Studienhilfe GPS - Ingenieurbüro Klaus Kerkow
Studienhilfe GPS - Ingenieurbüro Klaus Kerkow
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<strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
1<br />
GNSS – Satelliten im Dienste des Archäologen<br />
Einführung in die Thematik der satellitengestützten Vermessung<br />
erarbeitet: Dipl.Ing Dipl.Math. K.<strong>Kerkow</strong> für<br />
SS06 Institut für Alte Geschichte und Altorientalistik der<br />
Universität Innsbruck<br />
Dipl. Ing. Dipl. Math. <strong>Klaus</strong> <strong>Kerkow</strong> Clara-Zetkin-Str.100 D - 14612 Falkensee<br />
fon: +49 3322 - 23 18 44 fax: +49 3322 - 42 03 60 mail: klaus.kerkow @sating.de
<strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
Einführung<br />
Mit der vorliegenden <strong>Studienhilfe</strong> soll so leicht und so verständlich wie nur möglich dem Interessenten ein<br />
Hilfsmittel in die Hand gegeben werden, um sich in der Kompliziertheit der satellitengestützten Vermessung<br />
zurechtzufinden.<br />
Wobei unter dem Begriff „Vermessung“ die geodätisch präzise Anwendung im Submeterbereich zu<br />
verstehen sein soll und weniger die Nutzung z.B. eines mobilen Empfängers für Lösungen im Meterbereich,<br />
wie sie von den verschiedensten Herstellern angeboten werden und auf dem Markt gebräuchlich sind.<br />
Beide Varianten greifen natürlich auf gleiche Weltraumsegmente und Satellitensignale zu. Die genutzten<br />
Satelliten für die mobile Wanderhilfe oder die <strong>GPS</strong>-Maus im Auto sind im Prinzip keine anderen als die, die<br />
der Geodät für seine genaueren Postionsbestimmungen hernimmt. Insofern ähneln sich bestimmte<br />
Prinzipen und Verfahren.<br />
Es soll jedoch um die Art von Vermessung gehen, die dann u.a. auch für den Archäologen von Interesse<br />
sein muß.<br />
Daß die Notwendigkeit der Auseinandersetzung mit diesem Thema für die verschiedensten Fachbereiche<br />
besteht, ist mittlerweile unumstritten. Denn die Anwendungsmöglichkeiten haben, waren es vor wenigen<br />
Jahren noch exotische Insellösungen im militärisch-industriellen Komplex, explosionsartig für einen breiten<br />
Nutzerkreis zugenommen.<br />
Im Gespräch mit Anwendern von Satellitenmeßsystemen trifft man oftmals auf Unkenntnis dessen, was sie<br />
da eigentlich tun und wie es prinzipiell funktioniert.<br />
Ich möchte Ihnen einige Termini sowie Meßprinzipen unkompliziert erklären, um Sie zu befähigen,<br />
modernste Meßmethoden mit einem grundlegenden Hintergrundwissen in Ihrer späteren Arbeit nutzen zu<br />
können.<br />
Formeln jeglicher Art wird man hier deshalb vergeblich suchen. Diese sind natürlich zum tieferen Verstehen<br />
der Materie unumgänglich. Wer sich jedoch intensiver mit der Problematik „satellitengestützte<br />
Positionierung“ auseinandersetzen möchte, dem sei der im Anhang angegebene Literaturhinweis ans Herz<br />
gelegt. Es ist eine meinerseits kurz kommentierte, kleine Auswahl aus einer unüberschaubaren Vielzahl von<br />
Publikationen zu diesem Thema. Nicht unerwähnt bleiben soll das Internet, dessen Nutzung ich Ihrem<br />
potentiellen Bedürfnis überlasse. Allein zum Thema <strong>GPS</strong> finden sich zur Zeit auf der deutschen GOOGLE-<br />
Seite über 23 Millionen Einträge. Auch hier habe ich Ihnen im Anhang einige Empfehlungen beigegeben.<br />
Ich selbst kann auf eine jahrelange Praxis im Umgang mit <strong>GPS</strong> - Meßinstrumenten mit hohem<br />
Genauigkeitspotential zurückblicken. Seit 1990 leisten meine Kollegen und ich unterstützende<br />
Vermessungstätigkeit mittels „satellitengestützter Positionierung“ in den verschiedensten Bereichen (eine<br />
ausgewählte Referenzliste finden Sie z.B. auf unseren Seiten „www.sating.de“).<br />
GNSS steht hierbei als übergeordneter Begriff für alle Satellitenmeßsysteme, also NAVSTAR - <strong>GPS</strong>,<br />
