Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs 2016

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1 Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs 2016 G. Liebsch mit Beiträgen von M. Sacher, U, Schirmer, J. Schwabe INTERGEO Hamburg, 11. bis 13. Oktober 2016

2 Inhalt 1. Einleitung 2. Deutsches Haupthöhennetz DHHN Transformationsmodell DHHN92 DHHN2016 (HOETRA2016) 4. ETRS89/DREF91 Realisierung Quasigeoidmodell - GCG2016 G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 2

3 Netzkonfiguration des DHHN2016 Linienlänge DHHN92: km Linienlänge DHHN 2016 Ursprünglicher Netzentwurf: (57 % des DHHN ) Endgültiger Netzentwurf: (113 % des DHHN92) Messzeitraum km km G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 3

4 Systembeschreibung des DHHN Datum DHHN92 DHHN2016 NAP - Nullpunkt des Amsterdamer Pegels Realisierung des Datums Höhe der Datumspunkte 1 Punkt (Wallenhorst) Höhe aus UELN-73/86, Geschwindigkeit Null 72 Datumspunkte (zwangsfrei, eine Bedingungsgleichung) Höhe im DHHN92, Geschwindigkeit Null Maßstab Realisierung des Maßstabs Höhenart Physikalische Parameter Festerdegezeiten Lattenmeter- und Temperaturkorrektion SI-Meter Normalhöhen Normalschwerefeld des GRS80 mean tide Lattenmeter- und Temperaturkorrektion auf Vertikalkomparator bestimmt Reduktion Festerdegezeiten keine variabler Anteil eliminiert Ozeangezeitenauflast nicht berücksichtigt eliminiert (in Norddeutschland) G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 4

5 Vergleich der Ausgleichungsparameter mit DHHN92 Parameter DHHN92 (ohne ausländische Randschleifen) DHHN2016 Anzahl Linien Anzahl Knotenpunkte Anzahl Unbekannte Anzahl Datumspunkte 1 72 Anzahl Freiheitsgrade Standardabw. für 1 km Niv mm 0.64 mm Mittlere Standardabw. des Höhenunterschiedes einer Linie 4.15 mm 2.65 mm Standardabw. Höhe (Minimum) 0.79 mm 3.43 mm Standardabw. Höhe (Maximum) mm 8.14 mm Standardabw. Höhe (Mittel) 7.27 mm 4.85 mm Länge Umringsschleife 4743 km 5350 km Widerspruch Umringsschleife/zulässig mm / mm/146.3 G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 5

6 Das DHHN2016 im Vergleich EVRF2007 Stand 2008 EVRF++ Stand 2016 Land Epoche s 0 [mm] Epoche s 0 [mm] (1 km) (1 km) Ungarn Deutschland Finnland Niederlande Lettland Litauen Österreich Dänemark Polen Slow.,Kroa.,Bosn./Hz Schweden Schweiz Bulgarien Tschechische Republik Estland Belgien Norwegen Slowakei Großbritannien Italien Rumänien Portugal Russland Spanien Frankreich / / 1.15 Standardabweichungen aus der Ausgleichung des UELN Anmerkung: In die Standardabweichungen gehen auch die Widersprüche der Grenzschleifen ein. Deshalb gibt es geringe Unterschiede zu den Ergebnissen der separaten Ausgleichungen der Ländernetze. G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 6

7 Widerspruch der Umringsschleife Netz DHHN92 DHHN2016 Umfang[km] Widerspruch [mm] 138,3 13,3 Zul. Widerspr.[mm] 137,7 146,3 G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 7

8 Vergleich der Schleifenschlussfehler DHHN92 DHHN2016 ZU 2 U (Z u in mm, U Schleifenumfang in km) G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 8

