VDTM15: Modelo Digital de Terreno (DTM) LGFS-LUZ de ultra-alta-resolución (90x90m) para áreas marinas y continentales de Venezuela, y zonas adyacentes

Investigación, Datos/Soluciones/Modelos, Software - VDTM15

VDTM15 (Venezuelan Digital Terrain Model 2015) es un modelo digital de terreno de ultra-alta-resolución, i.e., 3” (~90m×90m), para las áreas marinas, insulares y continentales de Venezuela, y zonas adyacentes [Acuña, 2016a]. El modelo cubre una zona geográfica de 24°×24°, aprox. 15.863.481 km², como definida entre los límites 2°S–22°N y 77°W–53°W; ver Figura 1.

Figura 1. DTM de ultra-alta-resolución (90x90m) del LGFS-LUZ para Venezuela y zonas adyacentes.

VDTM15 ha sido producido por el LGFS-LUZ a través de la cátedra Geodesia Geométrica, 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” [Acuña et al., 2015]. El modelo es uno de los principales conjuntos de datos utilizados para el cálculo de la última versión –2015– del geoide venezolano VGM15 [Acuña, 2016b].
 
Un total de 829.497.601 valores digitales de elevaciones de terreno y batimetría, referidos en posición al elipsoide GRS80 [Moritz, 2000] / WGS84 [NIMA, 2004], y en altura al nivel del geoide EGM96 [Lemoine et al.,1998], conforman a VDTM15. Éste se basa, en principio, en los datos de 3” de resolución de la misión de topografía radar SRTM [Farr et al., 2007] de la NASA [http://www2.jpl.nasa.gov/srtm/]; y en la batimetría global SIO de 15” de resolución [http://topex.ucsd.edu/marine_topo/] derivada de la fusión de datos altimétricos satelitales multimisión y de sondeos marinos de profundidad [Smith y Sandwell, 1997], [Sandwell et al., 2014].
 
VDTM15 registra las variaciones de alta-frecuencia en la topografía continental y del fondo oceánico de la región del Caribe oriental y norte de Suramérica, en un rango entre los 5.687 m de altura en la Sierra Nevada de Santa Marta, Colombia y los 8.497 m de profundidad en la fosa oceánica de Puerto Rico; ver Figuras 1, 2 y 3.

Figura 2. Península de Paraguaná en VDTM15.

Figura 3. Penísula de Paria en VDTM15.

En la producción de VDTM15, los datos SRTM3_V2.1 [https://dds.cr.usgs.gov/srtm/version2_1/SRTM3/] fueron complementados en zonas marinas con la batimetría del modelo SRTM15_PLUS_V1 [Sandwell et al., 2014; ftp://topex.ucsd.edu/pub/srtm15_plus/], así como en áreas continentales; al contener información ASTER_GDEM [https://lpdaac.usgs.gov/dataset_discovery/aster/aster_products_table/astgtm_v002], SRTM15_PLUS fue utilizado para reparar celdas sin información (vacíos o voids) en los datos SRTM3_V2.1 de la región.

En áreas terrestres, VDTM15 muestra diferencias (tipo H-Hdtm) min., máx., media y rms de -15m, 10m, -2m y ±4m, respectivamente, en 1.257 estaciones con elevaciones conocidas (vértices de triangulación y de nivelación de 1er. orden) como referidas al datum vertical nacional La Guaira. En regiones marinas y lacustres, VDTM15 presenta diferencias min., máx., media y rms de -58m, 55m, -1m y ±19m, respectivamente, en 65.979 sondeos de profundidad señalados en las principales cartas náuticas del país [http://www.ochina.gov.ve/].

Con VDTM15 también se suministra el software VDTM15intp.v1.0.yab/.exe. Éste es un programa que permite extraer por interpolación vía splines bi-cúbicas, elevaciones de terreno y batimetría VDTM15 para puntos (discretos o en cuadrícula geográfica) con latitud / longitud en el datum SIRGAS-REGVEN (compatible con GRS80 y/o WGS84); ver Figura 4.

Figura 4. Software de interpolación VDTM15intp.v1.0.yab/.exe.

VDTM15intp.v1.0.yab/.exe funciona en modo DEMO hasta tanto el usuario adquiera a través del Laboratorio de Geodesia Física y Satelital (LGFS) de La Universidad del Zulia (LUZ) una licencia, para lo cual aplican ciertos montos de inversión. En modo DEMO, la impresión de los resultados del programa está limitada a cifras de precisión métrica, correspondientes a sólo una estación.

