Bundesamt für Kartographie und Geodäsie Koordinatenreferenzsysteme Informationsveranstaltung DWD...

Bundesamt für Kartographie und Geodäsie

Koordinatenreferenzsysteme

Informationsveranstaltung DWD

Jens Luthardt

Inhalt

▪ Motivation

▪ Koordinatenreferenzsystem - Definition▪ Referenzsystem▪ Koordinatensystem

▪ Referenzsysteme klassisch und gegenwärtig

▪ Transformationen und Konvertierung▪ Helmert-Transformationen▪ gittergestützte Transformationen▪ Genauigkeit der Transformationen▪ Konvertierungen

▪ Zusammenfassung

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Motivation

15.03.2013 DWD - Informationsveranstaltung

Koordinate:B = 50°00'29"L = 8°39'11"

Koordinaten-referenzsysteme:•ETRS89•DHDN•ED50

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KoordinatenreferenzsystemDefinition

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Koordinatenreferenzsystem (DIN EN ISO 19111)

Referenzsystem

umfasst Definitionen, Vereinbarungen, Parameter und Algorithmen, auf deren

Grundlage Koordinaten berechnet werden

Koordinatensystem

mathematische Abbildungsvorschrift zur

Beschreibung der Lage von Punkten im Raum

DefinitionReferenzsystem

▪ Elemente − geodätisches Datum

− Festlegung zu Lagerung eines Koordinatensystem

für ein globales geodätisches Datum Ursprung: Geozentrum X-Achse durch einen definierten Null-Meridian Y-Achse rechtwinklig nach Osten Z-Achse parallel zu Rotationsachse der Erde

− weitere Parameter − Ellipsoid− Nullmeridian− geozentrische Gravitationskonstante− Winkelgeschwindigkeit der Erde

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DefinitionReferenzsystem

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DefinitionKoordinatensystem

▪ gibt an, wie die Koordinaten dargestellt werden

▪ Koordinaten ("Koordinatenarten")− 3D-kartesische− sphärische − ellipsoidische− ebene Koordinaten = Kartenprojektionen− .....

▪ jedem Referenzsystem können theoretisch unendlich viele Koordinatensysteme zugeordnet werden

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DefinitionKoordinatensysteme

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X

Y

Z

8

X

Y

Z

0

LPÄquator

Bez

ugsm

erid

ian

P'

P

große Halbachse a

hEllips

BP

ebene KoordinatensystemeKartenprojektionen

N / E H / R x / y

3D- kartesische X / Y / Z ellipsoidische B / L / h

Referenzsysteme Warum verschiedene ?

▪ Koordinatenreferenzsysteme werden durch verschiedene geodätische Messverfahren realisiert, d.h. es werden Koordinaten für geodätische Messmarken bestimmt

▪ Entwicklung bezüglich Messtechnologien:

Theodolit Sallitenverfahren Ausdehnung:

regional global Genauigkeit :

Meter Millimeter

führt zu einer Vielzahl an bestimmte Bedingungen angepasste Referenzsystemen

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Referenzsystemeklassisch

▪ klassisch− terrestrische Messverfahren− im Wesentlichen beschränkt auf Territorium eines Landes− regionale Referenzsysteme− weiterhin in Verwendung

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Referenzsystemeklassisch

Ellipsoide in Europa

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Ellipsoid Land

Airy 1830 Großbritannien

Airy Modified Irland

Bessel 1841 Deutschland

Bessel NGO 1948 Norwegen

Clark 1880 IGN Frankreich

GRS 67 Ungarn

Hayford 1909 Finnland

Krassovsky 1940 Rumänien

Referenzsystemeklassisch

Nullmeridiane in EuropaBezugspunkt der Länge 0 Grad

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Name Bezug zu Greenwich

Greenwich 0°

Ferro 17°40' westlich Greenwich, westlichste kanarische Insel

Oslo 10°43'22.5" östlich Greenwich

Paris 2°20'14.025" östlich Greenwich

Rom 12°27'08.400" östlich Greenwich

Lissabon 8°07'54.862" westlich Greenwich

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Referenzsystemeklassisch

DHDN - Deutsches Hauptdreiecksnetz▪auch Rauenberg Datum oder Potsdam Datum

▪ Datumspunkt: Potsdam

▪Ellipsoid: Bessel

▪Nullmeridian: Greenwich

▪Verwendung mit− ellipsoidischen Koordinaten

− Gauß-Krüger-Koordinaten

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Referenzsystemegegenwärtig

▪ gegenwärtig − satellitengeodätische (GNSS) und andere Raumverfahren− globale und kontinentale Referenzsysteme und -netze− Realisierungen durch permanente Messstationen

