Η συμβολή των τεχνικών SAR και SARin της αποστολής Cryosat-2 στη βελτιστοποίηση του κατακόρυφου συστήματος αναφοράς της Ελλάδας
Creators: name: Αλτιπαρμάκη, Ουρανία Νικόλαος
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2017
Subjects: Ενοποίηση Κατακόρυφου Συστήματος Αναφοράς
Δορυφορική Αλτιμετρία
Μεταβολές στάθμης της θάλασσας
Height System Unification
Satellite Altimetry
Sea level variations

description: Στόχος της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής ήταν η μελέτη της συμβολής των δεδομένων SAR και SARin της αλτιμετρικής αποστολής Cryosat-2 στη βελτιστοποίηση του κατακόρυφου συστήματος αναφοράς της Ελλάδας. Η δομή της εργασίας βασίζεται στην ανάλυση των θεμελιωδών αρχών της αλτιμετρίας για την κατανόηση των τεχνικών που χρησιμοποιούνται, στη διαδικασία επιλογής των δεδομένων και στη λεπτομερή επεξεργασία, παρουσίαση και αξιολόγηση των αποτελεσμάτων. Συγκεκριμένα, διερευνάται η ύπαρξη απόλυτου σφάλματος κατά την εναλλαγή των τεχνικών μέτρησης LRM – SAR και SAR – SARin και επιχειρείται η αξιολόγηση των δεδομένων RDSAR, SAR και SARin μέσω στατιστικών δεικτών (μέση τιμή, τυπική απόκλιση, μέσο τετραγωνικό σφάλμα). Στη συνέχεια, εκτιμώνται γεωμετρικά υψόμετρα σε σημεία του τριγωνομετρικού και γεωδαιτικού δικτύου της Ελλάδας και σε παλιρροιογράφους, μέσω εναλλακτικών μεθόδων πρόγνωσης. Τέλος, αξιολογούνται τα αποτελέσματα, συνοψίζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν και παρατίθενται προτάσεις για μελλοντική έρευνα. Από τη μεταπτυχιακή εργασία προέκυψε ότι τα RDSAR δεδομένα του συγκεκριμένου δείγματος εμπεριέχουν το μεγαλύτερο επίπεδο θορύβου σε σχέση με τα SAR και SARin δεδομένα του Cryosat-2. Τα δεδομένα SAR και SARin εμπεριέχουν εξίσου σημαντικό θόρυβο, όμως το πυκνό πλέγμα τιμών (along track and crossover points) και η νέα πληροφορία που παρέχουν πλησιέστερα στην ακτή, τα καθιστά κατάλληλα για εκτενέστερη μελέτη σχετικά με την ενοποίηση κατακόρυφων συστημάτων αναφοράς. Από την πρόγνωση γεωμετρικών υψομέτρων για το συγκεκριμένο δείγμα τιμών, συμπεραίνεται ότι η μέθοδος της κυβικής παρεμβολής δίνει τα βέλτιστα αποτελέσματα μεταξύ των εξεταζόμενων προσεγγίσεων για τα 602 τριγωνομετρικά σημεία ενδιαφέροντος, αφού πρώτα απομακρυνθεί η βέλτιστη εκτίμηση της αποχής του ελληνικού κατακόρυφου συστήματος αναφοράς από ένα WHS όπως αυτό υλοποιείται από τη συμβατική τιμή W_o=62636853.4 m^2/s^2 της IAG που υπολογίστηκε μέσω της μέσης τιμής των διαφορών στα -74.26 cm. Η βέλτιστη λύση προέκυψε χρησιμοποιώντας σαν δεδομένα το πλέγμα τιμών ισοδιάστασης 3’ και απομακρύνοντας ένα μέρος του θορύβου των παρατηρήσεων, μέσω της εφαρμογής δισδιάστατου χαμηλοπερατού φίλτρου, με σκοπό τα σφάλματα πρόγνωσης να μειωθούν και κατ’ επέκταση να αυξηθεί η ακρίβεια. Εξίσου καλή ακρίβεια πρόγνωσης προκύπτει και από τη σημειακή προσαρμογή για τα αναλυτικό εκθετικό μοντέλο και το αναλυτικό μοντέλο Gauss 4ου βαθμού, χρησιμοποιώντας σαν αρχείο εισόδου τα φιλτραρισμένα δεδομένα του πλέγματος και σαν μέγιστη απόσταση γύρω από κάθε σημείο ελέγχου τις 2° για τον υπολογισμό της εμπειρικής συνάρτησης συμμεταβλητότητας. Από την απεικόνιση των διαφορών προκύπτει ότι η τελική εκτίμηση δεν εξαρτάται από το υψόμετρο του σημείου, δηλαδή η συσχέτιση μεταξύ τοπογραφίας και ακρίβειας πρόγνωσης είναι μικρή. Επιπλέον, παρατηρείται ότι το τελικό αποτέλεσμα δεν επηρεάζεται από τα γεωμορφολογικά χαρακτηριστικά της περιοχής μελέτης, καθώς η κατανομή των σημείων που αφαιρούνται (διαφορές άνω των ±20 cm) είναι τυχαία. Για την εκτίμηση γεωμετρικών υψομέτρων στους παλιρροιογράφους προτείνεται η προσεκτική επεξεργασία και επιλογή δεδομένων για πρόγνωση ξεχωριστά σε κάθε έναν από αυτούς καθώς και η χρήση δεδομένων σε πλέγμα. Η επιλογή αυτή εξομαλύνει το πεδίο και οδηγεί σε καλύτερες, από άποψη ακρίβειας, εκτιμήσεις.
