- Ứng dụng bản đồ trông như được đặt trên giả định rằng bề mặt Trái Đất là đứng yên, nhưng trên thực tế chuyển động mảng kiến tạo và động đất có thể liên tục làm lệch tọa độ và sự khớp nối hình ảnh
- Georeferencing của GPS tiêu dùng và ảnh hàng không·vệ tinh đều có thể tạo ra sai số ở mức vài mét, và nghiên cứu về ảnh độ phân giải cao trên Google Earth cũng xác nhận sai số vị trí 1~50m
- Tại Mỹ, NAD 83 dùng cho đo đạc và WGS 84 dùng cho GPS·Google Maps được sử dụng song song, và khác biệt giữa hệ quy chiếu địa phương với hệ quy chiếu toàn cầu tích lũy theo thời gian
- Những khu vực nằm trên ranh giới mảng như Nam California có việc cập nhật tọa độ phức tạp hơn, và sau động đất thì địa hình thực như đường sá·đường bờ biển có thể dịch chuyển vài mét
- Việc cập nhật bản đồ bị ràng buộc bởi ngân sách, thông lệ đo đạc và độ chính xác thiết bị nên khó phản ánh ngay lập tức, và bản đồ càng cũ càng cho thấy rõ Trái Đất là một hành tinh động
Bản đồ trên bề mặt đang chuyển động
- Các địa điểm trên bề mặt Trái Đất không có tọa độ hoàn toàn cố định vì chuyển động mảng kiến tạo và động đất
- Để Google Maps, hệ thống dẫn đường trên xe và các dịch vụ bản đồ khác có thể chỉ đường đến đích, tọa độ địa điểm phải luôn được giữ chính xác
- Các nhà địa lý, địa chất và trắc địa vận hành hạ tầng để duy trì độ chính xác bản đồ, nhưng không dễ lúc nào cũng bắt kịp ngay địa hình đang dịch chuyển
- Sự chênh lệch này có thể xuất hiện thành sai số vị trí dễ nhận thấy trên bản đồ hiển thị trên màn hình
Sai số phát sinh từ GPS và căn chỉnh hình ảnh
- Ken Hudnut giải thích rằng ngay cả khi đứng giữa một ngã tư với máy thu GPS trong tay, trên Google Earth bạn vẫn có thể trông như đang lệch khỏi trung tâm ngã tư
- Nguyên nhân sai số lớn được chia thành hai nhánh
- Phần cứng GPS cho người tiêu dùng có độ bất định vị trí từ vài mét trở lên
- Bản đồ và ảnh vệ tinh cũng có thể lệch ở quy mô tương tự tùy theo chất lượng georeferencing khi khớp vào lưới vĩ độ·kinh độ
- Một nghiên cứu năm 2008 khảo sát ảnh Google Earth của 31 thành phố ở các nước phát triển và tìm thấy sai số vị trí trong khoảng 1~50m
- Trong ví dụ do tác giả trực tiếp kiểm tra, Google Maps hiển thị vị trí sàn deck phía sau nhà lệch khoảng 10m, và khi so sánh ảnh Google Earth ở các ngày khác nhau thì vị trí ngôi nhà có vẻ dịch chuyển tối đa 20m
- Những sai số này phần lớn phát sinh từ khó khăn trong quá trình đặt ảnh hàng không·quỹ đạo lên lưới tọa độ hơn là từ chính biến đổi địa chất
Điểm khống chế và mốc trắc địa
- Để căn ảnh bản đồ vào lưới tọa độ, cần có các điểm khống chế được đặt trên mặt đất
- National Geodetic Survey (NGS) của Mỹ duy trì mạng lưới trạm quan sát GPS cố định, và trong hai thế kỷ qua đã lắp đặt các mốc trắc địa dạng đĩa kim loại trên đá lộ thiên, cột bê tông và các kết cấu cố định
- Quá trình khớp bản đồ với địa hình thực tế không hoàn hảo
- Tọa độ của mốc trắc địa có thể không chính xác
- Một số tọa độ thậm chí có thể sai hoàn toàn
- NGS và các cơ quan khác chỉ rất hiếm khi xác minh lại các mốc trắc địa
- Do hạn chế ngân sách, NGS khó cử nhân lực đi kiểm tra trực tiếp xem các mốc còn tồn tại hay không, và việc các geocacher tìm mốc như một thú vui rồi gửi báo cáo giúp thông tin thu hồi mốc được cập nhật mới hơn
NAD 83 và WGS 84
- Datum là lưới vĩ độ·kinh độ không được cho sẵn một cách tự nhiên, mà là hệ quy chiếu tọa độ phải được cố định theo một mô hình hình dạng Trái Đất
- Mỹ sử dụng song song hai datum chính
