Droıèák_SKTRF2009

Prepis

1 GLOBÁLNE NAVIGAČNÉ DRUŽICOVÉ SYSTÉMY AKO EFEKTÍVNY PROSTRIEDOK NA URČOVANIE PRIESTOROVEJ POLOHY - TATRY 2009, TATRANSKÁ LOMNICA, SKTRF2009 GEOKINEMATIKA SLOVENSKA SKTRF2009 GEOKINEMATICS OF SLOVAKIA Branslav Droščák 1 Abstract Processng of the new Slovak knematcs terrestral reference frame (SKTRF) was enabled by realzaton of SGRN campagn performed durng mddle of the The new SKTRF s dfferent aganst hs forerunners, because lot of changes touched wth reference frame or processng strategy defntons were appeared and mplemented snce the last SKTRF had been publshed. The frame s marked as SKTRF2009 and wll be represent the most precse realzaton of ETRS89 n the terrtory of Slovaka. In the artcle s defned computaton of hs plot verson, the manner of Slovakan geoknematcs characterstc estmaton s defned, and at last the future steps are descrbed. Kľúčové slová SKTRF, SGRN, geoknematka, odhad rýchlost. 1 ÚVOD Realzáca ďalšeho ročníka meračskej kampane na bodoch Slovenskej geodynamckej referenčnej set (SGRN) uskutočnenej na prelome júna a júla tohto roku, umožňuje vykonať ďalší, v poradí už paty, spresnený odhad Slovenského knematckého referenčného rámca (SKTRF). SKTRF predstavuje najpresnejšu knematckú realzácu Európskeho terestrckého referenčného systému 1989 (ETRS89) na území Slovenska, v zmysle defnovaných súradníc vybratých bodov Štátnej prestorovej sete (ŠPS) pre konkrétnu epochu Európskeho terestrckého referenčného rámca (ETRF), spolu s odhadom polohových charakterstík ch zmen (rýchlostí). Nový knematcký rámec dostal ako zvyčajne prdané označene 2009 podľa roku realzáce posledne vykonanej SGRN kampane. Nakoľko sa od predošlých zverejnených rámcov SKTRF2007 (Letmannová a Havlíková, 2007) alebo SKTRF2005 (Letmannová et al., 2005) výrazne pohol vývoj a zmenl trendy v oblastach defnovana a realzác medznárodných terestrckých referenčných systémov (ITRS, ETRS), z ktorých pramo vychádza aj SKTRF, bolo nutné teto nové poznatky do novej realzáce zapracovať. Uvedená práca preto častočne naznačuje akou formou bola plotná verza nového knematckého rámca vypočítaná, defnuje spôsob odhadu geoknematckých charakterstík Slovenska (rýchlostných zmen súradníc bodov), zobrazuje vývoj v porovnaní s predošlým verzam SKTRF a v neposlednom rade defnuje odporúčana, akým smerom je potrebné sa v tejto oblast ďalej uberať. Výsledky a postupy defnované v článku je nutné pokladať za predbežné a ne defntívne, nakoľko celá genéza realzáce SKTRF2009 ne je ešte úplne dokončená. Po jej dokončení a schválení na používane do praxe bude zememeračská a geodetcká verejnosť patrčne nformovaná. 1 Ing. Branslav Droščák, GKÚ Bratslava, Chlumeckého 4, Bratslava, , branslav.droscak@skgeodesy.sk

