Koordinaten im Wandel Die geodätischen Grundlagen bleiben

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1 Herzlich Willkommen Dr.- Ing. Astrid Sudau Referat Geodäsie Bundesanstalt für Gewässerkunde, Koblenz Koordinaten im Wandel Die geodätischen Grundlagen bleiben

2 Inhalt Motivation Koordinatenreferenzsysteme (CRS) Dokumentation von Koordinatenreferenzsystemen Geometrische Auswirkungen des CRS-Wechsels Referenzsysteme für Höhen Auswirkungen der Einführung neuer Koordinatenreferenzsysteme für die WSV

3 Motivation Beschlüsse der AdV 1 (1991, 1993,1995): Einführung bundeseinheitlicher Bezugssysteme für die Lage: ETRS 89 / UTM für die Höhe: DHHN 92 Geobezogene Datenbestände in der WSV: Datenbestände z. Zt. in heterogenen Bezugssystemen Umstellung der geobezogenen Daten notwendig?! 1) AdV = Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen der Bundesrepublik Deutschland

4 Motivation Erlass vom : Einrichtung einer interdisziplinären Arbeitsgruppe (AGr.) [BT, GK, IT, VK] Entwickeln einer Strategie zur Einführung der Bezugssysteme ETRS 89 / UTM und DHHN 92 in die WSV Erlass vom : Einführung des DHHN 92 als verbindliches Höhenbezugssystem für die WSV Erlass vom : Einführung ETRS 89 / UTM als verbindliches Lagebezugssystem für die WSV + Einrichtung einer AGr. zwecks Umsetzung der Strategie und fachlicher Unterstützung der Ortsinstanzen

5 Georeferenzierung von Datenbeständen Datenbestände in der WSV haben einen Raumbezug und müssen dementsprechend georeferenziert werden Möglichkeiten der Georeferenzierung, u.a.: verbale Beschreibung (z.b. BWaStr.) Stationierung Koordinatenreferenzsysteme

6 Koordinatenreferenzsysteme Definition: Koordinatenreferenzsystem ( CRS 1 ) besteht in der Angabe: eines geodätischen Bezugssystems (DHDN, STN, WGS 84,.) eines Koordinatensystems 2 (GK, UTM, Lambert,.) einer Realisierung (DHDN 12 + LS, S42/83, ETRF 89,.) 1) CRS = Coordinate Reference System 2) Koordinatensystem: offizielle Bezeichnung in GeoInfoDok synonym mit Koordinatenart

7 Geodätische Bezugssysteme Definition Bezugssystem umfasst: Festlegung Ellipsoid Geodätisches Datum (Lagerung in Bezug zum Erdkörper, d.h. Lage des Nullpunktes, Orientierung der Koordinatenachsen, Maßstab) Beispiele: national: Bessel-Ellipsoid / DHDN global: GRS 80-Ellipsoid / ETRS 89

8 Koordinatensysteme / Koordinatenarten

9 Beziehungen zwischen Koordinatenreferenzsystemen Umrechnungen (strenge Formeln) System Koordinatenart kart. geogr. G-K UTM Lambert... DHDN STN 42/83 TRAFO* ED 50 WGS 84 ETRS 89...

10 Koordinatenreferenzsysteme in Deutschland alte BL Deutsches Hauptdreicksnetz G-K-Koordinaten neue BL Staatliches Trigon. Netz G-K-Koordinaten PD 83 G-K-Koord. RD 83 G-K-Koord. AdV - Beschlüsse 1991, 1995 GPS European Terrestrial Reference System (ETRS 89) UTM-Koordinaten

11 Koordinatenreferenzsysteme in Deutschland Bezugssysteme der Landesvermessung alte Bundesländer neue Bundesländer Lage Bezeichnung Bezugsellipsoid Zentralpunkt Abbildung DHDN Bessel Rauenberg G-K; 3 Meridianstreifen STN (System 42/83) Krassowski Sternwarte in Pulkov G-K; Meridianstreifen AdV-Beschluss (1991) Bezeichnung Bezugsellipsoid Zentralpunkt Abbildung ETRS 89 GRS 80 globales Ellipsoid UTM

12 Dokumentation von Koordinatenreferenzsystemen Möglichkeiten: Lagestatus (Schlüsselzahlen der Länder) CRS-Bezeichnungen in der GeoInfoDoc der AdV EPSG 1 - Codes 1) EPSG = European Petroleum Survey Group

13 Dokumentation von Koordinatenreferenzsystemen

14 Geometrische Auswirkungen des CRS-Wechsels DHDN S42-83 ETRS 89 GK UTM

15 Geometrische Auswirkungen des CRS-Wechsels Verschiebung der geographischen Koordinatenlinien Geoidundulation wird größer Höhenreduktion bei Lagemessungen erforderlich neue Koordinatenart: GK: Recht- und Hochwert (3 Meridianstreifen) UTM: East und North (6 Meridianstreifen) Kennziffer GK: 1-stellig Kennziffer UTM: 2-stellig

16 Geometrische Auswirkungen des CRS-Wechsels Beispiel für ein und den selben Punkt P: Bezugssystem / Abbildung Rechtswert / East Hochwert / North DHDN (GK) , ,069 ETRS 89 (UTM) , ,040

17 Geometrische Auswirkungen des CRS-Wechsels Maßstabsfaktor am Hauptmeridian bei GK: 1,0000; bei UTM: 0,9996 Streckenverzerrungen bei GK: 120 ppm (max); bei UTM: 400 ppm (max) bei GK u.u. vernachlässigbar; bei UTM zu berücksichtigen Kreisentartungen (?) Richtungsverzerrungen (?) Verdrehung von Gitternord