- NAD 83: do NGS phát triển, được tối ưu cho phần lớn bản đồ và hoạt động đo đạc ở Bắc Mỹ
- WGS 84: do các cơ quan quân sự duy trì, là nền tảng mà Google Maps và GPS dựa vào và ưu tiên phạm vi toàn cầu
- NAD 83 thay thế hệ quy chiếu năm 1927 và được đưa vào sử dụng ngày 6 tháng 12 năm 1988; do mô hình hình dạng Trái Đất chính xác hơn, tọa độ của một số vị trí đã thay đổi tới 100m
- Các bản đồ cũ dựa trên NAD 27 vẫn còn tồn tại
- Khi Hải quân Mỹ phát triển hệ thống dẫn đường vệ tinh đầu tiên vào thập niên 1960, họ ngoại suy hệ quy chiếu Bắc Mỹ cũ để xác định kinh tuyến 0 độ; về sau người ta xác nhận rằng kinh tuyến đó được vẽ lệch khoảng 100m về phía đông so với mốc kinh tuyến gốc lịch sử tại Đài thiên văn Hoàng gia Greenwich
Hệ quy chiếu toàn cầu và hệ quy chiếu gắn với mảng
- NGS và phía quân sự từng hợp tác để đồng bộ datum của mình, nhưng sau đó hai hệ thống lại tách xa nhau, tạo ra sự không khớp giữa bản đồ và tọa độ GPS
- WGS 84 là tiêu chuẩn toàn cầu không bị ràng buộc với một mảng kiến tạo cụ thể và trên thực tế được cố định theo phần sâu bên trong Trái Đất
- Các nhà trắc địa giả định rằng để tách vĩ độ·kinh độ khỏi chuyển động của một mảng cụ thể, các mảng kiến tạo chuyển động như những bánh răng ăn khớp và tổng mọi tốc độ quay sẽ bằng 0
- Nếu không buộc tọa độ vào một mảng cụ thể, vị trí đo đạc và bản đồ được dựng trên đó sẽ khác dần theo thời gian
- Ngược lại, NAD 83 chuyển động như một tấm lưới nằm trên mảng Bắc Mỹ, và khi mảng này dịch chuyển thì datum cũng đi theo
- Những datum khu vực như vậy giúp tài xế và người đo đạc có thể định hướng và xử lý ranh giới đất đai mà không cần quá bận tâm đến chuyển động mảng quy mô lớn hay chuyển động cực
Sự lệch tích lũy của NAD 83 và kế hoạch cập nhật năm 2022
- NAD 83 chưa được đại tu toàn diện để phản ánh hiểu biết được cải thiện về hình dạng và kích thước của Trái Đất
- Theo Dru Smith, NAD 83 nhất quán và chính xác ở bên trong hệ, nhưng tọa độ (0,0,0) lẽ ra phải ở tâm Trái Đất lại đang lệch khoảng 2m
- Đổi lại sự thuận tiện cho người đo đạc, lưới vĩ độ·kinh độ của Bắc Mỹ ngày càng xa rời phần còn lại của thế giới
- NGS đã lên kế hoạch cập nhật vào năm 2022, và đợt cập nhật này dự kiến sẽ làm dịch chuyển các điểm trên lục địa Bắc Mỹ hơn 1m
Những khu vực nằm trên ranh giới mảng như Nam California
- Nam California nằm trên cả mảng Bắc Mỹ và mảng Thái Bình Dương nên sự chênh lệch với “phần còn lại của thế giới” còn phức tạp hơn
- Mảng Thái Bình Dương dịch chuyển về phía tây bắc vài inch mỗi năm so với phần còn lại của Bắc Mỹ
- Ranh giới mảng không phải là một đường sắc nét nên lượng dịch chuyển thực tế thay đổi phức tạp theo từng vị trí
- California Spatial Reference Center ở La Jolla vận hành mạng lưới trạm quan sát và định kỳ cập nhật tọa độ điểm khống chế trong bang
- Lần cập nhật gần nhất là 2018
- Các kỹ sư đo đạc dùng các tọa độ này để gắn kết công việc đo đạc của họ với NAD 83
- Yehuda Bock cho rằng nếu tọa độ thay đổi quá thường xuyên thì sẽ gây phức tạp cho người đo đạc, nên cập nhật định kỳ là một sự thỏa hiệp
- Với việc xác lập ranh giới ở quy mô địa phương thì có thể không thành vấn đề lớn, nhưng những dự án quy mô lớn như đường sắt cao tốc California phải theo kịp chuyển động kiến tạo
Dấu vết động đất để lại trên bản đồ
- Động đất có thể tạo ra một dạng dịch chuyển giống như cắt bản đồ theo đường chéo dọc theo đứt gãy rồi đẩy một bên so với bên kia
