Nutzung der RTK-GPS-Technik und des SAPOS-Dienstesnetzwerk.lo-net2.de/lfvt/Fortbildung/GPS/60rtk_sapos_erfahrungen_stadt_essen.pdf · Amt für Vermessung, Kataster und Stadterneuerung

Amt für Vermessung, Kataster und Stadterneuerung

Nutzung der RTK-GPS-Technikund des SAPOS-Dienstes

Informationsveranstaltungder Bezirksregierung Düsseldorf

am 17.April 2002

Rainer SchepersAmt für Vermessung, Kataster und Stadterneuerung Essen

2


SAPOS-Ausbau in NRW

3


HEPS-Ausrüstung desStadtvermessungsamtes

• 2 Leica Sensoren SR 399 (E),Zweifrequenzempfänger, 9 Kanäle, 2 externeAntennen AT 302

• 2 Controller: Leica CR 344 (Firmware Version 3.65-DE)

• 2 Siemens M20-Boxen (Anfang Dezember 2001geliefert)

• 2-m-Band Funkmodem: HDR 2000 von MicroCom• 1 SAPOS-Decoder• Zusätzliche Ausrüstung: 2 Tragegestelle mit

Rucksack und Lotstock mit Dreibein-Strebenstativ

4


5


ETRS89-Voraussetzungen im StadtgebietEssen

• 1997: 1 NWREF-Punkt, 1 SAPOS-Station (seit 12/1997)• 1998: Bestimmung von 18 TP im ETRS89 (Hierarchiestufe

D) durch statische Messung (Aufstellungsgruppen)innerhalb einer NWREF-Masche

• 1999 / 2000:– Verdichtungsmessung zur Bestimmung weiterer 22 TP

im ETRS89 (Hierarchiestufe D),– statische Bestimmung von 224 AP(1) (im Netz77

bekannt) über das Stadtgebiet verteilt(Transformationsnetz)

�� d.h. 1,25 Punkte/km² (ETRS89/Netz77)

6


• Einsatz im AP-Feld– Bestimmung von AP(2), ALK-

Passpunktgewinnung– Einrechnung vorhandener Nachweise

• Einsatz bei Fortführungsvermessungen– Aufgabenbeschreibung– Arbeitsabläufe und Auswertewege– Ergebnisvergleiche

• Ergebnisse der Pilotvernetzung– Durchführung von 3 Fortführungsvermessungen

• Resümee

SAPOS-HEPS im VP-Feld

7


Einsatz im AP-FeldALK-Passpunktbestimmung mittels SAPOS-HEPS• Ziele

– Schaffung von ALK-Passpunkten (AP 2) im Netz 77– Kostengünstig, geringer zeitlicher Aufwand– Lagegenauigkeit < 5 cm

• Ausgangssituation im Netz 77– Grösse des ALK-Arbeitsgebietes ca. 13 km2

– vorhandenes Netz 77� TP-Feld bis zur 4. Ordnung� AP 1-Feld im 500 m-Punktabstand� einzelne AP 1

8


Lageabweichung zu 51 AP1Soll: konventionelle AP-Bestimmung

Ist: GPS-HEPS

05

10152025303540

AP 1

dL(m

m)

9


Einsatz im AP-FeldEinrechnung vorhandener Nachweise aufgrundAP-Bestimmungen mittels SAPOS-HEPS

• 2 HEPS-Kontrollpunkte und 14 HEPS-Neupunktewurden für die Neuberechnung einer vorliegenden AP-Netz-beobachtung als bewegliche Anschlusspunkte(0,03m) benutzt.

• Verbesserungen der beweglichen Anschlusspunkte:in Y: 1 < 7 < 15 mmin X: 3 < 15 < 22 mm

10


Einsatz im AP-FeldEinrechnung vorhandener Nachweiseaufgrund AP-Bestimmungen mittels SAPOS-HEPS

• Im Anschluss an diese AP-Bestimmung wurden10 Fortführungsrisse der Jahre 1971-1993 mitKAFKA ausgewertet

• Es wurden 40 GP und 113 GebP neu im Netz 77berechnet

• Davon hatten 148 VP ein LSP < 0,030 m

11


FortführungsvermessungAufgabenstellung

• Teilung im Hinterlandbereich, ca. 45 m hinterder Straßengrenze liegend.

• Das AP-Feld ist im Netz 77 fertiggestellt

• Für die vorhandenen Grenzpunkte lagen nochkeine Koordinaten vor.

