Desarrollo e implementación de un procesado GPS subdiario para el control de deformaciones en áreas volcánicas.

Introducción El GPS es una de las técnicas más usadas actualmente para la medición de deformaciones en áreas volcánicas. Además de detectar movimientos lentos, de pocos centímetros al año, puede usarse para medir movimientos mucho más rápidos, de varios centímetros en días e incluso horas, que pueden producirse por intrusiones y erupciones.

Nociones básicas El posicionamiento GPS es, en esencia, una multilateración de lado muy largo. Podemos obtener nuestra posición a partir de las distancias a puntos de coordenadas conocidas, en este caso, los satélites.

Nociones básicas

Observables La medida de la distancia a los satélites se puede hacer empleando el código o la fase. El código es una medida exacta y poco precisa mientras que la fase es mucho más precisa pero ambigua. El posicionamiento GPS preciso requiere resolver la ambigüedad de fase.

Receptores

Metodología Aparte de la ambigüedad de fase, en el modelado de la distancia entre el satélite y el receptor hay que tener en cuenta múltiples efectos: Efectos relativistas. Errores de los relojes de satélite y receptor. Retrasos ionosféricos y troposféricos. Multipath. Otros…

Metodología Si disponemos de dos receptores situados relativamente cerca podemos asumir que estos efectos afectan por igual a ambos, por lo que mediante simples y dobles diferencias podemos eliminar incógnitas y tratar de resolver la ambigüedad de fase.

Metodología

Procesado diario Al adoptar una solución única para todo un día muchos efectos que afectan a la posición se atenúan, por lo que se obtiene una gran precisión.

Procesado subdiario En caso de que por la naturaleza del fenómeno, como la actividad volcánica, nos interese adoptar una solución cada menos tiempo hay tratar esos efectos específicamente.

Multipath El efecto multipath se debe a que la señal llega al receptor siguiendo más de un camino.

Multipath Si el receptor está fijo y su entorno no cambia a lo largo del día. Podemos aprovechar el hecho de que los satélites tienen una periodicidad de un día sidéreo aproximadamente.

Filtro sidéreo

Para obtener una solución precisa es necesario el filtrado. Filtro Kalman Aún modelando todos los efectos (multipath, carga oceánica, gradiente horizontal del retraso troposférico cenital, etc) la señal que obtenemos sigue teniendo ruido. Para obtener una solución precisa es necesario el filtrado.

Filtro Kalman

El caso de El Hierro En verano de 2011 una estación GPS situada en la isla de El Hierro comenzó mostrar un movimiento que más tarde se confirmaría debido a un proceso volcánico. El grupo de volcanología del IGN desplegó una red multiparamétrica en la isla.

El caso de El Hierro

El trabajo con GPS en El Hierro consta de ciertas peculiaridades. El caso de El Hierro El trabajo con GPS en El Hierro consta de ciertas peculiaridades. Al deformarse toda la isla las estaciones de referencia se encuentran fuera de la isla. Hay que considerar la velocidad de estas estaciones para no observar el movimiento de la placa. Los efectos atmosféricos son más problemáticos debido a la latitud y a la altitud de la isla. El relieve de la isla hace que las estaciones del norte tengan un mal horizonte. La forma de la isla provoca fuertes variaciones por carga oceánica.

El caso de El Hierro Ahora 4:00 20:00 Hace tres semanas Procesados dependiendo de la calidad de las órbitas: Ultrarrápidas predichas Procesado en tiempo real (en nuestro caso no es posible por las comunicaciones y los equipos) Como alternativa, cada hora se procesan las ocho horas anteriores. Ultrarrápidas observadas A las 4:00 se procesa el día anterior completo. Rápidas A las 20:00 se procesa el día anterior completo. Definitivas A las 3 semanas se procesa la semana completa.

El caso de El Hierro Junio 2012 procesado subdiario, datos RINEX a 30 segundos de HI03

El caso de El Hierro Deformación en mm acumulada e interpolada entre todas las estaciones durante la crisis de abril de 2013.