1.2.1.
Khái niệm
Do
bề mặt tự nhiên của Trái đất là
vô cùng phức tạp nên trên phạm vi toàn hành tinh, từng châu lục, từng
khu vực và từng quốc gia đều phải sử dụng một hệ quy chiếu toạ độ, độ cao riêng
phù hợp với phạm vi lãnh thổ của mình và một hệ thống điểm toạ độ – độ cao có
mật độ phù hợp để làm cơ sở cho công tác trắc địa. Như vậy ở đây có 2 khái niệm
cần phân biệt rõ đó là: Hệ quy chiếu toạ độ, độ cao (sau này gọi tắt là hệ quy
chiếu) và hệ thống các điểm toạ độ và độ cao (sau này gọi tắt là lưới Trắc địa)
trong hệ quy chiếu đó.
Xác định hệ quy chiếu tức là xác định gốc toạ độ và hệ trục
cơ sở toạ độ để dựa vào đó có thể biểu diễn được tất cả các điểm trong không
gian. Một hệ quy chiếu được gọi là phù hợp với phạm vi lãnh thổ đang xét nếu đạt
được 3 tiêu chuẩn sau: một là có độ lệch nhỏ nhất theo một định nghĩa toán học
nào đó giữa mô hình toán học và không gian vật lý của bề mặt Trái đất của lãnh
thổ đó; hai là thuận tiện sử dụng trong thực tiễn; ba là dễ dàng tính toán chuyển
đổi với các hệ quy chiếu đang sử dụng mà đặc
biệt là hệ quy chiếu toàn cầu hiện hành.
Lưới trắc địa là một tập hợp các điểm cơ sở đã xác định
toạ độ – độ cao trong hệ quy chiếu có độ chính xác theo yêu cầu, được bố trí với
mật độ phù hợp trên phạm vi lãnh thổ. Thông thường các điểm cơ sở phải đạt độ
chính xác cao nhất, mật độ được xác định phù hợp với các mục tiêu mà hệ thống
điểm cơ sở cần phải đáp ứng.
Như vậy, xây dựng hệ quy chiếu và hệ
thống điểm toạ độ quốc gia là một việc quan trọng đối với mỗi quốc gia, đây là
cơ sở toán học mang tính chuẩn để thể hiện chính xác các thể loại bản đồ. Hệ
quy chiếu và hệ thống điểm tọa độ quốc gia còn đóng vai trò hạt nhân trong hệ
thống quản lý hành chính lãnh thổ, phục vụ giải quyết tốt các vấn đề phân định
và quản lý biên giới quốc gia, địa giới hành chính các cấp cũng như ranh giới của
từng thủa đất. Trong đời sống của một xã hội hiện đại hệ quy chiếu và hệ thống
điểm toạ độ quốc gia còn phải đáp ứng cho hoạt động của các ngành nhằm phát triển
kinh tế như nghiên cứu vật lý trái đất, quan trắc hoạt động vỏ trái đất, đảm bảo
hàng hải, dẫn đường hành không, bố trí xây dựng các công trình, quan trắc biến
dạng công trình, quản lý các mạng lưới hoạt động kinh tế theo lãnh thổ, v.v. Việc
xây dựng hệ quy chiếu và hệ thống điểm toạ độ quốc gia cần có tiếng nói chung của
các ngành vì đây là một hệ thống đa mục tiêu.
1.2.2.
Mặt thủy chuẩn và hệ thống độ cao
a.
Mặt thủy chuẩn (mặt Geoid)
Mặt nước biển trung bình ở trạng thái yên tĩnh, tưởng tượng
kéo dài xuyên qua các lục địa, hải đảo tạo thành bề mặt khép kín được gọi là mặt
thủy chuẩn trái đất, mặt này được gọi là mặt
Geoid.
Mặt
Geoid là mặt
quy chiếu độ cao. Mỗi quốc gia trên cơ sở số liệu quan trắc mực nước biển
nhiều năm từ các trạm nghiệm triều đã xây dựng cho mình một mặt chuẩn độ cao
riêng gọi là mặt thủy chuẩn gốc. Ở Việt Nam mặt
thủy chuẩn gốc được xác định đi qua điểm gốc có cao độ 0.000 met tại trạm nghiệm
triều Hòn Dấu, Đồ Sơn, Hải Phòng.
Tại
mọi điểm trên mặt thủy
chuẩn gốc, phương
dây dọi (phương
trọng lực) luôn trùng với phương
pháp tuyến. Các mặt thủy chuẩn song song với mặt thủy chuẩn gốc được gọi là mặt
thủy chuẩn quy ước, có vô số mặt thủy chuẩn quy ước.
b. Hệ độ cao
Độ cao của một điểm
là khoảng cách
tính theo phương dây dọi từ điểm đó đến mặt thủy chuẩn (mặt Geoid).
Đối với khu vực nhỏ người ta dùng mặt thủy chuẩn quy ước
(giả định). Các mặt thủy chuẩn quy ước song song với mặt thủy chuẩn gốc.
Tùy theo cách chọn mặt thủy chuẩn mà ta có 2 hệ thống độ cao:
- Độ cao tuyệt
đối của 1 điểm là khoảng cách
theo phương dây dọi tính từ
điểm đó tới mặt thủy chuẩn gốc. Trên hình vẽ, độ cao tuyệt đối của điểm A là HA.
Tại mặt thủy chuẩn gốc có độ cao = 0.000m. Những điểm ở trên mặt thủy chuẩn có
độ cao (+). Những điểm ở dưới mặt thủy chuẩn có độ cao (-).
