Upload
vonhan
View
214
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Observatorien für ein zukünftiges geodätisches Beobachtungssystem
Hayo Hase, BKG
Workshop der Forschungsgruppe Satellitengeodäsie16.18.07.08, Bad Kötzting/Wettzell
Inhalt
● Geodätische Observatorien● Was sind die zukünftigen Beobachtungssysteme?● Wie sieht ein Observatorium für GGOS
idealerweise aus?● Wie wird GGOS funktionieren?● Was wird sich in den einzelnen
Diensten/Techniken ändern?
Geodätisches Observatorium
● Ein geodätisches Observatorium ist ein Ort, an dem geodätische Beobachtungen ausgeführt werden.
● Geodätische Beobachtungen ermöglichen die Beschreibung von raumzeitlichen Ereignissen in geodätischen Bezugssystemen.
● Geodätische Bezugssysteme werden durch geodätische Observatorien realisiert.
Was ist eingeodätisches Observatorium?
Eine permanente GPSStation?
Oder eine Fundamentalstation für Geodäsie?
GPS
VLBI
LLR/SLR
GNSS
Gravimetrie
Frequenznormale
ITRF2005Referenzstationen● ungleiche Punktverteilung
● unproduktiv gewordene historische Stationen werden mitgeführt
● Stationen unterschiedlicher Qualität
Konzept einer Fundamentalstation für die Geodäsie
● Permanenz und Kontinuität der Operation mit dem Ziel die geodynamischen Phänomene zeitlich aufzulösen.
● Komplementarität der geodätischen Methoden für ein besseres Monitoring der Einflußfaktoren auf das System Erde.
● Redundanz in der Auswahl der geodätischen Meßmethoden zur Qualitätssicherung.
● Verknüpfung der Referenzpunkte jedes Meßsystems durch ein lokales geodätisches Vermessungsnetz.
Fundamentalstationen sind eine besondere Klasse von geodätischen Observatorien.
Fazit
Geodätische Observatorien mit den Merkmalen einer geodätischen Fundamentalstation werden auch zukünftig für die Realisierung höchstgenauer Bezugssysteme benötigt.
Konferenzen
● 2002: World Summit, Johannisburg "Nachhaltige Entwicklung und Globaler Wandel"
● 2003: 1st Earth Observation Summit, Washington, Gründung "Group on Earth Observation" (GEO)
● 2004: 2nd Earth Observation Summit, Tokio, Vorschlag "Global Earth Observation System of Systems" (GEOSS)
● 2005: 3rd Earth Observation Summit, Brüssel, Annahme von GEOSS, 10 jähriger Implementierungsplan, 64 Länder + 43 Internationale Organisationen bilden GEO
Global Earth Observing Systemof Systems (GEOSS)
... die Vision für GEOSS ist eine Zukunft zu realisieren, in der die politischen Entscheidungen und Aktionen auf Grundlage von koordinierten, umfassenden und nachhaltigen Beobachtungen und Informationen über die Erde zum Wohle der Menschheit getroffen werden ...
Beobachtungen benötigen Observatorien, Instrumente und Sensoren.Informationen werden aus Beobachtungsdaten durch Prozessierung erzeugt.Nachhaltigkeit impliziert eine Daueraufgabe der Beobachtungs und Informationsgewinnung.
Global Geodetic Observing System (GGOS)
● 200307: IAG beschließt den Aufbau von GGOS● 200404: IAG wird Mitglied von GEO (Group on Earth
Observation) für die Realisierung von GEOSS (Global Earth Observing System of Systems)
● 200605: GGOS wird Mitglied von IGOSP (Integrated Global Observation Strategy Partnership)
● 200707: GGOS wird das Beobachtungssystem der IAG
● 2008: GGOS2020 Referenzdokument
Global Monitoring Information about Earth System
InterpretationInnovative Technologies
Space Techniques
VLBISLR/LLR
GNSSDORIS
AltimetryInSAR
Gravity/Magnet. Missions
Terrestrial Techniques
LevellingGravimetry
Tide GaugesSeismometers
Magnetometers
Geometry
Station Position/Motion,
Sea Level Change,Deformation
Earth Rotation
Precession/Nutation,Polar Motion,
UT1, LOD
Gravity/Magnet.
GeocenterGravity/Magn. Field, Temporal Variations
Earth System
Sun/Moon
(Planets)
Atmosphere
Ocean
Hydrosphere
Cryosphere
Crust
Mantle
Core
COMBINATIONS
INTE RACTIONS
GGOS: Monitoring and Modelling the Earth‘s SystemReference frames: highest accuracy and longterm stability
Rothacher et al.