GLONASS sowie das zukünftige europäische System GALILEO (diese Begriffe gilt es noch zu klären) und<br />
bedeutet: Global Navigation Satellite System.<br />
Ich wünsche Ihnen viel Spaß bei diesem zusammenfassenden Überblick und daß dieser sein Ziel erreicht,<br />
nämlich zum besseren Verstehen eines ansonsten doch recht lernintensiven Wissenschaftszweiges<br />
beizutragen.<br />
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Dipl. Ing. Dipl. Math. <strong>Klaus</strong> <strong>Kerkow</strong> Clara-Zetkin-Str.100 D - 14612 Falkensee<br />
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<strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
Inhaltsverzeichnis<br />
1. Einleitung<br />
1.1. Konzeption des Systems NAVSTAR <strong>GPS</strong><br />
1.2. Historische Entwicklung von GNSS<br />
1.3. Grundsätzliche Vermessungsprinzipien<br />
1.4. Einsatzmöglichkeiten<br />
2. Komponenten des Systems GNSS<br />
2.1. Raumsegment<br />
2.2. Kontrollsegment<br />
2.3. Nutzersegment<br />
2.4. Satellitenzeit<br />
3. Signale der Satelliten<br />
3.1. Satellitenbahnen<br />
3.2. Trägerwelle<br />
3.3. Signalcodes<br />
3.4. Signalverschlechterung<br />
3.5. Meßgrößen<br />
4. Fehlereinflüsse auf eine Messung<br />
4.1. Satellitenfehler<br />
4.2. Empfängerfehler<br />
4.3. Atmosphärenfehler<br />
4.4. Abschattungen und Mehrwegeeffekte<br />
4.5. Bedienerfehler<br />
5. Koordinatensysteme<br />
5.1. Referenzellipsoide und Ellipsoidübergänge<br />
5.2. Höhenbezugssysteme und Undulation<br />
5.3. Koordinatentransformation<br />
6. Meßverfahren und Empfängertechniken<br />
6.1. Allgemeines zu Meßgrößen<br />
6.2. Statisch<br />
6.3. Kinematisch<br />
6.4. Weitere Verfahren<br />
6.5. Ein- und Zweifrequenzempfänger<br />
7. Aktualität und Anwendungen<br />
7.1. Die Systeme GLONASS und GALILEO<br />
7.2. Allgemeiner Einsatz von GNSS für Vermessungsaufgaben<br />
7.3. GNSS in der Archäologie<br />
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Literaturhinweise<br />
[1] Manfred Bauer „Vermessung und Ortung mit Satelliten“<br />
4<br />
Ist der Klassiker in der Satellitennavigation. Das wohl am verständlichsten geschriebene Sachbuch zu<br />
diesem Thema. Ist allerdings auch sehr gründlich und tiefschürfend – also für Studenten, die sich<br />
intensiver mit dem Thema <strong>GPS</strong> und den Grundlagen der Landesvermesung auseinandersetzen<br />
wollen.<br />
[2] Hans Dodel, Dieter Häuptler „Satellitennavigation – GALILEO, <strong>GPS</strong>, GLONASS...“<br />
Ein sehr aktuelles Fachbuch, das sich intensiv der Thematik des zukünftigen europäischen Systems GALILEO<br />
widmet. Auch hier sind die Grundlagen des GNSS ausführlich beschrieben. Sehr technikorientiert – für den<br />
Fachmann auf diesem Gebiet.<br />
[3] Günter Seeber „Satellitengeodäsie“<br />
Ein weiterer Klassiker der satellitengestützten Vermessung. Geht sehr ausführlich auf die Grundlagen ein.<br />
Enthält eine Vielzahl von Formeln und ist streng wissenschaftlich gehalten. Die ältere Version von 1989<br />
kann verständlicherweise auf modernste Entwicklungen nicht mehr eingehen. Die Auflage von 2004 ist nur<br />
auf englisch erhältlich.<br />
[4] Werner Mansfeld „Satellitenortung und Navigation...“<br />
Das Buch ist sehr anwendungsorientiert. Neben den Grundlagen werden die Nutzungen in der See- und<br />
Luftfahrt aufgezeigt sowie die Nutzungsmöglichkeiten auf der Straße, im Bauwesen und der Sicherheitstechnik.<br />
[5] Bernhard Hofmann-Wellenhof... „<strong>GPS</strong> in der Praxis“<br />
Die Einführung ist auch für den Nichtfachmann verständlich. Die Vertiefung der Materie ist mit reichlichem<br />
Formelapparat unterlegt und bedarf eines gründlichen Studiums. Sehr praxisbezogen in der Durchführung<br />
und Auswertung von <strong>GPS</strong> – Messungen.<br />
