Genauigkeitsanalyse der SAPOS -Dienste mit virtueller Referenzstation

Genauigkeitsanalyse der SAPOS -Dienste mit virtueller Referenzstation Manfred Bäumker, Fachhochschule Bochum 1 Einleitung Das GPS-Messverfahren hat sich seit mehreren Jahren als das Standardverfahren u.a. in der Grundlagen- und Katastervermessung etabliert. Die Funktion der Aufnahmepunkte übernehmen nun die Koordinaten und die Satellitendaten der SAPOS -Referenzstationen, die entweder im RINEX-Format via Internet oder Mailbox oder im RTCM-Format in Echtzeit dem Nutzer zur Verfügung gestellt werden. Für diese Zwecke wurden bundesweit von der Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen der Länder der Bundesrepublik Deutschland (AdV) verschiedene SAPOS -Dienste entwickelt und dem Anwender zur Verfügung gestellt. Von besonderer Bedeutung für die Grundlagen- und Katastervermessung sind dabei die beiden SAPOS -Dienste HEPS (Hochpräziser Echtzeit- Positionierungs-Service, angestrebte Genauigkeit: 1 cm 5 cm) und GPPS (Geodätischer Präziser Positionierungs-Service, angestrebte Genauigkeit: 1 cm, near online). Um diese hohen Genauigkeitsanforderungen auch bei größeren Abständen (> 5 km) von den Referenzstationen zu gewährleisten, müssen besondere Vorkehrungen zur Eliminierung bzw. Reduzierung der Störeffekte durch die Ionosphäre getroffen werden. Der entscheidende Durchbruch gelang durch die Vernetzung der Referenzstationen, wobei für den Nutzer zwei Lösungsmöglichkeiten entwickelt wurden: die Berechnung und Bereitstellung von sog. Flächenkorrektionsparametern (FKP) die Berechnung und Bereitstellung von Daten einer sog. virtuellen Referenzstation (VRS) In Nordrhein-Westfalen wird seit mehreren Jahren das Konzept der virtuellen Referenzstationen vorrangig verfolgt und mittlerweile auch in der Praxis eingesetzt. Für das Postprocessing stellt das Landesvermessungsamt Nordrhein-Westfalen dem Anwender hierfür das Programmsystem ViGO (Virtuelle Auswertungen mit einer graphischen Oberfläche) sowie die RINEX-Daten der SAPOS -Referenzstationen zur Verfügung. Für die Echtzeitanwendungen werden dem Anwender im Felde via Funk- oder GSM-Verbindung die von einem zentralen Rechner berechneten Daten einer in der Nähe des Nutzers befindlichen virtuellen Referenzstation im RTCM-Format zur Verfügung gestellt. Der Einsatz dieser Dienste ist in Nordrhein-Westfalen in den Richtlinien zum Einsatz von satellitengeodätischen Verfahren im Vermessungspunktfeld GPS-Richtlinien geregelt. Zur Verifizierung der mit diesen GPS-Messverfahren in der Praxis erzielbaren Genauigkeiten wurde im Rahmen einer Diplomarbeit ein TP-Feld 4. Ordnung mit diesen Auswertetechniken komplett neu vermessen. Über diese Messungen und deren Analyse soll nachfolgend berichtet werden. 2 Die SAPOS -Dienste in NRW mit virtueller Referenzstation In Nordrhein-Westfalen werden seit mehreren Jahren die SAPOS -Dienste HEPS und GPPS mit virtueller Referenzstation angewendet. Im Hochpräzisen Echtzeitpositionierungs-Service (HEPS) werden über Funk oder GSM im RTCM-Format Korrekturdaten (z.b. Message-Typen 18,19 oder 20, 21) übertragen, die eine auf Zentimeter genaue polare Punktbestimmung in Echtzeit ermöglichen sollen. Hierzu verbindet sich der Nutzer, z.b. via GSM, mit dem SAPOS -Server und übermittelt dem Server zunächst einmalig seine Näherungsposition. Der SAPOS -Server berechnet nun aus den Daten der in der Nähe des Nutzers befindlichen Referenzstationen eine virtuelle Referenzstation (VRS) und übermittelt diese synthetischen Daten dem Nutzer im Standard RTCM-Format (s. Abb. 1). 125

