Υπολογισμός αποχής του γεωειδούς από ορθομετρικά υψόμετρα ακριβείας και γεωμετρικά υψώμετρα με χρήση διασυνδεδεμένων αισθητήρων GNSS/INS/DMI. Εφαρμογή στον σιδηροδρομικό άξονα Λιόσια-Κινέττα

Abstract

Κύριος στόχος της Διπλωματικής εργασίας αποτελεί η εκτίμηση της αποχής γεωειδούς κατά μήκος της τομής που ορίζεται από τον σιδηροδρομικό άξονα της Προαστιακός Α.Ε. Λιόσια – Κινέττα. Ο υπολογισμός στηρίζεται σε ορθομετρικά υψόμετρα ακριβείας που προέρχονται από τα κατασκευαστικά σχέδια της γραμμής και αφετέρου, γεωμετρικά υψόμετρα τα οποία υπολογίσθηκαν διατρέχοντας το τμήμα της γραμμής με κατάλληλα διαμορφωμένο όχημα και χρήση διασυνδεδεμένων γεωδαιτικών αισθητήρων. Συγκεκριμένα η καταγραφή των μετρήσεων έγινε με τη χρήση ολοκληρωμένου συστήματος SPAN της Novatel, το οποίο περιλαμβάνει αισθητήρες δορυφορικού εντοπισμού (GNSS), αδρανειακό σύστημα (INS) και ψηφιακό οδόμετρο ακριβείας (DMI). Οι εργασίες πεδίου περιλαμβάνουν εξοικείωση με το ολοκληρωμένο σύστημα SPAN μέσω δοκιμαστικών καταγραφών, συλλογή δεδομένων στο τμήμα μελέτης σε μετάβαση και επιστροφή, καθώς και επιπλέον μετρήσεις σε μεμονωμένο σημείο για την αρτιότερη τεκμηρίωση της λύσης κινηματικού εντοπισμού. Ειδικότερες εργασίες αφορούν στο σχεδιασμό του πειράματος καταγραφής δεδομένων που περιλαμβάνει κωδικοποιήσεις των ορθομετρικών υψομέτρων που διατέθηκαν, εγκατάσταση του ολοκληρωμένου συστήματος SPAN στο όχημα καταγραφής και επιλογή των θέσεων των σταθμών αναφοράς. Στο στάδιο επεξεργασίας των μετρήσεων περιλαμβάνεται επίλυση και ποιοτικός έλεγχος του κινηματικού εντοπισμού, ο υπολογισμός γεωμετρικών υψομέτρων κατά μήκος της τροχιάς κίνησης, καθώς και της αποχής του γεωειδούς με χρήση των γνωστών ορθομετρικών υψομέτρων. Για το σκοπό αυτό συστάθηκε κατάλληλο λογισμικό διαχείρισης και ανάλυσης πρωτογενών δεδομένων. Ο υπολογισμός της αποχής του γεωειδούς από βαρυτικά μοντέλα αφορά στα παγκόσμια μοντέλα γεωειδούς EGM’96 και EGM’08. Από την ανάλυση και συγκριτική αντιπαράθεση της αποχής του γεωειδούς από τα μετρημένα υψόμετρα και βαρυτικά μοντέλα προκύπτει μια συγκεκριμένη διαφορά της τάξης των 40 cm μεταξύ των δύο εκτιμήσεων σε όλο το μήκος της διαδρομής.

The aim of this work is to compute the profile of geoid separation (undulation) along a sample cross-section in Central Greece and its cross-comparison with the estimations derived by Earth Geopotential Models. In our approach the cross-section used in this study coincides with the railway track from Liosia to Kineta stations (~ 50 km long) of the suburban railway connecting the metropolis of Athens with north Peloponnesus. This assumption facilitates for precise orthometric heights along the rail tracks. Moreover, geometric heights are easy to be computed on the very same track based on GNSS techniques; thus a true value of geoid separation can be computed. Navigational data were acquired using a suitably modified railway vehicle in collaboration with the National Railway Company. Filed work involved setting up the geodetic sensors on the vehicle, preliminary testing of the system and data acquisition. More specifically, the positioning system comprises three GNSS (L1/L2) receivers, a high accuracy inertial unit and a distance measuring instrument. All various sensors were connected and operated through SPAN system, supplied by NovAtel. Prior to data collection, a dimensional survey was undertaken to compute the lever-arms between sensors, so that all measurements are reduced to a pre-defined point. Data processing involves vehicle positioning in post-processing mode and its associated quality measures. At a next stage, the vehicle trajectory was reduced on the rail track axis supplied in the as-built plans; hence a direct computation of geoid separation was produced. Therefore, the computed profile from the recorded trajectory was directly compared with the geoidal separation obtained from the EGM’96 and EGM’08 geopotential models. The conclusions drawn from such a comparison reveal a systematic difference (or the order of ~ 40 cm) between measured and estimated values. More importantly, the slope of the two geoidal separation curves nearly equals each other, suggesting that global geopotential models (especially EGM’08) can sufficiently describe the local variation in the geoidal separation.