Vergleich von Sea Surface Heights aus Satellitenaltimetrie und schiffsbasierten GNSS Messungen. Ole Roggenbuck, Jörg Reinking

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Andreas Dieter
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1 Vergleich von Sea Surface Heights aus Satellitenaltimetrie und schiffsbasierten GNSS Messungen Ole Roggenbuck, Jörg Reinking Geodätische Woche 2012: Hannover,

Satellitenaltimetrie GNSS-Reflektometrie Schiffe als

2 MOTIVATION Die Ozeane spielen eine wichtige Rolle im System Erde Messung der SSH Pegelstationen Bojen Satellitenaltimetrie GNSS-Reflektometrie Schiffe als zusätzliche Informationsquellen

3 EXPERIMENT ROUTE Pazifiküberfahrt des Containerschiffes MONTE VERDE Zeitraum: April 2012 Start: Busan (Südkorea) / Hong Kong (China) Ziel: Manzanillo (Mexiko) 3 3

4 EXPERIMENT ROUTE Pazifiküberfahrt des Containerschiffes MONTE VERDE Zeitraum: April 2012 Start: Busan (Südkorea) / Hong Kong (China) Ziel: Manzanillo (Mexiko) 4 4

5 EXPERIMENT MONTE VERDE 5 5

6 UNTERSUCHUNG - EQUIPEMENT GNSS-Ausrüstung: 2 Einfrequenzempfänger + Antennen 2 Zweifrequenzempfänger + Antennen Aufzeichungseinheit Bluetooth Ausrüstung Zusatzdaten: Ladungsinformationen Meteorologische-Daten Logge-Daten 6 6

7 SCHIFFSBASIERTE SSH - ABLAUFSCHEMA Schiffskoordinaten Dichteänderung LCF rel. Koordinaten Translation Relative Koordinaten Transformation LCF abs. Koordinaten Absolute Koordinaten Positionierung Korrekturen: Hydrostatik Hydrodynamik Geophysikalisch Wellen Squat-Effekt Instantane SSH SSH ADT Inverser Barometer Ozeanische Auflasten Ozeanische Gezeiten Geoidundulation 7 7

8 SCHIFFSBASIERTE SSH -SCHIFFSBEZUGSSYSTEM 8 8

9 SCHIFFSBASIERTE SSH -SCHIFFSBEZUGSSYSTEM Schwerpunkt der Wasserlinienfläche (LCF) auf Wasserhöhe keine Höhenänderungen durch pitch und roll 9 9

10 SCHIFFSBASIERTE SSH -SCHIFFSBEZUGSSYSTEM Schwerpunkt der Wasserlinienfläche (LCF) auf Wasserhöhe keine Höhenänderungen durch pitch und roll 10 10

11 SCHIFFSBASIERTE SSH -SCHIFFSBEZUGSSYSTEM Antennenpositionen Präzise Festlegung im Hafen von Hongkong Näherungskoordinaten aus Schiffsplänen Genauer mittels GNSS Z-Komponente: Tiefgang, Lagewinkel und Pegel erforderlich LCF-Position mittels Ladungsinformationen 11 11

12 Mittlere Restklaffen [m] SCHIFFSBASIERTE SSH -POSITIONIERUNG Tageweise Auswertung Relative Positionierung Kinematische Auswertung der Koordinatendifferenzen zwischen den Antennen 1 Sekunden Intervall Transformation des Schiffssystems in das System der relativen Koordinaten Absolute Positionierung Antennenpositionen mit CSRS-PPP 5 Sekunden Intervall Geglättete Codebeobachtungen 12 12

KORREKTUREN Korrekturen Heave: Zeitliche Phasendifferenzen für jede Antenne Schiffsbewegung berücksichtigen Akkumulation der Höhenunterschiede Hochpassfilterung Squat: CFD-Simulationen Dichte:

13 KORREKTUREN Korrekturen Heave: Zeitliche Phasendifferenzen für jede Antenne Schiffsbewegung berücksichtigen Akkumulation der Höhenunterschiede Hochpassfilterung Squat: CFD-Simulationen Dichte: AQUARIUS-Salzdaten + Wassertemperatur Höhenänderung aus Volumenänderung und Wasserlinienfläche Ozeangezeiten / Ozeanische Auflasten: SPOTL: EOT11a Atmosphärische Auflast: Lokal aus Barometermessungen 13 13

