1. Khái niệm về hình dạng, kích thước quả đất và mặt thủy chuẩn
1.1. Khái niệm về hình dạng, kích thước quả đất
1.1.1. Khái niệm về hình dạng quả đất
Bề mặt quả đất là một trong những đối tượng nghiên cứu của khoa học trắc địa. Bề mặt quả đất có diện tích khoảng 510.575.103 km2, trong đó diện tích đại dương chiếm gần 71,8%, lục địa chiếm 28,2%. Do sự phân bố vật chất trong lòng quả đất không đồng nhất và luôn thay đổi; tốc độ quay, vị trí trục quay của quả đất không cố định; hướng trọng lực ở các nơi khác nhau nên hình dạng của nó luôn luôn thay đổi và không theo một dạng toán học nào.
Chỗ sâu nhất của đại dương (Vực Marian) có độ sâu (-11032m); đỉnh núi cao nhất(đỉnh núi Chomonuma) là 8882 m. Kể từ đỉnh núi cao nhất tới đáy biển sâu nhất,chênh lệch về độ cao khoảng 20km. Nhưng nếu so sánh với đường kính trái đất thì chênh lệch đó không đáng kể: đường kính trái đất d ≈ 12.000km, tỷ số 20:12.000 =1/600 cho phép ta hình dung trên Quả cầu có đường kính d = 600mm độ lồi lõm là 1 mm. Vì vậy có thể coi bề mặt quả đất là một bề mặt cong nhẵn.Trong đo đạc thành lập bản đồ, hình dạng lý thuyết của quả đất được coi gần đúng là dạng Geoid (Listing, 1882); bề mặt quả đất được coi là mặt Geoit. Đó là mặt nước đại dương trung bình nhiều năm ở trạng thái yên tĩnh được mở rộng xuyên qua các hải đảo, lục địa tạo thành một mặt cong khép kín và tiếp tuyến của một điểm bất kỳ trên mặt đó vuông góc với hướng trong lực (hướng dây dọi) (hình 2.l).
Hình 2.l: Đặc trưng bề mặt quả đất
Mặt Geoit có đặc tính gần với bề mặt thật của quả đất nhưng về phương diện hình học, không thể biểu diễn nó theo một quy luật toán học nên rất khó mô hình hoá. Để tiện cho việc sử dụng và tính toán cần có một mặt quy ước được xác định theo một quyluật toán học và gần với bề mặt thật của quả đất. Các nhà khoa học đã xác định mặt
quy ước đó như sau:Lấy một hình Ellip có bán trục lớn bằng bán kính quả đất ở xích đạo và bán trục nhỏ bằng bán kính quả đất theo trục PP; cho hình Ellip đó xoay quanh trục PP, khi đó có một mặt Ellip tròn xoay. Mặt Ellip tròn xoay đó được định vị sao cho trục quay củanó trùng trục PP và tâm trùng với tâm trọng lực của quả đất. Mặt đó được gọi là “Mặt Elipxoit”, là mặt quy ước về phương diện toán học gần với bề mặt thật của quả đất.Mặt Elipxoit được đặc trưng bởi hai bán trục a và b (hình 2.2). Trong đó:a: là bán trục lớn; b: là bán trục nhỏ, trùng với trục quay PP của quả đất.
Hình 2.2: Mặt Elipxoit
Để thuận tiện cho việc giải các bài toán trắc địa có thể coi bề mặt quả đất có dạng gần giống mặt Elipxoit hơi dẹt ở hai cực. Trị số các bán trục a và b được nhiều nhà bác học trên thế giới nghiên cứu và xác định với các kết quả gần giống nhau (bảng 2. 1 ) .
