Investigación, Software - GGenLUZ-PPP_v4.0.yab/.exe
En los meses transcurridos de 2024, GGenLUZ ha preparado una nueva versión (actualización mayor 4.0) de su software de post-procesamiento GNSS basado en la estrategia del Posicionamiento de Punto Preciso -PPP- [Zumberge et al., 1997], [Kouba/Héroux, 2001], a saber, el GGenLUZ-PPP_v4.0.yab/.exe [Acuña, 2008-2024], ver Figura 1. A continuación se dan detalles de la actualización, su funcionamiento, resultados típicos y rendimiento general.
Figura 1. Software GGenLUZ-PPP_v4.0.yab/.exe [Acuña, 2024].
GGenLUZ-PPP_v4.0 es una versión actualizada de la conocida herramienta computacional de GGenLUZ antes llamada
LGFS-PPP [
https://ggenluz.blogspot.com/2018/11/lgfs-pppv25-la-mas-reciente-version-del.html; Acuña, 2018]. El software mantiene su base científica al habilitar al usuario la estimación rápida y eficiente de posiciones absolutas 3D+ (𝜑𝜆
h+
H) de alta-calidad (±1cm) en vértices geodésicos ocupados por receptores GNSS de operación independiente, medidos durante largas sesiones de observación en modo estático, sin necesidad de vinculación a estaciones de referencia y empleando la estrategia post-proceso del Posicionamiento de Punto Preciso (GNSS-PPP). Ahora,
GGenLUZ-PPP_v4.0 es efectivo en los espacios geográficos de toda Suramérica y el Caribe siendo capaz de procesar datos GNSS multifrecuencia / multiconstelación (GPS + GLONASS + Galileo + BeiDou + QZSS + SBAS). Esta versión es compatible con la más reciente realización del ITRS,
i.e., la solución ITRF2020 [
https://itrf.ign.fr/en/solutions/ITRF2020], [Altamimi, 2023], y la nueva nomenclatura (y marco terrestre global IGS20) para productos orbitales precisos de estándar IGS [
https://igs.org/], vigente desde noviembre 27, 2022; semana GPS 2238 [IGSMAIL-8238].
GGenLUZ-PPP_v4.0 integra en un sistema escrito en YaBASIC [Ihm, 2020] conocidas rutinas de otros software geomáticos, p.ej., TEQC [UNAVCO, 2014], RTKLIB [Takasu, 2020], GMT [Wessel/Smith et al., 2019], Trn_ITRF [Acuña, 2022a], VVM20_intp [Acuña, 2022b], PTReGVen3 [Acuña, 2022c], SAGM23v1.0ph [Acuña, 2024a], GLP GhostScript [Artifex, 2024], y GZIP [Gailly/Adler, 2003].
Con esta actualización, GGenLUZ-PPP_v4.0 procesa ahora prácticamente todos los tipos de datos GNSS actualmente disponibles (i.e., GPS / GLONASS / Galileo / BeiDou / QZSS / SBAS), en formato RINEX (v2.11-3.05) [IGS, 2024] sin compresión, y cuya nomenclatura sigue el estándar CCCCDDDS.AAO [CCCC: código de estación, DDD: día del año, S: número de sesión, AA: año, O: tipo de datos de observación]. El programa toma del archivo RINEX datos como el nombre de la estación, fecha de la observación, altura vertical de antena referida al ARP, y códigos IGS para tipos de receptor y de antena (ver archivos rcvr_ant.tab, igs20.atx, resp.) [IGS, 2024].
