- Ein Netzwerk von GNSS-Referenzstationen als Grundinfrastruktur zur Realisierung der geodätischen Bezugssysteme Gerd Rosenthal

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1 SAPOS 1 - Ein Netzwerk von GNSS-Referenzstationen als Grundinfrastruktur zur Realisierung der geodätischen Bezugssysteme Gerd Rosenthal Geodätische Bezugssysteme im Umbruch Mit der zunehmend wachsenden Globalisierung von Wirtschaftsbeziehungen, mit den ständig verbesserten technischen Möglichkeiten der Informationserfassung und - verarbeitung sowie der Kommunikation scheint die Welt zu schrumpfen. Zugleich wachsen aber die Erfordernisse für die Sicherung und Stärkung von Standort und Wirtschaftswachstum, für die Bewältigung und Optimierung der Verkehre, für die soziale Entwicklung von Städten und Regionen und zum Schutz von Klima und Umwelt. Anforderungsgerechte und zukunftsorientierte Lösungen erfordern günstige Infrastrukturen für Kommunikation, Information und Mobilität als eine grundlegende Voraussetzung. Davon ist auch das Vermessungswesen betroffen. Aktuelle Geobasisinformationen sind eine wichtige Grundlage für das Planen und Handeln von Verwaltung, Recht, Wirtschaft und Wissenschaft. Sie werden heute für ein wesentlich breiteres Anwendungsspektrum benötigt als in vergangenen Zeiten und unterliegen gestiegenen Anforderungen. Ihre Verfügbarkeit wird in technisch adäquater Weise und hoher Qualität, permanent und online gefordert. Das amtliche Vermessungswesen in Deutschland hat sich im Rahmen seines gesetzlichen Auftrags diesen Anforderungen durch entsprechende Produktmodifikationen gestellt. Die Grundlagenvermessung, der die Bereitstellung der geodätischen Bezugssysteme für die Lage, Höhe und Schwere obliegt, reagiert soweit möglich mit einer Abkehr von konventionellen, in der Örtlichkeit vermarkten Festpunkten. Diese werden weitgehend durch ein Netz von Referenzstationen des Satellitenpositionierungsdienstes der deutschen Landesvermessung (SAPOS ) ersetzt, welche permanent die Informationen der Satelliten Globaler Navigations-Satellitensysteme (GNSS) (Abb. 1) erfassen und über verschiedene Medien multifunktionale Korrekturdaten (Differential (D)GNSS) für präzise Positionsbestimmung, Ortung und Navigation bereitstellen [SAPOS]. Der Notwendigkeit eines einheitlichen Raumbezugssystems für das zusammenwachsende Europa wird durch die von der Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen der Bundesrepublik Deutschland (AdV) 1991 beschlossene und 1995 weiter spezifizierte Umstellung des amtlichen Lagebezugssystems auf das dreidimensionale European Terrestrial Reference System in der Epoche (ETRS 89) unterstützt [AdV]. Das ETRS ist europaweit verfügbar und Bestandteil des weltweiten International Terrestrial Reference System (ITRS) [ROB] (Abb. 2 und 3). Insgesamt wird mit dieser Vorgehensweise nicht nur eine anforderungsgerechte Bereitstellung des geodätischen Raumbezugs erreicht, sondern auch eine erhebliche Steigerung von Wirtschaftlichkeit und Effizienz bei der Erfüllung dieser Aufgabe ebenso wie für die Benutzer der Ergebnisse der Landesvermessung [Rosenthal 2001]. Der Satellitenpositionierungsdienst der deutschen Landesvermessung (SAPOS ) in Berlin Der amtliche DGNSS-Dienst SAPOS wird für ganz Deutschland von den in der AdV organisierten Vermessungsverwaltungen der Bundesländer und den Fachbehörden mit Vermessungsaufgaben der Bundesministerien für Verkehr, Bau- 1 SAPOS ist eine eingetragene Marke der deutschen Landesvermessung Abb. 1: GPS-Satellit Illustration: NASA Foto: University of Texas Abb. 2: McDonald Laser Ranging Station in Texas (USA). Die erste Realisierung des ITRS und des ETRS erfolgte 1989 durch den International Earth Rotation Service (IERS) mit Satelliten-Laser-Entfernungsmessungen, Laserentfernungsmessungen zum Mond und Very Long Baseline Interfereometrie als ITRF Netz. Noch im selben Jahr wurde das mit GPS-Satellitenbeobachtungen hergestellte European Reference Frame (EUREF 89) ins ITRF/ETRF 89 eingebunden [EUREF]. Neben nachfolgenden Erweiterungen und Verbesserungen des EUREF werden nationale GPS-Verdichtungsnetze, wie das Deutsche Reference Frame 1991 (DREF 91) und die Referenznetze der Bundesländer, hergestellt. Karte: EPN Central Bureau Abb. 3: EUREF Permanent Network (EPN). Seit 1995 in einer Erprobungsphase und seit 1997 im Regelbetrieb werden die Satelliten des GPS kontinuierlich auf den Permanentstationen des EPN beobachtet [EPN]. Ausgewählte SAPOS -Referenzstationen sind als deutsches GPS-Referenzsnetz (GREF) in das EPN integriert. Dort sind die europäischen Stationen des International GPS Service (IGS) eingeschlossen, welcher die kontinentalen Netze zu einem globalen Netz vereinigt und die Ergebnisse an den IERS weitergibt.

