Bezugssysteme und Transformationen im deutschen Vermessungswesen

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1 Bezugssysteme und Transformationen im deutschen Vermessungswesen A. Bilajbegović HTW Dresden, University of Applied Sciences M. Köhr Landesvermessungsamt Sachsen Teil 2

2 Das Europäische Raumbezugssystem ETRS89 und die Sächsische Grundlagenvermessung Die ETRF-Verdichtungsnetze im Gebiet des Freistaates Sachsen Die GPS-Kampagne SNREF/2002 und die SAPOS-Diagnoseausgleichung des BKG Die Amtlichen Referenzsysteme im Freistaat Sachsen Transformation sächsischer TP vom RD/83 nach ETRS89

3 Realisierung des globalen terrestrischen Referenzsystems Durch den IERS seit 1988 Realisierung des ITRS durch die Berechnung eines ITRF aus Messungen global verteilter Stationen Technik... hauptsächliche Funktion VLBI... Verbindet ITRS mit ICRS LLR... Polbewegung SLR... Modellierung des Massemittelpunktes der Erde GPS... Netzverdichtung Koordinaten der ITRFs unterscheiden sich durch Auswirkungen Interplattentektonik, sind also dynamisch und erfüllen daher nicht die Anforderungen der Vermessungspraxis

4 Teil des globalen ITRS-Realisierungsnetzes internationaler GPS-Service (IGS)

5 Definition des Europäischen Datums ETRS Gründung der Europäischen Subkommission der IAG EUREF zur Etablierung einheitlicher geodätischer Bezugssysteme für Europa Definition des ETRS89 durch die 35 europäischen VLBI und SLR-Stationen des ITRF89 mit ihren auf reduzierten Koordinaten ETRF89 Genauigkeit: ca. 4/6 cm ETRS89 ist per Definition an das ITRS gebunden die Beobachtung der zeitlichen Entwicklung wird durch identische Stationen des ITRF und des ETRF gewährleistet

6 Messkampagnen zur Verdichtung des ETRF 1989 Messkampagne EUREF89 (92 Punkte, davon 15 deutsche) Fundamentalfestpunkt: Genauigkeit: 4/6 cm Festpunkt (ETRF Hierarchie A-C) mit subzentimetergenauen Koordinaten im ETRS Messkampagne DREF91 (113 Punkte, davon 103 deutsche) 1992 mobile SLR/VLBI-Messungen u.a. auf Kirschberg Referenzstation: 1993 EUREF D/NL 93 Genauigkeit: 1 cm Überwachung in Echtzeit Bodenpunkt: speziell 3D-vermarkt 1994 Auswertung von DREF91 unter Anschluss an EUREF Genauigkeit: 1/2 cm mind. 4 Sicherungen jährl. Überprüfung

7 EUREF- Hierarchie A des ETRF Messkampagnen auf Bodenfestpunkten 1989 EUREF89 (15 deutsche Punkte) 1992 VLBI/SLR auf dem Punkt Kirschberg 1993 EUREF D/NL

8 DREF- Hierarchie B des ETRF 1991 DREF Auswertung nach EUREF D/NL

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10 Realisierung des ETRS89 durch das EUREF Permanentstationsnetz Genauigkeit: wenige mm EPN EUREF- Permanent GPS-Network

11 Mit dem Aufbau von SAPOS verlieren B und C- Bodenpunkte als Anschlusspunkte für praktische messungen mehr und mehr an Bedeutung

12 Messkampagnen zur weiteren Verdichtung des ETRF in Sachsen 1995 Messkampagne SNREF/95 (44 Punkte der Hierarchie C, davon 6 RS) 1998 Messkampagne SNREF/98 in (Nordsachsen) (4 Neupunkte, davon 3 RS) 1999 Messkampagne SNREF/99 (Südostsachsen) (4 Neupunkte, davon 3 RS) Bestimmung von Referenzstationen in Sachsen stets als integraler Bestandteil der ETRF-Hierarchie C (SNREF)

13 Motivation: GPS-Messkampagne SNREF/2002 -Koordinierung von 8 RS für den physischen Vollausbau von SAPOS-SN -Beseitigung der Höhenprobleme an einzelnen RS -Koordinierung von zusätzlichen Bodenpunkten -Mit Blick auf Diagnoseausgleichung Gewährung der Verbindung von SAPOS zum bodenvermarkten SNREF Herbst 2002 Messkampagne SNREF/2002 ( ) (53 Bodenpunkte, davon 3 Neupunkte, 33 SAPOS-RS, davon 8 Neupunkte, 8 ITRF- Permanentstationen) -Messzeiten mind. 2x24 h pro Punkt -RS mit mehr als 1 Woche Messzeit pro Station -individuelle Kalibrierwerte (relativ im IGS-Niveau) für alle Antennen