Aunque GGenLUZ-PPP_v4.0 puede procesar datos GNSS de simple-frecuencia (caso en el cual se obtendría una solución PPP_L1+IONEX con efemérides precisas, de error típico decimétrico), la estrategia del GNSS-PPP implementada en el programa [Takasu, 2020] brinda los mejores resultados cuando se procesan datos multi-frecuencia/multi-constelación, registrados por antenas y receptores geodésicos actuales, durante largas sesiones de observación, en modo estático, con tasas de captura entre 5-30 segundos, máscara de elevación > 5°, y empleando productos precisos IGS finales (órbitas y correcciones a relojes satelitales GNSS, mapas ionosféricos globales, parámetros de orientación terrestre, retardos cenitales troposféricos, y sesgos diferenciales de códigos) [IGS, 2024]. Con GGenLUZ-PPP_v4.0 también es posible procesar los datos GNSS utilizando los productos orbitales precisos finales, rápidos y ultra-rápidos del CODE, JPL, GFZ y ESA, además de aquellos del IGS.
Para obtener con GGenLUZ-PPP_v4.0 precisiones absolutas en posicionamiento 3D mejores a ±1-2cm se recomienda procesar periodos de observación de 24 horas (ver Figuras 4 y 5), para ±2-5cm -> 8-12 horas, para ±5-10cm -> 2-8 horas, y para ±10-15cm -> 1-2 horas.
Esta versión de GGenLUZ-PPP (v4.0) procesa exclusivamente datos GNSS registrados en modo estático a partir del 1ero. de Enero de 2023. El programa requiere además que la PC donde se ejecuta tenga conexión a Internet; esto posibilita la descarga automática en-línea de los productos precisos IGS más recientes. Tal característica hace que GGenLUZ-PPP_v4.0 pueda generar resultados prácticamente al concluir la sesión de observación GNSS, conociendo la disponibilidad en tiempo real de los productos IGS ultra-rápidos [IGS, 2024]. Sin embargo, para garantizar las precisiones antes señaladas, lo recomendable es esperar por la disponibilidad de productos precisos IGS rápidos (~17-41 horas después de la observación), o preferiblemente de los finales (~12-19 días después de la observación), y entonces realizar el procesamiento definitivo de los datos; esto también aplica a los productos precisos CODE, JPL, GFZ y ESA.
GGenLUZ-PPP_v4.0 incluye la transformación de los resultados del procesamiento GNSS-PPP (dados en la época de la observación y en el marco de referencia de las órbitas precisas del IGS [IGSMAIL-8256]) a los datums nacionales PSAD56 [LA_CANOA/HAYFORD] y SIRGAS-REGVEN(1995, 2000, 2015, 2022) [Hernández, 2002], [Acuña, 2017; 2019; 2022d]. Para esto el programa utiliza PTReGVen3 [Acuña, 2022c], Trn_ITRF [Acuña, 2022a], los modelos geodésicos de velocidades horizontales para Suramérica y el Caribe VEMOS [Drewes et al., 2009-2020] y para Venezuela VVM20 [Acuña, 2022b], y los últimos parámetros de transformación entre soluciones ITRF publicados por el IGN [
https://itrf.ign.fr/], [Altamimi, 2023]. Esta versión de
GGenLUZ-PPP permite además expresar los resultados del GNSS-PPP en cualquier otra realización ITRF y época de referencia que requiera el usuario.
También GGenLUZ-PPP_v4.0 realiza el cálculo de la elevación H de la estación en m.s.n.m, datum La Guaira (1953-1970) para vértices en Venezuela, y respecto al MSL por altimetría satelital (1985-2024), para vértices en el resto de Suramérica y el Caribe. Estas determinaciones, generalmente con precisión sub-decimétrica (±3-5cm), se logran empleando SAGM23v1.0ph [Acuña, 2024a], el cual implementa la técnica de nivelación-GNSS con LSP, estaciones locales GNSS/nivelación, altimetría satelital multimisión y el modelo geoidal GGenLUZ de alta-resolución 500x500m para Suramérica y el Caribe SAGM23v1.0 [Acuña, 2023]. Valores de ondulación del geoide, gravedad total, potencial de gravedad y número geopotencial (entre otros) son también determinados para la posición resultante del GNSS-PPP (ver Figura 6).