[6] Werner Kumm „<strong>GPS</strong> Global Positioning System“<br />
Kleines Taschenbuch. Populärwissenschaftlich geschrieben. Orientiert sich eher auf den Markt der<br />
Handnavigationsgeräte. Bietet jedoch leicht verständliches Grundlagenwissen zum Thema.<br />
[7] Rainer Höh „<strong>GPS</strong> Outdoor-Navigation“<br />
Ist also – wie der Titel schon sagt –unbedingt dem Bereich der Handgeräte zuzuordnen. Ein jedoch<br />
lesenswertes Taschenbuch, da es die wesentlichsten Aspekte des Themas kurz und knapp beschreibt.<br />
[8] Georg Erwin Thaller „Satelliten im Erdorbit“<br />
Ein sehr interessantes Fachbuch, das weit über das Thema hinausgeht - mit zum Beispiel Abschnitten zu<br />
Fernseh- und Kommunikationssatelliten. Es ist leicht zu lesen und hat ein verständliches Kapitel zur<br />
Satellitennavigation.<br />
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Internetadressen<br />
[1] http://ivvgeo.uni-muenster.de/Vorlesung/<strong>GPS</strong>_Script/Start.html<br />
5<br />
Eines der sehr guten Tutorial-Skripte im deutschsprachigen Raum zum Thema <strong>GPS</strong>. Leicht verständlich und<br />
sehr übersichtlich gehalten. Sehr zu empfehlen.<br />
[2] http://www.geoinformatik.uni-rostock.de/lexikon.asp<br />
Glossar, von der Universtät Rostock erstellt und verwaltet. Gehört zu dem Besten, was es im<br />
deutschsprachigen Raum zum Thema Geoinformatik gibt. Es ist sehr viel zum Thema Satellitennavigation<br />
erklärt. Enthält neben dem Lexikon auch ein Wörterbuch Deutsch-Englisch und Englisch-Deutsch.<br />
[3] http://www.kowoma.de/gps/<br />
Wissenswerte Seiten, die den Aufbau und die Funktionsweise von <strong>GPS</strong> erklären. Sehr zu empfehlen, da die<br />
Erläuterungen kurz und knapp gehalten und leicht verständlich sind. Eine sehr gute Übersicht zum Thema.<br />
Einiges zu GALILEO, zu GLONASS leider gar nichts.<br />
[4] http://www.lverma-forum.nrw.de/viewtopic.php?p=263&<br />
Eine sehr fundiert gestaltete Seite vom Landesvermessungsamt Nordrhein-Westfalen. Enthält eine Reihe von<br />
Vorlesungsmanuskripten und sehr viele wichtige Links. Etwas für Studenten, die sich eingehender mit dem<br />
Thema auseinandersetzen möchten.<br />
[5] http://de.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System<br />
Nicht zuletzt findet sich eine gute Beschreibung dessen, was wir unter <strong>GPS</strong> zu verstehen haben, in der<br />
Internetenzyklopädie WIKIPEDIA. Hier kann man – wenn nur eine knappe Begriffserklärung dessen, was z.B.<br />
unter GNSS oder Satellitennavigation zu verstehen ist – fündig werden.<br />
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Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
GNSS - Satelliten im Dienste des Archäologen<br />
Einführung in die Thematik der satellitengestützten Vermessung<br />
www.sating.de
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
Konzeption NAVSTAR <strong>GPS</strong><br />
genaue Information über Position,<br />
Geschwindigkeit und Zeit<br />
auf der Erde und in der Luft<br />
wetterunabhängig<br />
in Ruhe und in Bewegung
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
Historische Entwicklung von GNSS<br />
Vorgänger TRANSIT seit 1964<br />
Luftwaffe und Marine beschlossen, NAVSTAR-<strong>GPS</strong> NAVSTAR <strong>GPS</strong> gemeinsam zu<br />
entwickeln<br />
Februar 1978 Start des ersten <strong>GPS</strong>-Satelliten<br />
<strong>GPS</strong> Satelliten<br />
1974-1979 1974 1979 Überprüfungsphase<br />
1979-1985 1979 1985 Entwicklungsphase<br />
1983-1993 1983 1993 Ausbauphase<br />
1995 volle operationelle Verfügbarkeit
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
immer dreidimensional<br />
Vermessungsprinzipien<br />
absolute Positionierung relative Positionierung
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
Einsatzmöglichkeiten<br />
