Evaluation of normal heights by the means of global navigation satellite systems and global geopotential model

Abstract

This paper presents geometrically and physically defined height systems, along with their evaluation by the means of Global Navigation Satellite Systems (GNSS) and Global Geopotential Models (GGM). The paper defines ellipsoid heights as an instance of geometrically defined heights; with physically defined heights being represented by definitions of orthometric and normal heights. Methods of normal heights calculation by the means of ellipsoid heights are presented in detail, as determined using the GNSS and height anomalies calculated from the GGM application. Apart from the above, numerical part of the paper evaluates normal height values and compares them to their conditionally accurate values at 1073 points with relatively uniform distribution over the entire territory of Serbia. Conditionally accurate values had been determined by the means of classical geodetic terrestrial methods. Under the procedure of evaluating normal height values, GGM – GGM05C was used, as created in 2016 by the Center for Space Research, University of Texas at Austin. In order to evaluate the quality of applying the model above, data on normal heights evaluation were also presented, using the GGM EGM96, created in 1996 by the National Imagery and Mapping Agency (NIMA), Goddard Space Flight Center (GSFC – NASA) and Ohio State University, presently being the most commonly used model. The comparison above indicates that application of the GGM05C model provides 50 % greater quality of normal heights evaluations against the ones obtained using the EGM96 model.

У оквиру рада приказани су геометријски и физички дефинисани системи висина, као и њихова оцена применом глобалних навигационих сателитских система (GNSS) и глобалних геопотенцијалних модела (GGM). У раду је дата дефиниција елипсоидних висина као представника геометријски дефинисаних висина, а у погледу физички дефинисаних висина приказане су дефиниције ортометријских и нормалних висина. Детаљно су представљени начини рачунања нормалних висина применом елипсоидних висина, које су одређене применом GNSS и аномалија висина које следе из примене GGM. Поред наведеног у нумеричком делу рада оцењене су вредности нормалних висина и упоређене са њиховим условно тачним вредностима и то у 1073 тачке које су релативно правилно распоређене по читавој територији Србије. Условно тачне вредности одређене су применом класичних геодетских терестричких метода. У поступку оцене вредности нормалних висина коришћен је GGM GGM05C који је креиран 2016. године од стране Центра за космичка истраживања у Тексасу (Center for Space Research, Univesity of Texas at Austin). У циљу оцене квалитета примене наведеног модела приказани су и подаци оцене нормалних висина при примени GGM EGM96 који је креиран 1996. године од стране Националне агенције за дигиталну обраду слика и картирање (National Imagery and Mapping Agency - NIMA), Центра за космичке летове Националне космичке агенције (Goddard Space Flight Center – GSFC - NASA) и америчког Универзитета Охајо (Ohio State University), који до данас представља најчешће коришћени модел. Из наведеног упоређења следи да се применом модела GGM05C добијају 50% квалитетније оцене нормалних висина од оних које следе из примене модела EGM96.