The effect of topography and quality of a digital terrain model on the accuracy of terrain corrections for centimetre quasigeoid modelling

• Autorzy: Grzyb M. , Krynski J. , Mank M.

Warianty tytułu

PL

Ocena wpływu topografii terenu i jakości DTM na dokładność wyznaczania poprawek terenowych w aspekcie modelowania centymetrowej quasigeoidy

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Modelling quasi geoid with centimetre accuracy requires taking into account irregularities of topography in the vicinity of a gravity station, i.e. the terrain correction to surveyed gravity. Accuracy of determination of the terrain correction affects quality of quasigeoid model determined. It depends on the resolution and accuracy of terrain data that usually is provided in the form of a digital terrain model DTM. Investigations were conducted with the use of the Digital Terrain Elevation Data DTED2 model developed for Poland according to the NATO-STANAG 3809 standard, as well as global models SRTM3 and SRTM30 (The Shuttle Radar Topography Mission). Also height data from the gravity database was considered. The prism method of determination of terrain corrections was applied in majority of numerical tests. Practical method for determining the optimum radius of the integration cap considering roughness of topography as well as required accuracy of terrain corrections was developed. The effect of vertical and horizontal uncertainty of a DTM as well as its resolution on the quality of the terrain corrections was investigated. The terrain corrections obtained using a prism method were also compared with the respective ones calculated using the FFT approach. The usefulness of the available topography data for precise terrain correction computation in Poland was discussed. The results of the investigations were used to determining the strategy of computation of the terrain corrections to point gravity data in the gravity database for Poland. The "2005" terrain correction set calculated for 1 078 046 gravity stations contributes to the increase of precision of gravimetric quasigeoid models developed for Poland.

PL

Przy wyznaczaniu centymetrowej quasigeoidy niezbędne jest uwzględnienie nieregularności topografii występujących wokół stacji grawimetrycznej, czyli wprowadzenie do pomierzonego przyspieszenia siły ciężkości poprawek terenowych. Dokładność obliczania poprawek terenowych ma wpływ na dokładność wyznaczanego modelu quasigeoidy. Zależy ona od dokładności i rozdzielczości danych wysokościowych oraz użytych do wyznaczania poprawek terenowych parametrów. W badaniach przeprowadzonych w ramach niniejszej pracy wykorzystano opracowany przez Zarząd Geografii Wojskowej, według standardu NATO-STANAG 3809, numeryczny model terenu DTED2 (Digital Terrain Elevation Data) dla obszaru Polski oraz modele SRTM3 (The Shuttle Radar Topography Mission) i SRTM30 dla obszaru Polski i obszarów przyległych. Porównano wyniki testowe obliczenia poprawki terenowej uzyskane przy użyciu metody prostopadłościanów i metody wykorzystującej trans formaty Pouriera. Poprawki terenowe obliczano metodą prostopadłościanów polegającą na sumowaniu wpływów nadwyżek lub niedoborów mas pochodzących od graniastosłupów o podstawach prostokątnych na składową pionową przyspieszenia siły ciężkości.. Opracowano praktyczną metodę wyznaczania wymiary obszaru, z jakiego topografia powinna być uwzględniana przy obliczaniu poprawki terenowej. Analizowano również wpływ błędów wysokości, a także błędów położenia punktów modelu na dokładność uzyskiwanych poprawek terenowych. Przedyskutowano użyteczność dostępnych danych dotyczących topografii terenu do obliczania precyzyjnych poprawek terenowych w Polsce. Uzyskane wyniki badań wykorzystano do określenia strategii obliczenia poprawek terenowych dla ponad miliona punktów grawimetrycznych zawartych w bazie danych grawimetrycznej dla Polski. Dzięki obliczonemu dla I 078 046 punktów grawimetrycznych zbiorowi poprawek terenowych możliwe będzie zwiększenie precyzji obliczanych dla obszaru Polski modeli quasigeoidy grawimetrycznej.

Słowa kluczowe

EN

terrain correction; digital terrain model (DTM); DTED; SRTM; prism method; FFT; quasigeoid

PL

kartografia; poprawki terenowe

• Wydawca: Komitet Geodezji PAN
• Czasopismo: Geodezja i Kartografia
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 55, no 1
• Strony: 23--46
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Grzyb M.

autor

Krynski J.

autor

Mank M.