System Erde verstehen, durch
● Kombination verschiedener Meßverfahren,● Integration von Geometrie und Schwerefeld
– durch konsistente dynamische Erdmodelle,– durch bessere Modellierung der Massentransporte.
● mehr Observatorien mit kollokierten Instrumenten,● Nachfolgesatellitenmissionen.
Kombination von Meßverfahren durch Kollokation
Erdgebunden:● Kollokation diverser
Meßtechniken (Konzept einer Fundamentalstation)
● Bsp.: Wettzell, TIGO
Orbiter:● Kollokation von
Sensoren auf orbitierenden Meßplattformen
● Bsp.: Grace, Envisat, Glonass, VSOP2
Future Core GroundBased Infrastructure
Core Network (~ 40 Stations):• 23 VLBI telescopes for continuous observations• SLR/LLR telescope for tracking of all major satellites• At least 3 GNSS antennas and receivers (controlled equipment changes)• DORIS beacon of the most recent generation• Ultrastable oscillator for time and frequency keeping and transfer• Terrestrial survey instruments for permanent/automated local tie
monitoring• Superconducting and absolute gravimeter (gravity missions, geocenter)• Meteorological sensors (pressure, temperature, humidity)• Seismometer for combination with deformation from space geodesy and
GNSS seismology• Additional sensors: water vapor radiometer, tiltmeters, gyroscopes,
ground water sensors, …
General Characteristics: highly automated, 24hour/365 days, latest technologiesRothacher et al.
Future Core GroundBased Infrastructure
Core Network (~ 40 Stations):• 23 VLBI telescopes for continuous observations• SLR/LLR telescope for tracking of all major satellites• At least 3 GNSS antennas and receivers (controlled equipment changes)• DORIS beacon of the most recent generation• Ultrastable oscillator for time and frequency keeping and transfer• Terrestrial survey instruments for permanent/automated local tie
monitoring• Superconducting and absolute gravimeter (gravity missions, geocenter)• Meteorological sensors (pressure, temperature, humidity)• Seismometer for combination with deformation from space geodesy and
GNSS seismology• Additional sensors: water vapor radiometer, tiltmeters, gyroscopes,
ground water sensors, …
General Characteristics: highly automated, 24hour/365 days, latest technologiesRothacher et al.
W
W
W
W
W
W
W
T
(T)
T
T
T
(T)
W = WettzellT = TIGO
= To do!
Fazit● Das angestrebte Instrumentarium eines
Observatoriums für GGOS wird bereits weitestgehend in 2012 von Wettzell erreicht werden.
● Für TIGO ergibt sich bis 2020 Erneuerungsbedarf von Schlüsselkomponenten (VLBI, SLR, Gravimetrie).
● Der Beitrag Deutschlands ist im internationalen Vergleich signifikant, Wettzell das weltweit führende geodätische Observatorium.
● Aber: Wie lassen sich 40 GGOSStationen weltweit realisieren?
Geodätisches Observatorium TIGObilaterale Kooperation Deutschland Chile
VLBIRadioteleskop
Optisches TeleskopSLR
GNSSAntennen
Frequenznormale
Büros
GravímeterSeismometer
RegionalnetzGPS + Pegel
MeteorologischeSensoren
Fazit● 40 Stationen = 67 Stationen pro Kontinent!
● KnowHow Transfer der entwickelten Länder ist notwendig!
● Das TIGOProjekt kann als Musterbeispiel gelten, wie weitere GGOSStationen in weniger entwickelten Regionen der Welt etabliert werden können.
● Deutschland hat einen Erfahrungsvorsprung, der sich bei der technologischwissenschaftlichen Zusammenarbeit mit anderen Ländern außenpolitisch für GGOSStationen nutzen ließe.
Hinweis: Es gibt Interesse an einem TIGO Nachfolgeprojekt wenigstens in Kolumbien, Ecuador und Argentinien.
IAG Services: Backbone of GGOSIERS: International Earth Rotation and Reference Systems Service
IGS: International GNSS Service
IVS: International VLBI Service
ILRS: International Laser Ranging Service
IDS: International DORIS Service
IGFS: International Gravity Field Service
BGI: Bureau Gravimetrique International
IGeS: International Geoid Service
ICET: International Center for Earth Tides
ICGEM: International Center for Global Earth Models
IDEMS: International Digital Elevation Models Service
PSMSL: Permanent Service for Mean Sea Level
IAS: International Altimetry Service (in preparation)
BIPM: Bureau International des Poids et Mesures
IBS: IAG Bibliographic Service
Geo
met
ryG
ravi
met
ryO
cean
Std
Rothacher et al.