- Tại tọa độ 34.189838, -116.433842 ở phía bắc Palm Springs, gần tâm chấn trận động đất Landers năm 1992, có thể so sánh ảnh lịch sử trên Google Earth để thấy chuyển động ngang dọc theo đứt gãy
- Khi so sánh ảnh tháng 7 năm 1989 và ảnh tháng 5 năm 1994, có thể thấy rõ sự thay đổi trong sự thẳng hàng của Aberdeen Road khi băng qua đứt gãy
- Khu đất gần đứt gãy đã dịch chuyển vài mét do động đất
- Mạng lưới GPS cũng có thể ghi nhận động đất theo thời gian thực
- Một video được tạo từ dữ liệu của trận động đất Tohoku năm 2011 cho thấy đường bờ biển gần tâm chấn dịch chuyển ngang tối đa 4m, đồng thời các làn sóng lan ra khắp Nhật Bản và toàn thế giới
Tốc độ cập nhật bản đồ và các ràng buộc thực tế
- Cần có thời gian để việc hiệu chỉnh hoạt động kiến tạo được phản ánh vào bản đồ
- USGS National Geospatial Technical Operations Center sản xuất bản đồ địa hình USGS dùng cho người hoạt động ngoài trời, và các bản đồ này được cập nhật 3 năm một lần
- Việc duy trì chu kỳ 3 năm cũng đã khó khăn trong bối cảnh cắt giảm ngân sách
- Sai số nhỏ phát sinh giữa các lần cập nhật thường được xem là bị che lấp bởi sự thiếu chính xác của quá trình lập bản đồ và thiết bị GPS
- Công nghệ GPS đã đạt đến mức có thể áp dụng những hiệu chỉnh nhỏ thường xuyên hơn, và trong tương lai bản đồ có thể được cập nhật với tốc độ gần như thời gian thực
- Những tấm bản đồ cũ cho thấy Trái Đất không phải là một phông nền tĩnh mà là một hành tinh động luôn dịch chuyển
1 bình luận
Ý kiến trên Hacker News
Tham khảo thêm, NASA có dữ liệu vector dịch chuyển toàn cầu: https://sideshow.jpl.nasa.gov/post/series.html
Động đất Kaikōura năm 2016: https://en.wikipedia.org/wiki/2016_Kaik%C5%8Dura_earthquake
Nếu muốn một tiêu chuẩn rõ ràng hơn thì có International Terrestrial Reference System and Frame: https://en.m.wikipedia.org/wiki/International_Terrestrial_Re...
Các hệ quy chiếu tốt hơn đang được dùng hiện nay đều gắn với khung tham chiếu của hệ này tại một năm cụ thể, tức là theo epoch
Ví dụ, GDA2020 của Úc dựa trên ITRF2014 tại epoch 2020.0, còn GDA94 trước đó dựa trên ITRF1992 tại epoch 1994.0. Chênh lệch giữa hai hệ là khoảng 1.8m
https://www.ga.gov.au/scientific-topics/positioning-navigati...
Đã từng có thảo luận về các bài gửi tương tự:
What Happens to Google Maps When Tectonic Plates Move? https://news.ycombinator.com/item?id=22146454 (25 tháng 1 năm 2020 — 2 điểm, 0 bình luận)
What happens to Google Maps when tectonic plates move? https://news.ycombinator.com/item?id=22145303 (24 tháng 1 năm 2020 — 188 điểm, 53 bình luận)
What Happens to Google Maps When Tectonic Plates Move? https://news.ycombinator.com/item?id=12216474 (3 tháng 8 năm 2016 — 2 điểm, 0 bình luận)
Nếu muốn đào sâu hơn về hệ quy chiếu trắc địa trên toàn thế giới thì có hẳn một trang chuyên biệt: https://www.asprs.org/asprs-publications/grids-and-datums
Có thể xem lịch sử hệ quy chiếu của nhiều quốc gia và quá trình chúng đi đến trạng thái hiện tại. Nội dung khá khô khan nhưng đồng thời cũng rất thú vị
Một trong những phần tôi thích ở lĩnh vực này là lịch sử. Quá trình con người dần hiểu rõ hơn hình dạng của thế giới, và rồi tìm cách đo đạc nó chính xác hơn để đưa lên bản đồ phẳng, thật sự rất cuốn hút
Tác giả không nói chuyện với Google, nên đọc bài này xong cũng không biết thực tế Google xử lý việc đó như thế nào
Tôi cũng tò mò OpenStreetMap xử lý việc này thế nào, nhưng có vẻ ít nhất vào ngày Cá tháng Tư thì họ xử lý như sau: https://blog.openstreetmap.org/2017/03/31/osm-plate-tectonic...