• Institute of Geodesy and Cartography 27 Modzelewskiego St., 02.679 Warsaw, Poland,

Bibliografia

• Bamler R., (1999): The SRTM Mission: A World-Wide 30 m Resolution DEM from SAR Interferometry in II Days, In D. Fritsch, D. Spiller (eds.), Photorgammetric Week 99, Wichmann Verlag, Heide1berg, pp. 145-154.
• Blais J.A.R., Lodwick G.D., Ferland R., (1983): Gravimetric terrain corrections in western Canada, Canadian Iourna1 of Earth Sciences, Vol. 20, No 2, pp. 259-265.
• Blais J.A.R., Ferland R., (1984): Optimization in gravimetric terrain corrections, Vol. 21, No 5, pp. 505-515.
• Denker H., (2004): Evaluation of SRTM3 and GTOP030 Terrain Data in Germany, Proceedings of the IAG Symposium "Gravity. Geoid and Space Missions - GGSM2004", IAG Symposia, Vol. 129, (eds.) C. Jekeli, L. Bastos, J. Fernandes, 30 August - 3 September 2004, Porto, Portugal, pp. 218-223.
• Duchnowski R., Baran L.W, (2004): Analysis of geodetic, astronomic, geological and satellite data for their use for integrated geoid modelling (in Polish), University of Warmia and Mazury, Report for the Institute of Geodesy and Cartography, Warsaw.
• Ferland R., (1984): Terrain Corrections for Gravity Measurements, UCSE Reports No 20009, Division of Surveying Engineering, The University of Calgary, Calgary.
• Forsberg R., (1984): A study of terrain reductions, density anomalies and geophysical inversion methods in gravity field modelling, OSU Report No 355, Department of Geodetic Science and Surveying, The Ohio State University, Columbus, Ohio.
• Forsberg R., (2005): Terrain Effects in Geoid Computations, International School for the Determination and Use of the Geoid, Budapest, pp. VI-V38.
• Grzyb M., (2004): The use of Fourier transform for determination of gravimetric terrain correction with elevation data from digital terrain model (in Polish), MSc thesis, Warsaw University of Technology.
• Heiskanen W.A., Moritz H., (1967): Physical Geodesy, WH. Freeman & Co., San Francisco.
• JPL, (2004): SRTM - The Mission to Map the World, Jet Propulasion Laboratory, California Institute of Technology, http://www2.jpl.nasa.gov/srtm/index.html.
• Królikowski C., (2004): Qualitative and quantitative analysis of the existing gravity data (terrestrial and seaborne - from Poland and neighbouring regions) (in Polish), Polish Geological Institute, Report for the Institute of Geodesy and Cartography, Warsaw.
• Krynski J., Mank M., Grzyb M., (2005): Evaluation of digital terrain models in Poland in view of a cm geoid modelling, Geodesy and Cartography, Vol. 54, No 4, pp. 155-175.
• NGA, (1996): Performance specification Digital Terrain Elevation Data (DTED), National Geospatial-Intelligence Agency, Document MIL-PRF-89020A.
• Osada E., Krynski J., Owczarek M., (2005): A robust method of quasigeoid modelling in Poland based on GPS/levelling data with support of gravity data, Geodesy and Cartography, Vol. 54, No 3, pp. 99-117.
• Rózsa, S., (1998): Determination of terrain correction in Hungary and the surrounding area, Reports of the Finnish Geodetic Institute, 98:4, Masala.
• Showstack R., (2003): Digital Elevation Maps Produce Sharper Image of Earth's Topography, EOS Transactions, American Geophysical Union, Vol. 84, No 37, pp. 363.
• Sideris M.G., (1984): Computation of Gravimetric Terrain Corrections Using Fast Fourier Transform Techniques, UCSE Reports, No 20007, The University of Calgary, Division of Surveying Engineering, 114 pp.
• Torge W, (2001): Geodesy (3rd Edition), Walter de Gruyter, Berlin.
• Zhang K.F., Featherstone W.E., (1997): A preliminary evaluation of the terrain effects on gravimetric geoid determination in Australia, Gravity, Geoid and Marine Geodesy, International Association of Geodesy Symposium, Vol. 117, Berlin, Springer-Verlag, pp. 565-572.
• Zhang, K.F., Featherstone W.E., Ding X.L., (1998): An accuracy estimation oj gravimetric terrain corrections, Annales Geophysicae, Vol. 16 (Supplement I), European Geophysical Society, p. C384.