BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

TRỊNH ĐỨC ANH

XÂY DỰNG MÔ HÌNH GEOID CỤC BỘ TRÊN
ĐỊA BÀN TỈNH LÀO CAI

Chuyên ngành: Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - Năm 2018


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

TRỊNH ĐỨC ANH

XÂY DỰNG MÔ HÌNH GEOID CỤC BỘ TRÊN
ĐỊA BÀN TỈNH LÀO CAI

Ngành : Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ
Mã số : D520503

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội - Năm 2018



1.1.2. Vai trò của mô hình Geoid/Quasigeoid .................................................. 4
1.1.3. Phân loại Geoid ....................................................................................... 5
1.2. Tổng quan về xây dựng mô hình Geoid toàn cầu ...................................... 6
1.2.1. Một số thành tựu nghiên cứu về mô hình Geoid trên thế giới ................ 6
1.3. Tổng quan về xây dựng mô hình Geoid cục bộ ở Việt Nam ................... 17
1.3.1. Giai đoạn 1990-1995 ............................................................................. 18
1.3.2. Giai đoạn 1998-2000 ............................................................................. 18
1.3.3. Giai đoạn 2002-2008 ............................................................................. 18
1.3.4. Giai đoạn 2009 -2011 ............................................................................ 20
1.3.4. Giai đoạn 2012 – đến nay ..................................................................... 21
1.4. Vấn đề nghiên cứu của Luận văn ............................................................. 22
Chương 2 PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG MÔ HÌNH GEOID CỤC BỘ
TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH LÀO CAI............................................................... 23
2.1. Khái quát phương pháp xây dựng mô hình Geoid ................................... 23
2.1.1. Phương pháp thuần tuý sử dụng số liệu trọng lực đo trên mặt đất 23
2.1.2. Phương pháp sử dụng số liệu vệ tinh .................................................... 24
2.1.3. Phương pháp kết hợp ............................................................................ 25
2.2. Phương pháp xây dựng mô hình Geoid trên địa bàn tỉnh Lào Cai ................ 26
2.3. Quy trình xây dựng mô hình Geoid trên địa bàn tỉnh Lào Cai ................ 29
Chương 3 THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG MÔ HÌNH GEOID CỤC BỘ
TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH LÀO CAI................................................................. 30


3.1. Giới thiệu chung về khu vực nghiên cứu và nguồn số liệu...................... 30
3.1.1. Giới thiệu chung về khu vực nghiên cứu .............................................. 30
3.1.2 Nguồn số liệu ......................................................................................... 31
3.2. Thực nghiệm xây dựng mô hình Geoid cục bộ trên địa bàn tỉnh Lào Cai32
3.2.1. Chuẩn bị số liệu ..................................................................................... 32
3.2.2. Kết quả xây dựng mô hình Geoid Lào cai ............................................ 37
3.3. Đánh giá chính xác của mô hình Geoid cục bộ Lào Cai trên địa bàn

Bảng 3.3. Tọa độ, độ cao Geoid toàn cầu tại các điểm mắt lưới của mô hình
Geoid Lào Cai (giãn cách 0.54’) ..................................................................... 33
Bảng 3.4. Kết quả xác định dị thường độ cao theo mô hình EGM2008 và
Eigen 6c4 cho 96 điểm GNSS-TC .................................................................. 36
Bảng 3.5. Tọa độ, độ cao Geoid EGM2008 tại các điểm mắt lưới của mô hình
Geoid Lào Cai. ................................................................................................ 39
Bảng 3.6. Tọa độ, độ cao Geoid Eiggen6c4 tại các điểm mắt lưới của mô hình
Geoid Lào Cai. ................................................................................................ 41
Bảng 3.7. Độ chênh giữa độ cao geoid cục bộ Lào Cai xây dựng theo phương
án sử dụng kết hợp mô hình EGM2008 và 47 điểm GNSS-TC hạng I, II so
với độ cao geoid GNSS-TC tại các điểm hạng III .......................................... 45
Bảng 3.8. Độ chênh giữa độ cao geoid cục Geoid cục bộ Lào Cai xây dựng
theo phương án sử dụng kết hợp mô hình Eigen6c4 và 47 điểm GNSS-TC
hạng I, II so với độ cao geoid GNSS-TC tại các điểm hạng III...................... 48
Bảng 3.9. Các đặc trưng thống kê về độ chênh giữa độ cao geoid cục bộ Lào
Cai so với độ cao geoid GNSS-TC tại các điểm thủy chuẩn hạng III ............ 50
Bảng 3.10. Các đặc trưng thống kê về độ chênh giữa độ cao geoid cục bộ Lào
Cai so với độ cao geoid GNSS-TC tại các điểm thủy chuẩn hạng III ............ 52