Abb. 1: Funktionsweise des SAPOS -Dienstes HEPS mit virtueller Referenzstation (VRS) Abb. 2: Funktionsweise des SAPOS -Dienstes GPPS mit virtueller Referenzstation (VRS) 126

Im Geodätischen Präzisen Positionierungs-Service (GPPS) werden dem Nutzer im empfängerunabhängigen RINEX-Format die Trägerphasenmessungen der SAPOS -Referenzstationen für das Postprocessing bereitgestellt. Hierzu kann der Nutzer via Internet oder Mailbox die Daten der in der Nähe seines Einsatzgebietes befindlichen Referenzstationen für den Zeitraum seiner GPS-Messungen anfordern (Abb. 2). Die Daten dieser Referenzstationen werden dann zusammen mit den eigenen Roverdaten für die Positionsberechnung benutzt. Das Landesvermessungsamt Nordrhein-Westfalen stellt hierzu dem Nutzer das Programmsystem ViGO (Virtuelle Auswertungen mit einer graphischen Oberfläche) zur Verfügung, das eine statische Auswertung mit drei oder mit vier Referenzstationen ermöglicht. Der Rovermesspunkt muss sich dabei in dem Dreieck bzw. Viereck der ausgewählten Referenzstationen befinden. Der Einsatz dieser GPS-Messverfahren ist in NRW speziell in den Richtlinien zum Einsatz von satellitengeodätischen Verfahren im Vermessungspunktfeld GPS-Richtlinien vorgeschrieben. Hierin sind neben den allgemeingültigen Randbedingungen für den erfolgreichen Einsatz des GPS, wie z.b. Horizontfreiheit, u.a. in Kap. 2.1.2 (Messverfahren) das erlaubte Messverfahren und die Messanordnung für die verschiedenen Einsatzzwecke festgelegt (Abb. 3). Abb. 3: Regelung des GPS-Einsatzes in NRW (aus GPS-Richtlinien) Für den Echtzeiteinsatz zur Bestimmung von Aufnahmepunkten oder bei Katastervermessungen ist nur das Polarverfahren mit eigener Referenzstation oder mit einer virtuellen Referenzstation bzw. unter Verwendung von Flächenkorrektionsparametern erlaubt. Ein wesentlicher Punkt stellt dabei auch die Kontrolle der GPS-Messungen dar. So ist in Kap. 3.4.1 geregelt, dass eine doppelte Messung mit neuer Initialisierung der Mehrdeutigkeiten erfolgen muss und die horizontale Koordinatendifferenzen aus Doppelmessungen folgende Grenzwerte nicht überschreiten dürfen: 127

horizontale Koordinatendifferenz aus Doppelmessungen Anzustreben maximal AP(1) 0,02 m 0,04 m AP(2), GP, GebP 0,03 m 0,06 m etwa zwei Drittel der Differenzen sollen die Hälfte der maximal zulässigen Differenz nicht überschreiten. Bei größeren Differenzen ist durch weitere Messung(en)... ein möglicher Fehler zu erklären. Die Zeitdauer, wie lange die Messung dauern muss, wie viele Epochen beobachtet werden müssen und wie groß der zeitliche Abstand zwischen den Doppelmessungen sein muss, ist dem Anwender selbst überlassen. Um diese Fragen genauer zu klären, wurde im Rahmen der Bestimmung der ETRS 89-Koordinaten für TP s 4. Ordnung in einem Testgebiet umfangreiche GPS-Messungen durchgeführt und analysiert. 