14 KORREKTUREN Korrekturen Heave: Zeitliche Phasendifferenzen für jede Antenne Schiffsbewegung berücksichtigen Akkumulation der Höhenunterschiede Hochpassfilterung Squat: CFD-Simulationen Dichte: AQUARIUS-Salzdaten + Wassertemperatur Höhenänderung aus Volumenänderung und Wasserlinienfläche Ozeangezeiten / Ozeanische Auflasten: SPOTL: EOT11a Atmosphärische Auflast: Lokal aus Barometermessungen 14 14

15 KORREKTUREN Korrekturen Heave: Squat: Zeitliche Phasendifferenzen für jede Antenne Schiffsbewegung berücksichtigen Akkumulation der Höhenunterschiede Hochpassfilterung CFD-Simulationen Dichte: AQUARIUS-Salzdaten + Wassertemperatur Höhenänderung aus Volumenänderung und Wasserlinienfläche Ozeangezeiten / Ozeanische Auflasten: SPOTL: EOT11a Atmosphärische Auflast: Lokal aus Barometermessungen 10m Tiefgang 13m Tiefgang 14m Tiefgang 1. Stop: 13.5m 15 15

16 KORREKTUREN Korrekturen Heave: Zeitliche Phasendifferenzen für jede Antenne Schiffsbewegung berücksichtigen Akkumulation der Höhenunterschiede Hochpassfilterung Squat: Dichte: CFD-Simulationen AQUARIUS-Salzdaten + Wassertemperatur Höhenänderung aus Volumenänderung und Wasserlinienfläche Ozeangezeiten / Ozeanische Auflasten: SPOTL: EOT11a Atmosphärische Auflast: Lokal aus Barometermessungen 16 16

17 KORREKTUREN Korrekturen Heave: Zeitliche Phasendifferenzen für jede Antenne Schiffsbewegung berücksichtigen Akkumulation der Höhenunterschiede Hochpassfilterung Squat: CFD-Simulationen Dichte: AQUARIUS-Salzdaten + Wassertemperatur Höhenänderung aus Volumenänderung und Wasserlinienfläche Ozeangezeiten / Ozeanische Auflasten: SPOTL: EOT11a Atmosphärische Auflast: Lokal aus Barometermessungen 17 17

18 VERGLEICH MIT SAT. ALTIMETRIE Altimeterdaten Nur JASON-2 nutzbar Daten vom DGFI-Service OpenADB Datenzeitraum: März bis Mai Footprint Altimetrie Vorgehen Conventional Tide Free Mean Tide Ellipsoidwechsel vom WGS84 zum TOPEX- Ellipsoid Vergleich der SSH 1. Vergleich der Kreuzungspunkte 2. Vergleich mit interpolierten Altimeterdaten SSH aus GNSS 18 18

19 VERGLEICH MIT SAT. ALTIMETRIE Analyse der Kreuzungspunkte Radius von 5 km um Altimeter-Footprints Abweichungsmittel = -4 cm Standardabweichung = 12 cm Vergleich der SSH Geoidundulation in Daten enthalten! 19 19

20 VERGLEICH MIT SAT. ALTIMETRIE Analyse der Kreuzungspunkte Radius von 5 km um Altimeter-Footprints Abweichungsmittel = -4 cm Standardabweichung = 12 cm Vergleich der SSH Geoidundulation in Daten enthalten! 20 20

21 VERGLEICH MIT SAT. ALTIMETRIE 21 21

22 VERGLEICH MIT SAT. ALTIMETRIE 22 22

23 VERGLEICH MIT SAT. ALTIMETRIE Kreuzungspunkte zeigen hohe Übereinstimmung Interpolation mit Thinplate-Spline Nur JASON-2 grobe räumliche Auflösung Große Abweichungen in Bereichen ohne Stützpunkte 23 23

24 FAZIT Fazit Schiffsbasierte GNSS-Messungen können als zusätzliches Verfahren zur Bestimmung präziser SSH eingesetzt werden 24 24

25 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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