Enlace de redes GPS con el nivel del mar y NAP

ENLACE DE REDES GPS CON EL NIVEL DEL MAR Y NAP

Miguel J. Sevilla(1) y Joaquín Zurutuza(2)

(1) Astronomía y Geodesia. Facultad de Matemáticas. Universidad Complutense. Madrid. [email protected]

(2) Departamento de Ingeniería. Universidad de Jaén [email protected] Depto. De Geodesia Aplicada

VII JORNADAS INTERNACIONALES DE APLICACIONES GEOMÁTICAS A LA INGENIERÍAMadrid del 25 al 28 de noviembre de 2008

04/02/2009 Sevilla y Zurutuza. VII Jornadas. Madrid 2008 1

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

• Obtener el nivel absoluto del mar en un sistema de referencia global es un problema de rabiosa actualidad

• Obtener el nivel absoluto del mar en un sistema de referencia global es un problema de rabiosa actualidad

• Hay que estudiar la correlación entre la variación relativa del nivel del mar y movimientos verticales de la corteza determinados por GPS.

• Hay que estudiar la correlación entre la variación relativa del nivel del mar y movimientos verticales de la corteza determinados por GPS.

• Para dar una estimación de la tendencia del nivel absoluto en vez del nivel relativo se necesita un continuo posicionamiento de la marca del mareógrafo

• Para dar una estimación de la tendencia del nivel absoluto en vez del nivel relativo se necesita un continuo posicionamiento de la marca del mareógrafo

INTRODUCCIÓN


INSTITUCIONES PARTICIPANTES


Crean el Grupo de Trabajo sobre “Redes geodésicas y GPS”para la determinación y estudio de la variación del nivel del mar y del problema del control de movimientos de la corteza en el

mareógrafo del puerto de Pasajes

Crean el Grupo de Trabajo sobre “Redes geodésicas y GPS”para la determinación y estudio de la variación del nivel del mar y del problema del control de movimientos de la corteza en el

mareógrafo del puerto de Pasajes

Empresa Geolan Donosti S.L.Empresa Geolan Donosti S.L.

Universidad Complutense de MadridUniversidad Complutense de Madrid

Excma. Diputación Foral de GipuzkoaGipuzkoako Foru AldundiaExcma. Diputación Foral de GipuzkoaGipuzkoako Foru Aldundia

ARANZADI Sociedad de CienciasARANZADI Sociedad de Ciencias

AZTIAZTI


SITUACIÓN GEOGRÁFICA

RÍA DE PASAJES


OBJETIVOS


Correlacionar los movimientos verticales de la corteza terrestre con las variaciones relativas del nivel del mar obtenidas a partir de las medidas del mareógrafo, que estáregistrando este nivel de forma continua desde 2007

Correlacionar los movimientos verticales de la corteza terrestre con las variaciones relativas del nivel del mar obtenidas a partir de las medidas del mareógrafo, que estáregistrando este nivel de forma continua desde 2007

Es necesario enlazar con gran precisión los clavos de referencia del mareógrafo con la antena de la estación GPS permanente que está situado en la parte superior del edificio de AZTI.

Es necesario enlazar con gran precisión los clavos de referencia del mareógrafo con la antena de la estación GPS permanente que está situado en la parte superior del edificio de AZTI.

Altimetría por satélites Topex/Poseidon, Envisat y Jasón-1Altimetría por satélites Topex/Poseidon, Envisat y Jasón-1

Establecer un datum altimétrico para el territorio de GuipúzcoaEstablecer un datum altimétrico para el territorio de Guipúzcoa

NIVEL DEL MAR• Uno de los problemas que más se está estudiando en los últimos

años es el de entender, evaluar y cuantificar las causas de las variaciones del nivel del mar, en particular en lo que se refiere a la elevación del nivel medio del mar debida al calentamiento global.

• La Tierra parece que se está calentando como consecuencia del aumento del calor solar retenido por la atmósfera. Esto puede provocar el deshielo de los glaciares y casquetes polares y en consecuencia el aumento de volumen de los océanos.

• Un aumento de la cantidad de agua de los océanos también se está produciendo debido a la expansión térmica.

