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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/
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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.
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http://www.vermessungstechnik.de
DTRF2008: Stationsverteilung7
VLBI 106SLR 122GNSS 559DORIS 132
Gesamt ≈1000
GPSVLBISLRDORIS
61%
14%
13%
12%
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Verfahren/Standort4 Verf. 7 3 Verf. 27 2 Verf. 81 1 Verf. 464
Horizontale Geschwindigkeiten
DTRF2008: Geschwindigkeitsfeld8
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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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Globale Referenzrahmen – zeitlich hochaufgelöst
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)
Globale Referenzrahmen – zeitlich hochaufgelöst
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
Globale Referenzrahmen – zeitlich hochaufgelöst
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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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