9 Datumspunkte 7 Fundamentalfestpunkte (aus unterirdischen Festpunktgruppen des Nivellementsnetzes, in mehreren Epochen beobachtet) 3 GNSS-Referenzstationen: HOBU (EPN) GELL, HOFJ (GREF) 62 Stationen aus der GNSS-Kampagne 2008 Auswahlkriterien: an Linie des DHHN92 Geologisch stabiles Gebiet Pfeilervermarkung Mindestens 2 Sicherungspunkte G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 9

10 Höhenänderungen in den Datumspunkten Änderung Kirche Wallenhorst (Datumspunkt DHHN92): +1,7 mm Maximale Höhenänderungen: -35 mm +34 mm G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 10

11 Unterschiede zwischen DHHN2016 und DHHN92 Vergleich der ursprünglichen Ausgleichungsergebnisse des DHHN2016 und des DHHN92 Differenzen bis etwa ± 4 cm In Bergbaugebieten größere Beträge G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 11

12 HOETRA2016 (DHHN92 DHHN2016) Berechnung eines Transformationsmodells zur Vereinfachung der Umstellung vorhandener Datenbestände Nutzung von Daten der Folgeordnungen Verwendung aktualisierter Höhen im DHHN92 für die Berechnung des Transformationsmodells Modell berücksichtigt keine zeitlichen Höhenänderungen in Bodenbewegungsgebieten bei höchsten Genauigkeitsanforderungen ist HOETRA2016 kein Ersatz für eine strenge Neuberechnung oder Neumessung G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 12

13 Transformationsmodell HOETRA2016 Anpassung an die Ausgangsdaten Standardabweichung 1.3 mm In den meisten Bundesländern unter 1 mm Transformationsfläche DHHN92 DHHN2016 G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 13

14 ETRS89/DREF91 Realisierung 2016 Datumsrealisierung für die GNSS-Kampagne Zwangsfrei Lagerung im ITRF2005 auf 20 Stationen des European Permanent Network (EPN) 2. Transformation vom ITRF2005 nach ETRF2000(R05) entsprechend der EUREF-Empfehlungen (Memo Boucher, Altamimi) zur Epoche der Kampagne ( ) Systematische Abweichungen von den derzeitigen amtlichen Koordinaten in der Lage 3. Transformation in die nationale Realisierung ETRS89/DREF91 (3 Rotationsparameter) Lageunterschiede minimiert Höhe praktisch unverändert gegenüber ETRF2000 G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 14

15 Vergleich der Lösung im ETRF2000 mit den amtlichen Koordinaten der SAPOS-Stationen Lage Höhe G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 15

16 Vergleich der Lösung im ETRS89/DREF91 R2016 mit den amtlichen Koordinaten der SAPOS-Stationen Lage Höhe 3 Parameter Transformation (3R) S = 5,2 mm S = 10,6 mm G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 16

17 Höhenbezugsfläche German Combined Quasigeoid G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 17

18 Quasigeoidvariationen in Deutschland 34 m 50 m Geoidvariation in Hamburg: ca. 20 cm Horizontaler Gradient ca. 13 mm/km Maximale horizontale Geoidgradienten bis zu 10 cm/km G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 18

19 Datengrundlage für die regionale Schwerefeldmodellierung Globale Schwerefeldmodelle (räumliche Auflösung ~100 km) Gravimetrische Daten (Abstand ~ 2 4 km) Höhenanomalien aus GNSS-Messungen und Nivellements (Abstand ~30 km) Digitale Geländemodelle (räumliche Auflösung 25 m) G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 19

20 Schweredatenbasis für das GCG2016 Neue Schweredaten (rot = terrestr., blau = Schiff) Schweredaten insgesamt: Neue Daten seit GCG2011: Bundesländer BKG+Kooperationspartner Erdöl-/Erdgasindustrie Nachbarländer (Tschechien, Niederlande) International Gravimetric Bureau (BGI) Satellitenaltimetrie G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 20

