1. Đặt vấn đề
Hệ quy chiếu hệ tọa độ không gian quốc gia (3D) là hệ tọa độ có độ chính xác cao về mặt phẳng và được tính toán trên mô hình Quasigeoid có độ chính xác cao phù hợp với vị trí lãnh thổ của quốc gia đó. Xác định hệ quy chiếu tức là xác định gốc tọa độ và hệ trục cơ sở tọa độ để dựa vào đó có thể biểu diễn được tất cả các điểm trong không gian. Tuy nhiên, hệ quy chiếu và hệ tọa độ quốc gia VN-2000 được xây dựng và đưa vào sử dụng năm 2000 là hệ tọa độ 2D, do đó có bất lợi trong việc khai thác hiệu quả các công nghệ GNSS trên thế giới.
Vì vậy, việc xây dựng một hệ quy chiếu và hệ tọa độ đáp ứng các yêu cầu khảo sát địa động lực, xây dựng mô hình Geoid, liên kết mạng lưới IGS,... phục vụ công tác nghiên cứu khoa học, đo đạc thu nhận dữ liệu thông tin địa lý là thực sự cần thiết.
Cơ sở kinh nghiệm thực tiễn trên thế giới
Hệ tọa độ quốc gia Bắc Mỹ - NAD83 là hệ tọa độ không gian địa tâm được xây dựng vào năm 1983 tương ứng với Elipsoid GRS80 (Hệ thống quy chiếu trắc địa 1980). Mạng lưới thiên văn - trắc địa Bắc Mỹ được bình sai trong NAD83 bao gồm 244.000 điểm với các trị đo hướng, cạnh, phương vị, thiên văn, các trị đo Doppler. Từ năm 1989, NGS bắt đầu phát triển các mạng lưới trắc địa độ chính xác cao (High Precision Geodetic Network - HPRN) và các mạng lưới quy chiếu độ chính xác cao (High Accuracy Reference Network - HARN) trên tất cả các bang của Mỹ. NGS đã xây dựng HARN ở các khu vực dưới mạng lưới của các trạm quy chiếu hoạt động liên tục (CORS – Continuosly Operating Reference Station) đảm bảo vị trí điểm ở mức độ chính xác cm trong hệ NAD-83 (CORS96). Độ chênh vị trí điểm giữa NAD-83(HARN) và NAD-83(CORS96) nhỏ hơn 10cm.
Đối với các nước Nam Mỹ, hệ quy chiếu địa tâm Nam Mỹ (SIRGAS – South American Geocentric Reference System) là dự án do các nước Nam Mỹ, Trung Mỹ và Bắc Mỹ phối hợp với các viện khoa học quốc tế để xây dựng khung quy chiếu địa tâm tại khu vực này. Việc xây dựng dự án SIRGAS được bắt đầu tại cuộc gặp quốc tế tổ chức vào tháng 10 năm 1993 tại Asunciun, Paraguay với sự có mặt của các đại diện đến từ hầu hết các nước Nam Mỹ, Hội Trắc địa quốc tế (IAG – International Association of Geodesy), Viện Địa lý và lịch sử liên Mỹ (PAIGH – the Pan American Institute of Geography and History), Cơ quan Bản đồ và Ảnh quốc gia của Mỹ (NIMA – the National Imagery and Mapping Agency và hiện nay là Cơ quan Tri thức – Địa không gian quốc gia NGA – National Geospatial – Intelligence Agency). Công tác điều hành do Hội đồng tư vấn, Ban điều hành, Hội đồng khoa học và 3 nhóm làm việc: WGI “Reference System”, WGII “Geocentric Datum”, WGIII “ Vertical Datum”. Vào năm 2000, dự án được mở rộng thêm đến các nước Trung Mỹ và Bắc Mỹ. Nhóm làm việc WGI bắt đầu triển khai đo GPS độ chính xác cao trên 58 trạm GPS của mạng lưới SIRGAS ở khu vực Nam Mỹ. Hai trung tâm phân tích DGFI ( Deutsches Geododisches Forschungs Institut) của CHLB Đức và DMA của Mỹ đã xử lý các kết quả đo GPS và ghép nối thành lời giải thống nhất trong ITRF94. Độ chính xác mối thành phần tọa độ không gian đạt khoảng ±5mm. Các kết quả xử lý đã được trình bầy ở Hội nghị khoa học IAG tại Rio de Janeiro (Brazil) vào tháng 8 năm 1997 (SIRGAS 1997). Mạng lưới SIRGAS được mở rộng thêm 85 trạm GPS tại các nước Trung Mỹ và Bắc Mỹ và đo nối vào 43 trạm nghiệm triều để kết nối các Hệ độ cao đang tồn tại với Khung quy chiếu địa tâm. Ba trung tâm xử lý của CHLB Đức là IBGE, DGFI, BEK đã tham gia xử lý các kết quả đo GPS trong ITRF2000. Năm 1996 đã xây dựng 80 trạm CORS tại Trung Mỹ và Nam Mỹ. Nhóm làm việc WGII thực hiện xây dựng Khung quy chiếu địa tâm SIRGAS dựa trên Elipsoid GRS80 và thực hiện chuyển đổi các mạng lưới trắc địa quốc gia vào Khung quy chiếu địa tâm này. Hoạt động của nhóm làm việc WGIII là hoàn thiện các Hệ độ cao tương ứng với khung quy chiếu địa tâm SIRGAS.
