Geodäsie 2020 High-Tech-Disziplin im politischgesellschaftlichen. Prof. Dr.-Ing. Hansjörg Kutterer

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1 Geodäsie 2020 High-Tech-Disziplin im politischgesellschaftlichen Kontext Prof. Dr.-Ing. Hansjörg Kutterer

2 Inhalt Einführung Politisches Spannungsfeld Gesellschaftlicher Kontext High-Tech-Disziplin Geodäsie Zusammenfassung Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 2

4 Begriff. Geodäsie Der Begriff Geodäsie ist erstmals von Aristoteles ( v.chr.) erwähnt; im Sinne einer angewandten Geometrie (wörtlich: Erd-, Landvermessung), d.h. der Aufteilung bzw. Einteilung der Erdoberfläche (Ländereien, Nutzungsflächen). Gebt mir einen festen Punkt, und ich werde die Erde bewegen. Archimedes * 287 v. Chr. 212 v. Chr. Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 4

5 Aufgabe der Geodäsie Geodäsie ist die Geowissenschaft, die sich mit der Bestimmung der Figur, der Rotation und des Schwerefeldes der Erde sowie der Abbildung der Erdoberfläche und seiner topographischen Objekte einschließlich der Veränderungen befasst. Geodäsie ist eine naturwissenschaftlich-technische Disziplin. Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 5

6 Das System Erde Wechselwirkungen auf die Erde - Bewegung von Massen - Konvektionsströme Plattentektonik Vulkanismus Meeresspiegelanstieg Eisschmelze Erwärmung Zufluss Gezeiten (Mond, Sonne, Plan.) Ozeane, feste Erde Ozeane Massentransport Auflasten Atmosphäre/Wind Massentransport Auflasten Grundwasseränderungen Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 6

7 Von der Beobachtung zur Geoinformation sehen.vermessen.verstehen Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 7

8 Geoinformation = verortete Information Bevölkerung Koordinate Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 8

9 Die Kombination erhöht die Informationsfülle Copyright Ordnance Survey Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 9

10 Woher kommen Geodaten? Gravimetrie GPS Observatorien Klassische Vermessung Satellitenpositionierung Erdbeobachtung Terrestrische Vermessungen Luftbilder Satellitenbilder Laserscanning Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 10

11 Von der analogen zur digitalen Datenverarbeitung Bildelemente (Pixel) Objekte (Vektor) Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 11

12 Von Einzellösungen zur Infrastruktur Geodateninfrastruktur (gemäß GeoZG) Infrastruktur, bestehend aus Geodaten, Metadaten, Geodatendiensten, Netzdiensten und -technologien, Vereinbarungen über gemeinsame Nutzung, Zugang und Verwendung, Koordinierungs- und Überwachungsmechanismen, -prozesse und -verfahren mit dem Ziel, Geodaten verschiedener Herkunft interoperabel verfügbar zu machen. Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 12

13 Von Datensätzen zu Datendiensten Nutzerorientierung Nutzer Raumbezug integriert Informationen über regionale, fachliche und administrative Grenzen hinweg BKG Öffentliche Infrastruktur Anbieter ortsbezogener Informationen & Daten (Geodaten) Webtechnologie und Standards ermöglichen Zugriff auf verteilte Geodaten und deren Verknüpfung Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 13

14 Inhalt Einführung Politisches Spannungsfeld Gesellschaftlicher Kontext High-Tech-Disziplin Geodäsie? Zusammenfassung Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 14

15 Herausforderungen Nationaler und internationaler Kontext Europäische Unabhängigkeit Galileo Wirtschaftsförderung Technische Innovation GEOSS, UN-GGIM Geodaten Open Data Einheitliche Geodaten Qualität INSPIRE, COPERNICUS Datenharmonisierung OpenData-Bewegung veränderte Beteiligung Standardisierung Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 15