21 Schweremessungen Wattenmeer: Medien-Echo G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 21

22 Methodik Globales Modell (GGM) Topographie GRS / Normalschwerefeld Punktmassengitter (h = -5 km) Regularisierung bkg2011 EIGEN-5C(360) ~110 km Prismenmethode geographisches Gitter keine GRS80 (W0 = U 0,GRS80 ) zero-tide bkg2016 EIGEN-6C4(2190) ~18 km Sphärische Tesseroide, Berücksichtigung Bodensee und Tagebaue unter NN Fibonacci-Gitter Langwellige sphärischharmonische Koeffizienten des GGM als Randbedingung (Pseudobeobachtung) G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 22

23 Vergleich gravimetrische Quasigeoidmodelle mit GNSS/Nivellementsdaten GNSS/Nivellementsdaten und gravimetrische Quasigeoidmodelle sind unabhängig voneinander Zwei Realisierungen von GNSS/Nivellementspunkten Älterer Datensatz: DHHN92, ETRS89/DREF91 Realisierung 2002 Neuer Datensatz des Raumbezugs 2016 (470 Punkte): DHHN2016, ETRS89/DREF91 Realisierung 2016 Zwei verschiedene gravimetrische Geoidmodelle Älteres Modell: EGG2008 Neue Modelle: BKG2016g bzw. IfE2016g (Input für das GCG2016) Konvertierung der GNSS/Nivellementsdaten in einheitlich Bezugssysteme (ITRS, permanente Festerdegezeiten zero tide System) Vergleich der Daten hat einen Freiheitsgrad, da das Datum des gravimetrischen Quasigeoid nicht NAP entspricht Vergleich in verschiedenen Kombinationen ermöglicht eine Genauigkeitsbewertung für die Daten des integrierten Raumbezug 2016 G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 23

24 Vergleich gravimetrische Quasigeoidmodelle mit GNSS/Nivellementsdaten (Standardabweichungen) Älterer Datensatz: DHHN92, ETRS89/DREF91 R2002 (954 Punkte) Neuer Datensatz: DHHN2016, ETRS89/DREF91 R2016 (470 Punkte) Älterer GNSS/Niv. Datensatz Neuer GNSS/Niv. Datensatz Quasigeoidmodell EGG08 BKG2016g EGG08 BKG2016g 1P Transformation [mm] G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 24

25 Vergleich gravimetrische Quasigeoidmodelle mit GNSS/Nivellementsdaten (1Parameter Anpassung) EGG2008 Älterer GNSS/Niv.daten BKG2016g Neue GNSS/Niv.daten S = 25 mm S = 20 mm Quasigeoidmodelle: BKG2016g vs. EGG2008 GNSS/Niv.daten DHHN2016, ETRS89/DREF91 R2016 vs. DHHN92, ETRS89/DREF91 R2002 Scheinbar nur geringe Verbesserung durch neue Daten/Modell Deutliche NW-SO Verkippung Ursache ungeklärt; Gegenstand weiterer Untersuchungen G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 25

26 Vergleich gravimetrische Quasigeoidmodelle mit GNSS/Nivellementsdaten (Standardabweichungen) Älterer Datensatz: DHHN92, ETRS89/DREF91 R2002 (954 Punkte) Neuer Datensatz: DHHN2016, ETRS89/DREF91 R2016 (470 Punkte) Älterer GNSS/Niv. Datensatz Neuer GNSS/Niv. Datensatz Quasigeoidmodell EGG08 BKG2016g EGG08 BKG2016g 1P Transformation [mm] P Transformation [mm] G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 26

27 Anpassung des GCG2016 an die GNSS- Nivellementspunkte Berechnung einer Korrekturfläche zum gravimetrischen Quasigeoid Vergleich der Lösung beider Rechenstellen (IfE, BKG) Berechnung des GCG2016 aus den Modellen der beiden Rechenstellen Differenzen Extrema -10 mm, +9 mm Standardabweichung 3 mm Im Vergleich dazu Werte des GCG2011 Extrema -37 mm, +45 mm Standardabweichung 7 mm G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 27

