Geometrie-Gruppe Manuela Seitz Laura Sánchez Mathis Bloßfeld Detlef Angermann Michael Gerstl Robert Heinkelmann Julián Mora-Diaz Horst Müller Natalia Panafidina

Das DGFI heute:

Globale und regionale Referenzrahmen

Geometrie-Gruppe

Manuela SeitzLaura Sánchez

Mathis BloßfeldDetlef Angermann

Michael GerstlRobert Heinkelmann

Julián Mora-DiazHorst Müller

Natalia PanafidinaVojtech Stefka

Globale Referenzrahmen

Das Internationale Terrestrische Referenzsystem ITRS

Definition• Ursprung im Massenzentrum der Erde• Längeneinheit ist das Meter (SI)• z-Achse ist die mittlere Erdrotationsachse• x- und y-Achse liegen in der Äquatorebene • x-Achse geht durch den Meridian von

Greenwich

Realisierung• durch Positionen und Geschwindigkeiten global verteilter

Beobachtungsstationen der geodätischen Raumbeobachtungs-verfahren: GNSS, VLBI, SLR und DORIS

Internationaler Terrestrischer Referenzrahmen (ITRF)

60 Jahre DGFI - von der Triangulation zur geodätischen Erdsystemforschung, München 25. Juni 2012

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z

y

http://www.globale-evolution.de

x

Der Internationale Terrestrische Referenzrahmen

… ist die Grundlage für • die Beschreibung der Figur der Erde und ihrer Orientierung im Raum• die Referenzierung von Vorgängen auf der Erde und in ihrem nahen

Umfeld (Georeferenzierung)– Geophysikalische Prozesse (Plattentektonik, Erdbeben,

Ozeanströmungen, …)– Satellitenbahnbestimmung

•

• Positionierung, Navigation


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Referenzrahmen berechnet am DGFI: DTRF2008

das Globale Geo- dätische Beo-

bachtungssystem(GGOS)

Geodätische Raumbeobachtungsverfahren


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Global Navigation Satellite Systems (GNSS)

Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite (DORIS)

Satellite Laser Ranging (SLR)

Very Long BaselineInterferometry (VLBI)

http://www.jammisciencescreen.com

http://www.cls.fr

http://igscb.jpl.nasa.gov/network/site/conz.html

http://spie.org/

Wettzell

http://cddis.nasa.gov/

http://spie.org/Images/Graphics/Newsroom/Imported/1398/1398_fig1.jpg


Berechnung des DTRF2008

Strategie

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NGL: Normalgleichung

VLBISession NGL

VLBISession NGL

VLBISession NGL

VLBISession NGL

VLBISession NGL

VLBISession NGL

VLBISession NGL

VLBISession NGL

Analyse der Zeitreihen und Addition der NGL zu einer NGL pro Verfahren

Kombination der Beobachtungsverfahren

VLBISession NGL

SLRWöchentl.

NGL

GNSSWöchentl.

NGL

DORISWöchentl.

NGL

VLBINGL

SLRNGL

GNSSNGL

DORISNGL

Referenzrahmen + ErdorientierungsparameterDTRF2008

Eingangsdaten bereitgestellt von den Internationalen Diensten

Ko-lokationsstationen

Beobachtungen der verschiedenen Verfahren beziehen sich nicht auf gemeinsame Referenzpunkte.

• Die resultierenden Differenzvektoren werden auch als „local ties“ bezeichnet.

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http://www.fs.wettzell.de/

GPS

VLBISLR

Geodätisches Observatorium Wettzell,Bayerischer Wald

• Lokale Messungen sind nötig um die Stationspositionen kombinieren zu können.


http://www.vermessungstechnik.de

DTRF2008: Stationsverteilung7

VLBI 106SLR 122GNSS 559DORIS 132

Gesamt ≈1000

GPSVLBISLRDORIS

61%

14%

13%

12%


Verfahren/Standort4 Verf. 7 3 Verf. 27 2 Verf. 81 1 Verf. 464

Horizontale Geschwindigkeiten

DTRF2008: Geschwindigkeitsfeld8


Regionale Referenzrahmen

Der globale Referenzrahmen wird durch nachgeordnete Referenznetze verdichtet, zur Gewährleistung von:• Grundlage für wissenschaftliche

und praktische Anwendungen hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung;

• Zugang zum globalen Bezugssystem auf regionaler/ nationaler Ebene;

• Erzeugung und Nutzung präziser georeferenzierter Daten (z. Bsp. Validierung von Schwerefeld-Produkten).