18 Geometrische Auswirkungen des CRS-Wechsels Kreisentartungen vernachlässigbar! Strecken in Nord-Süd Ausdehnung Strecken in Ost-West Ausdehnung Abweichung S [m] S [m] NS-OW von nach DHDN/GK ETRF/UTM Diff [m] von nach DHDN/GK ETRF/UTM Diff [m] [mm] , ,603-0, , ,603-0, , ,205-0, , ,205-0, , ,808-1, , ,808-1, , ,410-1, , ,410-1, , ,013-1, , ,013-1, , ,615-2, , ,615-2, , ,218-2, , ,218-2, , ,820-3, , ,821-3, , ,423-3, , ,423-3, , ,025-3, , ,026-3, , ,051-7, , ,051-7, , ,075-11, , ,077-11, , ,124-19, , ,127-19,873-3

19 Geometrische Auswirkungen des Bezugssystem-Wechsels Richtungsverzerrungen / Rechtwinkligkeit

20 Geometrische Auswirkungen des Bezugssystem-Wechsels Richtungsverzerrungen vernachlässigbar! Standpunkt 3004; von 1025 alpha DHDN/GK alpha ETRS89/UTM Differenz resultierende Bogenabweichung [gon] [gon] [mgon] bei R=4000m [mm] zu ,0000 zu , , ,0002-0, zu , , ,0093 0, zu , , ,0014 0, zu , , ,0133 0, zu , , ,0036-0,

21 Geometrische Auswirkungen des Bezugssystem-Wechsels Rechtwinkligkeit vernachlässigbar! Standpunkt 5 alpha DHDN/GK alpha ETRS89/UTM Differenz resultierende Bogenabweichung [gon] [gon] [mgon] bei R=4000m [mm] zu ,0000 zu , , ,0065-0, q.e.d. GK und UTM sind konforme (d.h. winkeltreue) Abbildungen

22 Geometrische Auswirkungen des Bezugssystem-Wechsels Verdrehung von Gitternord vernachlässigbar! S / GK ETRS 89 / UTM

23 Geometrische Auswirkungen des Bezugssystem-Wechsels Verdrehung von Gitternord vernachlässigbar!

24 Höhenbezugssysteme Höhe: im Schwerefeld der Erde definiert ( Schwerepotential der Erde ) zunächst: physikalische Größe je nach Wahl des Schwerewertes verschiedene Höhenarten (z.b. Normalhöhe, NO-Höhe) und dementsprechende Bezugsflächen CRS für Höhen Höhenbezugssystem: Angabe der Höhenart / Bezugsfläche + Anschlusspegel / -Niveau Angabe der Realisierung Dokumentation Höhenbezugssystem mittels Höhenstatus oder CRS- Bezeichnung gem. GeoInfoDok (z.b. Deutsches Haupthöhennetz 1992: HS 160 oder DE_DHHN92_NH)

25 Höhenbezugssysteme in Deutschland alte BL Deutsches Haupthöhennetz 1912 (DHHN 12) Deutsches Haupthöhennetz 1985 (DHHN 85) neue BL Deutsches Haupthöhennetz 1912 (DHHN 12) Staatliches Nivellementnetz 76 (SNN 76) AdV - Beschluss 1993 Deutsches Haupthöhennetz 1992 DHHN 92

26 Höhenbezugssysteme in Deutschland Bezugssysteme der Landesvermessung alte Bundesländer neue Bundesländer Höhe Bezeichnung Bezug Bezugsfläche Höhenart DHHN 12 / DHHN 85 Pegel Amsterdam NN-Fläche normal-orthometrische Höhen SNN (HN 76) Pegel Kronstadt Quasigeoid Normalhöhen AdV-Beschluss (1993) Bezeichnung Bezug Bezugsfläche Höhenart DHHN 92 Pegel Amsterdam Quasigeoid (Normalhöhennull-Fläche) Normalhöhen

27 Beispiel für Wechsel der Realisierung des DHHN Differenzen zwischen DHHN 85 (HS 140) und DHHN 12 (HS 120) in RLP Rheinabschnitt Karlsruhe - Mainz

28 Beispiel für Wechsel der Höhenbezugssysteme Differenzen zwischen DHHN 85 (HS 140) und DHHN 92 (HS 160) in RLP

29 Beispiel für Wechsel der Höhenbezugssysteme Differenzen zwischen DHHN 92 und DHHN 12 im Verlauf der Elbe an ausgewählten Pegelstationen (DHHN 92 minus DHHN 12)

30 Auswirkungen des CRS -Wechsels für die WSV Nachteile: arbeits- und zeitintensiv Upgrades von Software notwendig (IT-Verfahren und Instrumente)

31 Auswirkungen des CRS -Wechsels für die WSV Vorteile: bundesweit einheitliche, homogene Koordinatenreferenzsysteme für Lage und Höhe innerhalb der WSV Konformität mit dem Koordinatenreferenzsystem der Landesvermessungsverwaltungen GNSS-Lagemessungen müssen nicht mehr transformiert werden bessere Kompatibilität mit Dritten GDI-DE und INSPIRE-Anforderungen werden erfüllt

32 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Dr.- Ing. Astrid Sudau Referat Geodäsie Bundesanstalt für Gewässerkunde Am Mainzer Tor Koblenz Tel.: 0261/ sudau@bafg.de