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Impact of GPS processing on the estimation of snow water equivalent using refracted GPS signals / Ladina Steiner in IEEE Transactions on geoscience and remote sensing, vol 58 n° 1 (January 2020)  

Public [article]  inIEEE Transactions on geoscience and remote sensing > vol 58 n° 1 (January 2020) . - pp 123 - 135 Titre : Impact of GPS processing on the estimation of snow water equivalent using refracted GPS signals Type de document : Article/Communication Auteurs : Ladina Steiner, Auteur ; Michael Meindl, Auteur ; Christoph Marty, Auteur ; Alain Geiger, Auteur Année de publication : 2020 Article en page(s) : pp 123 - 135 Note générale : bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Navigation et positionnement [Termes IGN] Alpes [Termes IGN] altitude [Termes IGN] antenne GPS [Termes IGN] eau de fonte [Termes IGN] étalonnage des données [Termes IGN] manteau neigeux [Termes IGN] modèle hydrographique [Termes IGN] neige [Termes IGN] phase GPS [Termes IGN] pondération [Termes IGN] réfraction [Termes IGN] signal GPS [Termes IGN] Suisse Résumé : (auteur) Global navigation satellite system (GNSS) antennas buried underneath a snowpack have a high potential for in situ snow water equivalent (SWE) estimation. Automated and continuous SWE quantification independent of weather conditions could enhance snow hydrological monitoring and modeling. Accurate and reliable in situ data are needed for the calibration and validation of remote sensing data and snowpack modeling. A relative bias of less than 5% is achieved using sub-snow global positioning system (GPS) antennas (GPS refractometry) during a three full seasons time period in the Swiss Alps. A systematic overview regarding the temporal reliability of the sub-snow GPS derived results is, however, missing for this emerging technique. Moreover, GPS processing impacts the results significantly. Different GPS processing parameters are therefore selected and their influence on the SWE estimation is investigated. The impact of elevation-dependent weighting, the elevation cutoff angles, and the time intervals for SWE estimation are systematically assessed. The best results are achieved using all observations with an elevation-dependent weighting scheme. Moreover, the SWE estimation performance is equally accurate for hourly SWE estimation as for lower temporal resolutions up to daily estimates. The impact of snow on the coordinate solution is furthermore evaluated. While the east and north components are not systematically influenced by the overlying snowpack, the vertical component exhibits a significant variation and strongly depends on the SWE. The biased vertical component therefore provides an additional possibility to estimate SWE. Numéro de notice : A2020-074 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Article nature-HAL : ArtAvecCL-RevueIntern DOI : 10.1109/TGRS.2019.2934016 Date de publication en ligne : 06/09/2019 En ligne : https://doi.org/10.1109/TGRS.2019.2934016 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=94605 [article]

High-resolution models of tropospheric delays and refractivity based on GNSS and numerical weather prediction data for alpine regions in Switzerland / Karina Wilgan in Journal of geodesy, vol 93 n°6 (June 2019)  

