Dipl. Ing. Norbert Höggerl. APOS - Austrian Positioning Service Echtzeitpositionierung mit Satelliten

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1 Dipl. Ing. APOS - Austrian Positioning Service Echtzeitpositionierung mit Satelliten

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4 Inhalt Internationales Referenzsystem ITRS Europäisches Referenzsystem ETRS89 Realisierung von ETRS89 in Österreich APOS - Austrian Positioning Service Gebrauchskoordinatensystem MGI Beziehung MGI und ETRS89 Zusammenfassung Seite 4

5 CIO Z Definition des ITRS: Internationales Terrestr. Referenzsystem z kartesisches 3-D System (X, Y, Z) S x Y Ursprung im Erdschwerpunkt XZ-Ebene: Meridian Greenwich X y Polachse: Mittlerer Pol Greenwich Verwendung des GRS80 Ellipsoides: -> geografische Koordinaten (j, l, h) Seite 5

6 Realisierung des Internationalen Terrestr. Referenzsystems ITRS 140 Seite 6

7 Realisierung des Internationalen Terrestr. Referenzsystems ITRS Messungen mit: Radiosignalen von Sternen (VLBI) Laserentfernungsmessungen (SLR) Hafelekar GPS DORIS 140 Ca. 240 Stationen mit Punktlagefehlern zwischen ±(1-10) mm Seite 7

8 Nutzung des ITRS Einheitlichkeit von Messdaten weltweit Tektonische Plattenbewegungen: z. B.: Europa: (2-2,5) cm/jahr Seismik, Erdbebenforschung, Satellitenbahnen/Satellitenstarts Seite 8

9 Europäisches Terrestrisches Referenzsystem ETRS89 Definition: ETRS89 = ITRS(1989.0) Realisierung: EUREF: ca. 200 Epochen- Stationen EPN: ca. 150 permanenten Stationen EPN: Pfänder Seite 9

10 Realisierung von ITRS und ETRS89 in Österreich IGS Station (= ITRS) EPN Station Bestehende EUREF Station AT01(HUTB) EUREF Station: Lösung ETRS89 Austria 2002 bestehende GPS Permanentstation in APOS RIED ROHR STPO WIEN GPS - Grundnetz AGREF/AREF WELS PFAN SBGZ GMND WIND TRAF FELD LECH KOPS KRBG PATK MUEN HFLK KTZB HKBL DLBG GRAZ GUES KOET VLKM 0 25 Km 50 Km VLCH Seite 10

11 Hierarchieschema Referenzsysteme und deren Realisierungen ITRS Intern. terr. Reference System IGS, IERS,.. ETRS European terr. Reference System EUREF, EPN APOS-AUSTRIA Permanent-St. Class A* * CLASS A: <1cm, perm. ** CLASS B: ± 1 cm, 3x24 h (ev. 1x24 h) EUROGEOGRAPHICS Expert Group Geodesy - ExG-G Festlegung auf Bezugssysteme: ETRS89, EVRS2000 (Geoid) EU-Vorschriften AGREF/AREF Epochen Messungen Class B** UTMK Homogenisierung Seite 11

12 Hierarchieschema Referenzsysteme und deren Realisierungen ITRS Intern. terr. Reference System IGS, IERS,.. ETRS European terr. Reference System EUREF, EPN Produktion APOS-AUSTRIA von ETRS89-Koordinaten Permanent-St. durch Class Messungen A* * CLASS A: <1cm, perm. ** CLASS B: ± 1 cm, 3x24 h (ev. 1x24 h) EUROGEOGRAPHICS Expert Group Geodesy - ExG-G Festlegung auf Bezugssysteme: ETRS89, EVRS2000 (Geoid) EU-Vorschriften AGREF/AREF Epochen Messungen Class B** Produktion UTMK von ETRS89-Koordinaten Homogenisierung durch Neurechnung Seite 12

13 APOS - AustrianPOS Austrian Positioning Service Seite 13

14 GPS - Global Positioning System Einzelpunktbestimmung (=stand alone) Codemessung Wegen Fehler in der Uhr des Rover-GPS-Gerätes: 4. Satelliten zur Messung erforderlich Positionierungsgenauigkeit (für GPS): +/- 12 m Lage +/- 20 m Höhe (95% = 2m o ) Seite 14

15 GPS: differentielles Messen Entfall (oder Reduktion) von: Satellitenbahn-Fehlern, Uhrenfehlern, Ionosphäreneinflüssen, troposphärischen Störungen,... Anwendungs-Modi: Postprocessing Online Genauigkeiten: je nach Gerät und Messdauer besser als 1cm über 1000 km Seite 15