16 Herausforderungen Datenerhebung Forschung Landesverwaltung Landesvermessung, Straßenbauverwaltung, Forstverwaltung, Kataster, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Leibniz-Instituts für ökologische Raumentwicklung, Firmen - privat Geodaten Google, Bing Kartendienste, TomTom, Navtech KfZ-Navigation, Bundesverwaltung Statistisches Bundesamt Umweltbundesamt, Bundesamt für Naturschutz Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie, Open Communities - privat Open Street Map, Offene Seekarte, Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 16

17 3. Geo-Fortschrittsbericht Ziele der Bundesregierung GI als wichtiges Politikfeld inhaltlich gestalten Qualitativ hochwertige und relevante Geodaten effizient bereitstellen Gemeinsame Strategie von Wirtschaft, Wissenschaft, Verwaltung und gesellschaftlichen Gruppen entwickeln Internationale Vernetzung ausbauen Kohärentes Verfahren Open Data Relevanz Qualität Geo- Informationswesen Web 2.0 Internationale Anforderungen Effizienz Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 17

18 Nationale Geoinformationsstrategie Kernziel: gemeinsam agieren Nationale Ebenen übergreifende Geoinformationsstrategie nötig Entwicklung gemeinsam mit allen föderalen Ebenen (Bund, Land, Kommune), Open Communities, Wissenschaft und Wirtschaft 3. Geo-Fortschrittsbericht zeigt Eckpunkte für nationale Geoinformationsstrategie auf Quelle: vege/fotolia.com Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 18

19 Koalitionsvertrag digitale Agenda Ziele Potential offener Daten verbessern. Prozesse der Standardisierung und Interoperabilität sowie ein bürgerfreundliches digitales Deutschland auf den Weg bringen. Nachhaltige Mobilitätskultur und eine nutzerfreundliche Vernetzung der verschiedenen Verkehrsmittel entwickeln. Wachstum, Innovation und Wohlstand fördern. Interaktive Kommunikation und Barrierefreiheit sichern, Datenschutz gewährleisten. Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 19

21 Megathemen Mobilität Klima Umwelt Sicherheit Energie Raumplanung Zivilgesellschaft Quelle: Geoscience Australia Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 21

22 Nichts geht ohne Geoinformationen - für den Bürger - 24 Stunden den Alltag lebenswert machen Reiserouten Navi-Geräte Wetterkarten Stadtpläne Stauinfo Wanderkarten Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 22

23 Nichts geht ohne Geoinformationen - in Wirtschaft und Wissenschaft- Vorsprung durch Geoinformationen Standort- und Marktanalyse Freizeit und Tourismus Bauwirtschaft Geowissenschaften Energieversorger Logistik Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 23

24 Nichts geht ohne Geoinformationen - Verwaltung - Verwaltungsqualität erhöhen durch Geoinformationen Hochwasserschutz Flächennutzungs-, Bebauungs- und Landschaftspläne Umwelt- und Klimaschutz Rettungsdienste, Feuerwehr, Polizei Verkehrsleitsysteme Forstwirtschaft Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 24

25 Fünf Thesen Öffentliche Infrastrukturen für Geoinformation und Geodäsie sind eine grundlegende staatliche Aufgabe der Daseinsvorsorge, sind eine unverzichtbare Basis für jegliche Nutzung von Raumbezug und Geodaten im öffentlichen Bereich, orientieren sich primär am Nutzer, befördern den technologischen Fortschritt, werden in verschiedenen Bereichen aufgebaut und sowohl ebenenund ressortübergreifend als auch im europäischen und internationalen Rahmen eingebettet. Sie erfordern umfassende rechtliche, technologische, wissenschaftliche, organisatorische, finanzielle Grundlagen (Dimensionalität Komplexität). Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 25

27 Wie werden Geodaten vermittelt? Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 27

28 Von manuellen zu automatisierten Mess- und Auswerteverfahren Sensornetze (Pegelstände, Wetterstationen, Positionsgeber) Experten-Wissen Verschneidung mit räumlichen Basisinformationen Gefahrenkarte Hochwasser Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 28

