Geodätische Woche, 5.-7. Oktober 2010, Köln ITRF2008 die neueste Realisierung des International Terrestrial Reference System D. Angermann, M. Seitz, H. Drewes, M. Bloßfeld Deutsches Geodätisches Forschungsinstitut, München
Einführung Geodätische Raumverfahren Konsistente Parameterbestimmung Z Geokinematik Erdrotation Schwerefeld Produkte für die Erdwissenschaften Geodätische Referenzsysteme X Geodynamik, Meteorologie, Globaler Wandel,...
Realisierung des ITRS: International Terrestrial Reference Frame (ITRF) Das ITRS ist realisiert durch 3-D Koordinaten und Geschwindigkeiten der Beobachtungsstationen Geometrische Raumbeobachtungsverfahren: - Very Long Baseline Interferometry (VLBI) - Satellite Laser Ranging (SLR) - Global Positioning System (GPS) - Doppler Orbitography Integrated by Satellite (DORIS) ITRF-Lösungen resultieren aus einer Kombination der verschiedenen Beobachtungsverfahren
Überblick: ITRF-Realisierungen des IERS ITRF88 ITRF2000: Terrestrial Reference Frame Section, IGN Paris Kombination von Mehrjahreslösungen mit Stationskoordinaten und linearen Geschwindigkeiten. Geänderte IERS-Struktur (seit 2001) - ITRS Produktzentrum (IGN Paris) - ITRS Kombinationszentren (DGFI, IGN, NRCan) ITRF2005, ITRF2008: Bereitstellung von Epochenlösungen (SLR, GPS, DORIS wöchentlich, VLBI 24-h Sessionen) mit Stationskoordinaten und EOP von den Diensten (IGS, ILRS, IVS, IDS) Berechnung von Kombinationslösungen am DGFI und IGN Vergleich und Validierung der Ergebnisse
ITRF2008 Eingangsdaten Zeitreihen von Stationskoordinaten und Erdrotationsparametern Verfahren Service / TC Daten Zeitraum Bedingungen GPS IGS / NRCan wöchentliche Lösungen 1997.0-2009.0 Minimum VLBI IVS / IGG 24 h Session- NGL 1980.0-2009.0 Keine SLR ILRS / ASI wöchentliche Lösungen 1983.0-2009.0 Loose DORIS IDS / CLS - CNES- GSFC wöchentliche Lösungen 1993.0-2009.0 Minimum
ITRF2005 / ITRF2008 Kombinationsstrategie am DGFI Input: Datum-free normal equations () Epoch 1 VLBI SLR GPS DORIS Epoch 2 VLBI SLR GPS DORIS Epoch n VLBI SLR GPS DORIS Accumulation of time series Multi-year s VLBI SLR GPS DORIS GPS
ITRF2005 / ITRF2008 Kombinationsstrategie am DGFI Input: Datum-free normal equations () Epoch 1 VLBI SLR GPS DORIS Epoch 2 VLBI SLR GPS DORIS Epoch n Multi-year s VLBI VLBI SLR GPS Accumulation of time series SLR GPS DORIS DORIS GPS The accumulation comprises Analysis of station position time series Identification of discontinuities Introduction of station velocities Combination of epoch normal equations
ITRF2005 / ITRF2008 Kombinationsstrategie am DGFI Input: Datum-free normal equations () Epoch 1 VLBI SLR GPS DORIS Epoch 2 VLBI SLR GPS DORIS Epoch n Multi-year s VLBI VLBI SLR GPS Accumulation of time series SLR GPS DORIS DORIS GPS The accumulation comprises Analysis of station position time series Identification of discontinuities Introduction of station velocities Combination of epoch normal equations Inter-technique combination Station positions, velocities and Earth Orientation Parameters
ITRF2005 / ITRF2008 Kombinationsstrategie am DGFI Input: Datum-free normal equations () Epoch 1 VLBI SLR GPS DORIS Epoch 2 VLBI SLR GPS DORIS Epoch n Multi-year s VLBI VLBI SLR GPS Accumulation of time series SLR GPS Inter-technique combination Station positions, velocities and Earth Orientation Parameters DORIS DORIS GPS The accumulation comprises Analysis of station position time series Identification of discontinuities Introduction of station velocities Combination of epoch normal equations The inter-technique comb. comprises Estimation of weighting factors Selection of local tie vectors Combination of techn.-specific Realization of the geodetic datum
