Determination and evaluation of the Estonian fitted geoid model EST-GEOID 2003

Abstract

This paper focuses on issues related to the calculation of a high-precision fitted geoid model on Estonian territory. Model Est-Geoid2003 have been used in Estonia several years in geodesy and other applications. New data from precise levelling, new global models and terrestrial gravity data give plenty of possibilities for updates and accuracy evaluation. The model is based on a gravimetric geoid. From the gravimetric data gathered, a gravimetric geoid for Estonia was calculated as an approximately 3-km net using the FFT method. After including the new gravimetric data gathered, the gravimetric geoid no longer had any significant tilt relative to the height anomalies derived from GPS-levelling points. The standard deviation between the points was 2.7 cm. The surface of the calculated gravimetric geoid was fitted by high-precision GPS-levelling points. As a result, a height transformation model was determined to reflect the differences between the normal heights of BK77 and the ellipsoidal heights of EUREF-EST97 on Estonian territory. The model was originally called Est-Geoid2003 and is part of the official national geodetic system in Estonia. The model is updated and evaluated here using precise GPS-levelling points obtained from different measurement campaigns. In 2008–2010 the preliminary results from the latest precise levelling sessions became available, leading to a significant increase in the number of precise GPS-levelling points. Both networks are part of the Estonian integrated geodetic network. Using very precise levelling connections from new levelling lines, normal heights of several RGP points were calculated additionally. Misclosure of 300 km polygons are less than 2–3 mm normally. Ealier all precisely levelled RGP points were included into fitting points. Now many new points are available for fitting and independent evaluation. However, the use of several benchmarks for the same RGP point sometimes results in a 1–2 cm difference in normal height. This reveals problems with the stability of older wall benchmarks, which are widely used in Estonia. Even we recognized, that 0.5 cm fitted geoid model is not achievable using wall benchmarks. New evaluation of the model Est-Geoid2003 is introduced in the light of preliminary data from new precise levelling. Model accuracy is recognised about 1.2 cm as rms.

Estijos geoido modelio Est-Geoid 2003 sudarymas ir vertinimas

Santrauka. Akcentuojami klausimai, susiję su tiksliausio Estijos geoido modelio skaičiavimu. Šis modelis Estijoje geodezijoje ir kitose mokslo bei technikos šakose taikomas nuo 2003 metų. Nauji precizinės niveliacijos duomenys, nauji globalieji geopotencialo modeliai ir žemyno gravimetriniai duomenys – prielaidos geoido modeliui atnaujinti ir jo tikslumui įvertinti. Modelio pagrindas – gravimetrinis geoidas. Pagal surinktus gravimetrinius duomenis Estijos geoidas buvo apskaičiuotas greitųjų Furjė tranformacijų (FFT) metodu, sukuriant apie 3 km akių tinklą. Įtraukus naujuosius gravimetrinius duomenis, gravimetrinis geoidas daugiau nebeturi aukščių anomalijų. Vidutinė kvadratinė paklaida – 2,7 cm. Apskaičiuoto gravimetrinio geoido paviršius susietas su aukščių sistema pagal GPS niveliacijos taškus. 2008–2010 m. gavus precizinės niveliacijos duomenis, žymiai padidėjo GPS niveliacijos taškų skaičius bei jų tikslumas, nes precizinės niveliacijos poligonų iki 300 km nesąryšiai gauti mažesni nei 2–3 mm. Įvertinus naujo Estijos geoido modelio tikslumą nustatyta 1,2 cm vidutinė kvadratinė paklaida.

Ключевые слова: моделирование локального геоида, модели геоида, высокоточная нивеляция, УДК 528.21.

Создание и оценка модели геоида Эстонии Est-Geoid2003

Резюме. Акцентируются вопросы, касающиеся вычисления точной модели геоида Эстонии. Эта модель применяется в Эстонии с 2003 г. в геодезии и других отраслях науки и техники. Новые данные высокоточной нивеляции, новые глобальные модели геопотенциала, а также гравиметрические данные создают предпосылки для обновления модели геоида и оценки его точности. Модель основана на гравиметрическом геоиде. Модель геоида Эстонии была вычислена быстрым методом Фурье с использованием всех гравиметрических данных и созданием сети 3×3 км. После использования новых гравиметрических данных в геоиде не оказалось значительного превышения высот по сравнению с точками, измеренными методом GPS. Среднеквадратическая погрешность составила 2,7 см. Вычисленная модель геоида была соединена с системой высот по точкам GPSнивелирования. Благодаря новым данным по высокоточной нивеляции, полученным в 2008–2010 гг., значительно увеличилось количество точек GPSнивелирования и тем самым увеличилась точность геоида, так как невязки полигонов нивелирования составляют всего 2–3 мм. Оценив точность нового геоида Эстонии, выявлено среднеквадратическое отклонение в 1,2 см.

Reikšminiai žodžiai: lokaliojo geoido modeliavimas, geoido modelis, precizinė niveliacija, UDK 528.21.

First published online: 15 Apr 2011

Keyword : local geoid modelling, fitted geoid model, precise levelling, UDK 528.21