Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết xấp xỉ sóng nhỏ (wavelet) phân tích biến dạng không gian từ dữ liệu GPS khu vực miền Bắc Việt Nam - Luận án tiến sĩ kỹ thuật

BỘ TÀI NGUYÊNVIỆN KHOA VÀ MÔI HỌC ĐO ĐẠC TRƯỜNG VÀ BẢN BỘ GIÁO DỤC ĐỒ VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ LẠI VĂN THỦY LẠI VĂN THỦY NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT XẤP XỈ SÓNG NHỎ (BIẾN ĐỔI WAVELET) NGHIÊN CỨU ĐỂ PHÂN ỨNG DỤNGTÍCH LÝ NỘI SUY XẤP THUYẾT VẬN XỈ TỐC CHUYỂN SÓNG NHỎ DỊCH VÀ BIẾN DẠNG KHÔNG GIAN TỪ KẾT QUẢ XỬ (BIẾN ĐỔI WAVELET) ĐỂ PHÂN TÍCH NỘI SUY VẬN TỐC LÝ DỮ LIỆU ĐO GPS CHUYỂN MẠNG DỊCH LƯỚI DẠNG VÀ BIẾN TRẮC KHÔNG ĐỊA ĐỊAGIAN ĐỘNGTỪLỰC KẾTKHU QUẢVỰC XỬ MIỀN BẮC VIỆT NAM LÝ DỮ LIỆU ĐO GPS MẠNG LƯỚI TRẮC ĐỊA ĐỊA ĐỘNG LỰC KHU VỰC MIỀN BẮC VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, 2020 HÀ NỘI, 2020 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ LẠI VĂN THỦY NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT XẤP XỈ SÓNG NHỎ (BIẾN ĐỔI WAVELET) ĐỂ PHÂN TÍCH NỘI SUY VẬN TỐC CHUYỂN DỊCH VÀ BIẾN DẠNG KHÔNG GIAN TỪ KẾT QUẢ XỬ LÝ DỮ LIỆU ĐO GPS MẠNG LƯỚI TRẮC ĐỊA ĐỊA ĐỘNG LỰC KHU VỰC MIỀN BẮC VIỆT NAM Ngành: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA BẢN ĐỒ Mã số : 9.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS. ĐẶNG HÙNG VÕ TS. DƯƠNG CHÍ CÔNG HÀ NỘI, 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa được công bố trong bất cứ công trình nào khác.

Tác giả luận án Lại Văn Thủy LỜI CẢM ƠN Luận án được hoàn thành tại Viện khoa học Đo đạc và Bản đồ dưới sự hướng dẫn khoa học của GS. Đặng Hùng Võ và TS. Dương Chí Công. Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với sự hướng dẫn tận tình, sát sao của các Thầy trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án.

Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ đã cho phép tham khảo, sử dụng tài liệu, số liệu đo; tạo điều kiện về thời gian và cơ sở vật chất trong quá trình học tập và nghiên cứu. Xin trân trọng cảm ơn các nhà khoa học đã góp ý, trao đổi để Nghiên cứu sinh hoàn thiện các nội dung nghiên cứu; nghiên cứu sinh cũng xin cảm ơn sự giúp đỡ, động viên, khích lệ kịp thời của đồng nghiệp, bạn bè và người thân, tạo điều kiện thuận lợi để nghiên cứu sinh hoàn thành luận án trong thời gian ngắn nhất. MỤC LỤC HÀ NỘI, 2020. i DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BẰNG TIẾNG NƯỚC NGOÀI.iv DANH MỤC BẢNG BIỂU.v DANH MỤC HÌNH VẼ.

vi MỞ ĐẦU. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU. Những khái niệm cơ bản trong nghiên cứu biến dạng vỏ Trái Đất. Mảng kiến tạo.

Đứt gãy kiến tạo. Các hướng nghiên cứu biến dạng vỏ Trái Đất. Tình hình nghiên cứu biến dạng vỏ Trái Đất bằng phương pháp trắc địa ở Việt Nam. Tổng quan về khả năng ứng dụng phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ trong trắc địa ở Việt Nam và trên thế giới.

Tổng quan về phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ [22],[33]. Tổng quan về ứng dụng phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ trong trắc địa trên thế giới. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam. Kết luận Chương 1.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT XẤP XỈ SÓNG NHỎ TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN DẠNG VỎ TRÁI ĐẤT. Cơ sở lý thuyết của hàm sóng nhỏ DOG trên mặt cầu. Tính vận tốc chuyển dịch địa phương từ số liệu đo GNSS. Nội suy trường vận tốc chuyển dịch địa phương bằng phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ.

Tính các đại lượng biến dạng. Tính tensor gradient vận tốc. Tính tốc độ xoay (Rotation rate). Tính tốc độ biến dạng (Strain rate).

Tính tốc độ trương nở (Dilatation rate). Kết luận Chương 2. THỰC NGHIỆM TÍNH TOÁN CÁC ĐẠI LƯỢNG BIẾN DẠNG VỎ TRÁI ĐẤT KHU VỰC MIỀN BẮC VIỆT NAM. Đánh giá, phân tích chất lượng số liệu thực nghiệm.

Đánh giá, phân tích chất lượng mốc quan trắc. Đánh giá, phân tích chất lượng dữ liệu quan trắc. Đánh giá, phân tích kết quả tính vận tốc chuyển dịch tuyệt đối của các điểm trong mạng lưới quan trắc. Tính vận tốc chuyển dịch địa phương tại các điểm quan trắc.

Sơ đồ quy trình tính toán. Xây dựng modul tính vận tốc chuyển dịch chung của khu vực. Kết quả tính vận tốc chuyển dịch chung của khu vực. Nội suy trường vận tốc chuyển dịch địa phương.

Sơ đồ quy trình tính toán. Phần mềm phân tích, nội suy vận tốc chuyển dịch. Kết quả phân tích, nội suy trường vận tốc chuyển dịch. Tính các đại lượng biến dạng.

Sơ đồ quy trình tính toán. Phần mềm tính toán các đại lượng biến dạng. Kết quả tính toán, biên tập bản đồ trường biến dạng khu vực miền Bắc Việt Nam. Đánh giá hiệu quả của phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ.

Đánh giá kết quả phân tích biến dạng của phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ với phương pháp tính biến dạng Frank. Đánh giá kết quả tính biến dạng của phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ so với các kết quả tính biến dạng trên khu vực Miền Bắc trước đó. Thảo luận, đánh giá chung về phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ. Kết luận Chương 3.

110 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.113 TÀI LIỆU THAM KHẢO.114 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN CỦA NGHIÊN CỨU SINH.120 ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BẰNG TIẾNG NƯỚC NGOÀI Ký hiệu Viết đầy đủ bằng Giải thích bằng viết tắt tiếng nước ngoài tiếng Việt CWT Continuos Wavelet Transform Biến đổi sóng nhỏ liên tục DWT Discrete Wavelet Transform Biến đổi sóng nhỏ rời rạc DOG Difference of Gaussians Hàm sóng nhỏ trên mặt cầu GNSS Global Navigation Satellite Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu System GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu IGS International GNSS Service Tổ chức dịch vụ GNSS quốc tế ITRF International Terrestrial Hệ quy chiếu trắc địa quốc tế Reference Frame MRA Multiresolution analysis Phân tích đa phân giải OCV Ordinary Cross-Validation Đánh giá chéo thông thường iii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. Hệ thống các đứt gãy trên lãnh thổ Việt Nam 9 Bảng 1. Kết quả tính chuyển dịch của đề tài KC. Khoảng cách giữa các điểm lưới trên mặt cầu tương ứng với q 36 Bảng 3.

Tổng hợp tọa độ và vận tốc chuyển dịch của các điểm IGS 68 xung quanh Việt Nam tại thời điểm ngày 01/01/2005 Bảng 3. Tổng hợp véc tơ vận tốc chuyển dịch của mạng lưới GPS 70 Bảng 3. Kết quả tính tham số góc Ơ-le 75 Bảng 3. Kết quả tính vận tốc quay và tọa độ cực quay Ơ-le 75 Bảng 3.

Kết quả tính vận tốc chuyển dịch khu vực tại điểm quan trắc 75 Bảng 3. Kết quả tính vận tốc chuyển dịch địa phương tại điểm quan trắc 77 Bảng 3.7 Kết quả tính nội suy vận tốc chuyển dịch không gian 84 Bảng 3. Bảng so sánh kết quả tính các vận tốc biến dạng theo khu vực 103 Bảng 3. Kết quả tính vận tốc biến dạng của các đới đứt gãy 105 Bảng 3.