Nếu ai biết thêm về chuyện này thì rất mong chia sẻ :-)
Sửa: à, hóa ra là bài Cá tháng Tư. Dù vậy vẫn thấy có vẻ triển khai được
Bài viết không nhắc đến, nhưng tôi tò mò ở Nam California thì tọa độ ranh giới bất động sản được ghi nhận thế nào để tính đến dịch chuyển
Ở khu vực chúng ta, nơi kiến tạo mảng tương đối ổn định, người ta dùng một hệ tọa độ duy nhất cho toàn quốc
Có vẻ như phải ghi theo khoảng cách từ các mốc chuẩn tại địa phương, nhưng tôi cũng tò mò nếu xảy ra kiểu dịch chuyển làm đường bị tách đôi như ở Thổ Nhĩ Kỳ năm ngoái thì sẽ xử lý ra sao
https://nationalpost.com/news/world/turkey-syria-earthquake-...
Ở phần lớn các bang của Mỹ, Public Land Survey System cung cấp các “meridians” và “baselines” đóng vai trò trung tâm theo từng khu vực. Từ đó, cứ mỗi 6 dặm lại có một “township” mới, và các góc của chúng đóng vai trò như mốc tham chiếu địa phương cho ranh giới bất động sản
https://en.wikipedia.org/wiki/Public_Land_Survey_System
Tôi thường nghĩ đến một bối cảnh SF nơi hàng triệu năm sau, loài người dưới một hình dạng quen thuộc nào đó vẫn bằng cách nào đó còn sống, và hai mảng kiến tạo với thảm thực vật tự nhiên cùng hệ động vật hoàn toàn khác nhau đang tiến lại gần nhau
Ví dụ, nếu California và Úc — nơi có rất nhiều người bảo vệ thực vật bản địa — tiến đến gần nhau trong phạm vi 50 dặm, có lẽ báo chí sẽ bắt đầu nói về việc đừng mang động thực vật từ bên này sang bên kia. Khi còn cách dưới 20 dặm, gió và bão có lẽ đã tự mang một phần sang rồi, nhưng con người ở cả hai phía vẫn có thể tiếp tục chống lại. Trên thực tế, vào đúng khoảnh khắc chúng chạm nhau lần đầu, có thể sẽ xuất hiện một hiệp ước khổng lồ mang tính cưỡng chế, làm thay đổi tương lai của thế giới đó
Hoặc cũng có thể người ta просто dựng hàng rào, cấm sinh sống ven biển, và duy trì đường biên lục địa nhân tạo này mãi mãi
Mỗi thế hệ tiếp nhận những giá trị mới, và khi một thế hệ chết đi thì những giá trị đó cũng biến mất. Chuyển động kiến tạo mảng diễn ra quá chậm, nên thực tế có lẽ sẽ nhàm chán hơn nhiều so với câu chuyện SF đó. Hàng trăm nghìn năm mà hai khu vực ở trạng thái “đủ gần” là quá đủ để hai nhóm này lặp lại hàng trăm lần quá trình hòa nhập rồi xung đột
https://www.independent.com/2011/01/15/how-eucalyptus-came-c...