3 GPS- Messungen im Testgebiet Borken In dem Testgebiet Borken waren insgesamt 53 TP s 4. Ordnung neu im System ETRS 89 zu koordinieren. Die Durchführung der GPS-Messungen erfolgte auf Initiative von ÖbVI Briewig (Dülmen) im Rahmen einer an der Fachhochschule Bochum angefertigten Diplomarbeit. Ziel dieser Diplomarbeit war neben der Bestimmung der ETRS 89-Koodinaten auch Aussagen über die Leistungsfähigkeit und Genauigkeit des SAPOS -Dienstes HEPS mit virtueller Referenzstation unter praxisnahen Bedingungen zu erhalten. Dieser Dienst ist zwar laut GPS-Richtlinien in NRW nicht für Anwendungen im TP-Netz zulässig, sollte aber hier speziell für die Vergleichs- und Analysezwecke zusätzlich eingesetzt werden. Weiterhin wurde eine eigene Referenzstation betrieben, so dass folgende GPS-Messverfahren eingesetzt werden konnten: statisch mit eigener Referenzstation (polar und in Aufstellungsgruppen) GPPS, statisch mit ViGO-VRS-Auswertung HEPS, statisch RTK mit VRS Für die statische Auswertung mit eigener Referenzstation wurde während des gesamten Beobachtungszeitraumes in der Mitte des Messgebietes eine eigene Referenzstation betrieben (Abb. 4, 5). Auf diesem Punkt wurde ein LEICA-Empfänger vom Typ SR 9500 mit einer LEICA- Antenne AT 502 eingesetzt. Der maximale Abstand der Roverpunkte beträgt ca. 5 km. Abb. 4 (oben): Testgebiet Borken mit Lage der eigenen Referenzstation Abb. 5 (rechts): die 53 Messpunkte des Messgebietes mit der Lage der eigenen Referenzstation in der Mitte des Gebietes 128

Die GPS-Messungen auf den Roverpunkten wurden mit dem LEICA System SR 530 und einer LEICA-Antenne AT 502 statisch und in Zwangszentrierung auf einem Stativ nach folgendem Muster durchgeführt (s. Abb. 5, 6): 5 min RTK-Messung mit GSM, Aufzeichnungsrate 1s 30 min statische Messung, Epochenabstand 15 s 5 min RTK-Messung mit GSM, Aufzeichnungsrate 1s Abb. 5 (oben): Beobachtungsschema der GPS-Messungen für eine Aufstellung Abb. 6 (rechts): Roverpunkt mit GPS-System SR 530 und LEICA-Antenne AT 502 Diese Messungen wurden an einem anderen Tage zu einer unterschiedlichen Tageszeit in gleicher Form wiederholt. Während der 5-minütigen RTK-Messungen wurden nach Initialisierung der Mehrdeutigkeiten die Koordinaten mit einer Aufzeichnungsrate von 1 s registriert, so dass für jeden Punkt 4 x 300 = 1200 im RTK-Modus mit virtueller Referenzstation bestimmte Koordinatentripel vorliegen. Für die Auswertungen im Postprocessing mit dem Programmsystem ViGO wurden die Rohdaten über einen Beobachtungszeitraum von insgesamt 30 min registriert. Der Epochenabstand wurde auf 15 s festgesetzt. Die Beobachtung der Punkte erfolgte simultan mit zwei GPS-Empfängern, die für eine zusätzliche Basislinienberechnung der zwei benachbarten Punkte eingesetzt wurden. Sämtliche Messungen konnten ohne schwerwiegende Probleme in der Zeit vom 24.10.-14.11.2002 ausgeführt werden. Nur wenige Punkte mussten wegen Überschreitung der zulässigen Differenz für TP s 4. Ord. oder anderer Probleme nachgemessen werden. Dieses waren i.d.r. Messpunkte mit stark eingeschränkter Horizontfreiheit. 4 Auswertung und Analyse der GPS-Messungen Die Berechnung der Koordinaten der Messpunkte aus den 30- minütigen Messdaten erfolgte zunächst mit dem Programmsystem ViGO. Die ViGO-Berechnungen wurden mit den Daten der SAPOS -Referenzstationen Coesfeld (580), Essen (582), Vreden (590) sowie Wesel (578) (s. Abb. 7) durchgeführt. Die Auswertung erfolgte dabei sowohl mit drei als auch mit vier Referenzstationen. Abb. 7: SAPOS -Referenzstationen in NRW und benutzte SAPOS -Referenzstationen (Stand: Oktober 2002) 129

