu các hiện tượng địa động học toàn cầu và việc xác định quĩ đạo các vệ tinh và toạ độ cùng tốc độ chuyển dịch của các trạm qui chiếu IGS trong ITRF đang mở ra triển vọng to lớn cho các quốc gia trên thế giới trong việc xây dựng Hệ toạ độ động học quốc gia dựa trên việc sử dụng công nghệ GNSS và sử dụng các sản phẩm dịch vụ của tổ chức IGS .
3. C¬ së khoa häc cho viÖc đề xuất một số giải pháp trong các công tác đo đạc độ chính xác cao trên các khoảng cách lớn.
Khi đo đạc GPS độ chính xác cao trên khoảng cách từ vài chục km cho đến vài ngàn km, các nguồn sai số cơ bản như các hiệu ứng phản xạ của tầng điện ly, tầng đối lưu và các yếu tố địa vật lý, sai số quỹ đạo vệ tinh trở thành các nguồn sai số chính ảnh hưởng đến việc nâng cao độ chính xác đo đạc GNSS. Đối với trường hợp khoảng cách lớn giữa các điểm GNSS, ảnh hưởng của các sai số của bản thân máy thu (sai số đồng bộ máy thu, độ nhiễu của máy thu, sai số do ảnh hưởng của hiện tượng đa đường truyền, sai số do độ lệch tâm pha của anten, sai số của trị đo phase,....). Ngoài ra cần phải tính đến thời gian thu tín hiệu vệ tinh cần thiết nhằm đảm bảo đủ số các trị đo sai phân kép để giải các giá trị nguyên đa trị. Và cần phải có cơ sở khoa học để cùng phân tích được các mô hình sai số về tổng quan của các nguồn sai số trong đo và thu tín hiệu vên tinh GNSS, cùng với đó là việc kiểm tra về chất lượng đo và xử lý số liệu GNSS ( Như tín hiệu vệ tinh và máy thu cùng với cả các tệp lịch quỹ đạo vệ tinh ephemerit…Và trong công tác thu và xử lý độ chính xác độ cao chuẩn dựa trên các mô hình thế trọng trường toàn cầu như USU91A, EGM96, EGM2008…Cùng với những vấn đề cần được đặt ra trong đo cao vệ tinh Altimetry có tính đến hiệu chỉnh trọng lực như với ( WGS 84, GOCE…).
Để đạt được độ chính xác của véc tơ Baseline ở mức một vài mm cần tính đến hàng loạt các yếu tố ảnh hưởng khác như sự chênh lệch tâm pha của anten máy thu so với tâm hình học của anten; sự lệch tâm anten phát của tín hiệu vệ tinh so với trọng tâm của vệ tinh; ảnh hưởng của hiện tượng đa đường chuyền (multipath)...v...v..
- Kết luận
Trong các bào toán nghiên cứu chuyển dịch của vỏ trái đất bằng công nghệ GNSS và xây dựng các mạng lưới GNSS các cấp hạng trong hệ tọa độ động học Quốc gia cần đặt ra yêu cầu đo đạc GNSS đảm bảo độ chính xác cao về cả vị trí mặt bằng lẫn độ cao. Việc đáp ứng nhu cầu nêu trên đòi hỏi phải nhanh chóng tiếp cận các tiến bộ mới trong việc phát triển công nghệ GNSS để hoàn thiện các quy trình đo đạc và xử lý dữ liệu GNSS độ chính xác cao trên các khoảng cách lớn..
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Vũ Nghiễm và nnk (1988), "Tóm tắt báo cáo tổng kết đề tài 48-02-07-09. Nghiên cứu chuyển động của vỏ Trái đất ở những vùng có hình thành khe nứt bằng phương pháp trắc địa", Cục Đo đạc và Bản đồ nhà nước.
2. Trần Đình Tô, Dương Chí Công (1997), " Ứng dụng kỹ thuật GPS Vào việc nghiên cứu hoạt động đứt gãy sông Hồng", Đặc san khoa học công nghệ địa chính, Trg 43-46.
3. Nguyễn Xuân Thủy(2014), " Phương pháp xác định sự thay đổi vị trí không gian của các điểm GPS dựa trên kết quả đo lặp mạng lưới GPS trong hai chu kỳ đo lặp", Tạp chí khoa học Tài nguyên và Môi trường N0 3, Trg 30-35.
4. Sanders S. Itikarai I. , Stanaway R.,Curley B., Suat J (2001). Geodetic Monitoring of the November 16, 2000 - New Ireland Earthquake.Progress Report Research School of Earth Sciencies. the Australia National University. April 4.
Tóm tắt:
Các kết quả nghiên cứu trong bài báo này nhằm tạo cơ sở khoa học cho việc xây dựng quy trình đo GNSS ngoài thực địa, cũng như lựa chọn hoặc xây dựng phần mềm xử lý dữ liệu đo GNSS độ chính xác cao trên khoảng cách lớn. Nhằm đáp ứng nhu cầu xây dựng các mạng lưới GNSS ở mọi cấp trong Hệ tọa độ động quốc gia. Đảm bảo thu nhận các vectơ không gian (vectơ baseline) với độ chính xác cao (đạt mức cm, thậm chí mm) trên khoảng cách lớn lên đến 1000 km hoặc hơn.
Từ khóa:
Xử lý GNSS độ chính xác cao; khoảng cách lớn; xây dựng mạng GNSS; Hệ tọa độ động quốc gia; độ chính xác cao (cm, mm).
Nguyễn Xuân Thủy
Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội