Herzlich Willkommen. Dr.- Ing. Astrid Sudau Referat Geodäsie Bundesanstalt für Gewässerkunde, Koblenz

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1 Herzlich Willkommen Dr.- Ing. Astrid Sudau Referat Geodäsie Bundesanstalt für Gewässerkunde, Koblenz Höhenmessungen mit GPS - Status quo und Entwicklungstendenzen Koblenz, 16. November 2006 BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 1

2 GPS-gestützte Höhenmessungen und überwachung von Pegeln im Küstenbereich Einführung Einführung GPS-Messungen und und Auswertungen Integration der GPS-Höhen in e Höhensysteme der Landesvermessung Integration der GPS-Höhen in amtliche Höhensysteme Zusammenfassung und Ausblick BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 2

3 Einführung Situation an der Küste BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 3

4 Höhenanschluss und -überwachung von Pegeln an der Küste - Geometrisches Nivellement - BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 4

5 Höhenanschluss und -überwachung von Pegeln an der Küste - Hydrostatisches Nivellement - BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 5

6 Höhenanschluss und -überwachung von Pegeln an der Küste - GPS - BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 6

7 Problematik bei GPS-Messungen auf Küstenpegeln BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 7

8 GPS-gestütze Höhenbestimmung von Pegeln im Küstenbereich bisherige Erfahrungen: Nur GPS-Höhenmessungen Bestimmung physikalischer Höhen (NN, NHN) ( GPS + Geoid): 1991/94: KFKI-Projekt Präzise Höhenbestimmung des Helgoländer Pegels (IFE) 1998: Höhenbestimmung der Leuchttürme Kiel und Kalkgrund (GI-TU Dresden, BfG) 1998ff: KFKI-Projekt NN-SAT (GI-TU Dresden, BfG) 1999: Außenems (BfG,WSA, LGN, BKG) 2001: Wiederholung Außenems (s.o.) 2001: Außenelbe (BfG, WSÄ, LGN, BKG) 2003: Jade / Außenweser (BfG, WSÄ, WNA H, GI-TU Dresden, BKG, LGN, LVA NW) BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 8

9 GPS-Kampagnen Außenems Zweck: präzise Höhenbestimmung der Pegel Emshörn, Dukegat und Knock durch statische GPS - Messungen Vergleich mit herkömmlichen Methoden (hydrostatisches u. geometrisches Nivellement) Beteiligte: WSA Emden, BfG, BKG, LGN, RWS-NL BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 9

10 GPS-Kampagnen Außenelbe 2001 Zweck: Neubestimmung von Pegelnullpunkten für 3D-Modellierung zur Anpassung der Fahrrinne an die moderne Container-Schifffahrt Anforderung der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) Beteiligte: WSÄ Cuxhaven + Tönning; BfG, BKG, LGN BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 10

11 GPS-Kampagnen Jade-Außenweser 2003 Zweck: Höhenbestimmung von 9 Pegeln, 3 Ober- u. Unterfeuern, 1 Leuchtturm, 5 Rohrfestpunkten Anforderung der WSÄ Bhv + Whv Beteiligte: 5 WSÄ, WNA H, BfG, BKG, LGN, LVA-NRW, GI-TU Dresden BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 11

12 GPS-Kampagnen Jade-Außenweser 2003 BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 12

13 GPS-Kampagnen Jade-Außenweser 2003 BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 13

14 GPS-Messkampagnen Übersicht Außenems 1999 Außenems 2001 Außenelbe 2001 Jade- Weser 2003 Anzahl der Stationen Beobachtungszeiten (h) ca. 85 ca. 131 ca Anzahl der Sessionen Elevationswinkel (º) Aufzeichnungsintervall (Sekunden) Netzausdehnung (N-S und W-O) km x 49 km 42 km x 49 km 17 km x 37 km 60 km x 60 km BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 14

15 GPS-Messkampagnen Genauigkeitsmaße zur Beurteilung der Ergebnisse: Standardabweichungen (Netz- / Stationslösungen) Residuen der Netzlösungen Abweichungen von hydrostatischen / nivellitischen Sollhöhen Epochenvergleiche BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 15

16 GPS-Messkampagnen (Übersicht) Elevation σ ellipsoidische Höhe [mm] Residuen Ø [mm] Residuen max. [mm] Außenems ,8 <3 15,6 Außenems 5 1,8 < 6 14, ,9 < 3 9,5 Außenelbe 5 4,1 ± 10-26, ,2 ± 15-40,0 Jade-Weser 2003 RMS-Netz RMS-Stationen a) JA-WE-Netz 5 3,6 1,8 6,5 b) ELBE-Netz 5 4,1 2,9 8,7 BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 16

17 GPS-Messkampagne Außenems Sessionsresiduen (Höhe) der Netzlösung BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 17

18 GPS-Messkampagne Außenems Sessionsresiduen (Höhe) der Netzlösung BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 18

