Estimación de un modelo micro-cuasigeoidal mediante el modelamiento del campo de gravedad local para la incorporación de la primera estación de Colombia en el IHRF

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Universidad Distrital Francisco José de Caldas

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Resumen

In this document, the refinement of the regional gravity field is developed using spherical radial basis functions and a combined extended Gauss–Markov model, with the objective of determining a regional quasigeoid model of high accuracy and spectral richness. For this purpose, a mixture of gravity measurements from different techniques is generated in order to capture and model different frequencies of the signal originating from the gravity field. Likewise, a regularization of the system of equations is carried out through the estimation of the variance components (VCE, for its acronym in English) and, subsequently, the estimation of the Tikhonov regularization parameter λ using the L-curve method. In particular, for the representation of long wavelengths, the global geopotential model XGM2019 is used, whereas short to very short wavelengths are represented by a spherical harmonic combination of the Earth2014 and ERTM2160 models. In parallel, the consistency of the model is validated by means of GNSS/Leveling data, considering this data set as independent. The materialization of the International Height Reference System (IHRS, for its acronym in English) requires a reference geopotential surface that conforms to high-resolution quasigeoid modeling; consequently, the QgeoidMEDE2025 model computed in the present project provides a surface that meets the aforementioned specification and offers a solution for computing the geopotential number C(IHRF) associated with the International Height Reference Frame (IHRF, for its acronym in English) at the permanent monitoring station MEDE, which is part of the SIRGAS-CON geodetic reference frame as well as being one of the IHRF stations. In this order of ideas, the solution provided by the surface computed in this project is compared with the solutions of the continental SAM model (quasigeoid for South America) and the national QgeoidCOL2023 model. In this way, the work is fundamental for addressing the request of SIRGAS Working Group 3 (GT-III), by having three different solutions for the IHRF stations and, furthermore, for showing, in an approximation, that the different quasigeoid modeling configurations have direct implications for the computation of the geopotential numbers for the IHRF, C(IHRF).

Descripción

En el presente documento se desarrolla el refinamiento del campo de gravedad regional, haciendo uso de funciones de base radial esféricas y un modelo extendido combinado de Gauss-Márkov, con el fin de determinar un modelo cuasigeoidal regional de alta precisión y riqueza espectral, para éste propósito, se genera la mezcla de mediciones de gravedad de diferentes técnicas para la captura y modelización de diferentes frecuencias de la señal proveniente del campo de gravedad. Asimismo, se realiza una regularización del sistema de ecuaciones mediante la estimación de las componentes de varianza (VCE por sus síglas en inglés) y, posteriormente, la estimación del parámetro de regularización de Tikhonov λ haciendo uso del método de la L-curva. En particular, para la representación de las longitudes de onda larga se hace uso del modelo de geopotencial global XGM2019, mientras que las longitudes de onda corta-muy corta se representan mediante una combinación armónica esférica de los modelos Earth2014 y ERTM2160. Paralelamente, la consistencia del modelo se valida mediante datos de GNSS/Nivelación, considerando este conjunto de datos como independiente. La materialización del Sistema Internacional de Alturas (IHRS por sus siglas en inglés) requiere una superficie geopotencial de referencia que responda al modelado cuasi-geoidal de alta resolución; por consiguiente, el modelo QgeoidMEDE2025 calculado en el presente proyecto proporciona una superficie que cumple la especificación antes mencionada y ofrece una solución para el cálculo del número geopotencial C(IHRF) asociado al Marco de referencia internacional de alturas (IHRF por sus siglas en inglés) en la estación de monitoreo permanente MEDE, la cual forma parte del marco de referencia geodésico SIRGAS-CON además de hacer parte de las estaciones del IHRF. En este orden de ideas, la solución proporcionada por la superficie calculada en el presente proyecto se compara con las soluciones del modelo continental SAM (cuasigeoide para las Américas del sur) y el modelo nacional QgeoidCOL2023. De este modo, el trabajo resulta fundamental para atender la petición del grupo de trabajo 3 de SIRGAS (GT-III), al contar con tres diferentes soluciones para las estaciones IHRF, y, además, para evidenciar en una aproximación que las diferentes configuraciones de modelización de cuasi-geoide tienen implicaciones directas en el cálculo de los números geopotenciales para IHRF C(IHRF).

Palabras clave

IHRF/IHRS, Funciones de base radial esféricas, Modelo extendido combinado de Gauss-Márkov, Regularización de parámetros, Refinamiento regional del campo de gravedad, Modelado cuasigeoidal regional

Materias

Ingeniería Catastral y Geodesia -- Tesis y disertaciones académicas , Geodesia , Campos gravitatorios , Sistemas de información geográfica , Geofísica

Citación