Titelmaster. Vom globalen Bezugssystem bis zur Umsetzung für die Praxis. Barbara Görres

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Manuela Hafner
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1 Titelmaster Vom globalen Bezugssystem bis zur Umsetzung für die Praxis Barbara Görres Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn Institut für Geodäsie und Geoinformation

2 Bedeutung von Referenzsystemen geometrisch Geodätische Beobachtungsverfahren Geometrie gravimetrisch 2 Schwere- Erdrotation feld Produkte für Wissenschaft und Praxis:. Geodäsie, Geodynamik, Globaler Wandel, Geoinformation.

Voraussetzung für konsistente Parameterbestimmung 3 aus

3 Konsequenz inkonsistenter Referenzsysteme Hochgenaue geodätische Referenzsysteme sind unabdingbare Voraussetzung für konsistente Parameterbestimmung 3 aus D. Angermann, Geometrische Referenzsysteme, INTERGEO 2004, Stuttgart

4 Referenzsystem und Referenzframe Definition des Referenzsystems (engl.: reference system) durch Konstanten, Modelle, Parameter,... (z.b. Lichtgeschwindigkeit, GM, geozentrisches kartesisches System) 4 Realisierung des Bezugssystems führt zum Referenzrahmen (engl. reference frame) durch vermarkte Punkte auf der Erdoberfläche mit geozentrischen Koordinaten X,Y,Z und Bewegungsraten

Nullmeridian von Greenwich (GAM) und Äquatorebene 5 Empfohlene Rechenfläche für den Übergang

5 Das International Terrestrial Reference System Definition des ITRS Ursprung. Massenmittelpunkt der Erde Z-Achse: mittlere Rotationsachse (CIO) X-Achse: Schnittgerade aus Nullmeridian von Greenwich (GAM) und Äquatorebene 5 Empfohlene Rechenfläche für den Übergang in ellipsoidische Koordinaten: GRS80 (a= ,0m, 1/f= ) (

- Satellite Laser Ranging (SLR) - Global Positioning System (GPS) - Doppler Orbitography Integrated by Satellite (DORIS) 6 ITRF

6 Realisierung des ITRS durch die ITRFs International Terrestrial Reference Frame Das ITRS ist realisiert durch 3-D Koordinaten und Geschwindigkeiten der Beobachtungsstationen Beobachtungsverfahren der Weltraumgeodäsie: - Very Long Baseline Interferometry (VLBI) - Satellite Laser Ranging (SLR) - Global Positioning System (GPS) - Doppler Orbitography Integrated by Satellite (DORIS) 6 ITRF Lösungen werden berechnet durch Kombination der verschiedenen Beobachtungsverfahren 3 ITRS Kombinationszentren: IGN, NRCan, DGFI Dienste

7 Stärken der verschiedenen Techniken Warum unterschiedliche Beobachtungsverfahren? + VLBI ist das einzige Verfahren, das die Verbindung zum himmelsfesten Referenzsystem (Inertialsystem) herstellen kann. + SLR liefert den Bezug zum Geozentrum am besten. + GPS ist preisgünstig, leicht zu handhaben und eignet sich deshalb zur Anlage dichter Punktnetze. Die Kombination nutzt die Stärken der Verfahren optimal 7 Aber: An den Fundamentalstationen müssen local ties (lokale Verbindungselemente) zwischen den Beobachtungstechniken mit hoher Genauigkeit bekannt sein (Bsp. Wettzell) X VLBI,Y VLBI,Z VLBI ΔX Terr, ΔY Terr, ΔZ Terr X GPS,Y GPS,Z GPS (FGS Forschungsprogramm )

8 ITRF - Entwicklung Im Abstand weniger Jahre werden aus allen bis zum Jahr yyyy vorliegenden Beobachtungen neue Realisierungen ITRFyyyy gerechnet 8

9 Stationsverteilung ITRF88 9 (

10 Stationsverteilung ITRF2008 Integration der Beobachtungsverfahren 10 (courtesy Altamimi, IGN/France)

11 ITRF2008 Stationsgeschwindigkeiten (DGFI) 11 (Angermann et al. 2010)

12 WGS84 - Systemdefinition World Geodetic System: System-Definition ähnlich ITRS Ursprung: Massenmittelpunkt der Erde (ähnlich ITRS) Achsen: identisch ITRS 12 Ellipsoid-Definition enthalten: Ellipsoiddimensionen GRS80 WGS84 große Halbachse a ,0 m ,0 m 1/f Gravitationskonstante und modell, Winkelgeschwindigkeit, u.v.m.

