En el marco del proyecto de investigación No. LGFS/LUZ-04-2015 “MEJORANDO LA DETERMINACIÓN DEL MODELO GEOIDAL DE ULTRA-ALTA-RESOLUCIÓN PARA VENEZUELA COMO BASE PARA LA REDEFINICIÓN DEL SISTEMA NACIONAL DE ALTURAS”, la cátedra Geodesia Geométrica a través del LGFS-LUZ ha desarrollado para el país un nuevo, moderno y preciso sistema nacional de referencia vertical, llamado VHRS17_v1.0 (Venezuelan Height Reference System 2017, versión 1.0), en sustitución del convencional, y hasta ahora vigente, sistema vertical nacional datum La Guaira 1953-1971 (LGVD1962).
VHRS17_v1.0 servirá como estructura fundamental de base para la determinación de alturas físicas (elevaciones) de vértices geodésicos en Venezuela, vía la utilización sólo de posicionamiento GNSS-3D de precisión y de un modelo de ultra-alta-resolución del cuasigeoide nacional, sin necesidad de aplicar procedimientos de nivelación geodésica clásica.
En principio, VHRS17_v1.0 realiza el cuasigeoide nacional VGM17_v2.0 de 1x1km de resolución, como ajustado en 153 mareógrafos virtuales y convencionales dispuestos a lo largo de la costa de Venezuela, y en 132 estaciones REGVEN2015 y 31 estaciones REMOS distribuidas en todo el territorio nacional (ver Figura 1).
Las locaciones de los mareógrafos virtuales se corresponden con los sitios donde las trayectorias de los satélites altimétricos TOPEX/Poseidon, JASON-1/2/3, ERS-1/2, GFO, ENVISAT y SARAL/AltiKa intersectan la costa continental de Venezuela y de sus islas principales; se incluyen además los sitios originales de instalación de los mareógrafos convencionales de la red mareográfica nacional del IGVSB y del INC en el Lago de Maracaibo, ver Figuras 1 y 1-1.
La determinación de alturas físicas en VHRS17_v1.0 para vértices geodésicos de Venezuela comienza con la estimación precisa del NIVEL MEDIO del MAR (mean sea level) por altimetría satelital multimisión en las locaciones de los 153 mareógrafos virtuales. Tal estimación utiliza datos altimétricos registrados en un entorno de 165 km de radio alrededor de cada posición mareográfica, durante el periodo 1992-2017 (ver Figura 3). Los datos empleados corresponden a las misiones satelitales ERS-1/2, TOPEX/Poseidon, JASON-1/2, ENVISAT, GFO, CRYOSAT-2 y SARAL/AltiKa. El nivel medio del mar (NMM) en cada mareógrafo nacional (ver Figura 4), referido al elipsoide geocéntrico GRS80 posicionado y orientado de acuerdo al ITRF2014, como determinado inicialmente por la altimetría satelital multimisión, se expresa en la época 2015.5, para luego ser corregido por la topografía dinámica media de la superficie del mar DTU15MDT, y después ser vinculado al cuasigeoide nacional VGM17_v2.0 de resolución 1x1km.
La Figura 3 muestra a manera de ejemplo, la locación de uno de los 153 mareógrafos virtuales utilizados en VHRS17_v1.0, a saber, el MVAM correspondiente al sitio de ubicación del mareógrafo convencional AMUAY (ver Figura 3-1). Se aprecia en la Figura 3, la posición de los datos altimétricos multimisión observados en el periodo 1992-2017 en el entorno del mareógrafo virtual. Tales datos son empleados por VHRS17_v1.0 para determinar la altura normal del nivel medio del mar local (NMM ó MSL, ver Figura 4) respecto al cuasigeoide nacional VGM17_v2.0, y entonces utilizarla como valor de referencia vertical para la estimación de alturas normales en vértices geodésicos nuevos "tierra-dentro" cuya posición ha sido previamente determinada mediante posicionamiento GNSS de precisión.
Figura 3. Datos altimétricos multimisión alrededor del mareógrafo virtual con locación en Amuay (MVAM), Edo. Falcón, Venezuela.
