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Mémoire de Maîtrise
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2022.tde-05072023-134337
Document
Auteur
Nom complet
Raissa da Cruz Ferreira
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2022
Directeur
Jury
Almeida Filho, Flavio Guilherme Vaz de (Président)
Krueger, Claudia Pereira
Machado, Wagner Carrupt
Titre en portugais
Determinação do campo de velocidades a partir de séries temporais posicionais de estações da RBMC
Mots-clés en portugais
Análise de séries temporais
Estimativa do campo de velocidades
Geodesia
Softwares
Resumé en portugais
As coordenadas dos pontos sobre a superfície terrestre mudam com o tempo.As causas são inúmeras, no entanto, é recorrente associar o fenômeno da tectônica de placas como um dos principais fatores relacionado às variações temporais lineares (tendência) das coordenadas das estações. Uma das aplicações bem sucedidas da técnica de posicionamento por satélites é o monitoramento de fenômenos geodinâmicos que exercem influência no comportamento cinemático de uma estação sob a perspectiva de um sistema de referência consistente e global. As coordenadas das estações GNSS (Global Navigation Satellite System) são expressas em função do tempo para que reflitam a realidade do movimento da crosta associada à placa tectônica na qual estão inseridas. Em aplicações científicas, onde altas precisões são requeridas a compatibilização das coordenadas entre referenciais e entre épocas distintas exige a disponibilidade dos parâmetros de transformação entre ITRFs assim como a disponibilidade de um campo de velocidades para as estações. Esta pesquisa pretende, além de preencher uma lacuna no que diz respeito ao comportamento cinemático de algumas das estações das redes Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo dos Sistemas GNSS (RBMC) e IGS (International GNSS Service), servir como base no que se refere aos estudos sobre realização e manutenção dos sistemas geodésicos de referência, no caso do Brasil o Sistema Geodésico Brasileiro (SGB). Neste sentido, esta pesquisa concentra esforços em estimar um campo de velocidades e suas incertezas, referenciado ao ITRF2008, a partir da análise e interpretação de séries temporais de coordenadas GPS de 32 estações da RBMC selecionadas, portanto, na porção brasileira da placa Sul-Americana. As campanhas ocorreram entre o período de 2011,29 a 2017,07 afim de se consider um único referencial, o IGb08. Para obtenção das coordenadas diárias referenciadas ao ITRF2008, época de processamento dos dados, o pós-processamento das observáveis GPS (301 campanhas de 7 dias cada) foi realizado com o uso do Bernese GNSS Software v.5.2 (BSW52), no modo relativo. Nesta pesquisa optou-se por realizar a avaliação da qualidade das coordenadas estimadas para as estações GNSS a partir de dois critérios: a repetibilidade das soluções diárias e a análise da precisão externa. Os valores máximos de magnitudes médias para repetibilidade diária foram de 0,68 mm e 0,64 mm nas componentes horizontais, não ultrapassamdo portanto 1 mm. Já para a componente vertical o valor máximo é de 2,65 mm comprovando, desta forma, o alto desempenho da análise de dados GPS utilizando o BSW v.5.2 para a avaliação da qualidade das coordenadas estimadas ou a consistência interna da solução diária. Os maiores valores de precisão externa encontrados, isto é, 6,1 mm em norte; 4,6 mm em leste; e 1,3 cm na vertical foram para as estações NAUS 41614M002, BATF 41666M001 e PBCG 41656M001, respectivamente. Em relação ao campo de velocidade horizontal as estações mostram um padrão homogêneo e regular tanto em azimute quanto em magnitude. Verifica-se ainda que as estações se movem, predominantemente, no sentido noroeste, com uma magnitude média de de 12,7 mm/ano e Azimute de 354,17 graus com base nas velocidades estimadas com uso das séries temporais de coordenadas GPS das 32 estações. Comparando as velocidades estimadas com os modelos (NNR-NUVEL-1, o MORVEL, GSRM, APKIM, GEODVEL, ITRF2008, VEMOS2009, VEMOS2015 e VEMOS2017), o modelo VEMOS2015 foi o que mais se aproximou, com valores de RQM de 0,99 mm/ano para a componente E e de 1,30 mm/ano para N, respectivamente. O modelo que forneceu valores de velocidades mais discrepantes foi o MORVEL56, com valores de RQM de 2,83 mm/ano para a componente E de 1,92 mm/ano para N e 3,43 mm/ano para a resultante planimétrica, respectivamente. Ressalta-se que essas diferenças, considerando 22 anos, provoca discrepância posicional média de 7,5 cm.