4.1 Analyse der statischen Messungen mit VRS (GPPS) Da sämtliche Punkte jeweils zweimal beobachtet wurden, ergaben sich für jeden Messpunkt zweifach bestimmte Koordinaten im System ETRS 89, die anschließend mit dem im Programmsystem ViGO integrierten Modul MIKO gemittelt werden konnten. Der Vergleich der zweifach mit dem Programmsystem ViGO bestimmten Koordinatendifferenzen ist in Abb. 8 gezeigt. Die maximale Differenz zum Mittelwert beträgt für die Lage beträgt 0,9 cm und für die Höhe 1,6 cm. Die größten Abweichungen waren an den Punkten mit eingeschränkter Horizontfreiheit zu verzeichnen. Abb. 8: Häufigkeitsverteilung der Lage- und Höhendifferenzen zum Mittelwert der zweifach mit ViGO (VRS) bestimmten Koordinaten Zur Berechnung der Koordinaten der eigenen Referenzstation, deren Daten während des gesamten Messungszeitraumes registriert wurden, wurde das gesamte Datenmaterial (Dauer: mehrere Tage!) verwendet. Die so mit dem Programmsystem ViGO für die eigene Referenzstation berechneten Koordinaten, deren Standardabweichungen in der Lage deutlich < 0,5 cm sind, dienten als Referenzkoordinaten für eine weitere zusätzliche Auswertung mit dem Programmsystem LEICA-SKI-PRO, Version 2.5. Die Berechnung der Koordinaten bzw. der Basislinien erfolgte mit dem Programmsystem LEICA-SKI-PRO sowohl nach dem Polarverfahren als auch in Aufstellungsgruppen. Die endgültigen Koordinaten wurden anschließend aus den Mehrfachmessungen in einer freien Netzausgleichung berechnet. Abb. 9 zeigt den Vergleich dieser mit den Programmsystem SKI-PRO mit eigener Referenzstation und dem mit ViGO mit virtueller Referenzstation berechneten Koordinaten. Die maximale Differenz in der Lage beträgt 1,4 cm und in der Höhe 2,1 cm. Für eine weitere Genauigkeitsanalyse bieten sich auch die bekannten ETRS 89-Koordinaten an. Für 12 Punkte des Messgebietes lagen bereits ETRS 89-Koordinaten vor. Der Vergleich dieser Koordinaten mit den mit ViGO berechneten Koordinaten ergab eine maximale Differenz in der Lage von 1 cm und in der Höhe von 2,8 cm. Diese große Abweichung trat aber nur an einem Punkt auf. Sämtliche anderen Höhendifferenzen waren < 1 cm. Diese Ergebnisse bestätigen die hohe Effizienz der statischen Berechnungsmethode mit virtueller Referenz. Die Standardabweichungen der mit dem Programmsystem ViGO berechneten und gemittelten Koordinaten kann für die Lage mit < 0,5 cm und für die Höhe mit 1 cm angenommen werden. Diese Koordinaten wurden daher als absolute Referenzwerte für den nachfolgend beschriebenen Vergleich der nach der RTK-Methode mit VRS (HEPS) bestimmten Koordinaten benutzt. 130

Abb. 9: Häufigkeitsverteilung der Lage- und Höhendifferenzen mit ViGO und mit SKI-PRO bestimmten Koordinaten 4.2 Analyse der RTK-Messungen mit VRS (HEPS) Die Analyse der im RTK-Modus mit VRS durchgeführten GPS-Messungen soll Aufschluss über die Beobachtungs- und Mittelungsdauer sowie den zeitlichen Abstand der Wiederholungsmessungen geben, um die Genauigkeitsanforderungen von 2 cm (angestrebte Lagedifferenz laut GPS-Richtlinie) für GPS-Messungen zur Bestimmung von AP s mit dem SAPOS -Dienst HEPS zu erfüllen. Als Referenzkoordinaten für diese Analyse wurden die mit ViGO und MIKO berechneten Koordinaten verwendet. Abb. 10 zeigt den Vergleich mit den im 1s-Takt registrierten Koordinaten der vier RTK-Messungen über 5 min für den Punkt A001. Bei diesem Punkt handelt es sich um einen Punkt mit guter Horizontfreiheit. Die Sollposition in der Mitte ist durch die gemittelte Position aus ViGO mit einem Dreieck gekennzeichnet. Die roten und gelben