La Figura 4 muestra la serie de tiempo de valores diarios (y sus estadísticas) del nivel del mar y el NMM como obtenidos del procesamiento de los datos satelitales altimétricos registrados por el mareógrafo virtual MVAM, ya presentados en la Figura 3. La serie de tiempo y sus niveles medios para las fechas 2004.5 y 2015.5 refieren a la superficie media del mar (MSS) DTU15. La serie también refleja el aumento secular del nivel del mar en la región, i.e., +3.6 mm/año.
Figura 4. Serie de tiempo del nivel del mar para determinación de la altura normal del NMM en VHRS17_v1.0, a partir de datos altimétricos multimisión registrados en el mareógrafo virtual con locación en Amuay (MVAM), Edo. Falcón, Venezuela.
Entonces, las alturas normales del nivel medio del mar en los mareógrafos son utilizadas como valores de control vertical de orden-A, cuasi-fijos, para obtener alturas normales VHRS17_v1.0, primero, en estaciones REGVEN2015 y REMOS (control vertical de orden-B); y seguidamente, empleando el conjunto de todas las anteriores como estaciones de referencia vertical, estimar las alturas normales VHRS17_v1.0 de vértices geodésicos nuevos (control vertical de orden-C).
La determinación de las referidas alturas emplea diferencias de alturas normales entre las estaciones nuevas y aquellas de control vertical (mareógrafos y vértices REGVEN2015/REMOS), como obtenidas por la técnica de la nivelación-GNSS y luego compensadas mediante colocación por cuadrados mínimos. En consecuencia, las nuevas alturas físicas (elevaciones de terreno) para vértices geodésicos nacionales serán, en VHRS17_v1.0, estrictas alturas normales referidas al cuasigeoide VGM17_v2.0, generalmente sólo-derivadas de posicionamiento GNSS de precisión, sin necesidad de ejecutar mediciones de nivelación convencional, combinadas o nó, con mediciones gravimétricas.
Para vértices geodésicos en Venezuela, las nuevas elevaciones VHRS17_v1.0 con época cero 2015.5, serán por definición MENORES en una magnitud de 0.759 m que aquellas referidas al convencional sistema vertical de referencia nacional datum La Guaira -LGVD1962- (Ene1953-Dic1971) con época cero 1962.5.
Si elevaciones (alturas normales) VHRS17_v1.0 en estaciones nuevas se desean expresar directamente respecto al cuasigeoide VGM17_v2.0 de 1x1km con el anterior valor W0=62636856.000 m^2/s^2 de IAG [Groten,2004], debe adicionarse a ellas el valor +0.266 m; o bién, si las elevaciones VHRS17_v1.0 se desean como referidas al cuasigeoide VGM17_v2.0 con nivel W0=U0=62636860.850 m^2/s^2 del EIGEN-6C4/GRS80 (i.e., el nivel más próximo al convencional sistema nacional de referencia vertical de Venezuela, datum La Guaira 1953-1971), se les debe adicionar la cantidad +0.762 m.
En principio, VHRS17_v1.0 realiza el cuasigeoide nacional VGM17_v2.0 de 1x1km de resolución, como ajustado en 153 mareógrafos virtuales y convencionales dispuestos a lo largo de la costa de Venezuela, y en 132 estaciones REGVEN2015 y 31 estaciones REMOS distribuidas en todo el territorio nacional (ver Figura 1).
Las locaciones de los mareógrafos virtuales se corresponden con los sitios donde las trayectorias de los satélites altimétricos TOPEX/Poseidon, JASON-1/2/3, ERS-1/2, GFO, ENVISAT y SARAL/AltiKa intersectan la costa continental de Venezuela y de sus islas principales; se incluyen además los sitios originales de instalación de los mareógrafos convencionales de la red mareográfica nacional del IGVSB y del INC en el Lago de Maracaibo, ver Figuras 1 y 1-1.
Figura 1. Determinación de la altura normal VHRS17_v1.0 del vértice REGVEN Pico El Águila (BM A.281.Bis.R 1968), Edo. Mérida, Venezuela.
Figura 1-1. Trayectorias de las misiones satelitales altimétricas TOPEX/Poseidon y JASON-1/2/3 (en rojo), ERS-1/2, ENVISAT y SARAL/AltiKa (en amarillo), y GFO (en verde); y sitios donde éstas intersectan la costa continental de Venezuela.