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15 Zwischenlösung SNREF/2002 für 2003 Notwendigkeit wegen - Inbetriebnahme von 3 RS am Beseitigung von Höhenproblemen (14 Punkte >15 mm Höhengrenze, 2 Punkte >10 mm Lagegrenze) Innere Genauigkeit (Sessionwiederholgenauigkeit) 2 / 3 mm gemäß Beschlüssen der AdV unter Zwangsanschluss an DREF und EUREF-Punkte (bis auf Altenberg und Horno) dadurch Reduktion der Genauigkeit in den Bereich um 1 cm

16 BKG-Diagnoseausgleichung AK-RB beauftragt das BKG mit der Gesamtauswertung von 1 Woche Messungen ( ) des gesamten existierenden SAPOS-Netzes Motivation: festgestellte Spannungen im cm-bereich zwischen den Ländern, die für SAPOS- Großkunden nicht akzeptabel sind Ursache sind länderindividuelle Koordinierung von SAPOS- Stationen Für länderübergreifende Vernetzung müssen Koordinaten eine Genauigkeit von < 1 cm haben.

17 BKG-Diagnoseausgleichung Beobachtung von 268 Stationen, davon 12 sächsische RS Keine durchgreifende Mitbeobachtung von DREF Lösung ITRF2000 durch Anschluss an IGS-Stationen und präzise IGB-Bahnen Transformation nach ETRS89 in der Beobachtungsepoche Endergebnis durch 7P-T auf alle alten ETRS89-Koordinaten der SAPOS-RS dadurch Realisierung eines mittleren DREF91-Niveaus konform mit vorliegender Beschlusslage der AdV zur Lagerung der C-Netze Diagnoseausgleichung bestätigt Inhomogenitäten bis 5 / 8 cm und realisiert ein spannungsfreies SAPOS-Netz im Genauigkeitsbereich < 1 cm Lagerung Nach Beschluss DREF des und AdV-Plenums Lagerung im Änderungsschranke EUREF differieren 1 cm systematisch räumlich die um Länder ca. ändern 1,5 cm die in der SAPOS-Koordinaten Lage (Nord), es der zeigt betreffenden sich ein Ost-West- 223 Stationen Beschluss Kippeffekt eröffnet den der Ländern Höhenkomponente die Möglichkeit zur von eigenen ca. 1 cmauswertung unter Lagerung auf die Koordinaten der Diagnoseausgleichung

18 SAPOS-Diagnoseausgleichung Differenzen durch unterschiedliche Lagerung DREF91 (Mittel) vs. EUREF Lage Höhe

19 SAPOS-Diagnoseausgleichung Differenzen Restklaffen zwischen alten amtl. Koordinaten und dem homogenen Endergebnis im mittleren DREF91-Niveau Lage Höhe

20 Endergebnis SNREF/2002 Neuauswertung SNREF/2002 unter Einbeziehung der benachbarten SAPOS-RS der angrenzenden Länder

21 Endergebnis SNREF/2002 Freie Lösung im ETRS89, Epoche 89.0 wird auf die Ergebniskoordinaten der an der Diagnoseausgleichung beteiligten Stationen transformiert Restklaffen der sächsischen Punkte max. 7 mm, damit sind neue Koordinaten der sächsischen RS AdV-beschlusskonform Einführung der neuen Koordinaten für alle Fundamentalfestpunkte und Sächsischen SAPOS-Stationen zum Genauigkeit ca. 2 mm Lage, 3 mm Höhe Koordinatenänderungen nach SNREF/2002 (3D) SNREF-Bodenpunkte 55 % < 1 cm, 35 % von 1 2 cm, 10 % 2-3,4 cm SAPOS-RS 33 % < 1 cm, 17 % von 1 2 cm, 50 % von 2 3,4 cm

22 Ergebnis von SNREF/2002 ist die Neukoordinierung des gesamten sächsischen Fundamentalfestpunktfeldes im Niveau der BKG-Diagnoseausgleichung.