2 und Wohnungswesen, des Innern und der Verteidigung im Rahmen ihres hoheitlichen Auftrags betrieben. Er bildet mit seinen Referenzstationssystemen eine geodätische Grundinfrastruktur für den Raumbezug im Zentrum Europas. Auf multifunktionalen Referenzstationen werden permanent Korrekturdaten für Echtzeit-GPS-Code- und Trägerphasenmessungen sowie Beobachtungsdaten für GPS- Auswertungen im Postprocessing erzeugt und mittels verschiedener Medien bereitgestellt. Mit seiner Multifunktionalität und Multimedialität ermöglicht SAPOS Lösungen für Anwendungen präziser satellitengestützter Positionierung, Ortung und Navigation und gewährleistet diese mit vier Servicebereichen weit über vermessungstechnische Aufgabenstellungen hinaus (Tab. 1): SAPOS EPS: Ausstrahlung von DGNSS-Korrekturdaten in Kooperation mit der ARD über Hör-Runkfunksender auf UKW/RDS und in Kooperation mit der Deutschen Telekom AG über den Sender Mainflingen auf LW/RDS für Echtzeit-Positionsbestimmungen mit einer Genauigkeit von 1 m bis 3 m sowie über 2-m-Band- Funksender der Landesvermessungsverwaltungen für Echtzeit- Positionsbestimmungen mit einer Genauigkeit von 0,5 m bis 2 m. SAPOS HEPS: Austrahlung von DGNSS-Korrekturdaten über 2-m- Band-Funksender der Landesvermessungsverwaltung en für Echtzeit-Positionsbestimmungen mit einer Genauigkeit von 1 cm bis 5 cm ohne und 2 cm bei Verwendung der Flächenkorrekturparameter vernetzter Referenzstationen. In verschiedenen Bundesländern wird SAPOS HEPS zusätzlich auch für die Benutzung mit einem GSM-Funktelefon bereitgestellt. SAPOS GPPS und GHPS: Bereitstellung von GNSS- Beobachtungsdaten der Referenzstationen über das Internet für hochpräzise DGNSS-Auswertungen im Postprocessing mit Ein- Zentimeter- bis Subzentimetergenauigkeiten. Bis zur vollständigen Umstellung der Datenabgabe mittels Internet werden die Beobachtungsdaten zurzeit noch vielfach über Mailboxsysteme, welche mit Festnetz- und Funktelefon angesprochen werden können, oder auf Datenträger abgegeben. In Berlin ist das SAPOS -Referenzstationssystem allen von der AdV festgelegten Standards entsprechend ausgebaut (Abb. 7), lediglich die RINEX-Datenabgabe für die Services GPPS und GHPS über das Internet wird erst ab 2002 im Regelbetrieb erfolgen. Drei Berliner Referenzstationen sind miteinander und mit der brandenburgischen Station in Potsdam vernetzt (Abb. 4). Berliner SAPOS DGNSS-Korrekturdaten für Echtzeitpositionierungen werden über 2-m-Band-Funk und UKW/RDS ausgestrahlt (Abb. 5 und 6). Aufgrund der hohen Anforderungen an die Versorgungssicherheit und Systemintegrität in der Metropole wurden frühzeitig richtungsweisende Maßnahmen für das Qualitätsmanagement umgesetzt: Alle Komponenten auf der zentralen Referenzstation Berlin 1, alle Datenübertragungswege zu den Sendern und die Sender selbst sind gedoppelt. Die Referenzstationen sind durch die Vernetzung sogar vierfach gesichert. Die SAPOS -Referenzstationen und die Sender sind gegen Stromschwankungen und Stromausfälle durch unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) und den Anschluss an Notstromaggregate gesichert. Die über 2-m-Band-Funk und den Sender Freies Berlin ausgestrahlten EPS- und HEPS-Korrekturdaten werden auf den Referenzstationen Berlin 1 und Berlin 3 permanent empfangen und überprüft. Auch die Beobachtungen für die Services GPPS und GHPS unterliegen einem ununterbrochenen Monitoring. Fehlfunktionen, Störungen und Qualitätsverluste werden deshalb in Echtzeit automatisch erkannt. Bei Fehlfunktionen etc. tritt ein automatisierter Alarmplan in Aktion, der notwendige Maßnahmen veranlasst. Je nach Erfordernis werden Datenübertragungswege, Rechner oder Sender umgeschaltet, wird vorübergehend eine andere Referenzstation als Hauptstation für die Abb. 4: GPS-Antennen auf der zentralen SAPOS -Referenz- und Monitoringstation Berlin 1 (RS ID 896) in Berlin-Wilmersdorf. Abb. 5: Fernmeldeturm Alexanderplatz, in Berlin Mitte. SAPOS -Senderstandort für 2-m- Band-Funk der Senatsverwaltung für Stadtentwicklung und UKW/RDS des ORB auf der Frequenz 99,7 MHz. Der Versorgungsradius des Berliner 2-m-Band-Funksenders mit der Sendefrequenz 160,29 MHz beträgt etwa 65 km. Foto: Sender Freies Berlin (SFB) Abb. 6: Senderstandort des SFB am Scholzplatz in Berlin-Charlottenburg. Der Sender hat eine Reichweite von ca. 45 km und strahlt SAPOS EPS-Korrekturdaten über den UKW/RDS-Hörfunksender Stadtradio Berlin 88 8 auf der Frequenz 88,8 MHz aus.

