Transcript 9_Janpaule

Latvijas Universitātes 72. zinātniskā konference
Astronomijas un ģeodēzijas sekcija
Latvijas ģeoīda modeļa precizitātes
uzlabošanas iespējas
Inese Janpaule
05.02.2014
Latvijas Universitātes 72. zinātniskā konference, Astronomijas un ģeodēzijas sekcija, 05.02.2014.
Kopsavilkums
• Globālie gravitācijas lauka modeļi.
• Ģeoīda modeļa aprēķins pēc KTH metodes.
• Ģeoīda modeļa aprēķins pēc DFHRS metodes.
• Astroģeodēziskās vertikāles novirzes, piemēri.
Latvijas Universitātes 72. zinātniskā konference, Astronomijas un ģeodēzijas sekcija, 05.02.2014.
Globālie gravitācijas lauka modeļi
LV’98-EGM2008
LV’98-EGG97
LV’98-EGG97
Min
(m)
-0,257
Max
(m)
0,211
RMS
(m)
0,058
EGG97
Min
(m)
-0,078
Max
(m)
0,074
RMS
(m)
0,037
LV’98-EGM2008
-0,138
0,134
0,044
EGM2008
-0,085
0,079
0,042
LV’98-Eigen6c
-0,203
0,201
0,063
Eigen6c
-0,151
0,125
0,055
LV’98-Eigen5c
-0,211
0,480
0,123
Eigen5c
-0,162
0,317
0,153
LV’98GO_CONS_GFC_2_DIR_R3
-0,461
1,077
0,272
GO_CONS_GFC_2_
DIR_R3
-0,662
0,745
0,346
Latvijas Universitātes 72. zinātniskā konference, Astronomijas un ģeodēzijas sekcija, 05.02.2014.
Ģeoīda modeļa aprēķins pēc KTH metodes
kur R – Zemes rādiuss; λ – normālais smaguma spēka paātrinājums; (g- λ) – smaguma spēka
anomālija; dσ – virsmas diferenciālis; ψ – sfēriskais attālums; S(ψ) – Stoksa funkcija:
Ģeoīda augstums tiek sasaistīts ar gravitācijas anomālijām caur virsmas integrāli, kas aptver visu
Zemes virsmu vai tās apgabalu.
Kā izejas dati KTH ģeoīda augstuma aprēķinam tika izmantoti:
1) ICGEM (International Centre for Global Gravity Field Models) Zemes gravitācijas lauka
modeļi;
2) brīvā gaisa gravitācijas anomālijas no Ziemeļvalstu ģeodēziskās komisijas
gravimetriskās datu bāzes un LĢIA aktuālākie gravimetrisko mērījumu dati Rīgas reģionam;
3) SRTM digitālais augstumu modelis;
4) augstumu anomālijas no ICGEM calculation service.
Latvijas Universitātes 72. zinātniskā konference, Astronomijas un ģeodēzijas sekcija, 05.02.2014.
Ģeoīda modeļa aprēķins pēc KTH metodes
57.2
57
56.8
23.2
23.4
23.6
23.8
24
24.2
24.4
24.6
23.4
23.6
23.8
24
24.2
24.4
24.6
57.2
57
56.8
23.2
LV'98 un KTH GO_CONS_GCF_2_DIR_R ģeoīda
augstumu salīdzinājums (augšā) un LV’98 un KTH
EGM2008 ģeoīda augstumu salīdzinājums
risinājumiem Rīgas reģionā (apakšā) [m]
Latvijas Universitātes 72. zinātniskā konference, Astronomijas un ģeodēzijas sekcija, 05.02.2014.
Ģeoīda modeļa aprēķins pēc DFHRS metodes
Augstums N katrā režģa elementā tiek aprēķināts ar polinomu izejot no x,y koordinātām.
Virsmai starp diviem tuvējiem režģa elementiem ar kopēju robežu jābūt nepārtrauktai un vienlaidu,
tāpēc starp režģa elementiem tiek ieviesti nepārtrauktības nosacījumi C0, C1, C2.