Verkehr (Strasse, Schiene, Luft, See, Öffentlicher Personenverkehr)<br />
Personenverkehr)<br />
Energiesektor<br />
Telekommunikation<br />
Finanzdienste, Versicherung<br />
Bauwesen<br />
Landwirtschaft<br />
Fischerei<br />
Umweltschutz<br />
Forstwirtschaft<br />
Zivilschutz<br />
Zeitbestimmung<br />
Wissenschaft<br />
Archäologie<br />
Freizeit<br />
Behinderte Menschen<br />
Pilotprojekte
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
Raumsegment<br />
Komponenten des Systems GNSS<br />
Ausgangskonzeption min. 24 Satelliten<br />
Block I Block II Satelliten<br />
Block IIA mit je 2 Rubidium und Cäsium Atomuhren<br />
Block IIR mit 3 Rubidium Atomuhren<br />
(Genauigkeit 1 sec/1 Mio. Jahre)<br />
Block IIR-M IIR M mit L2Cund neuem militärischem Signal L1M L2M<br />
Block IIF geplant mit dritter Frequenz L5 und Wasserstoffmaser
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Kontrollsegment<br />
Komponenten des Systems GNSS<br />
1 „Master Control Station“ in Colorado Springs<br />
4 Monitorstationen<br />
2005 weitere 6 Stationen hinzugefügt<br />
weitere 5 Stationen geplant
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
Nutzersegment<br />
Komponenten des Systems GNSS<br />
geringe Genauigkeitsanforderung<br />
- Militär<br />
- Schifffahrt<br />
- Luftfahrt<br />
- Straßenverkehr<br />
hohe Genauigkeitsforderung<br />
- Luftfahrt (Landeanflug)<br />
- Geologie (Tsunami; Erdbeben)<br />
- Geodäsie
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
Satellitenbahnen<br />
Geschwindigkeit 3.9 km/sec<br />
Umlaufzeit 12 h Sternenzeit<br />
26560 km zum Erdmittelpunkt<br />
6 Ebenen mit je 4 Satelliten<br />
Inklination der Ebenen mit 55 °<br />
Ebenen um 60 ° zueinander versetzt<br />
min. 4 Satelliten überall zu empfangen
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
Trägerwelle<br />
Transport der Datensignale benötigt Trägerfrequenz<br />
2 Frequenzen L1 und L2 im Mikrowellenbereich<br />
L1 trägt Navigationsdaten und SPS Code Standard<br />
L2 trägt P Code nur für PPS Präzision
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
Signalcodes<br />
3 Typen von Binärcodes auf die Frequenzen aufmoduliert<br />
C/A - Code ist Grobcode auf L1<br />
P - Code ist Feincode auf L1 und L2<br />
Daten – Code ist Bahndaten und Uhrenkorrektur auf L1 und L2
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
Signalverschlechterung<br />
SA – selected availibility (ausgewählte Verfügbarkeit)<br />
AS – anti spoofing (gegen Täuschungsmanöver)
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
Messgrößen<br />
Codephasenmessung – zur schnellen Positionierung<br />
Trägerphasenmessung – erzielbarere größere Genauigkeiten<br />
Messung des Doppler-Counts<br />
Doppler Counts - Dopplerfrequenzverschiebung<br />
Interferometrische Messung - Phasendifferenz unterschiedlicher unterschiedlicher Weglängen<br />
Weglängen
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
Fehlerquellen bei <strong>GPS</strong><br />
Genauigkeit Positionsbestimmung abhängig<br />
von 2 Komponenten<br />
Genauigkeit Streckenmessung zum Satelliten<br />
Geometrische Konstellation Empfänger-Satellit<br />
Empfänger Satellit<br />
Satellitenfehler<br />
Empfängerfehler<br />
Atmosphärenfehler<br />
Abschattungen<br />
Mehrwegeeffekte<br />
Bedienerfehler
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
Satellitengeometrie - GDOP<br />
Satellitenbahnfehler<br />
Satellitenuhrfehler<br />
Satellitenfehler
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Empfängeruhrenfehler<br />
Empfängerfehler<br />
Atomuhr im Satelliten – ungenauere Uhr im Empfänger<br />
1 ms = 300 km Streckenfehler<br />
Antennenphasenzentrumsexzentrizität<br />
Abweichung mechanisches vom elektronischen Zentrum<br />
baugleiche Antennen verwenden, nach Norden ausrichten