La versión 4.0 de
GGenLUZ-PPP es de libre distribución, siendo totalmente funcional. Esta versión ejecutándose en modo DEMO sólo procesa un archivo de datos GNSS/RINEX a la vez, requiriendo mínima participación del usuario. Ese archivo corresponde a los datos de observación indicados en esta nota como ejemplo, a saber, los referidos a la estación CN40 en Curazao (ver
Figuras 2 y
3) de la red cGPS de monitoreo sísmico
COCONet de UNAVCO en el Caribe [
https://coconet.unavco.org/], registrados durante las 24 horas del 15.03.2024 (cn400750.24o). Los resultados del programa se imprimen en archivos .JPG, identificados con el mismo nombre del archivo de datos GNSS (ver p.ej., el archivo CN400750.jpg asociado a la
Figura 4).
Para la ejecución de GGenLUZ-PPP_v4.0 en modo FULL se requiere una licencia generada por GGenLUZ que depende de la PC donde se instala el programa. Para esto aplican ciertos montos de inversión. En modo FULL, GGenLUZ-PPP_v4.0 procesa archivos múltiples, genera gráficos adicionales de resultados, además de producir reportes tipo sumario y ampliado con los detalles de cada fase del procesamiento y resultados intermedios. El modo FULL también habilita la posibilidad de calcular alturas instantáneas del nivel del mar (mareas) cada 5 min., para el periodo de la observación, directamente en la posición del vértice (si está en una locación marina) o en la posición costera más próxima; para esto GGenLUZ-PPP_v4.0 utiliza datos satelitales altimétricos multimisión (de hasta 13 misiones) y el modelo global de mareas FES2014b [Lyard et al., 2021].
GGenLUZ-PPP_v4.0 es muy rápido, p.ej., un típico archivo de datos GNSS/RINEX de 24 horas, con tasa de captura de 5-30 segundos, es procesado en aprox. 1 minuto en cualquier laptop/pc de velocidad moderada (~Intel-i3@3.20GHz). Ese minuto de tiempo computacional incluye el pre-procesamiento de los datos GNSS, la descarga de productos precisos IGS, el procesamiento GNSS-PPP, la transformación a PSAD56/UTM y SIRGAS-REGVEN/UTM, el cálculo de la elevación H(msnm), NMM y alturas de marea, la generación de resultados y la impresión digital de gráficos.
GGenLUZ-PPP_v4.0 es también muy portable, su paquete de software asociado comprende aprox. 105 MB de información, fácilmente contenida y ejecutable desde una unidad pen-drive de uso estándar.
Un archivo .ZIP con el software GGenLUZ-PPP_v4.0.yab/.exe (versión DEMO limitada), datos y resultados de ejemplo, puede descargarse en el siguiente enlace:
Para comenzar a trabajar con GGenLUZ-PPP_v4.0, basta sólo con descomprimir el archivo .ZIP en la unidad de disco duro de su preferencia, colocar el archivo GNSS/RINEX a procesar (previamente editado con la información sobre nombre de la estación, altura vertical de antena referida al ARP en metros, y códigos IGS para tipos de receptor y antena) dentro del sub-directorio GGenLUZ-PPP_v4.0, ejecutar el programa GGenLUZ-PPP_v4.0.exe y seguir las instrucciones en pantalla. Para visualizar toda la información que genera la corrida del software, maximice la ventana del programa.
Seguidamente se muestran los resultados de GGenLUZ-PPP_v4.0 luego de procesar los datos GNSS (GPS+GLN+GAL) multifrecuencia de 24 horas registrados el 15.03.2024 por la estación permanente CN40 de COCONet en Curazao.
Las
Figuras 2 y
3 presentan una visión del sitio de observación CN40 y su ubicación geográfica en el Caribe, respectivamente [
https://coconet.unavco.org/]. CN40 se encuentra a sólo 84.4 km de la estación REGVEN más cercana en la costa venezolana (TOCO[15]: Tocópero), una distancia común entre estaciones de la
REd
Geocéntrica de
VENezuela [Hernández, 2002].