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Mặt Geoid.......................................................................................... 4
Hình 1.2: Độ cao Geoid theo mô hình trọng trường OSU91A (m)- Mô hình
Geoid OSU91A trên lãnh thổ Việt Nam: .......................................................... 8
Hình 1.3. Mô hình OSU91A ............................................................................. 8
Hình 1.4. Mô hình Geoid EGM96 (15’ x 15’) ................................................ 11
Hình 1.5. Mô hình EGM96 (Phần lãnh thổ Việt Nam) ................................... 12
Hình 1.6. Mô hình Geoid EGM2008 (2.5’ x 2.5’) .......................................... 13
Hình 2.1. Sơ đồ quy trình xây dựng Geoid cục bộ ......................................... 29
Hình 3.1. Bản đồ địa hình tỉnh Lào Cai .......................................................... 31

ghép nối toạ độ VN-2000 với các hệ toạ độ khác; xây dựng các trạm
DGPS…vv. Lưới GNSS là lưới không gian 3 chiều, do đó có thể xác định
được vị trí mặt bằng và độ cao trắc địa với độ chính xác cao. Song thực tế,
chúng ta chỉ sử dụng độ cao so với mặt Geoid, gọi là độ cao thủy chuẩn.
Muốn tính chuyển từ độ cao trắc địa về độ cao thủy chuẩn cần phải biết độ
cao Geoid với độ chính xác cần thiết. Để giúp cho việc tính chuyển được
nhanh chóng, trên thế giới đã xây dựng và công bố nhiều mô hình Geoid
toàn cầu. Tuy nhiên tại nhiều khu vực trên thế giới các mô hình này có độ
chính xác không cao, vì vậy nếu chỉ dựa vào các mô hình này thì khó có
thể xác định được độ cao thủy chuẩn với độ chính xác như mong muốn, đặc
biệt là ở vùng đồi núi.
Do vậy việc xây dựng các mô hình cục bộ cho từng khu vực nhỏ là rất
thiết thực, nó sẽ giúp cho việc xác định độ cao thủy chuẩn của các điểm từ
kết quả đo GNSS đạt được độ chính xác cần thiết, nhanh chóng. Trong xu
thế đó, với khuôn khổ đề tài Luận văn thạc sỹ, tôi lựa chọn đề tài ”Xây dựng
mô hình Geoid cục bộ trên địa bàn tỉnh Lào Cai” với mong muốn góp phần
vào sự phát triển tỉnh nhà, nơi cá nhân tôi đang công tác.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Mục tiêu của đề tài là xây dựng được mô hình Geoid cục bộ trên địa
bàn tỉnh Lào Cai.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu


2

Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu là phương án xây dựng mô
hình Geoid cục bộ trên địa bàn tỉnh Lào Cai.
Phạm vi nghiên cứu : Đề tài nghiên cứu tại khu vực tỉnh Lào Cai.
4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về xây dựng mô hình Geoid toàn cầu và

Luận văn được chia thành 3 chương, phần kết luận, tài liệu tham khảo và
phụ lục. Trong luận văn có 2 bảng và 9 hình vẽ, đồ thị.
Chương 1 - Tổng quan về xây dựng mô hình Geoid
Chương 2 - Phương pháp xây dựng mô hình Geoid cục bộ trên địa bàn
tỉnh Lào Cai
Chương 3 - Thực nghiệm xây dựng mô hình Geoid cục bộ trên địa bàn
tỉnh Lào Cai
8. Lời cảm ơn
Tác giả chân thành cảm ơn sự hỗ trợ nghiên cứu của Đề tài cấp Bộ Tài
nguyên và Môi trường: “Nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học để xây dựng mô
hình geoid trên vùng biển của Việt Nam; thử nghiệm cho một vùng điển
hình”, mã số TNMT.2018.07.08 do TS. Phạm Thị Hoa làm chủ nhiệm.
Trong quá trình thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn, tác giả đã nhận
được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy, cô giáo trong Khoa Trắc địa, bản đồ
và Thông tin địa lý - trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội cùng
sự giúp đỡ của các nhà khoa học, bạn bè đồng nghiệp tại sở Tài nguyên và
Môi trường tỉnh Lào cai, đặc biệt là TS. Phạm Thị Hoa – Trưởng khoa Khoa
Trắc địa, bản đồ và Thông tin địa lý. Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới
các tập thể và cá nhân đã giúp đỡ tác giả hoàn thành bản Luận văn này.