3 Nutzerschnittstellen: SA POS EPS: UKW/RDS: RTCM SC 104 V m-funk: RTCM SC 104 V m-funk RTCM SC 104 V 2.3 GPS und GLONASS SA POS HEPS inkl. FKP: 2 m-funk: RTCM SC 104 V. 2.1 (MSG Typen 20, 21) 2m-Funk: RTCM SC 104 V. 2.3 (MSG Typen 20, 21) GPS und GLONASS SA POS GPPS/GHPS: Internet: RINEX 2.0, RINEX 2.1 CD/FD: RINEX 2.0, RINEX 2.1 GPS und GLONASS Abb. 7: Prinzipskizze des Berliner SAPOS -Referenzstationssystems. Hellblaue Einträge: Regelbetrieb geplant ab 2002 Korrekturdatenbereitstellung benutzt. Das System ist derart ausgelegt, dass sich die Technik im Regelfall selbst behelfen kann und der SAPOS -Betrieb aufrecht erhalten wird. Sämtliche Fehlfunktionen etc. werden automatisch protokolliert und im Rahmen des Qualitätsmanagements ausgewertet. Sollte eine Fehlfunktion, eine Störung oder ein Qualitätsverlust trotzdem einen manuellen Eingriff erfordern, werden automatisch von den beiden Monitoringstationen zwei Mitarbeiter der SAPOS -Rufbereitschaft ü- ber GSM-Funktelefon informiert. Der Verlauf vorausgegangener Schaltprozesse des automatisierten Alarmplans wurde ihnen im Störungsfall parallel zu den Maßnahmen über GSM Short Messages mitgeteilt, so dass sie über alle wichtigen Informationen verfügen. Die Mitarbeiter des Rufbereitschaftsdienstes sind Tag und Nacht einsatzbereit und beheben eine etwaige Störung kurzfristig über Fernwartungsmaßnahmen oder vor Ort. Um höchste Genauigkeiten gewährleisten zu können und etwaigen Multipath-Effekten über die sachgerechte Standortwahl für die SAPOS -Referenzstationen hinaus zusätzlich entgegenzuwirken, werden nur absolut und individuell kalibrierte Choke-Ring-Antennen eingesetzt. Die Positionen der Referenzstationsantennen werden einmal pro Quartal innerhalb ausgewählter Stationen des deutschen GPS-Referenznetzes (GREF), des europäischen Referenznetzes (EUREF) und des Netzes des International GPS Service (IGS) auf Veränderungen geprüft. Für eine noch bessere Verfügbarkeit von GNSS-Satelliten im urbanen Ballungsraum soll in Berlin ab 2002 zusätzlich zum GPS auch das russische GLONASS genutzt werden. Dabei wird eine vollständige Abwärtskompatiblität gewährleistet, so dass das vorhandene Equipment der SAPOS -Nutzer in seiner bisherigen Funktionalität uneingeschränkt weiter verwendet werden kann. Mit einer gesicherten Systemverfügbarkeit von mindestens 99% unterstützt das Berliner SAPOS - Referenzstationssystem zuverlässig wirtschaftliche und effiziente Lösungen der Positionsbestimmung, Ortung und Navigation für ein breit gefächertes Nutzungsspektrum [Beer, Rosenthal 2000, 2001, EG RS 1998, Rosenthal, Rokahr 1999, SenStadt 2000a], einige Beispiele sind in den Abb. 8 bis 13 gegeben. Seine erste Referenzstation hat Berlin im Jahre 1994 in Betrieb genommen und das System, soweit erforderlich, seitdem den Anforderungen entsprechend konsequent weiter ausgebaut und fortentwickelt. Dabei werden Verfahren und Techniken benutzt und entwickelt, welche die Funktionalität des SAPOS als anforderungsgerechte, zukunftssichere und für ganz Deutschland einheitliche geodätische Grundinfrastruktur sichern können. SAPOS setzt auf internationale Standards auf und entwickelt diese zusammen mit Wissenschaft und Wirtschaft weiter, wenn innovative Verfahren und Techniken entsprechende Regelungen erfordern. Dabei ist die AdV bestrebt, diese Standards in Zusammenarbeit mit der Industrie zu internationalisieren. Im Jahre 1999 wurde das Technische Komitee SAPOS eingerichtet, wo Industrie und Verwaltung sich gegenseitig informieren, Lösungen diskutieren und miteinander abstimmen. Als ein Ergebnis dieser Zusammenarbeit sind alle namhaften Hersteller

4 von geodätischen GNSS-Empfängern dabei, eine vollständige SAPOS - Kompatiblität in ihre Technik zu integrieren, sofern dies noch nicht erfolgt ist. SAPOS hat mit seinen technischen Innovationen für hochgenaue GNSS-Referenzstationsnetze international eine Vorbildstellung erreicht, die nicht zuletzt am Export dieser Lösungen in andere Staaten erkennbar ist. Folgende Beispiele mögen dies verdeutlichen: Das Datenformat RTCM-AdV, welches eine vollständige Übertragung der DGNSS-Korrekturdaten für 12 Satelliten einschließlich der Flächenkorrekturparameter vernetzter Referenzstationen mit einer Datenübertragungsrate von nur Bit/s erlaubt. Die internationalen Datenformate RTCM SC 104 Version 2.0, 2.1 und zukünftig auch 2.3 lassen sich an der Nutzerschnittstelle problemlos erzeugen. Die Übertragung der gleichen Informationen im Format RTCM SC 104 Version 2.1 würde eine Übertragungskapazität von Bit/s erfordern. Das Verfahren vernetzter Referenzstationen, mit denen sich entfernungsabhängig wirkende Fehleranteile des GNSS, Einflüsse aus Troposphäre, Ionosphäre und Orbits, modellieren lassen [Wübbena et al 1996a]. Als Resultat erhält der Nutzer verkürzte Initialisierungszeiten und eine verbesserte Genauigkeit bei Positionsbestimmungen in Echtzeit. Die Antennenkalibrierung und die Nullantenne, welche durch Modellierung der Einflüsse der Antennenphasenzentrums- Variationen (PCV) und des mittleren Phasenzentrum-Offsets einen praktisch fehlerfreien GNSS-Antennentyp in Referenzstationsnetzen realisiert [Wübbena et al 1996b, 2001]. Das konventionelle Berliner Lagefestpunktfeld - eine Bestandsaufnahme Im Jahre 1970 wurde mit einer systematischen Erneuerung des konventionellen Berliner Lagefestpunktfeldes im Westteil der Stadt begonnen, welches die Grundlage für das amtliche Landeskoordinatensystem Soldner-Berlin (Netz 88) bildet. Das erneuerte Lagefestpunktfeld ist in zwei Hierarchiestufen gegliedert: die übergeordneten Lagefestpunkte (ÜL) und die Aufnahmepunkte (AP). Nach der Wiedervereinigung wurde das Konzept auch auf den Ostteil von Berlin übertragen. Die ÜL, welche den in deutschen Flächenländern gebräuchlichen trigonometrischen Punkten entsprechen, unterstehen als Landesaufgabe der Senatsverwaltung für Stadtentwicklung und bilden mit einer Punktdichte von ca. 2 ÜL pro km 2 und einer durchschnittlichen Lagestandardabweichung von 7 mm den Rahmen für die AP der Vermessungsämter der Bezirke. Die AP haben eine wesentlich höhere Dichte und dienen mit einer maximal zulässigen Lagestandardabweichung von 15 mm - bezogen auf die ÜL - als eigentliches Gebrauchsnetz. Die Vermessungen für das ÜL-Netz in ganz Berlin wurden 1997 abgeschlossen, doch stehen im östlichen Teil der Stadt bis zur übergreifenden Ausgleichung für die Bestimmung endgültiger Koordinaten nur vorläufige Werte zur Verfügung. Während in den östlichen Bezirken, nicht zuletzt mit Unterstützung der Bundeswehr, die Einrichtung der AP-Netze gut vorangebracht werden konnte, ist es nicht gelungen, die Aufnahmepunkte flächendeckend in ganz Berlin herzustellen. So sind im westlichen Teil von Berlin großräumige Flächen ohne erneuertes Lagefestpunktfeld verblieben. In den Gebieten, wo keine AP vorliegen und damit das erneuerte Lagefestpunktfeld nicht gebrauchsfähig zur Verfügung steht, gelten die Festlegungen alter Lage- und Liniennetze. Diese Netze, zwischen 1876 und 1990 entstanden, beziehen sich auf verschiedene geodätische Datumsfestlegungen, Ellipsoide und Abbildungen. Sie weisen unterschiedliche, gegenüber dem erneuerten Lagefestpunktfeld mindere Genauigkeiten auf, enthalten tlw. Klaffungen bis zu 45 cm, sind inhomogen, und die Koordinaten nicht aller Systeme sind ineinander überführbar. Benötigt schon die Erneuerung des Lagefestpunktfeldes einen erheb- Abb. 8: Satellitengestützte Vermessung im Zentralen Bereich Berlin. Mit den Korrekturdaten des SAPOS HEPS/FKP über 2-m-Band- Funk lassen sich zentimetergenaue dreidimensionale Positionsbestimmungen in Echtzeit erreichen. Foto: Rhenus AG Abb. 9: Großbild-Display im Leitstand der Rhenus AG im Zentralen Bereich Berlin. Durch das Controlling des Einhaltens vorgegebener Zeitfenster und Routen von ca. 200 Stückgut-Lkw pro Tag lassen sich eine Optimierung der Baustellenlogistik erreichen und Staus in den Einzugbereichen der Großbaustelle vermeiden. Die Positionen der Lkw werden mit Hilfe der vom SFB ausgestrahlten SAPOS EPS-Korrekturdaten geortet. Foto: BVG Abb. 10: Omnibus der Berliner Verkehrsbetriebe BVG mit SAPOS - Positionierungstechnik. Im Rahmen des Rechnergestützten Betriebsleitsystems (RBL) werden permanent die Positionen aller Autobusse der BVG, gestützt auf SAPOS EPS/2-m-Band-Funk, für Management-, Steuerungs- und Informationsprozesse verfügbar gemacht. Damit werden Pünktlichkeit und Anschlussqualität sowie die Sicherheit von Fahrgästen und Fahrern erhöht. Die dynamische Fahrgastinformation an ausgewählten Haltestellen und im Störungs- oder Ausweichfall unterstützt den Kunden bei seinen Reisen durch Berlin.

