Xác định vị trí điểm giao cắt của các vết quét đo cao vệ tinh trên biển Đông

Nội dung text: Xác định vị trí điểm giao cắt của các vết quét đo cao vệ tinh trên biển Đông

1. T¹p chÝ KHKT Má - §Þa chÊt, sè 45, 01-2014, tr.90-93 XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ ĐIỂM GIAO CẮT CỦA CÁC VẾT QUÉT ĐO CAO VỆ TINH TRÊN BIỂN ĐÔNG NGUYỄN VĂN SÁNG, Trường Đại học Mỏ - Địa chất ĐẶNG XUÂN KỲ, Cao đẳng giao thông vận tải Miền Trung NGUYỄN QUỐC ĐẢO, Ban quản lý khu kinh tế Quảng Ninh HỒ VIỆT DÙNG, Trường Đại học Giao thông vận tải thành phố Hồ Chí Minh Tóm tắt: Trong đo cao vệ tinh, các vết quét được chia thành các vết quét thăng và vết quét giáng. Vị trí giao cắt của các vết quét và chênh lệch độ cao mặt biển tại các điểm giao cắt là số liệu quan trọng phục vụ xử lý số liệu đo cao vệ tinh. Việc xác định vị trí điểm giao cắt được chia thành hai bước: bước 1 xác định vị trí gần đúng, bước 2 xác định vị trí chính xác. Các tính toán thực nghiệm được thực hiện trên Biển Đông với số liệu đo cao vệ tinh chu kỳ thứ 91 của vệ tinh ENVISAT. 1. Đặt vấn đề ngày 08 tháng 4 năm 2012. Hơn 10 năm hoạt Vệ tinh đo cao (Satellite Altrimetry) bay trên động, vệ tinh này đã cung cấp một khối lượng quĩ đạo và phát tín hiệu xuống mặt biển. Tín hiệu số liệu đồ sộ phục vụ nghiên cứu biển như địa này phản xạ và được vệ tinh thu lại. Trên cơ sở hình mặt biển, geoid biển, dị thường trọng lực đo thời gian lan truyền tín hiệu hai chiều, chúng biển vv Số liệu này vẫn còn nguyên giá trị ta tính ra được khoảng cách từ vệ tinh đến mặt đến ngày nay. ENVISAT được thiết kế sao cho biển tức thời. Mặt khác, trên vệ tinh đặt máy thu khoảng cách giữa các vết quét liền nhau khoảng GPS giúp xác định được độ cao trắc địa của vệ 70 km, khoảng cách giữa các điểm đo liền nhau tinh so với mặt ellipsoid. Từ đây xác định ra khoảng 7.46 km (hình 1). Với sự phân bố như được độ cao mặt biển so với ellipsoid tại các vậy thì vệ tinh ENVISAT quét hết Trái đất cần điểm đo. Các điểm đo tập hợp thành các vết quét 35 ngày [2]. Trên Biển Đông (Độ vĩ 80 ÷ 220, [3]. Có hai loại vết quét là vết quét thăng (còn Độ kinh 1050 ÷ 1140) mỗi chu kỳ gồm khoảng gọi là cung thăng) – khi vệ tinh chuyển động từ 44 vết quét, hơn 4000 điểm đo. Mặt cắt của các Nam lên Bắc và vết quét giáng (còn gọi là cung vết quét được trình bày trên hình 2 [4]. giáng) – khi vệ tinh chuyển động từ Bắc xuống Nam. Cung thăng và cung giáng cắt nhau tạo 120 thành điểm giao cắt. Do mặt biển luôn luôn biến động nên tại điểm giao cắt thì độ cao mặt biển trên cung thăng và cung giáng là khác nhau. Chính dựa vào sự khác nhau này mà ta có thể xác định được sự biến động của mặt biển tức thời. Vì vậy, xác định vị trí điểm giao cắt và 100 chênh lệch độ cao mặt biển tại điểm giao cắt là công việc quan trọng trong xử lý số liệu đo cao vệ tinh. Trong [1], đã trình bày phương pháp xác định vị trí điểm giao cắt bằng cách mô phỏng đa thức. Trong bài báo này sẽ giải quyết vấn đề trên 080 bằng một phương pháp mới. 0 0 2. Sự phân bố của số liệu đo cao vệ tinh 110 112 1140 ENVISAT Hình 1. Sơ đồ các vết quét đo cao vệ tinh Vệ tinh đo cao ENVISAT được phóng lên trên Biển Đông, chu kỳ đo thứ 91 vệ tinh quỹ đạo ngày 01 tháng 3 năm 2002 và kết thúc ENVISAT 90
