Cách xác định tọa độ địa lý trên bản đồ chính xác

Tọa độ địa lý là gì?

Tọa độ địa lý là cặp giá trị góc dùng để mô tả vị trí một điểm trên bề mặt mô hình Trái Đất. Hai thành phần cơ bản gồm:

• Vĩ độ: góc xác định vị trí về phía Bắc hoặc Nam của xích đạo.
• Kinh độ: góc xác định vị trí về phía Đông hoặc Tây của kinh tuyến gốc.

Vĩ độ có phạm vi từ 0° tại xích đạo đến 90° tại hai cực. Kinh độ thường được biểu diễn từ 0° đến 180° Đông hoặc Tây, hoặc bằng giá trị có dấu trong khoảng từ −180° đến +180°.

Ví dụ một điểm có thể được ghi:

• 10°46′30″B, 106°41′15″Đ theo ký hiệu tiếng Việt.
• 10°46′30″N, 106°41′15″E theo ký hiệu quốc tế.
• 10.775000, 106.687500 theo độ thập phân và thứ tự vĩ độ–kinh độ.

Biểu thức như “C: {20T; 10B}” không đủ rõ vì chữ T có thể bị hiểu là Tây hoặc cách viết khác, đồng thời thứ tự trục chưa được công bố. Cách an toàn là ghi đầy đủ ký hiệu và tên trường dữ liệu.

Cách xác định tọa độ địa lý

Quy trình cơ bản gồm xác định loại bản đồ, đọc lưới kinh–vĩ tuyến, nội suy vị trí điểm và ghi kết quả theo đúng định dạng.

1. Kiểm tra loại bản đồ: xác định đây là bản đồ địa lý có kinh–vĩ tuyến hay bản đồ phẳng có lưới mét.
2. Đọc hệ quy chiếu: tìm WGS84, VN-2000 hoặc thông tin CRS trong chú giải.
3. Xác định khoảng lưới: kiểm tra mỗi ô cách nhau bao nhiêu độ, phút hoặc giây.
4. Tìm vĩ tuyến gần nhất: đọc giá trị ở phía dưới và phía trên điểm.
5. Tìm kinh tuyến gần nhất: đọc giá trị ở phía trái và phía phải điểm.
6. Nội suy vĩ độ: ước lượng tỷ lệ khoảng cách của điểm trong ô lưới.
7. Nội suy kinh độ: thực hiện tương tự theo hướng Đông–Tây.
8. Xác định bán cầu: ghi Bắc hoặc Nam, Đông hoặc Tây.
9. Chọn định dạng: DMS, DDM hoặc DD.
10. Ghi thứ tự trục: nêu rõ latitude–longitude hoặc longitude–latitude.
11. Kiểm tra bằng điểm chuẩn: so với địa danh hoặc mốc đã biết.
12. Ghi nguồn và độ chính xác: lưu tên bản đồ, tỷ lệ và ngày xác định.

Với bản đồ giấy tỷ lệ nhỏ, kết quả chỉ mang tính gần đúng. Một milimét trên bản đồ tỷ lệ 1:1.000.000 tương ứng khoảng một kilômét ngoài thực địa, chưa kể sai số in, đọc và phép chiếu.

Kinh độ được xác định thế nào?

Kinh độ mô tả vị trí một điểm về phía Đông hoặc Tây kinh tuyến gốc. Kinh tuyến gốc quốc tế đi qua Greenwich và được quy ước có kinh độ 0°.

Kinh tuyến không phải lúc nào cũng là những đường thẳng trên bản đồ. Trên quả địa cầu, các kinh tuyến nối hai cực. Khi chiếu lên mặt phẳng, chúng có thể thẳng, cong hoặc hội tụ tùy phép chiếu.

• Điểm phía Đông Greenwich ghi E, Đ hoặc giá trị dương.
• Điểm phía Tây Greenwich ghi W, T hoặc giá trị âm.
• 180°Đ và 180°T mô tả cùng kinh tuyến đối diện kinh tuyến gốc.
• Một độ kinh độ có chiều dài thay đổi theo vĩ độ.
• Tại xích đạo, một độ kinh độ xấp xỉ 111 km; gần cực, khoảng cách tiến về 0.

Do chiều dài độ kinh thay đổi, không thể dùng cùng một hệ số mét cho kinh độ ở mọi nơi. Tính khoảng cách chính xác phải dùng bài toán trắc địa trên ellipsoid hoặc chuyển sang hệ tọa độ phẳng thích hợp.

Vĩ độ được xác định thế nào?

Vĩ độ mô tả vị trí một điểm về phía Bắc hoặc Nam xích đạo. Các đường nối những điểm có cùng vĩ độ được gọi là vĩ tuyến.

