Nghiên cứu chi tiết Geoid là nhiệm vụ khoa học chủ yếu của Trắc địa cao cấp, với mục đích chính là xác định dị thường độ cao và các thành phần góc lệch dây dọi, đây là các tham số chính để chuyển đổi các trị đo trên mặt đất về mặt Ellipsoid tham chiếu trong các bài toán trắc địa truyền thống. Vấn đề càng trở nên cấp thiết hơn khi xuất hiện Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu (GNSS), nó cho phép xác định tọa độ của một điểm trên mặt đất với độ chính xác cao hơn hẳn so với các công nghệ đo đạc truyền thống. Vì vậy công nghệ GNSS nhanh chóng chiếm được vị trí thống lĩnh trong công tác đo đạc.

Theo thống kê không chính thức, công nghệ GNSS ngày nay thực hiện đến 80% khối lượng đo đạc trắc địa. Tuy nhiên, công nghệ GNSS mới được ứng dụng chủ yếu trong công tác xác định tọa độ mặt bằng, còn trong việc xác định độ cao chúng ta vẫn phải sử dụng công nghệ truyền thống là thủy chuẩn hình học, bởi vì thành phần thứ 2 của độ cao trắc địa là dị thường độ cao chỉ được xác định với độ chính xác chưa cao. Vì vậy, vấn đề xây dựng Geoid địa phương (thực chất là tính dị thường độ cao) với độ chính xác ngày càng cao luôn là mối quan tâm hàng đầu của các nhà khoa học.

Ở nước ta, mặc dù đã có nhiều công trình được công bố liên quan đến bài toán xây dựng mô hình Geoid cục bộ cho lãnh thổ Việt Nam, thế nhưng công việc đó vẫn chưa được hoàn thành triệt để, mà cụ thể là dị thường độ cao nhận được chưa thỏa mãn yêu cầu về độ chính xác nhằm sử dụng độ cao nhận được từ đo GNSS để thay thế công tác đo chênh cao truyền thống (thủy chuẩn hình học), bước đầu là thủy chuẩn kỹ thuật. Điểm yếu chung của tất cả các công trình đã công bố là dữ liệu về dị thường trọng lực ở Việt Nam không đầy đủ. Công tác đo trọng lực do nhiều cơ quan tổ chức thực hiện, ví dụ như Tổng cục Địa chất, Viện Vật lý Địa cầu, Cục Đo đạc Bản đồ Việt Nam. Chính vì mỗi cơ quan, tổ chức khi tiến hành đo trọng lực đều có mục đích riêng phục vụ công việc của mình nên số liệu trọng lực có độ chính xác khác nhau, mật độ các điểm phân bố không đều, có những vùng trọng điểm có số liệu dày đặc, có những vùng số liệu thưa thớt hoặc không có. Số liệu trọng lực các lãnh thổ liền kề như ở Lào, Campuchia, Trung Quốc và trên biển cũng không có. Trong điều kiện như vậy không thể đưa ra kết luận có tính khoa học thuyết phục về câu trả lời cho câu hỏi: phương pháp nào sẽ cho kết quả tốt nhất trong bài toán xây dựng mô hình Geoid cục bộ? Dựa trên ý tưởng đó, việc đầu tiên là lựa chọn vùng có số liệu trọng lực tương đốiđầy đủ nằm trong bán kính 100 km, và tính thử nghiệm tất cả các phương pháp nghiên cứu mô hình Geoid vùng cục bộ, nhóm tác giả đã lựa chọn vùng Bắc Trung Bộ, bao gồm các tỉnh Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình. Ở vùng khảo sát này, nhóm tác giả cũng đã có số liệu trọng lực bao phủ cả tỉnh Thanh Hóa và Quảng Trị, với số lượng điểm hơn 5000 điểm, điều này cho phép chúng ta xây dựng bộ dữ liệu dị thường trọng lực với độ phân giải 3’x3’ và với độ chính xác nhỏ hơn 2 mgl, nó tốt hơn hẳn số liệu dị thường trọng lực ở các công trình khác trong nước đã công bố. Điểm khác biệt nữa là nhóm tác giả cũng có số liệu mô hình Geoid cục bộ tại Lào do Chi cục Đo đạc Bản đồ Phía Nam cung cấp, dữ liệu trọng lực trên biển được lấy từ kết quả xử lý số liệu đo cao vệ tinh với độ chính xác không lớn hơn 4 mgl. Như vậy, so sánh với các công trình đã được công bố trên thế giới, nếu xử lý bộ dữ liệu trên một cách chặt chẽ, và lựa chọn được phương pháp tính thích hợp, chúng ta hoàn toàn có cơ sở để kết luận rằng, dị thường độ cao tính được sẽ có độ chính xác khoảng 15 cm. Với mong muốn như vậy, TS. Đỗ Minh Tuấn và các cộng sự Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường TP. Hồ Chí Minh (Bộ Tài nguyên và Môi trường) đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu xây dựng mô hình Geoid khu vực miền Trung nước ta trên cơ sở số liệu quan trắc các yếu tố của thế nhiễu (dị thường trọng lực, dị thường độ cao, điểm đo trùng GPS - thủy chuẩn hình học)”.