2. X N1 X N 0 X N R N1 YN1 YN 0 YN , (1) RN1 Z N1 Z N 0 Z N RN1 trong đó: 222 R(XX)(YY)(ZZ)N1N1N0N1N0N1N0 ; (2) X N 0 cos N 0 .cos N 0 Hình 2. Sơ đồ mặt cắt các vết quét đo cao YN 0 cos N 0 .sin N 0 ; (3) vệ tinh Z sin N 0 N 0 3. Xác định vị trí của điểm giao cắt X N1 cos N1.cos N1 YN1 cos N1.sin N1 . (4) Z N1 sin N1 Véc tơ đơn vị j (XS, YS, ZS) của đường thẳng nối S0 và S1 được tính theo công thức: X S1 X S 0 X S R S1 YS1 YS 0 YS , (5) RS1 Z S1 Z S 0 Z S RS1 trong đó: 222 R(XX)(YYS1S1S0S1S0S1S0 )(ZZ) ; (6) X S 0 cos S 0 .cos S 0 YS 0 cos S 0 .sin S 0 ; (7) Z S 0 sin S 0 X S1 cos S1.cos S1 Hình 3. Vị trí gần đúng của điểm giao cắt YS1 cos S1.sin S1 . (8) Z sin Gọi N0, N1 tương ứng là điểm đầu và điểm S1 S1 cuối của cung thăng; S0, S1 tương ứng là điểm Ta lập được phương trình véc tơ: đầu và điểm cuối của cung giáng (hình 3); (φN0, ON0 N0C OS0 S0C (9) λN0), (φN1, λN1), (φS0, λS0), (φS1, λS1) – là tọa độ ON a.i b. j c.OS (10) của các điểm tương ứng; C là giao điểm của 0 0 đường thẳng N N và S S chính là vị trí gần (X ,Y , Z ) a.(X ,Y , Z ) 0 1 0 1 hoặc N0 N0 N0 N N N . (11) đúng của điểm giao cắt. Coi các điểm đo nằm b.(X ,Y ,Z ) c.(X,Y,Z) trên mặt cầu có bán kính đơn vị. Khi đó, véc tơ S0 S0 S0 S S S trong đó: a, b, c – là các hệ số cần xác định. đơn vị i (XN, YN, ZN) trên đường thẳng nối N0 Phương trình (11) được viết dưới dạng ma và N1 được tính theo công thức: trận: 91
3. X S 0 X S X N b X N 0 X C X N 0 a.X N Y Y Y . c Y , (12) Y Y a.Y . (17) S 0 S N N 0 C N 0 N ZS 0 ZS Z N a Z N 0 ZC Z N 0 a.Z N hoặc A.x L , (13) Sau khi xác định được tọa độ gần đúng của X S 0 X S X N điểm giao cắt, so sánh tọa độ này với tọa độ các trong đó: A Y Y Y ; điểm của cung thăng và cung giáng, tìm ra 4 S 0 S N Z Z Z điểm lân cận của điểm giao cắt rồi dựa vào các S 0 S N điểm này để tìm vị trí chính xác của điểm giao b X N 0 cắt và chênh lệch độ cao mặt biển theo phương x c ; L Y . (14) pháp Cramer [5]. Phương pháp này có thể áp N 0 a Z dụng để xác định vị trí điểm giao cắt cho các vệ N 0 tinh đo cao khác như: JASON, T/P hoặc Giải hệ phương trình trên sẽ xác định được SARAL/AltiKA v.v các hệ số a, b, c. Tọa độ của điểm giao cắt gần đúng C được xác định bằng công thức: 4. Tính toán thực nghiệm Trên cơ sở lý thuyết trình bày ở trên, chúng ZC  C arcsin R tôi tiến hành tính toán thực nghiệm cho số liệu C đo cao vệ tinh ENVISAT trên Biển Đông ở chu kỳ 91. Chu kỳ này có 4162 điểm đo, chia làm , (15) 44 vết quét, có 88 điểm giao cắt. Số liệu được Y  arcsin C cung cấp bởi AVISO [2], [6]. Các kết quả xác C 2 định tọa độ gần đúng, tọa độ chính xác của ZC R.1C điểm giao cắt và chênh lệch giữa chúng được R C trình bày trên bảng 1. 2 2 2 trong đó: RC X C YC ZC ; (16) Bảng 1. Kết quả xác định vị trí điểm giao cắt của các vết quét đo cao vệ tinh Vị trí gần đúng Vị trí chính xác Độ lệch Giao cắt φ (°) λ (°) φ (°) λ (°) ∆φ (°) ∆λ (°) ∆S (km) 21 236 8.099678 106.847936 8.119351 106.843485 0.019673 -0.004451 2.22 49 436 14.488786 113.315616 14.453630 113.316811 -0.035156 0.001195 3.87 49 894 12.903763 113.674915 12.888258 113.674258 -0.015505 -0.000657 1.71 107 322 8.105799 105.409040 8.127311 105.405151 0.021512 -0.003889 2.40 135 150 19.109213 110.799390 19.077642 110.799542 -0.031571 0.000152 3.47 135 350 8.101689 113.314688 8.100670 113.314583 -0.001019 -0.000105 0.11 193 408 8.098751 103.973456 8.101778 103.973598 0.003027 0.000142 0.33 193 952 9.721439 103.611542 9.726450 103.610550 0.005011 -0.000992 0.56 221 436 8.100129 111.877913 8.104495 111.877549 0.004366 -0.000364 0.48 221 780 20.593191 