• Xích đạo có vĩ độ 0°.
• Cực Bắc có vĩ độ 90°B hoặc +90°.
• Cực Nam có vĩ độ 90°N hoặc −90° theo quy ước có dấu.
• Các vĩ tuyến nhỏ dần khi tiến về hai cực.
• Khoảng một độ vĩ độ tương ứng xấp xỉ 111 km, nhưng giá trị chính xác thay đổi theo ellipsoid và vị trí.

Trên bản đồ có hướng Bắc ở phía trên, vĩ độ thường tăng khi đi lên. Tuy nhiên, không nên mặc định mọi bản đồ đều quay Bắc lên trên; cần kiểm tra mũi tên Bắc và chú giải.

Vĩ độ địa lý và vĩ độ địa tâm

Trong trắc địa, vĩ độ thường dùng là vĩ độ trắc địa, được xác định theo pháp tuyến của ellipsoid tham chiếu. Vĩ độ địa tâm được xác định theo đường nối điểm với tâm Trái Đất. Hai giá trị không hoàn toàn giống nhau vì Trái Đất được mô hình hóa gần ellipsoid dẹt, không phải hình cầu hoàn hảo.

Ba định dạng tọa độ phổ biến

Độ–phút–giây

Mỗi độ gồm 60 phút và mỗi phút gồm 60 giây. Ký hiệu chuẩn là ° cho độ, ′ cho phút và ″ cho giây.

Độ–phút thập phân

Phần giây được chuyển thành phần thập phân của phút. Ví dụ 10°46′30″ bằng 10°46.500′.

Độ thập phân

Toàn bộ phút và giây được đổi thành phần thập phân của độ. Đây là định dạng thuận tiện cho bảng tính, GIS và trao đổi dữ liệu.

Công thức chuyển đổi tọa độ

Từ độ–phút–giây sang độ thập phân:

Với tọa độ Nam hoặc Tây, giá trị độ thập phân thường mang dấu âm.

Từ độ thập phân sang DMS:

1. Lấy phần nguyên: đó là số độ.
2. Nhân phần lẻ với 60: phần nguyên mới là số phút.
3. Nhân phần lẻ còn lại với 60: nhận số giây.
4. Gắn hướng: giá trị âm là Nam đối với vĩ độ hoặc Tây đối với kinh độ.

Khi làm tròn, cần giữ đủ chữ số cho mục đích. Sáu chữ số thập phân của độ tương ứng cỡ decimet trên lý thuyết, nhưng không có nghĩa nguồn tọa độ thực sự đạt độ chính xác đó.

Thứ tự vĩ độ và kinh độ

Đây là lỗi phổ biến nhất khi nhập tọa độ. Không có một thứ tự duy nhất được mọi phần mềm sử dụng.

Tài liệu PROJ lưu ý rằng CRS địa lý theo EPSG thường quy định vĩ độ trước, kinh độ sau, trong khi thứ tự GIS truyền thống thường là kinh độ trước, vĩ độ sau. Vì vậy, file dữ liệu cần ghi rõ tên trường thay vì chỉ đặt “X” và “Y”.

Datum và hệ quy chiếu

Hai con số kinh độ–vĩ độ chưa đủ tạo thành một tọa độ hoàn chỉnh. Cần biết chúng được xác định trên datum hoặc hệ quy chiếu nào.

Datum quy định kích thước, hình dạng và vị trí ellipsoid so với Trái Đất. Cùng một điểm ngoài thực địa có thể mang cặp kinh–vĩ độ hơi khác nhau nếu biểu diễn trong các datum khác nhau.

• WGS84: hệ quy chiếu địa tâm được sử dụng rộng rãi cho GNSS và bản đồ toàn cầu.
• VN-2000: hệ quy chiếu và hệ tọa độ quốc gia Việt Nam.
• HN-72: hệ cũ còn xuất hiện trong nhiều hồ sơ và bản đồ lịch sử.
• Hệ địa phương: hệ được thiết lập riêng cho một công trình hoặc khu vực.

Không nên gắn nhãn WGS84 cho một cặp tọa độ chỉ vì nó có dạng độ thập phân. Cần kiểm tra nguồn thiết bị, metadata hoặc tài liệu bàn giao.

Thông tin chi tiết được trình bày tại bài hệ tọa độ WGS84 là gì.

Tọa độ địa lý và tọa độ phẳng

Để đổi kinh–vĩ độ sang tọa độ phẳng, cần chọn phép chiếu, kinh tuyến trục, hệ số tỷ lệ và tọa độ giả. Bài hệ tọa độ Gauss–Krüger giải thích rõ phép chiếu hình trụ ngang đồng góc và sự khác nhau với UTM.

Đảo hai cột hoặc đổi đơn vị không phải chuyển hệ tọa độ. Phép chuyển đúng phải đi từ CRS nguồn sang CRS đích bằng tham số phù hợp.

