Armasuisse Bundesamt für Landestopografie swisstopo Grundlagen und Permanentnetze: Fokus auf AGNES...

armasuisseBundesamt für Landestopografie swisstopo

Grundlagen und Permanentnetze:Fokus auf AGNES – GLONASS Erweiterung

kleine Retrospektive

E. Brockmann, D. Ineichen, S. Schaer

2 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

Inhalt

• AGNES-Umstellungen- Planung / Ablauf- Doppelstationen

Gründe Beispiel ZIM2

- BSW5.0 +

• Nutzen- Tages-Auswertungen- Kinemtische Auswertungen- Troposphäre- Positionierungsdienst

3 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

GPSAGNES: Automatisches Netz Schweiz

GNSSG S

4 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

Retrospective AGNES-II: Jahr 2006

• Feb. 06: Ankündigung Trimble, Leica: GNSS-Empfänger• 14.7.06: Testempfänger Trimble NetR5 +

Leica Rover GNSS Upgrade + 10 Tage GNSS-Kampagne in Zimmerwald + GNSS-Auswertetests EUREF

• GL-Antrag 22.8.06 akzeptiert• Ende 2006: Testphase abgeschlossen+ Kaufentscheid +

Beschaffung: Trimble GNSS als Ablösung

Motivation für schnelle Vorgehensweise: Erhöhte Verfügbarkeit für swipos- Positionierungsdienstund moderne Infrastruktur

5 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

Vorarbeiten zur Umstellung

• Absolute Antennenkalibrierung mit Roboter der Firma Geo++

34 individuelle Antennen + IGS Werte ( )

Elev.-abhängige PhasenzentrumsvariationenGPS (individuell) + GLONASS (Gruppe)

[mm] keine

“Ausreisserantenne”

6 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

Absolute Antennenkalibration

Elev.-Azim.-abhängige Phasenzentrumsvariationen GPS (individuell) + GLONASS (Gruppe)

7 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

GNSS-Auswertungen mit Bernese GPS Software bei swisstopo

network (#stations) Verfügbarkeit Kommentar

EUREF Teilnetz (40) 100 %täglich

Referenzrahmen Europa

AGNES + Teilnetz EUREF (90)100 %täglich Referenzrahmen Schweiz

AGNES + Teilnetz EUREF (80) 98 %stündlich Monitoring + Wettervorhersage

8 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

GLONASS-Auswertungen für EUREF

• swisstopo‘s offizieller Beitrag mit GLONASS (amb. float) seit GPS Woche 1400 (Nov. 2006)

• Orbit Information von CODE (kein kombiniertes Produkt vom IGS verfügbar)

WTZR

9 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

10 Doppelstation

ARDEBOURDAVOETHZFRICHOHTMARTSAANSTABZIMM

• Doppelstation als Kompromiss der Echzeitanwendungen swipos (höhere Verfügbarkeit) und der Bedürfnissen der Referenzrahmenkontrolle (“Stationsbewegungen”).

10 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0 5 10 15 20

time [years]

Fo

rma

l e

rro

r [m

m /

ye

ar]

no antenna change

antenna change + jump

antenna change + jump known with 4 mm rms

antenna change + jump known with 0.4 mm rms

antenna change + jump known with 0.04 mm rms

Geschwindigkeitsgenauigkeiten bei Antennenwechsel

GLONASSGALILEO

Neue Technologie alle 5-6 Jahre ?

?