4

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH GEOID
1.1. Khái niệm, vai trò của mô hình Geoid
1.1.1. Khái niệm
Geoid là mặt đẳng thế trọng trường xấp xỉ tốt nhất với mặt nước biển
trung bình và là mặt khởi tính độ cao trong hệ thống độ cao chính.
Đặc tính hình học: Mặt Geoid có hình dạng rất phức tạp, nó không phải

a. Phân loại theo phương pháp xây dựng
- Mô hình Geoid được xây dựng theo phương pháp thiên văn - trắc địa;
- Mô hình Geoid được xây dựng theo phương pháp trọng lực;
- Mô hình Geoid được xây dựng theo phương pháp GNSS-TC;
- Mô hình Geoid được xây dựng theo phương pháp không gian (phương
pháp chỉ sử dụng số liệu vệ tinh);
- Mô hình Geoid được xây dựng theo phương pháp hỗn hợp;
b. Phân loại theo phạm vi của mô hình Geoid
- Mô hình Geoid toàn cầu (global), được xây dựng cho toàn bộ Trái Đất;
- Mô hình Geoid cục bộ (local), chỉ xây dựng cho một vùng nhất định.


6

1.2. Tổng quan về xây dựng mô hình Geoid toàn cầu
Mô hình trọng trường toàn cầu được xây dựng trên cơ sở lý thuyết cơ
bản của Stokes và Mollodenski về xác định thế trọng trường và hình dạng trái
đất. Dựa trên hai lý thuyết cơ bản này người ta đã đề xuất được nhiều hướng
tiếp cận khác nhau để xác định mô hình trọng trường toàn cầu. Cụ thể gồm có
các hướng sau đây:
- Phương pháp trọng lực
- Phương pháp vệ tinh
- Phương pháp kết hợp
Mô hình trọng trường toàn cầu đã được xác định là vô cùng cần thiết
cho nhiều bài toán trong lĩnh vực trắc địa bản đồ nói riêng và lĩnh vực khoa
học trái đất nói chung. Về mặt thực tiễn, cho đến nay đã có một số mô hình
toàn cầu với bậc, hạng và độ chính xác ngày càng được cải thiện.
Các mô hình trọng trường toàn cầu đã được sử dụng rộng rãi trong thực
tế và đã có một số kết quả công bố về hiệu quả, độ chính xác trên cả quy mô
toàn cầu và cục bộ. Tuy nhiên việc nghiên cứu để nâng cao hiệu quả khai


Nhận xét :
Hình 1.2 mô tả độ lớn của giá trị độ cao Geoid theo mô hình này trên
phạm vi toàn cầu. Hạn chế lớn nhất của OSU91A là thiếu số liệu trọng lực


9

chính xác trên nhiều vùng rộng lớn (thậm chí có vùng không có số liệu), đặc
biệt là khu vực Châu á.
Hình 1.3 thể hiện độ cao Geoid với khoảng cao đều là 1 m, mô hình
Geoid OSU91A trên lãnh thổ nước ta dốc theo hướng Tây Bắc - Đông Nam,
bề mặt Geoid không còn đơn giản, có sự gồ ghề, các đường đồng mức uốn
khúc, thể hiện sự thay đổi khá phức tạp của bề mặt Geoid.
b. Mô hình EGM96 (grid 15’x15’)
Mô hình Geoid toàn cầu EGM96 là mô hình trường trọng lực Trái Đất
gồm có các hệ số điều hòa có bậc và hạng tới 360 (n = m = 360). Mô hình
trọng trường EGM96 là kết quả của sự hợp tác giữa 3 cơ quan của Mỹ: Cơ
quan Ảnh và Bản Đồ Quốc Gia (NIMA - National Imagery and Mapping
Agency), Ủy Ban Nghiên Cứu Vũ Trụ (NASA - The National Aeronautics
and Space Administration) và Trường đại học Tổng Hợp OHIO. Các cơ quan
này hợp tác thu thập các số liệu trọng lực mặt đất, đo trọng lực hàng không ở
Châu Phi, Canada, một phần nam Châu Mỹ, Nam Á, Tây Âu, lãnh thổ Liên
Xô (cũ) và một số vùng lãnh thổ ở Châu Á. Ngoài các số liệu đo trọng lực ở
trên, NIMA còn sử dụng các số liệu đo cao vệ tinh 30’x30’ của vệ tinh
GEOSAT và vệ tinh ERS-1 để tính dị thường trọng lực khoảng không tự do ở
một số khu vực thuộc Đại Tây Dương, Bắc Cực và một số khu vực trên các
đại dương theo công bố của NIMA tháng 2/1998. Số liệu thống kê giá trị
trung bình dị thường trọng lực khoảng không tự do theo các ô 30’x30’ của mô
hình Geoid toàn cầu EGM96 như sau:

86740

146042

1064

6500

18854

Chiếm số phần
trăm khu vực

30.7

66.1

0.1

0.8

2.3


10

RMS (mgal)

35.2


tinh trên biển bao xung quanh Australia khoảng 6-7 mGal.