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
Troposphäre<br />
Erdboden bis ca. 40 km<br />
Druck, Temperatur, Feuchtigkeit<br />
Modellbildung möglich<br />
Ionosphäre<br />
40 km – 1000 km<br />
ionisiertes Medium<br />
Tages- Tages Jahreszeit, Sonnenaktivität<br />
Zweifrequenzempfänger wichtig<br />
Atmosphärenfehler
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beeinflussen Genauigkeit der<br />
<strong>GPS</strong>-Messung <strong>GPS</strong> Messung in hohem Maße<br />
Abschattungen
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reflektierte und unreflektierte Signale<br />
abhängig von Antennenkonstruktion<br />
Hauswände, Fahrzeuge<br />
reflektiertes Signal hat längeren Weg<br />
heutzutage relativ robuste Antennen<br />
Mehrwegeeffekte
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herkömmliche Zentrierfehler<br />
fehlerhaft gemessene Antennenhöhen<br />
exakte Protokollführung unerlässlich<br />
Bedienerfehler
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Relativistische Effekte<br />
Zeit ist sehr kritischer Faktor bei <strong>GPS</strong>-Navigation<br />
<strong>GPS</strong> Navigation<br />
spezielle und allgemeine Relativitätstheorie<br />
Sagnac - Effekt
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
Störungen durch Ionosphäre<br />
Rechnungs- und Rundungsfehler<br />
Fehlerbilanz<br />
Schwankungen der Satellitenumlaufbahnen<br />
Uhrenfehler der Satelliten<br />
Mehrwegeeffekt<br />
Störungen durch die Troposphäre<br />
ca. 5 Meter<br />
ca. 2.5 Meter<br />
ca. 2 Meter<br />
ca. 1 Meter<br />
ca. 0.5 Meter<br />
ca. 1 Meter
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
Referenzellipsoid<br />
Ellipsoidübergang<br />
Höhenbezugssysteme<br />
Undulation<br />
Koordinatentransformation<br />
Koordinatensysteme
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geozentrisches Koordinatensystem<br />
kartesisches KS (X, Y, Z)<br />
(X, Y) = Ebene des Äquators<br />
Z geht durch mittlere Rotationsachse<br />
Ursprung ist Erdschwerepunkt<br />
Bezugssystem WGS 84<br />
<strong>GPS</strong>-System <strong>GPS</strong> System ist ECEF<br />
mittleres Erdellipsoid<br />
Referenzellipsoid
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globales und lokales Koordinatensystem<br />
Ellipsoidübergang<br />
bestanschließendes Ellipsoid (D Bessel)<br />
Ellipsoide mit unterschiedlichen Parametern<br />
Ursprung und Richtung der Hauptachsen<br />
unterschiedliche Lagerung<br />
unterschiedliche Orientierung<br />
unterschiedlicher Maßstab
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
ellipsoidische Höhe<br />
orthometrische Höhe<br />
Normalhöhe<br />
DHHN92<br />
Geoid<br />
Höhenbezugssysteme
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
N = h - H<br />
Undulation<br />
Geoidundulation = ellipsoidische Höhe - nivellierte, orthometrische Höhe
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
vom <strong>GPS</strong> zum Gebrauchssystem<br />
(Datumsübergang)<br />
Koordinatentransformation<br />
Umrechnungen sind keine Transformationen<br />
7-Parameter Parameter Helmert - Transformation<br />
Passpunkte<br />
Transformationsparameter<br />
Vielzahl an Berechnungssoftware
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
Messgrößen<br />
Statisch<br />
Kinematisch<br />
weitere Verfahren<br />
Ein- Ein und Zweifrequenzempfänger<br />
Messverfahren
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
Codephase<br />
Codephasenmessung<br />
Trägermischphase<br />
Trägerphasenmessung<br />
Tr gerphasenmessung<br />
Messgrößen
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
statische Positionsbestimmung<br />
neben Navigation ursprüngliche Messmethode<br />
geodätische Kontrollnetze<br />
Zielsetzung cm-Genauigkeit<br />
cm Genauigkeit<br />
Beobachtungsdauer bis bis zu mehreren mehreren Stunden<br />
