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.

U okviru rada prikazani su geometrijski i fizički definisani sistemi visina, kao i njihova ocena primenom globalnih navigacionih satelitskih sistema (GNSS) i globalnih geopotencijalnih modela (GGM). U radu je data definicija elipsoidnih visina kao predstavnika geometrijski definisanih visina, a u pogledu fizički definisanih visina prikazane su definicije ortometrijskih i normalnih visina. Detaljno su predstavljeni načini računanja normalnih visina primenom elipsoidnih visina, koje su određene primenom GNSS i anomalija visina koje slede iz primene GGM. Pored navedenog u numeričkom delu rada ocenjene su vrednosti normalnih visina i upoređene sa njihovim uslovno tačnim vrednostima i to u 1073 tačke koje su relativno pravilno raspoređene po čitavoj teritoriji Srbije. Uslovno tačne vrednosti određene su primenom klasičnih geodetskih terestričkih metoda. U postupku ocene vrednosti normalnih visina korišćen je GGM GGM05C koji je kreiran 2016. godine od strane Centra za kosmička istraživanja u Teksasu (Center for Space Research, University of Texas at Austin). U cilju ocene kvaliteta primene navedenog modela prikazani su i podaci ocene normalnih visina pri primeni GGM EGM96 koji je kreiran 1996. godine od strane Nacionalne agencije za digitalnu obradu slika i kartiranje (National Imagery and Mapping Agency - NIMA), Centra za kosmičke letove Nacionalne kosmičke agencije (Goddard Space Flight Center – GSFC - NASA) i američkog Univerziteta Ohajo (Ohio State University), koji do danas predstavlja najčešće korišćeni model. Iz navedenog upoređenja sledi da se primenom modela GGM05C dobijaju 50% kvalitetnije ocene normalnih visina od onih koje slede iz primene modela EGM96.