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(GNSS)(GNSS) PositionierungsgenauigkeitPositionierungsgenauigkeit(GNSS)(GNSS)‐‐ Positionierungsgenauigkeit Positionierungsgenauigkeit
undundundund
KoordinatenbezugssystemKoordinatenbezugssystem
Robert Weber (TU‐Wien)( )TU – Wien, 20. Mai 20157. OVN Get‐together
Agenda
GNSS-PositionierungsgenauigkeitGNSS Positionierungsgenauigkeit
Fehlerbudget
Koordinaten – Bezugssysteme
Conclusio
GNSS PositionierungGNSS Positionierung
Quelle: http://www.insidegnss.com/aboutgps
IonosphäreIonosphäre
Troposphäre
Fehlerbudget
• Messverfahren ‐‐ zufällige Fehler • Messverfahren ‐‐ systematische Fehler• (Messverfahren ‐‐ grobe Fehler)
• BZS Fehler – Definition ReferenzrahmenBZS Fehler Definition Referenzrahmen• BZS Fehler – Transformationsparameter• BZS Fehler – AbbildungBZS Fehler Abbildung• BZS Fehler – Inhomogene AbbildungskoordinatenAbbildungskoordinaten
Beobachtungsgleichungen
PSR,i + v S
R,i = SR + S
R,Ion,i + SR,Trop + S
R,rel + c*tR - c*tS
L SR,i + v S
R,i = SR - S
R,Ion,i + SR,Trop + S
R,rel + c*tR - c*tS + i*NSR,i
Die Codebeobachtungsgleichung repräsentiert eine
Streckenmessung mit einem Sensorrauschen von
ca. +/- 20cm
Die Phasenbeobachtungsgleichung repräsentiert eine
Streckenmessung mit einem Sensorrauschen von
ca. +/- 1.5 mm (bei korrekter Lösung der Mehrdeutigkeiten)( g g )
GPS Performance/ Definitions SPS Signal Specifications 2009g p
PDOP Availability:• Requirement - PDOP of 6 or Less, 98% of the Time or Better• Actual - 99.98495%
Horizontal Service Availability• Requirement - 95% Threshold of 17 meters, 99% of the Time or Better
A t l 2 75 t• Actual – 2.75 meters
Vertical Service AvailabilityRequirement 95% Threshold of 37 meters 99% of the Time or Better• Requirement - 95% Threshold of 37 meters, 99% of the Time or Better
• Actual – 3.98 meters
User Range ErrorUser Range Error• Requirement - 4 meters or Less, Constellation Average• Actual - 1.12 meters
Positionsfehler = UERE * DOP
DOP = Maßzahl der Schnittgüte
= Geometrie der sichtbaren Satelliten
Wir unterscheiden entsprechend den Koordinatenkomponentenzwischen
HDOP = Horizontal
VDOP = Höhe
PDOP = 3D Position
GDOP = 3D Position + Zeit
schlechte Geometrie = hohe DOP Zahl (z.B > 8)
h t G t i kl i DOP Z hl < 3 ( i 1 3)sehr gute Geometrie = kleine DOP‐Zahl < 3 (min=1.3)
Erwartbare Genauigkeit der Einzelpunktbestimmung
a) SPS +/‐ 3 m Lage+/‐ 4 m Höhe
b) (SBAS) +/‐ 1m Lage+/ 2 Höh+/‐ 2m Höhe
c) PPP besser als 5cm nachc) PPP besser als 5cm nachKonvergenzzeit
Quelle: K. Huber (INAS,TU‐Graz)
Erwartbare Genauigkeit von Differenzverfahren
a) DGPS Positionierung +/‐ 50 cm Lage+/‐ 80 cm Höhe
b) RTK präzise Positionierung +/‐ 1‐2cm Lage+/ 1 2cm Lage+/‐ 3‐4 cm Höhe
(Code+Phase(Code+Phase,
Initialisierungszeiten 10‐60 sec)
c) Postprocessing +/‐ 2‐3 mm
FehlerbudgetFehlerbudget
• Messverfahren ‐‐ zufällige Fehler • Messverfahren ‐‐ systematische Fehler• (Messverfahren ‐‐ grobe Fehler)
• BZS Fehler – Definition ReferenzrahmenBZS Fehler Definition Referenzrahmen• BZS Fehler – Transformationsparameter• BZS Fehler – AbbildungBZS Fehler Abbildung• BZS Fehler – Inhomogene AbbildungskoordinatenAbbildungskoordinaten
?? Koordinatenbezugssystem ???? Koordinatenbezugssystem ??