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Referenzsystem gegenwärtig

ETRS89 - European Terrestrial Reference System 1989

realisiert durch ETRFyyyy

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Referenzsysteme gegenwärtig

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ETRS89 Realisierung durch das Integrierte geodätische Referenznetz Deutschlands GREF des BKG

GNSS-Messnetz von ~ 25 Stationen davon 4 in Messfeldern des DWD (Göttingen, Lindenberg, Diepholz, Hof) für • Stützung GNSS-Positionierungssystemen

wie den Satellitenpositionierungsdienst der Landesvermessung SAPOS

• Verknüpfung mit kontinentalen und globalen Referenzsystemen

• Verbindung zu den Referenzsystemen für Höhe und Schwere

Referenzsystemegegenwärtig

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ETRS89 Realisierung durch den Satellitenpositionierungsdienst der deutschen Landes-vermessung SAPOS

• ~ 270 GNSS-Referenzstationen• Differentielle GPS-Nutzung in

Echtzeit in verschiedenen Genauigkeitsstufen

• Nutzung im Postprocessing für hochgenaue geodätische Anforderungen

Quelle: Landesbetrieb Geoinformation und Vermessung Hamburg

KoordinatenreferenzsystemETRS89

▪ Einführung des ETRS89 als einheitliches Koordinatenreferenzsystem in Deutschland und Europa entsprechend− den Beschlüssen der Arbeitsgemeinschaft der

Vermessungsverwaltungen der Länder (AdV) − den Technischen Richtlinien des

Bundesgeoreferenzdatengesetz BGeoRG − der INSPIRE-Richtlinie (Infrastructure for Spatial Information in

the European Community) als Koordinatenreferenzsystem für gesamteuropäische und länderübergreifende Aufgaben

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KoordinatenreferenzsystemETRS89

▪ ETRS89− Ursprung: Erdmittelpunkt− Ellipsoid: GRS80− Nullmeridian: Greenwich− Verwendung mit den Koordinatensystemen

− ETRS89_XYZ− ETRS89_Lat-Lon− ETRS89_UTM<zn> bzw. ETRS89_TM<zn> zn…Zonennummer− ETRS89_LCC konische Lambertabbildung(en)− ETRS89_LAEA flächentreue Lambertabbildung

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Beziehungen zwischen Koordinatenreferenzsystemen

Transformation Übergang zwischen

Referenzsystemen z.B. DHDN nach ETRS89

Berechnung von Transformationsparametern aus Koordinaten von identischen Punkten

unterschiedliche Realisierungen möglich

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Konvertierung Übergang zwischen den

Koordinatensystemen bei gleichem Referenzsystemz.B. DHDN / Breite-Länge nach DHDN / Gauß-Krüger

Berechnung mit wohl-definierten Parametern

eine Realisierung

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Transformation und Konvertierung

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Beispiel

DHDN Gauß-Krüger-Koord.

ETRS89UTM

ETRS89ellipsoidische Koord.

DHDNellipsoidische Koord.

DHDN3D-kartesische Koord.

ETRS893D-kartesische Koord.

Konvertierung

Konvertierung Konvertierung

Konvertierung

TransformationHelmert 7 Par

Transformationgitterbasiert

h fiktiv

TransformationHelmert

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TransformationHelmert

7-Parameter-Helmert-Transformation 3 Verschiebungen 3 Rotationen 1 Maßstabsfaktor

