Aktuelle Aktivitäten der IAG und ihre

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1 Aktuelle Aktivitäten der IAG und ihre Bedeutung für die deutsche Geodäsie Hansjörg Kutterer Bundesamt für Kartographie und Geodäsie

2 Gliederung Deutsche Geodäsie Beispiel BKG Aufgabenbereiche Gesamtschau Position und Raumbezug Schwerefeld und Höhenbezug Geodätische Beobachtungssysteme Zusammenfassung und Ausblick 2

3 Deutsche Geodäsie Beispiel BKG Aufgaben gemäß BGeoRG (2012) Gesetzlicher Auftrag des BKG Nationale Geodäsie 1. Aufbereitung, Aktualisierung und Bereitstellung von ortsund raumbezogenen Daten zur Beschreibung der Objekte der Erdoberfläche sowie die Fortentwicklung der dafür erforderlichen Verfahren und Methoden 2. Bereitstellung und Pflege der nationalen übergeordneten geodätischen Referenznetze unter Einschluss der erforderlichen vermessungstechnischen und theoretischen Leistungen zur Gewinnung und Aufbereitung der Messdaten 3

4 Deutsche Geodäsie Beispiel BKG Aufgaben gemäß BGeoRG (2012) 3. Mitwirkung an bilateralen und multilateralen Arbeiten zur Einrichtung und Pflege globaler geodätischer Referenzsysteme und -netze sowie der Fortentwicklung der eingesetzten Mess- und Beobachtungstechnologie 4. Koordination des Auf- und Ausbaus sowie Erhaltung des Bundesanteils der Geodateninfrastruktur für Deutschland 4

5 Deutsche Geodäsie Beispiel BKG Aufgaben gemäß BGeoRG (2012) 5. Betrieb eines Dienstleistungszentrums des Bundes, das die Koordination der geodätischen Referenzsysteme und -netze sowie geotopographischen Referenzdaten des Bundes übernimmt, den Bedarf an Geodaten erhebt, sie über ein Geoportal oder mittels anderer bedarfsorientierter Technik verfügbar macht und Bundesbehörden bei der standardkonformen Entwicklung und Nutzung ihrer Geodatendienste unterstützt 5

6 Deutsche Geodäsie Beispiel BKG Aufgaben gemäß BGeoRG (2012) 6. Vertretung fachlicher Interessen Deutschlands auf europäischer und internationaler Ebene einschließlich der Mitwirkung an der Vorbereitung von zivilen Programmen und Rechtsvorschriften sowie an der methodischen und technischen Vorbereitung und Harmonisierung von kartographischen und geodätischen Produkten 6

7 Gesamtschau Geoscience Australia: Geodaten und geodätische Referenzsysteme

8 Position und Raumbezug Aufgabe: Ortsbestimmung 8

9 Position und Raumbezug Aufgabe: Ortsbestimmung Grundlage: Koordinatensystem Quelle: de.wikipedia.org 9

10 Position und Raumbezug Aufgabe: Ortsbestimmung Grundlage: Koordinatensystem Umsetzung: Geodätische Referenzrahmen Terrestrischer Referenzrahmen: Positionen ausgewählter Punkte auf der Erdoberfläche 10

11 Position und Raumbezug Aufgabe: Ortsbestimmung Grundlage: Koordinatensystem Umsetzung: Geodätische Referenzrahmen Zälestischer Referenzrahmen: Positionen ausgewählter Fixsterne Fixsterne 11

12 Position und Raumbezug Erdorientierung / Erdrotation: Präzession/Nutation Polbewegung UT1-UTC 12

13 Position und Raumbezug Lunisolar gravitational acceleration Oceanic Ocean tides currents Tides of the solid Earth Global vegetation Global ground water Ocean Atmospheric Density variations loading tides in the atmosphere Angular Atmospheric Deformation torques loading of the Earth Angular momentum Angular momentum variation variation of the oceans of the atmosphere Orientation of the Pole tides Effects Earth from Precession,Nutation Earth interior i Polar motion Length of day Snow Postglacial land uplift Tectonic Plate motion Vulcanism Earthquakes (Schuh et al., 2004) 13

14 Position und Raumbezug, International Terrestrial Reference Frame (ITRF) International Earth Rotation Service (IERS) Quellenpositionen, präzise, GPS-Orbits und Uhren, Erdrotationsparameter, Stationskoordinaten Very Long Baseline Satellite Laser Global Navigation Interferometry Ranging Satellite Systems (IVS) (ILRS) (IGS) (IDS) Doppler Orbit Determination and Radiopositioning Integrated on Satellite 14

