Potencial del geoide nacional VGM25v1.0 para generar cotas precisas en BMs PDVSA de subsidencia mediante nivelación-GPS(GNSS)

Investigación, Extensión, Datos/Soluciones/Modelos

Continuando con las validaciones del geoide nacional VGM25v1.0 [Acuña, 2025a] en diferentes regiones de Venezuela, en esta oportunidad presentamos los resultados de la generación de cotas precisas (alturas físicas de terreno H, datum PDVSA 2004) en BMs de la red GPS PDVSA para el control de la subsidencia en la COLM-Edo. Zulia, empleando el referido VGM25v1.0 a través del procedimiento diferencial de la nivelación-GPS(GNSS) [Acuña, 2025b]; ver Figura 1a.

 

La zona de deformación por subsidencia en la COLM, región donde se extienden las redes de nivelación convencional y GPS de PDVSA para el control geodésico de tal fenómeno (ver Figura 2), es un campo de prueba ideal para accesar la calidad a nivel local de VGM25v1.0. Además de las alturas geoidales proporcionadas por el modelo VGM25v1.0, en la zona está disponible un arreglo de 27 estaciones GPS con alturas niveladas medido con altos estándares de calidad. Las posiciones GPS 3D de las estaciones referidas al ITRF2000(2005.0)/GRS80 se conocen con incertidumbres de ±1-3 mm [LGFS-LUZ, 2005], y sus alturas niveladas con errores de ±1-3 cm [PDVSA, 2004], [LGFS-LUZ, 2013], [Acuña et al., 2013]. La precisión (1-sigma) de VGM25v1.0 se estima sea de ±6 cm [Acuña, 2025a].

 

Utilizando el software VGM25v1.0_intp.bas/.exe [Acuña, 2025b] asociado al modelo geoidal, alturas físicas de terreno (cotas Hgpsniv) fueron generadas por nivelación-GPS para 24 vértices de la red GPS de PDVSA. En el proceso se consideraron como BMs de control fijos en posición y altura a las estaciones GPS 9201, 9202 y 9203, llamadas también BMs profundos, de máxima estabilidad vertical. Estos 3 BMs están ubicados alejados al nor-este de la región, donde se apoya la red de nivelaciòn convencional de subsidencia materializando su datum vertical, compatible con el nivel medio local más bajo del Lago de Maracaibo para la época 1962 [Jaeger et al., 1989].

 

La Figura 1a muestra, a manera de ejemplo, los resultados de la determinación de la cota Hgpsniv = -4.142 ± 0.102 m de la estación GPS 212A (BM PDVSA 212A) por nivelación-GPS. El BM 212A es una de las estaciones más representativas de la red GPS de subsidencia, ubicada próxima a la zona de mayor deformación en Lagunillas. Resultados extendidos para esa estación con otras cantidades geodésicas de interés (p.ej., gravedad total de superficie g, potencial de gravedad Wp, número geopotencial Cp, componentes de la deflexión de la vertical xi, eta, etc.), se presentan en la Figura 1b. La cota anterior comparada con su respectivo valor de altura nivelada Hniv = -4.108 m, como obtenida de la campaña subsidencia 2004 de PDVSA, difiere sólo en -3.4 cm, ver Figura 2.

 

Figura 1a. Resumen de resultados (plot GMT) de la determinación de la cota del BM PDVSA 212A (estación GPS 212A) por nivelación-GPS, utilizando VGM25v1.0_intp.bas/.exe [Acuña, 2025b].

 

Figura 2b. Resultados extendidos (archivo de texto ASCII) de la determinación de la cota del BM PDVSA 212A (estación GPS 212A) por nivelación-GPS, utilizando VGM25v1.0_intp.bas/.exe [Acuña, 2025b].

 

Utilizando el procedimiento aplicado en la estación 212A, en las restantes 23 estaciones de la red GPS fueron generadas respectivas alturas físicas Hgpsniv y entonces comparadas con sus valores de cotas niveladas Hniv. Las diferencias son mostradas en la Figura 3.