29 Informationsgewinnung durch Fernerkundung Weltraumkomponente (Satelliten) Copernicus-Satelliten (Sentinel 1-5) Beitragende Satellitenmissionen (Daten zugekauft) In-situ-Komponente Beobachtungen / Daten / Informationen, die nicht aus dem Weltall gewonnen werden, sondern am Boden, von Flugzeugen, zu Wasser auch: topographische Daten, Georeferenzdaten, Orthobilder Bilder: BKG und Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 29

30 Virtuelle 3D-Welten Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 30

31 GDI Der Bauplan für Deutschland Architektur der GDI-DE Konzept zur fach- und ebenenübergreifenden Bereitstellung und Nutzung von Geodaten im Rahmen des E-Government in Deutschland Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 31

32 Zentrale Komponenten der GDI-DE Funktionalität Geodatenkatalog.de seit 2011 online Zentrale deutschlandweite Metadatenbereitstellung Geoportal.de Zentraler Zugangsknoten zu Daten und Diensten, Informationsplattform der GDI-DE GDI-DE Testsuite Testplattform zur Prüfung der Konformität von Daten und Diensten seit 2012 online: seit 2011 online: testsuite.gdi-de.org GDI-DE Registry Entwicklung in 2013 / 2014 Übergreifende Verwaltung und technische Unterstützung Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 32

33 GDI-DE Technische Einbettung Europa INSPIRE Geoportal Geodatenkatalog.de GDI-DE zentrale Komponente Bund/Länderkatalog Zentraler- Suchdienst Bund/Land Kommune Geodienste Geodienste Geodatendienst bind Geoportale, Gisanwendungen, Fachverfahren oder ähnliches Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 33

34 Geoportal.de der einfache Weg zu Geodaten Entwicklungsstand: ca Zugriffe täglich realisiert als Geocluster (2 redundante RZ) hohe Ausfallsicherheit Verfügbarkeit >> 99.5 % Suchdienste: ca Datensätze Darstellungsdienste: 15 Themenkarten mit 67 Layern Hintergrundkarten: WebAtlas.De v2 / DOP60 Übersichten zu zahlreichen internationalen nationalen, überregionalen, regionalen Portalen und Institutionen Umfangreiche Inhalte zur GDI-DE Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 34

35 Zugang zum Bezugssystem Verfahren Precise Point Positioning (PPP) Obstacle Satellitenbahn [ m] Satellitenuhr [ m] Instrumentelle Signalverzögerungen PCV der Satellitenantenne [mm...cm] Ionosphäre [ > 100 m] Troposphäre [ m] Code Multipath Code [m] Phase Multipath [mm.. cm] PCV der Empfängerantenne [mm...cm] Empfängeruhr Fehlereinflüsse werden durch Korrekturdaten beseitigt. Erfordert den Transport der Korrekturdaten und deren Standardisierung Instrumentelle Signalverzögerungen Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 35

36 Precise Point Positioning Tests von IGS & EUREF zur Positionierung Genauigkeit Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 36

37 Geodätische Infrastruktur Nationaler Rahmen 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 Unterstützung von Realtime- Satellitenpositionierungsdiensten Überwachung zeitlicher Veränderungen an den Stationen Bestimmung der Höhenbezugsfläche Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 37

38 Geodätische Infrastruktur Globaler Rahmen International Terrestrial Reference Frame (ITRF) International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS) Quellenpositionen, präzise Satellitenbahnen und Uhren, Erdrotationsparameter, Stationskoordinaten Very Long Baseline Interferometry (IVS) Satellite Laser Ranging (ILRS) Global Navigation Satellite Systems (IGS) Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated on Satellite (IDS) Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 38

