1 MODELO PILOTO DE PREDICCIÓN ESPACIAL DEL DESPLAZAMIENTO HORIZONTAL EN ESTACIONES DE MONITOREO CONTINUO MEDIANTE TÉCNICAS GEOESTADÍSTICAS. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA Y LA CONSTRUCCIÓN CARRERA DE INGENIERÍA GEOGRÁFICA Y DEL MEDIO AMBIENTE MARTÍNEZ GARRIDO WILLIAM ALEJANDRO MORILLO ANDRADE ALFONSO RODRIGO PROYECTO DE GRADO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE INGENIERO GEÓGRAFO Y DEL MEDIO AMBIENTE REALIZADO POR:

2 TABLA DE CONTENIDOS. 1.INTRODUCCIÓN 2.ÁREA DE ESTUDIO 3.OBJETIVOS 4.METAS 5.MARCO TEÓRICO 6.PROCESAMIENTO DE DATOS GNSS 7.ESTADISTICAS DE LA REGRESIÓN LINEAL Y DETERMONACIÓN DE VELOCIDADES 8.APLICACIÓN DE GEOESTADISTICA 9.PROGRAMA PARA EL CÁLCULO DE VELOCIDADES. 10.CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

3 INTRODUCCIÓN Los modelos de referencia han ido experimentando cambios a través del tiempo a causa de varios fenómenos geofísicos, movimientos de placas tectónicas, fallas geológicas, terremotos, etc. El presente proyecto realiza un modelo de predicción espacial que servirá para la determinación de velocidades. La importancia de contar con un modelo de velocidades propio que se ajuste a las necesidades del país y que nos sirva para trasladar las coordenadas entre épocas, ayudando a corregir la diferencia que existe entre los diferentes ITRFs.

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5 OBJETIVOS GENERAL: −Definir un modelo piloto de predicción espacial del desplazamiento horizontal mediante técnicas Geoestadísticas. ESPECIFICOS: −Procesar los datos crudos obtenidos de diez estaciones de monitoreo continuo del Ecuador (GYEC, RIOP, CUEC, LJEC, MAEC, ALEC, MHEC, GZEC, CLEC, PDEC) durante 3 años. −Procesar mediante software científico los datos ya depurados de las estaciones. −Generar un modelo de velocidades utilizando técnicas geo-estadísticas.

6 METAS Datos depurados de las 10 estaciones ya que con ello se lograría determinar todas las inconsistencias existentes en los diferentes archivos RINEX. Archivos RINEX que sean coherentes con los archivos LogFile y fichas técnicas. Modelo adecuado de predicción espacial del desplazamiento horizontal en MATLAB y en EXCEL. Un modelo piloto, fuente de datos e información para un proyecto macro que utilice todas las estaciones de la Red GNSS de Monitoreo Continuo y que ayude a futuras investigaciones sobre estudios geodinámicos, tectónicos y de amenazas sísmicas en el Ecuador.

7 MARCO TEÓRICO El modelo de velocidades determina los cambios posicionales de un punto a través del tiempo, para lo cual determina vectores de desplazamiento V (dx/dt, dy/dt, dz/dt) que se obtienen a través de una serie de observaciones que cumplen un intervalo mínimo de tiempo de 2 años.

8 El Modelo de Velocidades para América del Sur y El Caribe (VEMOS2009) que fue desarrollado utilizando datos de diferentes redes geodinámicas y datos de algunas redes de monitoreo contínuo, teniendo en cuenta solamente dos estaciones del Ecuador.

9 Ecuador se encuentra situado en la zona donde se unen la Placa de Nazca con la Placa Sudamericana lo cual nos indica que se encuentra en una zona de alta influencia geodinámica. Dentro de Ecuador también se encuentran fallas geológicas que están activas como es el caso de la falla Celica-Macará que afecta casi al 60% del área cantonal.