Với bộ số liệu đầu vào bao gồm các điểm chi tiết dị thường trọng lực, các điểm đo trùng GPS-Thủy chuẩn hình học, các điểm dị thường trọng trên biển, đề tài đã xây dựng được qui trình tính dị thường độ cao (mô hình geoid cục bộ) bằng phương pháp collocation thông qua phần mềm GRAVSOF. Bằng cách sử dụng tuần tự các module EPCOV (tính các tham số hàm hiệp phương sai thực nghiệm), FITCOV (làm khớp hàm hiệp phương sai thực nghiệm và hàm hiệp phương sai lý thuyết, TC (hiệu chỉnh địa hình theo nguyên lý RMS), GEOFIT (làm khớp geiod cục bộ và toàn cầu theo phương pháp collocation bằng các điểm đo trùng GPS-Thủy chuẩn hình học), qui trình xây dựng geoid cục bộ cho khu vực miền Trung nước ta đã được xây dựng.

Để kiểm chứng mô hình xây dựng được, đề tài sử dụng 1 phần các điểm đo trùng GPS- Thủy chuẩn. Kết quả tính được mô hình của đề tài hiển nhiên không trùng với dị thường độ cao tại các điểm kiểm tra đó, tuy nhiên, độ lệch nằm trong giới hạn cho phép.

Tuy nhiên, để tăng độ tin cậy đề tài thành lập 16 điểm GPS- thủy chuẩn mới, điểm khác ở đây là thủy chuẩn hạng IV. Song song với mục đích kiểm tra đề tài cũng đưa ra qui trình đo chênh cao bằng công nghệ GPS, thực chất qui trình này không khác so với qui trình được áp dụng ngoài thục tế sản xuất, điếm khác nằm ở chỗ phương pháp tính dị thường độ cao và phương pháp làm khớp mặt geoid trọng lục tính được với mặt geoid hình học. Kết quả kiếm tra tại các điểm mới lập này nhìn chung (loại trừ 2 điểm) đáp ứng được độ chính xác yêu cầu đối với thủy chuẩn hạng IV, và quy trình đo chênh cao bằng công nghệ GNSS với việc sử dụng phần mềm GRAVSOFT có thể áp dụng vào trong sản xuất trắc địa bản đồ.

Xuất phát từ mục tiêu lựa chọn phương pháp tính dị thường độ cao tối ưu nhất với bộ số liệu có sẵn đề tài cũng xây dựng được có sở lý thuyết và thực tế tính dị thường độ cao bằng biến đổi nhanh Hartley (FHT). Kết quả so sánh với kết quả của phương pháp collocation tại chương 7 cho thấy kết quả của 2 phương pháp tương đồng với nhau. Tuy nhiên, như đã chỉ ra ở phần kết luận chương 7, phương pháp FHT chỉ có ưu điểm khi phải tính 1 số lượng lớn các giá trị dị thường độ cao. Nhược điểm của nó là không có phương pháp đánh giá độ chính xác kết quả nhận được, và quan trọng nhất, số liệu ban đầu và kết quả đều ở các mắt lưới kích thước nhất định (hoặc giá trị trung bình theo các ô với kích thước cho trước), điều này dẫn đến các sai số nội suy.

Mặc dù vậy, phương pháp tính dị thường độ cao bằng biến đổi Hartley cũng bổ xung cho lý thuyết và thực tế áp dụng biến đổi nhanh Hartley trong các bài toán trắc địa vật lý, làm phong phú thêm các phương pháp đã có.

Phương pháp nội suy dị thường độ cao hình học bằng hàm xu thế Trend cũng được nhóm tác giả tính toán trong chương 7, tuy nhiên khi đánh giá độ chính xác các mặt xu thế, chúng ta thấy mặc dù độ chính xác hàm xu thế bậc 3 là cao nhất, tuy nhiên độ chính xác đó không đủ để có thể sử dụng khi so sánh với độ chính xác của phương pháp Collocation. Có thể phương pháp này có thể áp dụng được ở khu vực có địa hình bằng phẳng hơn.

Như vậy, Quy trình đo chênh cao bằng công nghệ GNSS sử dụng phần mềm GRAVSOFT do đề tài đề xuất hoàn toàn có thể được áp dụng trong thực tế sản xuất trắc địa bản đồ tại Việt nam. Đối với đồng bằng, việc thay thế thủy chuẩn hình học hạng IV và thấp hơn bàng công nghệ GNSS là hoàn toàn khả thi. Tuy nhiên, với khu vực miền trung du và miền núi thì cần phải tính toán kỹ lưỡng.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 17595/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

P.T.T (NASATI)