39 Globale Referenznetze Dienste und Produkte der IAG ITRFyy, Koordinaten, Geschwindigkeiten, Satellitenbahnen, Erdorientierungsparameter, Echtzeitparameter Beiträge des BKG Zentralbüro des International Earth Rotation and Reference Systems Service IERS Beobachtungen, Daten- & Analysezentrum für den IVS Beobachtungen, Analysezentrum für Lasersatelliten Analyse von GNSS- Beobachtungen GPS/GLONASS/Galileo Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 39

40 Globale Referenznetze Nationaler Beitrag IAG-Dienste: Beobachtungsnetz Das BKG betreibt dafür geodätische Observatorien FGS im Bayerischen Wald (Wettzell mit TUM) in Chile (TIGO) in der Antarktis (O Higgins) Antarktis (O Higgins) Bayerischer Wald (Wettzell) Chile (TIGO) Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 40

41 Verknüpfung mit dem Höhenbezug Realisierung des Internationalen Schwerestandards für D Absolute Schweremessungen unter Leitung des Internationalen Komitees für Maße und Gewichte Übertragung der Ergebnisse auf die Referenzstationen Wettzell und Bad Homburg Bereitstellung von Basisdaten für die Berechnung von Schwereanomalien und Geoidmodellen Kombinierte Absolute Schwerereferenzfunktion Gravimetrische Referenz- und Vergleichsstation Wettzell Vergleichsexperiment mit fünf Absolutgravimetern Supraleitendes Gravimeter in separatem Raum Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 41

42 Global Geodetic Observing System (GGOS) Integrierte Beobachtungsarchitektur Fünf-Ebenen-Konzept (System of Systems) Ebene 1: Bodenstationen, terr. Messungen Ebene 2: Low Earth Orbiter Ebene 3: Medium / Geostationary Earth Orbiter Ebene 4: Mond, Planeten Ebene 5: Quasare Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 42

43 GGOS aktuell GGOS-Webseiten Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 43 Natural Hazards Science Applications Geodetic Applications Satellite Missions Techniques Services

44 Präzise geodätische Infrastrukturen Quelle: NASA Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 44

45 Der Brückenbau-Fauxpas in Laufenburg (CH) Eine Brücke über den Rhein, ca. 125 m lang. Schwierigkeit: Die Brücke soll von der Schweiz nach Deutschland führen. Ergebnis: Die Brücke ist auf der deutschen Seite 54 cm zu niedrig. Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 45

46 sehen.vermessen.verstehen Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 46

48 Zusammenfassung Geodäsie 2020 Gegenstand der Geodäsie ist (heute mehr denn je) die Vermessung und Visualisierung unserer Umwelt, die Analyse ihrer räumlichen und zeitlichen Veränderungen und die Verwendung dieser Informationen für vielfältige Aufgaben in Gesellschaft und Wissenschaft. (Quelle: Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 48

49 Zusammenfassung Geodäsie 2020 Technologische Kompetenz Satellitentechnologie Lasertechnologien, insbesondere Scanning Informations- und Kommunikationstechnologie Planerische und soziale Kompetenz Landmanagement in städtischen und ländlichen Räumen (Quelle: Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 49

50 Zusammenfassung Geodäsie 2020 Die herausragenden Tätigkeitsfelder der heutigen Geodäsie Technik & Industrie Klima & Umwelt Grund & Boden Navigation & Mobilität sind allesamt Themen mit aktuellem politisch-gesellschaftlichem Bezug. (Quellen: Koalitionsvertrag der 18. Legislaturperiode: Deutschlands Zukunft gestalten ) Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 50

51 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt Bundesamt für Kartographie und Geodäsie Richard-Strauss-Allee Frankfurt Ansprechpartner Prof. Dr.-Ing. Hansjörg Kutterer, Präsident Tel. +49 (0) Tel. +49 (0) Prof. Hansjörg Kutterer 7. Hamburger Forum Geomatik Seite 51