Titre en anglais
Determination of the velocity field from positional time series of RBMC stations.
Mots-clés en anglais
Bernese GNSS software
Geodesy
Time series
Velocity field estimation
Resumé en anglais
The coordinates of points on the Earths surface change over time. The causes are numerous, however, it is recurrent to associate the phenomenon of plate tectonics as one of the main factors related to linear temporal variations (trend) of station coordinates. One of the successful applications of the satellite positioning technique is the monitoring of geodynamic phenomena that influence the kinematic behavior of a station from the perspective of a consistent and global reference system. The coordinates of the GNSS stations (Global Navigation Satellite System) are expressed as a function of time so that they reflect the reality of the movement of the crust associated with the tectonic plate in which they are inserted. In scientific applications, where high precision is required, the compatibility of coordinates between reference frames and between different times requires the availability of transformation parameters between ITRFs as well as the availability of a velocity field for the stations. This research aims, in addition to filling a gap with regard to the kinematic behavior of some of the stations of the networks Brazilian Network for Continuous Monitoring of GNSS Systems (RBMC) and IGS (International GNSS Service), serve as a basis for studies on the creation and maintenance of reference geodetic systems, in the case of Brazil the Brazilian Geodetic System (SGB). In this sense, this research concentrates its efforts on estimating a velocity field and its uncertainties, referenced to ITRF2008, based on the analysis and interpretation of time series of GPS coordinates of 32 stations of the RBMC selected, therefore, in the Brazilian portion of the South American plate. The campaigns took place between the period from 2011,29 to 2017,07 in order to consider a single benchmark, the IGb08. To obtain the daily coordinates referenced to ITRF2008, data processing time, the post-processing of the GPS observables (301 campaigns of 7 days each) was carried out using Bernese GNSS Software v.5.2 (BSW52), in relative mode. In this research, it was decided to evaluate the quality of the estimated coordinates for the GNSS stations based on two criteria: the repeatability of the daily solutions and the analysis of external accuracy. The maximum values of average magnitudes for daily repeatability were 0,68 mm and 0,64 mm in the horizontal components, therefore not exceeding 1 mm. As for the vertical component, the maximum value is 2,65 mm, thus proving the high performance of GPS data analysis using BSW v.5.2 for assessing the quality of estimated coordinates or the internal consistency of the daily solution. The highest values of external precision found, that is, 6,1 mm in north; 4,6 mm in east; and 1,3 cm vertically were for stations NAUS 41614M002, BATF 41666M001 and PBCG 41656M001, respectively. Regarding the horizontal velocity field, the stations show a homogeneous and regular pattern both in azimuth and magnitude. It is also verified that the stations move, predominantly, in the northwest direction, with an average magnitude of 12,7 mm/year and Azimuth of 354,17 degrees based on the estimated speeds using the time series of GPS coordinates of the 32 seasons. Comparing the estimated speeds with the models (NNR-NUVEL-1, MORVEL, GSRM, APKIM, GEODVEL, ITRF2008, VEMOS2009, VEMOS2015 and VEMOS2017), the VEMOS2015 model was the closest, with RQM values of 0,99 mm/year for component E and 1,30 mm/year for N, respectively. The model that provided the most discrepant velocity values was the MORVEL56, with RQM values of 2,83 mm/year for the E component, 1,92 mm/year for N and 3,43 mm/year for the resulting planimetric, respectively. It is noteworthy that these differences, considering 22 years, cause a mean positional discrepancy of 7,5 cm.
 
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Date de Publication
2023-07-10
 
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