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12,12

1

1

1

1

Z

Y

X

m

Z

Y

X

Z

Y

X

xy

xz

yz

Transformation HelmertDHDN nach ETRS89

▪ Berechnung aus identischen Punkten

▪ Koordinaten in DHDN und ETRS89

▪ Transformationsgebiete− Deutschland

< 3 m− Nord / Mitte / Süd / Ost

< 1 m

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Transformationgitterbasiert

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Länge

Breite

Stützpunktgitter dB / dL

Neupunkt mitinterpolierter Verschiebung

Transformationgitterbasierte

▪ BeTA2007 – Bundes-einheitliche Transformation 2007 der AdV

▪ gitterbasierte Lösung für Deutschland

▪ Berechnung der Shiftwerte der Gitterpunkte in jedem Bundesland mit Helmerttransformationen

▪ gewichtete Mittelung bei Gitterpuntken in verschiedenen Bundes-ländern nach Flächenanteil

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TransformationGenauigkeiten

Transformation von DHDN nach ETRS89▪ 7 Parameter Helmert

− Deutschland < 3 m − Deutschland Nord / Mitte / Süd / Ost < 1 m − Bundesland z.B. Sachsen Ost / West < 1 dm

▪ Gitterbasierter Ansatz − Deutschland

− BeTA2007

− Gitter 6'00" x 10'00"

− Genauigkeit < 1 m

− z.B. Bundesland Sachsen − SäTA2010

− Gitter 1 '30" x 2'30"

− Genauigkeit < 4 cm

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Konvertierung

▪ immer nur eine Realisierung

▪ Berechnung mit wohldefinierten Parametern

Beispiel:

Berechnung kartesischer Koordinaten aus ellipsoidischen Koordinaten im ETRS89

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ETRS89 Breite / Länge / ellip. Höhe

ETRS89X / Y / Z

Konvertierung

Konvertierung

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2

2 2

2

cos cos

cos sin

1- sin

1mit N =

a(1-e sin )

und e = 2f-f

N h B LXN h B LY

Z N e h B

B

a... große Halbachse des Ellipsoids GRS80f …Abplattung des Ellipsoids GRS80

ZusammenfassungKoordinatenreferenzsysteme

▪ Koordinatenreferenzsysteme bestehen aus Referenzsystem (Bezug zu Erde) und Koordinaten-system (mathematische Darstellung der Koordinaten)

▪ zu jeder Koordinatenangabe ist die Kenntnis von Referenzsystem und Koordinatensystem notwendig

▪ es existieren eine Vielzahl von Koordinatenreferenz-systemen in Europa und Deutschland

▪ einheitliches Koordinatenreferenzsystem für Europa und Deutschland: ETRS89

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ZusammenfassungTransformation und Konvertierung

▪ durch Transformation ist der Übergang von einem Referenzsystem in ein anderes möglich

▪ die Transformation kann unterschiedliche Realisierungen aufweisen

▪ durch Konvertierung erfolgt bei gleichem Referenzsystem ein Änderung des Koordinatensystems

▪ die Konvertierung hat immer eine eindeutige Realisierung

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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Kontakt

Bundesamt für Kartographie und GeodäsieAussenstelle LeipzigKarl-Rothe-Str. 10-1404105 Leipzig www.bkg.bund.de

Referat G3

0341 / 56 34 - 431 Jens Luthardt jens.luthardt@bkg.bund.de

TransformationsdienstGDZ

▪ Geodatenzentrum - Lagetransformation

Informationssystem für Koordinatenreferenzsysteme in Deutschland

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Informationssystem CRS-EU

www.crs-geo.eu

ebene Koordinatensysteme

UTM-Koordinatensystem

ebene Koordinatensysteme

Gauß-Krüger-Koordinatensystem (3 Grad System)

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KRS in Europa

Koordinatensysteme

Referenzsystem Global

ITRS - International Terrestrial Reference System

realisiert durch ITRFyyyy (F...Frame)

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ITRF StationenQuelle: itrf.ensg.ign.fr

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Koordinatenreferenzsysteme in Deutschland

DHDN - Deutsches Hauptdreiecksnetz▪ auch Rauenberg Datum, Potsdam Datum

▪ Datumspunkt: Potsdam

▪ Orientierung: Azimut nach Berlin Marienkirche

▪ Ellipsoid: Bessel

▪ Nullmeridian: Greenwich

▪ Verwendung in Geodäsie und Vermessung mit− ellipsoidischen Koordinaten− Gauß-Krüger-Koordinatensystem (3-Grad-Streifen)

Koordinatenreferenzsysteme in Deutschland