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ITRF-Stationen in Lateinamerika (z.Z. 50)

SIRGAS: ITRF-Verdichtung in Lateinamerika

(z.Z. 256 Stationen)

DGFI-Arbeiten in SIRGAS

Kontinuierliche Analyse des Referenzrahmens und Bereitstellung von • wöchentlichen

Stationskoordinaten • Mehrjahreslösungen• Zeitreihen

Verfügbar unterwww.sirgas.org


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MehrjahreslösungSIR11P01

DGFI-Arbeiten in SIRGAS

Modellierung der Erdoberflächendeformationen durch geophysikalische Prozesse z. Bsp.• Plattentektonik• Erdbeben• atmosphärische /

hydrologische Auflastvariationen


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Deformationsmodel für Mittel- und Südamerika

Co-seismische Bewegungen nach dem Erdbeben in Maule, Chile, Februar 2010


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20 cm!

Modellierung seismischer Deformationen


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Vereinheitlichung von Höhensysteme

Kombinierte Analysis von • GNSS-Zeitreihen,• Pegel-Registrierungen,• Satellitenaltimetrie-

Beobachtungen,• Geoid-Modellierung• Nivellements für die Vereinheitlichung der existierenden Höhensysteme


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Vergleich von vertikalen Geschwindigkeiten aus

GPS-Positionierung und Pegel-Registrierungen

Berücksichtigung von nicht-linearen Bewegungen in der Berechnung des Referenzrahmens:• Durch seismische Deformation können aktuelle ITRF- bzw.

SIRGAS-Lösungen in Argentinien, Chile und Uruguay nicht angewendet werden– Zur Zeit einzige Alternative: wöchentliche Stationskoordinaten als

Referenzwerte– Frage: Bezug zum (amtlichen) Bezugsystem vor dem Erdbeben?

Aktuelle Herausforderungen


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AmtlichesBezugsystem

Deformationdurch Erdbeben

AktuelleStationspositionen

?

Globale Referenzrahmen – zeitlich hochaufgelöst

Nicht-lineare (abrupt, saisonal) Stationsbewegungen werden verursacht durch• Instrumentenwechsel Diskontinuitäten• (geo-)physikalische Effekte

bisher nicht oder nicht einheitlich modelliert• Erdbeben, seismische- und post-seismische Deformationen Diskontinuitäten, stückweise lineare Funktionen


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Berücksichtigung saisonaler Stationsbewegungen anhand

• erweiterter (geo-)physikalischer Modellierungen (z.B. hydrologische und atmosphärische Auflastdeformationen)

• erweiterter Parametrisierungen (z.B. halb-, jährliches Signal)


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Modelle: GLDAS (Rodell et al., 2004) & NCEP (Kalnay et al., 1996)

Wettzell (Deutschland)


Berücksichtigung saisonaler Stationsbewegungen anhand

• einer höheren zeitlichen Auflösung der geschätzten Referenzrahmen

Bsp.: globaler Referenzrahmen aus Kombination von GPS, SLR und VLBI


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Differenzen zwischen den Lösungen: bis zu mehreren Zentimetern!

Die Unterschiede wirken sich auf andere mitgeschätzte Parameter aus



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Globale Referenzrahmen – zeitlich hochaufgelöst20

Vorteile von zeitlich hochaufgelösten Referenzrahmen:

• Nicht-lineare Stationsbewegungen werden berücksichtigt und beeinflussen nicht konsistent mitgeschätzte Parameter (z.B. EOP)

• Sehr hohe Geometrietreue & Aktualität der wöchentlichen Netze

Nachteile:

• Geringe Langzeitstabilität im Vergleich zu herkömmlichen Referenzrahmen

• Niedrigere Genauigkeit aufgrund von variierender Anzahl der Stationen und geringerer Anzahl an Beobachtungen

Zusammenfassung

Globale Terrestrische Referenzrahmen, z. Bsp. DTRF2008• sind die Grundlage für viele Arbeiten im Bereich der

Geowissenschaften, für Positionierung und Navigation• werden aus den Beobachtungen geodätischer Weltraumverfahren

(GNSS, VLBI, SLR und DORIS) berechnet

Regionale Referenzrahmen, z. Bsp. SIRGAS • ermöglichen als Verdichtung des ITRF den Zugang zum globalen

Referenzsystem auf regionaler Ebene und gewährleisten eine hohe räumliche Auflösung für die Erdsystemforschung

• sind die Grundlage für regionale Positionierung und damit für die Landesvermessungen sowie für die Navigation

Wochenlösungen der globalen und regionalen Referenzrahmen• berücksichtigen die kurzzeitigen Variationen der Stationspositionen

(jährliche Variationen, seismische und post-seismische Änderungen)• und haben damit Auswirkung auf andere Parameter, z. Bsp. EOP


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Forschungsziele

• bessere Nutzung der individuellen Potenziale der Beobachtungs-verfahren

• Verbesserung der Konsistenz der Referenzrahmen– Globale und regionale Referenzrahmen– Terrestrische und zälestische Referenzrahmen

• Verknüpfung der terrestrischen Referenzrahmen mit existierenden Höhenbezugssystemen globale Vereinheitlichung der Höhenbezugssysteme

Steigerung der Genauigkeit der Referenzrahmen: Ziel sind die Genauigkeitsanforderungen des Globalen Geodätischen Beobachtungssystems (GGOS)


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