CN40 fue escogida aquí como estación-ejemplo para demostrar el rendimiento de GGenLUZ-PPP_v4.0 por su cercanía a territorio venezolano –similar a la que presentan algunos de los territorios insulares del país–, y a la facilidad (directa e inmediata) para acceder a sus datos de observación GNSS permanentes, actualizados, de alta-calidad geodésica, multifrecuencia / multiconstelación, y elevada frecuencia de captura (15s).
Figura 2. Estación GNSS permanente CN40 de COCONet (https://coconet.unavco.org/) en Curazao.
Figura 3. Ubicación geográfica de CN40 (https://coconet.unavco.org/).
La Figura 4 representa el resultado principal de una corrida común de GGenLUZ-PPP_v4.0. Allí se indica información relevante como el código de identificación del vértice y su archivo de datos RINEX objeto del procesamiento, fecha y semana GPS de la observación, productos precisos de estándar IGS/CODE empleados en el cálculo (i.e., efemérides transmitidas, órbitas precisas, correcciones a relojes satelitales, parámetros de orientación terrestre, sesgos diferenciales de códigos, variaciones del centro de fase para antenas de satélites y receptores, mapas ionosféricos globales, efectos de carga por mareas oceánicas en la estación), parámetros de las mediciones GNSS (i.e., tipos de receptor y antena, altura vertical de antena al ARP, máscara de elevación, intervalo de captura de datos, total de observaciones, número de épocas de medición, horas de medición, tipo de observables, cantidad de satélites utilizados, constelaciones GNSS consideradas) y tipo de solución PPP. En cuanto a resultados específicos, la figura detalla tres series de tiempo correspondientes a las componentes de la posición de la estación CN40. Las series en LATITUD y LONGITUD geodésicas, y en ALTURA_ELIP, con una resolución temporal de 30s, muestran las variaciones en las coordenadas calculadas para cada época de observación, respecto al valor medio final de la sesión completa. Las coordenadas finales estimadas (geodésicas curvilíneas) del GNSS-PPP para la estación se indican con sus estimaciones de calidad RMS, referidas al marco terrestre global de las órbitas precisas (IGS20/ITRF2020) y en la época media de la observación (2024.2063), elipsoide GRS80. Los muy bajos niveles de variabilidad RMS que se observan en las series de tiempo, a saber, ±0.3mm en LAT, ±6.2mm en LON, y ±3.5mm en ALT_ELIP, son reflejo de la alta-calidad (precisión) 3D lograda en el posicionamiento GNSS-PPP de CN40. Completan los resultados de la Figura 4, las coordenadas finales del PPP transformadas a los datums geodésicos venezolanos PSAD56 (La_Canoa/Hayford) y SIRGAS-REGVEN en sus realizaciones de 1995 (SR1995: ITRF94_1995.4/GRS80) y 2015 (SR2015: ITRF08_2015.5/GRS80), expresadas además cada una en la proyección cartográfica UTM. Finalmente, la elevación H de la estación en msnm, calculada usando nivelación-GNSS, altimetría satelital y el geoide suramericano de alta-resolución SAGM23v1.0, es también indicada con su respectiva estimación de error.
Figura 4. Serie de tiempo en LATITUD y LONGITUD geodésicas, y ALTURA_ELIP para la posición de CN40 en IGS20(ITRF2020)/GRS80, con resolución de 30s, correspondiente al día 15.03.2024, como estimada por GGenLUZ-PPP_v4.0 [Acuña, 2024] a partir de datos GNSS (cn400750.24o) multicódigo (C1+P1+P2+C5) / multifrecuencia (L1+L2+L5) / multiconstelación (GPS+GLONASS+Galileo), utilizando procesamiento de punto preciso (PPP).