Xác định tọa độ trên bản đồ giấy

Bản đồ giấy thường có giá trị kinh–vĩ tuyến in ở khung hoặc lưới bên trong. Cách nội suy phụ thuộc khoảng lưới.

Ví dụ nội suy

Giả sử điểm nằm giữa hai vĩ tuyến 10°40′ và 10°50′, đồng thời cách vĩ tuyến dưới khoảng 60% chiều cao ô. Phần tăng thêm là 10′ × 60% = 6′, nên vĩ độ gần đúng là 10°46′.

Nếu điểm nằm giữa kinh tuyến 106°40′ và 106°50′, cách kinh tuyến trái 30% chiều rộng ô, phần tăng là 3′ và kinh độ gần đúng là 106°43′.

Giới hạn của nội suy

• Nét in có độ dày.
• Bản đồ có biến dạng phép chiếu.
• Khoảng cách trên giấy khó đo tuyệt đối.
• Ảnh chụp có thể bị nghiêng hoặc co giãn.
• Tỷ lệ nhỏ không thể cung cấp độ chính xác thửa đất.

Không dùng tọa độ đọc thủ công từ bản đồ quốc gia để định vị một công trình hoặc cắm ranh. Công việc chi tiết cần dữ liệu số và khảo sát thực địa.

Xác định tọa độ bằng GNSS

Thiết bị GNSS thu tín hiệu vệ tinh để tính vị trí. Điện thoại, máy định vị cầm tay, máy GNSS RTK và trạm quan trắc có cấp độ chính xác rất khác nhau.

Độ chính xác hiển thị trên màn hình không phải lúc nào cũng là độ chính xác tuyệt đối của điểm. Cần kiểm tra điều kiện vệ tinh, nhiễu đa đường, thời gian đo, mô hình hiệu chỉnh và mốc kiểm tra.

“Tọa độ chỉ đáng tin khi người sử dụng biết nó được đo bằng thiết bị nào, trong hệ quy chiếu nào và có sai số bao nhiêu. Sáu chữ số thập phân không thể biến một tọa độ điện thoại thành tọa độ địa chính.”

Kỹ sư Phan Việt Tuyên

Xác định tọa độ của một khu vực

Một quốc gia, tỉnh, khu đất hoặc vùng quy hoạch không thể được mô tả đầy đủ bằng một điểm tọa độ. Cần dùng một trong các cách sau:

• Điểm đại diện: trung tâm hành chính, trọng tâm hoặc điểm nhãn.
• Hộp bao: kinh độ nhỏ nhất, lớn nhất và vĩ độ nhỏ nhất, lớn nhất.
• Đường bao đa giác: tập hợp nhiều điểm mô tả ranh giới.
• Đường trung tâm: dùng cho tuyến đường, sông hoặc đường ống.
• Tập hợp điểm: dùng cho đảo, cơ sở hoặc đối tượng rời rạc.

Bốn điểm cực của phần đất liền chỉ mô tả giới hạn đất liền theo bốn hướng. Chúng không thể hiện đầy đủ lãnh thổ gồm đảo, quần đảo và các vùng biển theo pháp luật quốc tế.

Sau thay đổi địa giới hành chính, tên tỉnh chứa các điểm cực có thể thay đổi nhưng tọa độ vật lý của điểm không tự thay đổi. Khi mô tả cần ghi ngày và hệ thống địa danh được sử dụng.

Ứng dụng trong bản đồ và GIS

• Định vị điểm khảo sát và địa danh.
• Lập bản đồ nền và bản đồ chuyên đề.
• Quản lý tài nguyên, rừng, khoáng sản và môi trường.
• Phân tích khoảng cách, vùng ảnh hưởng và mạng lưới.
• Theo dõi biến động bằng ảnh viễn thám.
• Tích hợp dữ liệu địa chính, quy hoạch và hạ tầng.
• Điều hướng và quản lý phương tiện.
• Chia sẻ dữ liệu giữa các phần mềm GIS.

Khi chồng ghép các lớp, phần mềm phải biết CRS của từng lớp. Gán sai CRS có thể làm dữ liệu lệch vị trí dù số tọa độ không thay đổi.

Ứng dụng trong đo đạc và xây dựng

Tọa độ được dùng để thiết lập lưới khống chế, khảo sát địa hình, bố trí công trình, quan trắc biến dạng và đo hoàn công.

• Xác định mốc tọa độ và cao độ.
• Thu điểm địa vật và đường đồng mức.
• Bố trí tim trục, móng, cọc và tuyến.
• Kiểm tra vị trí sau thi công.
• Quan trắc chuyển vị công trình.
• Lập mô hình địa hình số.

Thiết kế thường sử dụng tọa độ phẳng để tính khoảng cách bằng mét. Tọa độ địa lý được dùng để liên kết vị trí với hệ thống toàn cầu hoặc chuyển sang hệ dự án.