13 WGS84 - Referenzrahmen Realisierungen des WGS müssten eigentlich WGF heissen! System Rahmen/Frame 13 WGS84: Koordinaten der 5 Monitorstationen aus Dopplermessungen (militärisch), Genauigkeit " 1m Bestimmung der Broadcast-Bahn durch Pseudorange-Beobachtungen ab 1994: Verbesserung der theoretischen Grundlagen in Zusammenarbeit mit den zivilen Einrichtungen WGS84 (G730): Neubest. der Monitorstationen, Anpassung an ITRF91, Verwendung ab GPS-Woche 730, Gen.: " 0.1m WGS84 (G873): Anpassung der Koordinaten von 12 Monitorstationen an ITRF94, Verw. ab GPS-Woche 873, Gen.: " 0.05m WGS84 (G1150): Anpassung der Koordinaten von 12 Monitorstationen an ITRF2000, Verw. ab GPS-Woche 1150, Gen.: " 0.02m

14 ITRS WGS84 Koordinaten der zugehörigen Realisierungen stimmen heute auf dem Niveau von ca. 10 cm überein WGS84 als Realisierung des ITRS? aber: Realisierungen des WGS84 sind für den Nutzer nicht tatsächlich zugänglich 14 Heute Angabe von - Broadcast-Ephemeriden im WGS84(G1150) - präzisen Ephemeriden (IGS final) in ITRF2008 Bsp: Übereinstimmung

GLONASS und Galileo System-Definition ähnlich ITRS: Ursprung: Massenmittelpunkt der Erde Achsen: identisch ITRS 15 PZ-90: Parametry Zemli 1990 bzw.

15 GLONASS und Galileo System-Definition ähnlich ITRS: Ursprung: Massenmittelpunkt der Erde Achsen: identisch ITRS 15 PZ-90: Parametry Zemli 1990 bzw. PE-90: Parameters of the Earth 1990 Galileo Ellipsoiddimensionen GRS80 WGS84 PE-90 GTRF: Galileo Terrestrial Reference Frame (Realisierung von ITRS) große Halbachse a ,0 m ,0 m ,0 m 1/f

16 Regionales Bezugssystem für f r Europa ETRS89 dreidimensionales geozentrisches Bezugssystem Einführung 1990 von der IAG-Sub-Comission EUREF in Florenz beschlossen Idee: System fest verbunden mit dem in sich stabilen eurasischen Festlandsockel Koordinaten bleiben unverändert 16 Verschiebungsvektoren in ITRF Verschiebungsvektoren ETRF ETRS89 identisch mit ITRS zur Epoche

ETRF89, erste Realisierung des ETRS89 European Terrestrial Reference Frame Realisierung über vermarkte Punkte (EUREF) ITRF89 enthält 32 SLR- und VLBI-Stationen in Europa Δ Grundgerüst für ETRS89

17 ETRF89, erste Realisierung des ETRS89 European Terrestrial Reference Frame Realisierung über vermarkte Punkte (EUREF) ITRF89 enthält 32 SLR- und VLBI-Stationen in Europa Δ Grundgerüst für ETRS89 durch Einfrieren der Koordinaten dieser Punkte auf dem Referenzzeitpunkt (Ausschaltung der Kontinentaldrift) 17 ITRF89(89.0)=ETRF89(89.0) Verdichtung in den Folgejahren durch sogenannte EUREF-Kampagnen (EUREF 1993)

18 European Permanent GPS Network EPN Realisierung des ETRS89 heute durch das EPN (European Permanent GPS Network) Seit 2008 gilt das ETRF2000, für das die Koordinaten und Geschwindigkeiten des ITRF2005 in das ETRS89 transformiert wurden. 18

Abbildungssystem für groß- und kleinmaßstäbige Karten bisher: 19 neu: Idee einer mehrstufigen

19 Einführung von ETRS89 in Deutschland AdV-Beschluss vom Mai 1991: Deutschlandweite Einführung des ETRS89 als Bezugssystem für Geobasisinformation und Liegenschaftskataster Ergänzung 1995: UTM als einheitliches Abbildungssystem für groß- und kleinmaßstäbige Karten bisher: 19 neu: Idee einer mehrstufigen Hierarchie: A-Netz: EUREF-Punkte von 1989 B-Netz: Deutsches GPS-Referenznetz C-Netz: Landesnetze (LVG Thüringen 2007)

20 Erste Realisierung von ETRS89 in Deutschland Deutsches GPS-Referenznetz (DREF 1991) GPS-Kampagne 1991: 84 Neupunkte Anschluss an Punkte aus EUREF-D/NL93, angegeben in ETRF91(1989.0) Messung zu früh Genauigkeit problematisch 20 Verdichtungsmessung: NWREF 1993 Durchschnittlicher Punktabstand km (Lindstrot 1999) (Geef et al. 1999)

21 Realisierung von ETRS89 in Deutschland II Realisierung über Positionierungsdienste Satellitenpositionierungsdienst der deutschen Landesvermessung SAPOS 21 Kooperation von ADV Bundesländern Bundesamt für Gewässerkunde Bundesamt für Kartographie und Geodäsie Info:

durchgeführt wurde 22 - versch. ETRF-Realisierungen - keine länderübergreifenden Lösungen -.