Đây là một bối cảnh thú vị để khai thác trong tiểu thuyết, nhưng khó có khả năng trở thành hiện thực
Tôi nhớ hồi những năm 2000, khi đi từ Los Angeles đến Berkeley, tôi từng dùng một chiếc Garmin GPS cầm tay
Đồng hồ tốc độ trên xe bị hỏng nên trong chuyến đi tôi cũng dùng nó làm tốc kế, nhưng vị trí hiển thị trên bản đồ cứ lệch khoảng 50 feet. Nghĩ lại bây giờ, tôi tự hỏi đó là do chuyển động mảng kiến tạo hay chỉ là sai số của chính thiết bị
Giờ nhớ lại chiếc xe đó mới thấy thật ngạc nhiên là nó đúng kiểu xe nát, nhưng vì là mui trần nên vẫn vui. Vợ tôi thì xem nó như một cái bẫy chết người
Khoảng 10 năm trước tôi đi canyoning và bushwalking khá nhiều ở Blue Mountains gần Sydney, Úc, và luôn để chiếc Garmin GPSMAP bật suốt cả lúc di chuyển bằng ô tô. Trong hơn 20 hành trình, có những đoạn chạy trên đường cao tốc miền núi bị lặp lại, nhưng các vệt theo dõi không chồng khít lên nhau. Tất cả đều là những đường đi mượt khớp với độ cong của con đường, nhưng mỗi cái có một độ lệch riêng, thường cách dữ liệu bản đồ khoảng 2–5m. Trung vị của hơn 20 đường này thì khớp rất tốt với dữ liệu bản đồ
Bạn sẽ học được phải làm gì khi xe quá nhiệt, thay lốp, thay cầu chì, phân biệt mùi dầu cháy với mùi nước làm mát, câu bình, và gọi xe kéo. Đó là những kỹ năng sống quan trọng
Tương đương tốc độ móng tay mọc
https://oceanservice.noaa.gov/facts/tectonics.html
Khoảng 9 năm trước tôi có tìm hiểu việc này ở đại học và nhớ vài điều thú vị
Thứ gây ra thay đổi vị trí không chỉ là chuyển động ngang của các mảng
WGS 84 và các hệ quy chiếu khác nội bộ đều dùng mô hình tham chiếu ellipsoid. Ellipsoid này được chọn để xấp xỉ bề mặt Trái Đất, nhưng vì là một hình dạng đơn giản nên nó không phản ánh tốt núi non hay các bất quy tắc trong hình dạng Trái Đất
Vì vậy không chỉ độ chính xác vị trí trên núi thấp hơn, mà khi núi tiếp tục cao lên theo thời gian thì nó còn trở nên kém chính xác hơn. Tất nhiên mức này rất nhỏ, không đáng kể so với chuyện các mảng di chuyển vài cm
Một điều thú vị khác là vì Trái Đất quay quanh một trục cố định nên ellipsoid cũng kém chính xác dần theo thời gian. Lực quay làm Trái Đất bị nén trên dưới — tức dẹt ở hai cực và phình ra ở giữa. Chuyện này có lẽ cũng ở mức có thể bỏ qua
Ngày nay ellipsoid có lẽ được đo bằng vệ tinh, nhưng trước kia phải làm thủ công và mang tính cục bộ hơn nhiều. Lập bản đồ từ lâu luôn là việc cực kỳ quan trọng đối với chính phủ, nên ở đây cũng có rất nhiều lịch sử
Vì thế đến giờ dữ liệu ở nhiều nơi vẫn dựa trên những hệ khác chứ không phải WGS84. Hoặc đó là dữ liệu lịch sử như ranh giới bất động sản từ trước khi GPS được phát minh, hoặc vì chúng dùng hệ quy chiếu khu vực và ellipsoid khu vực phù hợp hơn với nhu cầu của một quốc gia hay bang cụ thể
Biết đâu một ngày nào đó, thay vì biểu diễn toán học hình dạng Trái Đất, người ta sẽ dùng một bảng tra cứu khổng lồ trên toàn cầu
Công việc tôi làm ở đại học là so sánh một lưới tra cứu trên toàn nước Đức với cách tiếp cận toán học của một hệ quy chiếu toàn nước Đức. Lưới tra cứu này do cơ quan chính quyền cấp bang tạo ra, và vì có thể bao gồm các hệ quy chiếu cục bộ hơn nên chính xác hơn. Về mặt kỹ thuật, có thể xem đó là tính toán trước, nơi mỗi bang chọn phương pháp chính xác nhất rồi gộp kết quả vào một bảng tra cứu toàn quốc
Kết quả so sánh cho thấy chênh lệch giữa hệ quy chiếu toàn nước Đức và tập hợp các hệ quy chiếu cấp bang có thể lên tới 4m
Sửa: tôi bỏ từ “kém chính xác” và đổi thành “chênh lệch”. Mọi thứ đều mang tính tương đối. Điểm mấu chốt là khi xử lý dữ liệu địa lý, bạn phải biết hệ quy chiếu gốc và đích. Nếu không thì mọi thứ sẽ hỏng