National coordinate system & Chart datum

Hệ tọa độ quốc gia và độ cao (National coordinate system )

Cao độ tuyệt đối: cao độ tính từ điểm đo tới mặt biển. Cao độ tương đối: cao độ tính từ điểm đo tới 1 vật chuẩn khác.

Cao độ tuyệt đối hay còn gọi là cao độ thủy chuẩn, cao độ GEOID, cao độ được tính đến mặt GEOID là một mặt vật lý, gần giống với ellipsoid, tức hình elip tròn xoay, được xác định bằng mực nước biển trung bình của toàn thế giới quan sát nhiều năm. Do không thể biết được mặt nước biển trung bình của toàn thế giới nó như thế nào nên mỗi quốc gia chọn mực nước biển trung bình nhiều năm ngay tại quốc gia mình. Và do đó từng quốc gia sẽ xây dựng hệ thống mốc cao độ tuyệt đối riêng, được dẫn từ 01 điểm chuẩn. Ở Miền Bắc nước ta được Soviet Union xây dựng mốc chuẩn tại đảo Hòn Dấu vào năm 1972, dân trắc địa gọi là hệ 72. Hệ này còn có tên hệ Hà Nội 72 vì tại Hà Nội có 01 mốc thường dùng, được dẫn từ Hòn Dấu vào đất liền cho dễ sử dụng. Nghe đồn do khai thác nước ngầm quá nhiều, Hà Nội bị lún và mốc HN hiện thấp hơn mốc Hòn Dấu. Mốc chuẩn quốc gia được xây dựng bằng kết cấu kiên cố trên khu vực có nền địa chất ổn định. Trước 75 ở miền Nam VN còn dùng mực '0' ở Mũi Nai, Hà tiên gọi là INDIAN54.

Năm 2000, Việt Nam đã xây dựng hệ thống chuẩn mới VN2000. Tuy trong hai HTĐ HN-72 và VN-2000 sử dụng hai phép chiếu có tên khác nhau là phép chiếu Gauss-Kriugher và UTM nhưng về bản chất hai phép chiếu này là hoàn toàn giống nhau . Thực chất đây là phép chiếu hình trụ ngang đồng góc. bản chất của nó như sau: Giả sử chúng ta có một tờ giấy đủ lớn để cuộn lại thành một hình trụ có đường kính bằng đường kính của trái đất rồi lồng nó vào trái đất theo phương nằm ngang. như vậy trái đất chỉ tiếp xúc với tờ giấy the một đường tròn duy nhất đi qua hai cực của nó (đường kính tuyến, trong trường hợp này, gọi là kinh tuyến trục). Nếu thực hienẹ phép chiếu từ tâm quả đất và sau đó trải tờ giấy đã cuộn ra thì chúng ta sẽ được hai đường thẳng vuông góc với nhau đó chính là các trục toạ độ của HTĐ quốc gia trong đó trục ngang được ký hiệu là trục Y còn trục đứng là trục Y. Để tránh các giá trị âm của tọa độ y người ta tịnh tiến trục X sang phía Tây 500km. Toàn bộ cách làm trên đây chính là cách xác lập HTĐ quốc gia HN-72 mà chúng ta đã sử dụng từ năm 2000 trở về trước. Với cách chiếu như trên thì một đoạn thẳng AB nào đó trên mặt đất sẽ được thể hiện trên bản vẽ trong hệ tọa độ HN-72 bằng đoạn thẳng A’B’ của đối tượng trên bản vẽ lớn hơn kích thước thực của nó trên mặt đất.

Tóm lại, Ở VN từ trước tới nay sử dụng hệ thống cao độ, tọa độ, gọi là hệ quy chiếu: INDIAN54, HN-72, VN 2000:

- INDIAN54: là một hệ quy chiêu cao độ và tọa độ trắc địa tại Đông Nam Á và miền Nam Việt nam trước 1975, gốc cao độ 0.000 m tại Mũi Nai Hà tiên, Việt nam.