Bảng so sánh kết quả tính biến dạng theo đứt gãy 107 Bảng 3. Bảng so sánh kết quả tính biến dạng đã được công bố 108 iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. Bản đồ phân khối kiến tạo hiện đại khu vực Đông Nam Á 8 Hình 1. Bản đồ hệ thống đứt gãy chính trên lãnh thổ Việt Nam 12 Hình 1.

Tốc độ biến dạng của điểm 18 Hình 1. Mô tả hình thái của sự trương nở 19 Hình 2. Tập hợp các điểm lưới tam giác ở các quy mô khác nhau 35 Hình 2. Sóng nhỏ trên cầu tương ứng với các khác nhau khi q =3 36 Hình 2.

Sự thay đổi biên độ dọc đường kinh tuyến theo khi q = 3 37 Hình 2. Phạm vi điểm đo khu vực miền Bắc được chọn để phân tích 38 Hình 2. Tập hợp các điểm trên hình cầu G ở Miền Bắc (q từ 7 đến 9) 38 Hình 2. Tập hợp các điểm lưới và bậc được chọn để phân tích biến 39 dạng khu vực Miền Bắc Hình 3.

Sơ đồ bố trí điểm quan trắc trên khu vực Miền Bắc 63 Hình 3. Xác định chiều cao Anten theo phương pháp đo nghiêng 65 Hình 3. Xác định chiều cao Anten theo phương pháp đo thẳng đứng 66 Hình 3. Sơ đồ phân bố các điểm IGS xung quanh Việt Nam 67 Hình 3.

Sơ đồ quy trình tính vận tốc chuyển dịch chung của khu vực 73 Hình 3. Giao diện phần mềm tính vận tốc chuyển dịch chung của khu vực 74 Hình 3. Sơ đồ quy trình nội suy trường vận tốc chuyển dịch địa phương 80 Hình 3. Giao diện phần mềm phân tích, nội suy vận tốc chuyển dịch 82 Hình 3.

Tham số chính tắc hóa của véc tơ vận tốc theo hướng Bắc 83 Hình 3. Tham số chính tắc hóa của véc tơ vận tốc theo hướng Đông 83 Hình 3. Tham số chính tắc hóa của véc tơ vận tốc theo hướng đứng 84 v Hình 3. Bản đồ trường vận tốc chuyển dịch ngang khu vực Miền Bắc 87 Hình 3.

Bản đồ trường vận tốc chuyển dịch đứng khu vực Miền Bắc 88 Hình 3. Sơ đồ quy trình tính các đại lượng biến dạng 90 Hình 3. Giao diện phần mềm tính trường biến dạng 91 Hình 3. Đồ thị biểu diễn trường tốc độ xoay 92 Hình 3.

Bản đồ trường tốc độ xoay 93 Hình 3. Đồ thị biểu diễn tốc độ biến dạng 94 Hình 3. Bản đồ trường tốc độ biến dạng 95 Hình 3. Đồ thị biểu diễn tốc độ trượt 96 Hình 3.

Bản đồ trường tốc độ trượt 97 Hình 3. Đồ thị biểu diễn tốc độ trương nở 98 Hình 3. Bản đồ trường tốc độ trương nở 99 Hình 3. Đồ hình tam giác tính biến dạng khu vực Miền Bắc 101 Hình 3.

Bản đồ trường vận tốc biến dạng khu vực Miền Bắc theo 102 phương pháp Frank Hình 3. Bản đồ trường tốc độ biến dạng khu vực Miền Bắc theo 102 phương pháp xấp xỉ sóng nhỏ Hình 3. Bản đồ biến dạng theo đứt gãy trên khu vực Miền Bắc 107 vi MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án Trắc địa là ngành khoa học nghiên cứu các đặc trưng hình học của Trái Đất trong trạng thái tĩnh và trạng thái động.

Phương pháp luận chủ yếu là thu nhận thông tin về bề mặt Trái Đất, xử lý thông tin thu nhận được để xác định, mô phỏng bề mặt, kích thước, hình dạng Trái Đất và nghiên cứu chuyển động hiện đại của vỏ Trái Đất bằng các phương pháp đo đạc. Các phương pháp đo đạc được hình thành dựa trên sự tiến bộ của công nghệ thu nhận thông tin về Trái Đất, gọi chung là thông tin địa lý hay thông tin không gian.