109.003836 20.577786 109.003586 -0.015405 -0.000250 1.69 221 980 9.735376 111.518203 9.726858 111.514365 -0.008518 -0.003838 1.03 279 36 9.708098 102.177685 9.701777 102.178344 -0.006321 0.000659 0.70 279 494 8.098081 102.536343 8.126518 102.529838 0.028437 -0.006505 3.21 279 580 11.308984 101.817542 11.313935 101.815408 0.004951 -0.002134 0.59 307 64 9.731108 110.081418 9.702755 110.081776 -0.028353 0.000358 3.12 307 522 8.102773 110.440106 8.132358 110.433152 0.029585 -0.006954 3.34 307 866 20.584928 107.564622 20.606254 107.558854 0.021326 -0.005768 2.43 365 122 9.709606 100.740261 9.715113 100.738006 0.005507 -0.002255 0.65 365 666 11.310858 100.380155 11.324053 100.375800 0.013195 -0.004355 1.53 92
4. Từ bảng 1 rút ra nhận xét: Chênh lệch của TÀI LIỆU THAM KHẢO tọa độ gần đúng và tọa độ chính xác là nhỏ. Như vậy, vị trí gần đúng xác định theo phương [1]. Nguyễn Văn Sáng, 2013. Xác định vị trí pháp này cho phép tìm ra được đúng 4 điểm lân điểm giao cắt trong xử lý số liệu đo cao vệ tinh cận của điểm giao cắt. bằng cách mô phỏng đa thức bậc hai. Tạp chí Để kiểm tra sự sai lầm khi xác định vị trí khoa học kỹ thuật Mỏ – Địa Chất, trường Đại điểm giao cắt, chúng tôi biểu diễn các vết quét học Mỏ – Địa Chất, số 41, Hà Nội. Tr 43 – tr và các điểm giao cắt trên bản đồ số. Kết quả 47. kiểm tra cho thấy không có sự sai lầm trong [2]. AVISO, 2010. DT CorSSH and DT SLA việc xác định vị trí điểm giao cắt. Product Handbook, Toulouse – France. 5. Kết luận [3]. Lee-Lueng Fu, Anny Cazenave, 2001. - Phương pháp trình bày trong bài báo có cơ Satellite Altimetry and Earth Sciences. ACADEMIC sở toán học chặt chẽ, cho phép xác định vị trí PRESS, San Diego – San Francisco – New York gần đúng của điểm giao cắt trên khu vực cục – Boston – London – Sydney –Tokyo. bộ. - Từ những kết quả thực nghiệm cho thấy [4]. Gunter Seeber, 2003. Satellite Geodesy, chênh lệch giữa vị trí gần đúng và vị trí chính Walter de Gruyter – Berlin – New York. xác không lớn, đủ để tìm ra 4 điểm lân cận của [5]. Nguyễn Văn Sáng, 2012. Bình sai điểm điểm giao cắt, là cơ sở để xác định vị trí chính giao cắt của vệ tinh đo cao trên vùng biển Việt xác của điểm giao cắt. Nam. Tạp chí Trắc địa và chụp ảnh hàng không, - Từ những công thức của phương pháp này № 3, Matxcova. Tr 08 – tr 12 (tiếng nga). có thể xây dựng thành chương trình máy tính để [6]. Veronique Amans, Henri Laur, 2007. tự động xác định vị trí điểm giao cắt của các vết Access to Envisat data, European Space quét đo cao vệ tinh. Agency. SUMMARY Determination of the crossover locations of the satellite altimetry tracks in the EastSea Nguyen Van Sang, Hanoi University of Mining anh Geology Dang Xuan Ky, The Central Region Transport College Nguyen Quoc Dao, Quangninh Economic Zone Authorit Ho Viet Dung, Hochiminh city University of Transport In the satellite altrimetry, sub-satellite tracks are classified into ascending and descending tracks. Crossover location of the tracks and differences of sea surface height in the cross-points are important informations for altrimetry data processing. The determination of the crossover locations has two steps: first step is determination of the estimated points, second step is determination of the exact locations. The experimental computations are realized in the EastSea which is based on data obtaining from ENVISAT satellite altrimetry of the 91st cycle. 93