Determinación del modelo geoidal regional con la técnica clásica stokes–helmert para el departamento del Valle Del Cauca Colombia

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Universidad Distrital Francisco José de Caldas

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Resumen

This study presents the development of a regional geoidal model for the Valle del Cauca department (Colombia), calculated using the classical Stokes-Helmert technique. To accomplish this, terrestrial, aerial, and satellite gravimetric data were jointly integrated with a high-resolution digital elevation model, which allowed leveraging the complementary characteristics of the different information sources. The processing comprised an initial phase of organization, standardization, and rigorous purification of more than one million gravimetric observations from the different aforementioned sources, followed by the application of terrain correction and adjustment of gravity anomalies obtained from the gravimetric data, using the global model XGM2019e as reference, truncated to degree 630 and with local expansion up to degree 145. Likewise, the calculation was implemented in free scientific software, adapting the CSHSOFT package methodology (Abbak et al., 2024) to Python (GRAV_UD), which enabled implementing a more flexible and reproducible workflow. As a result, a geoid was obtained for the Valle del Cauca department using the Stokes-Helmert technique, which presented significant improvements in mountainous areas, where resolution and precision acquire greater relevance. Consequently, validation of the results against the global model confirmed that a regional geoid presents greater accuracy, since it incorporates local parameters that better capture gravimetric variability. In particular, the m0 parameter, which represents the root mean square of the differences between the calculated geoidal undulations and those of the reference model, was reduced from 48.2 cm to 43.21 cm. This decrease indicates an improvement in concordance with physical reality, especially in mountainous areas, where geoidal undulation shows abrupt variations and model resolution acquires greater relevance.

Descripción

Este estudio presenta el desarrollo de un modelo geoidal regional para el departamento del Valle del Cauca (Colombia), calculado mediante la técnica clásica de Stokes–Helmert. Para ello, se integraron de forma conjunta datos gravimétricos terrestres, aéreos y satelitales con un modelo digital de elevación de alta resolución, lo que permitió aprovechar las características complementarias de las distintas fuentes de información. El procesamiento comprendió una fase inicial de organización, estandarización y depuración rigurosa de mas de un millón de observaciones gravimétricas de las diferentes fuentes mencionadas, seguida de la aplicación de la corrección del terreno y del ajuste de las anomalías de gravedad obtenidas a partir de los datos gravimétricos, empleando como referencia el modelo global XGM2019e, truncado al grado 630 y con expansión local hasta el grado 145. Asimismo, el cálculo se implementó en un software científico libre, adaptando la metodología del paquete CSHSOFT (Abbak et al., 2024) a Python (GRAV_UD), lo que posibilitó implementar un flujo de trabajo más flexible y reproducible. Como resultado, se obtuvo un geoide en del departamento del Valle del Cauca con la técnica Stokes - Helmert, el cual presentó mejoras significativas en zonas montañosas, donde la resolución y precisión adquieren mayor relevancia. Consecuentemente, la validación de los resultados frente al modelo global confirmó que un geoide regional presenta mayor exactitud, dado que incorpora parámetros locales que capturan mejor la variabilidad gravimétrica. En particular, el parámetro m0, que representa la raíz cuadrada media de las diferencias entre las ondulaciones geoidales calculadas y las del modelo de referencia, se redujo de 48,2 cm a 43,21 cm. Esta disminución indica una mejora en la concordancia con la realidad física, especialmente en zonas montañosas, donde la ondulación geoidal muestra variaciones abruptas y la resolución del modelo adquiere mayor relevancia.

Palabras clave

Corrección del terreno, Geoide, Gravimetría, Stokes–Helmert, Valle del Cauca

Materias

Ingeniería Catastral y Geodesia -- Tesis y disertaciones académicas

Citación