Zeitreihenanalyse und Akkumulation (1/3) Zeitreihe der GPS Station YSSK, Russland (Sakhalin Seismic Belt) Nord [mm] Ost Höhe Hokkaido Erdbeben 25.09.03, Magn. 8.3 Kuril Isl. Erdbeben 15.11.06, Magn. 8.3
Zeitreihenanalyse und Akkumulation (1/3) Zeitreihe der GPS Station YSSK, Russland (Sakhalin Seismic Belt) Nord [mm] Ost Höhe Hokkaido Erdbeben 25.09.03, Magn. 8.3 Kuril Isl. Erdbeben 15.11.06, Magn. 8.3
Zeitreihenanalyse und Akkumulation (2/3) Zeitreihe der GPS Station HOFN, Island 1998 2000 2002 2004 Höhe [m] Antennen- und Empfängerwechsel Zeit [J2000.0] Technik # Stationen # Diskontinuitäten Verhältnis GPS 560 440 79% SLR 122 30 25% VLBI 104 22 21% DORIS 132 48 36%
Zeitreihenanalyse und Akkumulation (3/3) Zeitreihe der SLR Translationsparameter Jahr
verfahrensübergreifende Kombination (1/2) Verteilung der Ko-Lokationen
verfahrensübergreifende Kombination (2/2) a priori 3-D Differenzen zwischen den local ties und den intratechnischen Lösungen für 32 VLBI GPS Ko-Lokationsstationen Station Wettzell
ITRF2008 Stationsgeschwindigkeiten der DGFI-Lösung
Vergleich der ITRF2008 Lösungen: IGN - DGFI R.M.S. Residuen für Stationspositionen und Geschwindigkeiten nach einer 14 Parameter Helmert-Transformation zwischen dem ITRF2008 (IGN) und dem ITRF2008D (DGFI) R.M.S. Residuen DORIS GPS SLR VLBI Positionen [mm] Geschwindigkeiten [mm/jahr] 3.2 1.3 2.0 0.4 1.0 0.2 0.8 0.1 Die Transformationsparameter sind relativ klein (wenige Millimeter bis maximal 5 mm)
Zusammenfassung zum ITRF2008 Der ITRF2008 ist die genaueste Realisierung des terrestrischen Referenzsystems; er ist seit Juni 2010 verfügbar (ITRF2008D: http://www.dgfi.badw.de und ITRF2008: http://itrf.ign.fr). Der ITRF2008 enthält die Positionskoordinaten (Epoche: 2005.0) und konstante Geschwindigkeiten für ca. 900 Stationen. Die hohe Genauigkeit des ITRF2008 wurde durch einen Vergleich der beiden Lösungen vom IGN und DGFI nachgewiesen. Der ITRF2008 liefert damit eine wichtige Grundlage für die präzise Punktpositionierung und die Erforschung des Systems Erde. Um auch kleinste Signale und Folgen des globalen Wandels zuverlässig erfassen zu können (z.b. Meeresspiegelanstieg),sind weitere Genauigkeitssteigerungen erforderlich, die methodische Weiterentwicklungen erfordern.
Nicht-lineare Stationsbewegungen Effekte saisonaler Variationen auf den TRF 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 GPS Station Irkutsk (Sibirien) Δ Geschwindigkeiten bzgl. linearem Modell Beobachtungs -dauer [Jahren] Δ Geschwindigkeit [mm/yr] 0.5-37.5 ± 3.2 1.0-3.7 ± 2.3 2.0 2.7 ± 0.8 3.0-0.3 ± 0.5 Wenn saisonale Variationen vernachlässigt werden, entstehen Fehler in den geschätzten Geschwindigkeiten (z.b. Δt < 2.5 Jahre) systematische Effekte in der kombinierten Lösung Verzerrungen beim Angleichen von Epochenlösungen und regionalen Netzwerken
Ausblick und Forschungsziele Wichtige Forschungsziele sind u.a.: Berücksichtigung nicht-linearer Stationsbewegungen (u.a. saisonale Signale) bei der TRF-Berechnung Weiterentwicklung der Kombinationsstrategien, schnellere Verfügbarkeit des TRF (z.b. zusätzliche Epochenlösungen) Verbesserung der Methoden zur Verknüpfung der Beobachtungsverfahren (einschl. Ko-lokation auf Satellitenebene) Konsistente Bestimmung von TRF, CRF, EOP und niederen harmonischen Koeffizienten des Erdschwerefeldes