GPS-Höhenmessungen in der Landesvermessung Niedersachsen

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1 GPS-Höhenmessungen in der Landesvermessung Niedersachsen Cord-Hinrich Jahn Uwe Feldmann-Westendorff Landesvermessung und Geobasisinformation Niedersachsen (LGN) Kolloquium Höhenmessungen mit GPS Status Quo und Entwicklungstendenzen Bundesanstalt für Gewässerkunde, Koblenz, 16. November 2006

2 Inhalt Einleitung Einheitlicher Raumbezug Genauigkeit der GNSS-Höhenbestimmung Projekte und Untersuchungen in Niedersachsen Zusammenfassung und Ausblick 16. November 2006 BfG Kolloquium GPS

3 Meilensteine zur Höhenmessung mit GPS in der Landesvermessung Niedersachsen 1992 GPS-Kampagne Höhe 92 (NLVwA) 1997 GPS-Kampagne NSGEO 97 (BKG) und Grundnetz 97 (LGN) seit 2001 systematischer Aufbau eines integrierten 3D-Grundnetzes (GNSS, Nivellement, Schwere) 2002 Inbetriebnahme SAPOS 2006 Beginn der Arbeiten zur Erneuerung des DHHN 16. November 2006 BfG Kolloquium GPS

4 Einheitlicher Raumbezug in der Bundesrepublik Deutschland (AdV 2004) Bundeseinheitliches, homogenes Festpunktfeld bundeseinheitliches, homogenes Festpunktfeld Geodätische Grundnetzpunkte Höhenfestpunkte Schwerefestpunkte Referenzstationspunkte (DREF91, HI C,...) DHHN92 (DHHN2011) DSGN94 DHSN96 SAPOS 16. November 2006 BfG Kolloquium GPS

5 Geodätisches Grundnetz Niedersachsen (2006) ca. 40% der Landesfläche (600 GGP) seit 2001 Punktabstand 8-10 km Ziel: 1600 GGP (flächendeckend) Träger von: ϕλh (ETRS89) H ü. NHN (DHHN92) g (DSGN94) 16. November 2006 BfG Kolloquium GPS

6 Genauigkeit der GNSS-Höhenbestimmung Abschätzung erzielbarer Standardabweichungen Realtime (Referenzstationen 50 km SAPOS HEPS) Postprocessing (regionale Netze < 100 km SAPOS GPPS) vs. Präzisionsnivellement (Nivellementnetz 1.O. DHHN) s h 15 mm s h 5 mm s s 0,35 mm/km (s H < 2 mm) Annahme: gute äußere Bedingungen! 16. November 2006 BfG Kolloquium GPS

7 Normalhöhen und GCG05 BKG H DHHN92 = h ETRS89 ζ ETRS89 DHHN92 s ζ 1 cm im Flachland 2-3 cm im Mittelgebirge 16. November 2006 BfG Kolloquium GPS

8 Optimierung der GNSS-Höhenbestimmung bestmögliche Ausschöpfung des GNSS-Genauigkeitspotentials zur Bestimmung hochgenauer ellipsoidischer Höhen h ETRS optimierte Aufbereitung und Bereitstellung hochgenauer Quasigeoidinformationen ζ cm (mm?) Geoid hochpräzise Gebrauchshöhe H NHN im amtlichen Raumbezug mit SAPOS 16. November 2006 BfG Kolloquium GPS

9 Erdbeben Rotenburg (Wümme) Magnitude 4,5 BGR 2004: Verschiebung zweier Gesteinspakete in ca. 10 km Tiefe in vertikaler Richtung (1-2 cm) in tektonischer Störungszone Epochen 2001/2002 vorhanden, Wiederholungsmessung 2005 (LGN + Institut für Erdmessung) 14 GPS-Punkte plus 6 SAPOS-Referenzstationen 8 GPS-Empfänger simultan dreimal 4 Stunden pro Punkt WDR 16. November 2006 BfG Kolloquium GPS

10 GPS-Auswertung (Netz) 0 D E 1 (2) GEONAP (Geo++) Netzlagerung durch Festhalten SAPOS- Referenzstation Soltau GPS s h 3,7 mm (2001) 2001/02 s h 3,4 mm (2002) s h 4,6 mm (2005) nicht ausgewertet (2006) SAPOS-Referenzstation Soltau SAPOS-Diagnoseausgleichung Erdbeben keine 7P-Transformation! keine Überführung mit dem GCG05! 16. November 2006 BfG Kolloquium GPS

11 Ergebnis (nach BGR 2004) Epochenvergleich 2001/2002 (0) vs (1) bzw. amtliche Koordinaten 9 GPS-Punkte und SAPOS-Referenzstation Rotenburg zeigen Höhenänderungen zwischen -1 und -21 mm benachbarte SAPOS- Referenzstationen bleiben unbeeinflusst (d h 6 / -6 / 2 / 0 mm) 16. November 2006 BfG Kolloquium GPS

12 Höhendifferenzen Epochen 2001/2002 (0) vs (1) - Erdbeben Rotenburg ( ) Senkung und Standardabweichung (2005) [mm] RS Sicherungspunkt RS Rotenburg Abweichung dh (1σ) Abklingen Entfernung zum makroseismischen Epizentrum [km] Abklingen der Höhenabweichungen über die Entfernung zum Epizentrum 16. November 2006 BfG Kolloquium GPS