Dreiecke kennzeichnen die einzeln aus den 30 min-aufzeichnungen berechneten Lagekoordinaten. Für diesen Punkt existiert bereits eine Koordinate im System ETRS 89, die ebenfalls als schwarzes Dreieck eingezeichnet ist. Die einzelnen RTK-Messungen der vier unabhängigen Messreihen sind an Hand der vier Punkthaufen leicht identifizierbar. Die vier Mittelwerte, die aus den 300 Einzelwerten (5 min) berechnet wurden, sind ebenfalls als Kreise eingezeichnet. Die hohe zeitliche Korrelation der einzelnen Koordinaten einer 5 min-messung sind deutlich erkennbar. In diesem Beispiel, das ein typisches Beispiel für eine RTK-Messung darstellt, liegen die Mittelwerte der ersten und der zweiten Messung ca. 3 cm auseinander. Die Lagedifferenz dieser beiden Mittelwerte zum Sollwert beträgt ca. 2 cm. Die Koordinaten der dritten und der vierten RTK-Messung, die an einem anderen Tag zu einer anderen Zeit bei neuer Aufstellung erfolgte, streuen hingegen deutlich weniger. Deren Mittelwerte differieren von dem Sollwert nur um ca. 1 cm. Zur Untersuchung der Beobachtungs- und Mittelungsdauer wurden die 1s-Daten sukzessive jeweils über einen Zeitraum von 10 s gemittelt, so dass sich bei einer Beobachtungsdauer von 5 min insgesamt 30 gemittelte Koordinaten ergeben. Die so gemittelten Koordinaten sind in Abb. 11 dargestellt, wobei die Mittelwerte chronologisch durch eine Linie verbunden wurden. Die Ergebnisse der Mittelung zeigen, dass aufgrund der hohen Korrelation ein längerer Mittelungszeitraum nur zu einer marginalen Genauigkeitssteigerung führt. Eine zweite unabhängige Messung sollte daher einen deutlichen Zeitabstand von mehr als 30 min besser 1 h haben, wobei ein Mittelungszeitraum von 10 s für eine Messung durchaus ausreicht. 131

Genauigkeitsanalyse der SAPOS -Dienste mit virtueller Referenzstation Abb. 10: Vergleich der einzelnen RTK-Lagekoordinaten mit denen aus der ViGO-Berechnung für den Messpunkt A001 Abb. 11: Vergleich der gemittelten RTK-Lagekoordinaten mit denen aus der ViGO-Berechnung für den Messpunkt A001 Im Bereich der Katastervermessung sind die Höhen zwar nur von untergeordneter Bedeutung, dennoch können die Höhen als hilfreicher Indikator bei Problemen in den GPS-Messungen dienen, da diese i.d.r. bei Signalstörungen und fehlerhaft gelöste Mehrdeutigkeiten stärker als die Lagekoordinaten streuen. Abb. 12. zeigt den Verlauf der Höhen für denselben Messpunkt A001 für die vier Messungen à 5 min Dauer. Die erste Messung zeigt zwar Streuungen von mehr als 5 cm, deren Mittelwert (5 min) liegt aber näher an dem Sollwert als die vierte Messung. 132

Abb. 12: Vergleich der einzelnen RTK-Höhenkoordinaten mit denen aus der ViGO-Berechnung für den Messpunkt A001 Abschließend soll noch ein Beispiel gezeigt werden, in dem die Mehrdeutigkeiten zu Beginn der zweiten Messung offensichtlich falsch gelöst wurden (s. Abb. 13). Obwohl die neueste RTK-Software des LEICA Systems SR 530 kontinuierlich die Lösung der Mehrdeutigkeiten im Hintergrund überprüft, wird dieser Fehler erst nach einer Messdauer von mehreren Minuten festgestellt und korrigiert, was durch eine sprungartige Veränderung der Position und Verlagerung des anschließenden Punkthaufens erkennbar ist. Die anderen drei Messungen zeigen für diesen Punkt keine besonderen Auffälligkeiten. Die erste und die dritte Messung weisen in diesem Beispiel die geringsten Differenzen zu dem Sollwert aus der