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Titelmaster

Barbara Görres

Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität BonnInstitut für Geodäsie und Geoinformation

Vom globalen Bezugssystem bis zur Umsetzung für die Praxis

INTERGEO-Akademie 2010 – Köln

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Görres: Bezugssysteme ...

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


geschätzte Koordinaten

der SAPOS-Stationen in ITRF2000


geschätzte Koordinaten

der SAPOS-Stationen in ETRS89


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

vom globalen bezugssystem bis zur umsetzung für die … · rheinische...

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