12


FortführungsvermessungArbeitsablauf, Auswertung

• Vorabberechnung von Grenzpunktkoordinaten imNetz77 aus bisherigen Katasterunterlagen mitKAFKA, soweit es möglich ist

• Vorabberechnung von Transformationsparameternüber vorhandene Passpunkte der Netze ETRS 89 -Netz 77

• Direktes oder indirektes Abstecken deraufzusuchenden Grenzpunkte mittels GPS(SAPOS-HEPS-Dienst)

• Die restlichen Grenzpunkte wurden konventionellnach dem Katasternachweis aufgesucht

13


• Konventionelle tachymetrische Aufmessung der16 Grenzpunkte im Netz77 über insgesamt 12Standpunkte und Auswertung mit demProgrammsystem KAFKA

• Die ermittelten Koordinaten wurden als Soll-Koordinaten für weitere Vergleiche zu GPS-Bestimmungen genutzt

FortführungsvermessungArbeitsablauf, Auswertung

14


FortführungsvermessungArbeitsablauf (HEPS-Messung)

• GPS-Bestimmung von 4 AP und 1 TP (örtliche Nach-barschaft) im System ETRS 89 zur Erzeugung vonörtl. Transformationsparametern

• Örtliche GPS-Aufnahme von 7 Hilfspunkten und 4Grenz-punkten im System ETRS 89

• Mittels KAFKA-Modul KAFGPS werden diese X,Y,Z-Koordinaten als Transformationsblock in die KAFKA-Auftragsdatei überführt und ausgeglichen

15


Fortführungsvermessung1. Auswertungsvariante (HEPS / terr. Messung)

• Zunächst wurden zur Auswertungnachbarschaftliche Transformationsparameterbenutzt (GPS1.dat)

• Der Anschluß an das Netz 77 erfolgte ausschließlichüber GPS-Bestimmungen (Bild 1)

• Bei 2 Grenzpunkten ergaben sich Lagedifferenzenvon 20 bzw. 25mm zu den “Soll-Koordinaten”, beiden übrigen waren die Lagedifferenzen < 20mm(Tabelle)

16


17


Koordinatenvergleich Soll: tachymetrische Messung; Ist: tachymetrische Messung mit reinem GPS Anschluss

-30

-20

-10

0

10

20

30

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Vergleichs GP

Verb

esse

rung

in m

m

Verbesserung Y

Verbesserung X

Verbesserung absolut

18


• Zur weiteren Auswertung wurde die Anzahl der zurOrientierung notwendigen Anschlusspunkte auf 2 GPS-bestimmte Hilfspunkte und 2 GPS-bestimmteGrenzpunkte reduziert (Bild 2)

• Bei dieser Auswertung betrugen die maximalen Lage-differenzen zu den “Soll-Koordinaten” 18 mm, die derdirekt mit GPS bestimmten Grenzpunkte 7 mm bzw. 12mm

Fortführungsvermessung2. Auswertungsvariante (HEPS / terr.Messung)

19


20


-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Vergleichs GP

Verb

esse

rung

mm

Verbesserung Y

Verbesserung x


Koordinatenvergleich Soll: tachymetrische Messung; Ist: tachymetrische Messung mit reduziertem GPS Anschluss

21


Fortführungsvermessung3. Auswertungsvariante (HEPS / terr. Messung)

• Es wurde die Möglichkeit untersucht, dieTransformation nicht über unmittelbar in derNachbarschaft liegende, örtlich gemessenePasspunkte durchzuführen.

• Als Passpunkte dienten 4 AP, die im Rahmen vonVerdichtungsmessungen (Aufbau D/E-Ref) im ETRS89 von der Stadt Essen bestimmt worden waren(GPS2.dat).

• Der Abstand der Passpunkte vom Messgebiet betrugbis zu 1,2 km.

22


• Zur Anbindung an das Netz 77 wurden wie in der 2.Aus-wertevariante je zwei Hilfs- und Grenzpunkte mitSAPOS-HEPS benutzt.

• Die Aufnahmeanordnung der übrigen Grenzpunktewurde wie vorher beibehalten.

