Observatorien für ein zukünftiges geodätisches Beobachtungssystem

Transkript

1 Observatorien für ein zukünftiges geodätisches Beobachtungssystem Hayo Hase, BKG Workshop der Forschungsgruppe Satellitengeodäsie , Bad Kötzting/Wettzell

2 Zukunft geodätischer Observatorien? Orakel von Delphi fragen...

3 Inhalt Geodätische Observatorien Was sind die zukünftigen Beobachtungssysteme? Wie sieht ein Observatorium für GGOS idealerweise aus? Wie wird GGOS funktionieren? Was wird sich in den einzelnen Diensten/Techniken ändern?

4 Geodätisches Observatorium Ein geodätisches Observatorium ist ein Ort, an dem geodätische Beobachtungen ausgeführt werden. Geodätische Beobachtungen ermöglichen die Beschreibung von raumzeitlichen Ereignissen in geodätischen Bezugssystemen. Geodätische Bezugssysteme werden durch geodätische Observatorien realisiert.

5 Was ist ein geodätisches Observatorium? VLBI GPS LLR/SLR Frequenznormale GNSS Eine permanente GPS Station? Gravimetrie Oder eine Fundamentalstation für Geodäsie?

6 GPS Tracking Stations

7 Fundamentalstationen (operationell aktiv)

8 ITRF2005 Referenzstationen

9 ITRF2005 Referenzstationen ungleiche Punktverteilung unproduktiv gewordene historische Stationen werden mitgeführt Stationen unterschiedlicher Qualität

10 Konzept einer Fundamentalstation für die Geodäsie Permanenz und Kontinuität der Operation mit dem Ziel die geodynamischen Phänomene zeitlich aufzulösen. Komplementarität der geodätischen Methoden für ein besseres Monitoring der Einflußfaktoren auf das System Erde. Redundanz in der Auswahl der geodätischen Meßmethoden zur Qualitätssicherung. Verknüpfung der Referenzpunkte jedes Meßsystems durch ein lokales geodätisches Vermessungsnetz. Fundamentalstationen sind eine besondere Klasse von geodätischen Observatorien.

11 Hierarchie geodätischer Bezugssysteme

12 Fazit Geodätische Observatorien mit den Merkmalen einer geodätischen Fundamentalstation werden auch zukünftig für die Realisierung höchstgenauer Bezugssysteme benötigt.

13 Was sind die zukünftigen Beobachtungssysteme?

14 Konferenzen 2002: World Summit, Johannisburg "Nachhaltige Entwicklung und Globaler Wandel" 2003: 1st Earth Observation Summit, Washington, Gründung "Group on Earth Observation" (GEO) 2004: 2nd Earth Observation Summit, Tokio, Vorschlag "Global Earth Observation System of Systems" (GEOSS) 2005: 3rd Earth Observation Summit, Brüssel, Annahme von GEOSS, 10 jähriger Implementierungsplan, 64 Länder + 43 Internationale Organisationen bilden GEO

15 Global Earth Observing System of Systems (GEOSS)... die Vision für GEOSS ist eine Zukunft zu realisieren, in der die politischen Entscheidungen und Aktionen auf Grundlage von koordinierten, umfassenden und nachhaltigen Beobachtungen und Informationen über die Erde zum Wohle der Menschheit getroffen werden... Beobachtungen benötigen Observatorien, Instrumente und Sensoren. Informationen werden aus Beobachtungsdaten durch Prozessierung erzeugt. Nachhaltigkeit impliziert eine Daueraufgabe der Beobachtungs und Informations gewinnung.

16 Global Geodetic Observing System (GGOS) : IAG beschließt den Aufbau von GGOS : IAG wird Mitglied von GEO (Group on Earth Observation) für die Realisierung von GEOSS (Global Earth Observing System of Systems) : GGOS wird Mitglied von IGOS P (Integrated Global Observation Strategy Partnership) : GGOS wird das Beobachtungssystem der IAG 2008: GGOS2020 Referenzdokument

17 GGOS: Monitoring and Modelling the Earth s System Reference frames: highest accuracy and long term stability Global Monitoring Space Techniques C VLBI SLR/LLR O GNSS M DORIS B Altimetry I InSAR N Gravity/Magnet. Missions A T Terrestrial I Techniques O Levelling N Gravimetry S Tide Gauges Seismometers Magnetometers Information about Earth System Geometry Earth System Station Position/Motion, Sea Level Change, Deformation I N (Planets) T Atmosphere E Ocean R Hydrosphere A C Cryosphere T Crust I O Mantle N Core S Sun/Moon Earth Rotation Precession/Nutation, Polar Motion, UT1, LOD Gravity/Magnet. Geocenter Gravity/Magn. Field, Temporal Variations Innovative Technologies Interpretation Rothacher et al.

