Der Einfluss des Bodensees auf das neue Quasigeoid für Deutschland

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Artur Schäfer
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1 Der Einfluss des Bodensees auf das neue Quasigeoid für Deutschland Joachim Schwabe, Uwe Schirmer, Uwe Schäfer, Gunter Liebsch, Franz Barthelmes 1, Svetozar Petrovic 1 1 GFZ Potsdam

German Combined Quasigeoid (GCG) Transformationsfläche von ellipsoidischen Höhen (GRS80/ETRS89) auf Normalhöhen (DHHN92) gravimetrisches Quasigeoid + Anpassung auf

2 German Combined Quasigeoid (GCG) Transformationsfläche von ellipsoidischen Höhen (GRS80/ETRS89) auf Normalhöhen (DHHN92) gravimetrisches Quasigeoid + Anpassung auf GNSS- Nivellementspunkte aktuell: GCG2011 Genauigkeit Flachland 1 2 cm Gebirge 3 4 cm Meeresgebiete bis 10 cm Joachim Schwabe Quasigeoid Bodensee Seite 2

3 German Combined Quasigeoid (GCG) Methode Remove-Compute-Restore-Ansatz = globales Schwerefeldmodell (GGM) + residuale Geländekorrektionen (RTM) + diesbezüglich residuale gravimetrische Daten veröffentlichtes GCG ist Mittel aus zwei Teillösungen (unterschiedliche Methode und z.t. auch Daten) BKG Leipzig Punktmassenschätzung Anpassung an GNSS/Niv. mittels Interpolation Institut für Erdmessung (IfE, U Hannover) Stokesformel im Frequenzbereich Anpassung an GNSS/Niv. mittels Kollokation Joachim Schwabe Quasigeoid Bodensee Seite 3

4 GCG2016 neues GCG in 2016 (Beschluss AK Raumbezug) passfähig für DHHN2016 und ETRS89/DREF91(2016) Verbesserungen neue Schweredaten, insb. zur Schließung bisheriger Datenlücken optimierte Methodik, insb. residuale Geländekorrektionen Beispiel Bodensee Joachim Schwabe Quasigeoid Bodensee Seite 4

5 Projekt Seegravimetrische Vermessung Bodensee 2012 Motivation Datenlücke unvollständige topographische Modellierung wegen fehlender Bathymetrieinformation Joachim Schwabe Quasigeoid Bodensee Seite 5

6 Projekt Seegravimetrische Vermessung Bodensee 2012 Kooperation des BKG mit dem Geoforschungszentrum Potsdam (GFZ) und dem Institut für Seenforschung Langenargen (ISF) Einsatz des Chekan-AM- Gravimeter (GFZ) Montage an Bord des Schiffes Kormoran des ISF 320 km zum Teil mehrfach gefahrene Profile an 3 Messtagen (σ = 0,4 mgal) Joachim Schwabe Quasigeoid Bodensee Seite 6

7 Methode GGM: EIGEN-6C4 vollständig bis sphär.-harm. Grad 2190 Normalpotential GRS80 W 0 = U 0 (GRS80) zero-tide RTM: 1 -DTM + Referenztopographie (RDTM) mit 15 km Glättung Berechnung mittels optimierter Tesseroidformeln (Grombein et al. 2013) Integrationsradius 100 km Seeoberfläche und Seeboden getrennt betrachtet je ein DTM-/RDTM-Paar Seeoberfläche und Seeboden (+ Umgebiet) Dichte 1,00 g cm -3 (Wasser/Luft) bzw. 1,67 g cm -3 (Fels/Wasser) Addition der residualen Geländekorrektionen Joachim Schwabe Quasigeoid Bodensee Seite 7

8 Untersuchungsgebiet Auflösung Zielgitter: ca. 300 m GNSS/Niv-Punkte: Stand GCG2011 h in ETRS89_DREF91(2002), zero-tide, GRS80 H in DHHN92, zero-tide, W 0 (NAP) Joachim Schwabe Quasigeoid Bodensee Seite 8

9 erste Abschätzung Vorwärtsmodellierung der Dichteanomalie (-1670 g cm -3 ) Korrekturfläche bkg2011g GNSS/Nivellement (mittelwertzentriert auf topographischen Effekt) Isolinienabstand: 1 cm Isolinienabstand: 1 cm Joachim Schwabe Quasigeoid Bodensee Seite 9