description: The present M.Sc. thesis investigates the Cryosat-2 SAR and SARin contribution to HSU and vertical datum optimization in Greece. The structure is based on the fundamentals of satellite altimetry, the collected data and the detailed processing, presentation and evaluation of the results. In particular, the existence of a possible absolute altimeter bias during the alternation of the mask mode, between SAR – SARin and SAR – LRM modes, is investigated. At the same time, RDSAR, SAR and SARin data are evaluated based on their statistical characteristics over the Greek area. In the next step, different prediction algorithms are investigated estimating ellipsoidal heights both at the geodetic control points (BMs) and at tide gauges over the Hellenic area, where collocated GNSS observations are available. The achieved results are evaluated based on the standard deviation of the differences between the predicted ellipsoidal heights and those available by the TGs. Concluding remarks on the findings of this MSc thesis are drawn and recommendations for future work in the field are proposed. From the results acquired, it becomes evident that the RDSAR data include higher noise compared to those acquired in the SAR and SARin Cryosat-2 modes. SAR and SARin include equally significant noise, however, the dense grid of along track and crossover points, in combination with the new information closer to the coast, make them suitable for a more extensive investigation on the unification of vertical reference systems. The ellipsoidal height prediction shows that the cubic interpolation method gives the optimal results between the examined cases for the 602 BMs, removing first the local vertical offset (-74.26 cm ) of the Greek Vertical Reference System, w.r.t. a WHS as realized by the conventional value W_o=62636853.4 m^2/s^2 of IAG. The optimal results were obtained by removing part of the noise of the observations, applying a two-dimensional low pass filter in order to reduce prediction errors and thereby increase the accuracy. In addition, it can be concluded that using the low pass filter on the 3’ grid created by the initial SAR and SARin field, the prediction accuracy is further improved. When employing LSC using as input data the gridded SLAs and a maximum cap size of 2° around each prediction point, results were optimized for both exponential and 4th Gauss models. From the spatial distribution of the differences, no conclusion on their dependence and correlation with height can be concluded, while no geographical dependence is evident well. In that sense, the final result is not affected by the geomorphological characteristics of the study area, as the distribution of points with differences larger than ±20 cm is random. From the prediction carried out at the tide gauge stations it is concluded that a careful examination of the estimation process is mandatory, along with the use of gridded and low-pass filtered SLAs. The latter, reduces the inherent noise in SLA observations in particular in the along-track direction.