11

Hình 1.4. Mô hình Geoid EGM96 (15’ x 15’)


12

- Mô hình Geoid EGM96 trên lãnh thổ Việt Nam:

Hình 1.5. Mô hình EGM96 (Phần lãnh thổ Việt Nam)

Nhận xét :
Khoảng cao đều thể hiện trên hình 1.5 là 1m. Mô hình Geoid EGM96
trên lãnh thổ nước ta dốc theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, các đường đồng
mức uốn khúc. Bề mặt Geoid được mô tả sát thực và chi tiết hơn.


13

c. Mô hình EGM2008
Mô hình Geoid EGM2008 được công bố bởi Cơ quan địa không gian
Quốc Gia Hoa Kỳ (U.S. National Geospatial-Intelligence Agency - NGA).
Mô hình EGM2008 được công bố ngày 08/01/2008. Mô hình trọng trường
này có đầy đủ các hệ số điều hòa cầu đến bậc 2159, và gồm các hệ số cộng
thêm mở rộng đến 2190 và có bậc 2159. Mô hình EGM2008 được xây dựng
độc lập bởi DNSC (The Defense National Stockpile Center - Trung tâm lưu
trữ Quốc Gia) và SIO/NOAA (The National Oceanic and Atmospheric

-192.0

281.8

30.2

3.0

Đo cao vệ tinh (Altimetry)

63.2

-361.8

351.1

28.4

3.0

Phần lục địa (Terrestrial)

17.6

-351.9

868.4

41.2


-361.8

868.4

34.5

4.1

Dữ liệu nguồn

Diện
tích

Dự án trọng lực Bắc Cực
(ArcGP)

(φ,λ)

19.40 , 293.50 - 10.80 , 286.30

Những cải tiến trong mô hình Geoid toàn cầu EGM2008
- ITG-GRACE03S (Torsten mayer-Gỹrr, 2007), sử dụng ma trận hiệp
phương sai có bậc Nmax = 180.
- Phương pháp số bình phương nhỏ nhất (Least-Squares
Adjustment), giới hạn bởi các hệ số điều hòa Ellipsoid, được sử dụng để kết
nối chỉ các thông tin GRACE với các hệ số gián tiếp dữ liệu mặt đất.
- Đánh giá (Evaluation), bao gồm các dữ liệu như tính toán phần dư Δg
5’ x 5’, GNSS/thủy chuẩn, độ nghiêng góc thiên đỉnh đo thiên văn, đo cao
TOPEX, nguồn MIT ECCO DOT và dữ liệu GRACE KBRR.
- Hiệu chỉnh sai số (Error Calibration), tối ưu hóa các nguồn dữ liệu

điều hòa cầu
- Định dạng: ASCII (Gravity Field Coefficient - GFC Format: Degree,
Order, 2 spherical harmonics coefficients)


16

1.2.1.2. Thành tựu về nghiên cứu mô hình Geoid cục bộ trên thế giới
và khu vực
Bên cạnh các kết quả nghiên cứu trên quy mô toàn cầu, để phục vụ cho
nhu cầu của riêng mình, các quốc gia, châu lục đã nghiên cứu xác định geoid
trên quy mô cục bộ. Cũng như mô hình geoid toàn cầu, việc nghiên cứu trên
xác định geoid trên quy mô cục bộ là bài toán chưa có hồi kết đối với mỗi
quốc gia, châu lục. Các kết quả nghiên cứu liên tục được bổ sung, cập nhật để
nâng cao mức độ chính xác và mức độ chi tiết. Cho đến nay đã có một số sản
phẩm đạt đến độ chính xác cỡ cm. Tiêu biểu như:
- Cameroon: Độ chính xác của Geoid đạt cỡ 11cm (được xác định dựa
trên cơ sở sử dụng mô hình EGM2008, số liệu đo cao vệ tinh và mô hình số
địa hình) [1].
- Canada: Độ chính xác của Geoid đạt cỡ 2.5cm (được xây dựng theo
phương pháp trọng lực, kết quả đánh giá độ chính xác có được trên cơ sở so
sánh với kết quả đo GNSS-TC) [1].
- Pháp: Độ chính xác đạt cỡ 23cm ở đồng bằng, 47cm ở vùng núi
(được xây dựng dựa trên số liệu trọng lực và số liệu đo GNSS-TC, Geoid
trọng lực được bình sai để làm khớp với 1081 điểm GNSS –TC) [1].
- Thụy sĩ: Độ chính xác của Geoid đạt cỡ 35 cm (được xây dựng dựa trên
600 giá trị độ lệch dây dọi, 70 điểm đo GNSS –TC và mô hình số địa hình) [1].
- Nhật: Độ chính xác của Geoid đạt cỡ 7cm (được xây dựng theo số liệu
đo cao vệ tinh và số liệu trọng lực mặt đất, trọng lực biển) [1].
- Hungari: Độ chính xác của Geoid đạt cỡ 6cm so với kết quả đo GNSS