• El factor principal de los efectos climáticos es la variación de la insolación en la alta atmósfera que depende de las variaciones seculares en los parámetros orbitales de la Tierra.

• El impacto que el aumento del nivel del mar tiene en áreas costeras de regiones densamente pobladas es del mayor interés.


VARIACIONES DEL NIVEL DEL MAR• Las técnicas espaciales proporcionan medidas de alta precisión de las

posiciones de las estaciones y de sus variaciones temporales y, además, es posible separar los movimientos verticales de la corteza ylas fluctuaciones absolutas del nivel del mar.

• Por otra parte, los métodos gravimétricos dan información de los movimientos verticales de la corteza por un camino completamentediferente.

• La altimetría por satélites permite medir la variabilidad espacial del nivel del mar.

• Los mareógrafos proporcionan el nivel del mar en puntos de la costa.• El nivel del mar en el siglo pasado se ha estimado que aumentó más

de 10 cm; si esta tendencia continúa en este siglo el nivel puede subir 20 cm.

• Si el aumento de nivel del mar acelerara, se producirían inundaciones de zonas costeras antes de que se pudieran poner los medios paramitigar los efectos, y esto tendría consecuencias desastrosas de efectos irreversibles sobre los ecosistemas y las economías costeras.


Variación del nivel del mar

• En los últimos 15 años se ha observado una variación del nivel del mar de

2,99 0,1 mm/año±04/02/2009 Sevilla y Zurutuza. VII Jornadas. Madrid 2008 9


ENLACE ALTIMÉTRICO

NIVELACIÓN• Determinación de altitudes de los puntos de la superficie

topográfica terrestre.• Las altitudes son cantidades básicas en todas las aplicaciones

científicas y de ingeniería.• Constituyen la tercera coordenada natural que con la latitud y la

longitud definen las posiciones de los puntos en el espacio.• Las altitudes elipsóidicas (h) se refieren a un elipsoide de

referencia y se determinan por GPS.• Las altitudes ortométricas (H) se refieren al geoide y se determinan

por nivelación y gravimetría.• Operaciones de nivelación:

– Determinación de la cota cero (nivel del mar)– Determinación de diferencias de altitudes


PERFIL ALTIMÉTRICO


La mayor dificultad que se presenta es enlazar con la mayor precisión posible, con los medios disponibles, dos puntos separados una distancia de 31,5 m aproximadamente entre los que existe un desnivel de unos 14,6 m y entre los que no existe visibilidad directa.

La mayor dificultad que se presenta es enlazar con la mayor precisión posible, con los medios disponibles, dos puntos separados una distancia de 31,5 m aproximadamente entre los que existe un desnivel de unos 14,6 m y entre los que no existe visibilidad directa.

MAREÓGRAFOMAREÓGRAFO

Instrumento PAROSCIENTIFIC para la medida del nivel del agua por inmersión con sensor de cuarzo digital “DIGIQUARTZ” modelo 8DP070-GV y electrónica inteligente modelo 735

Instrumento PAROSCIENTIFIC para la medida del nivel del agua por inmersión con sensor de cuarzo digital “DIGIQUARTZ” modelo 8DP070-GV y electrónica inteligente modelo 735


Resolución: 0.0001%Precisión: +/- 0.08 hPaEstabilidad: 0.1hPa/añoPanel frontal LCD dos líneasComunicación: RS-232 bidireccional para comunicación con PC (configuración y almacenamiento)

Resolución: 0.0001%Precisión: +/- 0.08 hPaEstabilidad: 0.1hPa/añoPanel frontal LCD dos líneasComunicación: RS-232 bidireccional para comunicación con PC (configuración y almacenamiento)


TUBO DEL MAREÓGRAFOTUBO DEL MAREÓGRAFO

REGISTRO DEL MAREÓGRAFO


ANTENA GPSANTENA GPS

Receptor: Leica GRX1200GGPro• Doble frecuencia (14GPS+12GLONASS)Antena: LEIAT504GG LEIS (igs05_1502.atx)Choke-ring

• Elemento Dorne Margolin• Localización de los centros de fase L1 y L2 y variación de estos centros de fase con la dirección.