El nivel del cuasigeoide nacional VGM17_v2.0 (ver Figura 2) que realiza VHRS17_v1.0, lo establece el valor del potencial de gravedad W0=62636853.400 m^2/s^2, recomendado por la IAG para su sistema de referencia vertical internacional IHRS [IAG, 2016].
El nivel del cuasigeoide nacional VGM17_v2.0 (ver Figura 2) que realiza VHRS17_v1.0, lo establece el valor del potencial de gravedad W0=62636853.400 m^2/s^2, recomendado por la IAG para su sistema de referencia vertical internacional IHRS [IAG, 2016].
Figura 2. Cuasigeoide nacional VGM17_v2.0 de resolución 1x1km.
La determinación de alturas físicas en VHRS17_v1.0 para vértices geodésicos de Venezuela comienza con la estimación precisa del NIVEL MEDIO del MAR (mean sea level) por altimetría satelital multimisión en las locaciones de los 153 mareógrafos virtuales. Tal estimación utiliza datos altimétricos registrados en un entorno de 165 km de radio alrededor de cada posición mareográfica, durante el periodo 1992-2017 (ver Figura 3). Los datos empleados corresponden a las misiones satelitales ERS-1/2, TOPEX/Poseidon, JASON-1/2, ENVISAT, GFO, CRYOSAT-2 y SARAL/AltiKa. El nivel medio del mar (NMM) en cada mareógrafo nacional (ver Figura 4), referido al elipsoide geocéntrico GRS80 posicionado y orientado de acuerdo al ITRF2014, como determinado inicialmente por la altimetría satelital multimisión, se expresa en la época 2015.5, para luego ser corregido por la topografía dinámica media de la superficie del mar DTU15MDT, y después ser vinculado al cuasigeoide nacional VGM17_v2.0 de resolución 1x1km.
La Figura 3 muestra a manera de ejemplo, la locación de uno de los 153 mareógrafos virtuales utilizados en VHRS17_v1.0, a saber, el MVAM correspondiente al sitio de ubicación del mareógrafo convencional AMUAY (ver Figura 3-1). Se aprecia en la Figura 3, la posición de los datos altimétricos multimisión observados en el periodo 1992-2017 en el entorno del mareógrafo virtual. Tales datos son empleados por VHRS17_v1.0 para determinar la altura normal del nivel medio del mar local (NMM ó MSL, ver Figura 4) respecto al cuasigeoide nacional VGM17_v2.0, y entonces utilizarla como valor de referencia vertical para la estimación de alturas normales en vértices geodésicos nuevos "tierra-dentro" cuya posición ha sido previamente determinada mediante posicionamiento GNSS de precisión.
Figura 3-1. Ubicación detallada del mareógrafo convencional AMUAY, sitio seleccionado para su correspondiente mareógrafo virtual MVAM.
La Figura 4 muestra la serie de tiempo de valores diarios (y sus estadísticas) del nivel del mar y el NMM como obtenidos del procesamiento de los datos satelitales altimétricos registrados por el mareógrafo virtual MVAM, ya presentados en la Figura 3. La serie de tiempo y sus niveles medios para las fechas 2004.5 y 2015.5 refieren a la superficie media del mar (MSS) DTU15. La serie también refleja el aumento secular del nivel del mar en la región, i.e., +3.6 mm/año.
Entonces, las alturas normales del nivel medio del mar en los mareógrafos son utilizadas como valores de control vertical de orden-A, cuasi-fijos, para obtener alturas normales VHRS17_v1.0, primero, en estaciones REGVEN2015 y REMOS (control vertical de orden-B); y seguidamente, empleando el conjunto de todas las anteriores como estaciones de referencia vertical, estimar las alturas normales VHRS17_v1.0 de vértices geodésicos nuevos (control vertical de orden-C).
La determinación de las referidas alturas emplea diferencias de alturas normales entre las estaciones nuevas y aquellas de control vertical (mareógrafos y vértices REGVEN2015/REMOS), como obtenidas por la técnica de la nivelación-GNSS y luego compensadas mediante colocación por cuadrados mínimos. En consecuencia, las nuevas alturas físicas (elevaciones de terreno) para vértices geodésicos nacionales serán, en VHRS17_v1.0, estrictas alturas normales referidas al cuasigeoide VGM17_v2.0, generalmente sólo-derivadas de posicionamiento GNSS de precisión, sin necesidad de ejecutar mediciones de nivelación convencional, combinadas o nó, con mediciones gravimétricas.