2 2 VŠEOBECNE O SKTRF 2.1 Defníca a účel Hstóra defnovana Slovenského knematckého referenčného rámca (ďalej SKTRF) je úzko spätá s počatkam budovana generačne nových geodetckých základov Slovenska za pomoc družcových technológ. V roku 2002 bol pojem SKTRF v (Klobušak a Letmannová 2002) prvý krát spomenutý a defnovaný ako: realzáca ETRS89 na území Slovenska reprezentovaná prostredníctvom aktívnych a pasívnych bodov Slovenskej geodynamckej referenčnej sete. Tak sto bol od počatku defnovaný aj jeho účel, ktorý možno rozdelť na: realzácu ETRS89 na území Slovenska, skúmane geodynamky Slovenska. Hlavný prínos SKTRF v otázke realzáce ETRS89 na Slovensku spočíval v plnení tzv. presného národného referenčného etalónu, kde body SKTRF slúžl na prpájane všetkých novobudovaných bodov ŠPS do systému ETRS89. Naopak knematcká charakterstka bodov defnujúca smery a veľkost zmen za časovú jednotku (lokálne alebo globálne rýchlost) odhadnutá z opakovaných alebo permanentných meraní nám dáva kvaltatívnu nformácu z časového pohľadu a umožní nám defnovať napríklad ako často a v ktorých oblastach bude museť byť vykonávaná zmena referenčných ETRS89 súradníc bodov SKTRF (resp. celej ŠPS), aby bola zabezpečená požadovaná kvaltatívna homogenta na celom území, alebo môže slúžť napríklad na lokálne č globálne geoknematcké analýzy regónu (príspevok do geoknematckého výskumu Európy). 2.2 Fyzcká realzáca ETRS89 súradnce s charakterstkam presnost a ch časovým zmenam sú počítané pre fyzckú množnu bodov, rovnomerne rozmestnenú po celom území republky. Do tejto množny spadá celá seť bodov SGRN a ďalše vybraté body špecalzovaných geodetckých setí s potrebnou tzv. geodynamckou stablzácou (obr.1). OR PO L IE 1 BUK O LIEK VISN VAD U ROHA SM RE VA BE J AS E DO NO VETE B BY S INO V PODZ PAR1 M OJA PAR T P OLA PLH1 LIES HR US REPI M OP2 HL OH ZA VE M OP I NITR D EH O D EKO SLA D DL HO PLAS G ABC H UR B KA M E LOM S SKPL G ANP G AN O K RH O R ASU SP SV DO MI S VED SAJA B RAN KOS I LGS TATRY SKPOS SGRN ná seť K RUZ DLCI CHLM VETR KR C1 STA R Obr. 1 Rozdelene bodov spadajúcch do SKTRF podľa zaradena do špecalzovaných set Na bodoch týchto set sa vykonávajú predovšetkým epochové GNSS merana formou vacdňovo organzovaných kampaní. Hlavnú (nosnú) kampaň predstavuje kampaň SGRN, ktorá sa opakovane uskutočňuje v dvojročnom ntervale koncom mesaca jún. Od spustena (konec roka 2006) Slovenskej prestorovej observačnej služby (SKPOS), bol do SKTRF 2

3 prradené aj SKPOS body s permanentnou observácou a spomínanou geodynamckou stablzácou (PAR1, LIE1, MOP2). Aktuálne tvorí súčasť SKTRF 7 bodov s permanentnou observácou (BBYS, GANP, LIE1, MOPI, MOP2, PAR1, LOMS), no naprek tomu vstupujú do spracovana ba ako epochové body. 2.3 Spracovane Všetky spracovana GNSS meraní vstupujúcch do SKTRF realzáce sú vykonávané výlučne najnovšou verzou vedeckého softvéru Bernese 5.0 vyvnutého na unverzte v Berne (Dach et al., 2001). Ďalše spoločné spracovane jednotlvých ročníkov a následný odhad rýchlostných zmen s charakterstkam presnost už možno vykonávať ndvduálnym, na to vhodným softvérom. Pr predchádzajúcch realzácách SKTRF bol napríklad používaný softvér WIGS (Klobušak, ), ktorý uplatňoval matematcké spracovane SKTRF realzáce podrobne defnované v (Klobušak et al., 2002). 3 SKTRF2009 Uskutočnene nového ročníka meračskej kampane SGRN2009, ako aj flozofa neustáleho spresňovana ETRS89 na Slovensku a prrodzená vlastnosť ľudí skúmať svoje okole (napríklad aj s pohľadu geoknematky) motvovala predstavteľov Geodetckého a kartografckého ústavu (GKÚ) Bratslava navrhnúť a vykonať nový výpočet SKTRF realzáce. Bolo samozrejmosťou použť na nový odhad najnovše poznatky a odporúčana z oblast GNSS spracovaní. Postup výpočtových prác SKTRF2009 realzáce tak bol rozdelený do týchto troch etáp: 1. Spracovane kampaní a. prepočet pôvodných kampaní b. spracovane novej kampane SGRN Výpočet ETRS89 súradníc - SKTRF2009 realzáca 3. Odhad polohových zmen (rýchlostí) bodov 3.1 Spracovane kampaní Otázka homogenty, z pohľadu potreby uplatnena najnovších trendov GNSS presných spracovaní, nás vedla k nutnost okrem spracovana kampane SGRN2009 prepočítať aj všetky pôvodné relevantné epochové kampane vstupujúce do predchádzajúcch SKTRF realzác. Prepočet sa týkal kampaní zobrazených v tabuľke 1. Ročníky všetkých kampaní spred roka 1999 nebol použté, nakoľko vykazoval po spracovaní neobvykle veľké rezíduá na referenčných bodoch (stance IGS sete s defnovaným ITRF2005 súradncam), ktoré bol použté na prpojene k ITRF2005. Tab. 1 Kampane použté na výpočet realzáce SKTRF2009 Kampaň Obdobe Počet Kampaní SGRN CEGRN TATRY WHS