Berechnungen im Post-Processing<br />
Post Processing<br />
gleiche Aufzeichnungsrate erforderlich
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
kinematische Positionsbestimmung<br />
Navigation ohne Mehrdeutigkeitsbestimmung in Bewegung<br />
(mittlerer Genauigkeitsbereich)<br />
Bestimmung der Antennentrajektorie<br />
Mehrdeutigkeiten während der Antennenbewegung gelöst<br />
OTF- OTF (Flugzeug) OTW- OTW (Schiff) Algorithmen<br />
OTF/OTW Techniken heutzutage sehr leistungsfähig<br />
(werden auch für statische Initialisierung genutzt)
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
Fast Static<br />
weitere Messverfahren<br />
Verkürzung der Messzeit auf Standpunkt<br />
10 – 20 min<br />
Stop and Go<br />
Lösung der Ambiguity mit Startprozedur<br />
Übertragung der Lösung auf weitere Punkte<br />
hier wird Antenne kurz aufgehalten<br />
Abrisse sind zu vermeiden<br />
kaum noch von Bedeutung<br />
Echtzeitkinematik (RTK)<br />
Lösung von Mehrdeutigkeiten in Echtzeit<br />
Erforderlich leistungsfähige Telemetrie<br />
hohe Genauigkeiten 1 - 3 cm
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
Real-Time Real Time-Kinematik Kinematik<br />
heutzutage gebräuchlichstes Verfahren<br />
endgültige Punktkoordinaten direkt vor Ort<br />
Sachdaten sofort mit Positionsinformation<br />
Absteckung von Punkten möglich<br />
sofortige Transformationen ausführbar<br />
Überwachungs- Überwachungs Steuerungsaufgaben lösbar
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
Differential <strong>GPS</strong><br />
Messverfahren mit Referenz – Rover<br />
interessantestes Verfahren für Geodäsie<br />
SAPOS, Eigenreferenzierung<br />
beruht auf Prinzip:<br />
Auswertung des Satellitenempfangs auf Referenz<br />
(mit bekannten Stationsdaten)<br />
Übermittlung von Korrekturdaten an Rover<br />
(mittels Telemetrie, z.B. GSM)<br />
Folge ist bestimmte Roverkoordinate<br />
PD<strong>GPS</strong> – Präzises D<strong>GPS</strong> für Geodäsie<br />
ebenso Korrekturdaten für Navigationsempfänger<br />
war schon bei TRANSIT gebräuchlich<br />
(translocation)
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
Ein- Ein und Zweifrequenzempfänger<br />
Einfrequenzempfänger L1<br />
Zweifrequenzempfänger L1 und L2<br />
höhere Positionsgenauigkeit – Ionosphärenkorrektur
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
GLONASS<br />
GLObalnaya<br />
GLObalnaya<br />
NAvigatsionnaya<br />
NAvigatsionnaya<br />
Sputnikovaya<br />
putnikovaya Sistema istema<br />
russisches (sowjetisches) Pendant zum <strong>GPS</strong><br />
geplant für weltweite Satellitenabdeckung<br />
3 Orbitalflächen mit je 8 Satelliten<br />
technisch vergleichbar mit <strong>GPS</strong><br />
leidet unter wirtschaftlichen Schwierigkeiten des Landes
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
GLONASS<br />
erster Uragan Testsatellit Oktober 1982<br />
Vollausbau 1996 mit 24 Satelliten erreicht<br />
August 2006 13 aktive Satelliten vorhanden<br />
neue Uragan-K Uragan K Satelliten mit Indien ab 2008<br />
bis 2008 mit 18 Satelliten Russland abdecken<br />
bis 2010 mit 24 Satelliten weltweiter Empfang
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
technisches zum Raumsegment<br />
GLONASS<br />
Bahnebenen mit 64.8 ° Neigung<br />
Bahnhöhe ca. 19100 km<br />
Umlaufzeit 11:15 h ( 8/17 Sterntag )<br />
Umlaufbahnen annähernd kreisförmig<br />
alle Satelliten haben gleichen Code (PRN)<br />
jeder Satellit sendet auf eigener Frequenz<br />
technisches zum Kontrollsegment<br />
Boden-Kontrollzentrum Boden Kontrollzentrum in Moskau<br />
Telemetrie- Telemetrie und Trackingstationen in St. Petersburg,<br />
Ternopol, Eniseisk, Komsomolsk-na<br />
Komsomolsk na-Amure Amure<br />
Zeitskala Russian UTC mit Schaltsekunden<br />
geführt wird nach dem PZ-90 PZ 90 System<br />
(früher Sowjet Geodetic System 85)
