Titelmaster
Barbara Görres
Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität BonnInstitut für Geodäsie und Geoinformation
Vom globalen Bezugssystem bis zur Umsetzung für die Praxis
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Schwere-
Geometrie
Erdrotation
feld
Bedeutung von Referenzsystemen Bedeutung von Referenzsystemen
GeodätischeBeobachtungsverfahren
geometrisch gravimetrisch
Produkte für Wissenschaft und Praxis: . Geodäsie, Geodynamik, Globaler Wandel, Geoinformation. …
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Konsequenz inkonsistenter ReferenzsystemeHochgenaue geodätische Referenzsysteme sind unabdingbare Voraussetzung für konsistente Parameterbestimmung
aus D. Angermann, Geometrische Referenzsysteme, INTERGEO 2004, Stuttgart
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Referenzsystem und ReferenzframeReferenzsystem und Referenzframe
Definition des Referenzsystems(engl.: reference system)
durch Konstanten, Modelle,Parameter, . . . (z.B. Lichtgeschwindigkeit,GM, geozentrisches kartesisches System)
Realisierung des Bezugssystemsführt zum Referenzrahmen(engl. reference frame)
durch vermarkte Punkte auf der Erdoberfläche mit geozentrischen Koordinaten X,Y,Zund Bewegungsraten
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Definition des ITRS
Ursprung. Massenmittelpunkt der Erde
Z-Achse: mittlere Rotationsachse (CIO)X-Achse: Schnittgerade aus
Nullmeridian von Greenwich (GAM)und Äquatorebene
Das International Das International TerrestrialTerrestrial Reference Reference System System
(http://www.sapos-bw.de/gps_bezug.htm)
Empfohlene Rechenfläche für den Übergang in ellipsoidische Koordinaten: GRS80 (a=6378137,0m, 1/f=298.257222101)
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3 ITRS Kombinationszentren: IGN, NRCan, DGFI
Dienste
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)
ITRF Lösungen werden berechnet durch Kombination der verschiedenen Beobachtungsverfahren
Realisierung des ITRS durch die Realisierung des ITRS durch die ITRFsITRFs
International Terrestrial Reference Frame
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+ 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
StStäärken der verschiedenen Technikenrken der verschiedenen TechnikenWarum unterschiedliche Beobachtungsverfahren ?
Aber:
An den Fundamentalstationen müssen local ties(lokale Verbindungselemente) zwischen den Beobachtungstechniken mit hoher Genauigkeit bekannt sein (Bsp. Wettzell)
ΔXTerr,ΔYTerr,ΔZTerr
XVLBI, YVLBI, ZVLBI
XGPS, YGPS, ZGPS
(FGS Forschungsprogramm 2006-2010)
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ITRF ITRF -- EntwicklungEntwicklung
Im Abstand weniger Jahre werden aus allen bis zum Jahr yyyy vorliegenden Beobachtungen neue Realisierungen ITRFyyyy gerechnet
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Stationsverteilung ITRF88Stationsverteilung ITRF88
(http://itrf.ensg.ign.fr)
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Stationsverteilung ITRF2008 Stationsverteilung ITRF2008 Integration der Beobachtungsverfahren
(courtesy Altamimi, IGN/France)
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(Angermann et al. 2010)
ITRF2008 Stationsgeschwindigkeiten (DGFI) ITRF2008 Stationsgeschwindigkeiten (DGFI)
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WGS84 WGS84 -- SystemdefinitionSystemdefinition
World Geodetic System:System-Definition ähnlich ITRS
Ursprung: Massenmittelpunkt der Erde (ähnlich ITRS)
Achsen: identisch ITRS
Ellipsoid-Definition enthalten:
Gravitationskonstante und –modell, Winkelgeschwindigkeit, u.v.m.
298.257222101298.2572235631/f
6378137,0 m6378137,0 mgroße Halbachse a
WGS84GRS80Ellipsoid-dimensionen
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WGS84 WGS84 -- ReferenzrahmenReferenzrahmen
Realisierungen des WGS müssten eigentlich WGF heissen!
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
System Rahmen/Frame
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ITRS ITRS WGS84 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
Heute Angabe von
- Broadcast-Ephemeriden im WGS84(G1150)
- präzisen Ephemeriden (IGS final) in ITRF2008
Bsp: Übereinstimmung 1.6.2010
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GLONASS und GalileoGLONASS und Galileo
System-Definition ähnlich ITRS:
298.257839303298.257222101298.2572235631/f
6378136,0 m6378137,0 m6378137,0 mgroße Halbachse a
PE-90WGS84GRS80Ellipsoid-dimensionen
Ursprung: Massenmittelpunkt der Erde
Achsen: identisch ITRS
PZ-90: Parametry Zemli 1990
bzw.
PE-90: Parameters of the Earth 1990Galileo
GTRF: Galileo Terrestrial Reference Frame
(Realisierung von ITRS)
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Regionales Bezugssystem fRegionales Bezugssystem füür Europa ETRS89r 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
Verschiebungsvektoren ETRF
ETRS89 identisch mit ITRS zur Epoche 1.1.1989
Verschiebungsvektoren in ITRF
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ETRF89, erste Realisierung des ETRS89ETRF89, erste Realisierung des ETRS89
ITRF89 enthält 32 SLR- und VLBI-Stationen in Europa Δ
Grundgerüst für ETRS89 durch„Einfrieren“ der Koordinaten dieser Punkte auf dem Referenzzeitpunkt 1.1.1989 (Ausschaltung der Kontinentaldrift)
Realisierung über vermarkte Punkte (EUREF)
ITRF89(89.0)=ETRF89(89.0)
European Terrestrial Reference Frame
(EUREF 1993)
Verdichtung in den Folgejahren durch sogenannte EUREF-Kampagnen
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Realisierung des ETRS89 heute durch das EPN (European Permanent GPS Network)
European Permanent GPS European Permanent GPS Network Network EPNEPN
Seit 2008 gilt das ETRF2000, für das die Koordinaten und Geschwindigkeiten des ITRF2005 in das ETRS89 transformiert wurden.
