Μελέτη και επεξεργασία των δεδομένων της δορυφορικής αποστολής GOCE και προσέγγιση του πεδίου βαρύτητας της Γης σε περιφερειακή και παγκόσμια κλίμακα:
Creators: name: Πυρετζίδης, Δημήτριος ΝΙκολάου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2014
Subjects: Δορυφορική αποστολή GOCE
Δορυφορική βαθμιδομετρία
Πεδίο βαρύτητας
Satellite mission GOCE
Satellite gravity gradiometry
Gravity field

description: Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία εκπονήθηκε από τον φοιτητή Πιρετζίδη Δημήτριο στην κατεύθυνση «Σύγχρονες Γεωδαιτικές Εφαρμογές» του Μεταπτυχιακού Προγράμματος Σπουδών με τίτλο «Γεωπληροφορική» του Τμήματος Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών της Πολυτεχνικής Σχολής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης υπό της επίβλεψη του Καθηγητή Ηλία Ν. Τζιαβού. Ο τίτλος της εργασίας είναι «Μελέτη και επεξεργασία των δεδομένων της δορυφορικής αποστολής GOCE και προσέγγιση του πεδίου βαρύτητας της Γης σε περιφερειακή και παγκόσμια κλίμακα». Οι λόγοι που ώθησαν στην επιλογή του συγκεκριμένου θέματος στηρίζονται κυρίως στην πρωτοτυπία του αντικειμένου μελέτης, το οποίο αποτελεί ερευνητικό τομέα αιχμής σε Πανεπιστήμια και Ερευνητικά Ινστιτούτα παγκοσμίως. Κατά συνέπεια, πολλά από τα στάδια μελέτης και τις μεθοδολογίες επεξεργασίας που περιλαμβάνονται στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία αποτελούν αντικείμενο έρευνας σε διεθνές επίπεδο. Για την επιλογή του τρόπου εργασίας και με σκοπό την αποσαφήνιση ορισμένων πρακτικών ζητημάτων και την ολοκλήρωση του υπολογιστικού μέρους έγινε εκτενείς έρευνα στην ξενόγλωσση και ελληνική βιβλιογραφία. Ένας δεύτερος παράγοντας που συνέβαλε καθοριστικά στην επιλογή του θέματος αυτού είναι η περαιτέρω μελέτη της μεθόδου της δορυφορικής βαθμιδομετρίας και η εφαρμογή της, μέσω της επεξεργασίας των προϊόντων της, σε θέματα Φυσικής Γεωδαισίας. Μοναδική πηγή δεδομένων της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας αποτελούν οι παρατηρήσεις του δορυφόρου GOCE. Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία αποτελείται από έξι κεφάλαια και δύο παραρτήματα στα οποία εμπεριέχονται συμπληρωματικά στοιχεία και επιπρόσθετες πληροφορίες που σχετίζονται με τα διαδικαστικά στάδια της εργασίας. Το Κεφάλαιο 1 αποτελεί την εισαγωγή της παρούσας μελέτης, όπου παρουσιάζεται ο σκοπός και αναφέρονται οι κυριότεροι στόχοι της μεταπτυχιακής εργασίας. Επίσης, γίνεται μια σύντομη αναφορά στη μεθοδολογία, τις βιβλιογραφικές πηγές και τα προγράμματα που χρησιμοποιήθηκαν για την ολοκλήρωση της μελέτης. Στο Κεφάλαιο 2 γίνεται η ανάλυση του θεωρητικού υποβάθρου το οποίο είναι απαραίτητο για την κατανόηση των μετέπειτα υπολογιστικών σταδίων της εργασίας. Πιο συγκεκριμένα παρουσιάζονται οι εισαγωγικές έννοιες του δυναμικού της βαρύτητας και των παράγωγων μεγεθών του, το θεωρητικό υπόβαθρο της διαστημικής βαθμιδομετρίας και τα βασικότερα χαρακτηριστικά της διαστημικής αποστολής GOCE. Στο Κεφάλαιο 3 γίνεται ο σχολιασμός των δεδομένων που χρησιμοποιήθηκαν για το υπολογιστικό μέρος της μεταπτυχιακής εργασίας. Αναλυτικότερα, γίνεται αναφορά στα προϊόντα της αποστολής GOCE που χρησιμοποιήθηκαν, στην επιλογή του τρόπου φιλτραρίσματος των πρωτογενών βαθμίδων βαρύτητας και στη μεθοδολογία για την τελική επεξεργασία των δεδομένων. Στο Κεφάλαιο 4 περιγράφεται η διαδικασία της προβολής του πλήρη τανυστή των βαθμίδων βαρύτητας στην επιφάνεια μιας μέσης σφαίρας. Επίσης, δίνεται το θεωρητικό υπόβαθρο σχετικά με την προς τα κάτω επέκταση των βαθμίδων βαρύτητας με αναλυτική παρουσίαση των μαθηματικών σχέσεων που είναι αναγκαίες για το σκοπό αυτό. Στο Κεφάλαιο 5 γίνεται η παράθεση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν από την επεξεργασία των δεδομένων μιας ημέρας, ενός μήνα και 16 μηνών. Πιο συγκεκριμένα, δίνονται τα αποτελέσματα της εφαρμογής και αξιολόγησης του υπό μελέτη φίλτρου και των διαφόρων μεθοδολογιών μετασχηματισμού των