18 System Erde verstehen, durch Kombination verschiedener Meßverfahren, Integration von Geometrie und Schwerefeld durch konsistente dynamische Erdmodelle, durch bessere Modellierung der Massentransporte. mehr Observatorien mit kollokierten Instrumenten, Nachfolgesatellitenmissionen.

19 Kombination von Meßverfahren durch Kollokation Erdgebunden: Kollokation diverser Meßtechniken (Konzept einer Fundamentalstation) Bsp.: Wettzell, TIGO Orbiter: Kollokation von Sensoren auf orbitierenden Meßplattformen Bsp.: Grace, Envisat, Glonass, VSOP 2

20 Wie sieht ein Observatorium für GGOS idealerweise aus?

21 Future Core Ground Based Infrastructure Core Network (~ 40 Stations): 2 3 VLBI telescopes for continuous observations SLR/LLR telescope for tracking of all major satellites At least 3 GNSS antennas and receivers (controlled equipment changes) DORIS beacon of the most recent generation Ultra stable oscillator for time and frequency keeping and transfer Terrestrial survey instruments for permanent/automated local tie monitoring Superconducting and absolute gravimeter (gravity missions, geocenter) Meteorological sensors (pressure, temperature, humidity) Seismometer for combination with deformation from space geodesy and GNSS seismology Additional sensors: water vapor radiometer, tiltmeters, gyroscopes, ground water sensors, General Characteristics: highly automated, 24 hour/365 days, latest technologies Rothacher et al.

22 W = Wettzell T = TIGO = To do! Future Core Ground Based Infrastructure Core Network (~ 40 Stations): W 2 3 VLBI telescopes for continuous observations W T SLR/LLR telescope for tracking of all major satellites W (T) At least 3 GNSS antennas and receivers (controlled equipment changes) DORIS beacon of the most recent generation Ultra stable oscillator for time and frequency keeping and transfer Terrestrial survey instruments for permanent/automated local tie monitoring W T Superconducting and absolute gravimeter (gravity missions, geocenter) W T Meteorological sensors (pressure, temperature, humidity) W T Seismometer for combination with deformation from space geodesy and GNSS seismology W (T) Additional sensors: water vapor radiometer, tiltmeters, gyroscopes, ground water sensors, General Characteristics: highly automated, 24 hour/365 days, latest technologies Rothacher et al.

23 Fazit Das angestrebte Instrumentarium eines Observatoriums für GGOS wird bereits weitestgehend in 2012 von Wettzell erreicht werden. Für TIGO ergibt sich bis 2020 Erneuerungsbedarf von Schlüsselkomponenten (VLBI, SLR, Gravimetrie). Der Beitrag Deutschlands ist im internationalen Vergleich signifikant, Wettzell das weltweit führende geodätische Observatorium. Aber: Wie lassen sich 40 GGOS Stationen weltweit realisieren?

24 Geodätisches Observatorium TIGO bilaterale Kooperation Deutschland Chile Büros Meteorologische Sensoren GNSS Antennen VLBI Radioteleskop Frequenznormale Optisches Teleskop SLR Regionalnetz GPS + Pegel Gravímeter Seismometer

25 Fazit 40 Stationen = 6 7 Stationen pro Kontinent! Know How Transfer der entwickelten Länder ist notwendig! Das TIGO Projekt kann als Musterbeispiel gelten, wie weitere GGOS Stationen in weniger entwickelten Regionen der Welt etabliert werden können. Deutschland hat einen Erfahrungsvorsprung, der sich bei der technologisch wissenschaftlichen Zusammenarbeit mit anderen Ländern außenpolitisch für GGOS Stationen nutzen ließe. Hinweis: Es gibt Interesse an einem TIGO Nachfolgeprojekt wenigstens in Kolumbien, Ecuador und Argentinien.

26 Wie wird GGOS funktionieren? GGOS wird sich auf Internationale Dienste stützen.

27 IAG Services: Backbone of GGOS W T W T (T) W T Gravimetry W T Ocean W T Std W T Geometry W T IERS: International Earth Rotation and Reference Systems Service IGS: International GNSS Service IVS: International VLBI Service ILRS: International Laser Ranging Service IDS: International DORIS Service IGFS: International Gravity Field Service BGI: Bureau Gravimetrique International IGeS: International Geoid Service ICET: International Center for Earth Tides ICGEM: International Center for Global Earth Models IDEMS: International Digital Elevation Models Service PSMSL: Permanent Service for Mean Sea Level IAS: International Altimetry Service (in preparation) BIPM: Bureau International des Poids et Mesures IBS: IAG Bibliographic Service Rothacher et al.