ViGO-Berechnung auf. Hauptursache hierfür sind die in der Praxis nicht kalkulierbaren Mehrwegeeffekte, die sowohl von der aktuellen Satellitenkonstellation als auch von den örtlichen Verhältnissen (Abschattungen durch Gebäude, Bäume, Autos, etc.) abhängen. Derartige Effekte sind in der Praxis kaum abzuschätzen. In diesem Fall hätte eine Doppelmessung innerhalb weniger Minuten den Fehler nicht aufgedeckt. Erst bei einem zeitlichen Abstand von mehreren Minuten erhöht sich die Zuverlässigkeit und der Schutz gegen fehlerhaft gelöste Mehrdeutigkeiten. Aufgrund der hohen zeitlichen Korrelation der Messungen kann aber nicht von einer zweiten unabhängigen Messung wie es die GPS-Richtlinien vorschreiben gesprochen werden, wenn die Wiederholungsmessung bereits nach wenigen Minuten erfolgt. Dieses lässt sich sehr leicht an Hand von Permanentmessungen, die an einem Objektpunkt über einen längeren Zeitraum ausgeführt werden, belegen. So werden an der Edertalsperre seit 1998 fünf Objektpunkte auf und vor der Staumauer permanent mit GPS überwacht (Abb. 14). Die Lage- und Höhenkoordinaten dieser Punkte werden kontinuierlich mit einem zeitlichen Abstand von 100 s registriert. Abb. 15 zeigt den Verlauf der Lage- und Höhenkoordinaten für den Messpunkt 205 über eine komplette Woche, wobei die einzelnen Tage von 0 bis 24 h übereinander gezeichnet sind. Dabei weisen selbst die Objektpunkte auf der Staumauer, bei denen keine Abschattungen durch Hindernisse oberhalb der GPS-Antennen zu befürchten sind, dennoch sehr deutlich die Mehrwegeffekte auf. Diese Effekte erreichen im Laufe eines Tages für den für GPS-Messungen günstig gelegenen Messpunkt 205 in den Lagekoordinaten Veränderungen von 1 cm bis 2 cm und in der Höhe bis zu 3 cm. Diese Veränderungen sind eindeutig auf die Mehrwegeeffekte zurückzuführen, da eine Wiederholung der Effekte exakt nach 23 h 56 min auftritt vorausgesetzt die Satellitenkonstellation hat sich nicht verändert. Für den für GPS-Messungen ungünstig gelegenen Messpunkt vor der Staumauer fallen diese Effekte mit bis zu 3,5 cm in der Lage und bis zu 5 cm in der Höhe noch deutlich größer aus. 133

Mit ähnlichen Effekten ist daher bei den RTK-Messungen immer zu rechnen. Aus diesem Grunde sollten für Genauigkeitsanforderungen im Bereich von 2 cm oder besser, die Zeitabstände zwischen den beiden GPS-Messungen so groß gewählt werden, dass eine zeitliche Korrelation der GPS-Messungen ausgeschlossen werden kann. Dieses ist frühestens nach einem Zeitabstand von mehr als 30 min gegeben. Hierauf basiert auch die für GPS-Messungen übliche Vorschrift, dass eine Wiederholungsmessung am darauffolgenden Tag zur gleichen Zeit vermieden werden muss. Bei den 53 im RTK-Modus gemessenen und analysierten Punkten wären bei einer Wiederholungsmessung nach wenigen Minuten mit neuer Initialisierung der Mehrdeutigkeiten die 2 cm-grenzwerte in ca. 95% der Fälle eingehalten worden. Die hieraus berechneten Mittelwerte hätten aber in ca. 50 % der Fälle eine größere Differenz als 2 cm zum Sollwert gehabt. Diese Fälle, die durch eine Wiederholungsmessung nach wenigen Minuten nicht aufgedeckt worden wären, traten nicht nur an Punkten mit starken Abschattungen sondern auch an Punkten mit einer geringen Beeinträchtigung der Horizontfreiheit auf. Abb. 13: Vergleich der einzelnen RTK-Lagekoordinaten mit denen aus der ViGO-Berechnung für den Messpunkt B005; zu Beginn der 2. Messung waren die Mehrdeutigkeiten offensichtlich fehlerhaft gelöst. Abb. 14: GPS-Messpunkte an der Edertalsperre 134

