http://www.ebook.edu.vn 1 CỤC ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN VIỆT NAM BÀI GIẢNG VỀ HỆ QUY CHIẾU, PHÉP CHIẾU HỆ TOẠ ĐỘ VÀ MỘT SỐ CHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỔI TOẠ ĐỘ Ở VIỆT NAM KS. Nguyễn Đồng Hưng Năm 2006 http://www.ebook.edu.vn 2 BÀI GIẢNG VỀ HỆ QUY CHIẾU, PHÉP CHIẾU HỆ TOẠ ĐỘ VÀ MỘT SỐ CHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỔI TOẠ ĐỘ Ở VIỆT NAM A. MỞ ĐẦU: 1. Thủ tướng Chính phủ có Quyết định số 83/2000/QĐ-TTg ngày 12 tháng 7 năm 2000 về việc áp dụng Hệ quy chiếu và Hệ toạ độ quốc gia VN-2000; Tổng cục Địa chính có Thông tư số 973/2001/ TT-TCĐC ngày 20 tháng 6 năm 2001 hướng dẫn áp dụng hệ quy chiếu và hệ toạ độ quốc gia VN-2000. 2. Ngày 22 tháng 6 năm 2001, Tổng cục Địa chính đã có Quyết định số 218/QĐ-TCĐC về việ c ban hành phần mềm tính chuyển toạ độ từ hệ toạ độ HN- 72 sang hệ toạ độ VN-2000. 3. Bộ Công nghiệp đã có Quyết định số 325/QĐ-ĐCKS, ngày 26 tháng 02 năm 1997 trong đó có quy định các bản đồ khu vực hoạt động khoáng sản và quản lý khu vực hoạt động khoáng sản theo hệ toạ độ UTM ( Indian 1960). 4. Máy định vị GPS cầm tay và Chương trình máy vi tính Mapinfo là hai công cụ được sử dụng đắc lực trong công tác điều tra thăm dò địa chất. Với phần mềm Mapinfo chương trình gốc, và máy GPS cầm tay phần “hệ thống “ không có hệ toạ độ HN72 và VN2000: Như vậy vấn đề đặt ra là cần có Tài liệu hướng dẫn kỹ thuật trong ngành địa chất để hiểu được những vấn đề cơ bản về: Hệ quy chiếu, phép chiếu, hệ toạ độ và các chương trình chuyển đổi toạ độ. Sử dụng phần mềm Mainfo có hệ quy chiếu và phép chiếu cho hệ toạ độ HN-72 và VN-2000. Sử dụng máy GPS cầm tay có hệ toạ độ HN-72 và VN-2000. Để đáp ứng yêu cầu trên, sau một thời gian ( 2000 - 2006) chúng tôi vừa nghiên cứu vừa kiểm nghiệm thực tế trên địa bàn một số tỉnh đến nay do nhu cầu thực tế của sản xuất và quản lý chúng tôi biên soạn bài giảng này. Bài giảng này gồm các phần sau: - Mộ t số vấn đề cơ bản về hệ quy chiếu, phép chiếu, hệ toạ độ, toạ độ; http://www.ebook.edu.vn 3 - Một số chương trình chuyển đổi toạ độ: Chương trình UHN, Chương trình Geotool 1.2, MTM, Công cụ "UTVN" - Sử dụng file " Mapinfow.prj" để chuyển đổi toạ độ trong phần mềm Mapinfo. - Sử dụng máy GPS cầm tay để xác định toạ độ điểm quan sát theo hệ toạ độ HN-72 và VN-2000. B. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN I. Toạ độ và hệ toạ độ 1.Toạ thiên văn: Toạ độ thiên văn λ, ϕ được xác định bằng phương pháp đo thiên văn. ϕ là góc giữa pháp tuyến với Geoid và mặt phẳng vuông góc với trục quay trung bình của trái đất. λ là góc nhị diện hợp bởi pháp tuyến với mặt Geoid và mặt phẳng kinh tuyến trung bình đi qua đài thiên văn Greenwich. Độ cao thuỷ chuẩn h là độ cao so với mặt Geoid. Như vậy λ, ϕ , h được xác