10 untersuchte Varianten keine Bathymetrie (nur DTM 2,67 gcm -3 ) keine Schweredaten im Seegebiet nur Bathymetrie (mit 2,67 gcm -3 ) keine Schweredaten im Seegebiet Bathymetrie vollständig keine Schweredaten im Seegebiet keine Bathymetrie (nur DTM 2,67 gcm -3 ) neue Schweredaten im Seegebiet nur Bathymetrie (mit 2,67 gcm -3 ) neue Schweredaten im Seegebiet Bathymetrie vollständig neue Schweredaten im Seegebiet Joachim Schwabe Quasigeoid Bodensee Seite 10

11 Ergebnisse: Standardabweichungen mit GNSS/Niv. 1,82 cm Max. abs. 3,4 cm 1,07 cm Max. abs. 2,1 cm 0,83 cm Max. abs. 1,3 cm 0,69 cm Max. abs. 1,3 cm 0,68 cm Max. abs. 1,3 cm 0,67 cm Max. abs. 1,3 cm Maximale Abweichungen jeweils mittelwertzentriert Joachim Schwabe Quasigeoid Bodensee Seite 11

12 Ergebnisse: Standardabweichungen mit GNSS/Niv. Rein gravimetrische Lösung mit neuen Daten bereits besser als bisherige Modelle nach Anpassung an GNSS-Nivellementspunkte! 1,74 cm Max. abs. 2,7 cm 1,07 cm Max. abs. 1,5 cm 0,81 cm Max. abs. 1,1 cm bkg2011g bkg2011 (mit Korrekturfläche) GCG2011 (mit GNSS/Niv.) 1,65 cm Max. abs. 2,9 cm EGG08 (Denker et al. 2008, IfE) 0,77 cm Max. abs. 1,2 cm IfE2011 (mit GNSS/Niv.) 0,67 cm Max. abs. 1,3 cm Maximale Abweichungen jeweils mittelwertzentriert Joachim Schwabe Quasigeoid Bodensee Seite 12

13 Differenz der Lösungen Einfluss der Bathymetrie (ohne Schiffsgravimetrie) Isolinienabstand: 1 cm Statistik Mittel 0,026 m Stabw. 0,016 m RMS 0,031 m Min. 0,092 m Max. +0,005 m Joachim Schwabe Quasigeoid Bodensee Seite 13

14 Differenz der Lösungen Einfluss der Schiffsgravimetrie (ohne Bathymetrie) Isolinienabstand: 1 cm Statistik Mittel 0,033 m Stabw. 0,022 m RMS 0,040 m Min. 0,137 m Max. 0,012 m Joachim Schwabe Quasigeoid Bodensee Seite 14

15 Differenz der Lösungen zusätzlicher Einfluss der Schiffsgravimetrie (mit Bathymetrie) Isolinienabstand: 2 mm Statistik Mittel 0,006 m Stabw. 0,007 m RMS 0,009 m Min. 0,048 m Max. +0,011 m Joachim Schwabe Quasigeoid Bodensee Seite 15

16 Differenz der Lösungen zusätzlicher Einfluss der Bathymetrie (mit Schiffsgravimetrie) Isolinienabstand: 2 mm Statistik Mittel +0,001 m Stabw. 0,002 m RMS 0,002 m Min. 0,007 m Max. +0,013 m Joachim Schwabe Quasigeoid Bodensee Seite 16

17 Differenz der Lösungen Differenz gegenüber GCG2011 (nach Lagerung in GNSS/Niv.-Punkten) Statistik Mittel 0,002 m Stabw. 0,013 m RMS 0,013 m Min. 0,055 m Max. +0,033 m Isolinienabstand: 1 cm Joachim Schwabe Quasigeoid Bodensee Seite 17

18 verbessertes regionales Modell Joachim Schwabe Quasigeoid Bodensee Seite 18

19 Fazit und Ausblick verbessertes regionales Quasigeoidmodell der Bodenseeregion unter Einbezug von Schiffsgravimetrie und Bathymetrie vernachlässigtes Geoidsignal der Bathymetrie ca. 10 cm adäquate Modellierung erfordert Schiffsgravimetrie trotz Berücksichtigung der Bathymetrie (bis zu 5 cm zusätzlicher Beitrag) Differenzen gegenüber GCG2011 insbesondere im Seegebiet und in Uferzone verbesserte Datengrundlage und Modellierung im GCG2016 z.b. Gebiete unter NHN (Küstengebiete, Tagebau Garzweiler u.a., ) angestrebte Genauigkeit: 1cm (oder besser) Joachim Schwabe Quasigeoid Bodensee Seite 19

20 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt Bundesamt für Kartographie und Geodäsie Außenstelle Leipzig Referat G3 Karl-Rothe-Straße Leipzig Ansprechpartner Joachim Schwabe Tel. +49 (0) Joachim Schwabe Quasigeoid Bodensee Seite 20

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