Ảnh hưởng của các yếu tố địa vật lý đến chất lượng đo GPS với khoảng cách lớn-Phần 2

2. Ảnh hưởng của hiện tượng triều Trái đất

Trái đất không phải là thiên thể tuyệt đối cứng. Dưới sự tác động của  mặt trăng và mặt trời, Trái đất trở thành vật thể biến dạng đàn hồi. Theo kết quả đo đạc trọng lực độ chính xác cao [48], sự chuyển dịch thẳng đứng của bề mặt Trái đất dưới tác động của mặt trăng và  mặt trời có thể  đạt tới 40-50cm trên lục địa và 10m trên các đại dương. ảnh hưởng đồng thời của  mặt trăng và mặt trời dẫn đến sự thay đổi của gia tốc lực trọng trường ở mức 0,3mgl. Coi mặt trăng hoặc mặt trời là chất điểm L. Dưới tác động của lực hấp dẫn từ chất điểm L đến tâm vật chất O, Trái đất sẽ bị xê dịch và tại điểm M trên mặt Trái đất, lực hấp dẫn sẽ thay đổi đi 1 đại lượng bằng hiệu các lực hấp dẫn tại tâm O và điểm M.

Hình 1.3: Ảnh hưởng của hiện tượng triều Trái đất

Tại điểm M, khi coi Trái đất là tuyệt đối cứng (Solid Earth), thế triều (Tide Potential) bằng [49]:

ở đây r - bán kính véc tơ địa diện của chất điểm L; r₀ - bán kính véc tơ địa tâm  của chất điểm L; f.M - hằng số trọng trường Trái đất.

Khi biểu diễn hàm 1/r qua hàm cầu

ở đây R - bán kính trung bình Trái đất; Z₀­ -khoảng cách thiên đỉnh địa tâm của chất điểm L; thế thủy triều W_t có dạng:

(1.7)

Do

ở đây φ - vĩ độ của điểm M; δ - độ nghiêng của chất điểm L so với mặt phẳng xích đạo của Trái đất; t - góc giờ của chất điểm L,

nên từ (1.7) có thể thấy rằng thế triều là hàm tọa độ của thiên thể L thay đổi theo chu kỳ và chứa các thành phần thay đổi với các chu kỳ 1 ngày đêm, nửa ngày đêm, 1 tháng, 1 năm.....

Thành phần chính của W_t là thành phần thứ hai trong công thức (1.7). Khi đó

 (1.8)

Từ (1.8) có thể tính được sự biến dạng của mặt đẳng thế so với mặt vật lý Trái đất, tức sự thay đổi dị thường độ cao δε của điểm M dưới sự thay đổi của thế thuỷ  triều:

Đối với mặt trăng:                 

Đối với mặt trời:               

Đối với ảnh hưởng tổng hợp của mặt trăng và mặt trời, δε_max = 52 cm khi Z₀ = 0⁰ và δε_min = -26 cm khi Z₀ = 90⁰.

Đối với Quả đất biến dạng đàn hồi, đại lượng δε được tính theo công thức:

ở đây h₂ và k₂ - các số Love.

Các kết quả đo đạc độ chính xác trên các trạm thuỷ triều cho thấy rằng biên độ dao động của thuỷ triều ảnh hưởng đến gia tốc lực trọng trường đối với Trái đất biến dạng đàn hồi lớn hơn khoảng 1,2 lần so với Trái đất cứng, tức:

Khi đo đạc GPS trên các khoảng cách lớn thời gian thu tín hiệu vệ tinh thường kéo dài trong nhiều ngày. Do đó phải tính đến sự ảnh hưởng của thế thuỷ triều đến sự xê dịch vị trí của trạm đo GPS.

Nếu coi:

là sự thay đổi độ cao trắc địa do ảnh hưởng của mặt trăng và mặt trời, thì sự thay đổi vị trí của điểm do thế thuỷ  triều được xác định theo công thức:

δX = δH.CosB.Cos L,

δY = δH.CosB.SinL,

δZ = δH.SinB.

Công thức nêu trên cho phép tính số cải chính tọa độ của trạm thu tín hiệu vệ tinh do hiệu ứng sức tải triều dưới sự tác động của mặt trăng và mặt trời vào mỗi thời điểm thu tín hiệu vệ tinh. Đây là một trong những điều kiện để nhận lời giải cuối cùng (fĩxed solution) trong quá trình giải đa trị. Tuy nhiên để làm được điều này cần sử dụng các bản lịch mặt trăng và mặt trời được lập cho năm đo GPS. Phòng thí nghiệm phản lực (Jet Propulsion Laboratory-JPL) của Mỹ cung  cấp lịch mặt trăng và mặt trời hàng năm và có thể  truy cập internet để nhận    loại  lịch  nêu  trên  theo địa  chỉ  sau: http://ssd.jpl.nasa.gov. Thực tế đã chỉ rõ rằng để nhận được vectơ baseline độ chính xác cao trên các khoảng cách lớn bắt buộc  phải  thực hiện cải chính tọa độ của trạm thu tín hiệu vệ tinh do hiệu ứng sức tải triều dưới sự tác động  của  mặt trăng và mặt trời vào mỗi thời điểm thu  tín hiệu vệ tinh trong quá trình xử lý pha.

