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

Produkte

für die Erd-

wissenschaften

Geodynamik, Meteorologie, Globaler Wandel, ...

Konsistente

Parameter-

bestimmung Geokinematik Erdrotation Schwerefeld

Z

Geodätische Referenzsysteme

X

Geodätische

Raumverfahren

Einführung

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

Realisierung des ITRS:

International Terrestrial Reference Frame (ITRF)

Überblick: ITRF-Realisierungen des IERSÜberblick: 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

Stations-koordinaten und EOP von den Diensten (IGS, ILRS, IVS, IDS)

Berechnung von Kombinationslösungen am DGFI und IGN

Vergleich und Validierung der Ergebnisse

ITRF2008 Eingangsdaten

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

DORISIDS / CLS -CNES-GSFC

wöchentliche Lösungen 1993.0 - 2009.0 Minimum

Zeitreihen von Stationskoordinaten und Erdrotationsparametern

ITRF2005 / ITRF2008 Kombinationsstrategie am DGFI

VLBI NEQ

VLBI NEQ

VLBI NEQ

SLR NEQ

SLR NEQ

SLR NEQ

GPS NEQ

GPS NEQ

GPS NEQ

Accumulation of time series

VLBI

NEQ

SLR

NEQ

GPS

NEQ

Epoch 1

Epoch 2

Epoch n

Multi-year

NEQ‘s

Input: Datum-free normal equations (NEQ)

GPS NEQ

GPS NEQ

GPS NEQ

DORIS NEQ

DORIS NEQ

DORIS NEQ

GPS

NEQ

GPS

NEQ

DORIS

NEQ

VLBI NEQ

VLBI NEQ

VLBI NEQ

SLR NEQ

SLR NEQ

SLR NEQ

GPS NEQ

GPS NEQ

GPS NEQ

Accumulation of time series

VLBI

NEQ

SLR

NEQ

GPS

NEQ

Epoch 1

Epoch 2

Epoch n

Multi-year

NEQ‘s

Input: Datum-free normal equations (NEQ)

GPS NEQ

GPS NEQ

GPS NEQ

DORIS NEQ

DORIS NEQ

DORIS NEQ

GPS

NEQ

GPS

NEQ

DORIS

NEQ

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

VLBI NEQ

VLBI NEQ

VLBI NEQ

SLR NEQ

SLR NEQ

SLR NEQ

GPS NEQ

GPS NEQ

GPS NEQ

Accumulation of time series

VLBI

NEQ

SLR

NEQ

GPS

NEQ

Inter-technique combination

Epoch 1

Epoch 2

Epoch n

Multi-year

NEQ‘s

Station positions, velocities

and Earth Orientation Parameters

Input: Datum-free normal equations (NEQ)

GPS NEQ

GPS NEQ

GPS NEQ

DORIS NEQ

DORIS NEQ

DORIS NEQ

GPS

NEQ

GPS

NEQ

DORIS

NEQ

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

VLBI NEQ

VLBI NEQ

VLBI NEQ

SLR NEQ

SLR NEQ

SLR NEQ

GPS NEQ

GPS NEQ

GPS NEQ

Accumulation of time series

VLBI

NEQ

SLR

NEQ

GPS

NEQ

Inter-technique combination

Epoch 1

Epoch 2

Epoch n

Multi-year

NEQ‘s

Station positions, velocities

and Earth Orientation Parameters

Input: Datum-free normal equations (NEQ)

GPS NEQ

GPS NEQ

GPS NEQ

DORIS NEQ

DORIS NEQ

DORIS NEQ

GPS

NEQ

GPS

NEQ

DORIS

NEQ

The inter-technique comb. comprises …

Estimation of weighting factors

Selection of local tie vectors

Combination of techn.-specific NEQ

Realization of the geodetic datum

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

Zeitreihenanalyse und Akkumulation (1/3)

Hokkaido Erdbeben

25.09.03, Magn. 8.3

Kuril Isl. Erdbeben

15.11.06, Magn. 8.3

Zeitreihe der GPS Station YSSK, Russland (Sakhalin Seismic Belt)

Nord

Ost

Höhe

[mm

]

Zeitreihenanalyse und Akkumulation (1/3)

Nord

Ost

Höhe

Hokkaido Erdbeben

25.09.03, Magn. 8.3

Kuril Isl. Erdbeben

15.11.06, Magn. 8.3

[mm

]

Zeitreihe der GPS Station YSSK, Russland (Sakhalin Seismic Belt)

Zeitreihe der GPS Station HOFN, Island

Technik # Stationen # Diskontinuitäten Verhältnis

GPS 560 440 79%

SLR 122 30 25%

VLBI 104 22 21%

DORIS 132 48 36%

Zeitreihenanalyse und Akkumulation (2/3)

Antennen- und

Empfängerwechsel

1998 2000 2002 2004

Höh

e [m

]

Zeit [J2000.0]

Zeitreihe der SLR Translationsparameter

Zeitreihenanalyse und Akkumulation (3/3)

Jahr

Verteilung der Ko-Lokationen

verfahrensübergreifende Kombination (1/2)

verfahrensübergreifende Kombination (2/2)

a priori 3-D Differenzen zwischen den local ties und den intra-technischen Lösungen für 32 VLBI – GPS Ko-

Lokationsstationen

Station Wettzell

ITRF2008 Stationsgeschwindigkeiten der DGFI-Lösung

ITRF2008 Stationsgeschwindigkeiten der DGFI-Lösung

Vergleich der ITRF2008 Lösungen: IGN - DGFIVergleich der ITRF2008 Lösungen: IGN - DGFI

R.M.S. Residuen DORIS GPS SLR VLBI

Positionen[mm]

3.2 1.3 2.0 0.4

Geschwindigkeiten[mm/Jahr]

1.0 0.2 0.8 0.1

R.M.S. Residuen für Stationspositionen und Geschwindigkeiten nach einer 14 Parameter Helmert-Transformation

zwischen dem ITRF2008 (IGN) und dem ITRF2008D (DGFI)

Die Transformationsparameter sind relativ klein

(wenige Millimeter bis maximal 5 mm)

Zusammenfassung zum ITRF2008Zusammenfassung 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 StationsbewegungenNicht-lineare Stationsbewegungen

Effekte saisonaler Variationen auf den TRF

GPS Station Irkutsk (Sibirien)

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

Beobachtungs-dauer

[Jahren]

Δ Geschwindig-keit [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

Δ Geschwindigkeiten bzgl. linearem Modell

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 ForschungszieleAusblick 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 Beobachtungs-verfahren (einschl. Ko-lokation auf Satellitenebene)

Konsistente Bestimmung von TRF, CRF, EOP und niederen harmonischen Koeffizienten des Erdschwerefeldes