10 PROCESAMIENTO DE DATOS GNSS TRIMBLE RUNPKR00.T0X TRANSFORMA.tgd TEQC runpkr00 –d –g NombreDelArchivo.T0X

11 PROCESAMIENTO DE DATOS GNSS 1. Transformación 2. Edición 3. Control de Calidad TEQC 1. TRANSFORMACIÓN DE DATOS RAW data (.tgd ó.dat).o Observación.n,.g Navegación.m Meteorológicos

12 SSSS es la semana GPS name es el nombre de la estación de 4 dígitos DOY es el día GPS YY son los dos últimos dígitos del año Juliano nameDOY0.tgd el archivo de donde se obtendrán los RINEX nameDOY0.YYn el archivo que se obtiene de navegación GPS nameDOY0.YYg el archivo que se obtiene de navegación GLONASS nameDOY0.YYm el archivo que se obtiene de meteorológico nameDOY0.YYo el archivo que se obtiene de observación teqc –week SSSS –tr d +nav nameDOY0.YYn,nameDOY0.YYg +met nameDOY0.YYm +obs nameDOY0.YYo nameDOY0.tgd

13 -O.x es la instrucción de edición (nótese que existe una instrucción diferente para cada línea que desee editarse) nameDOY0.YYo es el nombre original del archivo nameDOY0a.YYo es el nombre del archive editado 2. EDICIÓN DE DATOS teqc –O.r “RUN BY” –O.o “OBSERVER” –O.ag “AGENCY” –O.mo “MARKER NAME” –O.mn “MARKER NUMBER” –O.rn “REC #” –O.rt “REC TYPE” –O.an “ANT #” –O.at “ANT TYPE + DOME” –O.dec INTERVAL (s) nameDOY0.YYo > nameDOY0a.YYo PRIMORDIAL MARKER NAME MARKER NUMBER OBSERVER / AGENCY REC # / TYPE / VERS ANT # / TYPE # / TYPES OF OBSERV INTERVAL

14 Archivo sin editarArchivo editado

15 +qc Es la instrucción para el control de calidad 3. CONTROL DE CALIDAD teqc +qc -nav nameDOY0.YYn,nameDOY0.YYg nameDOY0.YYo

16 Observaciones Ideales:#expt Observaciones Obtenidas:#have % de Observaciones:> 75 % Valor Multipath en L1:mp1 > 0.50 Valor Multipath en L2:mp2 > 0.50 Saltos de Ciclo:o/slps

17 PROCESAMIENTO CON EL SOFTWARE CIENTÍFICO BERNESE 5.0 1.Preparar y ordenar los archivos requeridos para el procesamiento. 2.Descarga de archivos necesarios para el procesamiento.. 3.Ejemplos de PCF ( Process Control File ). −Define los scripts que se deben ejecutar y en qué orden deben ser ejecutados

18 Preparar y ordenar los archivos requeridos para el procesamiento. ATMArchivos relacionados con la atmosfera: ionosfera y troposfera. BPEArchivos creados por el Bernese Processing Engine. OBSArchivos de observación de Bernese. ORBArchivos de orbitas y de información del polo. ORXArchivos RINEX originales. OUTArchivos de salida de cada script. RAWArchivos RINEX para convertirlo al formato Bernese. SOLArchivos de ecuaciones normales en formato: SINEX y NQ STAArchivos relacionados con las estaciones: coordenadas, carga oceánica, velocidades, informacion de las estaciones. Fuente: (Valverde C., 2013)

19 Descarga de archivos necesarios para el procesamiento. ftp://ftp.unibe.ch/ Fuente: (Valverde C., 2013)

20 Descarga de archivos necesarios para el procesamiento. ftp://igscb.jpl.nasa.gov Fuente: (Valverde C., 2013)

21 Descarga de archivos necesarios para el procesamiento. La carpeta RAW contiene los datos crudos Estos datos son obtenidos después de realizar el proceso del TEQC.