5 lichen Einsatz, so gestaltet sich der Erhalt der örtlich vermarkten Festpunkte nicht weniger aufwendig. Jedes Jahr erhalten die Berliner Vermessungsverwaltungen etwa 500 Meldungen über Baumaßnahmen im Straßenraum, welche möglicherweise Lagefestpunkte gefährden. Durchschnittlich 150 bis 200 ÜL sind jährlich neu zu sichern, davon etwa 50 ÜL nach Abschluss der Baumaßnahmen wieder herzustellen. Der Erhalt der AP verursacht aufgrund der höheren Dichte einen vielfachen Aufwand. Eine besondere Bedeutung kommt denjenigen ÜL zu, die zugleich als Referenzpunkte das ETRS 89 in Berlin realisieren: Der Punkt der zentralen Berliner Referenzstation (Abb. 1) ist im EUREF 1989 entstanden und hat seine amtlichen Koordinaten aufgrund der Verbesserungen des EUREF D/NL 93 im DREF 91 erhalten [Lindstrot et al 1999]; die sieben Punkte des Berliner Referenznetzes 1994 (BREF 94) und die beiden Berliner SAPOS - Referenzstationen in Wittenau und in Grünau, die im Jahre 1997 in einer gesonderten GPS-Kampagne bestimmt wurden. Die Einführung des ETRS 89 als amtliches Bezugssystem entsprechend den Beschlüssen der AdV ist in Berlin noch nicht umgesetzt, so dass das Lagebezugssystem Soldner-Berlin (Netz 88) vorübergehend noch Gültigkeit hat. Die Bezüge zwischen dem Landeskoordinatensystem Soldner-Berlin (Netz 88), soweit möglich und mit geringerer Genauigkeit, auch den Bezugssystemen alter Lage- und Liniennetze und dem zukünftigen amtlichen Bezugssystem ETRS 89 untereinander sind durch Passpunkte, amtliche Transformationsparametersätze und einer speziell entwickelten amtlichen Transformationssoftware realisiert. Damit können im Rahmen der jeweiligen Genauigkeit der Koordinaten der Festpunkte und der Vermessungen einheitliche und reproduzierbare Ergebnisse erreicht werden. Dies gilt auch für die Verknüpfung der ellipsoidischen Höhen im ETRS 89 mit den physikalischen Höhen im bundeseinheitlichen Höhenbezugssystem Deutsches Haupthöhennetz 1992 (DHHN 92), welches zum 1. Januar 2000 in Berlin eingeführt wurde: Ein ca. 5 mm genaues Quasigeoidmodell der Senatsverwaltung für Stadtentwicklung für den Großraum Berlin, in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Berlin geschaffen, ermöglicht die präzise Überführung insbesondere von mit SAPOS -GNSS-Messungen bestimmten Höhen in Gebrauchshöhen über Normalhöhennull (NHN) im DHHN 92 [Gräwer 2001]. Fazit und Ausblick SAPOS hat seine gute Eignung als multifunktionale, anforderungsgerechte und wirtschaftliche Realisierung des dreidimensionalen Bezugssystems nachgewiesen, wie u. a. die dargestellten Anwendungsbeispiele belegen. Nach erfolgreicher Durchführung verschiedener Testprojekte wurden von Berlin im Mai 2000 GNSS und SAPOS für Vermessungen im Liegenschaftskataster zugelassen [SenStadt 2000b]. Der für die Vermessungsämter der Bezirke und die Öffentlich bestellten Vermessungsingenieure (ÖbVI) erforderliche Know-how-Transfer zum SAPOS ist über das in Berlin 1999 veranstaltete 2. SAPOS -Symposium der AdV hinaus mit Vorträgen und Demonstrationen von HEPS-Messungen begonnen und soll in 2002 durch ein Schulungsangebot an der Verwaltungsakademie vertieft werden. Bei Investitionen in GNSS-Equipment unterstützt die Senatsverwaltung für Stadtentwicklung Nutzer aller Anwendungsbereiche auf Anforderung beratend insbesondere bei technischen Fragen zur SAPOS -Kompatiblität. Heute ist es möglich, das Return of Investment für Berlin zu erreichen: SAPOS ermöglicht mit seinen Services EPS und HEPS für Positionierungen in Echtzeit auch denjenigen den Zugriff auf das geodätische Raumbezugssystem, die aus den konventionellen Festpunktfeldern keinen Nutzen zu ziehen vermögen. Mit den Services HEPS und GPPS, letzterer insbesondere nach Realisierung der RINEX-Datenbereitstellung über das Internet für near online Auswertungen, lassen sich viele Arbeiten im Vermessungswesen effizienter gestalten. Es sind nun die Entscheidungen zu treffen, die ebenso den weitgehenden Übergang der Funktionalität des konventionellen Lagefestpunktfeldes auf das SAPOS -Referenstationssystem ermöglichen wie auch die Einführung des ETRS 89 als amtliches Berliner Lagebezugssystem. Eine bereits Foto: Berliner Polizei Abb. 11: SAPOS -gestützter Einsatz des Zentralen Begleit- und Verkehrskommandos der Berliner Polizei beim Staatsbesuch des Präsidenten der USA. Der Zentrale Verkehrsdienst der Berliner Polizei (ZVkD) nutzt den SAPOS EPS-2-m-Band-Funk u. a. im Zusammenhang mit der Eskortierung wichtiger Staatsgäste in Berlin, um zeitgerecht Verkehrssteuerungsmaßnahmen sowie ggf. lageabhängig Sicherheits- oder andere erforderliche Maßnahmen einleiten zu können. Foto: Sender Freies Berlin Abb. 12: Helikopter für Rundfunkversorgungsmessungen. Wie alle anderen Rundfunkanstalten der ARD muss der Sender Freies Berlin (SFB) die Sicherstellung der Rundfunkversorgung gewährleisten können. Dafür werden von einem Hubschrauber, der den zu untersuchenden Radiosender umkreist, die Feldstärken ausgemessen und mittels SAPOS EPS/UKW räumlich zugeordnet. Foto: Corel Corporation 1997 Abb. 13: Seit März 2000 ist die AdV Kooperationspartner des Geoforschungszentrums Potsdam (GfZ), einer der größten Geoforschungseinrichtungen der Welt. In einem internationalen, innovativen Projekt zur Erfassung atmosphärischer Parameter liefern u. a. auch die Berliner SAPOS - Referenzstationen ihre RINEX-Daten als Beitrag zur Bestimmung und Erforschung des Klimas und seiner Veränderlichkeit. Aus meteorologischen und GNSS- Beobachtungen von DGNSS-Stationen sowie der tieffliegenden Satelliten der Missionen CHAMP und GRACE können fundamentale Parameter wie Druck, Temperatur und Wasserdampfgehalt in Troposphäre und Stratosphäre bestimmt werden.

6 grob entwickelte Strategie und Zeitschiene sind zu detaillieren und für die zeitgerechte Umsetzung abzustimmen. Die durchgreifende Einführung des ETRS 89 in Berlin einschließlich der Umstellung aller Nachweise und Produkte kann wegen des hohen Aufwandes nur schrittweise geschehen. Für die Berliner Lagefestpunkte bedeutet dies: Neben dem Berliner SAPOS -Referenzstationssystem wird zukünftig nur eine geringe Anzahl von konventionellen Lagefestpunkten benötigt, damit die Bereitstellung des geodätischen Raumbezugssystem für Spezialanwendungen, im Katastrophen- oder Krisenfall und für die Zwecke der Landesverteidigung unabhängig von SAPOS gewährleistet werden kann. Anstelle der heute etwa Lagefestpunkte in Berlin reichen ca. 150 Landes-Referenzpunkte, ein Punkt pro ca. 6 km 2, aus. Um diese Punkte auch für zukünftige technische Entwicklungen und weitergehende Anforderungen auszubilden, müssen sie langfristig GNSS-tauglich und mit entsprechenden Vermessungsmarken für Lage- und Höhenvermessungen geeignet sein. Sie sind in den Bezugssystemen ETRS 89, Soldner-Berlin und DHHN 92 präzise zu bestimmen. Die Pflege aller vorhandenen Lagefestpunkte kann eingestellt werden, soweit diese nicht, ggf. mit neuer Vermarkung, als Referenzpunkte Verwendung finden. SAPOS ermöglicht, auch dort Koordinaten im ETRS 89 und per Transformation im Landeskoordinatensystem Soldner-Berlin zu erhalten, wo keine AP verfügbar sind. Damit ist erstmals die Festsetzung des erneuerten Lagefestpunktfeldes flächendeckend in ganz Berlin ohne weitere Kosten möglich. Der Anschluss von Vermessungen an das Festpunktfeld kann sowohl mittels SAPOS HEPS/FKP in Real Time (Abb. 14) und SAPOS GPPS im Postprocessing an die Referenzstationen als auch für eine längere Übergangszeit mit terrestrischen und GNSS- Messungen an die bestehenen ÜL und AP geschehen. Für Detailvermessungen, die in Berlin aufgrund der topographischen Gegebenheiten in der Regel auch weiterhin terrestrisch durchgeführt werden müssen, können funktionsgerecht temporäre Anschlusspunkte mit SAPOS /GNSS unaufwendig bestimmt werden. 