4 Postup spracovana bol obdobný ako pr predošlých SKTRF verzách. GNSS merana sa spracoval ako denné rešena voľnej sete, ale už ne s väzbou ba na jeden bod, ale s väzbou na ťažsko sete defnované podmenkou mnmal constran (MC) na referenčných bodoch IGS sete (obr.2). Takto vytvorené denné rešena sa potom spájal rovnakou podmenkou MC do jedného, reprezentujúce celú kampaň. Základné odlšnost vo výpočte denných rešení voč predošlým spracovanam možno zhrnúť nasledovne: MC podmenka (mnmal constrant no net translaton) na bodoch IGS staníc (obr.2), absolútne fázové centrá antén, nový rámec ITRS - ITRF2005, IGS05 družcové efemerdy, efemerdy z Dresden-Potsdam-München prepočtu (Stengenberger et al., 2006) - pr starších ročníkoch (kampane pred rokom 2005). Obr. 2 Uplatnene podmenky mnmal constrant v Bernese 5.0 pre referenčné body IGS sete (body označené červeným trojuholníkm na mapke) 3.2 Výpočet ETRS89 súradníc - SKTRF2009 realzáca Výpočet plotnej verze SKTRF2009 realzáce vychádzal z efektívneho spojena všetkých normálnych rovníc spracovaných kampaní (tab.1). Pr spájaní programom ADDNEQ2 Bernského softvéru verze 5.0, bola uplatnená vackrát spomínaná podmenka MC na bodoch IGS sete, ktoré mal defnované ITRF2005 súradnce pre strednú epochu výsledného rešena. Za výsledok spojena potom považujeme súbor ITRF2005 súradníc všetkých staníc spolu s príslušnou kovarančnou matcou a súborom obsahujúcm porovnane rozdelov súradníc jednotlvých kampaní (ročníkov). Vypočítané súradnce možno ďalej jednoducho pretransformovať 14-parametrckou transformácou ITRF2005 ETRF2000(R05) odporúčanou a defnovanou technckou pracovnou skupnou EUREF (EUREF TWG) v známom Memo dokumente verze 7 (Boucher a Altamm, 2008). Na kontrolu správnost 4

5 možno jednoducho použť aj ETRF2000(R05) súradnce a rýchlostí EPN bodov prístupné na ( Detalný postup výpočtu SKTRF2009 realzáce ne je vzhľadom na obmedzený rozsah predmetom tohto článku a bude zrejme zverejnený až po spresnení a schválení v zmysle nžše defnovaných plánov do budúcna. 3.3 Odhad rýchlostí Na odhad polohových zmen (rýchlost) SKTRF2009 bodov bol použté ITRF2005 súradnce jednotlvých ročníkov spracovaných kampaní. Keďže bola použtá podmenka MC na IGS bodoch, nebolo nutné uplatňovať na uvedené súradnce helmertovu transformácu na odstránene posunov a orentácí sete jednotlvých ročníkov. Výpočet globálnych aj lokálnych rýchlostí bol vykonaný v programovom prostredí MathCAD14 jednoduchou lneárnou regresou. Globálne rýchlost predstavujú absolútne zmeny polohy bodu v jednotlvých zložkách kartezánskych súradníc (XYZ) ITRS (obsahujú aj pohyb eurázjskej platne). Po odpočítaní rýchlostného modelu ITRF2005 defnovanom rotácam eurázjskej platne v (Boucher a Altamm, 2008) a pretransformovaní kartezánskych súradníc XYZ do topocentrckého súradncového systému (neu) dostaneme tzv. lokálne rýchlost, ktoré predstavujú skutočný pohyb bodu. Grafcký príklad zobrazena výpočtu globálnych a lokálnych rýchlostí lneárnou regresou na bode Kráľová hora (KRHO) je na obr X y x ( ) X y.y ( ) Y y.z ( ) Z n nev.n ( ) NEV.corr, 1 nev.e ( ) e NEV.corr, 2 u 20 nev.v ( ) NEV.corr, Obr. 3 Zobrazene výpočtu rýchlost na bode KRHO Po vykreslení lokálnych rýchlostí všetkých bodov dostávame pre územe Slovenska vektorovú mapku defnujúcu geoknematcký charakter územa (obr.4). ORPO BUKO LIEK SPSV KRUZ VISN VADU LOMS SKPL SAJA SMRE ROHA GANO BRAN STAR VETE PODZ MOJA PLH1 ZAVE MOPI DEKO SLAD VABE INOV PART HRUS NITR DLHO DONO BBYS POLA REPI DEHO PLAS KRHO RASU SVED KOSI DOMI 2 mm CHLM VETR KRC1 GABC HURB KAME Obr. 4 Ročné rýchlost bodov pre SKTRF2009 5

6 Na základe porovnana vektorovej mapky s predchádzajúcm SKTRF rýchlostným realzácam, možno posúdť vývoj stablty rámca (obr.5). Treba s však uvedomť, že v predchádzajúcch verzách SKTRF bol použtý ný rýchlostný model (vď. tab2), preto je nutné podotknúť, že obr.5 je ba lustračný a ne je korektný s pohľadu porovnávana novej verze SKTRF2009 s jej predchodcam. 2 mm SKTRF2001 SKTRF2003 SKTRF2005 SKTRF2007 SKTRF2009 Obr. 5 Vývoj stablty SKTRF realzác Výrazné zmeny spôsobené zmenou rýchlostného modelu možno zreteľne vdeť na obr.6. Z obrázka je zrejmé, že nejde ba o zmeny vo veľkost vektorov rýchlost, ale zmeny sa týkajú aj smerov ch orentác. 2 mm SKTRF ITRF2005 SKTRF ITRF2000 Obr. 6 Porovnane rýchlostných modelov ITRF2000 a ITRF2005 Tab. 2 Odlšnost medz jednotlvým SKTRF realzácam Obdobe SKTRFccyy Rýchlostný model Po roku 2007 SKTRF2009 ITRF SKTRF ITRF2000 Do roku 1999 NNR NUVEL1A Ceľový referenčný rámec ETRF2000(R05) epocha ETRF2000 epocha