định trên mặt Geoid, là mô hình vật lý. 2. Toạ độ trắc địa: Nếu thay thế mặt Geoid bằng mặt Ellipsoid ta có hệ thống tương tự là toạ độ trắc địa B, L, H được xác định trên mặt Ellipsoid. Như vậy B, L, H là mô hình toán học. 3. Toạ độ vuông góc không gian: http://www.ebook.edu.vn 4 Z = trục Bắc Nam Ellipsoid Y = 90 0 kinh độ đông X = 0 0 kinh độ Nếu lấy 3 trục của Ellipsoid làm 3 trục của hệ toạ độ vuông góc không gian OX, OY, OZ . Trong đó trục OZ trùng với bán trục nhỏ và hướng về phía bắc, trục OX trùng với giao tuyến của mặt phẳng kinh tuyến 0 và mặt phẳng xích đạo. OY là trục còn lại. Giữa toạ độ thiên văn, toạ độ trắc địa và toạ độ không gian có mối quan hệ toán học đặc trưng cho tính vật lý và toán học. 4. Toạ độ phẳng Trong hệ toạ độ phẳng Đề các có hai loại hệ toạ độ thuận và hệ toạ độ nghịch. Trong toán học phổ thông ta thường gặp là hệ toạ độ thuận. Lúc đó trục tung có ký hiệu là Y, trục hoành có ký hiệu là X và góc quay theo chiều nghịch kim đồng hồ có trục xuất phát là trục hoành. http://www.ebook.edu.vn 5 Trong bản đồ học thường sử dụng hệ toạ độ nghịch vì phương vị cạnh xuất phát từ hướng bắc, trùng với trục tung và góc quay theo thuận chiều kim đồng hồ; vì vậy để ký hiệu các công thức toán học trong hai hệ toạ độ thuận nghịch không thay đổi người ta ký hiệu trục tung là X, trục hoành là Y. Ý nghĩa của trị toạ độ ghi trên bản đồ theo hệ toạ độ phẳ ng là: Trị số X cho biết khoảng cách từ điểm quan sát đến xích đạo Trị số Y sau khi trừ đi 500000 m cho biết khoảng cách từ điểm quan sát đến kinh tuyến trung tâm ( nếu là dương điểm quan sát ở phía đông, là âm điểm quan sát ở phía tây kinh tuyến trung tâm). Chuyển đổi từ mặt Ellipsoid lên mặt phẳng cần phải thực hiện một phép biến đổi nào đó gọi là phép chiếu và phụ thuộ c vào hệ quy chiếu. II. Hệ quy chiếu và phép chiếu 1. Hệ quy chiếu: được xác định gồm 2 yếu tố: - Các tham số cơ bản của Ellipsoid : kích thước của Ellipsoid ( bán trục a, b hoặc độ dẹt f = (a-b)/a ) ; Tốc độ quay quanh trục của trái đất, gia tốc trọng trường của trái đất, - Định vị của khối Ellipsoid trong không gian chuẩn gồm 7 yếu tố là: Xo, Yo, Zo, α, β, γ, m 2. Phép chiếu: Để chuyển vị trí trái đất lên mặt phẳng cần phả i thực hiện phép chiếu. Khi thực hiện các phép chiếu có 3 yếu tố hình học cơ bản: góc, chiều dài, diện tích thì chỉ 1 trong 3 yếu tố đố được bảo toàn. Yếu tố nào được bảo toàn được gọi là đồng: đồng góc, đồng chiều dài, đồng diện tích. Khi phép chiếu sử dụng hình trụ hoặc hình nón để làm phép biến đổi trung gian thì gọi là phép biến đổi hình tru, hoặc hình nón. Vị trí tương đối của hình tr ụ hoặc hình nón với Ellipsoid là đứng, nằm ngang hoặc xiên ta có phép chiếu đứng, nằm ngang, xiên. Ngoài ra vị trí của hình trụ hoặc hình nón còn có thể tiếp xúc hoặc