2 D-Differenzen (ETRS 89) Soll-Ist (cm) 2 cm Uhrzeit (Stunde.Minute) Abb. 14: Fortlaufende Messungen mit SAPOS HEPS/FKP, 12. Januar, 12:01 Uhr bis 13. Januar 2001, 11:59 Uhr. Distanz Referenzstation Rover: 21,6 km. Der Rover- Standort ist weitestgehend frei von Abschattungen. Über 99,9% der Messungen ergeben Lagekoordinaten mit einer Genauigkeit besser als 2cm. Drei über 24 Stunden verteilte Zeitfenster, mit jeweils einer Dauer zwischen 20 Minuten und einer Stunde und nur wenigen Lösungen, weisen auf eine ungünstige GPS- Satellitenkonfiguration hin. Mit der geplanten zusätzlichen Benutzung des GLONASS für SAPOS in Berlin sollen diese Zeitfenster geschlossen werden. So wird es möglich, jede Katastervermessung in Berlin für eine partielle, grundstücksbezogene Erneuerung des Liegenschaftskatasters heranzuziehen. Das Koordinatenkataster kann auf diese Weise, zugegeben vorerst sehr lückenhaft, sich über die bisherigen Arbeiten der Katastererneuerung hinaus ausdehnen und das Geobasisinformationssystem Automatisierte Liegenschaftskarte (ALK) im Rahmen der Homogenisierung ständig verbessern. Sicher wird dies bis zur Flächendeckung ein sehr langwieriger Prozess sein. Doch ist eine systematische Erneuerung des Katasters in Berlin aus Kostengründen nicht zu leisten. Noch sind verschiedene Vermessungsämter und viele ÖbVI nicht mit SAPOS -kompatibler Technik ausgestattet. Es ist gut vorstellbar, dass die Vermessungsämter der Bezirke zukünftig im Rahmen ihrer Zuständigkeit für die Erneuerung des Liegenschaftskatasters im Interesse Berlins von Amts wegen die erforderlichen temporären Anschlusspunkte mit SAPOS für diejenigen ÖbVI bereitstellen, die noch nicht über die dafür erforderliche moderne technische Ausrüstung verfügen. Derart ließe sich das Koordinatenkataster in Berlin forciert voranbringen. Voraussetzung ist, dass alle Vermessungsämter mit einem SAPOS -kompatiblen GNSS-Equipment ausgestattet sind. Zuletzt ist davon auszugehen, dass sich im Laufe der Zeit auch alle ÖbVI mit SAPOS -kompatibler GNSS- Technik in demselben Maße ausstatten, wie die konventionellen Lagefestpunkte nach eingestellter Pflege verfallen. Bereits bei Beginn der Arbeiten für den SAPOS war erkennbar, dass der Herstellungs- und Pflegeaufwand für das konventionelle Berliner Lagefestpunktfeld in seiner bestehenden Form mit insgesamt über Punkten aus Kostengründen nicht auf Dauer geleistet werden kann [Bindig, Bolze, Rokahr 1995]. Mit Umsetzung der modernen Technik, durch die Entwicklung und den Ausbau des Berliner SAPOS -Referenzstationssystems, konnte in der Berliner Grundlagenvermessung eine erhebliche Reduzierung des Personals erreicht und kompensiert werden. Die Bestimmung von Gebrauchshöhen mit einer Genauigkeit von ca. 1 bis 2 cm kann mit SAPOS in Echtzeit erfolgen, für hohe Genauigkeiten sind wesentlich längere Messungszeiten und Auswertungen im Postprocessing erforderlich. SAPOS kann die Höhenfestpunkte deshalb nicht ersetzen, bietet aber für Anwendungen mit geringeren Anforderungen wirtschaftliche Lösungen. Zukünftige technische Entwicklungen bleiben abzuwarten. Das Anforderungsprofil an die Bereitstellung des geodätischen Raumbezugs ist unter den eingangs geschilderten Gesichtspunkten in ganz Europa einheitlich. Wichtige Aufgaben der AdV für den weitergehenden Erfolg sind die zügige und durchgreifende Einführung des ETRS 89 in allen Bundesländern, das Werben für ein gleiches Vorgehen der anderen europäischen Nationen sowie die verstärkte partnerschaftliche Kooperation mit den anderen europäischen Staaten für die Einrichtung kompatibler GNSS-Referenzstationsnetze als geodätische Grundinfrastruktur, aufbauend auf den Erfahrungen des SAPOS. Damit lassen sich auch die Möglichkeiten der aktiven Einflussnahme auf internationale Standardisierungen weiter verstärken und auf Grundlage der erarbei-