ICRS
MGI
Etwas Ordnung ?
ICRS ITRS ETRS PZ90WGS84Systeme:
raumfest ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ erdfest ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
Rahmen: ………ITRF ETRF GTRF
DHDNMGIGeod
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Bezugsepoche beachten ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
CH1903DHDNMGIGeod. Datum: ………CH1903+
Abbildung, Grid: TM GK Lambert UTM ………
Beispiel ICRS / ICRF (raumfest)
GNSS Satellitenbahnen ‐ aber – nicht GNSS‐Koordinatenzielsystem
Beispiel erdfest: WGS84 (GPS) Control Network
Source: http://www.gps.gov/systems/gps/control
(SPS) GPS‐Koordinatenzielsystem ‐ aber ‐ ‚genau‘ genug ?
Beispiel ITRF / ITRF2008 Stationen
GeodätischerglobalerGNSS
http://itrf.ensg.ign.fr/
GNSS ‐Koordinatenrahmen
bp g g
‐aber ‐
Version,Bezugsepoche ?
http://www.iers.org/
…. ….
….
Beispiel ETRF ‐ Koordinatenzeitreihe Graz
Geodätischer Europäischer GNSS Koordinatenrahmen ‐ aber ‐Referenzepoche ‚veraltet‘ ? ITRF – ETRF (2015.0) ca. 65cm !!!
Wesentliche erdfeste Bezugssysteme / BezugsrahmenZusammenfassung
WGS84 (World Geodetic System; GPS – Basissystem): Stationendes GPS‐Systembetreibers (5‐20)GPS P iti i h Diff bild li f t WGS84GPS Positionierung ohne Differenzbildung liefert WGS84Koordinaten (+/- 3m) in Relation zu ITRF Koordinaten
PZ 90‐2 ( Parametry Zemli 1990; Glonass Basissystem): Stationendes GLONASS ‐Systembetreibers (wenige)
GTRF (Galileo Terrestrial Reference Frame)
ITRF (International Terrestrial Reference Frame): mehr als 300ITRF (International Terrestrial Reference Frame): mehr als 300global verteilte Stationen; Genauigkeit ca: 0.5cm; DiePlattenbewegung verursacht Veränderungen der Koordinatenbis zu 8cm /Jahr, deshalb gibt es periodisch neue Versionen desITRF.
( l f ) hETRF (European Terrestrial Reference Frame) : Epoche 1989.0Referenzrahmen für europ. Geodatenaustausch / INSPIRE
RTK: Referenzstationsnetze – Systemaufbau (schematisch)
Koordinatenbezug für Differenzverfahren
Koordinaten gewonnen unter Nutzung von Referenzstationsnetzenbeziehen sich jeweils auf den Referenzrahmen des Netzbetreibersbeziehen sich jeweils auf den Referenzrahmen des Netzbetreibers.
GNSS Echtzeit‐Positionierung mit Differenzbildung (Phase+Code)liefert Koordinaten im (+/‐ 1‐3cm) Genauigkeitsbereichliefert Koordinaten im (+/ 1 3cm) Genauigkeitsbereich.
GNSS (Postprocessing‐Positionierung mit Differenzbildung(Phase+Code) kann bei ausreichend langen Aufstellungszeiten(Phase+Code) kann bei ausreichend langen AufstellungszeitenKoordinaten im (+/‐ 1‐3mm) Genauigkeitsbereich liefern.
(1) Bezugs System Fehler – Definition ReferenzrahmenFragen ( BZS 1) : richtiges Bezugssystem ?
richtige Bezugsepoche ?
(1) Bezugs‐System Fehler – Definition Referenzrahmen
richtige Bezugsepoche ?
Fehler in der Wahl des Referenzrahmens bzw. der Bezugsepoche können Koordinatenabweichungen im Bereich von cm – mehreren dm hervorrufen.