22 Descarga de archivos necesarios para el procesamiento. ftp://ftp.unibe.ch/ http//froste.oso.chalmers.se/loading//index.html

23 Descarga de archivos necesarios para el procesamiento.

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29 Ejemplos de PCF BPE (Bernese Processing Engine). −Permitir una automatización del procesamiento de datos GPS. Fuente: (Dach, Hugentobler, Fridez, & Meindl, 2007)

30 PPP (Posicionamiento Puntual Preciso). −Emplea datos provenientes de un solo receptor de tipo geodésico, más datos de corrección de los errores en los relojes de los satélites y órbitas precisas. CARACTERISTICAS: −Detección de entradas de estaciones que faltan en el archivo de corrección de carga del océano (extensión BLQ), −Actualización de la tabla nombre de la estación de abreviatura (extensión ABB), −Conversión de las coordenadas de la estación a una época predefinida, −Generación de coordenadas apriori y archivos de velocidad añadiendo nuevas estaciones al existente (referencia). Ejemplos de PCF

31 Fuente: (Dach, Hugentobler, Fridez, & Meindl, 2007) PPP (Posicionamiento Puntual Preciso).

32 RINEX2SINEX −Genera un archivo SINEX a partir de archivos de observación RINEX. CARACTERISTICAS: −Los archivos de observación con importantes gaps o grandes residuos serán automáticamente removidos del procesamiento para asegurar un procesamiento sólido. −La solución final de los datos. Ejemplos de PCF

33 Fuente: (Dach, Hugentobler, Fridez, & Meindl, 2007) RINEX2SINEX

34 Solución final de las coordenadas de las estaciones.

35 ESTADÍSTICAS DE LA REGRESIÓN LINEAL Y DETERMINACIÓN DE VELOCIDADES ALEC

36 ESTACIÓNCOMPONENTESESTADÍSTICAS DE REGRESIÓN R squareError EstándarObservaciones ALECX0.598876520.00285629673 Y0.022558810.00669587673 Z0.651384840.00240519673 CLECX0.284900010.00365874671 Y0.003890180.00645670671 Z0.327942070.00228996671 CUECX0.199087200.00331698756 Y0.040286640.01051252755 Z0.911584200.00217046757 GYECX0.716817340.00278977760 Y0.547897540.00701445760 Z0.419699290.00350639760 GZECX0.003940520.00253588676 Y0.018631260.00611702676 Z0.750717940.00196964676 LJECX0.010357000.00413500880 Y0.183793940.00974216880 Z0.880360000.00235400880 MAECX0.234561120.00266016703 Y0.208706280.00580131703 Z0.883373050.00252457703 MHECX0.553167700.00250608695 Y0.239343620.00661678695 Z0.864579660.00360847695 PDECX0.141466560.00259456492 Y0.035832990.00640764492 Z0.655677240.00213273492 RIOPX0.674318390.00254966886 Y0.160980860.00590269886 Z0.902087360.00205723886

37 ESTACIÓNCOMPONENTESCOEFICIENTES mb ALECX1233231.91.66402E-05 Y-6255435.6-4.85005E-06 Z-243534.50.000015676 CLECX1109944.0-0.000010936 Y-6266376.5-1.9107E-06 Z-453457.47.5748E-06 CUECX1215704.30.000005164 Y-6255712.26.7244E-06 Z-318818.90.000021764 GYECX1118628.40.000017648 Y-6274783.80.000030702 Z-237610.20.000011856 GZECX1260716.97.5766E-07 Y-6241813.2-4.0036E-06 Z-375920.60.000016236 LJECX1192829.01.35238E-06 Y-6252161.7-1.47784E-05 Z-440799.20.000020412 MAECX1312399.14.79195E-06 Y-6237499.8-9.6952E-06 Z-254805.82.26095E-05 MHECX1110452.01.11137E-05 Y-6270365.61.47935E-05 Z-360372.73.63407E-05 PDECX1198945.05.50493E-06 Y-6244385.4-6.45659E-06 Z-513442.61.53829E-05 RIOPX1255145.00.000011673 Y-6253609.4-8.22651E-06 Z-182569.80.000019868