3 Jahre kontinuierlich = 10 Jahre mit 2 Wechseln

3n

Annahme: - gleiche Geschwindigkeit vorher und nachher - “gute” Zeitserien

12 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

Geschwindigkeitsbestimmung AGNES

Relative Geschwindigkeits-”Constraints”: 0.001 mm/Jahr

13 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

ZIM2

• Ebenfalls wie ZIMM: IGS- und EUREF-Station• Tagesfiles, Stundenfiles und Sekunden-NTRIP

Datenlieferung

ZIMMZIM2

14 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

ZIM2: Beton-Fundament (8.9.07)

15 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

ZIM2: Betonfundament (fertig 13.9.07)

16 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

ZIM2: Mastaufbau (20.9.07)

•

17 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

ZIM2: Antenneninstallation (9.11.07)

18 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

AGNES: Stationssoftware GPSBase

19 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

ZIMM / ZIM2 ZeitserieZIMM ZIM2

20 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

Aktivitäten AGNES-II 2007

• 14. Juni (PAYE) – 2. Juli (GENE): 20 Stationen umgestellt• 7. Aug.: Aktivierung GNSS für swipos Positionierungsdienst • Nov. 06 –Okt. 07: GNSS-Auswertungen Rechenzentrum

- Bernese 5.0 - > Bernese 5.0 +

“Bugs” (SNGDIF, CODSPP, MAUPRP, GPSEST) Improvements (Extraktionsprogramme) Basislinienoptimierungen

- Sept.: Mehrdeutigkeitslösung AGNES/EUREF- Okt.: Mehrdeutigkeitslösung Stundenauswertungen

• Aug. – heute: Bau von Doppelstationen (1 fehlt noch)• 18. Dez.: neue AGNES-Koordinaten und Informationen auf

neuem Webportal swisstopo (CMS)

21 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

Beispiel Basislinienoptimierung

Maximum Observation

↓Maximum Observation /

Short Baselines /GNSS Baselines

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AGNES Erweiterung mit GLONASS

Auswertungen GNSS

• GNSS Mehrdeutigkeitslösung (keine Mehrdeutigkeiten GPS-GLO) seit Sept./Okt. 2007:- QIF < 2000 km: 60 – 90 % (nur gleiche Frequenzen)- L5/L3 < 200 km: 90 – 100%- L1/L2 < 20 km: 95 – 100%

• Kombination GPS und GLONASS: a) GPS-only + GLONASS-only + NEQ stacking oder b) direkt in einem Guss ausgewertet

• „Schweizerische“ Auswertungen: Weiterführung der Lösungen, die auf reltiven Antennenmodellen basieren (solange kein Reprocessing und solange die LV95-Koordinaten auf rel. Koordinaten beruhen)

23 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

Referenzrahmenstabilität

Station Luzern (Antennenwechsel 11. Juli 2007 -> Sprung in Zeitserie)

24 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

Referenzrahmenstabilität:Koordinatendifferenzen zu den offiziellen Koordinaten

Doppelstationen sichern Konsistenz des nationalen Referenzrahmens und ermöglichen ein genaueres Monitoring der Langzeitserie (Tektonik)

-30

-20

-10

0

10

20

30

AN

DE

EP

FL

FA

LE

FH

BB

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BG

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CX

ST

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ZE

RM

Dif

fere

nc

e [

mm

]

NorthEastUp

• Neue Koordinaten für 20 ersetzte Stationen: Summe aus Antennenwechsel, Rundungsdifferenz und Stationsverschiebung

25 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

GPS / GNSS Post-Processing AuswertungenWiederholbarkeiten aus 315 1-Tagesauswertungen: Nord

0

1

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3

4

AN

DE

AR

D2

DA

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EP

FL

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FA

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HO

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KR

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NE

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RG

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ST

CX

ST

GA

ZE

RM

ZIM

2

RM

S [

mm

]

GPS onlyGPS+GLONASSGLONASS only

26 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

0

1

2

3

4

5

6

North East Up

RM

S [

mm

]

GPS only

GPS + GLONASS

GLONASS only

Mean RMS of 23 stations, 315 days

Wiederholbarkeiten aus 315 1-Tagesauswertungen: Summary

GPS / GNSS Post-Processing Auswertungen (2)

27 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

GPS / GNSS Post-Processing Auswertungen (3)Konsistenz zwischen den Lösungen

Mittel von zwei 315-Tageskombinationen

3-P Helmert von 23 Stationen

North [mm] East [mm] Up [mm]