28 Bereitstellung des GCG2016 Gitterweite GCG2016: ca. 1 km (0,75 x 0,5 ) GCG2011: ca. 2 km (1,5 x 1,0 ) Genauigkeitsabschätzung für die GNSS-Höhenbestimmung mit dem GCG2016 Im Landbereich: 1 cm (GCG2011: 1 2 cm) In den Hochgebirgen: 2 cm (GCG2011: 3 4 cm) Im Meeresbereich: 5 cm (GCG2011: 4 10 cm) G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 28

29 Der integrierte Raumbezug 2016 basiert zum ersten Mal auf einer konsequenten gemeinsamen Planung, Messungsdurchführung und Auswertung aller Komponenten des geodätischen Raumbezugs (3d-Lage, Höhe und Schwere) in einer gemeinsamen Messepoche. G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 29

30 Raumbezug 2016 Systemdefinitionen Bei der Auswertung der Messungen wurden die bewährten theoretischen Grundlagen und Standards sowie die Datumsdefinitionen der Netze beibehalten. Die grundsätzlichen Systemdefinitionen, die den Referenzrahmen des amtlichen Raumbezug zugrunde liegen, wurden nicht geändert. Die neuen konsistenteren Koordinaten, Höhen,Schwerewerte und Modelle sind das Ergebnis der aktualisierten Messungen, der hohen Qualität der Messungsdurchführung und einer verbesserten Methodik in der Auswertung. G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 30

31 Raumbezug 2016 Die Einführung und Nutzung des integrierten Raumbezugs 2016 gewährleistet eine praxisgerechte Georeferenzierung raumbezogener Daten sowie eine höhere Genauigkeit und Zuverlässigkeit bei der GNSSgestützten Bestimmung physikalischer Höhen. Er wird die Grundlage für weitere Untersuchungen in Forschung und Wissenschaft sein, z.b. Veränderungen der Erdoberfläche, Vereinheitlichung von Höhensystemen in Europa, Validierung globaler Schwerefeldmodelle G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 31

32 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt Bundesamt für Kartographie und Geodäsie Referat G3 Integrierter Raumbezug Karl-Rothe-Str Leipzig Ansprechpartner Dr. Gunter Liebsch Tel. +49 (0) G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 32

33 Vergleich gravimetrische Quasigeoidmodelle mit GNSS/Nivellementsdaten (1Parameter Anpassung) EGG2008 Älterer GNSS/Niv.daten S = 25 mm BKG2016g Ältere GNSS/Niv.daten S = 25 mm BKG2016g vs. EGG2008 GNSS/Nivellementsdaten: DHHN92, ETRS89/DREF91 R2002 Differenzmuster ähnlich Scheinbar keine Verbesserung durch neues gravimetrisches Quasigeoidmodell G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 33

34 Vergleich gravimetrische Quasigeoidmodelle mit GNSS/Nivellementsdaten (1Parameter Anpassung) EGG08 Ältere GNSS/Niv.daten EGG08 Neue GNSS/Niv.daten S = 25 mm S = 18 mm EGG2008 GNSS/Nivellementsdatensatz: DHHN2016, ETRS89/DREF91 R2016 vs. DHHN92, ETRS89/DREF91 R2016 Neue GNSS/Nivellementsdaten passen besser zum EGG2008 Differenzmuster ähnlich G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 34

35 Vergleich gravimetrische Quasigeoidmodelle mit GNSS/Nivellementsdaten (1Parameter Anpassung) EGG2008 Neue GNSS/Niv.daten S = 18 mm BKG2016g Neue GNSS/Niv.daten S = 20 mm EGG2008 vs. BKG2016g GNSS/Nivellementsdatensatz: DHHN2016, ETRS89/DREF91 R2016 Standardabweichungen vergleichbar Deutliche NNW-SSO Verkippung Ursache ungeklärt; Gegenstand weiterer Untersuchungen G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 35

