Investigación, Extensión, Software - elevCOLMswot_v1.1.yab/.exe
Se describe a continuación la determinación de cotas de terreno (época 2026.1384) en BMs PDVSA de control de subsidencia en la COLM-Edo. Zulia a partir de observaciones altimétricas satelitales 'radar-interferometricas' on-land de la misión SWOT.
En diciembre 16, 2022 fue puesta en órbita la misión altimétrica satelital SWOT - Surface Water Ocean Topography de NASA/CNES/CSA/UKSA [https://swot.jpl.nasa.gov/], ver Figura 1. SWOT fue diseñada para su uso en hidrología, oceanografía y geodesia, al posibilitar el registro/medición a nivel global, con alta precisión e imprecedente elevada resolución espacial, de la altura (topografía) y sus variaciones espacio-tiempo de la mayoría de los cuerpos de agua terrestres, en zonas oceánicas, parte de las regiones polares, y especialmente, sobre territorios continentales (costas, ríos, lagos, reservorios, tierras inundables y acumulaciones temporales de agua de superficie). En total, la misión cubre un 90% de la superficie terrestre.
Figura 1. Mision SWOT en operación [https://swot.jpl.nasa.gov/].
Construido para una misión de al menos 3 años, SWOT representa un satélite altimétrico de última generación que transporta un conjunto de 6 instrumentos altamente precisos, a saber, un altímetro radar-interferométrico de apertura sintética (SAR) en banda Ka (KaRIn), un altímetro radar-nadiral clase-Jason de banda C y Ku, un radiómetro de microondas de triple-frecuencia, y arreglos de receptores GPS, transpondedores DORIS y reflectores laser SLR para determinación precisa de la órbita.
Luego de una delicada e inicial fase de calibración y validación, durante los primeros 6 meses de la misión, SWOT fue colocado en fase operacional de repetición exacta (julio, 2023), en una órbita sol-sincrónica de 21-días, de inclinación 77.6°, altitud de 890.6 km sobre la superficie terrestre y cobertura global entre ±78° de latitud.
Siguiendo la anterior configuración orbital, SWOT registra sistemáticamente en la actualidad la altura de las aguas superficiales en una banda terrestre de 120-km de ancho, realizando observaciones con una alta densidad de datos, desde 2x2km hasta 100x100m, dependiendo del producto que genera. Esa trayectoria en tierra (292 pasos altimétricos) la repite la misión cada 21 días (1 ciclo), y considerando un solapamiento de ca. 0.23° entre bandas, hace que SWOT re-observe un mismo sitio terrestre cada 11 días en promedio (aprox. 2 veces cada 21 días). Hasta hoy, SWOT ha completado 49 ciclos de repetición exacta en casi 3.5 años de operación.
SWOT en su actual fase operacional genera distintos tipos de productos de utilidad en comunidades científicas globales de hidrología, oceanografía, climatología, geodesia y geofísica, entre otras. En principio, los productos tratan de alturas de superficie (SSH) corregidas por variables instrumentales, geofísicas y del medio de propagación, de alta-resolución espacial, referidas al elipsoide WGS84 y/o al geoide global EGM2008 para cuerpos de agua en océano abierto, on-land en continentes y costas. En áreas oceánicas las mediciones SWOT ofrecen calidad de ±3 cm, mientras que en regiones continentales la precisión de la misión es un poco menor, ±10 cm. Estos valores corresponden a precisiones para observaciones aisladas de los altímetros radar de la misión, y en tierra, refieren además a observaciones sobre aguas de superficie de al menos 1-km² de extensión sobre zonas sin vegetación. Para más detalles de la misión SWOT, ver p.ej., [https://swot.jpl.nasa.gov/], [https://www.aviso.altimetry.fr/].
Sobre la determinación de cotas de terreno SWOT en BMs PDVSA de subsidencia
Aquí se utilizan mediciones altimétricas SWOT de aguas temporales de superficie, registradas en modo interferométrico-raster de alta-resolución 100x100m, sobre la zona de subsidencia en tierra de la COLM-Edo. Zulia, para entonces estimar cotas de terreno (elevaciones H sobre el nivel medio del lago) en BMs PDVSA de control de deformación, para la época media 2026.1384 (febrero, 2026).
