Het opkomende gebruik van het Global Navigation Satellite System (GNSS) maakt het mogelijk om continu ondiepe veranderingen in de hoogte van het aardoppervlak te meten. Uit een onderzoek van de Universiteit van Bonn blijkt nu dat de kwaliteit van deze metingen tijdens de pandemie mogelijk aanzienlijk is verbeterd, tenminste op sommige stations. De resultaten laten zien met welke factoren in de toekomst rekening moet worden gehouden bij het installeren van GPS-antennes. Nauwkeurigere geodetische gegevens zijn belangrijk voor het beoordelen van overstromingsrisico's en voor het verbeteren van vroegtijdige waarschuwingssystemen voor aardbevingen. Het journaal Geofysische onderzoeksbrieven rapporteert hier nu over.

Een aantal landen ging bij het uitbreken van de Covid-19-pandemie in politiek verordende late winterslaap. Veel van degenen die door de lockdown werden getroffen, hadden negatieve economische en sociale gevolgen. Geodesie, een tak van aardwetenschappen om het zwaartekrachtveld en de vorm van de aarde te bestuderen, anderzijds, heeft geprofiteerd van de drastische vermindering van menselijke activiteit. Dat is tenminste wat de studie nu publiceerde in Geofysische onderzoeksbrieven shows. De studie, die werd uitgevoerd door geodeten van de Universiteit van Bonn, onderzocht als voorbeeld de locatie van een precieze GNSS-antenne in Boston (Massachusetts).

GNSS-ontvangers kunnen hun positie bepalen tot op enkele mm nauwkeurig. Ze doen dit met behulp van de Amerikaanse GPS-satellieten en hun Russische tegenhangers, GLONASS. Sinds enkele jaren, met een nieuwe methode is het ook mogelijk geworden om de afstand tussen de antenne en het grondoppervlak te meten. "Dit heeft onze onderzoeksgroep onlangs in staat gesteld om hoogteverschillen in de bovenste bodemlagen te meten, zonder extra apparatuur te installeren, " legt Dr. Makan Karegar uit van het Instituut voor Geodesie en Geo-informatie aan de Universiteit van Bonn. Onderzoekers, bijvoorbeeld, kan de golfachtige voortplanting van een aardbeving en de opkomst of ondergang van een kustgebied meten.

De meetmethode is gebaseerd op het feit dat de antenne niet alleen het directe satellietsignaal oppikt. Een deel van het signaal wordt gereflecteerd door de nabije omgeving en objecten en bereikt met enige vertraging de GNSS-antenne. Dit gereflecteerde deel legt dus een langere weg af naar de antenne. Wanneer gesuperponeerd op het direct ontvangen signaal, het vormt bepaalde patronen die interferentie worden genoemd. De kan worden gebruikt om de afstand tussen de antenne en het grondoppervlak te berekenen, die in de loop van de tijd kan veranderen. Om het overstromingsrisico in laaggelegen kustgebieden te berekenen, het is belangrijk om deze verandering - en dus de verzakking van het aardoppervlak - precies te kennen.

Deze methode werkt goed als de omringende grond vlak is, als het oppervlak van een spiegel. "Maar veel GNSS-ontvangers zijn gemonteerd op gebouwen in steden of in industriële zones, " legt prof. dr. Jürgen Kusche uit. "En ze zijn vaak omringd door grote parkeerplaatsen - zoals het geval is met de antenne die we in Boston hebben onderzocht."

Auto's veroorzaken overlast

In hun analyse de onderzoekers konden aantonen dat geparkeerde auto's de kwaliteit van de hoogtegegevens aanzienlijk verminderen:geparkeerde voertuigen verstrooien het satellietsignaal en zorgen ervoor dat het meerdere keren wordt gereflecteerd voordat het de antenne bereikt, als een gebarsten spiegel. Dit vermindert niet alleen de signaalintensiteit, maar ook de informatie die eruit kan worden gehaald:het is "luidruchtig". In aanvulling, omdat het "patroon" van geparkeerde auto's van dag tot dag verandert, deze gegevens kunnen niet eenvoudig worden gecorrigeerd.

"Vóór de pandemie, metingen van antennehoogte hadden een gemiddelde nauwkeurigheid van ongeveer vier centimeter vanwege het hogere ruisniveau, " zegt Karegar. "Tijdens de lockdown, echter, er stonden bijna geen voertuigen geparkeerd in de buurt van de antenne; dit verbeterde de nauwkeurigheid tot ongeveer twee centimeter." Een beslissende sprong:hoe betrouwbaarder de waarden, hoe kleiner de hoogteverschillen die in de bovenste bodemlagen waarneembaar zijn.

Vroeger, GNSS-stations werden bij voorkeur geïnstalleerd in dunbevolkte gebieden, maar dat is de laatste jaren veranderd. "Nauwkeurige GNSS-sensoren worden vaak geïnstalleerd in stedelijke gebieden ter ondersteuning van positioneringsdiensten voor technische en landmeetkundige toepassingen, en uiteindelijk voor wetenschappelijke toepassingen zoals vervormingsstudies en beoordeling van natuurlijke gevaren, " zegt Karegar. "Onze studie beveelt aan dat we moeten proberen de installatie van GNNS-sensoren naast parkeerplaatsen te vermijden."