7 4 ĎALŠIE SMEROVANIE SKTRF Pr výpočte prezentovanej plotnej verze SKTRF2009 sa objavlo množstvo faktorov, ktoré by mohl výrazne prspeť k skvaltnenu odhadu fnálnej verze SKTRF2009 a zároveň aj jej nasledovníkov. Preto s dovoľujem ukončť článok formou defnovana ďalších krokov v dvoch rôznych časových horzontoch, ako aj z pohľadu budúceho využta spresneného SKTRF Najblžša budúcnosť spresnene SKTRF2009 výpočet fnálnej verze výpočet rozšírť o GNSS merana vykonané na bodoch SGRN počas určovana C tredy ŠPS (roky ) nájsť možnosť prpojena do výpočtu aj relevantné kampane s pred roka 1999 zapracovať do SKTRF2009 aj kampaň TATRY2009 nasadene spresneného SKTRF2009 rámca do ŠPS (aj SKPOS) SKTRF2009 použť na spresnene Dgtálneho výškového referenčného modelu 4.2 Dlhodobejša budúcnosť pokračovať v ďalšom spresňovaní SKTRF realzác pokračovať v meraní epochových kampaní, zamerať sa na lokalty s anomálnym správaním (body s výrazným rýchlosťam), sledovať a analyzovať aj SKPOS permanentné stance s ceľom prpojena stablných staníc do budúcch SKTRFccyy realzác pokúsť sa odhadnúť aj vertkálne zmeny (vertkálne rýchlostí) vždy stotožňovať epochy SKTRF a SKPOS realzác kvôl homogente geodetckých základov 5 ZÁVER posúvať súradnce SKTRF do SKPOS epochy pomocou odhadnutých rýchlost na bodoch SKTRF Záverom možno okrem defnovana najblžších plánov do budúcna (kaptola 4) vyslovť aj praktcký poznatok vyplývajúc z prezentovanej plotnej verze SKTRF2009 realzáce a to: Evdentné stablzovane rýchlostných zmen ako aj samotné odhadnuté horzontálne rýchlost na bodoch SKTRF (obr.5) dovoľujú vyslovť záver, že pokaľ nepríde na Slovensku k neočakávanej sezmckej, vulkanckej, alebo nej obdobnej aktvte, alebo nebudú získané a následne odporúčané k zapracovanu né poznatky z oblastí GNSS meraní a spracovaní, nemalo by byť nutné, po zavedení fnálnej verze SKTRF2009 (uplatnením návrhov spresnena v kaptole 4) do ŠPS, v dobe kratšej ako -15 rokov zavádzať novú realzácu. 7

8 LITERATÚRA Boucher C., Altamm Z., 2008: Memo : Specfcatons for reference frame fxng n the analyss of a EUREF GPS campagn. Verson 7 : Dach R., Hugentobler U., Frdez P., Mendl M., 2001: Bernese GPS Software Verson 5.0. Astronomcal nsttute, Unversty of Bern. Klobušak M., Letmannová K., 2002: Slovenská permanentná GNSS služba na prevádzkovane slovenského prestorového observačného systému nové geodetcké prestorové základy. In: Zborník referátov z odbornej konference s medznárodnou účasťou pr príležtost 50. výroča založena Katedry geodetckých základov Stavebnej fakulty STU Geodetcké referenčné systémy, Bratslava STU. Klobušak M., : WIGS - Integrované geodetcké sete, transformáce, spájane, porovnane, výpočet rýchlostí bodov a transformáce S-JTSK do xtrsyy, odhad parametrov FCA. [Programový systém WIGS ], Bratslava VÚGK & MaKlo. Klobušak M., Letmannová K., Pram Š., Feranc D., 2002: Slovak Terrestral Reference Frame SKTRF 2001, Its Computaton and Connecton to the EUREF. In: Reports on the Symposum of the IAG Subcommsson for Europe (EUREF), Vol. 12, Ponta Delgada, Azores, Portugal, pp Letmannová K., Havlíková E., 2007: SKTRF2007 Slovenský terestrcký referenčný rámec. In: CD z konference Geodetcké sete a prestorové nformáce Tatry 2007, Podbanské. Letmannová K., Klobušak M., Feranc D., 2005: Slovenský terestrcký referenčný rámec 2005 a vývoj jeho stablty. In: CD zborník referátov z konference Geodetcké sete a prestorové nformáce Tatry 2005, Podbanské. Stegenberger P., Rothacher M., Detrch R., Frtsche M., Rülke A., Vey S., 2006: Reprocessng of global GPS network. In: Journal of geophyscal research, Vol. 111, B05402, do:.29/2005jb