Das geodätische Datum
Transformation in nationales Datum
7‐Parameter T / Helmert T / räumliche Ähnlichkeits T
Modell Bursa‐Wolf
yz X1XX
ITRFxy
xz
LV ZY
11)m1(
ZY
ZY
Modell Molodensky Badekas
P
P
P
P
xz
yz
YX
YYXX
mYX
YX
11
)1(
PITRFPxyLV
ZZZZZ 1
(2) Bezugs‐System Fehler – Transformationsparameter
Fragen ( BZS 2) : richtiges Transformationsmodell ?( 3 Parameter 5 Parameter 7 Parameter)( 3‐Parameter, 5 –Parameter, 7‐Parameter)(Bursa‐Wolf, Molodensky‐Badekas)(Koordinaten‐ oder Achsentransformation)richtiger Parametersatz ?Gültigkeitsbereich des Parametersatzes?Transformationsrichtung (ITRF <‐> MGI)?richtiger EPSG Code ?i h i k d / i hlrichtiger RTCM‐Korrekturdatenstrom/Einwahl………
Fehler in der Wahl des Transformationsmodells bzw. der Transformationsparameter können Koordinatenabweichungen p gim Bereich von m – mehreren km hervorrufen.
Abbildungen
TransversaleMercatorprojektion p j(UTM, GK,..)
LambertSchnittkegelprojektion
Ungewöhnliche Abbildungen
Entwurf von Bretterbauer (Flagge) Retroazimutalprojektion von Hammer
(3) Bezugs‐System Fehler – AbbildungFragen ( BZS 3) : gewählte Abbildung = Landesabbildung ?
richtige Parameter der Abbildung ?richtige Parameter der Abbildung ?
Üblicherweise treten hier keine/wenig Probleme auf außerbei speziellen Landesabbildungen oder unüblicher Wahl derAbbildungsparameter
Inhomogene Abbildungskoordinaten/LandeskoordinatenInhomogene Abbildungskoordinaten/Landeskoordinaten
GK‐ Residuen bezogen auf mittleren TransformationsparametersatzGK Residuen bezogen auf mittleren Transformationsparametersatz
Historisch bedingte Netzspannungen
Historisch bedingte ‚Verzerrungen der Landeskoordinaten‘ können miteinem Residuenrastermodell kompensiert werden. Dieser Residuenrasterkann dem Nutzer mittels RTCM 3.1 in Echtzeit übermittelt werden oderim Postprozessing mit Hilfe eines Transformationsmoduls berücksichtigtim Postprozessing mit Hilfe eines Transformationsmoduls berücksichtigt werden.
(4) Bezugs‐System Fehler – Inhomogene Abbildungskoordinaten(4) Bezugs System Fehler Inhomogene Abbildungskoordinaten
Fragen ( BZS 4) : richtiger Bezugstransformationssatz ?frichtiger Bezugsrahmen für Raster?
Höhenkomponente?F hl ( d Ni htb ü k i hti ) i d W hl dFehler (oder Nichtberücksichtigung) in der Wahl des Bezugstransformationssatzes oder des gewählten Rastermodells können Koordinatenabweichungen im BereichRastermodells können Koordinatenabweichungen im Bereich von dm – mehreren m hervorrufen.
ConclusioConclusio Die dem GNSS‐Sensorsystem und dem Auswertemodell innewohnenden
Fehleranteile sind nur ein Aspekt des gesamten FehlerhaushaltesFehleranteile sind nur ein Aspekt des gesamten Fehlerhaushaltes.
Die Lagerung im gewünschten Bezugssystem bzw. die Umrechnung in d ü ht Abbild t ibt R fü i R ih itdas gewünschte Abbildungssystem gibt Raum für eine Reihe von weiteren möglichen Fehlerquellen, die je nach Problemquelle Koordinatenabweichungen bis zu mehreren km hervorrufen können.
• BZS Fehler – Definition ReferenzrahmenBZS Fehler Definition Referenzrahmen• BZS Fehler – Transformationsparameter• BZS Fehler – AbbildungBZS Fehler Abbildung• BZS Fehler – Inhomogene AbbildungskoordinatenAbbildungskoordinaten
IonosphäreIonosphäre
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Troposphäre
und vertrauen Sie nicht blind Ihrem Transformationsmodul