Naslov
Utjecaj vulkanske aktivnosti na raspršenje položaja određenog satelitskim navigacijskim sustavima
(Effects of volcanic activity on the dispersion of position derived from satellite navigation systems)

Autori
Toman, Ivan

Vrsta, podvrsta i kategorija rada
Ocjenski radovi, doktorska disertacija

Fakultet
Pomorski fakultet

Mjesto
Rijeka

Datum
20.06

Godina
2022

Stranica
276

Mentor
Kos, Serđo

Neposredni voditelj
Brčić, David

Ključne riječi
globalni navigacijski satelitski sustavi ; globalni položajni sustav ; raspršenje položaja ; litosferna dinamika ; vulkanska aktivnost ; ukupni sadržaj elektrona ; ionosfera ; sprega litosfere, atmosfere i ionosfere
(global navigation satellite system ; global positioning system ; dispersion of position ; lithopshere dynamics ; volcanic activity ; total electron content ; ionosphere ; lithosphere-atmosphere-ionosphere coupling)

Sažetak
Satelitski navigacijski sustavi danas nalaze široku upotrebu u prometu i brojnim drugim suvremenim djelatnostima, a koriste se sve intenzivnije i za potrebe znanstvenih istraživanja. U pomorstvu, satelitska navigacija predstavlja temeljni način određivanja položaja i vođenja navigacije. Učinak elektriciteta u Zemljinoj atmosferi na raspršenje položaja izračunatog satelitskim sustavima je vrlo dobro poznat i značajan je u dijelu pomorskih operacija koje zahtijevaju visoki stupanj točnosti. U satelitskoj tehnologiji, uobičajena mjera za količinu elektriciteta u atmosferi je ukupni sadržaj elektrona, kao broj slobodnih elektrona između satelita i površine Zemlje u stupcu presjeka 1m2 (engl. Total Electron Content - TEC). Istraživanja sprege litosferne dinamike i električnih svojstava atmosfere su tek u začecima. Posebno utjecaj vulkanske aktivnosti na atmosferski elektricitet nije dovoljno istražen. Zbog toga su i posljedični učinci vulkanske aktivnosti na položajnu točnost satelitski izračunatog položaja nepoznati. Cilj disertacije je temeljem statističke analize sprege vulkanske aktivnosti i raspršenja položaja dobivenog satelitskim navigacijskim sustavima odrediti kvalitativne i kvantitativne povezanosti ova dva promatrana objekta istraživanja. U tu svrhu, analizirana je aktivnost 6 vulkana kroz period 2000-2021., u kontekstu položajne točnosti satelitski određenog položaja u njihovoj blizini. Vulkanska aktivnost je karakterizirana satelitski određenom spektralnom radijancijom kao mjerom za toplinsko zračenje. Raspršenje položaja je određeno iz podataka referentnih GNSS stanica, a kao metoda određivanja položaja izabrano je jednofrekvencijsko određivanje položaja GPS sustavom, s modeliranom ionosferskom ispravkom, ali bez korištenja diferencijskih usluga i ostalih metoda poboljšanja točnosti položaja. Položajna točnost je analizirana kroz 24-satnu aritmetičku sredinu pogreške, srednje kvadratnu pogrešku i standardnu devijaciju pogreške izračuna položaja u blizini vulkana, a kao moguć eksplanatoran parametar za dobivene rezultate analizirana je 24-satna aritmetička sredina i standardna devijacija ukupnog sadržaja elektrona nad vulkanskim područjem. Istraživanjem je utvrđena korisnička položajna statistička ravnoteža u funkciji vulkanske aktivnosti i pripadajućoj raspodjeli TEC vrijednosti. Rezultati usporedbe položajne točnosti kroz promatrane statističke pokazatelje u aktivnim i neaktivnim periodima vulkana, pokazuju značajne kvantitativne razlike između pojedinih analiziranih vulkana, ali i prilično konzistentan kvalitativni obrazac - poboljšanje položajne točnosti u blizini eruptirajućih vulkana i to za 5 ili 6 (zavisno o promatranim statističkim pokazateljima) od 6 promatranih vulkana. Pritom se izbačen vulkanski aerosol na visinu stratosfere, hipotezom postavlja kao temeljni uzročnik koji ograničava amplitudu ukupnog sadržaja elektrona u ionosferi iznad aktivnog vulkanskog područja, čime posljedično umanjuje pogreške jednofrekvencijskog određivanja položaja GPS sustavom. Rezultati osim toga pokazuju i opadanje točnosti udaljavanjem korisnika sustava od aktivnog vulkana kao i slabljenjem stupnja vulkanske aktivnosti. Iz visoke stohastičnosti rezultata proizlaze specifičnosti statističkog modeliranja izučavane povezanosti, a takvi rezultati ujedno ukazuju i na temeljnu činjenicu - vulkanska aktivnost predstavlja tek sekundaran učinak na položajnu točnost satelitskih navigacijskih sustava, nakon utjecaja Sunčeve aktivnosti, kozmičkog zračenja i drugih primarnih forsirajućih čimbenika na Zemljinu ionosferu. Pokazano je također da pri analizi utjecaja vulkanske aktivnosti na raspršenje položaja određenog GPS sustavom, spomenuti primarni čimbenici stvaraju značajan otežavajući element i umanjenje njihovih učinaka u procesu analize predstavlja velik metodološki izazov. Konačna razmatranja rezultata su pokazala potrebu za proširenjem budućih istraživanja na učinak vulkanske aktivnosti na ostale GNSS sustave i posebno na preciznije metode određivanja položaja satelitskim navigacijskim sustavima.

Izvorni jezik
Hrvatski

Znanstvena područja
Geofizika, Tehnologija prometa i transport, Interdisciplinarne tehničke znanosti

POVEZANOST RADA