Densitetsmodellens bidrag vid kvasigeoidbestämning med KTH-metoden: En fallstudie för Sverige
2025 (Swedish)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesis
Abstract [sv]
Höjdinformation för punkter relativt en referensyta är fundamentalt och väsentligt för många tillämpningar inom exempelvis geodesi och ingenjörskonst. I Sverige används normalhöjd, vilken är kopplad till höjdanomalin och kvasigeoiden. För att bestämma kvasigeoiden används ofta KTH-metoden tillsammans med en Remove-Interpolate-Restore (RIR)-metod för att gridda yttyngdkraftsanomalier. En viktig faktor i denna process är den topografiska densitetsfördelningen, vilken vanligtvis modelleras med standarddensitetsvärdet 2,67 g/cm3.
Påverkan av massornas densitetsfördelning på (kvasi)geoiden har tidigare undersökts i andra länder, men inte specifikt i Sverige, vilket gör det relevant att studera för svenska förhållanden. Studien undersöker hur användning av densitetsmodeller för topografin påverkar RIR-interpoleringen av tyngdkraftsdata vid kvasigeoidbestämning med KTH-metoden i Sverige. Tre frågeställningar behandlas: Hur påverkar användningen av densitetsmodeller standardosäkerheten för de RIR-interpolerade yttyngdkraftsanomalierna? Hur påverkas standardosäkerheten vid kvasigeoidbestämning? Hur (med vilken formel) bör densitetsmodeller användas för att beräkna RTM-anomalier (Residual Terrain Model-anomalier) i RIR-interpoleringsstadiet?
Två densitetsmodeller skapades: en baserad på geologiska data från SGU och en modifierad version av UNB_TopoDensT-modellen. Vid RIR-interpoleringen användes dessa modeller för beräkning av RTM-effekten som en summa av en Bouguer-del med beräkningspunktens densitet och en terrängkorrektionsdel med antingen standarddensitet eller varierande densitet. Kollokation användes för att interpolera yttyngdkraftsanomalierna och kvasigeoidbestämningen utfördes med KTH-metoden. Inpassning gjordes slutligen mot höjdanomalier från GNSS/avvägning.
Användning av densitetsmodellerna resulterade i skillnader, gentemot att utnyttja standarddensiteten 2,67 g/cm3, med standardavvikelser upp till 0,73 mGal och 4,4 mm för yttyngdkraftsanomalierna respektive de slutgiltiga höjdanomalierna för den mest realistiska densitetsmodellen (SGU-modellen). Det framkom vidare att vid beräkning av RTM-anomalier kan terrängkorrektionen inte approximeras genom användning av standarddensitet i hela Sverige. Vidare påvisades det att, trots en viss känslighet för densitetsvariationer, att densitetsmodellerna inte medför skillnader av signifikant storlek vid tröskelvärdet 5 mm för den slutgiltiga kvasigeoiden, varför det i nuläget är tillräckligt att använda standarddensitet vid kvasigeoidbestämning med KTH-metoden i Sverige.
Abstract [en]
Height information relative to a reference surface is fundamental and essential in many applications in geodesy and engineering. In Sweden normal heights are used, which are related to height anomalies and the quasigeoid. The KTH method is often applied for quasigeoid determination. In the first step of applying this method, a Remove-Interpolate-Restore (RIR)-method is used for gridding of the surface gravity anomalies. An important factor in this process is the density distribution of the topographic masses. Usually, the standard density value 2,67 g/cm3 is employed.
The effect of the density distribution of the topographic masses on the (quasi)geoid has previously been investigated in some other countries, but not specifically in Sweden, making it a relevant subject for this study. This thesis investigates how the use of topographic density models affects RIR interpolation of gravity anomalies in quasigeoid determination by the KTH method in Sweden. Three research questions are answered: How is the standard uncertainty of the RIR interpolated surface gravity anomalies affected by using density models? How does the use of density models affect the result and standard uncertainty in quasigeoid determination? How should density models be applied (what formula) when calculating RTM anomalies (Residual Terrain Model anomalies)?
Two density models were created: one based on geological data from the Swedish Geological Survey (SGU) and a slightly modified version of the UNB_TopoDensT model. In the RIR interpolating scheme, the density models were used to calculate the RTM effect using a formula consisting of two terms, one Bouguer term using the topographic density of the computation point and one terrain correction term with either standard or varying density. Least squares collocation was used to interpolate the gravity anomalies, and the KTH method was applied to determine the quasigeoid. Comparisons were finally made relative to GNSS/levelling height anomalies.
The use of density models resulted in differences with standard deviations up to 0,73 mGal and 4,4 mm for the RIR interpolated gravity anomalies and the height anomalies, respectively, for the most realistic density model, the SGU-model. It was shown that in cases where a density model is used for the calculation of RTM anomalies, the terrain correction cannot be approximated by using standard density in the whole of Sweden. Furthermore, it was evident, despite a certain sensitivity to density variation, that the density models do not result in differences of significant magnitude at the threshold value 5 mm for the final quasigeoid. It is therefore concluded that for the time being it is sufficient to use the standard density in quasigeoid determination in Sweden.
Place, publisher, year, edition, pages
2025. , p. 57
Keywords [en]
quasigeoid determination, KTH method, gravity interpolation, topographical density models, RTM reduction
Keywords [sv]
kvasigeoidbestämning, KTH-metoden, tyngdkraftsinterpolering, topografiska densitetsmodeller, RTM-reduktion
National Category
Civil Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:hig:diva-47342OAI: oai:DiVA.org:hig-47342DiVA, id: diva2:1970350
External cooperation
Lantmäteriet
Subject / course
Lantmäteriteknik
Educational program
Master of Science in Engineering with specialisation Geospatial data and Positioning Technology
Supervisors
Examiners
2025-06-172025-06-162025-10-02Bibliographically approved