The effect of topography and quality of a digital terrain model on the accuracy of terrain corrections for centimetre quasigeoid modelling

摘要

Przy wyznaczaniu centymetrowej quasigeoidy niezbędne jest uwzględnienie nieregularności topografii występujących wokół stacji grawimetrycznej, czyli wprowadzenie do pomierzonego przyspieszenia siły ciężkości poprawek terenowych. Dokładność obliczania poprawek terenowych ma wpływ na dokładność wyznaczanego modelu quasigeoidy. Zależy ona od dokładności i rozdzielczości danych wysokościowych oraz użytych do wyznaczania poprawek terenowych parametrów. W badaniach przeprowadzonych w ramach niniejszej pracy wykorzystano opracowany przez Zarząd Geografii Wojskowej, według standardu NATO-STANAG 3809, numeryczny model terenu DTED2 (Digital Terrain Elevation Data) dla obszaru Polski oraz modele SRTM3 (The Shuttle Radar Topography Mission) i SRTM30 dla obszaru Polski i obszarów przyległych. Porównano wyniki testowe obliczenia poprawki terenowej uzyskane przy użyciu metody prostopadłościanów i metody wykorzystującej transformaty Fouriera. Poprawki terenowe obliczano metodą prostopadłościanów polegającą na sumowaniu wpływów nadwyżek lub niedoborów mas pochodzących od grania-stosłupów o podstawach prostokątnych na składową pionową przyspieszenia siły ciężkości. Opracowano praktyczną metodę wyznaczania wymiary obszaru, z jakiego topografia powinna być uwzględniana przy obliczaniu poprawki terenowej. Analizowano również wpływ błędów wysokości, a także błędów położenia punktów modelu na dokładność uzyskiwanych poprawek terenowych. Przedyskutowano użyteczność dostępnych danych dotyczących topografii terenu do obliczania precyzyjnych poprawek terenowych w Polsce.%Modelling quasigeoid with centimetre accuracy requires taking into account irregularities of topography in the vicinity of a gravity station, i.e. the terrain correction to surveyed gravity. Accuracy of determination of the terrain correction affects quality of quasigeoid model determined. It depends on the resolution and accuracy of terrain data that usually is provided in the form of a digital terrain model DTM. Investigations were conducted with the use of the Digital Terrain Elevation Data -DTED2 model developed for Poland according to the NATO-STANAG 3809 standard, as well as global models SRTM3 and SRTM30 (The Shuttle Radar Topography Mission). Also height data from the gravity database was considered. The prism method of determination of terrain corrections was applied in majority of numerical tests. Practical method for determining the optimum radius of the integration cap considering roughness of topography as well as required accuracy of terrain corrections was developed. The effect of vertical and horizontal uncertainty of a DTM as well as its resolution on the quality of the terrain corrections was investigated. The terrain corrections obtained using a prism method were also compared with the respective ones calculated using the FFT approach. The usefulness of the available topography data for precise terrain correction computation in Poland was discussed.