28 Fazit Nicht alle Internationalen Dienste lassen sich von einem geodätischen Observatorium bedienen, jedoch sollte ihre Anzahl möglichst groß sein. Spezifische Satellitenmissionen benötigen Nachfolgemissionen. Allgemein: Je mehr nachhaltig abgesicherte Observatorien/Satellitenmissionen, desto besser für GGOS und GEOSS, desto besser gelingen Modellierungen des Systems Erde.

29 Was wird sich in den einzelnen Diensten/Techniken ändern?... eine unvollständige Liste von beobachtbaren Trends...

30 Zeithaltung + Frequenzstandards Heute: H Maser relative Zeitintervall messung (TTL Logik) Morgen: Optische Uhren absolute Epochenzuordnung

31 Zukunft VLBI2010 Heute: 24h Beobachtungen lokale Steuerung des Radioteleskops Datenträgertransport zentraler Hardware Korrelator geschätzter Uhrenoffset Morgen: 24h/7d Beobachtungen Fernsteuerung des Beobachtungsnetzes evlbi? verteilte Software Korrelation (Grid)? absoluter Uhrenoffset?

32 Zukunft VLBI2010 Daten Heute: Morgen: ~400 Quellen/24h 2880 Quellen/24h 512 Mbps >1 Gbps Analoge BBC, Formatter Digitale BBC RFI RFI Mitigation S/X Band 2 18 GHz? echtzeitfern echtzeitnahe evlbi

33 Zukunft SLR Heute: Morgen: 10Hz 1kHz monospektral multispektral Zweiwegemessung zusätzliche Einwegemessung? Nutzung von Fraunhoferlinien des Sonnenspektrums

34 Zukunft GNSS Heute: Morgen: GPS, Glonass GPS, Glonass, Galileo,? 1 Hz >10Hz Tages Prozessierung Echtzeitprozessierung Hydrologie Seismometer

35 Zukunft Gravimetrie Heute: Absolutgravimeter, fallende Masse transportable Gravimeter (lokale Messung) Morgen: Absolutgravimeter, fallende Atome Fluggravimetrie ggf. mit Laserscanner für 3D Massenmodell (flächenhafte Messung)

36 Zukunft komplementärer Sensoren Ausbreitung elektromagnetischer Wellen in der Atmosphäre Heute: Morgen: (lokale Messung) (integrale Messung) relative Feuchte, Temperatur, Luftdruck Refraktion: GNSS Emission: Wasserdampfradiometer Absorption: Solarspektroskopie

37 Neue Produkte wg. Naturkatastrophen durch Kombination von Sensoren Tsunami Warnsystem durch GNSS, Meeresgrund drucksensoren, Seismometern, Pegelstationen terrestrisches Erdbebenüberwachungssystem aus Kollokation von GNSS, Seismometer, Akzelerometern für Vorwarnung und Katastrophenmanagement Vulkanüberwachung mit InSAR, GNSS, Tiltmetern und Seismometern

38 Neue Produkte aus Echtzeitanwendungen Ionosphärenkarten für Luftfahrt aus Realtime GNSS Permanentstationen (Brasilien, Argentinien) EOP mittels evlbi für Raumnavigation Kosmische Events durch evlbi (Supernovae) Nah Echtzeit Kartographie?

39 Fazit Auch unabhängig von GGOS passen die Internationalen Dienste ihre Produkte kontinuierlich an den Stand der technischen Entwicklung an. (Erfordert finanzielle Absicherung.) Die Integration neuer Technologien fördert die Entwicklung neuer Produkte. (Erfordert Anpassung des Produktkatalogs.) Trends: Weiterentwicklung von Meßtechniken, Kombination von Meßtechniken, Kommunikationsinfrastruktur für Nah Echtzeit Anwendungen

40 Zusammenfassung Das zukünftige Beobachtungssystem heißt Global Geodetic Observing System (GGOS). Die Realisierung von GGOS wird hauptsächlich von den entwickelten Ländern auch in weniger entwickelten Ländern zu leisten sein. Know Transfer. Deutschland ist Geodäsie Exportland und sollte dieses Profil durch den Aufbau von neuen GGOS Stationen bewahren.

41 Die Zukunft beginnt immer in der Gegenwart. Schwerefeld Erdrotation Geometrie GGOS ca n! e w Yes,