Public [article]  inJournal of geodesy > vol 93 n°6 (June 2019) . - pp 819 - 835 Titre : High-resolution models of tropospheric delays and refractivity based on GNSS and numerical weather prediction data for alpine regions in Switzerland Type de document : Article/Communication Auteurs : Karina Wilgan, Auteur ; Alain Geiger, Auteur Année de publication : 2019 Article en page(s) : pp 819 - 835 Note générale : bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Applications de géodésie spatiale [Termes IGN] Alpes [Termes IGN] collocation par moindres carrés [Termes IGN] correction troposphérique [Termes IGN] données GNSS [Termes IGN] données météorologiques [Termes IGN] interféromètrie par radar à antenne synthétique [Termes IGN] modèle mathématique [Termes IGN] précision de l'estimation [Termes IGN] prévision météorologique [Termes IGN] réfraction [Termes IGN] retard troposphérique [Termes IGN] retard troposphérique zénithal [Termes IGN] Suisse Résumé : (auteur) The tropospheric delay of a microwave signal affects all space geodetic techniques. One possibility of modeling the delay is by introducing tropospheric models from external data sources. In this study, we present high-resolution models of tropospheric total refractivity and zenith total delay (ZTD) for the alpine area in Switzerland. The troposphere models are based on different combinations of data sources, including numerical weather prediction (NWP) model COSMO-1 with high spatial resolution of 1.1 km × 1.1 km, GNSS data from permanent geodetic stations and GPS L1-only data from low-cost permanent stations. The tropospheric parameters are interpolated to the arbitrary locations by the least-squares collocation method using the in-house developed software package COMEDIE (Collocation of Meteorological Data for Interpretation and Estimation of Tropospheric Pathdelays). The first goal of this study is to validate the obtained models with the reference radiosonde and GNSS data to show the improvement w.r.t. the previous studies that used lower resolution input data. In case of total refractivity, the profiles reconstructed from COSMO-1 model show the best agreement with the reference radiosonde measurements, with an average bias of 1.1 ppm (0.6% of the total refractivity value along a vertical profile) and standard deviation of 2.6 ppm (1.6%) averaged from the whole profile. The radiosondes are assimilated into COSMO-1 model; thus, a high correlation is expected, and this comparison is not independent. In case of ZTD, the GNSS-based model shows the highest agreement with the reference GNSS data, with an average bias of 0.2 mm (0.01%) and standard deviation of 4.3 mm (0.2%). For COSMO-based model, the agreement is also very high, especially compared to our previous studies with lower resolution NWPs. The average bias is equal to − 2.5 mm (0.1%) with standard deviation of 9.2 mm (0.5%). The second goal of this study is to test the feasibility of calculating high-resolution troposphere models over a limited area from coarser data sets. We calculate the ZTD models with spatial resolution of 20 m for a test area in Matter Valley. We include the information from the low-cost GPS stations (X-Sense), to also assess the performance and future usability of such stations. We validate the models based on three data sources w.r.t. the reference GNSS data. For the station located inside the area of the study, the models have an agreement of few mm with the reference data. For stations located further away from the study area, the agreement for X-Sense is smaller, but the standard deviations of residuals are still below 15 mm. We consider also another factor of evaluating the high-resolution models, i.e., spatial variability of the data. For designing a GNSS network, also for the tropospheric estimates, the height variability of the network may be as important as the horizontal distribution. The GNSS-based models are built from the coarsest network; thus, their variability is the lowest. The variability of X-Sense-based stations is the highest; thus, such data may be suitable for building troposphere models for very high-resolution applications. Numéro de notice : A2019-350 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Article nature-HAL : ArtAvecCL-RevueIntern DOI : 10.1007/s00190-018-1203-6 Date de publication en ligne : 01/10/2018 En ligne : https://doi.org/10.1007/s00190-018-1203-6 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=93394 [article]

Tropospheric refractivity and zenith path delays from least-squares collocation of meteorological and GNSS data / Karina Wilgan in Journal of geodesy, vol 91 n° 2 (February 2017)  

Public [article]  inJournal of geodesy > vol 91 n° 2 (February 2017) . - pp 117 - 134 Titre : Tropospheric refractivity and zenith path delays from least-squares collocation of meteorological and GNSS data Type de document : Article/Communication Auteurs : Karina Wilgan, Auteur ; Fabian Peter Hurter, Auteur ; Alain Geiger, Auteur ; et al., Auteur Année de publication : 2017 Article en page(s) : pp 117 - 134 Note générale : Bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Applications de géodésie spatiale [Termes IGN] collocation par moindres carrés [Termes IGN] données GNSS [Termes IGN] données météorologiques [Termes IGN] modèle atmosphérique [Termes IGN] prévision météorologique [Termes IGN] propagation troposphérique [Termes IGN] réfringence [Termes IGN] retard troposphérique zénithal Résumé : (Auteur) Precise positioning requires an accurate a priori troposphere model to enhance the solution quality. Several empirical models are available, but they may not properly characterize the state of troposphere, especially in severe weather conditions. Another possible solution is to use regional troposphere models based on real-time or near-real time measurements. In this study, we present the total refractivity and zenith total delay (ZTD) models based on a numerical weather prediction (NWP) model, Global Navigation Satellite System (GNSS) data and ground-based meteorological observations. We reconstruct the total refractivity profiles over the western part of Switzerland and the total refractivity profiles as well as ZTDs over Poland using the least-squares collocation software COMEDIE (Collocation of Meteorological Data for Interpretation and Estimation of Tropospheric Pathdelays) developed at ETH Zürich. In these two case studies, profiles of the total refractivity and ZTDs are calculated from different data sets. For Switzerland, the data set with the best agreement with the reference radiosonde (RS) measurements is the combination of ground-based meteorological observations and GNSS ZTDs. Introducing the horizontal gradients does not improve the vertical interpolation, and results in slightly larger biases and standard deviations. For Poland, the data set based on meteorological parameters from the NWP Weather Research and Forecasting (WRF) model and from a combination of the NWP model and GNSS ZTDs shows the best agreement with the reference RS data. In terms of ZTD, the combined NWP-GNSS observations and GNSS-only data set exhibit the best accuracy with an average bias (from all stations) of 3.7 mm and average standard deviations of 17.0 mm w.r.t. the reference GNSS stations. Numéro de notice : A2017-062 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Article nature-HAL : ArtAvecCL-RevueIntern DOI : 10.1007/s00190-016-0942-5 En ligne : http://dx.doi.org/10.1007/s00190-016-0942-5 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=84275 [article]

The future of national GNSS-geomonitoring infrastructures in Switzerland / John Clinton (2017)  