La Figura 5 presenta los resultados anteriores pero ahora en forma de plot 3D con las posiciones del GNSS-PPP para cada época de medición de 30s, como generado por GGenLUZ-PPP_v4.0 para CN40. En la figura aparecen indicadas en azul 2873 posiciones correspondientes a las épocas, y en rojo, la posición media-ponderada final para toda la sesión de observación. Se aprecia como las posiciones instantáneas se dispersan espacialmente del valor medio sólo unos pocos milímetros, en general no más de ±8mm. Esta es otra medida del excelente nivel de precisión alcanzado en el posicionamiento 3D de la estación con la técnica de cálculo post-proceso aquí empleada; y es el tipo de gráfico, una muy adecuada herramienta para observar en la práctica tal nivel de calidad.
Figura 5. Plot 3D para la posición de CN40 en IGS20(ITRF2020)/GRS80, con resolución de 30s, correspondiente al día 15.03.2024, según GGenLUZ-PPP_v4.0 [Acuña, 2024].
Las características del geoide suramericano de alta-resolución SAGM23v1.0 en el entorno de la estación CN40 se muestran en la Figura 6. Esta superficie es utilizada por GGenLUZ-PPP_v4.0 para estimar mediante nivelación-GNSS la elevación H de la estación en msnm y su error, controlada en este caso en BMs de los mareógrafos venezolanos de AMUAY (AMUA) y LA_GUAIRA (GUA2), y en el mareógrafo virtual CN40_MV generado por altimetría satelital adyacente a CN40. Además del geoide SAGM23v1.0, en la figura se indican valores definitivos de posición, ondulación geoidal, elevación msnm, anomalía de gravedad de aire-libre, gravedad total, gravedad media, potencial de gravedad y número geopotencial para el referido vértice geodésico.
Figura 6. Geoide de alta-resolución SAGM23v1.0, y altura física H en m.s.n.m, datum La Guaira, para la posición GNSS-PPP de CN40, correspondiente al día 15.03.2024, según GGenLUZ-PPP_v4.0 [Acuña, 2024].
Finalmente, para validar la calidad externa de los resultados de
GGenLUZ-PPP_v4.0, éstos se comparan con resultados similares obtenidos de uno de los sistemas globales de procesamiento GNSS-PPP de mayor calidad en la actualidad, a saber, el canadiense
CSRS-PPP [
https://webapp.csrs-scrs.nrcan-rncan.gc.ca/geod/tools-outils/ppp.php]. La
Figura 7 muestra los resultados de
CSRS-PPP para los datos de la estación CN40 considerados aquí.
Figura 7. Resultados del servicio canadiense CSRS-PPP para CN40,
correspondiente al día 15.03.2024.
Las diferencias en la posición estimada de CN40 entre ambos sistemas resultaron ser: -0.6mm en LATITUD, -1.8mm en LONGITUD, y 8.9mm en ALT_ELIP. Al estar éstas comprendidas dentro de los errores formales indicados por cada solución, de nuevo, las cantidades señaladas ratifican la elevada calidad sub-centimétrica del procesamiento GGenLUZ-PPP_v4.0; con el beneficio adicional del software venezolano de expresar en los más importantes datums nacionales de posición (SIRGAS-REGVEN y PSAD56) y altura (LGVD1962) los resultados del GNSS-PPP. Esto último no lo aporta ningún sistema global de procesamiento PPP.
Las
Figuras 8,
9 y
10 presentan resultados de la combinación realizada por
GGenLUZ-PPP_v4.0 de datos satelitales altimétricos multimisión DEOS/RADS [Scharroo et al., 2013;
http://rads.tudelft.nl/rads/rads.shtml] con el posicionamiento final GNSS-PPP de CN40 y los modelos globales de superficie media del mar DTU21MSS [Andersen et al., 2023] y de mareas FES2014b [Lyard et al., 2021].
Figura 8. Observaciones satelitales altimétricas multimisión alrededor del sitio de observación GNSS CN40, periodo 1985-2024, resolución 1-Hz.