15 Position und Raumbezug Dienste und Produkte der IAG ITRFyy, Koordinaten, Geschwindigkeiten, Satellitenbahnen, Erdorientierungsparameter, Echtzeitparameter Beiträge des BKG Zentralbüro des International Earth Rotation and Reference System Services IERS Beobachtungen, Daten- & Analysezentrum für den IVS Beobachtungen, Analyse- zentrum für Lasersatelliten Analyse von GNSS Beobachtungen GPS/GLONASS/Galileo 15

16 Position und Raumbezug EUREF IAG Regionale Verdichtung in Europa GNSS Permanent Network (EPN) mit 250 Stationen 130 EPN Stationen sind Teil des ITRF2008 Etwa 150 Stationen liefern RTund GLONASS-Daten Galileo Class A-Stationen (200 of 250) Position: 1 cm-genauigkeit Kontinuierliche Koordinaten Überwachung und Berücksichtigung der Stationsbewegungen

17 Position und Raumbezug EUREF Nationale Verdichtung Deutschland: GREF Lokale Verdichtung SAPOS: Thüringen Produkte: Datenströme mit Produkte: Datenströme mit Beobachtungen und Korrekturdaten

18 Position und Raumbezug Das Integrierte Deutsche Geodätische Referenznetz GREF Ziele und Aufgaben: Realisierung und Laufendhaltung eines einheitlichen dreidimensionalen Raumbezugs in D Einbindung dieses Systems in das Europäische und das Internationale Terrestrische Referenzsystem stem Unterstützung von Realtime- Satellitenpositionierungsdiensten Überwachung zeitlicher Veränderungen an den Stationen Bestimmung der Höhenbezugsfläche 18

19 Position und Raumbezug Real-time GNSS Orbits & Uhren für Precise Point Positioning BKG CNES DLR ESA GFZ GMV ip.net p Ntrip Caster PPP User BKG Combination Session E1, Paper #6, ION GNSS 2011, September 2011, Portland, Oregon, USA

20 Position und Raumbezug Kinematische Real-Time PPP Tests

21 Position und Raumbezug Kinematische Real-Time PPP Tests [m] Mean Std. Dev RMS 2D D

22 Schwerefeld und Höhenbezug CHAMP GRACE GOCE GRACE Follow-on? Topex/Pos. JASON-1 JASON-2 TerraSAR-X TanDEM-X CHAMP COSMIC MetOp CHAMP SWARM und neue Missionskonzepte, Satellitenkonstellationen, IceSat-1 Cryosat-2 IceSat-2

23 Schwerefeld und Höhenbezug 3D-Repräsentation des Erdschwerefelds, abgeleitet aus GOCE-Messungen Quelle: sueddeutsche.de

24 Schwerefeld und Höhenbezug Schwerefeldmodelle aus Schwerefeldmissionen und Kombination mit terrestrischen Daten SLR-Daten GRACE CHAMP Quelle: Plag et al. (2009) GRACE kombiniert mit terrestrischen Daten

25 Schwerefeld und Höhenbezug Schloss Bad Homburg Absolutgravimeter A10 und FG5 Schwere- Referenzstation ti Bad Homburg Regionale Vergleichsstation Absolute Gravity Measurements at Bad Homburg (4/93 to 1/04) FG5-101, FG5-301, FG5-202, FG5-220, FG5-215 and FG NAGC93 NAGC95 NAGC98 NAGC03 Zeitreihe Bad Homburg ( ) ( ) Supraleitendes Gravimeter GWR SG30 (Doppelgravimeter) Jan. 93 Jan. 94 Jan. 95 Jan. 96 Jan. 97 Jan. 98 Jan. 99 Jan. 00 Jan. 01 Jan. 02 Jan. 03 Jan

26 Schwerefeld und Höhenbezug Absolutschweredatenbank Agrav Web-basierte Datenbank Basis für zukünftiges globales Schwerereferenzsystem Bestandteil der Services des BGI (Bureau Gravimétrique International) Zwei gespiegelte Server bei BGI and BKG Derzeit: 27 Instrumente 432 AG Stationen 1452 AG Beobachtungen 26

27 Höhenbezugsfläche von Deutschland BKG2011 (Koop. mit IfE) Erweiterung auf den Bereich der ausschließlichen Wirtschaftszone Deutschlands (Nordsee) Neue und wesentlich verdichtete Schweredaten aus den meisten Bundesländern Neue bzw. verbesserte Schweredaten aus Frankreich, Luxemburg und Österreich Verbessertes Schweremodell im Meeresbereich (DNSC08) Einbeziehung neuer DGM, die am BKG aus Anteilen der einzelnen Länder kompiliert wurden (Deutschland 25 m x 25 m, Europa 50 m x 50 m) Aufgabenbereiche Schwerefeld und Höhenbezug GCG2011 Verbesserungen bis zu 2 cm in Bereichen mit neuen Schweredaten (Bayern, Rheinland-Pfalz) und in Bereichen mit Änderungen des DGM (NRW), bzw. bis zu 2.5 cm bei Berücksichtigung neuer Höhenanomalien an GNSS-/Nivellementspunkten (BW u. Thüringen) Verifizierung durch erste, vorläufige Ergebnisse der GNSS-Kampagne zur Erneuerung des Deutschen Haupthöhennetzes (DHHN): Standardabweichung in 272 Punkten = 1.1cm 27

