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

Bài viết Xác định vị trí điểm giao cắt của các vết quét đo cao vệ tinh trên biển Đông nêu lên sự phân bố của số liệu đo cao vệ tinh ENVISAT, xác định vị trí của điểm giao cắt, tính toán thực nghiệm. Với các bạn chuyên ngành Địa lý thì đây là tài liệu hữu ích.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xác định vị trí điểm giao cắt của các vết quét đo cao vệ tinh trên biển ĐôngT¹p chÝ KHKT Má - §Þa chÊt, sè 45, 01-2014, tr.90-93XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ ĐIỂM GIAO CẮT CỦA CÁC VẾT QUÉT ĐO CAOVỆ TINH TRÊN BIỂN ĐÔNGNGUYỄN VĂN SÁNG, Trường Đại học Mỏ - Địa chấtĐẶNG XUÂN KỲ, Cao đẳng giao thông vận tải Miền TrungNGUYỄN QUỐC ĐẢO, Ban quản lý khu kinh tế Quảng NinhHỒ VIỆT DÙNG, Trường Đại học Giao thông vận tải thành phố Hồ Chí MinhTóm tắt: Trong đo cao vệ tinh, các vết quét được chia thành các vết quét thăng và vết quétgiáng. Vị trí giao cắt của các vết quét và chênh lệch độ cao mặt biển tại các điểm giao cắt làsố liệu quan trọng phục vụ xử lý số liệu đo cao vệ tinh. Việc xác định vị trí điểm giao cắtđược 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 kỳthứ 91 của vệ tinh ENVISAT.ngày 08 tháng 4 năm 2012. Hơn 10 năm hoạt1. Đặt vấn đềVệ tinh đo cao (Satellite Altrimetry) bay trên động, vệ tinh này đã cung cấp một khối lượngquĩ đạo và phát tín hiệu xuống mặt biển. Tín hiệu số liệu đồ sộ phục vụ nghiên cứu biển như địanày phản xạ và được vệ tinh thu lại. Trên cơ sở hình mặt biển, geoid biển, dị thường trọng lựcđo thời gian lan truyền tín hiệu hai chiều, chúng biển vv… Số liệu này vẫn còn nguyên giá trịta tính ra được khoảng cách từ vệ tinh đến mặt đến ngày nay. ENVISAT được thiết kế sao chobiển tức thời. Mặt khác, trên vệ tinh đặt máy thu khoảng cách giữa các vết quét liền nhau khoảngGPS giúp xác định được độ cao trắc địa của vệ 70 km, khoảng cách giữa các điểm đo liền nhautinh so với mặt ellipsoid. Từ đây xác định ra khoảng 7.46 km (hình 1). Với sự phân bố nhưđược độ cao mặt biển so với ellipsoid tại các vậy thì vệ tinh ENVISAT quét hết Trái đất cần00điểm đo. Các điểm đo tập hợp thành các vết quét 35 ngày [2]. Trên Biển Đông (Độ vĩ 8 ÷ 22 ,00[3]. Có hai loại vết quét là vết quét thăng (còn Độ kinh 105 ÷ 114 ) mỗi chu kỳ gồm khoảnggọi là cung thăng) – khi vệ tinh chuyển động từ 44 vết quét, hơn 4000 điểm đo. Mặt cắt của cácNam 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 xuốngNam. Cung thăng và cung giáng cắt nhau tạo120thành điểm giao cắt. Do mặt biển luôn luôn biếnđộng nên tại điểm giao cắt thì độ cao mặt biểntrên cung thăng và cung giáng là khác nhau.Chính dựa vào sự khác nhau này mà ta có thểxác định được sự biến động của mặt biển tức100thời. Vì vậy, xác định vị trí điểm giao cắt vàchênh lệch độ cao mặt biển tại điểm giao cắt làcông việc quan trọng trong xử lý số liệu đo caovệ tinh. Trong [1], đã trình bày phương pháp xácđịnh vị trí điểm giao cắt bằng cách mô phỏng đathức. Trong bài báo này sẽ giải quyết vấn đề trên080bằng một phương pháp mới.1100112011402. Sự phân bố của số liệu đo cao vệ tinhENVISATHình 1. Sơ đồ các vết quét đo cao vệ tinhVệ tinh đo cao ENVISAT được phóng lêntrên Biển Đông, chu kỳ đo thứ 91 vệ tinhquỹ đạo ngày 01 tháng 3 năm 2002 và kết thúcENVISAT90X N1  X N 0X N RN1YN 1  YN 0, YN RN1Z N1  Z N 0 ZN RN1trong đó:(1)R N1  (X N1  X N0 )2  (YN1  YN0 )2  (ZN1  ZN0 ) 2 ;(2)Hình 2. Sơ đồ mặt cắt các vết quét đo caovệ tinh3. Xác định vị trí của điểm giao cắt X N 0  cos  N 0 . cos  N 0(3) YN 0  cos  N 0 . sin  N 0 ; Z  sin N0 N0 X N 1  cos  N 1 . cos  N 1(4) YN 1  cos  N 1 . sin  N 1 . Z  sin N1 N1Véc tơ đơn vị j  (XS, YS, ZS) của đườngthẳng nối S0 và S1 được tính theo công thức:X S1  X S 0X S RS 1YS 1  YS 0,(5) YS RS 1Z S1  Z S 0 ZS RS 1trong đó:RS1  (XS1  XS0 )2  (YS1  YS0 )2  (ZS1  ZS0 )2 ; (6) X S 0  cos  S 0 . cos  S 0 YS 0  cos  S 0 . sin  S 0 ; Z  sin S0 S0Hình 3. Vị trí gần đúng của điểm giao cắtGọi N0, N1 tương ứng là điểm đầu và điểmcuối của cung thăng; S0, S1 tương ứng là điểmđầu và điểm cuối của cung giáng (hình 3); (φN0,λN0), (φN1, λN1), (φS0, λS0), (φS1, λS1) – là tọa độcủa các điểm tương ứng; C là giao điểm củađường thẳng N0N1 và S0S1 chính là vị trí gầnđúng của điểm giao cắt. Coi các điểm đo nằmtrên mặt cầu có bán kính đơn vị. Khi đó, véc tơđơn vị i  (XN, YN, ZN) trên đường thẳng nối N0và N1 được tính theo công thức: X S 1  cos  S1 . cos  S 1 YS1  cos  S 1 . sin  S1 .Z  sin S1 S1Ta lập được phương trình véc tơ:ON0  N0C  OS0  S0C(7)(8)(9) ON0  a. i  b. j  c. OS0(10)(X N0 , YN0 , ZN0 )  a.(X N , YN , Z N )hoặc.(11) b.(XS0 , YS0 , ZS0 )  c.(XS , YS , ZS )trong đó: a, b, c – là các hệ số cần xác định.Phương trình (11) được viết dưới dạng matrận:91 X S 0 X S  X N  b   X N 0 Y   S 0 YS  YN  .  c    YN 0  , Z S 0 Z S  Z N  a   Z N 0   hoặc A.x  L ,X S0 X S  X N trong đó: A   YS 0 YS  YN  ; ZS0 ZS  Z N (12)(13)X N0b c  ;(14)L   YN 0  .x   ZN0 a  Giải hệ phương trình trên sẽ xác định đượccác hệ số a, b, c. Tọa độ của điểm giao cắt gầnđúng C được xác định bằng công thức: ZC  C  arcsin  RC ,(15)YC C  arcsin 2Z   RC. 1  C   RC   X C  X N 0  a. X N YC  YN 0  a.YN . Z  Z  a.ZN0N C(17)Sau khi xác định được tọa độ gần đúng củađiểm giao cắt, so sánh tọa độ này với tọa độ cácđiểm của cung thăng và cung giáng, tìm ra 4điểm lân cận của điểm giao cắt rồi dựa vào cácđiểm này để tìm vị trí chính xác của điểm giaocắt và chênh lệch độ cao mặt biển theo phươngpháp Cramer [5]. Phương pháp này có thể ápdụng để xác định vị trí điểm giao cắt cho các vệtinh đo cao khác như: JASON, T/P hoặcSARAL/AltiKA v.v…4. Tính toán thực nghiệmTrên cơ sở lý thuyết trình bày ở trên, chúngtôi tiến hành tính toán thực nghiệm cho số liệuđo cao vệ tinh ENVISAT trên Biển Đông ở chukỳ 91. Chu kỳ ...