Režģa elementu grupa veido lielāku nogabalu. Tas ļauj pielietot koordinātu sistēmas korekcijas katram
nogabalam.
Kā izejas dati DFHRS ģeoīda augstuma aprēķinam tika izmantoti:
1) Eiropas gravimetriskais ģeoīda modelis EGG97;
2) 102 GNSS/nivelēšanas punktu dati.
Latvijas Universitātes 72. zinātniskā konference, Astronomijas un ģeodēzijas sekcija, 05.02.2014.
Ģeoīda modeļa aprēķins pēc DFHRS metodes
Režģa elementu lielums ir 5 x 5 km. Nogabalu laukumu izmēri atšķiras atkarībā no atbalsta punktu
izvietojuma un blīvuma (no 80 x 40 km līdz 150 x 100 km). Katram laukumam jāietver vismaz 4
atbalsta punkti, lai nodrošinātu sistēmas definīciju. Attēlā tievās zilās līnijas attēlo režģa elementus,
biezās zilās līnijas – laukumu robežas un zaļie trīsstūri – atbalsta punktus. Katrā režģa elementā 25
punktiem tiek atrastas ģeoīda ondulācijas un vertikāles noviržu vērtības.
Latvijas Universitātes 72. zinātniskā konference, Astronomijas un ģeodēzijas sekcija, 05.02.2014.
Ģeoīda modeļa aprēķins pēc DFHRS metodes
Min
(m)
Salīdzinājums ar LV’98: min -0,227m, max 0,177m,
RMSE 0,053m.
Max
(m)
RMSE
(m)
DFHRS-EGG97
-0,064 0,063
0,017
DFHRS-EGM2008
-0,278 0,179
0,052
DFHRS-Eigen6c
-0,233 0,188
0,064
DFHRS-Eigen5c
-0,206 0,672
0,115
DFHRSGO_CONS_GFC_
2_DIR_R3
-0,460 1,030
0,266
Latvijas Universitātes 72. zinātniskā konference, Astronomijas un ģeodēzijas sekcija, 05.02.2014.
Latvijas Universitātes 72. zinātniskā konference, Astronomijas un ģeodēzijas sekcija, 05.02.2014.
Astroģeodēziskās vertikāles novirzes
Vertikāles novirzes ir leņķiskā starpība starp
gravitācijas vektora virzienu punktā uz ģeoīda un
attiecīgo elipsoīda normāli caur to pašu punktu.
Ziemeļu-dienvidu komponente:
Austrumu-rietumu komponente:
Astroģeodēziskā ģeoīda
triangulācijas tīkls
Latvijas Universitātes 72. zinātniskā konference, Astronomijas un ģeodēzijas sekcija, 05.02.2014.
The Geoid Slope Validation Survey 2011
218 benchmarks located on a line between Corpus Christi and
Austin, Texas (~1 mile spacing along the line of 325km):
-Ellipsoidal height (24-48 hours GPS obs. time), OPUS project used
for data processing (σ = ±3-4 mm)
-Leveled elevation of the 1st order class II specification (σ=±0.7
mm, ~13 mm over 325 km)
-DoV observations by DIADEM camera (σ= ± 0.1”)
-Absolute and relative gravity (σ < ± 20 microGal)
In addition, ellipsoidal height differences between benchmarks along
the line are computed from DoV and leveled height differences as a
test of the DoV accuracy. Finally, all data are integrated to produce
an accurate and reliable geoid profile for gravity field verification and
validation.
10
-27.2
-27.4
DoV-EGM08
DoV-GPSL
DoV-xUSGG11
xUSGG11-GPSL
GPSL
DoV
EGM08
USGG09
xUSGG11
-27.6
5
-27.8
-28
0
-28.2
-28.4
-28.6
-5
0
50
100
150
200
Distance(N to S, km)
250
300
350
0
50
100
150
200
250
300
350
Distance(N to S, km)
Yan Ming Wang, Xiaopeng Li, Simon Holmes, Daniel Roman, and Dru Smith. Investigation of the use of deflections of vertical measured by DIADEM camera in the
GSVS11 Survey. NOAA/NGS, Geoscience Research Lab, Silver Spring, United States ([email protected])
Latvijas Universitātes 72. zinātniskā konference, Astronomijas un ģeodēzijas sekcija, 05.02.2014.