Public Titre : The future of national GNSS-geomonitoring infrastructures in Switzerland : White paper Type de document : Rapport Auteurs : John Clinton, Auteur ; Alain Geiger, Auteur ; Simon Häberling, Auteur ; Florian Haslinger, Auteur ; Markus Rothacher, Auteur ; Adrian Wiget, Auteur ; Urs Wild, Auteur Editeur : Zurich : Schweizerischen Geodatischen Kommission / Commission Géodésique Suisse Année de publication : 2017 Collection : Geodätisch-Geophysikalische Arbeiten in der Schweiz, ISSN 0257-1722 num. 100 Importance : 59 p. Format : 21 x 30 cm ISBN/ISSN/EAN : 978-3-908440-46-8 Note générale : bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Systèmes de référence et réseaux [Termes IGN] AGNES [Termes IGN] infrastructure [Termes IGN] Suisse [Termes IGN] surveillance géologique Index. décimale : 30.10 Systèmes de référence et réseaux géodésiques Résumé : (auteur) Ce document décrit les grandes lignes de la vision à long terme de l’infrastructure GNSS de géo-monitorage en Suisse. Il est élaboré par trois institutions clés, l’office fédéral de topographie swisstopo, le service sismologique suisse (SED) ainsi que l’institut de géodésie et photogrammétrie de l’EPF Zurich (IGP). En outre, il est parrainé par la commission géodésique suisse ainsi que par la commission géophysique suisse. Bien que les réseaux GNSS permanents fournissent des services très utiles à la société et bénéficient d’une valeur économique évidente, ce papier traite en priorité des aspects scientifiques qui leurs sont liés. En particulier, les avancées concernant la conception des réseaux y sont décrites, de leur densité et de la pertinence de la colocation de multiples senseurs. Ceci, en analysant toute la chaîne, depuis la gestion et l’échange des données jusqu’aux produits finaux. Actuellement, le réseau GNSS permanant AGNES est de haute-qualité, polyvalent et automatique. Il trouve ses applications dans les services de positionnement, dans la mensuration nationale, en géodynamique et en météorologie. Bien que le réseau actuel puisse être considéré comme étant conforme aux réseaux les plus avancés du point de vue de la densité des stations et de l’instrumentation en place, il existe un certain potentiel d’amélioration en ce qui concerne la gestion, l’organisation et la distribution des données et des services, surtout pour ce qui est des applications en temps réel et à court terme, ainsi que du point de vue de la coordination avec les différentes parties prenantes. Une des principales conclusions de ce papier est que l’aménagement et l’augmentation des applications existantes ainsi que leur expansion au champ de la sismologie devrait pouvoir contribuer significativement à l’amélioration de l’évaluation globale des risques sismiques en Suisse. De plus, si les recommandations développées dans ce document sont mises en œuvre, elles contribueront à une meilleure connaissance des processus tectonique et sismique en cours et pourraient être bénéfiques aux applications comme les alertes précoces et la caractérisation rapide des séismes tout en augmentant la redondance et leur niveau de fiabilité général. Voici les recommandations clés qui sont proposées : 1.Densification spatiale de l’épine dorsale du réseau AGNES par de nouvelles stations aux standards de qualités exigées pour des applications de géodynamique. Les objectifs sont : i) densification générale des stations avec un espacement de 10-20 km; ii) amélioration de la répartition en altitude des stations en région de montagne; iii) densification sélective des régions à forte séismicité. 2.Colocation de stations clés AGNES avec des stations sismiques et météorologiques. Comme mesure minimale, le SED, swisstopo et MétéoSuisse devraient se consulter lorsque de nouvelles stations de monitorages sont planifiées. 3.Améliorer l’infrastructure de toutes les stations AGNES et de leurs réseaux affiliés afin de permettre un taux d’échantillonnage de 20 mesures par seconde. Les communications doivent être mises à jour afin de disposer d’une bande passante suffisante ainsi que de temps de latence minimaux. 4.Swisstopo et le SED devraient établir un cadre clair pour l’intégration des données GNSS à hautes fréquence dans les procédures du réseau sismologique, en intégrant les séries temporelles de déplacements des évènements sismiques dans les archives des formes d’ondes du SED, ceci avec un minimum de temps de latence. 5.Swisstopo devrait définir des standards et des lignes directrices qui seraient appliquées par toutes les agences qui développeraient leur propre réseau permanant GNSS de haute qualité ou qui intégreraient des solutions temporaires de moindre qualité avec AGNES. Les communautés émergentes devraient suivre ces standards lorsque cela est possible. Swisstopo devrait conduire et coordonner la communauté GNSS aux échelles nationales et internationales, comme par exemple avec EPOS. 6.Swisstopo devrait continuer à assurer la responsabilité de l’établissement du centre national de données pour le traitement et l’analyse centralisée des données GNSS, en incluant les produits temps-réel et l’archivage permanent des données GNSS de haute qualité du réseau GNSS automatique étendu. 7.Les formats d’échange de données ainsi que les outils de diffusion entre swisstopo et la communauté des utilisateurs finaux doivent être définis. De plus, la politique d’utilisation libre des données à des fins scientifiques doit être poursuivie. 8.Une force d’intervention opérationnelle devrait être établie afin de pouvoir fournir des réponses rapides après un évènement sismique significatif. Des équipements et des ressources devraient être alloués en définissant clairement la répartition des responsabilités. 9.Les campagnes de mesures périodiques du réseau MN95 de swisstopo devraient être continuées et répétées suivant un intervalle de temps maximal de six ans entre deux mesures. Numéro de notice : 17457 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Recueil / ouvrage collectif En ligne : https://www.sgc.ethz.ch/sgc-volumes/sgk-100.pdf Format de la ressource électronique : URL Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=89682