Abb. 15: Mehrwegeeffekte bei Permanentmessungen an der Edertalsperre für den Messpunkt 205, oben links auf der Staumauer 5 Zusammenfassung Das Landesvermessungsamt Nordrhein-Westfalen stellt im Rahmen des SAPOS -Dienstes HEPS für die Katastervermessungen mit RTK-GPS dem Nutzer via GSM Korrekturdaten einer virtuellen Referenzstation (VRS) zur Verfügung. Die Berechnung der individuellen Daten für die VRS beruht auf den GPS-Messungen der vernetzten SAPOS -Referenzstationen, die sich in der Nähe des Nutzers befinden. In den GPS-Richtlinien sind die Rahmenbedingungen und Voraussetzungen zum praktischen Einsatz dieser Technologie festgelegt. Dem Nutzer bleibt aber überlassen, wie viele Epochen beobachtet werden müssen und nach welcher Zeit er die Wiederholungsmessung durchführt. Zur Erfüllung der Richtlinien müssen nur die horizontalen Lagedifferenzen zwischen den Wiederholungsmessungen < 2 cm (anzustreben) bzw. < 4 cm (maximale erlaubte Differenz) sein. Diese relevanten Fragen sollten im Rahmen der Bestimmung der ETRS 89 Koordinaten von 53 Punkten (TP s 4. Ord.) im Kreis Borken zusätzlich untersucht werden. Die eigentliche Bestimmung der ETRS 89-Koordinaten erfolgte mit dem SAPOS -Dienst GPPS und beruhte auf der statischen Postprocessing-Lösung mit dem Programmsystem ViGO und einer Beobachtungsdauer von 30 min. Für die Berechnungen mit ViGO müssen die Daten von drei oder vier Referenzstationen zur Verfügung stehen. Die Ergebnisse der statischen Postprocessing- Lösung mit VRS lieferten eine Standardabweichung für die Lagekoordinaten von < 5 mm für die zweifach gemessenen Punkte. Ein Vergleich mit bereits bekannten ETRS 89-Koordinaten sowie mit den Koordinaten aus den Berechnungen mit einer eigenen Referenzstation bestätigen diese hohe Genauigkeit. Das Programmsystem ViGO ist zwar hinsichtlich seiner Bedienung gewöhnungsbedürftig aber hinsichtlich der Genauigkeit unschlagbar. Aus diesem Grunde dienten die mit ViGO berechneten Koordinaten auch als Referenzwerte zur Beurteilung der im RTK-Modus mit dem SAPOS -Dienst HEPS bestimmten Koordinaten. Für die Katastermessungen wird diese Methode z.b. zur schnellen Bestimmung temporärer Aufnahmepunkte, die anschließend für eine freie Stationierung weiterverwendet werden, 135

eingesetzt. Wegen der hohen zeitlichen Korrelation der RTK-Messungen aufgrund der unvermeidbaren Mehrwegeeffekte ist eine Wiederholungsmessung mit neuer Initialisierung der Mehrdeutigkeiten im Hinblick auf die angestrebte Genauigkeit von 2 cm (Differenz der Lagekoordinaten) äußerst problematisch. Eine derartige Wiederholungsmessung bietet allenfalls Schutz und Kontrolle gegen fehlerhaft gelöste Mehrdeutigkeiten. Um der Gefahr der zeitlichen Korrelation zu entgehen, sollten die Zeitabstände der Wiederholungsmessungen > 30 min oder noch besser > 1 h betragen. Aufgrund der hohen zeitlichen Korrelation ist es auch nicht sinnvoll, die Messdauer auf einem Messpunkt im RTK-Modus nach Lösung der Mehrdeutigkeiten über 30 s auszudehnen, da eine längere Beobachtungsdauer nur einen marginalen Genauigkeitsgewinn bringt. Oft reicht hier bereits eine Dauer von 10 s aus, wobei in jedem Fall ein Stabstativhalter benutzt werden sollte. Dieses gilt umso mehr für die neuen kompakten GPS-Systeme, bei denen