38 m y b.- Son los coeficientes de la regresión lineal. X.- Es el tiempo para la cual se determina la velocidad. Y1.- Coordenada inicial Y2.- Coordenada final La velocidad sería la diferencia entre Y2 y Y1

39 ESTACIÓNCOMPONENTESVELOCIDAD ALECX0.0060737 Y-0.0017703 Z0.0057216 CLECX-0.0039915 Y-0.0006974 Z0.0027648 CUECX0.0018849 Y0.0024544 Z0.0079438 GYECX0.0064414 Y0.0112064 Z0.0043276 GZECX0.0002765 Y-0.0014613 Z0.0059263 LJECX0.0004936 Y-0.0053941 Z0.0074504 MAECX0.0017491 Y-0.0035387 Z0.0082525 MHECX0.0040565 Y0.0053996 Z0.0132644 PDECX0.0020093 Y-0.0023567 Z0.0056148 RIOPX0.0042607 Y-0.0030027 Z0.0072518

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41 APLICACIÓN DE LA GEOESTADISTICA. Cálculo y modelación del semivariograma, que es una herramienta que permite determinar el comportamiento de una variable sobre un área determinada. Fuente: (Jaramillo D., 2003) Rango (h).- Es la distancia hasta la cual existe una dependencia espacial. Sill (C).- Es el valor máximo de la semivarianza, también se le conoce como meseta, en donde el modelo se estabiliza, Nugget (Co).- También es conocido como el efecto pepita, es la variabilidad aleatoria de la variable en estudio.

42 MODELOS APLICADOS Modelo Esférico. −Componente X

43 MODELOS APLICADOS Modelo Gaussiano. −Componente Y

44 MODELOS APLICADOS Modelo Exponencial. −Componente Z

45 PROGRAMA PARA EL CALCULO DE VELOCIDADES. Fuente: (Drewes & Heidbach, 2012)

46 PROGRAMA PARA EL CALCULO DE VELOCIDADES

47 PROGRAMA PARA EL CALCULO DE VELOCIDADES. EXCELMATLAB Fuente: (Luna M., 2015)

48 CONCLUSIONES.

49 Utilizando el programa Variowin no se pudo realizar el modelamiento geoestadístico que presenta dicho software, debido a la falta de estaciones, es decir con pocos datos el programa no es capaz de elegir un modelo adecuado. Este modelo piloto ayudará a resolver varias falencias que se podrían presentar en un proyecto de mayor escala, además que las velocidades obtenidas a través de estos procesos resultaron buenas para la cantidad de datos que se utilizaron. De acuerdo al mapa de campo de velocidades se puede manifestar que la estación CLEC perteneciente a la REGME, deforma de manera importante al modelo debido a la tectónica de placas, ya que este fenómeno da lugar al surgimiento de las fallas geológicas, las mismas que se encuentra en la provincia de Loja siendo su principal falla activa la de Celica-Macará, la cual ha presentado actividad durante los años que se realizó el presente estudio afectando de manera directa al resultado final obtenido.

50 RECOMENDACIONES. Para un análisis acertado de los datos se debe tener en cuenta la información proporciona por el control de calidad (TEQC), y hacer una depuración de los mismos, ya que existe la posibilidad de tener datos atípicos que modifiquen los resultados esperados. Debido a las falencias que se encontraron en el uso de esta metodología (regresión lineal), se recomienda utilizar otros métodos de series temporales para realizar un mejor cálculo de las velocidades. Para realizar un procesamiento adecuado de los datos se debe armar adecuadamente las carpetas del software BERNESE, como se encuentran especificadas en esta tesis, ya que caso contrario no se podría iniciar el procesamiento en dicho software. Para realizar un estudio completo en el ámbito de campo de velocidades se debe tener en cuenta varios factores entre los cuales el más importante a mencionar es el mapa geológico con el cual se debe tomar decisiones acertadas en el momento de realizar el modelo, ya que como quedó demostrado en esta tesis la estación CLEC se encuentra dentro de una falla geológica, la cual modifica el resultado del modelo en cuestión.

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