- Độ cao tương đối của 1 điểm là khoảng cách theo phương
dây dọi tính từ điểm đó tới mặt thủy chuẩn quy ước.
Trong xây dựng cơ bản, người ta thường quan tâm đến sự
chênh lệch độ cao giữa các điểm, gọi là độ chênh cao. Độ chênh cao giữa điểm A so
với điểm B là hiệu độ cao tuyệt đối của điểm A so với điểm B kí hiệu là hAB
Hình
1.2: Độ cao tuyệt đối, độ cao tương đối, độ chênh cao
1.2.3. Hệ quy chiếu tọa độ và Hệ tọa độ địa lí
a. Hệ quy chiếu tọa độ
Trong trắc địa, người ta dùng mặt Geoid để biểu thị bề mặt
Trái đất nhưng do vật chất trong lòng
Trái đất phân bố không đều nên phương dây dọi thay đổi ở các vị trí khác nhau
và mặt geoid mặc dầu gần với mặt đất tự nhiên nhưng là một mặt không biểu diễn
được bằng phương trình toán học.
Để thuận tiện cho việc tính toán tọa độ cần xác định một
mặt có
dạng chính tắc về mặt hình học. Mặt này phải đáp ứng được các yêu cầu
sau:
- Biểu diễn được dưới dạng các phương trình toán học.
- Gần với mặt đất tự nhiên nhất.
Qua nghiên cứu người ta thấy rằng bề mặt tự nhiên của
Trái đất gần giống với hình thể của một hình ellip quay quanh trục ngắn của nó.
Trong hình học nó có
tên là ellip tròn xoay (ellipsoid). Kích thước
của elipsoid Trái đất được đặc trưng bởi các giá trị:
tên là ellip tròn xoay (ellipsoid). Kích thước
của elipsoid Trái đất được đặc trưng bởi các giá trị:
- Bán trục dài (a);
- Bán trục ngắn (b);
- Độ dẹt f = (a – b)
/a;
- Tiêu cự e2
= (1-(b2/a2)) = 2f – f2
Do tính chất gồ ghề của
trái đất mà người ta đã thiết lập nhiều mặt chuẩn quy ước khác nhau để thích hợp
cho từng khu vực. Nhiều nhà bác học của các nước khác nhau đã
đi xác định được
kích thước của
Ellipsoid Trái đất.
Bảng 2: Một số Ellipsoid được sử dụng ở
trên thế giới
Bản đồ Việt Nam từ trước đến nay sử dụng các thể
Ellipsoid sau đây:
- Các bản đồ thời Pháp sử dụng thể Ellipsoid Clarke
- Các bản đồ Miền Nam VN từ 1954-1975 do Mỹ xây dựng sử dụng
thể Ellipsoid Everest, hệ độ cao Mũi Nai, Hà Tiên
- Các bản đồ xây dựng từ 1972 – 2000 sử dụng thể
Ellipsoid Krasovski, hệ độ cao Hòn dấu, Hải phòng.
- Từ năm 2000 đến nay bản đồ Nước ta
sử dụng thể Ellipsoid WGS – 84, hệ độ cao Hòn Dấu, Đồ Sơn, Hải Phòng.
(Mối quan hệ giữa hệ độ cao Hòn Dấu và hệ độ cao Mũi Nai
được thể hiện qua công thức sau: HH
= HM + 0.167 m).
b. Hệ tọa độ địa lí
Vì độ dẹt f khá nhỏ (khoảng f = 1/298,25) nên khi đo đạc
và thành lập bản đồ khu vực không lớn có thể coi bề mặt lý thuyết của Trái đất
là một mặt cầu (quả địa cầu) với bán kính R= 6372,11km.
Hệ tọa độ địa lý nhận trái đất là hình cầu với gốc tọa độ
là tâm trái đất, mặt phẳng kinh tuyến gốc qua đài thiên văn Greenwich ở nước
Anh và mặt phẳng vĩ tuyến gốc là mặt phẳng xích đạo. Một điểm trên mặt đất
trong hệ tọa độ địa lý được xác định bởi hai thành phần tọa độ là vĩ độ địa lý φ
và kinh độ địa lý λ
Hình
1.5: Hệ trục tọa độ địa lí
Vĩ độ địa lí của điểm M là góc hợp bởi phương đường dây dọi
đi qua điểm đó với mặt phẳng xích đạo. Vĩ độ nhận giá trị 0o
ở xích đạo và 90o ở
hai cực. Các điểm trên mặt đất có độ vĩ bắc hay nam tùy thuộc chúng nằm ở Bắc
hay Nam bán cầu.
Kinh độ địa lý của một điểm là góc nhị diện hợp bởi mặt
phẳng kinh tuyến gốc và mặt phẳng kinh tuyến đi qua điểm đó. Kinh độ địa lý nhận
giá trị từ 0o đến 180o và tùy
thuộc vào điểm đang xét nằm ở Đông hay Tây bán cầu mà nó có kinh độ tương
ứng là độ kinh ông hay độ kinh Tây.
Hệ tọa độ địa lý dùng để xác định vị trí các điểm trên mặt
đất, nó có ưu điểm là thống nhất cho toàn bộ bề mặt Trái đất nhưng nhược điểm
là tính toán phức tạp.
Trên các tờ bản đồ toạ độ địa lí được thể hiện bằng
những đoạn “đen trắng” (“thang” chia độ) cùng các con số ghi ở bốn góc khung mỗi
tờ bản đồ.
(Trắc địa cơ sở)
Hãy like nếu bài viết có ích →
Kết bạn với gisgpsrs trên Facebook
để nhận bài viết mới nóng hổi
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét