|
 |
Details of project |
|
|
| Identifier |
91301 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Kenyeres, Ambrus |
| Title in Hungarian |
Európai szintű sebességmodell létrehozása permanens GNSS állomás-hálózatok integrációja alapján |
| Title in English |
European velocity model based on the integration of dense permanent GNSS networks |
| Keywords in Hungarian |
GNSS, permanens állomások, vonatkoztatási rendszerek, sebesség modell |
| Keywords in English |
GNSS, permanent stations, reference frames, velocity model |
| Discipline |
| Geodesy (Council of Complex Environmental Sciences) | 80 % | | Ortelius classification: Geodesy | | Geophysics, Physics of the Lithosphere, Seizmology (Council of Complex Environmental Sciences) | 20 % | | Ortelius classification: Natural hazards (Geophysics) |
|
| Panel |
Earth sciences 2 |
| Department or equivalent |
Satellite Geodetic Observatory (Institute of Geodesy, Cartography and Remote Sensing) |
| Participants |
Farkas, Péter
Grenerczy, Gyula
Horváth, Tivadar
Jámbor, Tamás
|
| Starting date |
2013-09-01 |
| Closing date |
2017-12-31 |
| Funding (in million HUF) |
8.203 |
| FTE (full time equivalent) |
6.03 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A kutatás célja egy eddig példa nélkül álló, részletes felbontású, egységes, egész Európát lefedő jelenkori referencia felszín-sebesség modell előállítása. Kutatásainkhoz a geodéziai gyakorlatot szolgáló, sűrű, folyamatosan, hosszú időtávon működő országos aktív GNSS állomáshálózatokat használjuk fel. Ezen hálózatok adatainak feldolgozásából heti időfelbontásban nyert SINEX formátumban elérhető eredmények integrálásával egy homogén sebességmezőt, majd abból megfelelő matematikai eljárásokkal (2+1)D sebességmodellt állítunk elő. A program megvalósítása és az országos hálózatok adatainak integrálása érdekében széles európai együttműködést koordinálunk (EUREF, EUPOS). A hálózatok integrálását a CATREF szoftverrel (Altamimi, IGN) hajtjuk végre, a megoldás keretét az EPN hálózata biztosítja. A tervezett nagyszabású feladat megvalósíthatóságát 5 EUPOS ország adatainak felhasználásával sikeresen teszteltük. Az integrációba mozgásvizsgálati kampány-hálózatokat (CEGRN, MGGA) is bevonunk. A sebességmodell alapjául fog szolgálni az ETRS89 vonatkoztatási rendszer bevezetésének tektonikailag aktív területeken is.
A program keretében egységes rendszerben válik lehetővé az Eurázsia lemezhatárzóna jobb lehatárolása, a lemezbelső stabilitási szintjének meghatározása, a posztglaciális emelkedés/süllyedés pontosítása, egységesen vizsgálhatók lesznek a felszínmozgások, deformációk a teljes kontinens viszonylatában. Mindez tökéletes keretet ad a hazai mozgásvizsgálat számára is, hisz a Pannon-medence tágabb környezetére is rendelkezünk majd adatokkal. Olyan egyedülálló adatbázis épül fel, amely folyamatosan frissíthető lesz, referencia-hátteréül szolgál a legtöbb európai mozgásvizsgálatnak!
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A GNSS technika a geofizikai mozgásvizsgálatok legfontosabb eszközévé vált, ahol hosszú időtávon, rendszeresen ismételt, adott perspektivikus területre koncentráló, nem kis befektetést, terepi munkát igénylő GPS kampányokkal, nagy pontsűrűséggel mérték a pontok elmozdulását, a terület deformációját. Az elmúlt évtizedben a permanens állomások kerültek előtérbe a mozgásvizsgálatoknál is, előző OTKA pályázatunkban (K69184) hazai adatok alapján már sikerrel bizonyítottuk mozgásvizsgálati alkalmazhatóságukat.
Azonban az országos/regionális, kampány/permanens hálózatok több év mérési anyagát egymástól független, „patchwork” jelleggel önállóan összegző megoldások egységesítése csak feltételezésekkel volt megoldható, mindeddig e hálózatok kontinentális szintű szintézisét nem sikerült megvalósítani (lásd az epncb.oma.be/IAG weboldalon). A kampány/permanens hálózatokból a levezetett eredmények az eltérő vagy rosszul dokumentált adatkezelés, változó analízis technológiák miatt nem konzisztensek. A permanens GNSS hálózatok - az EPN és a sűrítésének tekintendő nemzeti hálózatok - ebben nyújhatnak pótolhatatlan segítséget. A hosszú időtávon folyamatosan működő állomások heti felbontású eredményei alapján az integráció közös pontok segítségével megoldható, ahol az egységesítés már a heti adatok szintjén megtehető! Az integrációba a mozgásvizsgálati kampányok is bevonhatók. Egy soha nem látott homogenitású és sűrűségű referencia hálózat fog rendelkezésre állni, amely a részletes és egységes vonatkoztatási rendszerben kifejezhető tektonikai értelmezés mellett új típusú információkat is fog szolgáltatni, a folyamatos adatsorból nem-lineáris pl. évszakos változások is vizsgálhatók lesznek.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A tervezett kutatás két vonatkozásban hoz lényegi előrelépést a GNSS mozgásvizsgálatokban: egyrészt kontinentális léptékben is egységes vonatkoztatási rendszerben, másrészt nagyobb felbontás mellett, egységes sebességmodell alapján lehet vizsgálni a felszíndeformációkat és az egyes földtani jelenségeket. Egy nagy léptékű, a tektonikai egységeket együttesen kezelő modellt hozunk létre, amely a számos lehatárolható, de egymásra ható egységek, mozgások megértéséhez nyújt segítséget.
Eddig is számos, értékes, de kevés kivétellel (CEGRN) csak kisebb területekre fókuszáló és független, főleg ismétlő kampányokra alapozott mozgásvizsgálati programokat hajtottak végre Európában. A permanens GNSS állomások bevonásával egyrészt egy független, folyamatos és rendszeresen frissíthető észlelési anyag alapján lehet egy részletesebb modellt kialakítani, továbbá a GNSS állomások lehetőséget adnak a kisebb hálózatok egységes keretbe foglalására, összekötésére. Ezzel a korábbi vizsgálatok eredményei frissíthetők és akár eddig ki nem nyert információk kaphatók. Ráadásul a folyamatos mérési adatsorral a nemlineáris, nagyobb időfelbontást igénylő pl. évszakos hatások is vizsgálhatók lesznek.
A sebességmező a kibontakozó európai együttműködéssel ténylegesen és egyedülállóan le fogja fedi a kontinenst és olyan alapadatokat szolgáltat, amelyet minden mozgásvizsgálathoz használni fognak, kiemelkedő szerepet adva ezzel a kutatásban résztvevőknek. A modell felhasználásával pontosíthatók, összeköthetők lesznek, és térben is kiterjeszthetővé válnak a földtani jelenségek alapkutatás szerű jobb megértésére irányuló kutatások és pl. az egyes régiók földrengés-veszélyeztetettségét célzó vizsgálatok.
A végrehajtandó projekt alapjául szolgál két kiemelt nemzetközi tudományos kutatócsoport munkájának:
1./ Az IAG (Nemzetközi Geodéziai Szövetség) 1.számú “Vonatkoztatási Rendszerek” bizottságán belüli 1.3 'Regionális Vonatkoztatási Rendszerek” albizottsága által létrehozott 'Unified Dense Velocity Fields' munkacsoportnak, ahol Kenyeres Ambrus mint az “EPN Reference Frame Coordinator” készíti elő az európai sűrítést,
2./ az EUREF-en belül 2012-ben létrehozott „Deformációs modellek” munkacsoportnak, amelyben Kenyeres Ambrus is résztvevő.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A projekt az egyes országok földmérési gyakorlatát szolgáló permanens GNSS állomások adatainak európai szintű integrálását tűzi ki célul, és az eredmények geodéziai, földtani és geofizikai irányú tudományos alkalmazását javasolja. Az állomások évtizedes távon feldolgozott mérési adatai felhasználásával meghatározhatók azok elmozdulási sebességei, ami alapján aktív régiókban is pontosítható lesz a geodéziai vonatkoztatási rendszer (ETRS89) megvalósítása továbbá felszíndeformációk számíthatók, amelyek felhasználhatók a tektonikai aktivitás szintjének pontosításához és pl. a földrengés-veszélyeztettség becsléséhez. Ennek különösen tektonikai vonalak mentén elhelyezkedő létesítmények, települések esetében komoly gazdasági jelentősége lehet. A projekt úttörő kezdeményezés, ami *egyedülálló* lehetőséget kínál az eddig elkülönült, sűrű nemzeti permanens GNSS hálózatok kontinenális szinten egységes keretbe foglalására, és minden eddiginél több pont alapján egy homogén sebesség-tér modellt előállítására. Ilyen megoldás még nincs Európában!
A GNSS hálózatok integrációjának különösen nagy jelentősége van, hiszen ezzel egymástól akár távoli folyamatok is együttesen elemezhetők. A modell alapján éppúgy vizsgálható lesz a Pannon-medence tágabb környezetének így a Balkánnak és az Alpoknak tektonikája mint a jégkorszakot követő, a Skandináv térség kiemelkedését vagy a Baltikum süllyedését okozó földtani folyamatok. A felszínsüllyedés kérdése különösen aktuális az emelkedő óceáni vízszint mellett.
A sebesség-modell előállításához szükséges adatokhoz nemzetközi tudományos együttműködések, illetve szakmai szervezetekben általunk (EUREF, EUPOS) javasolt programok keretében férünk hozzá.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The aim of the proposed research program is the development and realization of an unprecedented continental-scale reference surface velocity field based on the integration of the long term, unified observation series and products of the dense national active GNSS networks in Europe. Beyond the permanent GNSS networks, geodynamic campaigns (CEGRN, MGGA) will also be included. The inputs will be submitted to this project in the frame of a broad international cooperation supported and promoted by EUREF and EUPOS. The feasibility of the cooperation and data integration has already been proved including test data from 5 Central-European EUPOS countries.
The weekly SINEX data will be combined with the CATREF software (Altamimi et al, IGN) to realize a cumulative solution, where the EPN is being used as backbone. The produced cumulative station coordinate and velocity solution will serve the multitude of scientific studies and practical applications. The 3D velocity field will be the input for horizontal and vertical velocity models being created by appropriate mathematical methods. The collected homogeneous velocity field will cover the major part of the continent and will support the highest quality realization of ETRS89. The model allows the demarcation of (micro)plate boundary zones, the more precise definition of the stability level of the Eurasian plate interior and better quantification of post-glacial rebound and will serve as a reference frame for national to local tectonic studies.
The results will provide an appropriate framework also for the Hungarian tectonic studies, since we will get high quality results covering the Pannonian basin and it’s broader environment.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
The GNSS technology has become the most important tool for geophysical deformation studies, where in the first time regular GPS campaigns, dedicated to surface motion studies were conducted. Later the permanent GNSS networks have got more-and-more role in the geodetic practice and those - as we proved in our previous OTKA project (K69184) - are also feasible for tectonic studies.
However the unified treatment of the independent network solutions could only be solved with assumptions and with loss of consistency. The „patchworking” of the separately derived cumulative solutions could not be solved correctly– as concluded within the IAG WG on „Regional Dense Velocity Fields” (see at epncb.oma.be/IAG/). The results derived from the campaigns or permanent networks were inconsistent due to the differently or poorly documented data analysis and inconsistent modeling. Beyond the limited data availability this was the reason why the numerous trials to realize a continental-scale European velocity field were failed.
The only way to go is the network integration being done on the weekly SINEX level. The data from national permanent GNSS networks should be processed according to unified standards set by the EPN analysis. The national solutions can be then merged on the weekly level, where the necessarily involved EPN stations are used as skeleton. Based on the merged and uniformly treated combined weekly SINEX files the cumulative solution can be computed. This approach will result a continental scale, dense velocity field, which serves homogeneous reference for all local tectonic studies, but also provides new types information for studying non-linear, seasonal variations.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
The proposed research will provide significant advancement in GNSS-based deformation studies in two aspects: the surface deformations and the related geological phenomena can be studied in a uniform, homogeneous reference frame and the created velocity field will be based on the highest number of observation points ever collected, which make possible detailed studies and a better reference for local analysis.
The created continental-scale detailed velocity field will support the understanding of the numerous, hardly separable, interacting tectonic units and processes. On the other hand the knowledge of the site velocities will highly support the better realization of the European 3D geodetic reference system, the ETRS89. It has high practical relevance in areas, where the assumption on the stability is not valid due to the tectonic activity.
To date no successful continental scale velocity field could be set up mainly due to the lack of detailed and satisfactory quality data. In fact, the independent, sub-regional (CEGRN) and local studies were mainly based on repeated campaigns. Lately the permanent national GNSS networks offered continuous data and products contributing new information, densifying both the areal and temporal resolution of the geokinematic information. This data allows the study of non-linear position variations (seasonal effects and earthquakes) as well.
The unified homogeneous continental reference coordinate database and velocity field will essentially support both the basic research related to the understanding of the recent tectonic processes, surface deformations due to water management and the better realization of the national geodetic reference frames.
The proposed project will be underlying of two relevant international scientific working groups:
1./ WG on 'Unified Dense Velocity Fields 2011-15' within IAG Sub-Commission 1.3 of 'Regional Reference Frames' which is imbedded in Commission 1. “Reference Frames”, where Ambrus Kenyeres the “EPN Reference Frame Coordinator” prepares the European part of the global densification action.
2./ EUREF Working Group on „Deformation models” established in 2012, where Ambrus Kenyeres also participates.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
The project targets the continental-level integration of the geodetic products of the dense national permanent GNSS networks. Those networks are designed and dedicated for serving the surveying practice, however the long term scientific analysis of their data set provide extremely valuable results for scientific disciplines as well. Based on the long term data processing reference site coordinates and velocities can be estimated and a detailed velocity field can be derived, which can be used for the better realization of the geodetic reference frame (ETRS89) and to estimate surface deformations to be used for geophysical interpretation and estimating the level of the tectonic activity, which certainly have social relevance. The project is a pioneer initiative and will offer unique opportunity to merge the so far separately treated dense national active GNSS networks and to set up an unprecedented dense, homogeneous velocity field. The integration on the continental level has substantial advantages as even far away processes can be analyzed in the same uniform frame. Relying on the model the tectonic processes either in the wider vicinity of the Pannonian basin as the Balkan-peninsula and the Alps or the uplift in Scandinavia and the subsidence in the Baltic region due to the post glacial rebound can be studied in the same precise geodetic reference frame. Nowadays, when the see level rise is a critical issue, the study of the subsidence at shorelines in a uniform frame is essential!
The data required for the integration and analysis will be available in the frame of broad international co-operation facilitated by initiatives within relevant organizations (EUREF, EUPOS).
|
|
|
|
|
