Conexão de sistemas verticais de referência locais ao sistema geodésico brasileiro com base em um sistema vertical de referência global

Abstract

Resumo: O surgimento dos Modelos Globais do Geopotencial (MGGs), em especial os oriundos da missão GOCE, em associação com Modelos Digitais de Altitude (MDAs) com resoluções cada vez melhores, tem possibilitado novas alternativas para a obtenção de altitudes com significado físico. A proposta deste trabalho é a realização de um sistema de altitudes local desenvolvido com base nestas novas tecnologias, em uma área deficiente de dados do Sistema Geodésico Brasileiro (SGB), e vinculá-lo a um Sistema Vertical de Referência Global (SVRG) e ao SGB. Para verificar a potencialidade de uso dos modelos do geopotencial, estes foram validados com o uso de Referências de Nível associadas com posicionamento GPS (GPS/NIV). Foram avaliados 11 MGGs do ano de 2014, além do EGM2008. Foi dado destaque aos modelos somente satélite do GOCE GO_CONS_GCF_2_SPW_R4 e GO_CONS_GCF_2_TIM_R5 além dos modelos combinados EIGEN_6C4 e EGM2008. Para compreender a parte do sinal gravimétrico não abrangido pelos modelos globais, conhecido como erro de omissão, foi utilizada a técnica Residual Terrain Model (RTM). Os números geopotenciais foram obtidos com a resolução simplificada do Problema do Valor de Contorno da Geodésia (PVCG) na forma fixada, na abordagem de Brovar, porém sem utilizar dados de gravimetria terrestre por serem estes escassos na região estudada. A área de estudos é o Estado do Amapá, cujas altitudes têm vínculo com o Datum Vertical Brasileiro de Santana (DVB-S), e para validação dos MGGs foram utilizadas também algumas estações no Estado do Pará, vinculadas ao Datum Vertical Brasileiro de Imbituba (DVB-I). Como resultado da validação dos modelos, concluiu-se que a maioria apresentou resultados similares. A adição do efeito RTM não teve influência significativa, provavelmente devido ao relevo plano da área de estudos. Considerando o modelo GO_CONS_GCF_2_SPW_R4, que foi escolhido para a obtenção dos números geopotenciais, resultou que o segmento da rede vinculado ao DVB-S está 1,30m acima do segmento vinculado ao DVB-I. Além do cálculo dos números geopotenciais, obteve-se altitudes com significado físico consistentes e independentes de nivelamento. Comprovou-se desta forma a viabilidade de se desenvolver uma Rede Vertical de Referência Local (RVRL) conectada a um Sistema Vertical de Referência Global (SVRG) com as tecnologias e metodologias apresentadas.

Abstract: The advent of Global Geopotential Models (GGMs), specially that ones provided by GOCE satellite, associated with Digital Elevation Models (DEMs) with increasing higher resolutions, has enable new alternatives for obtaining heights with physical meaning. The purpose of this work is the realization of a local height system based on these new technologies, in a region with poor data from the Brazilian Geodetic System (BGS), and link it to a Global Vertical Reference System (GVRS) and to the BGS. To verify the potentiality of the GGMs, the validation was made using GPS/levelling stations. In the validation process, 11 MGGs of 2014 were used, in addition to EGM2008. Emphasys was given to satellite-only models from GOCE GO_CONS_GCF_2_SPW_R4, GO_CONS_GCF_2_TIM_R5, and combined models EIGEN_6C4 and EGM2008. The gravimetric signal part which is not represented by the GGMs, known as omission error, was modeled by using the Residual Terrain Model (RTM) technique. The geopotential numbers were obtained through a simplified resolution of the Geodetic Boundary Value Problem (GBVP) in a fixed form, in the Brovar-type approach, but without using terrestrial gravimetric data because these are scarse in the study area. The study area is the Amapá state, whose altitudes are linked with the Brazilian Vertical Datum of Santana (BVD-S), and for the validation of GGMs some stations connected to Brazilian Vertical Datum of Imbituba (BVD-I) in the Pará state were also used. As a result of the validation, it was concluded that most of them showed similar results. The addition of RTM effects did not have significant influence, probably due to the flat relief of the study area. Considering the GO_CONS_GCF_2_SPW_R4 model, which was chosen to obtain the geopotential numbers, resulted that the network linked to BVD-S is 1,30m above the network linked to BVD-I. Another result obtained was physical heights, consistents and not dependents on spirit levelling. In this way, it has been proved the feasibility of developing a Local Vertical Reference Network connected to a Global Vertical Reference System (GVRS), with the modern concepts showed in this work.