Robert Weber (TU Wien) TU Wien, 20. Mai OVN Get together

Transkript

1 (GNSS) Positionierungsgenauigkeit und Koordinatenbezugssystem Robert Weber (TU Wien) ( ) TU Wien, 20. Mai OVN Get together

2 Agenda GNSS-Positionierungsgenauigkeit Fehlerbudget Koordinaten Bezugssysteme Conclusio

3 GNSS Positionierung Quelle:

4 Ionosphäre Troposphäre

5 Fehlerbudget Messverfahren zufällige Fehler Messverfahren systematische Fehler (Messverfahren grobe Fehler) BZS Fehler Definition Referenzrahmen BZS Fehler Transformationsparameter BZS Fehler Abbildung BZS Fehler Inhomogene Abbildungskoordinaten

6 Beobachtungsgleichungen P S R,i + v S R,i = S R + S R,Ion,i + S R,Trop + S R,rel + c*t R - c*t S L S R,i + v S R,i = S R - S R,Ion,i + S R,Trop + S R,rel + c*t R - c*t S + i *N S R,i Die Codebeobachtungsgleichung repräsentiert eine Streckenmessung mit einem Sensorrauschen von ca. +/- 20cm Die Phasenbeobachtungsgleichung repräsentiert eine Streckenmessung mit einem Sensorrauschen von ca. +/- 1.5 mm (bei korrekter Lösung der Mehrdeutigkeiten)

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8 GPS Performance/ Definitions SPS Signal Specifications 2009 PDOP Availability: Requirement - PDOP of 6 or Less, 98% of the Time or Better Actual % Horizontal Service Availability Requirement - 95% Threshold of 17 meters, 99% of the Time or Better At Actual meters Vertical Service Availability Requirement - 95% Threshold of 37 meters, 99% of the Time or Better Actual 3.98 meters User Range Error User Range Error Requirement - 4 meters or Less, Constellation Average Actual meters

9 Positionsfehler = UERE * DOP DOP = Maßzahl der Schnittgüte = Geometrie der sichtbaren Satelliten Wir unterscheiden entsprechend den Koordinatenkomponenten zwischen HDOP = Horizontal VDOP = Höhe PDOP = 3D Position GDOP = 3D Position + Zeit schlechte Geometrie = hohe DOP Zahl (z.b > 8) sehr gute Geometrie = kleine DOP Zahl Zhl< 3 (min=1.3)

10 Erwartbare Genauigkeit der Einzelpunktbestimmung a) SPS +/ 3 m Lage +/ 4 m Höhe b) (SBAS) +/ 1m Lage +/ 2m Höhe c) PPP besser als 5cm nach Konvergenzzeit Quelle: K. Huber (INAS,TU Graz)

11 Erwartbare Genauigkeit von Differenzverfahren a) DGPS Positionierung +/ 50 cm Lage +/ 80 cm Höhe b) RTK präzise Positionierung +/ 1 2cm Lage +/ 3 4 cm Höhe (Code+Phase, Initialisierungszeiten sec) c) Postprocessing +/ 2 3 mm

12 Fehlerbudget Messverfahren zufällige Fehler Messverfahren systematische Fehler (Messverfahren grobe Fehler) BZS Fehler Definition Referenzrahmen BZS Fehler Transformationsparameter BZS Fehler Abbildung BZS Fehler Inhomogene Abbildungskoordinaten

13 ?? Koordinatenbezugssystem?? ICRS MGI

14 Etwas Ordnung? Systeme: ICRS ITRS ETRS WGS84 PZ90 raumfest erdfest Rahmen: ITRF ETRF GTRF Bezugsepoche beachten Geod. Datum: MGI DHDN CH1903+ Abbildung, Grid: TM GK Lambert UTM

15 Beispiel ICRS / ICRF (raumfest) GNSS Satellitenbahnen aber nicht GNSS Koordinatenzielsystem

16 Beispiel erdfest: WGS84 (GPS) Control Network Source: (SPS) GPS Koordinatenzielsystem aber genau genug?

17 Beispiel ITRF / ITRF2008 Stationen Geodätischer globaler GNSS Koordinatenrahmen aber b g Version, Bezugsepoche?

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21 Beispiel ETRF Koordinatenzeitreihe Graz Geodätischer Europäischer GNSS Koordinatenrahmen aber Referenzepoche veraltet? ITRF ETRF (2015.0) ca. 65cm!!!