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EinfEinfüührung von ETRS89 in Deutschlandhrung von ETRS89 in Deutschland
neu:Idee einer mehrstufigen Hierarchie: A-Netz: EUREF-Punkte von 1989B-Netz: Deutsches GPS-Referenznetz C-Netz: Landesnetze
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:
(LVG Thüringen 2007)
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Deutsches GPS-Referenznetz (DREF 1991)
(Lindstrot 1999)
Erste Realisierung von ETRS89 in DeutschlandErste Realisierung von ETRS89 in Deutschland
GPS-Kampagne 1991: 84 NeupunkteAnschluss an Punkte aus EUREF-D/NL93, angegeben in ETRF91(1989.0)
Messung zu früh
Genauigkeit problematisch
Verdichtungsmessung: NWREF 1993
Durchschnittlicher Punktabstand
15 – 20 km
(Geef et al. 1999)
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Kooperation von– ADV– Bundesländern– Bundesamt für Gewässerkunde– Bundesamt für Kartographie und
Geodäsie
Info: http://www.sapos.de
Realisierung über Positionierungsdienste
Satellitenpositionierungsdienst der deutschen Landesvermessung SAPOS
Realisierung von ETRS89 in Deutschland IIRealisierung von ETRS89 in Deutschland II
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SAPOS-Diagnoseausgleichung durch das Bundesamt für Geodäsie und Kartographie I
Realisierung von ETRS89 in Deutschland IIIRealisierung von ETRS89 in Deutschland III
(Faulhaber 2003)
erforderlich, da die SAPOS-Aufbauphase 1995 – 2002 in den Ländern uneinheitlich durchgeführt wurde
- versch. ETRF-Realisierungen- keine länderübergreifenden
Lösungen- ...
Ziel:
deutschlandweiter, homogener, spannungsfreier Koordinatensatz mit einer inneren Genauigkeit von ca. 1 cm
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Realisierung von ETRS89 in Deutschland IIIRealisierung von ETRS89 in Deutschland III
SAPOS-Diagnoseausgleichung II
Durchführung:
Einbindung von
- 8 IGS-Stationen zur Datumsdefinition
- 9 Stationen aus den Nachbarländern
- Beibehaltung der Lagerung im DREF91
Satellitenbahnen in ITRF2000
Epoche 2002.79 (Woche 1188)
Referenzkoordinaten der IGS-Stationen
in ITRF2000 (1997.0)
Referenzkoordinaten der IGS-Stationen in ITRF2000
Epoche 2002.79 (Woche 1188)
geschätzte Koordinaten
der SAPOS-Stationen in ITRF2000
Epoche 2002.79 (Woche 1188)
geschätzte Koordinaten
der SAPOS-Stationen in ETRS89
Epoche 2002.79 (Woche 1188)
Lagerung im System des 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)
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Einführung ETRS89(2002.79) von der AdV empfohlen, aber mindestens, wenn Änderung der Koordinaten größer als 15 mm
Höhendifferenzen: max. 7 cm
Lagedifferenzen: max. 4 cm
Realisierung von ETRS89 in Deutschland IIIRealisierung von ETRS89 in Deutschland IIISAPOS-Diagnoseausgleichung III
Koordinatendifferenzen zwischen amtlichen (alt) und geschätzten Koordinaten in ETRS89 (neu)
(Altiner 2005)
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Nationales Referenznetz für Deutschland
Betreiber: BKG Frankfurt/Main
Ziel: Einheitlicher Raumbezug für DIntegration in ETRS89 und ITRS
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)
German German Reference Reference Frame Frame GREFGREF
Realisierung von ETRS89 in Deutschland IVRealisierung von ETRS89 in Deutschland IV
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Neue Strategie fNeue Strategie füür r
einen einheitlichen Raumbezug des amtlichen einen einheitlichen Raumbezug des amtlichen Vermessungswesens in DeutschlandVermessungswesens in Deutschland
(aus Rubach 2008, für M-V)
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NRW
Komponenten: • Geodätische Grundnetzpunkte im System ETRS89• Referenzstationspunkte im System ETRS89• Höhenfestpunkte 1. Ordnung im System DHHN92• Schwerefestpunkte im System DHSN96
Standardabweichung der Koordinaten der Grund- und Referenzstationspunkte < 5 mm für die Lage< 8 mm für die Höhe
Realisierung des Realisierung des
bundeseinheitlichen Raumbezugsbundeseinheitlichen Raumbezugs
durch ein bundesweit einheitliches Festpunktfelddurch ein bundesweit einheitliches Festpunktfeld
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Neue homogene Bezugssysteme vom Großen ins Kleine
Strenge Aufteilung von Lage und Höhe wird aufgehoben
Auch neue Festpunktfelder sind nicht „wartungsfrei“
säkulare Punktbewegungen
tektonische und anthropogene Punktbewegungen
Wechsel des Instrumentariums
Schluss und AusblickSchluss und Ausblick
Höhenreferenz-systeme