Tziavos, I. N. 2006. Validation of marine geoid models in the North Aegean Sea using satellite altimetry, marine GPS data and astrogeodetic measurements.
Proceedings of the 1st International Symposium of the International Gravity Field Service (IGFS), Istanbul, Turkey, 90-95.
Latvijas Universitātes 72. zinātniskā konference, Astronomijas un ģeodēzijas sekcija, 05.02.2014.
GOCE regional validation and combination experiment in Germany
- Gravity observations, vertical deflections and GPS/levelling data.
- Hannover digital transportable zenith camera system TZK2-D.
- Vertical deflections have an accuracy of approx. 0.1 arc seconds and are arranged
along a north-south and east-west profile. The two profiles have a length of about 500 km
each with a spacing of 2.5 – 5 km between stations.
- Accuracy of the profiles is expected to be at the cm level. A cross validation of both the
vertical deflection and GPS/levelling data is realised by traversing the profiles through all
nearby GPS/levelling stations (approx. 40 in total). Comparisons are performed with the
German Combined QuasiGeoid 2005 and the EGG07.
Christian Voigt, Heiner Denker and Christian Hirt. Regional Astrogeodetic validation of GPS/Levelling Data and Quasigeoid Models. Observing our Changing Earth,
International Association of Geodesy Symposia 133, 2009.
Latvijas Universitātes 72. zinātniskā konference, Astronomijas un ģeodēzijas sekcija, 05.02.2014.
Secinājumi
Salīdzinot piecus globālos Zemes gravitācijas lauka modeļus – EGM2008, EGG97, Eigen05c,
Eigen06c, GO_CONS_GFC_2_DIR_R3, kuri transformēti, lai pielāgotu Latvijas augstumu sistēmai,
ar pašreiz lietošanā esošo Latvijas gravimetrisko ģeoīda modeli LV’98 un GNSS/nivelēšanas
punktu datiem, var secināt, ka vislabākā atbilstība ir EGM2008 un EGG97 modeļiem.
Pielietojot KTH metodi gravimetriskā ģeoīda aprēķiniem visai Latvijas teritorijai, tika izmanti Latvijas
Ģeotelpiskās informācijas aģentūras gravimetrisko mērījumu dati Rīgas reģionam un EGM2008
dati, rezultātā iegūtais Rīgas reģiona ģeoīda modeļa vidējā kvadrātiskā kļūda pēc
GNSS/nivelēšanas punktu datiem ir 7,5 cm. Izmantojot šos gravimetrisko mērījumu datus un
2013.gada sākumā publicētā GOCE satelīta GO_CONS_GCF_2_DIR_R4 Zemes gravitācijas
lauka modeļa datus, Rīgas reģiona ģeoīda modeļa vidējā kvadrātiskā kļūda ir 5 cm pēc
GNSS/nivelēšanas punktu datiem.
DFHRS aprēķinu metodes pielietojums ģeoīda aprēķinam Latvijas teritorijā, pamatojoties uz
GNSS/nivelēšanas datu kopu un EGG97 gravitācijas lauka modeļa datiem, ir sekmīgāks. Rezultātā
Latvijas Republikas teritorijai iegūts ģeoīda modelis ar 1,6 cm vidējo kvadrātisko kļūdu (pēc
GNSS/nivelēšanas punktu datiem).
Astroģeodēziskās vertikāles novirzes izmanto ne tikai nacionālo ģeoīda modeļu izveidē, bet arī
esošo modeļu validēšanā un lokālo modeļu izveidē.
Latvijas Universitātes 72. zinātniskā konference, Astronomijas un ģeodēzijas sekcija, 05.02.2014.
Paldies!
I.Janpaule. Latvijas ģeoīda modeļa precizitātes uzlabošanas iespējas.