VDTM15intp.v1.0.yab/.exe es una aplicación científica del LGFS-LUZ que se ofrece libre (en modo DEMO) a la comunidad geodésica del país pero sin ningún compromiso de garantía. Tanto el autor del software / modelo como el LGFS-LUZ no se hacen responsables por la utilización, adecuada o nó, que los usuarios hagan del programa, ni de las consecuencias que sus resultados puedan generar.

El modelo VDTM15 y su software de interpolación VDTM15intp.v1.0.yab/.exe, contenidos en un archivo .ZIP de 884.6 MB, pueden descargarse a través del siguiente enlace:

https://mega.nz/#!FdNylbqa!71cmxVhqMe_CbP08VdyItrQr1p2WHoaXCmZ_a-hwavo

En la actualidad, la cátedra Geodesia Geométrica y el LGFS-LUZ trabajan en la producción de la próxima versión (2017) de VDTM. Ésta se tiene previsto que tenga resolución de 1" (~30m×30m) basada en los recientes datos globales SRTMGL1_V003 desclasificados por NASA [Kobrick y Crippen, 2013], [https://doi.org/10.5067/MEaSUREs/SRTM/SRTMGL1.003]. Se espera que este nuevo DTM nacional contribuya al mejoramiento de la también próxima versión del modelo geoidal para Venezuela, el VGM17.

SynthGeopC.v2.0: Software LGFS-LUZ para la determinación de funcionales del campo de gravedad terrestre a partir de coeficientes armónicos esféricos del geopotencial

Software, Investigación - SynthGeopC.v2.0.yab/.exe

SynthGeopC.v2.0.yab/.exe permite la determinación (o synthesis) de ondulaciones del geoide, anomalías de altura, anomalías de gravedad, deflexiones de la vertical (xi, eta), potencial -centrífugo, -normal, -gravitacional, -anómalo y -de gravedad, gradiente de gravedad, g total y otros funcionales del campo de gravedad terrestre a partir de coeficientes armónicos esféricos del geopotencial y de la topografía/batimetría global, p.ej., provenientes de modelos como EGM96 [Lemoine et al.,1998], EGM2008 [Pavlis et al., 2012] y EIGEN-6C4 [Förste et al., 2014], y DTM2006.0 [Pavlis et al., 2007], respectivamente.                     

Para la determinación de los funcionales del campo de la gravedad, SynthGeopC.v2.0.yab/.exe emplea, además de las constantes y coeficientes armónicos esféricos de los modelos geopotenciales antes señalados, a) los parámetros (a, GM, f ó J2, omega) de los sistemas de referencia geodésicos GRS80 [Moritz, 2000], WGS84 [NIMA, 2004] y PZ-90.11 [MTD-RF, 2014] para establecer el elipsoide de nivel y campo de gravedad normal de referencia; b) los mejores estimados para las constantes geodésicas GM (constante gravitacional geocéntrica), W0 (potencial de gravedad en el geoide), omega (velocidad angular media de rotación terrestre) y R (radio medio terrestre) [Groten, 2000], todos los anteriores definidos en principio en el sistema de marea "tide-free" [Petit y Luzum, 2010]; y c) las fórmulas de la expansión armónico-esférica del campo de la gravedad global normal y real [Heiskanen y Moritz, 1967], [Hofmann-Wellenhof y Moritz, 2006], [Torge y Müller, 2012], [Sansò y Sideris, 2013], [Smith, 1998]. Con esta información, SynthGeopC.v2.0.yab/.exe calcula los funcionales para posiciones geodésicas en la superficie terrestre (phi, lamda, h) de vértices específicos (puntos discretos) o en puntos dispuestos en una cuadrícula geográfica definida por el usuario.

SynthGeopC.v2.0.yab/.exe es una aplicación científica del LGFS-LUZ que se ofrece libre (en modo DEMO) a la comunidad geodésica del país pero sin ningún compromiso de garantía. Tanto el autor del software como el LGFS-LUZ no se hacen responsables por la utilización, adecuada o nó, que usuarios hagan del programa, ni de las consecuencias que sus resultados puedan generar.

SynthGeopC.v2.0.yab/.exe ejecutándose en modo DEMO, calcula con los modelos globales armónico-esféricos del geopotencial (EGM96, EGM2008 ó EIGEN-6C4) y de la topografía/batimetría (DTM2006.0), y los mejores estimados actuales para las constantes GM, W0, omega y R, los funcionales del campo de la gravedad (real, anómalo y normal) y los parámetros geométricos y físicos del sistema de referencia geodésico seleccionado (GRS80, WGS84 ó PZ-90.11), con calidad total (doble-precisón extendida), pero siempre correspondiendo a la posición geodésica 3D SIRGAS-REGVEN(1995) de la estación A281, i.e., el vértice de nivelación del IGVSB de 1er. orden BM A.281.BIS.R ubicado en la cima del Pico El Águila a 4048,267 msnm, en el Edo. Mérida, Venezuela.   