28 Schwerefeld und Höhenbezug Erneuerung des DHHN (AdV) Absolutschweremessungen mit A-10 auf 100 Feldpunkten des DHHN-Netzes Kontroll-Wiederholungsmessungen auf 17 dieser Punkte Feldmessungen erfolgreich abgeschlossen Dokumentation zur Übergabe vorbereitet Messung mit zwei A-10 Absolutgravimetern Lokale vertikale Schweregradienten auf allen Punkten (Scintrex CG5) Regelmäßige Instrumentenprüfung auf gravimetrischer Referenzstation Bad Homburg Regelmäßige Bestimmung der Instrumentenparameter (Laser, Rubidium) Genauigkeit A-10 Feldmessungen: Gal12 Gal 28

29 Schwerefeld und Höhenbezug Absolutschweremessungen mit A-10 auf 100 Feldpunkten des DHHN-Netzes Netzes Kontroll-Wiederholungsmessungen auf 17 dieser Punkte Feldmessungen erfolgreich abgeschlossen Dokumentation zur Übergabe vorbereitet Zusatzmessungen auf 96 weiteren Feldpunkten für einzelne Bundesländer Messung mit zwei A-10 Absolutgravimetern Lokale vertikale Schweregradienten auf allen Punkten (Scintrex CG5) Regelmäßige Instrumentenprüfung auf gravimetrischer Referenzstation Bad Homburg Regelmäßige Bestimmung der Instrumentenparameter (Laser, Rubidium) Genauigkeit A-10 Feldmessungen: Gal 29

30 Geodätische Beobachtungssysteme Geodätisches Observatorium Wettzell Twin-Radioteleskop (im Bau) 30

31 Geodätische Beobachtungssysteme Geodätische Observatorien des BKG Wettzell Vereinbarung TU München BKG (1983) Vereinbarung DLR BKG (1995) Treaty Chile - Deutschland und DLR - INACH (2001) O Higgins Concepcion 31

32 Geodätische Beobachtungssysteme Globales Netz geodätischer Stationen und Observatorien (derzeit) Quelle: NASA 32

33 Geodätische Beobachtungssysteme Globales Geodätisches Beobachtungssystem GGOS der IAG Geplantes Netzdesign 30 global verteilte, multitechnikfähige, kollokierte Bodenstationen 4 Beobachtungstechniken / Station GEO Sub-task DA-09-02c GGOS-Mitgliedsstaaten mit entsprechenden Aktivitäten Australien, China, Deutschland, Indien, Korea, Neuseeland, Russland, Saudi-Arabien, Südafrika, Spanien, U.S.A.

34 Geodätische Beobachtungssysteme Globales Geodätisches Beobachtungssystem GGOS der IAG Fünf Ebenen der GGOS- Beobachtungsarchitektur Ebene 1: Bodenstationen, terrestrische Messungen Ebene 2: Low Earth Orbiter Ebene 3: Medium / Geostationary Earth Orbiter Ebene 4: Mond, Planeten Ebene 5: Quasare Quelle: Plag et al. (2009) 34

35 Geodätische Beobachtungssysteme Nutzen einer präzisen geodätischen Infrastruktur 35

36 Struktur der IAG Bedeutung für die nationale Geodäsie International Union of Geodesy and Geophysics (IUGG) 65 Member Countries (Adhering Bodies), 8 Associations International Association of Geodesy (IAG) Council Executive Committee Bureau Office COB Commission 1 Commission 2 Commission 3 Earth Rotation and Reference Frames Gravity Field Geodynamics Commission 4 Positioning and Applications Inter-Commission Committee on Theory (ICCT) Services: IERS IGS IGFS BGI ICET BIPM IAS ILRS IVS IDS ICGEM IGeS IDEMS PSMSL IBS Global Geodetic Observing System (GGOS) 36 36

37 Zusammenfassung und Ausblick Deutsche Geodäsie am Beispiel des BKG Gesetzlicher Auftrag Nationale Belange Internationale Einbindung Verwaltungsaufgabe Infrastrukturleistung Angewandte Forschung Technologische Innovation IAG als internationaler Rahmen und als Plattform IAG-Dienste und IAG-Kommissionen Grundlagenforschung Globales Geodätisches Beobachtungssystem GGOS 37