16 Positionierung in Echtzeit: Prinzip vernetzter Referenzstationen HAUSER KAIBLING CNA Servicezentrale Servicezentrale Modellierung Modellierung Kommunnikations- Kommunnikations- PCs PCs GPS-Daten mittels CNA (Intranet) in Zentrale, Modellierung von Fehlereinflüssen Ionosphäre, Troposphäre,.. Rücksendung an den User: GSM, GPRS. Datenverzögerung < 1 sec WIEN Seite 16

17 Funktion vernetzter, virtueller Referenzstationen (VRS) R3 F2 FVi RVi FR Rover R2 F1 R1 Seite 17

18 Datenfluss beim Konzepte der Virtuellen Referenzstation (VRS) R 3 Virtuelle Referenzstation R 2 Mobile Einheit (Rover) RTCM-Datenstrom der virtuellen Referenzstation R 1 Rover Position im NMEA - Format aus der Navigations-Lösung GPSNet Software: Berechnung der Virtuellen Referenzstations-Daten GPS- Rohdaten Seite 18

19 APOS: GPS-Referenz-Stationen Lindau St. Gallen Sargans BEV - Referenzstationen ÖAW - Referenzstationen EVU - Referenzstationen D, CH, SLO - Referenzstationen Pfänder Feldkirch Lech Kops Wertach Krahberg Garmisch Münster Kitzbühel Hafelekar Patscherkofel Aschau Rosenheim Bad Tölz Pfarrkirchen Freilassing Sonnblick Rohrbach Ried/Innkreis Wels Gaisberg Finsterau Passau Gmunden Hauser Kaibling Lieserhofen Windischgarsten St. Leonhard St. Pölten Treibach Deutschlandsberg Leopoldau Baden Trafelberg Graz OLG Wien Mattersburg Oberpullendorf Güssing Neusiedl/See Davos Ardez Kötschach Bovec Landskron Völkermarkt Klagenfurt Maribor Villach Bleiburg Ravne na Koroškem Radovljica Seite 19

20 APOS: GPS-Referenz-Stationen BEV - Referenzstationen ÖAW - Referenzstationen EVU - Referenzstationen D, CH, SLO - Referenzstationen Aschau Rosenheim Bad Tölz Lindau Wertach Kops St. Gallen Garmisch Münster Kitzbühel Pfänder Feldkirch Hafelekar Lech Krahberg Sargans Patscherkofel Kops Pfarrkirchen Freilassing Sonnblick Rohrbach Ried/Innkreis Wels Gaisberg Finsterau Passau Gmunden Hauser Kaibling Lieserhofen St. Pölten Windischgarsten St. Leonhard St. Pölten Treibach Deutschlandsberg Leopoldau Baden Trafelberg Graz OLG DGPS-Service Wien Wien Mattersburg Oberpullendorf Güssing Abteilung Grundlagen Neusiedl/See BEV Davos Ardez Kötschach Bovec Landskron Völkermarkt Klagenfurt Maribor Villach Bleiburg Ravne na Koroškem Radovljica Seite 20

21 Technische Daten zu den APOS- Referenzstationen L1/L2 GPS-Empfänger Chokering Antennen mit Radomen USV für zumindest 5 h Anzahl der derzeit integrierten Referenzstationen Österreich: BEV - 16, ÖAW - 7 Deutschland: 8 Schweiz: 4 Slowenien: 1 (Test) Gesamt 2004: 36 Gesamt bis 2006: 70 bis 75 Seite 21

22 Referenzstations-Ausrüstung CNA - MODEM (Telekom) GPS-Empfänger + COM-Server Router (Ethernet) E-powerswitch (HW-Reset über TCP/IP) Surecom - Switch (Hub) USV - unterbrechensfreie Stromversorgung Seite 22

23 GPS-Referenzstationsantenne Seite 23

24 Abschattungsdiagramm inkl. Multipath (Reflexionen der GPS-Signale) Seite 24

25 Vernetzungssoftware: VRS TRIMBLE Vernetzungssoftware: VRS TRIMBLE Seite 25

26 Laufzeit Vernetzungssoftware: VRS TRIMBLE Station - Datenzentrale: CNA: 0,200 sec Durchschnitt max. 0,5 sec Internet: 0,4-0,6 sec Durchschnitt max. 1 sec Seite 26

27 APOS - Kontrollen Stabilität des Bezugsrahmens durch tägliche Koordinatenkontrolle der Referenzstationen Übereinstimmung zwischen GPS-Grundnetz AGRE/AREF und APOS Wiederholgenauigkeit Seite 27