7 teten zukunftsweisenden, innovativen Lösungen ein Beitrag zur Sicherung des Standorts Europa leisten. Berlin unterstützt durch seine aktive Mitarbeit für SAPOS in der AdV sowie durch entsprechende Kooperationen mit verschiedenen osteuropäischen Staaten und der Metropole Moskau diesen Beitrag für das Zusammenwachsen Europas. Servicebereich Verfügbarkeit Medium Genauigkeit Taktrate Nutzerschnittstelle SAPOS EPS Realtime UKW/RDS, LW/RDS 1 bis 3 m 3-5 s 7) RTCM 2.0 9) Realtime 2-m-Band-Funk 1) 0,5 bis 2 m 3) 1 s 7) RTCM 2.0 9) SAPOS HEPS Realtime 2-m-Band-Funk 1) 1 bis 5 cm 4) 1 s 7)?2 cm 5) SAPOS GPPS near realtime postprocessing Internet 2) GSM/Festnetz, Datenträger SAPOS GHPS Postprocessing Internet 2) Festnetz, Datenträger RTCM 2.1 (MSG 20, 21) 9), NMEA-AdV 10) < 1 cm 6) 1 s 8) RINEX )?1 cm 6) 1 s 8) RINEX ) 1) In verschiedenen Bundesländern zusätzlich angeboten: GSM-Funktelefon, 2) bis zum Komplettausbau der Internet-Datenabgabe tlw. nur Mailbox und/oder Datenträger, 3) abhängig von der eingesetzten mobilen Empfängertechnik, 4) erreichbare Genauigkeit ohne zusätzliche Informationen vernetzter Referenzstationen, 5) erreichbare Genauigkeit mit Flächenkorrekturparametern (FKP) vernetzter Referenzstationen, 6) abhängig von der Beobachtungsdauer, ggf. präzise Ephemeriden benutzen, 7) für die Übertragung der DGNSS-Korrekturdaten für alle auf der Referenzstation empfangenen Satelliten 8) Standard-Aufzeichnungsintervall der Beobachtungsdaten, nach vorheriger Absprache ist die Bereitstellung auch im ½ s- Intervall möglich, RINEX-Daten können für die Abgabe beliebig ausgedünnt werden, 9) Datenformate, Internationale Standards der US-Radio Technical Commission for Maritime Services, Special Committee No. 104: RTCM SC 104 Version 2.0 bzw. RTCM SC 104 Version letztere mit Verwendung der Messages Typen 20 und 21 für Code- und Trägerphasenkorrekturen, 10) Datenformat, Internationaler Standard der National Marine Association für den Datenaustausch zwischen elektronischen Geräten, im SAPOS erweitert für die Bereitstellung von Flächenkorrekturparametern (FKP) vernetzter Referenzstationen, 11) Datenformat, Receiver Independent Exchange Format Version 2.0 (Commission VIII International Coordination for Space Techniques for Geodesy and Geodynamics) Tab. 1: Überblick über die SAPOS -Servicebereiche und Medien Literatur AdV: Online im Internet unter: Beer, M., Rosenthal, G. (2000): SAPOS im Verkehr. Vermessung und..., Hrsg.: Senatsverwaltung für Stadtentwicklung Berlin, Berlin Ministerium des Innern des Landes Brandenburg, Potsdam, S Beer, M., Rosenthal, G. (2001): Verkehrstelematik - Neue Chancen im Verkehrswesen. Nationalatlas Bundesrepublik Deutschland, Bd. 9 Verkehr und Kommunikation, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg Berlin, S Bindig, S., Bolze, G., Rokahr, F. (1995): Das Vermessungswesen in Berlin nach der Wiedervereinigung - Zwei ausgewählte Aufgabenschwerpunkte. Zeitschrift für Vermessungswesen 120, Heft 5, Verlag Konrad Wittwer, Stuttgart, S EG RS (1998): Bericht der Expertengruppe GPS-Referenzstationen im Arbeitskreis Grundlagenvermessung. Hrsg.: Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen der Bundesrepublik Deutschland (AdV) EPN: Online im Internet unter: EUREF: Online im Internet unter: Gräwer, H.-D. (2001): Höhenfestpunktfeld und Höhenstimmung in Berlin, Hrsg.: 125 Jahre Berliner Vermessungsverwaltung, Senatsverwaltung für Stadtentwicklung, Berlin, S Lindstrot et al. (1999): Das Deutsche Referenznetz 1991 (DREF 91) zusammengestellt von Walter Lindstrot. Mitteilungen des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie, Bd. 9, Verlag des BKG, Frankfurt am Main ROB: Homepage des Royal Observatory of Belgium, online im Internet unter: Rosenthal, G., Rokahr, F. (1999): Über die Nutzung von Geoinformationen der deutschen Landesvermessung in der Verkehrstelematik. Zeitschrift für Vermessungswesen 124, Heft 4, Verlag Konrad Wittwer, Stuttgart, S Rosenthal, G. (2001): Der Satellitenpositionierungsdienst SAPOS der deutschen Landesvermessung. POSNAV 2001, DGON-Symposium Positionierung und Navigation, Hrsg.: Deutsche Gesellschaft für Ortung und Navigation e. V., Bonn, S SenStadt (2000a): SAPOS - Satellitenpositionierungsdienst der deutschen Landesvermessung in Berlin. Hrsg.: Senatsverwaltung für Stadtentwicklung III B, Berlin SenStadt (2000b): Einsatz von satellitengestützten Vermessungsverfahren bei Katastervermessungen. 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