 

Figura 3. Diferencias entre alturas físicas Hgpsniv - Hniv en estaciones de la red GPS PDVSA 2005 de control de subsidencia, COLM-Edo. Zulia, empleando el geoide VGM25v1.0 y su software de interpolación.

 

Estadísticas de las diferencias Hgpsniv - Hniv indican que en las 24 estaciones GPS objeto de comparación las discrepancias entre los procedimientos de generación de cotas precisas H por nivelación-GPS y nivelación geodésica convencional muestran para la zona de deformación un valor medio de -5.5 cm, con valores máximo de +4.9 cm y mínimo de -24.8 cm, y variabilidad rms de ±9.0 cm; además es de observar que en el 79% de las estaciones (19/24) las diferencias se mantienen varios centímetros menores al rango de variabilidad rms; ver Figura 3. 

 

Considerando la incertidumbre local promedio del efecto geoidal, i.e., ±9.9 cm, estimada en los procedimientos de nivelación-GPS aplicados, y los errores a-priori de las alturas niveladas y GPS empleadas, la diferencia media encontrada (-5.5 cm) entre las cotas Hgpsniv y Hniv en la red GPS de subsidencia, es a criterio de GGenLUZ, bastante satisfactoria y estadísticamente muy probable. Además, su magnitud es un excelente indicador de la calidad sub-decimétrica del modelo nacional del geoide en el área; el valor también ratifica la validez geodésica del procedimiento GGenLUZ de la nivelación-GPS utilizado aquí para producir alturas físicas de terreno.

 

Las fuertes diferencias en estaciones como 0801, 0011, 012E y 1200 (ver Figura 3) pueden ser resultado de fallas puntuales en el modelo geoidal o de errores en las mediciones GPS o de nivelación convencional. En todo caso, se requiere mayor investigación para identificar inequívocamente y cuantificar tales fuentes de error.

 

Por otro lado, aunque pequeñas en promedio para la red GPS, las diferencias Hgpsniv - Hniv ya reportadas pueden utilizarse ahora en un segundo procedimiento para refinar el ajuste del modelo nacional VGM25v1.0 al área de deformación por subsidencia. De nuevo, empleando predicción por cuadrados mínimos (LSP), las diferencias señaladas se usan entonces para producir una superficie de corrección que mejora el modelo geoidal localmente, y por consiguiente, tiende a minimizar las diferencias Hgpsniv - Hniv. Este proceso fue también ensayado en este caso. Las estadísticas de los resultados obtenidos para las nuevas diferencias "corregidas" Hgpsniv - Hniv fueron: diferencia media = +2.2 cm, diferencia máxima = 12.2 cm, diferencia mínima = -17.6 cm, y variabilidad rms = ±7.8 cm.

 

En términos generales, la mejora introducida por el uso de la superficie de corrección para optimizar el rendimiento local del geoide VGM25v1.0, provocó en la zona de la red GPS que ambos tipos de alturas físicas mostraran mejor coincidencia, en el orden del 60% (de -5.5 cm a 2.2 cm). Esto indica además, que todavía hay mucho margen para mejorar el geoide en el área de estudio, incrementando su precisión y resolución espacial a niveles de ±2-3 cm y 30x30m, respectivamente. Lo anterior impactará positivamente en la producción de elevaciones de terreno H con GPS(GNSS) haciéndolas cada véz más coincidentes en calidad con aquellas obtenidas por la nivelación convencional, y por tanto, cada vez más aptas para derivar estimaciones precisas de subsidencia.

 

Algunos comentarios a manera de resumen y otros en forma de recomendaciones.

Los resultados presentados aquí muestran que utilizando el geoide nacional VGM25v1.0 y el procedimiento de la nivelación-GPS(GNSS) es posible producir, inicialmente, alturas físicas (cotas H) compatibles con alturas por nivelación convencional a un nivel de ±5 cm, para vértices geodésicos de la red GPS PDVSA de control de subsidencia en la COLM-Edo.Zulia.