Receptor: Leica GRX1200GGPro• Doble frecuencia (14GPS+12GLONASS)Antena: LEIAT504GG LEIS (igs05_1502.atx)Choke-ring

• Elemento Dorne Margolin• Localización de los centros de fase L1 y L2 y variación de estos centros de fase con la dirección.



CGPS está en la terraza del edificio AZTI:Cerca del mareógrafo (15 m)Horizonte despejadoElemento (barra) estableLibre de interferencias

CGPS está en la terraza del edificio AZTI:Cerca del mareógrafo (15 m)Horizonte despejadoElemento (barra) estableLibre de interferencias

EDIFICIO Y ANTENA GPSEDIFICIO Y ANTENA GPS

CONTROL GEODÉSICOCONTROL GEODÉSICO

Para controlar la estabilidad local del monumento geodésico donde está instalada la antena GPS se ha establecido una mini red de control a su alrededor.

Para controlar la estabilidad local del monumento geodésico donde está instalada la antena GPS se ha establecido una mini red de control a su alrededor.

Nivelación entre el mareógrafo y el GPS

Nivelación entre el mareógrafo y el GPS04/02/2009 Sevilla y Zurutuza. VII Jornadas. Madrid 2008 18

Bench mark A

LAMarca B

ε ε ecec

Linea de luz

Horizontal

Line a de luz

HorizontalLB

Marca A

Repetición de tramos cortos entre puntos fijosRepetición de tramos cortos entre puntos fijos

NIVELACIÓN GEOMÉTRICANIVELACIÓN GEOMÉTRICA


NIVEL SOKKIA SDL1S


Tiene compensador automático de rango ±15′Error kilométrico de 1mmMira de fibra de vidrio y código de barrasDistances: visual of 20 m

Tiene compensador automático de rango ±15′Error kilométrico de 1mmMira de fibra de vidrio y código de barrasDistances: visual of 20 m

Nivelación de precisión


Nivelación geodésicaNivelación geodésica

Medida de distancias cenitales recíprocas y simultáneasUso de placas NITRIVALMedida de distancias cenitales recíprocas y simultáneasUso de placas NITRIVAL

Mira milimétrica

Mira milimétrica

Tangenteal arco

Distancia geométrica

Z1

Zenit

hi 2

Teodolito 1Marca B

Zenit

Z2

Marca A

hi 1

Teodolito 2

Tangenteal arcoRefracción


Estación total PENTAX ATS-101


Portadora infrarroja y precisión de medida en distancia de ±(2 mm + 2 ppm). Dispone de corrección meteorológica por temperatura y presión automática. La constante del equipo se estableció en la base lineal de tres pilares de los Laboratorios de la Facultad de Ciencias Matemáticas de la UCM (Madrid).

Portadora infrarroja y precisión de medida en distancia de ±(2 mm + 2 ppm). Dispone de corrección meteorológica por temperatura y presión automática. La constante del equipo se estableció en la base lineal de tres pilares de los Laboratorios de la Facultad de Ciencias Matemáticas de la UCM (Madrid).

NIVELACIÓN TRIGONOMÉTRICA



( )1 2

2 1 12 1

2 sen sen2 2

cos2 2

z z

h h h R hz z

ω

ω

−⎛ ⎞⋅ ⋅⎜ ⎟⎝ ⎠Δ = − = +

−⎛ ⎞+⎜ ⎟⎝ ⎠

LR

ω =

2 22 12 12

1 21 12

d HL

h hR

− Δ=⎛ ⎞⎛ ⎞+ +⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠

Fórmulas de Nivelación geodésicaFórmulas de Nivelación geodésica

Red de controlRed de control

Características de la red:5 Estaciones:

3 con CF1 no estacionable

Enlazada a NAPEnlazada a ITRFEnlazada RGG (1 estación)Lado Mayor: 980 mLado menor: 165 m

Características de la red:5 Estaciones:

3 con CF1 no estacionable

Enlazada a NAPEnlazada a ITRFEnlazada RGG (1 estación)Lado Mayor: 980 mLado menor: 165 m


DEFORMACIONES• Los mareógrafos están conectados a una marca en la costa, la referencia del

mareógrafo (RM). Para poder separar las variaciones del nivel del mar de las deformaciones de la corteza es necesario que las posiciones de las RM estén fijadas con precisión de milímetros. Las deformaciones de la corteza son diferentes en los diferentes mareógrafos, para obtener un nivel medio del mar global es necesario eliminar de los registros de los mareógrafos las variaciones locales de la corteza.

• Los mareógrafos están referidos a sistemas de referencia locales de modo que difícilmente pueden compararse unos con otros. Las técnicas espaciales permiten enlazar mareógrafos entre sí y situarlos en datums comunes geocéntricos con gran precisión. Con medidas GPS en las RM podemos referirlas al sistema de referencia global ITRF.

• Por su parte las RM deben estar geométricamente enlazadas con los mareógrafos, esto se hace por nivelación geométrica clásica de alta precisión. En aquellos mareógrafos situados en zonas tectónicamente activas o con deformaciones locales, es necesario controlar la estabilidad local alrededor de la RM. Este control se hace con redes geodésicas locales en las proximidades de la RM extendidas hasta zonas que puedan considerarse estables. Estas redes locales deben reobservarse por nivelación de precisión o por técnicas GPS por lo menos una vez al año.



Coordenadas GPSCoordenadas GPS

Coordenadas calculadas con AutoGNSS usando:

- Soluciones diarias permanentes - Sesiones de 24 horas

-Observaciones cada: 30s - Máscara de elevación: 10º

- Efemérides rápidas IGS (igr) - Tropo. GMF y frec. L3

Coordenadas calculadas con AutoGNSS usando:

- Soluciones diarias permanentes - Sesiones de 24 horas

-Observaciones cada: 30s - Máscara de elevación: 10º

- Efemérides rápidas IGS (igr) - Tropo. GMF y frec. L3

Estaciones GPS permanentes:

• IGS: YEBE, MAD2, VILL, BRUS, EBRE

• Control: IGNe, LROC, BRST, TLSE

Estaciones GPS permanentes:

• IGS: YEBE, MAD2, VILL, BRUS, EBRE

• Control: IGNe, LROC, BRST, TLSE

Actualmente, reprocesando todos los datos con los nuevos parámetrosActualmente, reprocesando todos los datos con los nuevos parámetros

Coordenadas procesadasCoordenadas procesadas


PASA

-0.020

-0.015

-0.010

-0.005

0.000

0.005

0.010

0.015

0.020

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48

Día del Año (2008)

Dife

renc

ia (m

)

Res. X

Res. Y

Res. Z


Coordenadas Estación GPSCoordenadas Estación GPS

RESULTADOS


PUNTOS DE NIVELACIÓN ALTITUDESGPS Azti menos Clavo Azti 14,573Clavo Rotonda menos clavo Azti 0,298Clavo nivelación menos clavo Rotonda 7,751Clavo nivelación menos Clavo Azti 8,049Clavo Azti menos Tubo mareógrafo 0,114Base mareógrafo menos Tubo 6,940Nivel medio del mar desde el cero del mareógrafo 3,464Altitudes sobre el NMM de PasajesH del tubo del mareógrafo 3,476H del clavo Azti 3,590H del clavo rotonda 3,888H del clavo nivelación 201098 11,639H GPS Azti 18,163

ConclusionesConclusiones

• Medidas del nivel del mar en Pasajes (Guipúzcoa)• Medidas del nivel del mar en Pasajes (Guipúzcoa)

•Estimación de los movimientos verticales de la estructura que soporta el mareógrafo•Estimación de los movimientos verticales de la estructura que soporta el mareógrafo

• Técnicas geodésicas para controlar movimientos verticales de la corteza

• Técnicas geodésicas para controlar movimientos verticales de la corteza

CGPS cerca del mareógrafoCGPS cerca del mareógrafo

Enlace de Nivelación entre el GPS y el mareógrafoEnlace de Nivelación entre el GPS y el mareógrafo

Control geodésico alrededor del GPSControl geodésico alrededor del GPS


MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN


VII JORNADAS INTERNACIONALES DE

APLICACIONES GEOMÁTICAS A LA INGENIERÍA

Madrid del 25 al 28 de noviembre de 2008

Documents

Enlace de redes GPS con el nivel del mar y NAP