- HN-72: được xác lập trên Elipxoid Kraxovski 1940, phép chiếu Gauss - Kriugher và hệ độ cao Hòn Dấu, được bắt đầu thành lập từ 1959 và được công bố kết quả vào năm 1972 . Gốc có cao độ 0.000 met tại Hòn dấu, Hải phòng: Quan hệ giữa cao độ Mũi nai Hmn và cao độ Hòn dấu Hhd được thể hiện qua biểu thức: Hhd = Hmn + 0.167 m

- VN2000 được xác lập trdên Elipxoid WGS-84, phép chiếu UTM (Universal Transverse Mercator) và hệ độ cao Hòn Dấu, bắt đầu thành lập từ 1994 và được công bố kết quả vào năm 2000, là một 'biến thể' của hệ toàn cầu WGS84. Sử dụng toàn bộ các thông số ellipsoid WGS84 định vị lại cho phù hợp lãnh thổ VN, hệ cao độ vẫn lấy ở Hòn dấu, Hải Phòng.

- WGS84; là một hệ quy chiếu thế giới (World Geodetic System) do Cơ quan Bản đồ Bộ quốc phòng Mỹ công bố năm 1984 và được sử dụng như một hệ quy chiếu chính thức ở Mỹ và một số nước. Hệ WGS84 được coi là một trong những hệ chuẩn xác nhất hiện nay với sai số hai bán trục và độ lệch gốc tọa độ so với địa tâm trái đất là ± 1m. Các số đo được thực hiện qua máy thu vệ tinh GPS (Global Positioning System) trên toàn thế giới đều được dựa trên hệ tọa độ này

Ngoài hệ cao độ quốc gia, trên thế giới còn 2 hệ định vị 3 chiều bằng vệ tinh. Phổ biến nhất là hệ GPS của Mỹ và Glonas của Nga xếp thứ nhì. Hệ của Nga do thiếu vệ tinh nên còn 1 số vùng trống, họ đang có kế hoạch phủ kín trái đất trong thời gian tới. 2 hệ này đều xuất phát từ mục đích quân sự sau đó được dân sự + thương mái hóa 1 phần (gần như internet vậy).Nghe nói sắp tới Trung Quốc cũng có tham vọng xây dựng 1 hệ thống tương tự.

Ngoài ra, do không muốn lệ thuộc vào Mỹ và Nga, 2 anh này vui thì cho xài free, buồn giận nhau thì cắt thì hơi mệt, nên Châu Âu bắt tay nhau xây dựng hệ thống GALILE. , sau đó có thêm Trung Quốc tham gia. Sau đó nữa Ấn Độ, Hàn Quốc, Úc, Bra-xin, Ác-hen-ti-na, Ma-rốc, U-crai-na... cũng muốn bắt tay. Hệ thống này khai hỏa bằng việc phóng vệ tinh đầu tiên năm 2005, dự kiến gồm 30 vệ tinh vận hành quanh trái đất ở độ cao 24 000 km so với mặt đất, hoạt động chính thức 2008, nhưng do yếu tố kinh phí nên hiện giờ chỉ phóng được mấy cái.

Cao độ tương đối thì đơn giản hơn. Khi đo đạc người ta xây dựng 1 (vài) mốc bê tông rồi gán cho nó 01 cao độ giả định, thường là lấy tròn, tỷ dụ 10m, rồi dẫn ra các điểm đo, tạo thành lưới cao độ giả định. Khi thiết kế, người ta thường quy định cao độ chuẩn - COTE ± 0.000 là cao độ mặt sàn tầng 1 (trệt) rồi ghi các cao độ thiết kế tính từ mặt phẳng đó. Đồng thời, trên bản vẽ và/hoặc thuyết minh, ng thiết kế phải ghi rõ COTE ± 0.000 trong thiết kế tương đương với cao độ nào trong hệ giả định. Khi cần thiết, người ta dẫn cao độ tuyệt đối về mốc của hệ giả định để có thể quy đổi hệ cao độ tương đối của dự án đó sang hệ quốc gia, quốc tế... Với công nghệ hiện nay, người ta có thể đặt 1 thiết bị GPS lên mốc giả định để có thể định vị gần đúng. Sai số phụ thuộc nhiều vào thiết bị đo, càng hiệu đại càng chính xác và càng chuẩn.