. . . "Este método de determinación de cotas de terreno para BMs de subsidencia PDVSA se fundamenta en la utilización de observaciones de alturas elipsoidales WGS84 corregidas (corSSHs) medidas por el altímetro radar-interferométrico KaRIn del satélite SWOT sobre acumulaciones temporales de aguas superficiales llanas, próximas al nivel físico del terreno, -especie de 'charcos de agua'-, que actúan como reflectores locales para los pulsos radar del altímetro y que tienen una dimensión de al menos 100x100m. Estas alturas se seleccionan en el entorno próximo del BM, p.ej., en un radio de 0.3-0.5 km, se reducen por la ondulación del geoide global EGM2008, se ponderan y promedian empleando LSP, según su calidad, distancia al BM, tiempo de adquisición respecto a la época de referencia 2026.1384, y aproximación a una cota sintética del BM (predicha por mediciones históricas convencionales). Como resultado se obtiene un valor óptimo de altura física H de terreno (elevación) y su error asociado, de alta-precisión, para el BM en cuestión, referido al nivel medio del Lago de Maracaibo, compatible con el nivel de referencia de la red de nivelación PDVSA para subsidencia en la COLM-Edo. Zulia".
La Figura 2 muestra la disposición geográfica de las mediciones SWOT disponibles en este estudio. En píxeles negros se representan en la figura un total de 9608132 observaciones SWOT de tipo WSE_raster (elevaciones de aguas continentales de superficie), en forma de valores medios temporales para áreas de 100x100m, sin filtraje, como referidas al geoide global EGM2008. Estos datos corresponden a un lapso de 99 días, entre 01.01.2026-09.04.2026, registrados en los ciclos 043 al 048, durante los pasos 354 y 535, ver Figura 3. Las observaciones SWOT provienen de productos JPL/NASA tipo SWOT_L2_KaRIn_HR_Raster_2.0_Rev.D [https://swot.jpl.nasa.gov/data/].
En la Figura 2 también aparece representada la posición geodésica del BM/GPS de subsidencia PDVSA 743 (0743) donde a partir de observaciones SWOT se determina el valor de su cota de terreno en la época media 2026.1384.
Figura 2. Observaciones altimétricas satelitales 'radar-interferométricas' SWOT (n=9608132, indicadas por píxeles negros en la figura) sobre tierra y lago, tipo WSE_raster (originales sin filtraje), de resolución espacial 100x100m, disponibles en la zona de subsidencia COLM-Edo. Zulia, en el periodo 01.01.2026-09.04.2026, ciclos 043-048 de repetición exacta de 21 días, pasos 354 y 525. Tales datos son utilizados por GGenLUZ para estimar por predicción según cuadrados mínimos la cota de terreno en BMs PDVSA de control de subsidencia para la época media 2026.1384 (febrero, 2026). En la figura se resalta la posición geodésica del BM 743 (0743) -ubicado en zona estable-, y los resultados obtenidos en la estimación de su cota a partir de altimetría SWOT, ver Figura 4.
Figura 3. Paso altimétrico descendente 354 de SWOT sobre zona de subsidencia de la COLM-Edo. Zulia. Se indica en la imagen (aprox.) el área de estudio considerada en la Figura 2.
El BM 743 se ubica en una zona estable donde las últimas 3 campañas de subsidencia convencional PDVSA (2004, 2007, 2012) no registran prácticamente hundimiento significativo por subsidencia [Acuña, 2013].
