Análisis comparativo de software y métodos de procesamiento GNSS para la obtención de posiciones y velocidades: aplicación al Valle Central de Costa Rica

Abstract

El presente proyecto tiene como objetivo analizar los resultados y precisiones obtenidas en las posiciones y velocidades de un conjunto de estaciones observadas con técnicas GNSS usando diferentes software, tanto científicos como servicios en línea, y técnicas de procesamiento: Precise Point Positioning -PPP- y posicionamiento relativo. El estudio se produce en un momento de auge de los servicios gratuitos de procesamiento y del posicionamiento PPP como alternativas precisas frente a los tradicionales servicios de procesamiento científico o comercial y los métodos relativos. Como servicios en línea han sido escogidos APPS y Trimble-RTX para PPP, y OPUS y AUSPOS para posicionamiento relativo, mientras que Bernese ha sido el software científico empleado. Las observaciones GNSS han sido realizadas en una serie de estaciones situadas en el Valle Central de Costa Rica con el objetivo de monitorear el sistema de fallas Aguacaliente – Navarro en cuatro épocas diferentes (2012, 2014, 2016 y 2018) y con condiciones de observación muy diferentes. Tras el procesamiento en los diferentes servicios, en los que la usabilidad de los absolutos se impone por su sencillez y efectividad, se procede a la homogeneización de los resultados en coordenadas topocéntricas locales e,n,u en ITRF2014. Se han comparado estas últimas, encontrando bastantes diferencias (muy dispersas) entre las soluciones, aunque en general inferiores al centímetro, en concordancia con otros estudios publicados. La componente vertical ha mostrado el peor comportamiento, mientras que la norte ha sido la más consistente. La repetibilidad de las coordenadas ha resultado de mayor magnitud que las desviaciones típicas ofrecidas por los servicios, demostrando su infrarrepresentación de la precisión. Las series temporales obtenidas han sido depuradas de outliers para el cálculo de velocidades y sus incertidumbres a partir de una regresión lineal. Salvo en las estaciones conflictivas, los resultados han sido coherentes entre ellos, con diferencias en el entorno de 1 mm/año entre los diferentes servicios y métodos de procesamiento. Adicionalmente, se han calculado velocidades relativas para observar el comportamiento del sistema de fallas Aguacaliente – Navarro. En general, los servicios considerados como menos precisos, esto es, aquellos con procesamiento absoluto y los servicios en línea, han ofrecido unos resultados con precisiones muy aceptables, y se muestran como alternativa viable para aplicaciones en las que baste precisión centimétrica. Finalmente, algunas líneas futuras son propuestas para dar continuidad al estudio.
Abstract:
The current project aims to analyse the results and accuracies obtained in the positions and velocities of a set of stations -observed with GNSS techniques- by using different software, both scientific and online services, and processing techniques: Precise Point Positioning -PPP- and relative positioning. The study comes at a time when the free online and PPP positioning services are booming as precise alternatives to traditional scientific or commercial processing services and relative methods. APPS and Trimble-RTX for PPP, and OPUS and AUSPOS (for relative processing) have been chosen among the online services, while Bernese has been the scientific software used. The GNSS observations have been made in a series of stations located in the Valle Central of Costa Rica with the objective of monitoring the Aguacaliente - Navarro fault system at four different times (2012, 2014, 2016 and 2018) and with varying observing conditions. After processing, the step in which the usability of the absolute services resulted in simpler and more effective, the results have been homogenized in local topocentric coordinates e,n,u, ITRF2014. These coordinates have been compared, finding many differences (very dispersed) between the solutions, although generally in a range smaller than one centimetre, in accordance with other published studies. The vertical component has shown the worst behaviour, while the north has been the most consistent. The repeatability of the coordinates has been of greater magnitude than the standard deviations offered by the services, demonstrating its underrepresentation of precision. The time series obtained have been cleared of outliers for computing velocities and their uncertainties from a linear regression. Except in the conflicting stations, the results have been consistent with each other, with differences about 1 mm/year between the different services and processing methods. Additionally, relative velocities have been calculated to observe the behaviour of the Aguacaliente - Navarro fault system. In general, the services considered to be less precise, i.e., those with absolute processing and online services, have offered results with very acceptable precision, thus becoming a viable alternative for applications where centimetre accuracy is sufficient. Finally, some future lines are proposed.