Côt “0” hải đồ (Chart datum)

Chart datum tiếng việt gọi là “Cốt 0 hải đồ” là mực nước thể hiện độ sâu hải đồ trên bản đồ hảng hải/bản đồ biển (nautical chart ). Cột 0 hải đồ nói chung là mặt thủy triều ứng với trung bình mực triều thiên văn thấp nhất quan sát được trong nhiều năm.

SteelMan

 

Vì phần lớn anh em trong forum không phải là dân địa chất, trắc đạc bản đồ nên để dễ hiểu, đơn giản thì tôi khuyến nghị anh em là khi muốn biết hệ tọa độ đang sử dụng là hệ nào thì anh em cần quan tâm đến những thông số sau:

- Ellipsoid : Krasovski/Everest1830/WGS84 hay là loại khác.
- Bán trục lớn : a = XXX.xxx (m)
- Bán trục nhỏ : b = YYY.yyy (m)
- Nghịch đảo độ dẹt : 1/f = FFF.fff
- Phép chiếu : Ngoài phép chiếu Gauss-Kriugher và UTM như Steelman nói còn có phép chiếu Transverse Mercator (TM)
- Vĩ độ trung tâm : 0[SUP]0[/SUP]00’00.000” N/S
- Kinh tuyến trục : XXX[SUP]0[/SUP]00’00.000 E/W
- Độ biến dạng tại kinh tuyến trục : X.xxxx
- Dịch chuyển theo hướng Bắc : N.nnn (m)
- Dịch chuyển theo hướng Tây : WWWWWW.www (m)

Với những thông số trên đầy đủ thì anh em mình yên tâm và không cần biết hệ tọa độ đang sử dụng là hệ tọa độ nào, đảm bảo mấy chú chuyên về bản đồ khi được hỏi phải sợ ngay.

 

Cái này học lâu rồi nên quên mất nhiều, có lúc thằng sếp tây bắt giải thích mình đã rất bối rối vì lĩnh vực này mà giải thích bằng tiếng Anh thì rất khó với anh em mình

 

luu lai de nho ..bai nay hay day

 

Anh xem xem biểu đồ ở dưới để hiểu thêm về khái niệm "Chart Datum". Anh em trao đổi thêm việc chuyển đổi Độ sâu hải đồ về Cao độ quốc gia theo Hệ tọa độ quốc gia.

 

Phương pháp quy độ sâu về cao độ quốc gia

Phương pháp quy tọa độ và hệ cao độ của các hải đồ về hệ quy chiếu quốc gia được thực hiện bằng cách tính toán mực nước triều thấp nhất có thể xảy ra trong nhiều năm (số “0” hải đồ quy ước) tại các mảnh hải đồ thông qua các trạm nghiệm triều. Số “0” hải đồ tại các trạm phụ này sẽ được quy về theo số “0” hải đồ quốc gia tại Hòn Dấu. Phương pháp này được tiến hành theo các bước sau:

• Phân tích điều hòa thủy triều;
• Xác định mực nước trung bình nhiều năm tại trạm phụ (hay còn gọi là các trạm nghiệm triều) nằm trong các mảnh hải đồ;
• Xác định số “0” độ sâu lý thuyết (“0” hải đồ) tại các trạm phụ;
• Quy mực nước về “0” hải đồ quy ước;
• Quy các độ cao quy ước về hệ độ cao nhà nước.

a, Phân tích điều hòa thủy triều

Nghiên cứu này sử dụng phần mềm TIDE của Viện Hải dương học Canada để phân tích điều hòa thủy triều. Phần mềm này sử dụng nguồn số liệu đầu vào là mực nước từng giờ, cho phép phân tích chuỗi số liệu dài bất kỳ chấp nhận sự khuyết thiếu của số liệu và số sóng tối đa có thể tính được là 149 sóng.

