Avaliação do uso de GNSS e de dados refinados de um modelo global do geopotencial para determinação de altitudes normais referenciadas aos data verticais brasileiros e ao IHRF

Orientador: Prof. Dr. Tiago Lima RodriguesDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências da Terra, Programa de Pós-Graduação em Ciências Geodésicas. Defesa : Curitiba, 17/02/2021Inclui referências: p. 113-118Resumo: A Associação Internacional de Geodésia (IAG - do inglês International Association of Geodesy), em resposta aos anseios de toda comunidade, busca prover infraestrutura globalmente integrada, necessária às atividades que dependam de informações espaciais como o monitoramento contínuo do Sistema Terra. Iniciativas para unificar data verticais locais a uma referência global do geopotencial têm sido conduzidas. Como resultado, têm-se a partir da Resolução nº01/2015 da IAG aspectos definidores do Sistema de Referência de Altitude Internacional (IHRS - do inglês International Height Reference System) e sua realização, o IHRF (International Height Reference Frame). No Brasil, o Reajustamento da Rede Altimétrica (REALT 2018) considerou a adequação da rede aos conceitos de altitudes normais e números geopotenciais em consonância aos métodos modernos. O reajustamento apresenta um alinhamento com uma visão mais globalizada e, inclusive, aponta estações nacionais préselecionadas para integrar futura rede IHRF. A despeito de expressivo desenvolvimento tecnológico recente e suas implicações positivas, mesmo após a realização do Sistema, a necessidade do transporte de altitudes para pontos de interesse persistirá. Neste contexto, a pesquisa buscou avaliar o emprego do posicionamento GNSS, integrado com dados de Modelos Globais do Geopotencial (MGGs) refinados com dados de Modelos Digitais de Altitudes (MDAs), para obtenção de altitudes normais no Brasil, vinculadas tanto aos Data Verticais Brasileiros (DVB) quanto ao IHRF, tomado pelo valor convencionado de ????. Para as vinculações, propôs-se a análise de três abordagens. A primeira baseada em termos de discrepâncias de anomalias de altitude obtidas a partir de dados das estações de conexão GPS/RN do Sistema Geodésico Brasileiro (SGB); a segunda baseada em termos de geopotencial e; a terceira baseada no uso de números geopotenciais integrados à função de Koch. Para tanto, foi realizada uma pesquisa bibliográfica de assuntos inerentes ao tema, como conceitos ligados à Sistemas e Redes Verticais, Problemas de Valor de Contorno da Geodésia (PVCG), MGGs, Decomposição Espectral e Vinculação de data verticais. A metodologia proposta seguiu as seguintes etapas: (i) definição de três regiões de estudo; (ii) definição de fontes e aquisição de dados; (iii) cálculo de anomalias de altitude e discrepâncias; (iv) detecção, identificação e adaptação de outliers a partir das discrepâncias das anomalias de altitude e distribuição dos pontos em cinco sub-regiões baseada em maior correlação espacial e estatística; (v) classificação dos pontos em terços para serem empregados como referência e verificação; (vi) aplicação de estratégias para a vinculação aos DVB e IHRF e; (vii) validação das estratégias a partir da comparação das altitudes normais calculadas e aquelas disponíveis no SGB como controle. Afastamentos entre as altitudes normais determinadas e as altitudes de controle apresentaram, independente da estratégia de vínculo aos DVB, REQM inferior à 10 cm para quatro das cinco subregiões. A estratégia de vínculo ao IHRF apontou resultados condizentes para todas as sub-regiões. Entre as estratégias para vínculo aos DVB destacou-se a terceira, que integra aos dados utilizados nas outras estratégias à distância angular geocêntrica entre ponto de interesse e respectivo DVB, e que apresentou estatísticas superiores às outras duas. Palavras-chave: Altitudes normais. GNSS. Modelos Globais do Geopotencial. Vinculação de data verticais. IHRF.Abstract: The International Association of Geodesy (IAG), in response to the wishes of whole community, seeks to provide globally integrated infrastructure, necessary for activities that depend on spatial information such as the continuous monitoring of the Earth system. Initiatives to unify local vertical datums with a global geopotential benchmark have been conducted. As a result, the IAG Resolution 01/2015 defines the aspects related to the definition of the International Height Reference System (IHRS) and its realization IHRF. In Brazil, the recently published Reajustamento da Rede Altimétrica considers the adequacy of the frame to the concepts of normal heights and geopotential numbers in line with the modern methods. The readjustment presents an alignment with a more globalized view and even points to pre-selected national stations to integrate the future IHRF frame. Despite significant recent technological development and its positive implications, even after the completion of the System, the need to transport heights to points of interest will persist.In this context, this research intends to evaluate the use of GNSS positioning, integrated with data from Global Geopotential Models (GGMs) and Digital Elevation Models (DEMs), for measuring natural heights in the brazilian territory, associated with Brazilian Vertical Data (DVB) and the IHRF. For the connections, the analysis of three approaches was proposed. The first is based on discrepancies in heights anomaly values, obtained from datums with GPS/RN connection stations of the Brazilian Geodetic System (SGB); the second based on geopotential terms and; the third based on the use of geopotential numbers integrated with the Koch function. For this purpose, a bibliographic research was carried out on subjects inherent to the theme, such as concepts related to Vertical Systems and Frames, Geodetic Boundary Value Problems (GBVP), GGMs, Spectral Decomposition and Vertical datum unification. The proposed methodology followed the steps: (i) definition of three study regions; (ii) definition of sources and data acquisition; (iii) calculation of heights anomalies and discrepancies; (iv) detection, identification and adaptation of outliers based on discrepancies in heights anomalies and distribution of points in five sub-regions based on greater spatial and statistical correlation; (v) ranking the points in thirds to be used as reference and verification; (vi) application of strategies for connecting to DVB and IHRF and; (vii) validating the strategies by comparing the calculated normal heights and those available in the SGB as a control. Off-sets between the determined normal heights and the control heights showed, regardless of the DVB connection strategy, REQM less than 10 cm for four of the five sub-regions. The IHRF connection strategy showed consistent results for all subregions. Among the strategies for connecting to the DVB, the third stood out, which integrates the data used in the other strategies at the geocentric angular distance between the point of interest and the respective DVB, and which presented statistics superior to the other two. Keywords: Normal heights. GNSS. Global Geopotential Models. Vertical datums unification. IHRF