El proceso de determinación de la cota de terreno del BM 743 por altimetría SWOT supone varias tareas,
i) utilizando la posición geodésica ITRF/GRS80 del BM se seleccionan en su entorno próximo, dentro de un radio de 0.5 km, datos SWOT WSE_raster disponibles en el periodo 01.01.2026-09.04.2026. Esta búsqueda se realiza sobre un archivo general ASCII de datos con más de 9.6 millones de registros (i.e., swot_WSE_Raster_043-048_354-535_20260101-20260409.dat0) de tamaño 1.15 GB preparado para este estudio a partir de archivos binarios NetCDF individuales por ciclo, paso y escena SWOT, producto SWOT_Level_2_Water_Mask_Raster_Image_Data_Version_D, de libre acceso a través del sistema PO.DAAC HiTIDE [https://search.earthdata-nasa.gov/] de NASA. Cada registro seleccionado contiene información de posición (geodésica y UTM), ciclo, paso y escena_raster, fecha y época de la adquisición, valor WSE, su incertidumbre e indicador de calidad, y ondulación del geoide EGM2008, ver Figura 4;
ii) con las alturas históricas del BM, resultado de las campañas convencionales de nivelación PDVSA de subsidencia, épocas 2004, 2007 y 2012, fijando un modelo de regresión lineal por cuadrados mínimos a esos datos, se determina un valor sintético predicho para la altura del BM a esperar en 2026.1384 (época media de las observaciones SWOT). Considerando que en la zona de subsidencia la producción petrolera se detuvo cerca del año 2019 ('esto según criterio de GGenLUZ'), y que ese fenomeno de deformación se ha demostrado estar directamente correlacionado con la extracción de petróleo en la región [Jaeger et al., 1989], la determinación aquí del valor sintético (predicción) de la altura del BM para 2026.1384 toma en cuenta sólo un 67% del efecto de subsidencia proyectado por la regresión para el periodo 2007.7-2026.1, ver Figura 4;
iii) las observaciones SWE_raster inicialmente seleccionadas en el entorno del BM son ahora filtradas utilizando sus valores asociados de incertidumbre, indicador instrumental de calidad y altura sintética predicha para la época de la estimación de la cota, i.e., 2026.1384. Para el caso del BM 743, 52 observaciones SWOT fueron las definitivamente seleccionadas, ver Figura 4;
iv) las mediciones filtradas WSE_raster son las utilizadas entonces en la estimación de la cota del BM. El cálculo se realiza empleando predicción por cuadrados mínimos LSP, donde las observaciones involucradas son ponderadas y promediadas respecto a la posición geodésica del BM y época de referencia de la estimación, según respectivas funciones covarianza espacio-tiempo empírica y modelada de tipo exponencial determinadas en el proceso de acuerdo a la estadística de la correlación entre las observaciones. En general, las observaciones SWOT consideradas aquí muestran longitudes medias de correlación de 0.17 km en distancia y 18.7 días en tiempo. Así, la LSP produce un estimado óptimo y su error para la cota del BM a partir de las mediciones SWOT. En el caso del BM 743, la estimación de la cota por LSP es 3.9 cm menor al valor sintético predicho por la regresión. Su error asociado, ±30.8 cm, parece alto, sin embargo hay que entenderlo como un valor que representa la variabilidad de las observaciones de altura SWOT sobre áreas promedio de 100x100m donde el terreno cambia en elevación significativamente con alta-frecuencia. Por tanto, un criterio más preciso sobre la calidad de la estimación de la cota del BM por LSP con datos SWOT es observar la diferencia absoluta entre este valor y su correspondiente sintético, ver Figura 4;
v) si la diferencia entre el valor de la cota del BM estimado por LSP con datos SWOT y la cota sintética predicha por regresión para la época de referencia 2026.1384, es menor a ±10 cm (calidad media de las observaciones SWOT para alturas de aguas superficiales continentales), ambas determinaciones se combinan para producir un estimado final de la cota y su error. Tal procedimiento debe verse como un fino ajuste/corrección de la determinación SWOT empleando la información histórica de subsidencia disponible para el sitio. Este fue el caso del BM 743 donde la estimación final de su cota fue 53.8726 m ± 0.0199 m, sobre el nivel medio del Lago de Maracaibo, ver Figura 4;
vi) finalmente, la cota definitiva del BM para la época 2026.1384 se compara con aquella referida a la época inmediatamente anterior 2012.0, para entonces determinar el posible hundimiento por subsidencia. En el caso del BM 743, esta deformación resultó ser practicamente 0 m (-0.0004 m), ratificando el comportamiento estable del sitio ya reportado en las campañas anteriores de nivelación PDVSA para subsidencia COLM-Edo. Zulia, ver Figura 4. Concluye el cálculo con la generación de un plot GMT donde se representan las observaciones SWOT y la posición del BM en el área de estudio, y los resultados finales de la estimación de la cota, ver Figura 2.
Todo este proceso lo realiza el software GGenLUZ elevCOLMswot_v1.1.yab/.exe (Figura 6) en aprox. 15 minutos de tiempo computacional por BM aislado, sobre una laptop actual de rendimiendo moderado con chip Intel(R)Core(TM) i7-11370H@3.30GHz).
Figura 4. Resultados de la determinación de la cota de terreno del BM PDVSA 743 para la época media 2026.1384 con el software GGenLUZ elevCOLMswot_v1.1.yab/.exe [Acuña, 2026], utilizando mediciones altimétricas satelitales WSE_raster SWOT [https://swot.jpl.nasa.gov/data/] disponibles en su entorno. Las cotas estimadas con elevCOLMswot_v1.1.yab/.exe no son predicciones de un software de simulación, por el contrario, son determinaciones precisas -óptimas- de alturas físicas de superficie (H) basadas en mediciones geodésicas reales, masivas y de alta exactitud.