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
GALILEO<br />
europäisches Satellitennavigationssystem<br />
ähnliches Funktionsprinzip wie <strong>GPS</strong> und GLONASS<br />
kompatibel zu <strong>GPS</strong><br />
Kombination von GALILEO und GLONASS als Gemeinschaft von EU und<br />
Russland wird für möglich gehalten<br />
geplant sind 30 Satelliten verfügbar bis 2010<br />
Bahnhöhe von ca. 23.260 km<br />
für zivile Zwecke konzipiert<br />
Giove-A Giove A am 28.12.2005 in Baikonur gestartet<br />
Start 6:19 Uhr Probetrieb in 23.222 km 13:51 Uhr
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
Geschichte<br />
GALILEO<br />
erstes gemeinsames Projekt EU und ESA<br />
2003 Einigung der ESA Mitgliedstaaten<br />
beteiligte Staaten auch außerhalb der EU<br />
China Indien Israel Ukraine Marokko Südkorea<br />
(Argentinien, Brasilien, Chile, Kanada, Mexiko)<br />
Deutschland ist größter Geldgeber
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GALILEO
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5 Dienste<br />
allgemeiner ( OS – open service )<br />
GALILEO<br />
kostenlos, für alle zugänglich, 4 m Genauigkeit<br />
sicherer ( SoL – safety of life )<br />
Überlebenswichtige Aufgaben (Flugverkehr)<br />
gibt Warnmeldungen bei Genauigkeitseinschränkungen<br />
kommerzieller ( CS – commercial service)<br />
Mit 2 zusätzlichen Signalen, verschlüsselt, Gebühren, 10 cm<br />
regulierter ( PRS – public regulated service)<br />
hoheitliche Aufgaben (Polizei, Geheimdienst, Militär)<br />
sehr hohe Genauigkeit, 2 Signale mit verschlüsselten Codes<br />
such- such und rettung ( SAR – search and rescue)<br />
weltweite Such- Such und Rettungsmaßnahmen,<br />
Alarmierung in Echtzeit, Antwort zum Notsender (!)
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4 Entwicklungsphasen<br />
1.Planungsphase<br />
GALILEO<br />
Jan 2006 abgeschlossen, Start von 2 Testsatelliten, Fertigstellung Fertigstellung<br />
1 Bodenstation<br />
2.Entwicklungsphase<br />
Betrieb von 3-4 3 4 Satelliten, 1.5 Mrd. €<br />
3.Errichtungsphase<br />
Fertigstellung, 30 Satelliten betriebsbereit, 2.5 Mrd. €<br />
4.Betriebsphase<br />
Betrieb und Wartung des Systems<br />
220 Mio. € pro Jahr<br />
hiermit GALILEO leider nicht möglich
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<strong>GPS</strong> - GIS<br />
GNSS und Archäologie<br />
GIS spielt immer größere Rolle in praktischer archäologischer Arbeit Arbeit<br />
vielfältige Möglichkeiten der der Datenerfassung,<br />
Datenverarbeitung und und –analyse analyse<br />
Verknüpfung archäologischer mit räumlichen Daten<br />
(Topographie, Bodennutzung, Klima) Klima)<br />
effiziente Auswertung aller verknüpften Daten<br />
<strong>GPS</strong> etabliert sich für Geodatenerfassung
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Digitales Geländemodell<br />
GNSS und Archäologie<br />
beschreibt räumliche Form der Erdoberfläche<br />
Basis für räumlich ausgedehnte Grabungen<br />
grundlegend für die Erstellung eines GIS<br />
unverzichtbar für Planung und Auswertung<br />
sehr effektiv mit <strong>GPS</strong> zu erarbeiten
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GNSS und Archäologie<br />
Festpunkte und Passpunkte mit Satellitenhilfe<br />
erfolgreiche Methode zur zur Schaffung von Punktfeldern<br />
homogenisierte Punktnetze durch Ausgleichung<br />
hohe Zeitersparnis bei großen Flächen<br />
und lang gestreckten Objekten<br />
Transformation in das Gebrauchssystem durch Nutzung<br />
von Fixpunkten der Landesvermessung<br />
Passpunkte für Photogrammetrie, Digitalphotographie,...<br />
Basis für weitere Punktverdichtung<br />
passpunktfreie <strong>GPS</strong>-Messungen <strong>GPS</strong> Messungen durch hoheitliche Referenzen
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GNSS und Archäologie<br />
