Địa lý - Chương 2: Hệ tọa độ tham chiếu dữ liệu không gian

Chương 2 HỆ TỌA ĐỘ THAM CHIẾU DỮ LIỆU KHÔNG GIAN Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng 2.1. GIỚI THIỆU Dữ liệu địa lý là dữ liệu liên quan vị trí và thuộc tính của các đối tượng trên bề mặt Trái Đất. Hệ tọa độ là tham số dùng để xác định vị trí của đối tượng trong không gian. Không gian có thể là 2D hoặc 3D. Đơn vị của tọa độ có thể là đơn vị đo góc hoặc đơn vị khoảng cách. Hệ tọa độ = datum + phép chiếu bản đồ Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng 2.1. GIỚI THIỆU Datum là những tham số mô tả về hình dạng, kích thước, của Trái Đất, gồm có: Horizontal Datum và Vertical Datum. Horizontal Datum được xác lập dựa trên ellipsoid; Vertical Datum được xác lập dựa trên geoid. Geoid và Ellipsoid là 2 bề mặt tham chiếu dùng để mô phỏng hình dạng thực của Trái Đất. Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng 2.2. MÔ HÌNH TOÁN HỌC BIỂU DIỄN TRÁI ĐẤT Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng  Định nghĩa: Geoid là mặt nước biển trung bình yên tĩnh, kéo dài xuyên qua các lục địa và hải đảo tạo thành một bề mặt cong khép kín.  Tính chất: Tại bất kỳ một điểm nào trên mặt Geoid, pháp tuyến cũng luôn luôn trùng với phương của dây dọi qua điểm đó.  Ứng dụng: Dùng để đo chênh cao 2.2. MÔ HÌNH TOÁN HỌC BIỂU DIỄN TRÁI ĐẤT 2.2.1. Mô hình Geoid Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng Geoid là bề mặt đặc trưng cho hình dạng của Trái đất và khó có thể biểu diễn bởi một hình dạng toán học nào 2.2. MÔ HÌNH TOÁN HỌC BIỂU DIỄN TRÁI ĐẤT 2.2.1. Mô hình Geoid Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng  Phương pháp thành lập: xoay một hình ellipse quanh bán trục nhỏ, với kích thước xấp xỉ Geoid.  (f) a = (a – b)/a  Hai loại ellipsoid: ellipsoid Trái đất (toàn cầu) và ellipsoid tham chiếu (địa phương). 2.2. MÔ HÌNH TOÁN HỌC BIỂU DIỄN TRÁI ĐẤT 2.2.2. Mô hình Ellipsoid Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng 2.2. MÔ HÌNH TOÁN HỌC BIỂU DIỄN TRÁI ĐẤT 2.2.2. Mô hình Ellipsoid Stt Ellipsoid Bán trục lớn a (m) Nghịch đảo độ dẹt (1/f) 1 Clarke 1880 6.378.249,145 293,465 2 Everest 1830 6.377.276,345 300,8017 3 Krasovsky 1940 6.378.245 298,3 5 Helmert 1906 6.378.270 297 6 WGS-84 6.378.137 298,257223563 Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng Mối quan hệ giữa Trái đất và mô hình biểu diễn Hệ tọa độ quốc tế Hệ tọa độ địa phương ùBề mặt Trái đất Bề mặt ellipsoid địa phương Bề mặt ellipsoid quốc tế 2.2. MÔ HÌNH TOÁN HỌC BIỂU DIỄN TRÁI ĐẤT Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng 1. Mực nước biển 2. Ellipsoid 3. Phương dây dọi 4. Lục địa 5. Geoid 2.2. MÔ HÌNH TOÁN HỌC BIỂU DIỄN TRÁI ĐẤT Mối quan hệ giữa Trái đất và mô hình biểu diễn Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng 2.2. MÔ HÌNH TOÁN HỌC BIỂU DIỄN TRÁI ĐẤT Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng N H h Bề mặt trái đất Geoid Ellipsoid 2.2. MÔ HÌNH TOÁN HỌC BIỂU DIỄN TRÁI ĐẤT Xây dựng mô hình toán học biểu diễn Trái đất Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng  Dùng để xác định vị trí của đối tượng trên bề mặt Trái Đất.  Được xác lập bởi một datum và các tham số khác, có 3 thành phần cơ bản: kinh độ, vĩ độ và độ cao.  A geographic coordinate system (GCS) uses a three-dimensional spherical surface to define locations on the earth. A GCS is often incorrectly called a datum, but a datum is only one part of a GCS. A GCS includes an angular unit of measure, a prime meridian, and a datum (based on a spheroid). 