cắt Ellipsoid . http://www.ebook.edu.vn 6 Như thế ta có thể có nhiều phép chiếu, sơ bộ ở đây chúng tôi đã nói tới 36 phép chiếu. Ở đây chúng tôi xin giới thiệu một số phép chiếu đã được sử dụng ở Việt Nam. Hình phụ trợ Vị trí tương đối Yếu tố hình học Đứng Đồng góc Hình trụ Nằm ngang Tiếp xúc Đồng chiều dài Hình nón Xiên Cắt Đồng diện tích Phép chiếu hình nón đứng đồng góc cắt tại 2 vĩ tuyến 21 0 và 11 0 để thành lập các bản đồ địa hình cơ bản, bản đồ nền , bản đồ hành chính quốc gia tỷ lệ 1/1.000.000 và nhỏ hơn cho toàn lãnh thổ Việt Nam Phép chiếu Gauss là phép chiếu hình trụ, nằm ngang, đồng góc, tiếp xúc hệ số k =1. Không thay đổi cho múi chiếu 6 0 và múi chiếu 3 0 Hệ toạ độ HN-72 theo phép chiếu Gauss đã sử dụng kích thước Ellipsoid là kích thước Ellipsoid Krasovski 1940 có a = 6.378.245 m ; f= 1/298,3 http://www.ebook.edu.vn 7 Phép chiếu UTM là phép chiếu hình trụ, nằm ngang, đồng góc, cắt có hệ số k=0,9996 cho múi chiếu 6 0 và k= 0,9999 cho múi chiếu 3 0 Ở Việt Nam theo hệ toạ độ VN-2000 chọn kích thước của Ellipsoid là kích thước Ellipsoid WGS-84 có tham số chính sau: Bán trục lớn a = 6.378.137 m Độ dẹt f = 1/ 298,257223563 Tốc độ góc quay quanh trục ω = 7292115,0 . 10 - 11 rad/ s Hằng số trọng trường trái đất GM = 3986005. 10 8 m 3 s Múi chiếu 6 0 và 3 0 chuẩn Khi thực hiện phép chiếu để giảm độ sai số do cách xa kinh tuyến trung tâm do đó người ta thực hiện chiếu từng giải 6 0 hoặc 3 0 khi đó ta gọi lưới chiếu là 6 0 hoặc lưới chiếu 3 0 . Với phép chiếu Gauss thì hệ số k luôn luôn bằng 1 dù múi chiếu 6 0 hoặc múi chiếu 3 0 . Còn với phép chiếu UTM thì với múi chiếu 6 0 thì hệ số k = 0,9996 còn với mứi chiếu 3 0 thì hệ số k= 0,9999. http://www.ebook.edu.vn 8 Ngoài ra toạ độ còn bị thuộc vào việc chọn kinh tuyến trung tâm. Ở hình vẽ trên là trình bày trong trường hợp chọn múi 6 0 và 3 0 với kinh tuyến chuẩn. Theo Quy định của Thông tư 973/ 2001/TT-TCĐC ngày 20 tháng 6 năm 2001 thì với hệ toạ độ VN-2000 sử dụng múi chiếu 6 0 kinh tuyến trung tâm chuẩn 105 0 , 111 0 , 117 0 cho bản đồ tỷ lệ 1/500.000 đến 1/25.000. Số hiệu của múi chiêú và kinh tuyến trung tâm của múi chiếu chuẩn được quy định như sau: Múi chiếu 6 0 Múi chiếu 3 0 Số hiệu múi chiếu Kinh tuyến trung tâm Số hiệu múi chiếu Kinh tuyến trung tâm 481 102 0 48 105 0 482 105 0 491 108 0 49 111 0 492 111 0 501 114 0 50 117 0 502 117 0 Sử dụng múi chiếu 3 0 kinh tuyến trung tâm được quy định riêng cho từng Tỉnh và Thành phố trực thuộc Trung ương đối với bản đồ tỷ lệ 1/10.000 đến tỷ lệ 1/2.000. Để sơ bộ xác định kinh tuyến trung tâm khi biết toạ độ 1 diểm theo giá tri X , Y và theo giá trị B, L cần làm như sau: l' 0 = (Y km - 500 km )/ 1,7 (l' 0 được tính bằng đơn vị phút , lấy số nguyên và giá trị đại số) L 0 ≈ L - l' 0 ( lấy tròn số