• Der Vergleich brachte Lagedifferenzen von bis zumaximal 21 mm zu den “Soll-Koordinaten” (Bild 3)

• Die Lagedifferenzen der beiden direkt mit GPSbestimmten Grenzpunkte betrug 5 mm bzw. 9 mm(Tabelle)

Fortführungsvermessung3. Auswertungsvariante (HEPS / terr.Messung)

23


24


Koordinatenvergleich Soll: tachymetrische Vermessung; Ist: tachymetrische Messung mit GPS-Anschluss ans D-Ref

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Vergleichs-GP

Verb

esse

rung

mm

Verbesserung Y

Verbesserung X


25


Vergleich der absoluten Verbesserungen

0

5

10

15

20

25

30

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Vergleichs-GP

Verb

esse

rung

in m

mreiner Gps-Anschluss

reduzierter GPS-Anschluss

GPS-Anschluss D-Ref

26


Teilungsvermessung (März 2002)

• AP-Netz (Netz77) im nördl. Bereich vorhanden• zusätzliche Bestimmung von HEPS-Punkten

– durch vorberechnete TransformationsparameterBestimmung von Netz77-Koordinaten in derÖrtlichkeit (Kontrollpunkt)

– zusätzlicher Netzanschluss für die terrestrischeMessung

– Nachweis der HEPS-Messung in einer VP-Liste(FortfVErl.)

• Auswertung der terrestrischen Messung in KAFKA(HEPS-Punkte als feste Anschlusspunkte)

27


Protokoll der 7-Parameter-Transformation

System A - Koordinatenliste: TRANSFORM-ETRSSystem A - Ellipsoid : WGS 1984System B - Koordinatenliste: TRANSFORM-GK77System B - Ellipsoid : BesselTransformations-Modell : Bursa - Wolf

Ursprung der Rotation X0: 0.000 mY0: 0.000 mZ0: 0.000 m

Anzahl der Passpunkte: 5

Parameter der Transformation mit Standardabweichung

Nr. Parameter Wert Std.-abw. Einheit

1 Verschiebung dX -578.922 20.0297 m2 Verschiebung dY -270.534 27.0692 m3 Verschiebung dZ -296.499 18.8588 m4 Rotation um X 6.104059 0.7747 ["]5 Rotation um Y -1.862439 0.7011 ["]6 Rotation um Z -5.758318 0.6877 ["]7 Maßstab -21.039277 2.6543 [ppm]

Sigma a priori : 1.0000Sigma a posteriori : 0.0055

Geodätische Residuen [m]

Punkt Nr. Breite Länge Höhe

7504100043 -0.0086 0.0044 -0.00147604100067 0.0023 0.0009 0.00227605100519 0.0032 0.0031 0.00027603100082 0.0055 -0.0001 -0.00314508000706 -0.0024 -0.0082 0.0021

28


29


30


Ausdruck aus KAFKA-AuftragsdateiPROJEKT: Elsterbuschstrasse (38963-731)1 5 2 1 0.002 0.02 2. 1. 0.5 -13.35 80. 0.008 2.1 4 0 0 0.004 0.0002 0.001 0.005 0.003 1. 0.3 0.2 0.

1 (I1,I4,I4,I1,F05.0,2(F13.3),F6.3,F10.4,A)1 7504100089 2575842.805 5704685.525 0.1501 7504100090 2575767.742 5704741.754 0.1501 7604100073 2576084.442 5704597.779 0.1501 9999890001 2575977.782 5704584.006 0.015 78.76301 9999890002 2575941.816 5704596.403 0.015 77.82701 9999890003 2575906.628 5704620.221 0.015 75.48101 9999890004 2575975.775 5704506.080 0.015 78.1930

-992 (I1,2(1X,I4,I4,I1,F05.0),2(F11.5),4F6.3)C DATENUEBERNAHME AUS j38963te.REC ( 04.03.2002 08:05 )3 7504100089 7504100090 0.00000 93.7821 1.000 1.0003 9999890000 194.77700 122.3046 1.000 1.0003 9999890003 9999890001 0.00005 79.8222 2.000 2.0003 9999890002 7.91490 42.4903 1.000 1.0003 9999202161 313.86410 11.3442 1.000 1.0003 9999202160 312.85086 12.0911 1.000 1.0003 9999890006 229.21650 47.5037 1.000 1.0003 9999202159 220.76820 67.0168 1.000 1.000

31


Ergebnisse der Pilotvernetzung NRWProjekt: 3 Fortführungsvermessungen

Ausrüstung: LEICA 530• Allgemeines:

– GSM-Verfügbarkeit an allen Messorten– Einwahl ins Referenznetz stets erfolgreich (ein

Abbruch)– Dauer von Einwahl bis zur fertigen Koordinate < 2,5

min– 4 Initialisierungsversuche nach 5 min. erfolglos

� Grund: Schlechte Satellitengeometrie

– Nutzung vorberechneter Transformationsparameter

32


1. Projekt: Teilung in einem Gewerbegebiet• Überwiegend freies Gelände, komplette Fortführung

mit GPS• für die Grenzpunkte lagen Koordinaten im Netz77 vor• zur Systemüberprüfung Messung auf bekanntem