Otro ejemplo interesante refiere a la determinación de la cota SWOT del BM/GPS PDVSA 212A (212A), ver Figura 5.
Figura 5. Determinación de la cota de terreno del BM PDVSA 212A (212A), época 2026.1386, -ubicado en zona de deformación por subsidencia-, utilizando altimetría SWOT con elevCOLMswot_v1.1.yab/.exe.
A diferencia del caso anterior (BM 743), el BM 212A se encuentra en una zona de Lagunillas sometida a significativa deformación por subsidencia, a saber, de -0.03 cm/año [Acuña, 2013].
La aplicación del proceso de estimación (antes descrito) de la cota del BM 212A para la época 2026.1384 utilizado observaciones SWOT arrojó los siguientes resultados:
Cota sintética predicha: -4.5547 m.
No. observaciones WSE_raster: 55
Cota SWOT: -4.4686 m ± 0.2901 m.
Cota definitiva combinada: -4.5117 m ± 0.0430 m.
Subsidencia (2012.0 -> 2026.1): -0.1796 m.
En este caso, las determinaciones sintética y SWOT de la cota del BM 212A difieren en -8.6 cm, siendo un poco más alta la cota resultante con los datos SWOT. La diferencia se mantiene dentro de la calidad media de ±10 cm para datos SWOT continentales. De nuevo, los resultados ratifican la significativa deformación por subsidencia del sitio, que para la época media 2026.1384 (febrero, 2026) se estima sea -17.96 cm.
Los casos de estimación anteriores de cotas (BMs 743 y 212A) son excelentes ejemplos de las determinaciones de alta-precisión que pueden realizarse con observaciones altimétricas SWOT y el software GGenLUZ elevCOLMswot_v1.1.yab/.exe [Acuña, 2026] en la zona de subsidencia de la COLM-Edo. Zulia. Así, el método de estimación implementado en el software posibilitaría obtener una solución total de la red de nivelación convencional PDVSA para subsidencia en tierra (aprox. 2178 BMs), en ca. de 5 días hábiles de trabajo computacional, para cualquier época de referencia entre 2024.0 y la actualidad, con una elevada precisión de pocos centímetros, de forma remota sin necesidad de realizar mediciones de campo, y a un costo que se estima sea entre un 8% y 10% del necesario para medir convencionalmente esa inmensa red de nivelación.
. . . "Las cotas estimadas con elevCOLMswot_v1.1.yab/.exe no son predicciones de un software de simulación, por el contrario, son determinaciones precisas -óptimas- de alturas físicas de superficie (H) basadas en mediciones geodésicas reales, masivas y de alta exactitud".
En futura publicación de este blog, GGenLUZ mostrará el impacto de la deformación por subsidencia en la COLM-Edo. Zulia para el periodo 2012.0 - 2026.5, como estimado por la nueva versión de su software elevCOLMswot_v2.0.yab/.exe empleando observaciones 'reales' altimétricas SWOT y el modelo del geoide nacional de alta-resolución VGM25v1.0 [Acuña, 2025].
Figura 6. Software GGenLUZ elevCOLMswot_v1.1.yab/.exe [Acuña, 2026].
Una versión DEMO de elevCOLMswot_v1.1.yab/.exe está disponible en el siguiente enlace:
Un comentario para finalizar. El método de estimación de cotas con datos altimétricos SWOT aquí descrito es también una valiosa herramienta que en zonas estables puede complementar e incrementar la calidad de la determinación por GNSS-nivelación de alturas físicas en vértices geodésicos medidos con posicionamiento satelital de precisión en Venezuela.
Más información en:
Acuña, G. (2026): Determinación de elevaciones de terreno en estaciones de nivelación (BMs) PDVSA para control de subsidencia en la COLM-Edo.Zulia, mediante altimetría satelital radar-interferométrica-ráster SWOT de alta-resolución 100x100m. Tópicos de Geodesia Geométrica. Abril 19-25, 2026. Cátedra Geodesia Geométrica (GGenLUZ). Dpto. de Geodesia Superior. Esc. de Ingeniería Geodésica. Fac. de Ingeniería. Universidad del Zulia (LUZ). Maracaibo, Venezuela.
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