Trong [110] đã tiến hành khảo sát thực tế ảnh hưởng của hiện tượng triều của Quả đất dưới tác động của sức hút Mặt trăng và Mặt trời. Dựa trên các kết quả đo GPS ngày 28/2/2002 trên điểm DON1 thuộc mạng lưới GPS địa động học Lai Châu - Điện Biên và các điểm KUNM và WUHN trên lãnh thổ Trung Quốc, đối với ảnh hưởng của hiện tượng triều Trái đất do sức hút Mặt trăng - Mặt trời, bức tranh chuyển dịch vị trí mặt bằng được thể hiện ở hình vẽ dưới đây

 

Hình 1.4: Ảnh hưởng triều đến vị trí mặt bằng

Trong đó trong một ngày đêm từ 0^h đến 24^h, vị trí điểm di chuyển xoay quanh vị trí chính xác theo 1,5 vòng tròn với bán kính véc tơ xê dịch vị trí mặt bằng cực đại r_max được nêu trong bảng dưới đây.

Bảng 1.7. Đánh giá ảnh hưởng của sức hút đến mặt bằng

Từ bảng trên chúng ta thấy rằng dưới sức hút của Mặt trăng - Mặt trời, vị trí các điểm thay đổi theo cùng quy luật.

Khi tính đến khoảng cách DON1 - KUNM là 322035,903 m và DON1 - WUHN là 1547459,797 m có thể kết luận rằng đối với  khoảng cách dài đến 1500 km, việc không tính đến ảnh hưởng của sức hút Mặt trăng - Mặt trời có thể sự sai lệch vị trí mặt bằng tương hỗ giữa hai điểm chỉ ở mức một vài mm.

Tuy nhiên ảnh hưởng của sức hút Mặt trăng - Mặt trời đến hiệu độ cao trắc địa giữa hai điểm là rất đáng kể. Độ biến thiên của độ cao trắc địa δH dưới ảnh hưởng của sức hút Mặt trăng - Mặt trời tại các điểm DON1, KUNM và WUHN vào ngày 28/2/2002 được trình bày ở bảng dưới đây.

Bảng 1.8. Đánh giá ảnh hưởng của sức hút đến độ cao

Tên điểm	Thời gian	Đặc điểm của sự thay đổi đại lượng δH	Giá trị cực đại của đại lượng δH
DON1 KUNM WUHN	0 ÷ 5h 5 ÷ 10h,5 10,5 ÷16h,5 16,5 ÷ 23h,5 0 ÷ 5h ,5 5,5 ÷ 11h 11 ÷ 16h 16 ÷ 23h,5 0 ÷4h,5 4,5 ÷ 10 h 10 ÷13h ,5 13,5 ÷ 23h ,5	Giảm dần. Đổi dấu từ + sang - Tăng dần.  Đổi dấu từ - sang + Giảm dần. Đổi dấu từ + sang - Tăng dần. Đổi dấu từ - sang + Giảm dần. Đổi dấu từ + sang - Tăng dần.  Đổi dấu từ - sang + Giảm dần. Đổi dấu từ + sang - Tăng dần. Đổi dấu từ - sang + Giảm dần. Đổi dấu từ + sang - Tăng dần.  Đổi dấu từ - sang + Giảm dần. Đổi dấu từ + sang - Tăng dần. Đổi dấu từ - sang +	0,261 m 0,159 m 0,148 m 0,269 m 0,262 m 0,146 m 0,133 m 0,262 m 0,232 m 0,122 m 0,107 m 0,234 m

Bảng trên cho thấy rằng khi không tính đến ảnh hưởng của hiện tượng triều Trái  đất do sức hút của Mặt trăng - Mặt trời, trong cùng một khoảng thời gian, sai số được gây ra của hiệu độ cao trắc địa có thể đạt tới 1 cm với khoảng cách khoảng 300 km và đạt tới 4 cm với khoảng cách khoảng 1500 km.

Như vậy khi giải quyết bài toán truyền độ cao trắc địa độ chính xác cao bằng công nghệ GPS trên các khoảng cách lớn bắt buộc phải tính đến ảnh hưởng của sức hút Mặt trăng - Mặt trời.

Bài tiếp theo: Ảnh hưởng của các yếu tố địa vật lý đến chất lượng đo GPS với khoảng cách lớn-Hết

Hãy like nếu bài viết có ích →

Kết bạn với gisgpsrs trên Facebook để nhận bài viết mới nóng hổi