19 GPS-Messkampagne Außenems Abweichungen der GPS-Höhen (in HS 140) von hydrostatischen und geometrischen Sollhöhen NN-Abweichung [mm] Ostbake SAPOS-Borkum Emshörn I Emshörn II Dukegat I Dukegat II Knock I Knock II SAPOS-Knock Nesserland Hinte Georgsheil GPS-Station BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 19

20 GPS-Messkampagnen Außenems Epochenvergleich der GPS-Höhen Station AURI BORK Höhenänderung [m] BS10_AT BS10_O_AT GN10 BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 20

21 GPS-Messkampagne Außenelbe Sessionsresiduen (Höhe) der Netzlösung BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 21

22 GPS-Messkampagne Jade-Weser RMS-Werte der Stationen im JA-WE-Netz 7,0 6,0 5,0 [mm] 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 ARN1 ARN2 AWE1 DWA1 DWA2 EVER HELJ HOK1 HOK2 HWE1 HWE2 KNES MEL1 MEL2 NEUW 6,0 5,0 4,0 [mm] 3,0 2,0 1,0 0,0 RLAN ROBP RUHW SCHI SOL1 SOL2 SPIE TEGL ULAN WANN WANO WANW WREM WURS WVRB Indiv. PCV, m. OTL Indiv. PCV, o. OTL Mittl. PCV, m. OTL Mittl. PCV, o. OTL BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 22

23 GPS-Messkampagne Jade-Weser RMS-Werte der Stationen im ELBE-Netz RMS-Werte [mm] CUXH BAKA BAKZ HEID HELJ NEUW Indiv. PCV, mit. OTL Mittl. PCV, mit OTL Indiv. PCV, ohne OTL Mittl. PCV, ohne OTL BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 23

24 Integration der GPS-Höhen in den Landeshorizont Datumsproblematik ETRS 89 - DHHN 92 GPS-Höhen müssen in das Höhensystem der Landesvermessung integriert werden Modellansatz: EGG 97 Restanpassung an den Landeshorizont durch einen bivariaten Polynomansatz Voraussetzung: gut verteilte Stützpunkte in ausreichender Anzahl BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 24

25 Integration der GPS-Höhen im Messgebiet Außenems - EGG 97 / Isolinien BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 25

26 Integration der GPS-Höhen im Messgebiet Außenelbe - EGG 97 / Isolinien BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 26

27 Integration der GPS-Höhen im Messgebiet Jade-Weser - EGG 97 / Isolinien BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 27

28 Integrationsmodelle Tests im Projekt Außenelbe: Bivariater Polynomansatz ( BP ) CMPGPS HEIDI 2 7P-Helmerttransformation Ergebnis: BP, CMPGPS + HEIDI 2 zeigen sehr gute Übereinstimmung 7P - Helmerttransformation nicht geeignet BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 28

29 Zusammenfassung GPS-Höhenmessungen Standardabweichungen i.d. R. < 5 mm (1σ; Netzlösung) Präzision ( innere Genauigkeit ) Vorraussetzung: ausreichend lange Beobachtungszeiten! Stationsresiduen: 0,1 mm - 4 cm Epochenvergleich : - 2 mm < ΔH < 15 mm (2 Kampagnen) GPS-Höhenwert = f (Antennenmodell, Auswertesoftware, etc.) realistische Genauigkeitsangabe: σ = (σ z2 + σ s2 ) 0,5 mit σ = 5 mm ; σ z s = 5 10 mm 7 mm < σ < 11 mm BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 29

30 Zusammenfassung Integration in den Landeshorizont Abweichungen von Soll -Höhen: 2 16 mm Vorraussetzung: gleichförmiger Geoidverlauf Genauigkeit der Geoidmodelle: EGG 97 : 15 mm ; GCG05: 10 mm (Flachland) Genauigkeit der integrierten GPS-Höhe H NHN : σ NHN = (σ 2 GPS + σ 2 EGG97 ) 0,5 σ NHN 16 mm 19 mm BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 30

31 Zusammenfassung Pegelvorschrift (Anlage C): Abweichung der Pegellatte um 1 cm Pegellatte ist umgehend wieder auf Soll - Lage einzustellen Im Küstengebiet kann in besonderen Fällen eine Abweichung bis 2 cm zugelassen werden. Vor Entscheidung, ob GPS-Höhen den Anforderungen genügen, ist zu klären (WSV, LAWA), was mit einer Abweichung von 2 cm gemeint ist (Toleranz, etc ) BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 31

32 Ausblick Weitere Höhenmessungen auf Pegeln im Nord- und Ostseebereich im Rahmen der Hauptnivellements / im Zusammenhang mit den Erneuerungsmessungen DHHN Untersuchungen: GPS-Kampagnen vs. Permanent-GPS Konzeptentwicklung für Höhenmonitoring von Küstenpegeln (im Rahmen von IKÜS ) BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 32

33 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Dr.- Ing. Astrid Sudau Referat Geodäsie Bundesanstalt für Gewässerkunde Am Mainzer Tor Koblenz Tel.: 0261/ sudau@bafg.de BfG-Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen, 16. November 2006 in Koblenz Seite 33