13 Zusammenhang? 0 D E 1 (2) SAPOS-Referenzstation Rotenburg SAPOS-Diagnoseausgleichung Erdbeben Zeitreihe SAPOS- Referenzstation Rotenburg unsauber v h = -2,1 mm p. a. (s = 0,1 mm) keine abrupte Verschiebung der Vertikalkomponente zum Zeitpunkt ! Ursachen eher bei Gasentnahmen im Raum Rotenburg zu suchen? 16. November 2006 BfG Kolloquium GPS

14 JadeWeserPort Wilhelmshaven 2005 geplante Aufspülfläche (320 ha) vor den Groden (Landgewinnung er Jahre) JadeWeserPort GmbH Tiefwasserhafen für Containerverkehr Baubeginn 2007 Fertigstellung 2010 Investition 900 Mio. Beauftragung der LGN mit der Bereitstellung des Landesbezugssystems (3D-Grundlagennetz) sowie zur lokalen Versorgung mit SAPOS- Korrekturdaten 16. November 2006 BfG Kolloquium GPS

15 Grundlagennetz Übergabepunkte: 9 Rohrfestpunkte, Pfeilerbolzen, Leuchtbolzen (NivP 2./3.O.) mit hoher Standsicherheit Sicherung des Netzes durch 4 rückwärtige Punkte und 5 SAPOS- Referenzstationen 10 GPS-Empfänger simultan dreimal 5 Stunden pro Punkt gleichzeitig Präzisionsnivellement des gesamten Grundlagennetzes (s H 2,6 mm), lokal angeschlossen 16. November 2006 BfG Kolloquium GPS

16 GPS-Auswertung GEONAP GPS-Höhen s h 4,0 mm 7P-Transformation 2,6 / 1,9 / 7,0 mm (NEH) 16. November 2006 BfG Kolloquium GPS

17 GPS + GCG05 vs. Präzisionsnivellement - Wilhelmshaven 2005 Differenz / sh [mm] SAPOS + HI C Grundlagennetz Problem: Höhenabfall des Grundlagennetzes gegenüber SAPOS- Referenzstationen und C-Netz Ursache: Senkung der alten Aufspülflächen (Groden)? 16. November 2006 BfG Kolloquium GPS

18 Stromübergang Elbe bei Scheelenkuhlen 2007 im DHHN Netzplanung im DHHN , Ausschnitt Nordseeküste Im DHHN sind an der Küste große Stromübergänge ( 2 km) bzw. Höhenübertragungen zu bestimmen Hydrostatisches Nivellement und nivellitischer Stromübergang sind nicht mehr verfügbar oder sehr aufwändig (Signalbau) Satellitengestützte Verfahren sind noch nicht vollständig entwickelt, sowohl im Fehlerhaushalt GNSS als auch in den Geoidinformationen 16. November 2006 BfG Kolloquium GPS

19 Jahr Entfernung Genauigkeit Verfahren Quelle m ± 1,5 mm nivellitisch RfL m ± 0,6 mm nivellitisch AdV m ± 3,1 mm hydrostatisch IfAG k. A. k. A. hydrostatisch AdV ? GNSS/QG November 2006 BfG Kolloquium GPS

20 Nivellement Jahre GNSS/QG 2006 Böhlicke 1932 (RfL) Hirt, Feldmann-Westendorff 2006 (IfE, LGN) 16. November 2006 BfG Kolloquium GPS

21 Nutzung der transportablen Zenitkamera TZK2-D (IfE) zur profilhaften Bestimmung von Lotabweichungen aus astronomischen Daten Messleistung bis 20 Stationen pro Nacht, s ΔΝ < 1 mm (Stationsabstand 50 m, Hirt 2006) GNSS-Messungen (72 Stunden) mit nahfeldkalibriertem Equipment (Geo++) für 2007 geplant 16. November 2006 BfG Kolloquium GPS

22 DHHN km Nivellementlinien (70% des DHHN92) 250 GNSS-Bodenpunkte 250 Referenzstationen (IGS, EPN, GREF, SAPOS) 100 Absolutschwerepunkte AdV, LVermGeo LSA, LOCKHEED MARTIN, Micro g -LaCoste, esa, IfE 16. November 2006 BfG Kolloquium GPS

23 NKN III ( ) Inselanschlüsse mit Wattnivellement und hydrostatisch DHHN ? Küstenpegel! 16. November 2006 BfG Kolloquium GPS

24 Zusammenfassung und Ausblick Strategie für einen einheitlichen Raumbezug im amtlichen Vermessungswesen führt zur weiteren Integration von Lage, Höhe und Schwere GNSS-Höhenbestimmung ist heute hochgenau in Echtzeit und Postprocessing mit SAPOS und GCG05 möglich Systemwechsel vom Nivellement zu GNSS/QG wird weiter vorangetrieben, insbesondere durch das Projekt DHHN November 2006 BfG Kolloquium GPS

25 Gesendet: Mo :07 An: Betreff: An intense solar maximum predicted In a paper published in the latest issue of GRL... the authors suggest that the forthcoming solar maximum (Number 24), "...will be much higher than average similar in size to cycles 21 and 22...".... If so, the next maximum (around 2011, with activity starting to ramp up as early as next year) could be the strongest since Oscar L. Colombo Dr. Oscar L. Colombo GEST/NASA Goddard SFC, Code November 2006 BfG Kolloquium GPS

26 Dr. Cord-Hinrich Jahn Uwe Feldmann-Westendorff LGN Landesvermessung + Geobasisinformation Niedersachsen Podbielskistraße 331 D Hannover Tel.: / (451) Fax: / cord-hinrich.jahn@lgn.niedersachsen.de uwe.feldmann-westendorff@lgn.niedersachsen.de Internet: November 2006 BfG Kolloquium GPS