2.3. CÁC HỆ TỌA ĐỘ THƯỜNG GẶP 2.3.1. Hệ tọa độ địa lý Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng 2.3. CÁC HỆ TỌA ĐỘ THƯỜNG GẶP 2.3.1. Hệ tọa độ địa lý Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng  Kinh độ là góc giữa 2 mặt phẳng: kinh tuyến gốc và kinh tuyến qua nơi xét.  Kinh độ có giá trị từ 0 – ±180o (Đông, Tây)  Đường kinh tuyến gốc là đường kinh tuyến qua đài thiên văn Greewich, London.  The "longitude" (abbreviation: Long., λ, or lambda) of a point on the Earth's surface is the angle east or west from a reference meridian to another meridian that passes through that point. 2.3. CÁC HỆ TỌA ĐỘ THƯỜNG GẶP 2.3.1. Hệ tọa độ địa lý Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng 2.3. CÁC HỆ TỌA ĐỘ THƯỜNG GẶP 2.3.1. Hệ tọa độ địa lý Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng  Vĩ độ là góc giữa mặt phẳng xích đạo và phương dây dọi.  Vĩ độ có giá trị từ 0 – ±90o (Bắc, Nam)  Xích đạo là đường vĩ tuyến gốc.  The "latitude" (abbreviation: Lat., φ, or phi) of a point on the Earth's surface is the angle between the equatorial plane and the straight line that passes through that point and is normal to the surface of a reference ellipsoid which approximates the shape of the Earth. 2.3. CÁC HỆ TỌA ĐỘ THƯỜNG GẶP 2.3.1. Hệ tọa độ địa lý Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng 2.3. CÁC HỆ TỌA ĐỘ THƯỜNG GẶP 2.3.1. Hệ tọa độ địa lý Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng 2.3. CÁC HỆ TỌA ĐỘ THƯỜNG GẶP 2.3.1. Hệ tọa độ địa lý Vị trí Độ dài kinh tuyến (1 o ) Độ dài vĩ tuyến (1 o ) 0° 110.574 km 111.320 km 15° 110.649 km 107.551 km 30° 110.852 km 96.486 km 45° 111.132 km 78.847 km 60° 111.412 km 55.800 km 75° 111.618 km 28.902 km 90° 111.694 km 0.000 km Chiều dài đường kinh tuyến và vĩ tuyến Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng  Thường tính theo mét, là giá trị khoảng cách.  Trục OX là hình chiếu của kinh tuyến giữa múi.  Trục OY là hình chiếu của xích đạo.  Gốc tọa độ O được dời về phía Tây 500km. 2.3. CÁC HỆ TỌA ĐỘ THƯỜNG GẶP 2.3.2. Hệ tọa độ vuông góc phẳng theo múi chiếu Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng  Là những quy tắc toán học để chuyển từ bề mặt ellipsoid lên mặt phẳng bản đồ.  Gọi chung là các phương trình chiếu.  Tổng quát: x = f 1 (j,l) y = f 2 (j,l) 2.4. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 2.4.1. Khái niệm Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng  Mặt cong ellipsoid mặt phẳng bản đồ luôn có sai số, gọi chung là các biến dạng.  Có 3 loại biến dạng: góc, diện tích, khoảng cách.  Có những phép chiếu không có biến dạng góc và diện tích, nhưng luôn có biến dạng độ dài.  Tại những nơi không biến dạng tỷ lệ bằng 1 (tỷ lệ chung), những nơi khác lớn hoặc nhỏ hơn 1, gọi là tỷ lệ riêng. 2.4. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 2.4.2. Sai số chiếu hình Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng  Dựa vào vị trí tiếp xúc giữa bề mặt hỗ trợ chiếu và mặt ellipsoid: phép chiếu đứng, phép chiếu ngang và phép chiếu nghiêng. 2.4. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 2.4.3. Phân loại phép chiếu bản đồ Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng  Dựa vào bề mặt hỗ trợ chiếu: phép chiếu hình trụ, phép chiếu hình nón và phép chiếu phương vị. 2.4. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 2.4.3. Phân loại phép chiếu bản đồ Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng Các phép chiếu hình trụ 2.4. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 2.4.3. Phân loại phép chiếu bản đồ Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng 2.4. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ Các phép chiếu hình nón 2.4.3. Phân loại phép chiếu bản đồ Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng 2.4. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ Các phép chiếu phương vị 2.4.3. Phân loại phép chiếu bản đồ Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng  Dựa vào đặc điểm sai số: phép chiếu đồng góc, phép chiếu đồng diện tích và phép chiếu tự do. 2.4. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 2.4.3. Phân loại phép chiếu bản đồ Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng  Trên thực tế: kết hợp các phương pháp phân loại với nhau, tên của phép chiếu đặt theo các đặc điểm phân loại: phép chiếu hình trụ đứng đồng góc, phép chiếu phương vị đứng giữ khoảng cách,  Tên của phép chiếu còn được đặt theo tên của tác giả đã xây dựng phép chiếu đó: Mercator, Robinson, 2.4. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 2.4.3. Phân loại phép chiếu bản đồ Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng 2.4. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng 2.4. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 2.4.3. Phân loại phép chiếu bản đồ  Một số phép chiếu bản đồ tỷ lệ nhỏ phổ biến:  Phép chiếu Mercator: Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng 2.4. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 2.4.3. Phân loại phép chiếu bản đồ  Một số phép chiếu bản đồ tỷ lệ nhỏ phổ biến:  Phép chiếu hình trụ đứng đồng diện tích Behrmann Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng 2.4. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 2.4.3. Phân loại phép chiếu bản đồ  Một số phép chiếu bản đồ tỷ lệ nhỏ phổ biến:  Phép chiếu hình trụ đứng đồng khoảng cách Plate Caree Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng 2.4. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 2.4.3. Phân loại phép chiếu bản đồ  Một số phép chiếu bản đồ tỷ lệ nhỏ phổ biến:  Phép chiếu hình nón đứng đồng khoảng cách Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng 2.4. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 2.4.3. Phân loại phép chiếu bản đồ  Một số phép chiếu bản đồ tỷ lệ nhỏ phổ biến:  Phép chiếu hình nón đứng đồng góc Lambert Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng 2.4. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 2.4.3. Phân loại phép chiếu bản đồ  Một số phép chiếu bản đồ tỷ lệ nhỏ phổ biến:  Phép chiếu phương vị đứng với điểm tiếp xúc là cực Bắc. Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng Phép chiếu Gauss – Kruger:  Phương pháp thành lập:  Được Gauss thiết lập 1820 – 1830, Kruger hoàn thiện vào 1912 – 1919.  Chia ellipsoid làm 60 múi, múi số 1 tính từ kinh tuyến Greenwich, tăng dần về phía Đông, chiếu theo từng múi. Việt Nam thuộc múi 18, 19.  Là phép chiếu hình trụ ngang đồng góc, hình trụ tiếp xúc với ellipsoid. 2.4. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 2.4.3. Phân loại phép chiếu bản đồ Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng C G O P P1 P P1 O kinh tuyen tay kinh tuyen dong k in h t u y e n g iu a 2.4. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 2.4.3. Phân loại phép chiếu bản đồ Phép chiếu Gauss – Kruger: Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng  Đặc điểm lưới kinh vĩ tuyến:  Kinh tuyến trục là đường thẳng, các kinh tuyến khác là những đường cong đối xứng nhau qua kinh tuyến trục.  Xích đạo là đường thẳng vuông góc với kinh tuyến giữa, các vĩ tuyến khác là những đường cong lõm về hai cực, đối xứng nhau qua xích đạo. Phép chiếu Gauss – Kruger: 2.4. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 2.4.3. Phân loại phép chiếu bản đồ Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng Phép chiếu Gauss – Kruger:  Đặc điểm sai số và biến dạng:  Không có biến dạng về góc.  