Conexão entre os dois segmentos da rede vertical de referência do Brasil com base em funcionais do geopotencial

Abstract

Resumo: Um único Sistema Vertical de Referência com consistência global é o pressuposto do International Height Reference System (IHRS) e da sua futura realização (Frame) IHRF. O Brasil desenvolve grandes esforços na modernização de seu Sistema Vertical de Referência visando a sua realização com consistências interna e global. Em 2018 o IBGE estabeleceu uma nova realização da Rede Vertical de Referência do Brasil (RVRB) com base em números geopotenciais e altitudes normais. A RVRB é ainda constituída por dois segmentos independentes, com suas origens nos marégrafos de Imbituba e Santana (DVB-I e DVB-S respectivamente), carecendo ainda de linhas de nivelamento conectando as duas redes. Busca-se com a presente Tese contribuir com a conexão física dos segmentos na região Amazônica e entender suas relações com o IHRS. Para isto, utilizou-se dados de gravidade associados com dados GNSS, novas linhas de nivelamento na região de conexão e observações aerogravimétricas. Em um primeiro momento, uma conexão física preliminar é desenvolvida na presente pesquisa. Esta envolve dois novos ramais: uma linha de nivelamento baseada em posicionamento GNSS associado a gravimetria, iniciando em RN em Altamira - PA, vinculada ao DVB-I, com 315 km de extensão, envolvendo 23 pontos; uma linha de nivelamento convencional com cerca de 268 km, e com gravimetria em todos os pontos nivelados, partindo do DVB-S e terminando também em Laranjal do Jari - AP. O controle desta solução sobre linhas de nivelamento abertas é estabelecido com base em Modelos Globais do Geopotencial (MGGs) mais atuais. Os resultados desta conexão física preliminar são confrontados no presente trabalho com estudos anteriores baseados em estimativas indiretas, predominantemente realizadas no espaço geométrico, com base em ajustes regionais de GNSS/Nivelamento, MGGs, análises de efeitos gravimétricos da topografia regional entre outras estratégias. Como sequência à solução preliminar realiza-se a conexão dos segmentos com base no Problema de Valor de Contorno da Geodesia (PVCG) em suas formas livre e fixada. Determina-se o potencial anômalo nos pontos de conexão referidos de Altamira, Laranjal do Jari e DVB-S. Determina-se então o geopotencial nestes pontos em referencial global e, por conseguinte, números geopotenciais também em referencial global. Assim, pôde ser estabelecido um controle efetivo dos ramais mencionados no espaço do geopotencial, assim como nas discrepâncias entre si. Destaque-se como aspectos fundamentais para o desenvolvimento da pesquisa, atividades relacionadas como a obtenção de funcionais a partir de dados brutos de aerogravimetria regional como também pela compatibilização de Sistemas Geodésicos de Referência (SGRs) e de Sistemas de Marés Permanentes (SMP) para a solução do PVCG. Estas atividades foram amparadas no recente Modelo Digital de Altitudes (MDA) MERIT e o MGG XGM2019. Na solução do PVCG empregou-se a decomposição espectral envolvendo: funcionais do geopotencial gerados a partir da aerogravimetria (anomalias da gravidade de Molodensky e distúrbios da gravidade); as respectivas funcionais obtidas do MGG XGM2019; e as respectivas funcionais relacionadas com a topografia residual na região geradas com a técnica "Residual Terrain Model" (RTM) com auxílio do MDA MERIT nos preceitos atuais associados à obtenção de sinal gravimétrico a partir da topografia. Palavras-chaves: Conexão de redes verticais. PVCG. Potencial anômalo. Altitudes normais. Aerogravimetria. IHRS/IHRF. XGM2019. MERIT. RTM.

Abstract: A single Vertical Reference System with global consistency is the assumption of the International Height Reference System (IHRS) and its future realization (Frame) IHRF. Brazil has made great efforts to modernize its Vertical Reference System aiming to achieve internal and global consistencies. In 2018, IBGE established a new accomplishment in the Brazilian Vertical Reference Frame (BVRF) based on geopotential numbers and normal heights. BVRF is also made of two independent segments, with its origins in the tide gauges the of Imbituba and Santana (BVD-I and BVD-S respectively), still lacking leveling lines connecting the two networks. This thesis has the objective to contribute to the physical connection of the segments in the Amazon region and to understand their relations with the IHRS. For that, gravity data associated to GNSS data were used, as well as new leveling lines in the connection region and aerogravimetry. At first, a preliminary physical connection is developed in the present research. It involves two new branches: a leveling line based on GNSS positioning associated to gravimetry, starting at RN in Altamira - PA, linked to BVD-I, with 315 km long, involving 23 points; and a conventional leveling line of approximately 268 km, associated to gravimetry data at all level points, starting from the BVD-S and ending at Laranjal do Jari - AP as well. The control over these opened leveling lines solution is established based on the most current Global Geopotential Model (GGMs). The results of this preliminary physical connection are compared on the present work to previous studies based on indirect estimates, predominantly performed in geometric space, based on regional adjustments of GNSS / Leveling, GGMs, analysis of gravimetric effects of the regional topography, among other strategies. As a sequence to the preliminary solution, the segments are connected based on the Boundary Value Problem (GBVP) on its free and settled forms. The anomalous potential is determined at the connection points referred to Altamira, Laranjal do Jari and BVD-S. It is then the geopotential on these points in global reference and, accordingly, geopotential numbers also in global reference. Thus, it could be established an effective control of the branches mentioned in the geopotential space, as well as in the discrepancies between them. It has been highlighted as fundamental aspects for the development of this research, activities that are related to the acquirement of functionalities from raw data of regional aerogravimetry as well as the compatibility with Geodetic Reference Systems (GRSs) and Permanent Tide Systems (PTSs) for the GBVP solution. These activities were supported by the recent Digital Elevation Models (DEM) MERIT and GGM XGM2019. At GBVP's solution it was used, spectral decomposition involving: geopotential functionalities generated from aerogravimetry (Molodensky anomalies and gravity disturbances); the respective functionalities obtained from the MGG XGM2019; and the respective functionalities related to the residual topography in the region generated with the technique "Residual Terrain Model" (RTM) with the support of DEM MERIT within the current norm associated with obtaining a gravimetric signal from the topography. Key-words: Connection of vertical networks. GBVP. Anomalous potential. Normal heights. Aerogravimetry; IHRS/IHRF. XGM2019. MERIT. RTM.