28 Koordinaten - Monitoring der Referenzstation KOPS Seite 28

29 Vergleich zwischen statischen und APOS Messungen Deutschland Wertach Vergleichsdaten: St. Gallen Pfänder AGREF/AREF GPS Grundnetz - statische GPS Mesungen Vorarlberg - Klasse B von EUREF: 1cm (während der Messepoche) Feldkirch Lech Schweiz Tirol Sargans Differenz dy dx dh Mittel (m) 0,004-0,003 0,006 St.Dev.(m) 0,006 0,010 0,021 dh ds Kops ds²= dx² + dy² 3 cm Km Davos Ardez GPS-Referenzstation AGREF/AREF Epochenstation Seite 29

30 Genauigkeit von Wiederholungsmessungen Differenz Y [cm] Differenz X [cm] Differenz H [cm] Mittlerer Fehler Lage: m x, y : (1,5-2,0) cm 10 Min 30 Min 1 Std 5 Std 15 Std 30 Std 50 Std 70 Std 100 Std Mittlerer Fehler Höhe: m h : (3,5-4,0) cm Seite 30

31 APOS: Datenabgabe für Echtzeitanwendungen BEV - Rechenzentrum IT - Neu APOS - Zentrale gesicherte VPN- Verbindung GSM - Einwahl für APOS durch externe IT-Firma Access - Server Cisco AS 5300 Freie Telefonnummer Telekom 01/xxxxxxx... Vorhandene Internetverbindung des BEV Direkt Link zu Mobilfunkprovider T-Mobile 0676/8210xxxx nur BEV-interne Anwend. Internet GPRS/UMTS - Netz GSM - Netz GPRS/UMTS - Nutzer ab 2006/2007 GSM - Nutzer Seite 31

32 Hierarchieschema Referenzsysteme und deren Realisierungen ITRS Intern. terr. Reference System IGS, IERS,.. ETRS European terr. Reference System EUREF, EPN APOS-AUSTRIA Permanent-St. Class A* * CLASS A: <1cm, perm. ** CLASS B: ± 1 cm, 3x24 h (ev. 1x24 h) EUROGEOGRAPHICS Expert Group Geodesy - ExG-G Festlegung auf Bezugssysteme: ETRS89, EVRS2000 (Geoid) EU-Vorschriften Produktion von ETRS89-Koordinaten durch AGREF/AREF Messungen Epochen Produktion Messungen von Class B** ETRS89-Koordinaten durch Neurechnung UTMK Homogenisierung Seite 32

33 Gebrauchssystem MGI Entstehung Diagnose des Ist-Standes Homogeniserung des Festpunktfeldes Ordnung (ca TPs) 6. Ordnung (ca EPs) Katasterinformationen Seite 33

34 Seite 34

35 Klassische Punktbestimmung - bis 1989 Lagefestpunkte Triangulierungspunkte Einschaltpunkte Bestimmungsmethoden bis 1989 Seite 35

36 Positionierung heute GPS-Einsatz im Festpunktfeld (ab 1985) Seite 36

37 Gegenwärtiges Netz 1.Ordnung Seite 37

38 Inhomogenitäten im Netz Ordnung Punkte Ordnung (ca. 2000) Seite 38

39 Punktübersicht der Triangulierungspunkte Seite 39

40 Inhomogenitäten im Netz Ordnung 15 cm m Seite 40

41 Vorarlberg - Rutschungen cm Lage Höhe Seite 41

42 Vorarlberg - Senkungen Lustenau / Dornbirn 1971 Seite 42

43 Nationales und globales System Differenzen des Koordinatenzentrums: z ITRS (Globales System) ETRS89 (Europäisches System) D X = m D Y = - 90 m D Z = m x /ETRS89 y z MGI (nationales System Österreichs) x y Differenzen eines Punktes an der Erdoberfläche Vergleich ETRS mit MGI D x = 60 m (Mittel), 95 m (Max.) D y = 50 m (Mittel), 75 m (Max.) D h = 46 m (Mittel), 49 m (Max.) Seite 43

44 Derzeitige Möglichkeiten für Umrechnungen österreichweite Trafo: (1-2) m regionale Trafos: (0,1-0,3) m lokale Trafos mit den nächstgelegenen TPs/EPs (lt. VermV entspricht dies der Einbindung in das Gebrauchssystem MGI) Seite 44

45 Modernisierung der Grundlagen Neumessung von ca. 40% bestehender TPs Verwendung von 60% alter klass. Messungen auf TPs Messung von 10% der EPs (Photo-EPs) Transformation der restlichen EPs Transformation der Katasterinformation Seite 45

46 GPS-Kontrollmessungen seit 1989 Vektoren: Punkte: TP EP Seite 46

47 Zusammenfassung Georeferenzierung/Positionsinformation wird immer wichtiger zunehmende Nutzung internationaler Referenzsysteme effizienteres und effektiveres Arbeiten mit APOS im homogenen ETRS89 Verbesserung/Homogenisierung der Gebrauchskoordinaten für TPs/EPs in Arbeit Seite 47

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