Tỷ lệ biến dạng chiều dài không đổi dọc kinh tuyến giữa và bằng 1 (k =1), càng ra hai kinh tuyến biên, biến dạng càng tăng và đối xứng nhau qua kinh tuyến giữa. 2.4. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 2.4.3. Phân loại phép chiếu bản đồ Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng Phép chiếu Gauss – Kruger:  Ứng dụng:  Được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới và Việt Nam để xây dựng các bản đồ địa hình tỷ lệ lớn.  Mỗi múi chiếu, thành lập một hệ tọa độ vuông góc riêng.  Được quy định trong hệ tọa độ HN-72 ở Việt Nam. 2.4. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 2.4.3. Phân loại phép chiếu bản đồ Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng  Hệ tọa độ theo Gauss:  P(x = 2.150.000m, y = 18.572.000m) 2.4. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 2.4.3. Phân loại phép chiếu bản đồ Phép chiếu Gauss – Kruger: Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng  Phương pháp thành lập:  Được quân đội Mỹ đưa vào sử dụng từ năm 1940.  Chia ellipsoid làm 60 múi, múi số 1, tính từ kinh tuyến 180 0 , tăng dần về phía Đông. Việt Nam thuộc 2 múi 48, 49.  Cũng là phép chiếu hình trụ ngang đồng góc, với hình trụ cắt ellipsoid tại hai cát tuyến. 2.4. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 2.4.3. Phân loại phép chiếu bản đồ Phép chiếu UTM (Universal Transverse Mercator: Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng 2.4. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 2.4.3. Phân loại phép chiếu bản đồ Phép chiếu UTM (Universal Transverse Mercator: Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng  Đặc điểm lưới kinh vĩ tuyến: 180km 180km Kinh tuyến giữa 0km 500km Kinh tuyến giữa X Xích đạo Phép chiếu UTM (Universal Transverse Mercator: 2.4. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 2.4.3. Phân loại phép chiếu bản đồ Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng  Đặc điểm lưới kinh vĩ tuyến:  Kinh tuyến trục là đường thẳng, các kinh tuyến còn lại là những đường cong đối xứng nhau qua kinh tuyến trục.  Xích đạo là đường thẳng vuông góc với kinh tuyến trục, các vĩ tuyến còn lại là những đường cong lõm về hai cực và đối xưng nhau qua xích đạo.  Không thể hiện hai cực (800N đến 840B) 2.4. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 2.4.3. Phân loại phép chiếu bản đồ Phép chiếu UTM (Universal Transverse Mercator: Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng  Ứng dụng:  Được dùng để thiết kế các bản đồ địa hình tỷ lệ lớn ở nhiều nước trên thế giới.  Được quân đội Mỹ sử dụng ở Việt Nam trước năm 1975 (hệ INDIAN-54).  Được quy định chính thức trong hệ VN-2000 ở Việt Nam.  Mỗi múi chiếu thành lập hệ tọa độ vuông góc. 2.4. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 2.4.3. Phân loại phép chiếu bản đồ Phép chiếu UTM (Universal Transverse Mercator: Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng  Hệ tọa độ theo UTM:  Dạng đầy đủ: P (48N x = 2.150.000m, y = 572.000m)  Dạng rút gọn: P (x = 2.150.000m, y = 572.000m) 2.4. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 2.4.3. Phân loại phép chiếu bản đồ Phép chiếu UTM (Universal Transverse Mercator: Biên soạn: Ths. Phạm Thế Hùng  Bản đồ tỷ lệ nhỏ (tỷ lệ 1:1.000.000 và nhỏ hơn): sử dụng phép chiếu hình nón đứng đồng góc với 2 vĩ tuyến chuẩn 11 0 và 21 0 .  Bản đồ tỷ lệ lớn: hiện nay đang sử dụng phép chiếu UTM, trước đây chúng ta đã từng sử dụng phép chiếu Gauss – Kruger. 2.4. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 2.4.4. Các phép chiếu được dùng cho bản đồ Việt Nam