b, Xác định mực nước trung bình nhiều năm tại trạm phụ

Để xác định mực nước trung bình nhiều năm tại trạm phụ, trước hết cần xác định hàm tương quan mực nước giữa trạm chính (trạm cố định, được đo liên tục nhiều năm) và trạm phụ (được đo đạc tức thời khi khảo sát địa hình). Yêu cầu của phương pháp này là trạm chính và trạm phụ phải có cùng tính chất triều và hai chuỗi số liệu có chỉ số tương quan tốt

c, Xác định số “0” độ sâu lý thuyết tại trạm phụ

Sử dụng phương pháp xác định độ sâu lý thuyết Vlađimirsky của Hải quân Nga. Theo đó, mực nước lý thuyết thấp nhất được chấp nhận làm số “0” độ sâu ở các mảnh hải đồ có các trạm nghiệm triều. Mực nước này được tính bằng cách lấy độ cao mực trung bình trừ đi giá trị cực đại có thể có của biên độ triều xuống theo các điều kiện thiên văn. Giá trị này được xác định bằng cách phân tích biên độ triều trong chuỗi mực nước triều nhiều năm (18 năm) dự tính theo các hằng số điều hoà. Đầu vào để tính toán của phương pháp mực nước trung bình và hằng số điều hoà thuỷ triều của 11 sóng: sóng bán nhật triều chính M2, S2, N2, K2; sóng nhật triều chính K1, O1, P1, Q1; sóng nước nông M4, MS4, M6.

d, Quy mực nước về “0” hải đồ quy ước

Để quy các độ cao quy ước về hệ độ cao nhà nước, số liệu mực nước tại trạm nghiệm triều phải được đưa về “0” hải đồ quy ước như sau:
H"[SUB]CD[/SUB] = H''[SUB]0 tr[/SUB] - H[SUB]0 CD[/SUB]
H"[SUB]CD[/SUB] - mực nước quan trắc tại trạm phụ đã quy về "0" hải đồ
H''[SUB]0 tr[/SUB] - mực nước quan trắc được tại trạm phụ (trên "0" trạm)
H[SUB]0 CD[/SUB] - Độ cao của "0" hải đồ quy ước trên "0" trạm (tính toán ở bước c.)

e, Quy các độ cao quy ước về hệ độ cao nhà nước

Hiện nay, trên mạng lưới các trạm hải văn cơ bản hầu hết sử dụng "0" hải đồ quy ước làm "0" trạm. Để quy các "0" trạm ("0" hải đồ quy ước) về hệ cao độ nhà nước (tức là "0" hải đồ nhà nước hay còn gọi là "0" tuyệt đối được xác định bằng "0" hải đồ quy ước tại trạm Hòn Dấu) thì dẫn nối bằng đo đạc là chính xác nhất. Tuy nhiên trong thực tế, chúng ta chưa thể thực hiện được vì lý do kinh phí. Nhưng với yêu cầu độ chính xác vừa phải của bài toán đặt ra, thì chúng ta có thể dùng phương pháp tính dưới đây để quy "0" hải đồ quy ước về "0" hải đồ tuyệt đối. Bản chất của phương pháp này như sau:
- Coi mực nước trung bình nhiều năm tại trạm chính và trạm phụ cùng một mức;
- Trạm chính và trạm phụ phải có cùng tính chất triều;
- Hệ số tương quan mực nước giữa hai trạm r >= 0.85;
- Biểu diễn trên trục tọa độ Đề các, với trục Ox là mực nước tại trạm chính, trục Oy là mực nước tại trạm phụ. Đường thẳng y = Kx + C cắt trục tung tại một vị trí nào đó thì tọa độ y[SUB]1[/SUB] (= C) này chính là gia số cần tìm để quy "0" trạm của trạm phụ về "0" trạm của trạm chính.
(Tham khảo báo cáo Viện khí tượng thủy văn và Trung tâm khí tượng hải văn biển).

 

Giống như nhiều anh em mới ra trường, ban đầu mình cũng rất lúng túng và nhầm lẫn trong việc qui đổi độ độ sâu về cao độ quốc gia.