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

Abstract

Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι ο υπολογισμός της απόκλισης του γεωειδούς στο τμήμα της σιδηροδρομικής γραμμής Κινέττα – Κιάτο της Προαστιακός ΑΕ, με τη βοήθεια γνωστών ορθομετρικών και μετρημένων γεωμετρικών υψομέτρων. Τα ορθομετρικά υψόμετρα προέρχονται από τα κατασκευαστικά σχέδια της σιδηροδρομική γραμμής. Τα γεωμετρικά υψόμετρα προέκυψαν από την καταγραφή της σιδηροδρομικής γραμμής, με χρήση ειδικού οχήματος (δρεζίνα) και διασυνδεδεμένους γεωδαιτικούς αισθητήρες δορυφορικού εντοπισμού (GNSS), αδρανειακής μονάδας ακριβείας (INS) και ψηφιακού οδομέτρου (DMI). Η υλοποίηση του έργου περιλαμβάνει μία σειρά από προπαρασκευαστικές εργασίες οι οποίες αποσκοπούν στην εκμάθηση του συστήματος εντοπισμού, στην εγκατάσταση και λειτουργία του στο όχημα καταγραφής, καθώς και στο σχεδιασμό των θέσεων των σταθμών αναφοράς του κινηματικού εντοπισμού. Το αντικείμενο του κυρίως πειράματος περιλαμβάνει τη διεξαγωγή μετρήσεων για τον υπολογισμό των εκκεντροτήτων των αισθητήρων στο όχημα, επισκόπηση της περιοχής μελέτης και τελικά τη συλλογή των δεδομένων κατά μήκος της σιδηροδρομικής γραμμής. Η επεξεργασία των μετρήσεων καταγραφής σε πρώτο στάδιο περιλαμβάνει επίλυση του κινηματικού εντοπισμού του οχήματος στο γραφείο και αξιολόγηση της ποιότητας και πληρότητας της λύσης. Επίσης, περιλαμβάνει τη συγγραφή λογισμικού για τη διαχείριση των δεδομένων και αποτελεσμάτων (μετατροπές συντεταγμένων αναφοράς, δημιουργία ενιαίας τροχιάς κ.α.), καθώς και για τον υπολογισμό της αποχής του γεωειδούς από τα μετρημένα μεγέθη. Το δεύτερο στάδιο επεξεργασίας αφορά στον υπολογισμό της αποχής του γεωειδούς στην περιοχή από τα παγκόσμια μοντέλα EGM’96 και EGM’08. Από την ανάλυση και συγκριτική αντιπαράθεση της αποχής του γεωειδούς από μετρημένα υψόμετρα και βαρυτικά μοντέλα προκύπτει μία 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 Kineta to Kiato 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.