Sensor, GPS-Antenne und Batterie in einem Gehäuse integriert und oben am Lotstock montiert sind und die Datenübertragung drahtlos zum Controller mittels Bluetooth-Technologie erfolgt. Als zeitsparende Alternative bei der Bestimmung der Koordinaten von temporären Aufnahmepunkten mit HEPS, die z.b. für eine anschließende freie Stationierung genutzt werden sollen, bietet es sich an, in der Nähe der temporären Aufnahmepunkte einen zusätzlichen zweiten Punkt mittels HEPS zeitnah zu bestimmen und die anschließende freie Stationierung mit mindestens vier oder mehr temporären Punkten durchzuführen. Da die Mehrwegeeffekte ortsabhängig sind, wirken sich diese auch auf einem benachbarten Punkt andersartig aus auch wenn die Messung zeitnah erfolgt. Die Kontrolle selbst erfolgt dann durch die Methode der freien Stationierung im Rahmen einer Ausgleichung mit mehreren Anschlusspunkten. Die hier untersuchte RTK-Lösung mit dem SAPOS -Dienst HEPS beruht auf dem Vernetzungskonzept mit virtueller Referenzstation (VRS), das von der AdV als eine optionale Lösung vorgeschlagen wurde. Die von der AdV empfohlene Standardlösung für den SAPOS -Dienst HEPS sieht hier das Vernetzungskonzept mit Flächenkorrektionsparametern (FKP) vor. Auch dieses Konzept wird gegenwärtig beim Landesvermessungsamt Nordrhein-Westfalen und im Rahmen einer weiteren Diplomarbeit getestet. So laufen bereits seit Anfang des Jahres Vergleichstests von VRS und FKP. Die Ergebnisse zeigen, dass hinsichtlich der Genauigkeit beide Konzepte als gleichwertig betrachtet werden können. 6 Literatur/Quellen AdV (1998a): Einsatz von satellitengestützten Vermessungsverfahren im Liegenschaftskataster. Beschluss des AdV-Plenums 103/8, 1998. AdV (1998b): Anforderungen an den deutschen Satellitenpositionierungsdienst für Zwecke der Katastervermessung. Beschluss des AdV-Plenums 103/9, 1998. Backhausen, D, Bäumker, M., Fitzen, H.-P. (2000): Hochgenaue Überwachung von Bauwerken mit fest installierten GPS-Systemen. In: Zeitschrift für Vermessungswesen, Heft 11/2000, S. 369 376, November 2000. Behrenberg, O, Schulte, H. (2003): Untersuchung verschiedener GPS-Messverfahren zur Koordinatenbestimmung. Diplomarbeit im Fachbereich Vermessungswesen und Geoinformatik der Fachhochschule Bochum, unveröffentlicht, Bochum 2003. Landesvermessungsamt Nordrhein-Westfalen (2003): Richtlinien zum Einsatz von satellitengeodätischen Verfahren im Vermessungspunktfeld GPS-Richtlinien. Stand vom 2.9.2002 mit 1. Nachtrag vom 15.04.2003, Bonn 2003. 136

Lindstrot, W. (2002): Pilotvernetzung in Nordrhein-Westfalen vielfältige Anwendungen von zahlreichen Nutzern. 4. SAPOS -Symposium, Hannover, 2002. RTCM Special Committee No. 104 (2001): RTCM Recommended Standards For Differential GNSS (Global Navigation Satellite Systems) Service, Version 2.3. RTCM Paper 136-2001/SC104-STD, Alexandria VA, 2001. Wanninger, L. (1997): Virtuelle Referenzstationen in regionalen GPS-Netzen. 46. DVW-Fortbildungsseminar: GPS-Praxis und Trends 97, Frankfurt am Main, DVW Schriftenreihe 35/1997, S. 199-212, Frankfurt 1997. Wanninger, L. (2000): Präzise Positionierung in regionalen GPS-Referenzstationsnetzen. Deutsche Geodätische Kommission, Reihe C, Nr. 508, München 2000. Wanninger, L. (2003): Virtuelle GPS-Referenzstationen für großräumige kinematische Anwendungen. In: Zeitschrift für Vermessungswesen, Heft 3/2003, S. 196 202, Mai/Juni 2003. 137