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17457-01	30.10	Livre	Centre de documentation	Géodésie	Disponible

4D GPS water vapor tomography: new parameterized approaches / Donat Perler in Journal of geodesy, vol 85 n° 8 (August 2011)  

Public [article]  inJournal of geodesy > vol 85 n° 8 (August 2011) . - pp 539 - 550 Titre : 4D GPS water vapor tomography: new parameterized approaches Type de document : Article/Communication Auteurs : Donat Perler, Auteur ; Alain Geiger, Auteur ; Fabian Peter Hurter, Auteur Année de publication : 2011 Article en page(s) : pp 539 - 550 Note générale : Bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Applications de géodésie spatiale [Termes IGN] Alpes [Termes IGN] coordonnées ellipsoïdales [Termes IGN] distribution spatiale [Termes IGN] données GPS [Termes IGN] données météorologiques [Termes IGN] filtre de Kalman [Termes IGN] prédiction [Termes IGN] réfraction atmosphérique [Termes IGN] réfringence [Termes IGN] signal GPS [Termes IGN] Suisse [Termes IGN] tomographie [Termes IGN] troposphère [Termes IGN] vapeur d'eau [Termes IGN] voxel Résumé : (Auteur) Water vapor is a key variable in numerical weather prediction, as it plays an important role in atmospheric processes. Nonetheless, the distribution of water vapor in the atmosphere is observed with a coarse resolution in time and space compared to the resolution of numerical weather models. GPS water vapor tomography is one of the promising methods to improve the resolution of water vapor measurements. This paper presents new parameterized approaches for the determination of water vapor distribution in the troposphere by GPS. We present the methods and give first results validating the approaches. The parameterization of voxels (volumetric pixels) by trilinear and spline functions in ellipsoidal coordinates are introduced in this study. The evolution in time of the refractivity field is modeled by a Kalman filter with a temporal resolution of 30s, which corresponds to the available GPS-data rate. The algorithms are tested with simulated and with real data from more than 40 permanent GPS receiver stations in Switzerland and adjoining regions covering alpine areas. The investigations show the potential of the new parameterized approaches to yield superior results compared to the non parametric classical one. The accuracy of the tomographic result is quantified by the inter-quartile range (IQR), which is decreased by 10–20% with the new approaches. Further, parameterized voxel solutions have a substantially smaller maximal error than the non parameterized ones. Simulations show a limited ability to resolve vertical structures above the top station of the network with GPS tomography. Numéro de notice : A2011-359 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Article nature-HAL : ArtAvecCL-RevueIntern DOI : 10.1007/s00190-011-0454-2 Date de publication en ligne : 08/03/2011 En ligne : https://doi.org/10.1007/s00190-011-0454-2 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=31138 [article]

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266-2011081	RAB	Revue	Centre de documentation	En réserve L003	Disponible

GPS Tomography and Remote Sensing Techniques for Water Vapor Determination in the ESCOMPTE Campaign / Beat Bürki (2004)

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Airborne gravity mesasurements using a LaCoste & Romberg air-sea gravity meter / Alain Geiger (2002)

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Dreidimensionales Testnetz Turmann, 2. Teil 2 / F. Jeanrichard (1995)  

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NFP 20, Beitrag der Geodäsie zur geologischen Tiefenstruktur und Alpendynamik / Hans-Gert Kahle (1993)  

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Dreidimensionales Testnetz Turmann, 1. Teil 1 / F. Jeanrichard (1992)  

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Gravimetrisches Geoid der Schweiz / Alain Geiger (1990)  

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Einfluss und Bestimmung der Variabilität des Phasenzentrums von GPS-Antennen / Alain Geiger (1988)  

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Entwicklung und Erprobung eines Präzisionsneigungstisches zur Kalibrierung geodätischer Instrumente / Alain Geiger (1982)

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