GPS vs. GNSS 0.3 0.2 0.8

GLONASS vs. GNSS 0.7 1.0 2.7

GPS vs. GLONASS 1.0 1.2 3.4

28 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

Einfluss GLONASS auf Troposphären-Parameter• GPS+GLONASS gegenüber GPS-only: nur minimaler Einfluss

• Ähnliches gilt auch für die Near-realtime Lösungen (8 Stunden Intervalle jede Stunde)

bias: 0.06 mm

std: 0.9 mm

# comp: ~11’000 h

29 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

Validierungen Troposphäre (ZIM2)

Neu: Radiosonden-Daten als Vergleich in Europa über EUMETNET für Wissenschaft verfügbar (11 Kollokationsstationen für swipos Netz)

30 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

Kinematische Lösungen: Vorgehen

• 7 Tage: Stundenlösungen• Mehrdeutigkeiten und Troposphäre aus NRT-8-

Stundenlösungen• Epochenweise Koordinatenbestimmung (Simulation des

maximalen Genauigkeitsgewinns bei der Positionierung) • Vergleich GPS mit GPS+GLONASS

31 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

Kinematische Lösungen:Residuen von GPS vs. GNSS

Station San Bernardino, 7 Tage, 19‘000 Positionen

North

East

Mehrdeutigkeiten aus post-processing übernommen

32 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

Kinematische Lösungen:Einfluss von GNS auf die RMS Werte

0

2

4

6

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10

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14

AN

DE

AR

D2

DA

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EP

FL

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FA

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ST

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RM

ZIM

2

[mm

]

GPS only

GNSS

Verbesserung von allen Koordinatenkomponenten aller Stationen mit zusätzlichen GLONASS-Beobachtungen

33 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

Kinematische Lösungen:Verbesserung durch GLONASS Daten

Nord Ost Höhe

RMS GPS 7.3 mm 5.4 mm 12.4 mm

RMS GNSS 6.0 mm 4.8 mm 10.8 mm

Verbesserung 17 % 11 % 13 %

Mittelwerte aus 7 Tagen, 24 Stationen:

• Gewinn ca. „Wurzel n“• Gewinn bis zu 30% für Nord, 13% für Ost, und 16% für Höhe vor

allem bei Gebirgsstationen mit eingeschränktem Horizont• Gewinn durch vereinfachte Mehrdeutigkeitslösung noch nicht

realisiert

34 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

Netzzusammenführung swisstopo / SwissatStationsnetz

35 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

swipos Kundenwachstum

• Inklusive der 2007 übernommenen Swissat Kunden

swipos: Lizenzenwachstum

11 1830

97

166

287

388

0

50

100

150

200

250

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350

400

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Jahr

An

zah

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zen

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

36 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

Status AGNES-Umstellung GLONASS

„Doppelstation“: Neuer Standort für GNSS AntenneGNSS und GPS werden parallel betrieben

„Normale Station“:GNSS Empfänger und Antenne neu installiert

„Doppelstation“: GNSS noch nicht instaliert

Neue GNSS-Hardware:

Trimble NetR5 Empfänger und Zephyr GNSS Antennen

37 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

Zusammenfassung

• 28 GNSS-AGNES Stationen sind operationell und Daten sind integriert in Auswertezentrum (BSW 5.0+) und swipos - Positionierungsdienst

• Schnelles Vorgehen (Vergleich zu EU)• Resultate sind vergleichbar; Gewinn durch GLONASS ist

noch recht bescheiden; Potenzial im Real-time vorhanden vor allem bei schwierigen Messbedingungen

• Antennenwechsel und die Sprünge in Zeitserien muss man in Kauf nehmen - Milderung durch Doppelstationen

38 Bundesamt für Landestopografie swisstopo

AGNES Erweiterung mit GLONASS

GNSS in Zukunft

11-Jahres-Zyklus

GLONASS in AGNES

Galileo operatione

ll