Độ dẹt của trái đất ký hiệu là k, được biểu thị bằng công thức:
Từ năm 1954 đến 2.000, Việt Nam sử dụng kích thước do Giáo sư Kraxopski đưara năm 1940 với:a = 6.378.245m ; b = 6.356.863 m; k = 1/298,3
Ngày 12/7/2000, Thủ tướng Chính phủ ra quyết định sử dụng hệ quy chiếu và Hệ tọa độ Quốc gia VN 2000. Ngày 22/06/2001, theo Quyết định của Tổng cục trưởng Tổng cục Địa chính về việc chuyển đổi hệ tọa độ cũ từ HN – 72 sang VN – 2 000 thì ở Việt Nam kích thước Elipxoit được tính theo Elipxoit WGS – 84 (World Geodesis System 1984) toàn cầu với kích thước:a = 6.378.137,000 mk = l: 298,257223563.Trong công tác đo đạc bản đồ, người ta coi quả đất có dạng gần giống hình cầu (có trục lớn a và trục nhỏ bị với độ dẹt k nhỏ. Do vậy khi đo đạc trong phạm vi trung bình và nhỏ người ta coi quả đất như một hình cầu với diện tích bề mặt hình elipxoit và lấy bán kính trung bình là 6371 km.
1.1.2. Mặt thủy chuẩn
1.1.2.1. Mặt thủy chuẩn gốc
Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng: Độ cao trung bình trên bề mặt quả đất gần trùng với mặt nước Đại dương trung bình nhiều năm ở trạng thái yên tĩnh xuyên qua các lục địa và hải đảo, làm thành một mặt cong khép kín (mặt Geoid). Vì vậy nó được chọn là”Mặt thay chuẩn gốc” hay là “Mặt nước gốc “, Vậy:Mặt thủy chuẩn gốc (MTCG) là mặt nước Đại dương trung bình nhiều năm ở trạng thái yên tĩnh xuyên qua các lục địa và hải đảo, làm thành một mặt cong khép khi có độ cao năng 0,00
Mặt thủy chuẩn gốc (MTCG) phải thoả mãn 2 điều kiện: 1- Phương của trọng lực đi qua một điểm bất kỳ trên bề mặt trái đất đều vuông góc với MTCG. 2 – Tổng bình phương khoảng cách của các điểm trên mặt đất tới MTCG là nhỏ nhất ∑ hi2 =min . Trong trắc địa mặt thủy chuẩn gốc được dùng làm mặt chuẩn để so sánh độ cao các
điểm trên mặt đất đồng thời dùng làm mặt chiếu khi đo vẽ bản đồ.Việt Nam đặt mốc Ha (mốc thủy chuẩn gốc) tại trạm quan trắc Hòn Dấu – Đồ Sơn- Hải Phòng.
1.1.2.2. Mặt thủy chuẩn giả định
(MTCGĐ) Để thuận lợi cho công tác đo đạc và tính toán, người ta sử dụng một loại mặt chuẩn gọi là “Mặt thuỷ chuẩn giả định”, là mặt thủy chuẩn song song với mặt thủy chuẩn gốc và có độ cao khác 0,00m.
1.1.3. Độ cao
1.1.3.1. Độ cao tuyệt đối
Thông thường bề mặt quả đất không bằng phẳng. Đặc tính đó được đặc trưng bởiđộ cao của các điểm.Độ cao tuyệt đối của một điểm trên bề mặt quả đất là độ cao được tính theophương pháp tuyến (phương dây dọi) từ điểm đó tới MTCG, ký hiệu là H, đơn vị là mét (m) Những điểm nằm trên mặt thủy chuẩn gốc có độ cao dương (+), những điểm nằm dưới mặt thủy chuẩn gốc có độ cao âm (-)
1.1.3.2. Độ cao tương đối
Độ cao tương đối của một điểm là độ cao tính từ điểm đó theo phương dây dọi tới mặt thủy chuẩn giả định, ký hiệu là H’Trong hình 2.4:- HB và HC: là độ cao tuyệt đối, H’Bvà H’c: là độ cao tương đối của điểm B; C.- HO1 là độ cao tuyệt đối của MTCGĐ O1O1- hBC là hiệu số độ cao giữa hai điểm B, CTa có:
Hình 2.4: Độ cao tuyệt đôi và độ cao tương đối