Tại Canada, hệ thống quy chiếu không gian Canada (CSRS - Canada Spatial Reference System) được xây dựng dựa trên NAD - 83. CSRS là hệ tọa độ không gian với tọa độ mặt phẳng và độ cao trắc địa của các điểm trắc địa được xác định trong NAD - 83. CSRS bao gồm 250 trạm thuộc hệ thống khống chế tích cực Canada (the Canadian Active Control System - CACS) và mạng lưới cơ sở Canada (Canadian Base Network - CBN). Các trạm CSRS được thu tín hiệu vệ tinh GPS liên tục. Các trạm CBN cách nhau khoảng 200 km ở Nam Canada được sử dụng để định vị GPS đa thời gian. Sai số trung phương định vị điểm chênh khoảng 2m so với hệ NAD-83.
Tình hình trong nước
Năm 2020 Bộ Tài nguyên Môi trường đã xây dựng và đưa vào hoạt động hệ thống trạm định vị vệ tinh quốc gia bao gồm: 65 trạm GNSS CORS (24 trạm Geodetic CORS được bố trí trên phạm vi toàn quốc với khoảng cách trung bình giữa các trạm từ 150-200 km và 41 trạm NRTK CORS được bố trí tại 3 khu vực: Đồng bằng Bắc Bộ và khu vực Thanh Hóa, khu vực miền Trung và Tây Nguyên, khu vực Nam Bộ với khoảng cách trung bình giữa các trạm từ 50-80 km.
Hình 1: Sơ đồ vị trí đặt các trạm Geodetic CORS và NRTK của Bộ TN&MT
Mạng lưới trạm định vị vệ tinh quân sự do Cục Bản đồ/BTTM xây dựng và quản lý được bắt đầu xây dựng trên thực tế từ năm 2007, đi vào hoạt động từ năm 2009 và đang tiếp tục được xây dựng và hoàn thiện phát triển trong những năm tiếp theo (trạm xử lý trung tâm đặt tại trụ sở Cục Bản đồ/BTTM).
Hình 2. Sơ đồ phân bố các trạm định vị vệ tinh quân sự đang vận hành
Mạng lưới định vị vệ tinh quốc gia được kết nối với hệ quy chiếu quốc tế ITRF thông qua các trạm thuộc mạng lưới của tổ chức cung cấp dịch vụ GNSS quốc tế IGS có trong khu vực và các điểm tọa độ quốc gia cấp 0. Các điểm trong mạng lưới trạm định vị vệ tinh quốc gia được xử lý tính toán thường xuyên, liên tục trong ITRF với độ chính xác ≤2mm. Dữ liệu các trạm được truyền trực tiếp qua mạng Internet về Trạm xử lý và điều khiển trung tâm tại Hà Nội để xử lý tính toán và cung cấp cho người dùng qua mạng Internet theo thời gian thực.
Trong thời kỳ cách mạng công nghiệp 4.0 bùng nổ, ngoài việc quản lý đơn thuần như xác định bản đồ địa hình, bản đồ địa chính,... thì việc quản lý và xử lý dữ liệu lớn theo mô hình “Big Data” giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường, ứng dụng các thuật toán trí tuệ nhân tạo trong công tác mô hình hóa, dự báo cảnh báo các hiện tượng xảy ra trên bề mặt đất,... là xu hướng thời đại. Do đó, việc phát triển hệ tọa độ hệ quy chiếu không gian 3D là việc cấp thiết, giúp ta tận dụng được nguồn tài nguyên công nghệ và hội nhập được với các quốc gia trên thế giới.
2. Kết luận
Vấn đề xây dựng Hệ quy chiếu và Hệ toạ độ không gian Quốc gia là một việc nhất thiết phải làm trong giai đoạn hiện nay để đáp ứng được những đòi hỏi của thực tế phát triển kinh tế - xã hội và đảm bảo an ninh - quốc phòng. Giải pháp sử dụng mạng lưới định vị vệ tinh GNSS trong công tác xây dựng Hệ quy chiếu và Hệ tọa độ không gian Quốc gia nhằm mục đích đảm bảo tốt nhất về kỹ thuật, hiệu quả cao trong sử dụng và tiết kiệm về kinh tế. Kết quả mang lại phù hợp với xu hướng phát triển trên thế giới và thể hiện tầm nhìn chiến lược của các cấp lãnh đạo.
Việc xây dựng mạng lưới trạm định vị vệ tinh đảm bảo độ chính xác tương đương điểm lưới toạ độ cấp “0” giúp xây dựng mô hình Quasigeoid chính xác phù hợp nhất với từng cấp địa hình trải dài từ Bắc vào Nam, từ Đông sang Tây trên toàn lãnh thổ Việt Nam.
3. Tài liệu tham khảo
- Trần Bạch Giang, Giới thiệu hệ quy chiếu và hệ tọa độ quốc gia Việt Nam. Cục đo đạc và bản đồ.
- Hoàng Ngọc Hà, Bình sai tính toán lưới Trắc địa và GPS/GNSS. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.
- Hà Minh Hòa, Xây dựng hệ độ cao dựa trên mặt geoid gắn kết với việc xây dựng Hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc gia. Tạp chí Khoa học Đo đạc và Bản đồ.
- Lương Thanh Thạch, Nghiên cứu phương pháp phát triển hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc gia VN2000-3D khi xuất hiện các điểm cơ sở mới. Tạp chí Khoa học đo đạc và Bản đồ.