36 Vergleich der Modelle des IfE und des BKG Übereinstimmung IFE2016 und BKG2016 im Landbereich meist im ± 5 mm, selten über ± 2 cm im Meeresbereich i.d.r. besser 5 cm Berechnung des GCG2016 durch Mittelung der Modelle des IfE und des BKG G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 36

37 Vergleiche 2016 vs DHHN2016 DHHN1992 [m] Geoidlösung BKG [cm] G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 37

38 Seegravimetrische Vermessung 2013, 2015, 2016 im Rahmen des EU-Projektes FAMOS G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 41

39 Schweremessungen Wattenmeer 2014 Lücke in Schwere-Datenbasis für Quasigeoid-Bestimmung geschlossen (blau: vorhanden, rot: neu gemessen) Kooperationspartner: BKG Landesbetrieb für Küstenschutz, Nationalpark und Meeresschutz Schleswig-Holstein (LKN-SH) Landesamt für Vermessung und Geoinformation Schleswig- Holstein (LVermGeo SH) 270 Messpunkte (3 % Kontrolle älterer Messungen) April September 2014 G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 42

40 Vergleich gravimetrisches Quasigeoidmodell mit GNSS/Nivellementsdaten S = 10 mm cm Grav. Quasigeoidmodell: BKG2016g GNSS/Nivellementsdatensatz: DHHN2016, ETRS89/DREF91 R2016 Verbleibende Differenzen meist innerhalb von ± 1 cm Extrema: -36 mm bzw. 24 mm Regional systematische Abweichungen Berechnung einer Korrekturfläche Quasigeoidmodell = gravimetrisches Quasigeoidmodell + Korrekturfläche G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 43

41 Verifizierung mittels Lotabweichungsprofilen Lotabweichung minus O-W Profil [cm] N-S Profil [cm] GCG GCG O-W Profil N-S Profil G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 44

42 Raumbezug 2016 Die Nutzung der modernen Gerätetechnik, die hohe Qualität der Messungsdurchführung, die Auswertung der Messungen auf dem aktuellen Stand von Wissenschaft und Technik, die epochengleiche Durchführung aller Messungen, sind Grundlage für die Bereitstellung der konsistenten Koordinaten und Modelle höherer Genauigkeit des Raumbezugs G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 45

43 Beschluss des AdV Plenums vom Einführung der Ergebnisse des Projektes Erneuerung des DHHN 1. Das Plenum der AdV beschließt die Realisierung des einheitlichen integrierten geodätischen Raumbezugs des amtlichen Vermessungswesens in der Bundesrepublik Deutschland zum mit den folgenden Komponenten einzuführen: a) das Deutsche Haupthöhennetz 2016 (DHHN2016) als neuen amtlichen Höhenbezugsrahmen, b) die verbesserten Koordinaten und verbesserten ellipsoidischen Höhen der Referenzstationspunkte (ETRS89/DREF91, Realisierung2016) des amtlichen SAPOS -Referenzstationsnetzes (RSN), c) die Koordinaten und ellipsoidischen Höhen der neu eingeführten Geodätischen Grundnetzpunkte (ETRS89/DREF91/Realisierung2016) des amtlichen Geodätischen Grundnetzes (GGN), d) das German Combined Geoid 2016 (GCG2016) als neues amtliches AdV-Quasigeoid, e) das Deutsche Hauptschwerenetz 2016 (DHSN2016) als neuen amtlichen Schwerebezugsrahmen und f) das Modell HOETRA2016 in der Version 1.0 zur Transformation von amtlichen Höhen im System DHHN92 in zukünftige amtliche Höhen des Systems DHHN2016 und umgekehrt. 2. Die Umsetzung der Einführung erfolgt in den Ländern bis spätestens zum Für den reibungslosen Betrieb des SAPOS -Dienstes ist die stichtagsbezogene bundesweite Einführung der Koordinaten und ellipsoidischen Höhen der Referenzstationspunkte unerlässlich. Das Plenum beschließt deren Einführung zum G. Liebsch Perspektiven, Vorteile und Möglichkeiten des Raumbezugs Seite 46

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