 

Sin embargo, en algunas estaciones de esa red GPS, diferencias de hasta 2-decímetros han podido verificarse y deben ser objeto de investigación.

 

Las diferencias encontradas entre los 2 tipos de alturas físicas, independientemente de su magnitud, pueden minimizarse logrando un mejor ajuste local del geoide nacional VGM25v1.0 al área de deformación por subsidencia. La mejora en las diferencias puede ser hasta del 60%, de ±5 cm a ±2 cm, aprox.

 

A criterio de GGenLUZ, algunas mejoras en la red GPS PDVSA de subsidencia, en el modelo geoidal y en el procedimiento de nivelación-GPS(GNSS) pueden rápidamente implementarse para incrementar la compatibilidad de las alturas Hgpsniv y Hniv en la zona de deformación. Estas son:

 

a) instalar en la costa vértices geodésicos donde con altimetría satelital multimisión se establezca el nivel medio más bajo del Lago de Maracaibo, compatible con el nivel de referencia de los BMs profundos, de modo que sirvan como estaciones de control vertical fijas, más cercanas a las zonas de deformación, cubriendo la región oeste sin apoyo de las redes de subsidencia;

 

b) calcular un mejorado modelo geoidal para la zona, de ultra-alta-resolución 30x30m y calidad estimada de ±2-3 cm, basado en el nacional VGM25v1.0;

 

c) concluir el procesamiento GPS(GNSS) de la campaña 2007 de la red GPS PDVSA de subsidencia, hasta ahora sin finalizar;

 

d) retomar la medición bianual de las redes de subsidencia (nivelación convencional y GPS) de PDVSA, pausada desde 2012;

 

e) implementar campañas rápidas anuales de densificación para control de subsidencia, sobre BMs seleccionados de mayor interés, basadas sólo en nivelación-GPS(GNSS), empleando posicionamiento diferencial GNSS-RTK combinado con el modelo geoidal local de ultra-alta-resolución estimado para la zona;

 

f) incorporar los resultados de ambos tipos de campañas en el modelo GGenLUZ de deformación para las áreas con subsidencia de la COLM, a saber, el SDM22v1.0 (https://ggenluz.blogspot.com/2022/11/modelo-actual-de-deformacion-del.html) [Acuña, 2023], complementado con valores de deformación generados por altimetría satelital interferométrica SWOT e interferometría satelital diferencial SAR SENTINEL para el periodo 2012-2026. Estimaciones de deformación por subsidencia empleando levantamientos locales con drones fotogramétricos y/o LiDAR pueden también adicionarse; 

 

g) para instalaciones lacustres, la derivación de tasas de subsidencia es inmediata utilizando la combinación episódica del posicionamiento GNSS absoluto estático de punto preciso (GNSS-PPP) de las estructuras petroleras y la estimación del nivel medio cuasi-estacionario del Lago de Maracaibo con altimetría satelital multimisión.

 

Otras recomendaciones técnicas, de nuevo, a criterio de GGenLUZ, existen y siempre es posible discutirlas en profundidad con PDVSA, vista a la mejora de la estimación de subsidencia en la COLM vía las más idóneas técnicas geodésicas de medición disponibles en la actualidad.

Enlace al audio explicativo de la nota técnica realizado con la IA NotebookLM de Google: https://mega.nz/file/Fd1QFCKb#KC7Dy_QRXQ9DN1HF6r5xrqKb1CI0IiL9Z0CbaiZ6pTU 

Más detalles en la siguiente publicación:

Acuña G. (2025): Potencial del geoide nacional VGM25v1.0 para generar cotas precisas en BMs PDVSA de subsidencia mediante nivelación-GPS(GNSS). Tópicos de Geodesia Geométrica. Noviembre 23-29, 2025. Cátedra Geodesia Geométrica (GGenLUZ). Dpto. de Geodesia Superior. Esc. de Ingeniería Geodésica. Facultad de Ingeniería. Universidad del Zulia. Maracaibo, Venezuela.

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