22 Realisierung von ETRS89 in Deutschland III SAPOS-Diagnoseausgleichung durch das Bundesamt für Geodäsie und Kartographie I erforderlich, da die SAPOS-Aufbauphase in den Ländern uneinheitlich durchgeführt wurde 22 - versch. ETRF-Realisierungen - keine länderübergreifenden Lösungen -... Ziel: deutschlandweiter, homogener, spannungsfreier Koordinatensatz mit einer inneren Genauigkeit von ca. 1 cm (Faulhaber 2003)

23 Realisierung von ETRS89 in Deutschland III SAPOS-Diagnoseausgleichung II Durchführung: Referenzkoordinaten der IGS-Stationen in ITRF2000 (1997.0) Einbindung von - 8 IGS-Stationen zur Datumsdefinition - 9 Stationen aus den Nachbarländern - Beibehaltung der Lagerung im DREF91 Ergebnis: Innere Genauigkeit für Lage und Höhe ca. 1 cm (Veränderung des Ergebnisses durch die Lagerung um max. 1 cm in der Lage und 8 mm in der Höhe) Referenzkoordinaten der IGS-Stationen in ITRF2000 Epoche (Woche 1188) geschätzte Koordinaten der SAPOS-Stationen in ITRF2000 Epoche (Woche 1188) geschätzte Koordinaten der SAPOS-Stationen in ETRS89 Epoche (Woche 1188) Lagerung im System des DREF91 Epoche (Woche 1188) Satellitenbahnen in ITRF

Realisierung von ETRS89 in Deutschland III SAPOS-Diagnoseausgleichung III Koordinatendifferenzen zwischen amtlichen (alt) und geschätzten Koordinaten in ETRS89 (neu)

24 Realisierung von ETRS89 in Deutschland III SAPOS-Diagnoseausgleichung III Koordinatendifferenzen zwischen amtlichen (alt) und geschätzten Koordinaten in ETRS89 (neu) Lagedifferenzen: max. 4 cm 24 Höhendifferenzen: max. 7 cm Einführung ETRS89( ) von der AdV empfohlen, aber mindestens, wenn Änderung der Koordinaten größer als 15 mm (Altiner 2005)

Realisierung von ETRS89 in Deutschland IV

Referenznetz für Deutschland Betreiber: BKG

Raumbezug für D Integration in ETRS89 und

Referenznetz Verwendung von Stationen in

GNSS-Positionierungsdienste Kombination mit

25 Realisierung von ETRS89 in Deutschland IV German Reference Frame GREF Nationales Referenznetz für Deutschland Betreiber: BKG Frankfurt/Main Ziel: Einheitlicher Raumbezug für D Integration in ETRS89 und ITRS 25 Eigenschaften: dreidimensionales Referenznetz Verwendung von Stationen in IGS und EPN Stützung der GNSS-Positionierungsdienste Kombination mit weiteren Messwerten wie Absolutschwere Anbindung aller Stationen an das DHHN Genauigkeit der Stationskoordinaten: < " 5 mm für die Lage < " 10 mm für die Höhe (BKG Frankfurt)

26 Neue Strategie für f einen einheitlichen Raumbezug des amtlichen Vermessungswesens in Deutschland 26 (aus Rubach 2008, für M-V)

Realisierung des bundeseinheitlichen Raumbezugs durch ein bundesweit einheitliches Festpunktfeld Komponenten: Geodätische Grundnetzpunkte im System ETRS89 Referenzstationspunkte im System ETRS89

27 Realisierung des bundeseinheitlichen Raumbezugs durch ein bundesweit einheitliches Festpunktfeld Komponenten: Geodätische Grundnetzpunkte im System ETRS89 Referenzstationspunkte im System ETRS89 Höhenfestpunkte 1. Ordnung im System DHHN92 Schwerefestpunkte im System DHSN96 NRW 27 Standardabweichung der Koordinaten der Grund- und Referenzstationspunkte < 5 mm für die Lage < 8 mm für die Höhe

28 Schluss und Ausblick Neue homogene Bezugssysteme vom Großen ins Kleine Höhenreferenzsysteme Strenge Aufteilung von Lage und Höhe wird aufgehoben 28 Auch neue Festpunktfelder sind nicht wartungsfrei säkulare Punktbewegungen tektonische und anthropogene Punktbewegungen Wechsel des Instrumentariums

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