23 Amtliche Referenzsysteme im Freistaat Sachsen

24 Amtliche Referenzsysteme im Freistaat Sachsen 1991 Bekanntmachung vorläufig amtlicher Bezugssysteme für Lage, Höhe und Schwere durch das SMI DE_RD/83 DE_42/83 / GK_3 HN76 SGN 9 (2) SächsVermG:... Durch die Grundlagenvermessung sind einheitliche geodätische Bezugssysteme für Lage, Höhe und Schwere nutzbar zu machen.... Festpunktfelder im erforderlichen Umfang und ein Satellitenpositionierungsdienst 1 DVOSächsVermG: Die oberste Vermessungsbehörde legt für die einheitlichen geodätischen Bezugssysteme amtliche Referenzsysteme für Koordinaten, Höhe und Schwere fest. 09/2003 Erlass des SMI über amtliche Referenzsysteme im Freistaat Sachsen Referenzsystemerlass

25 Amtliche Referenzsysteme im Freistaat Sachsen ISO spatial referencing by coordinates - Koordinaten sind eindeutig, wenn das Koordinatenreferenzsystem angegeben ist Koordinatenreferenzsystem (CRS) = Datum + Koordinatensystem Datum: Physikalischer Teil des CRS ITRS, ETRS89, RD/83, PD/83, 42/83 Koordinatensystem: Mathematischer Teil des CRS GK_3, GK_6, UTM, (Lat, Lon), (X,Y,Z) [geogr. Bezeichner]_[Datum] / [Koordinatensystem] Bsp. DE_42/83 / GK_3 DK_ED50 / UTM

26 Amtliche Referenzsysteme im Freistaat Sachsen Koordinaten Schwere Alle im Referenzsystemerlass aufgeführten Referenzsysteme haben amtlichen Charakter Europäische Koordinatenreferenzsysteme ETRS89 / (X,Y,Z) ETRS89 / (Lat, Lon, h) Amtliches Schwerereferenzsystem DSRS (DHSN96) Höhe Deutsches Regelungen, welches CRS für welche Koordinatenreferenzsystem hoheitliche Aufgabe verwendet Amtliches wird, DE_ETRS89 enthalten / UTM die Verwaltungsvorschriften Höhenreferenzsystem DHRS (DHHN92) Amtliches (z.b. VwVKvA (2) bestimmt, dass bei Normalhöhen über NHN Lagereferenzsystem satellitengestützen Katastervermessungen auch Koordinaten im DE_ETRS89 / UTM zu berechnen sind.) DE_RD/83 / GK_3 gemäß AdV-Beschlüssen deutschlandweit einzuführende, einheitliche geodätische Grundlagen

27 Aktivitäten des LV-SN im Gebrauchsfestpunktfeld bis 1997 Bestimmung Umsetzung 4. Ordnung durch der BW-Vermessungsunterstützung Bestimmungen des Ost mit GPS in lokalen WGS84-Systemen mit anschließender Transformation ins RD/83 Referenzsystemerlasses durch das Referat - danach keine flächendeckende 4. Ordnung mehr bis 2002 Bestimmung der ETRF-Hierarchie D (D-Netz) unter Anschluss an FFP und RS im ETRS89, Punktdichte ca. 25 Punkte pro TK25 Zweck des D-Netzes: Festpunktnetze SAPOS Raumbezugsfestpunktfeld (RBP-Feld) - Transformationsstützpunktfeld für Katasterpunkte von RD/83 nach ETRS89 Höhenfestpunktfeld (HP-Feld) - Transformationsstützpunktfeld für GPS-Messungen im ETRS89 nach RD/83 - langfristig zu erhaltendes Gebrauchsfestpunktfeld Schwerefestpunktfeld (SP-Feld) Rest der TP durch 7P-Transformation ihre RD/83-Koordinaten nach ETRS89 mit nachbarschaftstreuer Restklaffenverteilung bestimmt (TK25-weise)

28 RD/83... HN76 GK_3 Lat, Lon ell. 4-PT flächenhaften Transformation 42/83... von HN76 nicht mit GPS gemessenen Festpunkten vom RD/83 ins ETRS89 und umgekehrt Lat, Lon, H Quasigeoid S/42 Funktionsprinzip des Programmsystems SATRA des BKG Das Referat Festpunktnetze verwendet zur Lat, Lon, ell. h X, Y, Z Berechnung für jedes Blatt der TK25 mit Überlappung zu den Nachbarblättern Fester Parametersatz des BKG KRASSOWSKI das ETRS89 Programm... hetrs UTM SATRA Lat, Lon, ell. h des BKG, dessen Funktionsprinzip 7-PT X, Y, Z nun dargestellt wird. A-D-Netz-Passpunkte mit fixierten ETRS89-Koordinaten Restklaffenverteilung BAV (Membranmethode) PuDa

29 Für Ihr Interesse und Ihre Aufmerksamkeit bedankt sich: Martin Köhr Referent Raumbezugssysteme Referat Festpunktnetze (Ref. 24) Tel.: Detailfragen zu SAPOS beantwortet Ihnen: Grit Schneider Referentin Satellitenpositionierungsdienst Referat Festpunktnetze (Ref. 24) Tel.: