Bundesamt für Kartographie und Geodäsie
Koordinatenreferenzsysteme
Informationsveranstaltung DWD
Jens Luthardt
Inhalt
▪ Motivation
▪ Koordinatenreferenzsystem - Definition▪ Referenzsystem▪ Koordinatensystem
▪ Referenzsysteme klassisch und gegenwärtig
▪ Transformationen und Konvertierung▪ Helmert-Transformationen▪ gittergestützte Transformationen▪ Genauigkeit der Transformationen▪ Konvertierungen
▪ Zusammenfassung
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Motivation
15.03.2013 DWD - Informationsveranstaltung
Koordinate:B = 50°00'29"L = 8°39'11"
Koordinaten-referenzsysteme:•ETRS89•DHDN•ED50
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KoordinatenreferenzsystemDefinition
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Koordinatenreferenzsystem (DIN EN ISO 19111)
Referenzsystem
umfasst Definitionen, Vereinbarungen, Parameter und Algorithmen, auf deren
Grundlage Koordinaten berechnet werden
Koordinatensystem
mathematische Abbildungsvorschrift zur
Beschreibung der Lage von Punkten im Raum
DefinitionReferenzsystem
▪ Elemente − geodätisches Datum
− Festlegung zu Lagerung eines Koordinatensystem
für ein globales geodätisches Datum Ursprung: Geozentrum X-Achse durch einen definierten Null-Meridian Y-Achse rechtwinklig nach Osten Z-Achse parallel zu Rotationsachse der Erde
− weitere Parameter − Ellipsoid− Nullmeridian− geozentrische Gravitationskonstante− Winkelgeschwindigkeit der Erde
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DefinitionReferenzsystem
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DefinitionKoordinatensystem
▪ gibt an, wie die Koordinaten dargestellt werden
▪ Koordinaten ("Koordinatenarten")− 3D-kartesische− sphärische − ellipsoidische− ebene Koordinaten = Kartenprojektionen− .....
▪ jedem Referenzsystem können theoretisch unendlich viele Koordinatensysteme zugeordnet werden
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DefinitionKoordinatensysteme
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X
Y
Z
8
X
Y
Z
0
LPÄquator
Bez
ugsm
erid
ian
P'
P
große Halbachse a
hEllips
BP
ebene KoordinatensystemeKartenprojektionen
N / E H / R x / y
3D- kartesische X / Y / Z ellipsoidische B / L / h
Referenzsysteme Warum verschiedene ?
▪ Koordinatenreferenzsysteme werden durch verschiedene geodätische Messverfahren realisiert, d.h. es werden Koordinaten für geodätische Messmarken bestimmt
▪ Entwicklung bezüglich Messtechnologien:
Theodolit Sallitenverfahren Ausdehnung:
regional global Genauigkeit :
Meter Millimeter
führt zu einer Vielzahl an bestimmte Bedingungen angepasste Referenzsystemen
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Referenzsystemeklassisch
▪ klassisch− terrestrische Messverfahren− im Wesentlichen beschränkt auf Territorium eines Landes− regionale Referenzsysteme− weiterhin in Verwendung
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Referenzsystemeklassisch
Ellipsoide in Europa
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Ellipsoid Land
Airy 1830 Großbritannien
Airy Modified Irland
Bessel 1841 Deutschland
Bessel NGO 1948 Norwegen
Clark 1880 IGN Frankreich
GRS 67 Ungarn
Hayford 1909 Finnland
Krassovsky 1940 Rumänien
Referenzsystemeklassisch
Nullmeridiane in EuropaBezugspunkt der Länge 0 Grad
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Name Bezug zu Greenwich
Greenwich 0°
Ferro 17°40' westlich Greenwich, westlichste kanarische Insel
Oslo 10°43'22.5" östlich Greenwich
Paris 2°20'14.025" östlich Greenwich
Rom 12°27'08.400" östlich Greenwich
Lissabon 8°07'54.862" westlich Greenwich
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Referenzsystemeklassisch
DHDN - Deutsches Hauptdreiecksnetz▪auch Rauenberg Datum oder Potsdam Datum
▪ Datumspunkt: Potsdam
▪Ellipsoid: Bessel
▪Nullmeridian: Greenwich
▪Verwendung mit− ellipsoidischen Koordinaten
− Gauß-Krüger-Koordinaten
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Referenzsystemegegenwärtig
▪ gegenwärtig − satellitengeodätische (GNSS) und andere Raumverfahren− globale und kontinentale Referenzsysteme und -netze− Realisierungen durch permanente Messstationen
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Referenzsystem gegenwärtig
ETRS89 - European Terrestrial Reference System 1989
realisiert durch ETRFyyyy
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Referenzsysteme gegenwärtig
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ETRS89 Realisierung durch das Integrierte geodätische Referenznetz Deutschlands GREF des BKG
GNSS-Messnetz von ~ 25 Stationen davon 4 in Messfeldern des DWD (Göttingen, Lindenberg, Diepholz, Hof) für • Stützung GNSS-Positionierungssystemen
wie den Satellitenpositionierungsdienst der Landesvermessung SAPOS
• Verknüpfung mit kontinentalen und globalen Referenzsystemen
• Verbindung zu den Referenzsystemen für Höhe und Schwere
Referenzsystemegegenwärtig
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ETRS89 Realisierung durch den Satellitenpositionierungsdienst der deutschen Landes-vermessung SAPOS
• ~ 270 GNSS-Referenzstationen• Differentielle GPS-Nutzung in
Echtzeit in verschiedenen Genauigkeitsstufen
• Nutzung im Postprocessing für hochgenaue geodätische Anforderungen
Quelle: Landesbetrieb Geoinformation und Vermessung Hamburg
KoordinatenreferenzsystemETRS89
▪ Einführung des ETRS89 als einheitliches Koordinatenreferenzsystem in Deutschland und Europa entsprechend− den Beschlüssen der Arbeitsgemeinschaft der
Vermessungsverwaltungen der Länder (AdV) − den Technischen Richtlinien des
Bundesgeoreferenzdatengesetz BGeoRG − der INSPIRE-Richtlinie (Infrastructure for Spatial Information in
the European Community) als Koordinatenreferenzsystem für gesamteuropäische und länderübergreifende Aufgaben
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KoordinatenreferenzsystemETRS89
▪ ETRS89− Ursprung: Erdmittelpunkt− Ellipsoid: GRS80− Nullmeridian: Greenwich− Verwendung mit den Koordinatensystemen
− ETRS89_XYZ− ETRS89_Lat-Lon− ETRS89_UTM<zn> bzw. ETRS89_TM<zn> zn…Zonennummer− ETRS89_LCC konische Lambertabbildung(en)− ETRS89_LAEA flächentreue Lambertabbildung
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Beziehungen zwischen Koordinatenreferenzsystemen
Transformation Übergang zwischen
Referenzsystemen z.B. DHDN nach ETRS89
Berechnung von Transformationsparametern aus Koordinaten von identischen Punkten
unterschiedliche Realisierungen möglich
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Konvertierung Übergang zwischen den
Koordinatensystemen bei gleichem Referenzsystemz.B. DHDN / Breite-Länge nach DHDN / Gauß-Krüger
Berechnung mit wohl-definierten Parametern
eine Realisierung
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Transformation und Konvertierung
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Beispiel
DHDN Gauß-Krüger-Koord.
ETRS89UTM
ETRS89ellipsoidische Koord.
DHDNellipsoidische Koord.
DHDN3D-kartesische Koord.
ETRS893D-kartesische Koord.
Konvertierung
Konvertierung Konvertierung
Konvertierung
TransformationHelmert 7 Par
Transformationgitterbasiert
h fiktiv
TransformationHelmert
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TransformationHelmert
7-Parameter-Helmert-Transformation 3 Verschiebungen 3 Rotationen 1 Maßstabsfaktor
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12,12
1
1
1
1
Z
Y
X
m
Z
Y
X
Z
Y
X
xy
xz
yz
Transformation HelmertDHDN nach ETRS89
▪ Berechnung aus identischen Punkten
▪ Koordinaten in DHDN und ETRS89
▪ Transformationsgebiete− Deutschland
< 3 m− Nord / Mitte / Süd / Ost
< 1 m
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Transformationgitterbasiert
DWD - Informationsveranstaltung 15.03.2013
Länge
Breite
Stützpunktgitter dB / dL
Neupunkt mitinterpolierter Verschiebung
Transformationgitterbasierte
▪ BeTA2007 – Bundes-einheitliche Transformation 2007 der AdV
▪ gitterbasierte Lösung für Deutschland
▪ Berechnung der Shiftwerte der Gitterpunkte in jedem Bundesland mit Helmerttransformationen
▪ gewichtete Mittelung bei Gitterpuntken in verschiedenen Bundes-ländern nach Flächenanteil
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TransformationGenauigkeiten
Transformation von DHDN nach ETRS89▪ 7 Parameter Helmert
− Deutschland < 3 m − Deutschland Nord / Mitte / Süd / Ost < 1 m − Bundesland z.B. Sachsen Ost / West < 1 dm
▪ Gitterbasierter Ansatz − Deutschland
− BeTA2007
− Gitter 6'00" x 10'00"
− Genauigkeit < 1 m
− z.B. Bundesland Sachsen − SäTA2010
− Gitter 1 '30" x 2'30"
− Genauigkeit < 4 cm
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Konvertierung
▪ immer nur eine Realisierung
▪ Berechnung mit wohldefinierten Parametern
Beispiel:
Berechnung kartesischer Koordinaten aus ellipsoidischen Koordinaten im ETRS89
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ETRS89 Breite / Länge / ellip. Höhe
ETRS89X / Y / Z
Konvertierung
Konvertierung
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2
2 2
2
cos cos
cos sin
1- sin
1mit N =
a(1-e sin )
und e = 2f-f
N h B LXN h B LY
Z N e h B
B
a... große Halbachse des Ellipsoids GRS80f …Abplattung des Ellipsoids GRS80
ZusammenfassungKoordinatenreferenzsysteme
▪ Koordinatenreferenzsysteme bestehen aus Referenzsystem (Bezug zu Erde) und Koordinaten-system (mathematische Darstellung der Koordinaten)
▪ zu jeder Koordinatenangabe ist die Kenntnis von Referenzsystem und Koordinatensystem notwendig
▪ es existieren eine Vielzahl von Koordinatenreferenz-systemen in Europa und Deutschland
▪ einheitliches Koordinatenreferenzsystem für Europa und Deutschland: ETRS89
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ZusammenfassungTransformation und Konvertierung
▪ durch Transformation ist der Übergang von einem Referenzsystem in ein anderes möglich
▪ die Transformation kann unterschiedliche Realisierungen aufweisen
▪ durch Konvertierung erfolgt bei gleichem Referenzsystem ein Änderung des Koordinatensystems
▪ die Konvertierung hat immer eine eindeutige Realisierung
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
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Kontakt
Bundesamt für Kartographie und GeodäsieAussenstelle LeipzigKarl-Rothe-Str. 10-1404105 Leipzig www.bkg.bund.de
Referat G3
0341 / 56 34 - 431 Jens Luthardt [email protected]
TransformationsdienstGDZ
▪ Geodatenzentrum - Lagetransformation
Informationssystem für Koordinatenreferenzsysteme in Deutschland
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Informationssystem CRS-EU
www.crs-geo.eu
ebene Koordinatensysteme
UTM-Koordinatensystem
ebene Koordinatensysteme
Gauß-Krüger-Koordinatensystem (3 Grad System)
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KRS in Europa
Koordinatensysteme
Referenzsystem Global
ITRS - International Terrestrial Reference System
realisiert durch ITRFyyyy (F...Frame)
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ITRF StationenQuelle: itrf.ensg.ign.fr
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Koordinatenreferenzsysteme in Deutschland
DHDN - Deutsches Hauptdreiecksnetz▪ auch Rauenberg Datum, Potsdam Datum
▪ Datumspunkt: Potsdam
▪ Orientierung: Azimut nach Berlin Marienkirche
▪ Ellipsoid: Bessel
▪ Nullmeridian: Greenwich
▪ Verwendung in Geodäsie und Vermessung mit− ellipsoidischen Koordinaten− Gauß-Krüger-Koordinatensystem (3-Grad-Streifen)
Koordinatenreferenzsysteme in Deutschland