Los modelos globales EGM96, EGM2008, EIGEN-6C4 y DTM2006.0, y el software SynthGeopC.v2.0.yab/.exe, contenidos en un archivo .ZIP de 174.1 MB, pueden descargarse a través del siguiente enlace:

https://mega.nz/#!pA9jSaxY!EorDMAeGQzdKP6-nqMHm_K4O1OH7o0miu1pOy_Sz8MQ

VGM15: versión 2015 del geoide venezolano, último modelo geoidal para el país calculado por el LGFS-LUZ

Datos/Soluciones/Modelos, Investigación, Software - VGM15: Venezuelan high-resolution Geoid Model 2015

Continuando la producción de la serie VGM de modelos nacionales del geoide para Venezuela y zonas adyacentes del Caribe oriental, generada por el LGFS-LUZ (www.lgfs.luz.edu.ve) a través de su cátedra Geodesia Geométrica (ggenluz.blogspot.com); esta unidad académica y de investigación de LUZ, pone a disposición de la comunidad geodésica del país, la última versión (2015) del geoide venezolano, a saber, el modelo VGM15: Venezuelan high-resolution Geoid Model 2015 [Acuña, 2016], ver Figura 1.

Figura 1. Modelo geoidal venezolano VGM15.

    
VGM15 ha sido calculado en el LGFS-LUZ durante el segundo semestre del 2016, como parte de las actividades científicas 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” [Acuña et al., 2015]. Este modelo incluye varios millones de relevantes datos geodésicos disponibles en la región hasta finales del 2015. VGM15 es consistente con la nueva realización del marco geodésico nacional de referencia REGVEN2015, datum SIRGAS-REGVEN(2015), i.e., solución ITRF2014/época 2015.5/elipsoide GRS80.

VGM15, al igual que sus versiones anteriores VGM02, VGM03, VGM05, VGM08, VGM10 y VGM12, es un modelo geoidal híbrido, i.e., en principio calculado como un geoide gravimétrico que luego es ajustado mediante colocación por cuadrados mínimos (LSC) al sistema vertical nacional para alturas (datum La Guaira) mediante varios cientos de estaciones GPS/nivelación distribuidas en el país. VGM15 representa una mejora significativa en la determinación del geoide nacional respecto a la versión anterior VGM12, además de haber sido calculado especialmente para su utilización en el contexto geodésico/cartográfico asociado con la inminente adopción (1er. trimestre de 2017) del nuevo control geodésico basico de la nación, datum SIRGAS-REGVEN(2015).

El aumento de precisión reflejado en VGM15 respecto a otros modelos geoidales disponibles actualmente en el país, radica en la utilización en su cálculo de una mayor cantidad de datos geodésicos, permanentemente actualizados y mejorados en calidad y resolución espacial, y en el refinamiento constante del proceso de estimación del modelo. Así, ahora la base de VGM15 la conforma la combinación de los modelos geopotenciales globales EIGEN-6C4(n,m=0-370) y EGM2008(n,m=371-2190). El uso de EIGEN-6C4, al contener la totalidad de los datos diarios (837+422 días) de la misión de gravedad satelital GOCE, entre otros datos (p.ej., LAGEOS, GRACE, EGM2008 y DTU), mejora aún más el rendimiento de EGM2008 como modelo de referencia, ya reportado en VGM12.

VGM15 también utiliza en su determinación otros varios millones de datos geodésicos distribuidos como: elevaciones de terreno y batimetría de los modelos globales SRTM30plusV11.0, SRTM15plusV1.0 y SRTM3v2.1; anomalías medias de gravedad marina de 1'×1' por altimetría satelital de los modelos globales S&Sv23.0 y DTU15; anomalías de gravedad terrestres puntuales y de sondeos marinos de bases de datos nacionales (LGFS-LUZ/IGVSB/PDVSA) e internacionales (BGI/NGA); y 545 estaciones GPS/nivelación medidas en el país. Esta información fue integrada usando el software GRAVSOFT, a través del cual VGM15 se calculó vía la determinación del cuasigeoide empleando las técnicas RTM y 1D-FFT, para luego ser corregido por términos N-Z, considerando además los efectos de compensación isostática del modelo de topografía residual. Posterior a la LSC, VGM15 ajusta al sistema nacional de alturas con RMS de ± 12 cm y precisión relativa de 1.54 ppm; esto equivale a una incertidumbre de ± 1.54 mm por km para procedimientos diferenciales de nivelación-GPS(GNSS), en aquellas zonas donde el control de VGM15 por mediciones GPS sobre vértices de nivelación de 1er. orden fue posible (ca. del 70% del país).

Tal como se aprecia en la Figura 1, VGM15 abarca un área de 20°×20°, i.e., entre 0°N-20°N y 285°E-305°E, siendo producido para esta versión del 2015 con tres diferentes resoluciones espaciales: una alta-resolución (estándar) de 1×1km, una cuasi-ultra-alta-resolución de 450×450m, y una ultra-alta-resolución de 90×90m. VGM15 con la primera de las resoluciones se distribuye en un único archivo binario GMT .GRD que cubre la zona total del modelo; VGM15 con la segunda de las resoluciones se distribuye en forma de 16 archivos binarios GMT .GRD de 5°×5°; y VGM15 con la tercera y mayor de las resoluciones espaciales se distribuye en forma de 400 archivos binarios GMT .GRD de 1°×1°.

Con VGM15 también se suministra el software VGM15intp.yab/.exe_v1.0, ver Figura 2. Éste es un programa que permite extraer por interpolación vía splines cúbicas, alturas geoidales (ondulaciones) VGM15 para puntos con latitud/longitud tanto en SIRGAS-REGVEN(1995) como en SIRGAS-REGVEN(2015). VGM15intp.yab/.exe_v1.0 también permite accesar las tres diferentes resoluciones espaciales de VGM15. Dos tipos de ondulaciones produce VGM12intp.yab/.exe_v1.0 por punto calculado, i.e., N_VGM15grav, referida a la versión gravimétrica del modelo VGM15, y N_VGM15vnhs referida a la versión híbrida (final) de VGM15. Ondulaciones geoidales tipo N_VGM15vnhs son las recomendadas para su uso en la generación de alturas físicas en Venezuela (elevaciones de terreno s.n.m.m., datum La Guaira) por medio de la combinación diferencial con alturas elipsoidales obtenidas del GPS u otros GNSS.

Figura 2. Software de interpolación VGM15intp.yab/.exe_v1.0.

VGM15intp.yab/.exe_v1.0 funciona en modo DEMO hasta tanto el usuario adquiera a través del Laboratorio de Geodesia Física y Satelital (LGFS) de La Universidad del Zulia (LUZ) una licencia, para lo cual aplican ciertos montos de inversión. En modo DEMO, la impresión de los resultados del programa está limitada a cifras de precisión decimétrica, correspondientes a sólo una estación y referidas a la versión VGM15 de resolución estándar de 1×1km.

VGM15intp.yab/.exe_v1.0 es una aplicación científica del LGFS-LUZ que se ofrece libre (en modo DEMO) a la comunidad geodésica del país pero sin ningún compromiso de garantía. Tanto el autor del modelo/software como el LGFS-LUZ no se hacen responsables por la utilización, adecuada o nó, que los usuarios hagan del programa, ni de las consecuencias que sus resultados puedan generar.

El modelo VGM15 y su software de interpolación VGM15intp.yab/.exe_v1.0, contenidos en un archivo .ZIP de 34.2 MB, puede descargarse a través del siguiente enlace:

https://mega.nz/#!MQUkQDbQ!VkBedMi7N-SU4HN25nPLg-F502RFYp4G2BNdc3aOX50

Una versión mejorada (v2.0, Enero 2017) del modelo VGM15 de resolución estándar de 1×1km (geoides gravimétrico VGM15grav.v2.0 e híbrido VGM15hyb.v2.0, y el software de interpolación VGM15intp.v2.0.yab/.exe), finamente ajustada al nivel del geoide global dado por la constante W₀ = 62.636.856,0 m²s^-2 (potencial de gravedad en el geoide) según [Petit y Luzum, 2010], como contenida en un archivo .ZIP de 38.4 MB, puede descargarse a través del siguiente enlace:

https://mega.nz/#!pBcxmJha!E_c3ExwbS5k3l8qTRXwnuBzTo7nzeggh0-kz6TORUNE 

Este valor de la constante W₀  es el estimado global que mejor coincide con el nivel de la realización nacional (convencional) del geoide dada por el nivel medio del mar determinado en el mareógrafo de La Guaira (1953-1971) [SAGCN/MARNR, 1996], datum vertical vigente en Venezuela para su sistema nacional de alturas [Acuña, 2016].