Festpunkte und Passpunkte mit Satellitenhilfe<br />
Beispiel Kirche<br />
Beispiel Friedhof<br />
Beispiel Mei Bali
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GNSS und Archäologie<br />
Festpunkte und Passpunkte mit Satellitenhilfe<br />
Beispiel Schloss Ribbeck
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3D - Datenerfassung<br />
Zeitgewinn gegenüber Tachymetrie<br />
GNSS und Archäologie<br />
korrekte Positionierung in abgelegenem Gelände<br />
fernab der Zivilisation<br />
kostengünstiger Ein-Mann Ein Mann-Betrieb Betrieb<br />
Beispieldaten: Petroglyphen Mei Bali im Aramus - Distrikt
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Prospektion<br />
Geomagnetic (2D)<br />
Bodenradar (3D)<br />
GNSS und Archäologie<br />
Cäsium-Dampf<br />
Cäsium Dampf-Magnetometer<br />
Magnetometer<br />
Ortung von von Gebäudespuren und Wegnetzen<br />
Messfortschritt 4 ha/Tag<br />
Bodenradar (3D)<br />
Fundamentortung<br />
Leitungsortung<br />
Hohlraumerkennung<br />
Messfortschritt 0.5 ha/Tag<br />
Geoelektrik (2D)<br />
geoelektrische Widerstandsmessung<br />
Messfortschritt 0.35 ha/Tag<br />
<strong>GPS</strong> für f r Geländeaufnahme Gel ndeaufnahme der Prospektion unterstützend<br />
unterst tzend<br />
<strong>GPS</strong> für f r Transformation der Untersuchungsflächen Untersuchungsfl chen in das amtliche Netz
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Luftbildprospektion<br />
GNSS und Archäologie<br />
Flugroute wird mittels <strong>GPS</strong> aufgezeichnet<br />
erleichtert die Auffindung bestimmter Denkmale<br />
während des Fluges<br />
Lokalisierung entdeckter und photographierter<br />
Bewuchsmerkmale erneut möglich
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Unterwasserarchäologie<br />
GNSS und Archäologie<br />
in flachem Wasser einsetzbares fächerfähiges<br />
Sedimentecholot<br />
Erkundung wikingerzeitliches Seesperrwerk<br />
Bauwerkserkundung, Vermessung, Kartierung<br />
Hydroakustik – Hydrographie – Archäologie – <strong>GPS</strong><br />
Beispiel Ägyptens versunkene Schätze
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Unterwasserarchäologie<br />
GNSS und Archäologie<br />
Entdeckung einer antiken Welt - Alexandria<br />
Mehr als 2000 Funde vermessen und kartiert<br />
Leuchtturm auf der Insel Pharos Sieben Weltwunder<br />
<strong>GPS</strong>-System <strong>GPS</strong> System 300 von Leica Geosystems<br />
Antenne auf dem Boot und Referenz am Ufer<br />
Vorteile<br />
vereinfachte Datenerfassung<br />
größere Genauigkeit<br />
Zeiteinsparung für Archäologen unter Wasser
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GNSS und Archäologie<br />
Literaturangaben und -quellen quellen<br />
Forschungsbeiträge der Fachzeitschriften ZfV (Zeitschrift für Vermessungswesen),<br />
Vermessungswesen),<br />
AVN (Allgemeine Vermessungsnachrichten), VDV – „Der Vermessungsingenieur“<br />
Günter Seeber „Satellitengeodäsie“<br />
Studentenmanuskript Vorlesung <strong>GPS</strong><br />
Technische Universität Dresden Prof. Dr.-Ing. Dr. Ing. V. Frevert<br />
Studentenmanuskript Vorlesung Orientierungsmessung II<br />
Technische Fachhochschule Bochum Prof. Dr.-Ing. Dr. Ing. M. Bäumker<br />
Workshop und Seminar „Präzise <strong>GPS</strong> – RTK - Technologie im Vermessungswesen“<br />
Universität GH Essen Prof. Dr.-Ing. Dr. Ing. H. Fröhlich<br />
Seminarmanuskript „Techniken und Nutzung von <strong>GPS</strong> im Vermessungsbereich“<br />
Vermessungsbereich“<br />
Planungs- Planungs und <strong>Ingenieurbüro</strong> BLANK Dortmund Dipl.-Ing. Dipl. Ing. K. <strong>Kerkow</strong><br />
Internetseite www.kowoma.de<br />
Internetseite www.wikipedia.de
Sat Ing <strong>Ingenieurbüro</strong> <strong>Kerkow</strong> Satellitengeodäsie und Vermessung<br />
GNSS und Archäologie
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