22 Wesentliche erdfeste Bezugssysteme / Bezugsrahmen Zusammenfassung WGS84 (World Geodetic System; GPS Basissystem): Stationen desgps Systembetreibers (5 20) GPS Positionierung i ohne Differenzbildung liefert WGS84 Koordinaten (+/- 3m) in Relation zu ITRF Koordinaten PZ 90 2 ( Parametry Zemli 1990; Glonass Basissystem): Stationen des GLONASS Systembetreibers (wenige) GTRF (Galileo Terrestrial Reference Frame) ITRF (International Terrestrial Reference Frame): mehr als 300 global verteilte Stationen; Genauigkeit ca: 0.5cm; Die Plattenbewegung verursacht Veränderungen der Koordinaten bis zu 8cm /Jahr, deshalb gibt es periodisch neue Versionen des ITRF. ETRF (European Terrestrial Reference Frame) :Epoche Referenzrahmen für europ. Geodatenaustausch / INSPIRE

23 RTK: Referenzstationsnetze Systemaufbau (schematisch)

24 Koordinatenbezug für Differenzverfahren Koordinaten gewonnen unter Nutzung von Referenzstationsnetzen beziehensich jeweils auf den Referenzrahmendes Netzbetreibers. GNSS Echtzeit Positionierung mit Differenzbildung (Phase+Code) liefert Koordinaten im (+/ 1 3cm) Genauigkeitsbereich. GNSS (Postprocessing Positionierung mit Differenzbildung (Phase+Code) kann bei ausreichend langen Aufstellungszeiten Koordinaten im (+/ 1 3mm) Genauigkeitsbereich liefern. (1)Bezugs Bezugs System Fehler Definition Referenzrahmen Fragen ( BZS 1) : richtiges Bezugssystem? richtige Bezugsepoche? Fehler in der Wahl des Referenzrahmens bzw. der Bezugsepoche können Koordinatenabweichungen im Bereich von cm mehreren dm hervorrufen.

25 Das geodätische Datum

26 Transformation in nationales Datum

27 7 Parameter T / Helmert T / räumliche Ähnlichkeits T Modell Bursa Wolf y z X 1 X X ITRF x y x z LV Z Y 1 1 m) (1 Z Y Z Y Modell Molodensky Badekas P P P P x z y z Y X Y Y X X m Y X Y X 1 1 ) 1 ( P ITRF P x y LV Z Z Z Z Z 1

28 (2) Bezugs System Fehler Transformationsparameter Fragen ( BZS 2) : richtiges Transformationsmodell? ( 3 Parameter, 5 Parameter, 7 Parameter) (Bursa Wolf, Molodensky Badekas) (Koordinaten oder Achsentransformation) richtiger Parametersatz? Gültigkeitsbereich des Parametersatzes? Transformationsrichtung (ITRF < > MGI)? richtiger EPSG Code? richtiger ihi RTCM Korrekturdatenstrom/Einwahl Fehler in der Wahl des Transformationsmodells bzw. der Transformationsparameter können Koordinatenabweichungen im Bereich von m mehreren km hervorrufen.

29 Abbildungen Transversale Mercatorprojektion (UTM, GK,..) Lambert Schnittkegelprojektion

30 Ungewöhnliche Abbildungen Entwurf von Bretterbauer (Flagge) Retroazimutalprojektion von Hammer (3) Bezugs System Fehler Abbildung Fragen ( BZS 3) : gewählte Abbildung = Landesabbildung? richtige Parameter der Abbildung? Üblicherweise treten hier keine/wenig Probleme auf außer bei speziellen Landesabbildungen oder unüblicher Wahl der Abbildungsparameter

31 Inhomogene Abbildungskoordinaten/Landeskoordinaten GK Residuen bezogen auf mittleren Transformationsparametersatz

32 Historisch bedingte Netzspannungen Historisch bedingte Verzerrungen der Landeskoordinaten können mit einem Residuenrastermodell kompensiert werden. Dieser Residuenraster kann dem Nutzer mittels RTCM 3.1 in Echtzeit übermittelt werden oder im Postprozessing mit Hilfe eines Transformationsmoduls berücksichtigt werden. (4) Bezugs System Fehler Inhomogene Abbildungskoordinaten Fragen ( BZS 4) : richtiger Bezugstransformationssatz? richtiger Bezugsrahmen für Raster? Höhenkomponente? Fhl Fehler (oder Nichtberücksichtigung) i hti in der Whld Wahl des Bezugstransformationssatzes oder des gewählten Rastermodells können Koordinatenabweichungen im Bereich von dm mehreren m hervorrufen.

33 Conclusio Die dem GNSS Sensorsystem und dem Auswertemodell innewohnenden Fehleranteile sind nurein Aspekt desgesamten Fehlerhaushaltes. Die Lagerung im gewünschten Bezugssystem bzw. die Umrechnung in das gewünschte Abbildungssystem gibt Raum für eine Reihe von weiteren möglichen Fehlerquellen, die je nach Problemquelle Koordinatenabweichungen bis zu mehreren km hervorrufen können. BZS Fehler Definition Referenzrahmen BZS Fehler Transformationsparameter BZS Fehler Abbildung BZS Fehler Inhomogene Abbildungskoordinaten

34 Ionosphäre Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Troposphäre und vertrauen Sie nicht blind Ihrem Transformationsmodul