Phạm vi dịch vụ được trình bày tại khảo sát địa hình và lập bản đồ hiện trạng.

Ứng dụng trong quốc phòng và cứu hộ

Tọa độ hỗ trợ mô tả vị trí, lập bản đồ, điều phối cứu hộ, quản lý biên giới và nhiều nhiệm vụ chuyên ngành. Giá trị quan trọng nhất là các bên sử dụng cùng hệ quy chiếu, định dạng và quy ước.

Trong tình huống khẩn cấp, cần đọc rõ từng chữ số, hướng và định dạng. Việc gửi “10.775, 106.6875” mà không ghi thứ tự vẫn có nguy cơ bị hiểu sai bởi hệ thống khác.

Dữ liệu quốc phòng, biên giới và hạ tầng quan trọng có thể chịu quy định bảo mật. Bài viết phổ thông chỉ nên trình bày nguyên lý chung, không công bố dữ liệu nhạy cảm.

Biên bản mốc giới và tọa độ

Một bảng tọa độ mốc đất nên có:

• Tên điểm hoặc số hiệu mốc.
• Tọa độ X–Y hoặc Easting–Northing.
• Hệ quy chiếu và phép chiếu.
• Kinh tuyến trục, múi chiếu và đơn vị.
• Loại mốc, vật liệu và vị trí mô tả.
• Ngày đo, thiết bị và phương pháp.
• Sai số hoặc cấp chính xác.
• Chữ ký và phạm vi sử dụng.

Bảng số không ghi CRS gần như không thể tái sử dụng đáng tin cậy. Hai điểm có cùng X–Y trong hai hệ khác nhau có thể nằm tại hai vị trí hoàn toàn khác.

Sai lầm thường gặp

• Gọi kinh độ là đường thẳng: kinh tuyến chỉ thẳng trên một số phép chiếu.
• Nhầm vĩ tuyến với vĩ độ: một bên là đường, một bên là giá trị góc.
• Không ghi datum: cặp tọa độ thiếu hệ quy chiếu.
• Đảo vĩ độ và kinh độ: điểm chuyển sang vị trí không hợp lệ.
• Nhập phút hoặc giây lớn hơn 60: sai định dạng DMS.
• Quên dấu âm cho Nam hoặc Tây: điểm sang bán cầu khác.
• Dùng dấu phẩy vừa làm thập phân vừa phân cách cột: dễ lỗi khi nhập CSV.
• Gán CRS thay vì chuyển CRS: số giữ nguyên nhưng vị trí bị hiểu sai.
• Dùng tọa độ điện thoại để cắm ranh: không đủ độ chính xác pháp lý.
• Sáu số lẻ nghĩa là chính xác cao: độ phân giải hiển thị khác độ chính xác.
• Một điểm đại diện cả lãnh thổ: bỏ qua đường bao và phạm vi.
• Không lưu nguồn: khó kiểm tra và tái tạo kết quả.

Liên hệ kiểm tra tọa độ

Khách hàng gửi file tọa độ gốc, ảnh bản đồ, tên hệ và mục đích sử dụng để được kiểm tra thứ tự trục, định dạng và phương án chuyển đổi phù hợp.

Kết luận

Cách xác định tọa độ địa lý dựa trên vĩ độ và kinh độ, nhưng một cặp số chỉ đầy đủ khi có hệ quy chiếu, đơn vị, định dạng và thứ tự trục.

Vĩ độ mô tả vị trí Bắc–Nam so với xích đạo; kinh độ mô tả vị trí Đông–Tây so với kinh tuyến gốc. Tọa độ có thể viết theo DMS, DDM hoặc DD và chuyển đổi bằng công thức thống nhất.

Tọa độ địa lý tính bằng góc khác tọa độ phẳng tính bằng mét. WGS84, VN-2000 và các hệ cũ không thể thay thế trực tiếp nếu chưa chuyển đổi đúng datum và phép chiếu.

Bản đồ giấy và điện thoại phù hợp xác định vị trí gần đúng. Đối với ranh đất, công trình hoặc hồ sơ kỹ thuật, cần sử dụng dữ liệu có nguồn, thiết bị phù hợp và quy trình kiểm tra chuyên môn.

Tài liệu tham khảo

1. International Association of Oil & Gas Producers. (2022). EPSG Guidance Note 7-2: Coordinate conversions and transformations including formulas.
2. National Geospatial-Intelligence Agency. (2014). Department of Defense World Geodetic System 1984: Its definition and relationships with local geodetic systems.
3. Thủ tướng Chính phủ. (2000). Quyết định số 83/2000/QĐ-TTg về việc sử dụng Hệ quy chiếu và Hệ tọa độ quốc gia Việt Nam.