Figura 9. Serie de tiempo altimétrica-diaria del nivel del mar en CN40, periodo 1985-2024.
Figura 10. Curva de marea para el sitio CN40, día 15.03.2024, resolución 5 min.
Observaciones altimétricas con resolución de 1-Hz y correspondientes a 13 misiones satelitales (i.e., GEOSAT, ERS-1/2,TOPEX/Poseidon, GFO, ENVISAT, JASON-1/2/3, CRYOSAT-2, SARAL/AltiKa, SENTINEL-3A/B), como registradas en el periodo 1985-2024 alrededor de la posición de CN40, aparecen representadas en la Figura 8. Tales datos son utilizados para calcular una serie de tiempo de valores medios diarios del nivel mar (respecto a la geocéntrica DTU21MSSGRS80) en la posición adyacente del mareógrafo virtual CN40_MV, y a partir de la cual se estima el valor del NMM local y su tasa de ascenso anual para los últimos 39 años. La Figura 9 muestra estos resultados. Por último, en la Figura 10 se grafica la curva de marea para el sitio CN40 con resolución de 5 min., correspondiente a las 24 horas de la observación GNSS del 15.03.2024. La curva está ajustada al NMM diario obtenido por altimetría y sus valores derivados de FES2014b. Las alturas de marea en CN40 muestran valores máximo y mínimo de 18.3cm y -12.3cm, respectivamente, con variabilidad RMS de ±9.9cm. La curva refleja un tipo de marea mixta-predominante-diurna (MD).
Ya para concluir, la
Figura 11 muestra la repetibilidad diaria (RMS) de la posición de CN40 durante la semana GPS 2305 según
GGenLUZ-PPP_v4.0. Soluciones de este tipo se corresponden a las calculadas rutinariamente por los centros de análisis regionales asociados al IGS, p.ej., SIRGAS_DGFI-TUM [
https://www.sirgas.org/], durante el procesamiento semanal de redes continentales de estaciones GNSS permanentes como SIRGAS-CON [
https://www.sirgas.org/es/sirgas-realizations/sirgas-con-network/].
Figura 11. Repetibilidad diaria de la posición de CN40 para la semana GPS 2305,
según GGenLUZ-PPP_v4.0 [Acuña, 2024].
La solución semanal de CN40 se muestra bastante estable, con pequeñas variaciones RMS de ±0.9mm en LATITUD, ±2.4mm en LONGITUD y ±3.3mm en ALT_ELIP. La magnitud (unos pocos milímetros) de las estimaciones de repetibilidad
GGenLUZ-PPP_v4.0 es consistente con aquellas reportadas comunmente en las soluciones semanales de SIRGAS-CON. Las cifras anteriores vuelven a ratificar la excelente calidad de
GGenLUZ-PPP_v4.0, ahora al producir soluciones semanales para la posición de estaciones GNSS permanentes, en comparación a los resultados del análisis con otros software ciéntificos de mucha mayor complejidad y rigurosidad (y también costo), p.ej., BERNESEv5.4 [Dach et al., 2015;
https://www.bernese.unibe.ch/] usado como estándar por SIRGAS.
Para más información sobre esta nota técnica consulte la siguiente publicación:
Acuña, G. [2024]: GGenLUZ-PPP_v4.0 - Software para la estimación de posiciones 3D+ en vértices geodésicos de Suramérica ocupados por receptores GNSS de operación independiente, empleando post-procesamiento según la estrategia del Posicionamiento GNSS de Punto Preciso (GNSS-PPP). Tópicos de Geodesia Geométrica. Abril 1-7, 2024. Cátedra Geodesia Geométrica (GGenLUZ). Dpto. de Geodesia Superior. Esc. de Ingeniería Geodésica. Facultad de Ingeniería. Universidad del Zulia. Maracaibo, Venezuela.
También puede comunicarse con su autor, Prof. Gustavo Acuña, vía WhatsApp al número +58-412-4271579, o al email gacuna@fing.luz.edu.ve.