WW
W
W
W
W
W
TTT
T
T
T
(T)
T
Fazit
● Nicht alle Internationalen Dienste lassen sich von einem geodätischen Observatorium bedienen, jedoch sollte ihre Anzahl möglichst groß sein.
● Spezifische Satellitenmissionen benötigen Nachfolgemissionen.
● Allgemein: Je mehr nachhaltig abgesicherte Observatorien/Satellitenmissionen, desto besser für GGOS und GEOSS, desto besser gelingen Modellierungen des Systems Erde.
Was wird sich in den einzelnen Diensten/Techniken ändern?
... eine unvollständige Liste von beobachtbaren Trends ...
Zeithaltung + Frequenzstandards
Heute:● HMaser● relative Zeitintervall
messung (TTLLogik)
Morgen:● Optische Uhren● absolute
Epochenzuordnung
Zukunft VLBI2010
Heute:● 24h Beobachtungen● lokale Steuerung des
Radioteleskops● Datenträgertransport● zentraler Hardware
Korrelator● geschätzter
Uhrenoffset
Morgen:● 24h/7d Beobachtungen● Fernsteuerung des
Beobachtungsnetzes● eVLBI?● verteilte Software
Korrelation (Grid)?● absoluter Uhrenoffset?
Zukunft VLBI2010 – Daten
Heute:● ~400 Quellen/24h● 512 Mbps● Analoge BBC, Formatter● RFI● S/XBand● echtzeitfern
Morgen:● 2880 Quellen/24h● >1 Gbps● Digitale BBC● RFIMitigation● 218 GHz ?● echtzeitnahe eVLBI
Zukunft SLR
Heute:● 10Hz● monospektral● Zweiwegemessung
Morgen:● 1kHz● multispektral● zusätzliche
Einwegemessung?● Nutzung von
Fraunhoferlinien des Sonnenspektrums
Zukunft GNSS
Heute:● GPS, Glonass● 1 Hz● TagesProzessierung
Morgen:● GPS, Glonass, Galileo, ?● >10Hz● Echtzeitprozessierung● Hydrologie● Seismometer
Zukunft Gravimetrie
Heute: ● Absolutgravimeter,
fallende Masse● transportable Gravimeter
(lokale Messung)
Morgen: ● Absolutgravimeter,
fallende Atome● Fluggravimetrie ggf. mit
Laserscanner für 3DMassenmodell (flächenhafte Messung)
Zukunft komplementärer SensorenAusbreitung elektromagnetischer Wellen in der Atmosphäre
Heute:
(lokale Messung)● relative Feuchte,
Temperatur, Luftdruck
Morgen:
(integrale Messung)● Refraktion: GNSS● Emission:
Wasserdampfradiometer● Absorption:
Solarspektroskopie
Neue Produkte wg. Naturkatastrophendurch Kombination von Sensoren
● TsunamiWarnsystem durch GNSS, Meeresgrunddrucksensoren, Seismometern, Pegelstationen
● terrestrisches Erdbebenüberwachungssystem aus Kollokation von GNSS, Seismometer, Akzelerometern für Vorwarnung und Katastrophenmanagement
● Vulkanüberwachung mit InSAR, GNSS, Tiltmetern und Seismometern
Neue Produkte aus Echtzeitanwendungen
● Ionosphärenkarten für Luftfahrt aus RealtimeGNSS Permanentstationen (Brasilien, Argentinien)
● EOP mittels eVLBI für Raumnavigation● Kosmische Events durch eVLBI (Supernovae)● NahEchtzeitKartographie?
Fazit● Auch unabhängig von GGOS passen die
Internationalen Dienste ihre Produkte kontinuierlich an den Stand der technischen Entwicklung an. (Erfordert finanzielle Absicherung.)
● Die Integration neuer Technologien fördert die Entwicklung neuer Produkte. (Erfordert Anpassung des Produktkatalogs.)
● Trends: Weiterentwicklung von Meßtechniken, Kombination von Meßtechniken, Kommunikationsinfrastruktur für NahEchtzeitAnwendungen
Zusammenfassung
● Das zukünftige Beobachtungssystem heißt Global Geodetic Observing System (GGOS).
● Die Realisierung von GGOS wird hauptsächlich von den entwickelten Ländern auch in weniger entwickelten Ländern zu leisten sein. KnowTransfer.
● Deutschland ist GeodäsieExportland und sollte dieses Profil durch den Aufbau von neuen GGOSStationen bewahren.