phút tương ứng 00' , 15' , 30', 45' vì giá trị của L xác định trên bản đồ chưa được chính xác ) http://www.ebook.edu.vn 9 III. Một số hệ toạ độ thường dùng ở Việt Nam 1. Hệ toạ độ Non- Earth: đây là hệ toạ độ phẳng không liên quan đến phép chiếu. Trong phạm vi diện tích không lớn, lúc đó bề mặt geoid được coi là mặt phẳng. Trong phần mềm Autocad sử dụng hệ toạ độ này. Trong phần mềm Mapinfo có hệ toạ độ này. Khi sử dụng hệ toạ độ này không thể chuyển đổi trực tiếp sang các hệ toạ độ khác trong chương trình Mapinfo. 2. Hệ toạ độ Pulkovo 1942. Hệ toạ độ này sử dụng phép chiếu Gauss, kích thước Ellipsoid có tên là Kraxopski với bán trục lớn là a= 6378.245,00 m; b=6356.863,0188 m; f = 1/298,300. 3. Hệ toạ độ HN-72. Hệ toạ độ này sử dụng phép chiếu Gauss, kích thước Ellipsoid có tên là Kraxopski với bán trục lớn là a= 6378.245,00 m; b=6356.863,0188 m; f = 1/298,300. Nhưng tham số định vị của Ellipsoid khác với hệ toạ độ Pulkovo 1942. 4. Hệ toạ độ WGS-84. Hệ toạ độ này s ử dụng phép chiếu UTM, với múi chiếu 6 0 , có hệ số k=0,9996. Kích thước Ellipsoid WGS-84 có bán trục lớn a=6378.137,00 ; b= 6356.752,00 ; độ dẹt f = 1/ 298,257223563. 5. Hệ toạ độ VN-2000. Hệ toạ độ này sử dụng phép chiếu UTM, với múi 6 0 có hệ số k = 0,9996 ; múi chiếu 3 0 có hệ số k = 0,9999. Kích thước Ellipsoid là kích thước Ellipsoid WGS-84 có bán trục a= 6378.137,00 m; b = 6356.752,00 Độ dẹt f = 1/ 298,257223563. 6. Hệ toạ độ Indian 1954. Hệ toạ độ này sử dụng phép chiếu UTM, với múi chiếu 6 0 , hệ số k=0,9996. Kích thước Ellipsoid Everest 1830 có bán trục lớn a=6377.276,3452 m ; b=5356.075,4133 m; f=1/300,80170 7. Hệ toạ độ Indian 1960. Hệ toạ độ này sử dụng phép chiếu UTM, với múi chiếu 6 0 , hệ số k=0,9996. Kích thước Ellipsoid Everest 1830 có bán trục lớn a=6377.276,3452 m ; b=5356.075,4133 m; f=1/300,80170. 8. Hệ toạ độ Indian for Thailand and Vietnam. Hệ toạ độ này sử dụng phép chiếu UTM, với múi chiếu 6 0 , hệ số k=0,9996. Kích thước Ellipsoid Everest 1830 giống với kích thước của hệ Indian 1960 nhưng có các tham số http://www.ebook.edu.vn 10 định vị Ellipsoid khác. Có bán trục lớn a=6377.276,3452 m ; b=5356.075,4133 m; f=1/300,80170. Như trên ta thấy có các hệ toạ độ có cùng kích thước Ellipsoid, cùng phép chiếu nhưng khác nhau các tham số định vị: - Hệ toạ độ Pulkovo 1942 và hệ toạ độ HN-72 - Hệ toạ độ WGS84 và hệ toạ độ VN2000 - Hệ toạ độ Indian 1954, Indian 1960 và Indian for Thailand and Vietnam Để kết thúc chúng tôi thấy cần nhấn mạnh 4 điểm cơ bản sau: 1- Cùng một vị trí trên trái đất theo các hệ quy chiếu khác nhau s ẽ có giá trị khác nhau về toạ độ địa lý. 2- Trong cùng hệ quy chiếu nhưng khác phép chiếu thì sẽ có toạ độ vuông góc khác nhau. 3- Trong cùng hệ quy chiếu, cùng phép chiếu nếu lấy kinh tuyến trung tâm khác nhau cũng sẽ có các giá trị toạ độ khác nhau. 4- Trong cùng hệ quy chiếu, cùng phép chiếu, cùng kinh tuyến trung tâm nhưng sử dụng hệ số k khác nhau thì cũng sẽ có các giá trị toạ độ khác nhau. C. CHƯƠNG TRÌNH "UHN" Đây là chương trình chuyển đổi hệ toạ độ UTM về hệ toạ độ HN-72. Chương trình do các GS trường Đại học Mỏ-Địa chất thành lập. 1. File số liệu : có hai dạng là file số liệu dạng toạ độ vuông góc X, Y và file số liệu toạ độ trắc địa B, L. Hàng thứ nhất ghi kinh tuyến trung tâm của hệ toạ độ nguồn, và hệ toạ độ đích cần chuyển đổi. Giữa hai hệ cách nhau 1 khoảng trống. Giữa độ, phút giây của kinh tuyến trung tâm có 1 khoảng trống. Các hàng tiếp theo là tên của các điểm cần chuyển đổi toạ độ. Mỗi đi ểm 1 chiếm một hàng. Tên điểm không quá 4 ký tự [...]... qua múi chiếu khác trong hệ toạ độ HN-72 - Chuyển đổi toạ độ trắc địa B,L sang toạ độ phẳng X,Y và ngược lại; Chuyển đổi toạ độ phẳng X,Y từ múi chiếu này qua múi chiếu khác Chuyển đổi toạ độ Trung ương về toạ độ Địa phương trong hệ toạ độ VN-2000 5 Quy trình chuyển đổi toạ độ http://www.ebook.edu.vn 20 Để chuyển đổi các hệ toạ độ vuông góc X, Y có phép chiếu UTM ( hệ toạ độ Indian 1954, Indian 1960,... đổi các giá trị toạ độ trắc địa sang tọa độ phẳng và ngược lại Cần chú ý rằng chuyển đổi toạ độ HN-72 sang toạ độ VN2000, trong phần mềm này đã có chỉnh lý, sửa chữa các sai sót khi xây dựng hệ thống toạ độ HN72 và chỉ cho phép chuyển toạ độ các điểm nằm trên lãnh thổ Việt Nam Chương trình Trans để chuyển đổi toạ độ HN-72 sang hệ toạ độ VN-2000 và chuyển đổi hệ toạ độ WGS-84 về hệ toạ độ VN-2000 ngược... giá trị độ, phút, giây của kinh tuyến L Giữa phần nguyên và thập phân của giây cách nhau bằng dấu chấm ( ) Như vậy có công thức: số hàng của file số liệu = 2 x số điểm + 1 2 Các kiểu chuyển đổi toạ độ Chương trình thiết kế các kiểu chuyển đổi toạ độ: - Chuyển đổi hệ toạ độ HN-72 sang hệ toạ độ Indian 1960 (UTM) và ngược lại Với hai dạng toạ độ X, Y và B, L - Chuyển đổi toạ độ cùng hệ toạ độ nhưng... là: 1 Số hiệu chỉnh chuyển đổi toạ độ Indian 1960 về VN-2000 cho kinh tuyến trung tâm 1050 và 1110 múi chiếu 60 2 Số hiệu chỉnh chuyển đổi toạ độ Indian 1960 về Indian Thailan Vietnam cho kinh tuyến trung tâm 1050 và 1110 múi chiếu 60 3 Số hiệu chỉnh chuyển đổi toạ độ Indian Thailan - Vietnam về VN-2000 cho kinh tuyến trung tâm 1050 và 1110 múi chiếu 60 4 Số hiệu chỉnh chuyển đổi toạ độ WGS 84 về VN-2000... việc chuyển đổi các hệ toạ độ có phép chiếu UTM đang được sử dụng ở Việt Nam về hệ toạ độ VN-2000 Công cụ này có 3 phần: - Xây dụng file "Mapinfow.prj" để sử dụng trong chương trình Mapinfo vì chương trình gốc ( nguyên bản) không có hệ toạ độ vuông góc Indian 1960, http://www.ebook.edu.vn 15 Indian 1954, Indian Thailand Vietnam; không có hệ toạ độ HN-72, hệ toạ độ VN-2000 - Cung cấp quy trình tính chuyển. .. trong phần mềm Excel vào toạ độ các điểm cần chuyển đổi theo hệ toạ độ UTM (gọi chung là hệ A ) nhớ ghi dạng *.DBF b Trong chương trình Mapinfo mở file *.DBF chuyển sang định dạng *.TAB và xác định projection theo toạ độ đầu vào c Chuyển đổi projection về toạ độ địa lý B, L hệ WGS84 và update toạ độ này Giá trị kinh vĩ độ nhận theo đơn vị độ và thập phân của độ d Trong phần mềm Excel mở file dạng *.DBF... các hệ toạ độ phép chiếu UTM đã sử dụng ở Việt Nam về hệ toạ độ VN-2000 trên cơ sở chương trình Geotool 1.2 và chương trình Mainfo - Cung cấp bản vẽ có hiển thị các số chuyển đổi toạ độ tại các góc tờ bản đồ 1/100.000 có số hiệu quy ước theo hệ thống UTM Nhân đây có so sánh với kết quả chuyển đổi theo một cách khác mà đa phần các đồng nghiệp đã thực hiện và kiến nghị giải pháp thực hiện I Cơ sở lý... cho các đơn vị khảo sát điều tra địa chất nói riêng và khảo sát điều tra nói chung trên bản đồ tỷ lệ 1/10.000 Đã được Công ty Mỏ thực nghiệm và có kết quả tốt III Chương trình chuyển đổi toạ độ Geotool IV Chương trình chuyển đổi bản đồ từ hệ toạ độ HN-72 sang hệ toạ độ VN2000 V Tập bản vẽ để chuyển đổi một số hệ toạ độ có phép chiếu UTM về hệ toạ độ VN2000 http://www.ebook.edu.vn 32 ... có hệ toạ độ HN-72, toạ độ VN-2000 Hệ toạ độ VN 2000 mỗi tỉnh lại có một kinh tuyến trung tâm riêng A Xác định toạ độ 1 Xác định toạ độ VN-2000 có hai phương pháp: a Có thể sử dụng máy GPS xác định toạ độ hệ WGS-84 và bản hiệu chỉnh số gia toạ độ dx, dy để được kết quả toạ độ VN 2000 ứng với múi chiếu 60 Sử dụng chương trình Mapinfo với file “mapinfow.prj “ chúng tôi đã biên tập để chuyển về hệ toạ độ. .. (MS-DOS) và cần chuyển đổi theo cấu trúc dữ liệu của chương trình Geotool 1.2 vĩ độ, kinh độ đổi ra đơn vị độ, phút, giây và ghi độ cao là 0.00 e Trong chương trình Geotool 1.2 sử dụng mô đun chuyển toạ độ trắc địa B, L WGS84 về toạ độ B, L VN2000 f Trong phần mềm Excel mở file kết quả chuyển đổi và chuyển về dạng *.DBF , chú ý đơn vị vĩ độ, kinh độ theo đơn vị độ, thống nhất lấy số lẻ 8 chữ số thập . những vấn đề cơ bản về: Hệ quy chiếu, phép chiếu, hệ toạ độ và các chương trình chuyển đổi toạ độ. Sử dụng phần mềm Mainfo có hệ quy chiếu và phép chiếu cho hệ toạ độ HN-72 và VN-2000. Sử dụng. http://www.ebook.edu.vn 2 BÀI GIẢNG VỀ HỆ QUY CHIẾU, PHÉP CHIẾU HỆ TOẠ ĐỘ VÀ MỘT SỐ CHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỔI TOẠ ĐỘ Ở VIỆT NAM A. MỞ ĐẦU: 1. Thủ tướng Chính phủ có Quy t định số 83/2000/QĐ-TTg ngày. http://www.ebook.edu.vn 1 CỤC ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN VIỆT NAM BÀI GIẢNG VỀ HỆ QUY CHIẾU, PHÉP CHIẾU HỆ TOẠ ĐỘ VÀ MỘT SỐ CHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỔI TOẠ ĐỘ Ở VIỆT NAM KS. Nguyễn