βαθμίδων βαρύτητας στο Τοπικό Σύστημα Αναφοράς. Στο Κεφάλαιο 6 γίνεται η παρουσίαση και ο σχολιασμός των τελικών συμπερασμάτων της μεταπτυχιακής εργασίας όσον αφορά τη διαδικασία της συνολικής επεξεργασίας των δεδομένων του δορυφόρου GOCE. Στο Παράρτημα Α η γίνεται παρουσίαση και ανάλυση του λογισμικού που αναπτύχθηκε σε περιβάλλον Visual Basic 6.0 με σκοπό την προεπεξεργασία των αρχείων με τα προϊόντα του δορυφόρου GOCE. Στο Παράρτημα Β παρουσιάζονται αναλυτικά οι μαθηματικές σχέσεις των μερικών παραγώγων για την εύρεση των βαθμίδων βαρύτητας του κανονικού δυναμικού έλξης σε σειρά σφαιρικών αρμονικών όρων.
description: The present Master of Science Thesis entitled "Study and data processing of GOCE satellite mission and approximation of the gravity field of the Earth in global and regional scale" has been prepared for the completion of the Specialization Program “Modern Geodetic Applications” of the Graduate Studies Program “Geoinformatics” of the School of Rural and Surveying Engineering of the Aristotle University of Thessaloniki by the graduate student Dimitrios Piretzidis, under the supervision of Professor Ilias N. Tziavos. With the preparation and launch of GOCE satellite mission, the scientific community had the chance to explore the relatively new measuring technique of satellite gravity gradiometry. The observables of this new method in the case of GOCE mission is the full tensor of gravity gradients along with other data sources. The determination of the full gravity tensor is possible through a three-axis gradiometer, which measures the six gravity gradient components in a specific reference frame, called Gradiometer Reference Frame. The restricted measurement bandwidth of the gravity gradiometer results in many limitations and practical computational issues regarding both the data preprocess and the subsequent treatment of gravity gradients in geodetic applications. Consequently, it is of great importance that proper filter methodologies should be considered in order to avoid the projection of large errors into the transformed gradient tensor. The main purpose of this Thesis is to study the most important products of GOCE satellite which include gradiometer, SST and star tracker observations and measurements. Additionally, the performance of different processing techniques concerning gravity gradients is also examined. The aim of this process is twofold, i.e., to filter the raw gravity gradient data in order to minimize the gradiometer errors, and then to transform the full gradient tensor in a local reference frame for a better consistency with other data sources. The present thesis consists of six chapters and two appendices. The first chapter contains the introduction of the Thesis where the main objective and aims of this work are analyzed. The second chapter analyzes the fundamental theoretical background required for the computational stages. The third chapter is dedicated to the examination of the data used in the present Thesis. The forth chapter contains all the necessary information regarding the projection of the full gravity gradient tensor to a mean sphere as well as the upward/downward continuation of the gravity gradients. The fifth chapter contains the results of all computations carried out in the present study. The sixth chapter summarizes the final conclusions concerning the GOCE data, the accuracy of the filtered gravity gradients and the processing methodologies examined. Several suggestions for future work are also pointed out. The Appendix A deals with the presentation and analysis of the software “GOCE File Converter” developed in Visual Basic 6.0 for the preprocessing of GOCE data. The Appendix B contains all the mathematical computations carried out in order to find the expressions of the second order derivatives of the normal potential in terms of spherical harmonic functions.