Determination of quasigeoid using modeled anomaly potential functional values

[M. Д. Станковић]

XXI, 198 стр.

Građevinarstvo - Geodezija i geoinformatika

Тема дисертације је одређивање површи квазигеоида високе резолуције и центиметарске тачности у локалном подручју. За потребе истраживања изабрана су три подручја: Р. Србија, регион Оверња (Француска) и држава Колорадо (САД). У истраживању су постављени и испуњени кључни услови који су специфични за развијену методологију у дисертацији. Поступак одређивања квазигеоида је базиран искључиво на коришћењу јавно доступних података, помоћу којих су моделиране дуготаласне и краткоталасне карактеристике аномалије висине и елипсоидне корекције, у циљу одређивања укупног сигнала аномалије висине. При томе је остварен још један значајан услов, а то је постизање коначног циља без потребе за терестричким мерењима, као што је детаљни гравиметријски премер. На овај начин, из поступка моделирања укупног сигнала изостављена је средњеталасна компонента аномалије висине, која се иначе одређује терестричким мерењима. Ово је значајно поједноставило поступак моделирања површи квазигеоида. У поступку је на свакој изабраној тачки која је претходно одређена помоћу геодетских координата (B, L, h), моделирана тројка параметара (ζEGM2008, ζRTM, EK) чијим сабирањем је одређена укупна вредност сигнала аномалије висине ζLMQG. Дуготаласна карактеристика аномалије висине ζEGM2008 моделирана је коришћењем глобалног геопотенцијалног модела EGM2008. Затим је моделирана краткоталасна карактеристика аномалије висине ζRTM применом резидуалног модела топографије RTM, који је одређен из дигиталног модела терена DTM развијеног на основу података SRTM мисије. Коначно, као последњи параметар је срачуната елипсоидна корекција EK у односу на референтни елипсоид GRS80. Прво су одређене дискретне (укупне) вредности аномалија висине на тачкама нивелмана високе тачности (GPS/dh тачке), које су затим тестиране у поступку спољашње провере на основу четворопараметарске трансформације резултата и МНК оцене параметара трансформације. Потом је развијен грид резолуције 5′×5′ на изабраним подручјима, а избор резолуције грида био је условљен резолуцијом коришћеног глобалног геопотенцијалног модела, односно EGM2008 чија је резолуција такође 5′×5′. Коначно, на таквом гриду су моделиране дискретне вредности аномалије висине за подручја од интереса и у поступку предикције су одређене површи локалних квазигеоида.Због различитих конфигурација терена у подручјима од интереса, њихових различитих површина, као и просторних распореда тачака нивелмана високе тачности на тим подручјима, развијена су три различита поступка спољашње провере моделираних дискретних вредности аномалија висина, што је омогућило оцену квалитета добијених резултата и осигурало репродуктивност и транспарентност поступка. Методологија је развијена у складу са поменутим условима, чиме је добијена ефикасна, брза и економична метода за одређивање локалне површи квазигеоида за потребе топографског премера, инжењерских пројеката и сличних геодетских радова у којима је центиметарска тачност задовољавајућа.

The topic of the dissertation is the determination of a high-resolution and centimeter-accuracy quasigeoid surface in a local area. Three areas were selected for the research: the Republic of Serbia, the Auvergne region (France), and the state of Colorado (USA). The research established and met the following key conditions specific to the methodology developed in the dissertation. Namely, the quasi-geoid determination process was based exclusively on the use of publicly available data, through which the long-wavelength and short-wavelength characteristics of the height anomaly and ellipsoidal corrections were modeled to determine the total height anomaly signal. Another significant condition was achieved – reaching the final goal without the need for terrestrial measurements, such as detailed gravimetric surveys. In this way, the medium-wavelength component of the height anomaly, which is usually determined by terrestrial measurements, was excluded from the total signal modeling process. This significantly simplified the quasi-geoid surface modeling procedure. In the procedure, at each selected point previously determined using geodetic coordinates (B, L, h), a set of three parameters (ζEGM2008, ζRTM, EK) was modeled, whose sum provided the total value of the height anomaly signal ζLMQG. The long-wavelength characteristic of the height anomaly ζEGM2008 was modeled using the global geopotential model EGM2008. Then, the short-wavelength characteristic of the height anomaly ζRTM was modeled using the Residual Terrain Model (RTM), derived from the Digital Terrain Model (DTM) based on SRTM mission data. Finally, the ellipsoidal correction EK was calculated relative to the GRS80 reference ellipsoid. First, discrete (total) values of height anomalies at high-accuracy leveling points (GPS/dh points) were determined and then tested in an external checking process using a four-parameter transformation of the results and a LSM estimation of the transformation parameters. Subsequently, a grid with a resolution of 5′×5′ was developed for the selected areas. The grid resolution was constrained by the resolution of the global geopotential model used, namely EGM2008, which also has a resolution of 5′×5′. Finally, on such a grid, discrete values of height anomalies were modeled for areas of interest, and in the prediction process, the surfaces of local quasi-geoids were determined. Due to the different terrain configurations in the areas of interest, their varying sizes, as well as the spatial arrangements of high-precision leveling points in those areas, three distinct external checking procedures for the modeled discrete values of height anomalies were developed. This enabled the quality assessment of the obtained results and ensured the reproducibility and transparency of the process.The methodology was developed in accordance with the mentioned conditions, resulting in an efficient, fast, and economical method for determining local quasi-geoid surfaces for topographic surveying, engineering projects, and similar geodetic works where centimeter-level accuracy is satisfactory.

квазигеоид, геоид, аномалија висине, ундулација, елипсоидна висина, нормална висина, ортометријска висина, глобални геопотенцијални модел, резидуални модел топографије, елипсоидна корекција, функционали аномалијског потенцијала

quasi-geoid, geoid, height anomaly, undulation, ellipsoidal height, normal height, orthometric height, global geopotential model, residual terrain model, ellipsoidal correction, anomaly potential functional

528(043.3)

Tekst