Para vértices geodésicos en Venezuela, las nuevas elevaciones VHRS17_v1.0 con época cero 2015.5, serán por definición MENORES en una magnitud de 0.759 m que aquellas referidas al convencional sistema vertical de referencia nacional datum La Guaira -LGVD1962- (Ene1953-Dic1971) con época cero 1962.5.
Si elevaciones (alturas normales) VHRS17_v1.0 en estaciones nuevas se desean expresar directamente respecto al cuasigeoide VGM17_v2.0 de 1x1km con el anterior valor W0=62636856.000 m^2/s^2 de IAG [Groten,2004], debe adicionarse a ellas el valor +0.266 m; o bién, si las elevaciones VHRS17_v1.0 se desean como referidas al cuasigeoide VGM17_v2.0 con nivel W0=U0=62636860.850 m^2/s^2 del EIGEN-6C4/GRS80 (i.e., el nivel más próximo al convencional sistema nacional de referencia vertical de Venezuela, datum La Guaira 1953-1971), se les debe adicionar la cantidad +0.762 m.
Para usuarios nacionales, el acceso a VHRS17_v1.0 es simple y lo posibilita el software GGenLUZ / LGFS-LUZ VHRS17rlstn_v1.0.yab/.exe [Acuña, 2017]. Esta herramienta computacional permite la determinación de elevaciones VHRS17_v1.0 (alturas normales) para vértices geodésicos venezolanos con sólo conocer su posición 3D (y su error en altura), como estimada por posicionamiento GNSS de precisión y referida a la nueva versión del datum geodésico nacional SIRGAS-REGVEN(2015), i.e., ITRF2014/época 2015.5/elipsoide GRS80. VHRS17rlstn_v1.0.yab/.exe, además de proporcionar al usuario las alturas VHRS17_v1.0 de los vértices en cuestión y su error, suministra respectivos valores de gravedad normal media, potencial de gravedad y número (cota) geopotencial. Un gráfico con el esquema de la determinación de la elevación VHRS17_v1.0 para cada vértice geodésico nuevo (similar al mostrado en la Figura 1), es también incluido en los resultados del programa.
Un típico archivo de resultados de VHRS17rlstn_v1.0.yab/.exe, correspondiente a la determinación de la elevación VHRS17_v1.0 del vértice REGVEN Pico El Águila (ver Figura 1), está disponible en: https://mega.nz/#!BElgyLAT!vxGqJ1-B1ANIcyhCwHRhv1_ncmFXcyBJhOf_1S8eyNU
Un típico archivo de resultados de VHRS17rlstn_v1.0.yab/.exe, correspondiente a la determinación de la elevación VHRS17_v1.0 del vértice REGVEN Pico El Águila (ver Figura 1), está disponible en: https://mega.nz/#!BElgyLAT!vxGqJ1-B1ANIcyhCwHRhv1_ncmFXcyBJhOf_1S8eyNU
VHRS17rlstn_v1.0.yab/.exe con datos y resultados de ejemplo, contenido en un archivo .ZIP de 159.5 MB, puede descargarse a través del siguiente enlace: ftp://150.185.222.41/VHRS17rlstn_v1.0.zip
Para mayor información sobre la descripción, determinación y uso de VHRS17_v1.0, ver el artículo técnico:
Acuña G. [2017]: VHRS17_v1.0 (Venezuelan Height Reference System 2017, versión 1.0) - Un nuevo, moderno y preciso sistema nacional de referencia vertical para Venezuela. Tópicos de Geodesia Geométrica. Laboratorio de Geodesia Física y Satelital. Dpto. de Geodesia Superior. Escuela de Ingeniería Geodésica. Facultad de Ingeniería. La Universidad del Zulia. Abril, 2017. Maracaibo, Venezuela. Publicación en preparación.
La versión 2.0 de VHRS17 estará disponible para usuarios nacionales una vez concluya (e incorpore) la producción del cuasigeoide nacional VGM17 de ultra-alta-resolución 30x30m, actualmente calculándose en el LGFS-LUZ.
La versión 2.0 de VHRS17 estará disponible para usuarios nacionales una vez concluya (e incorpore) la producción del cuasigeoide nacional VGM17 de ultra-alta-resolución 30x30m, actualmente calculándose en el LGFS-LUZ.