Referenzpunkt• Aufsuchen und Überprüfen der Lageidentität der

vorhandenen Grenzpunkte durch einmalige GPS-Messung

• Absteckung der fehlenden Grenzpunkte und derNeupunkte, nach Vermarkung Kontrolle durch GPS-Doppelmessung (Absteckgenauigkeit < 1,5 cm)

• Terrestrische Kontrollmessung mit Anschluss an dasumliegende AP-Netz ergab Lageabweichungen < 2 cm

33


34


2. Projekt: Teilung (ehem. DB-Gelände)• Aufgrund von Abschattungen nur kombiniertes

Verfahren möglich• AP-Netz in der direkten Umgebung durch

Baumaßnahmen zerstört• Vorabberechnung der Koordinaten der alten Grenzpunkte• Aufsuchen der alten Grenzpunkte mittels HEPS (teilw.

unter Asphalt)• HEPS-Bestimmung von 4 Instrumentenstandpunkten

(ETRS-Koordinaten) für die terrestrische Aufnahme• Hybride Ausgleichung mit KAFKA• zum Vergleich:

HEPS-Bestimmung (Netz77) der 4Instrumentenstandpunkte und anschließende terrestr.Koordinatenbestimmung in der Örtlichkeit (VP-Liste),Lageabweichungen zur KAFKA-Auswertung < 1 cm

35


36


3. Projekt: Grenzvermessung mitGebäudeeinmessung• Aufgrund der Örtlichkeit nur kombiniertes Verfahren möglich• Alte Grenzpunkte in der Örtlichkeit durch Baumaßnahmen

zerstört• Koordinaten der Grenzpunkte lagen vor, AP-Netz (Netz77) im

Messgebiet vorhanden• Absteckung und anschließende Doppelaufnahme von 4 alten

Grenz-punkten mittels HEPS (Lageabw. des Mittels zurSollkoordinate < 1 cm)

• HEPS-Bestimmung eines Instrumentenstandpunktes• Terrestrische Aufnahme der Grenz- und Gebäudepunkte im

Anschluss an das AP-Netz und an den HEPS-Hilfspunkt,hybride Auswertung mit KAFKA

• Vergleich der Koordinaten der 4 mit HEPS abgestecktenGrenzpunkte zur KAFKA-Auswertung ergabLageabweichungen < 2 cm

37


38


SAPOS-HEPS-Messungen im VP-FeldResümee

• SAPOS-HEPS ist gut geeignet für dieBestimmungen von:– Aufnahmepunkten (AP(2)),

Instrumentenstandpunkten– Grenzpunkten– Gebäudepunkten (indirekt)– top. Aufnahmen einschließlich Höhe

• HEPS-Koordinaten sind gute Grundlage für dieEinrechnung vorhandener Messungen

39


• Konventionelle Messelemente können gemeinsammit GPS-bestimmten Punkten mittels KAFKAhybrid ausgewertet werden

• Eine Transformation über nachbarschaftsnahePasspunkte ist in einem homogenenFestpunktfeld nicht unbedingt erforderlich� Es ergeben sich Zeit- und Kostenersparnisse


40


SAPOS-HEPS-Messungen im VP-FeldResümee der Pilotvernetzung

• Durch Einsatz moderner RTK-Ausrüstungen in derSAPOS-Vernetzung schnelles, genaues und somitwirtschaftliches Arbeiten möglich

• Identitätsnachweis von vorhandenen Punkten im Netz77durch einmalige HEPS-Bestimmung möglich

• Herstellung und Absteckung von Grenzpunkten imNetz77 mit HEPS in der erforderlichen Genauigkeitmöglich

• Schnelle und genaue Koordinatenbestimmung in derÖrtlichkeit z.B. Instrumentenstandpunkte fürterrestrische Messungen– direkte Bestimmung von Netz77-Koordinaten– nachträgliche häusliche Bearbeitung wird reduziert– Ungenauigkeiten und Fehler fallen bereits vor Ort auf

41



• Bei Punktbestimmungen unbedingt beachten:�gute Himmelsfreiheit�ausreichende Satellitenanzahl�Stellung der Satelliten (DOP-Werte)

� auftretende Probleme�tlw. lange Initialisierungszeiten�Schwierigkeiten beim Aufbau der GSM-

Verbindung�Abbruch der GSM-Verbindung

Documents

Nutzung der RTK-GPS-Technik und des SAPOS-Dienstesnetzwerk.lo-net2.de/lfvt/Fortbildung/GPS/60rtk_sapos_erfahrungen_stadt_essen.pdf · Amt für Vermessung, Kataster und Stadterneuerung