Datumspunkt des DHHN 2012? - DVW
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<strong>DHHN</strong> 2006-<strong>2012</strong> unter<br />
Einbindung <strong>des</strong><br />
Normalhöhenpunktes<br />
Hoppegarten<br />
Uwe Feldmann-Westendorff<br />
<strong>DVW</strong> Berlin-Brandenburg e.V.<br />
Festkolloquium<br />
100 Jahre Deutsches Haupthöhennetz<br />
Jüdisches Museum Berlin, Kollegienhaus<br />
Berlin, 26.10.<strong>2012</strong>
Inhalt<br />
• Einleitung<br />
• Erneuerung <strong>des</strong> <strong>DHHN</strong> – Konzept und Umsetzung<br />
• Normal-Höhenpunkt Hoppegarten (N.H. von 1912)<br />
• Präzisionsnivellements im <strong>DHHN</strong> 2006-<strong>2012</strong><br />
• Datumsfestlegung und erste Ergebnisse<br />
• Fazit und Ausblick<br />
26.10.<strong>2012</strong> 2
Einleitung<br />
• Allgemeine Konferenz der Internationalen Erdmessung<br />
vor 100 Jahren:<br />
• Wiederholung der fundamentalen Nivellementsnetze der zivilisierten<br />
Länder zwei bis dreimal im Jahrhundert (Budapest 1906)<br />
• Notwendigkeit der orthometrischen Reduktion der Nivellements<br />
(London 1909)<br />
• Einführung <strong>des</strong> „Nivellements von hoher Präzision“ (Hamburg 1912)<br />
• Situation heute:<br />
• Es gelten die gleichen technischen Grundsätze im Präzisionsnivellement.<br />
• Verfeinerung der Messtechnik (Digitalisierung), jedoch kein signifikanter<br />
Genauigkeitsgewinn!<br />
26.10.<strong>2012</strong> 3
Erneuerung <strong>des</strong> Deutschen<br />
Haupthöhennetzes – Konzept<br />
• 2003 Ist-Analyse<br />
• Das vorhandene Höhenfestpunktfeld<br />
unterliegt aufgrund seines Alters und<br />
einer gewissen Zerstörungsrate einem<br />
zunehmenden Verfall.<br />
• Die anforderungsgerechte Erfüllung der<br />
Aufgabe „Bereitstellung eines<br />
bun<strong>des</strong>einheitlichen genauen<br />
Höhenbezugssystems“ gerät langfristig<br />
in Gefahr.<br />
• Neue technische Entwicklungen sind zu<br />
nutzen, vor allem unter dem Aspekt von<br />
möglichen Kostenreduzierungen.<br />
• Zuverlässige, konsistente und aktuelle<br />
Höhenangaben sind von hoher<br />
technischer und volkswirtschaftlicher<br />
Bedeutung.<br />
• 2005 Soll-Analyse<br />
• Aufdeckung von Höhenänderungen<br />
und Spannungen im <strong>DHHN</strong>92<br />
• Einbindung <strong>des</strong> <strong>DHHN</strong> in ein<br />
zukünftiges, integriertes<br />
Raumbezugssystem<br />
• Verknüpfung <strong>des</strong> Nivellements mit<br />
epochengleichen GNSS-Messungen,<br />
Absolutgravimetrie sowie neuen<br />
Erdschwerefeldmodellen zur<br />
hochgenauen Geoidmodellierung für<br />
die weitere Verbesserung der<br />
Gebrauchshöhenbestimmung mit<br />
SAPOS<br />
• Grundlage für Daseinsvorsorge und<br />
Wissenschaft<br />
26.10.<strong>2012</strong> 4
Erneuerung <strong>des</strong> <strong>DHHN</strong> – Umsetzung<br />
• 2005 Beschlusslage AdV<br />
• 14.130 km Präzisionsnivellement<br />
• 250 GNSS/Niv-Bodenpunkte, davon<br />
100 Absolutschwerepunkte<br />
• Realisierung 2006 bis <strong>2012</strong><br />
• 29.500 km Präzisionsnivellement<br />
• 250 GGP (GNSS/Niv), davon<br />
168 Absolutschwerepunkte und<br />
81 Relativschwerepunkte<br />
• 350 GNSS-RS<br />
• Koordinierung und Auswertung<br />
• PG <strong>DHHN</strong> <strong>des</strong> AK Raumbezug (AdV)<br />
• Niv-Rechenstellen BKG, BezReg Köln<br />
• GNSS-Rechenstellen LGLN, BKG<br />
• Absolutgravimetrie BKG<br />
26.10.<strong>2012</strong> 5
Projekt-Zeitplan<br />
Plenumsbeschluss<br />
Auswertung<br />
Absolutgravimetrie<br />
Dokumentation<br />
Konzeption und Planung<br />
Präzisionsnivellement<br />
2002 03 04 05 06 07 08 09 2010 11 12<br />
13 14 2015<br />
GNSS-Kampagne<br />
26.10.<strong>2012</strong> 6
Normalhöhenpunkt (N.H.) von 1912<br />
N.H. 1912<br />
Urmesstischblatt 1843<br />
Preußische Lan<strong>des</strong>aufnahme<br />
Messtischblatt 1901 (1920/40)<br />
Preußische Lan<strong>des</strong>aufnahme<br />
(Reichsamt für Lan<strong>des</strong>aufnahme)<br />
Digitale Topogr. Karte <strong>2012</strong><br />
Lan<strong>des</strong>vermessung und<br />
Geobasisinformation Brandenburg<br />
Quelle: LGB, <strong>2012</strong><br />
26.10.<strong>2012</strong> 7
Einbau <strong>des</strong> N.H. im April 1912<br />
Quelle:<br />
RfL, 1923<br />
26.10.<strong>2012</strong> 8
Versuchsstrecke Freienwalde 1908 und<br />
Netzteil I 1908-1922<br />
Quelle: Holm, 1908<br />
Quelle:<br />
RfL, 1923<br />
26.10.<strong>2012</strong> 9
Öffnung <strong>des</strong> N.H. im September 2004<br />
Quelle:<br />
S. Wolfram<br />
26.10.<strong>2012</strong> 10
N.H. Hoppegarten 1913-2009<br />
GGP<br />
Quelle: Sadowski und Sorge, 2005 (ergänzt)<br />
Quelle:<br />
S. Wolfram<br />
• Linienbeschreibungen, Geologische Befunde,<br />
Koordinaten<br />
• Kontrollmessungen 1920, 1927, (1932), 1956, 1964,<br />
1974, 2004, 2009 (Linienmessung)<br />
• Erkenntnisstand: N.H. gilt lokal als höhenstabil<br />
• 2008: Einrichtung eines GGP bei UF OO<br />
26.10.<strong>2012</strong> 11
Fragestellung<br />
»Der Normalhöhenpunkt von 1912 –<br />
<strong>Datumspunkt</strong> <strong>des</strong> <strong>DHHN</strong> <strong>2012</strong>?«<br />
Sadowski und Sorge (2005)<br />
26.10.<strong>2012</strong> 12
Messungsfortschritt im <strong>DHHN</strong><br />
(04/<strong>2012</strong>)<br />
• 92% der geplanten Linien (29.500 km)<br />
sind gemessen<br />
• 97% der Messdaten liegen in den<br />
Rechenstellen (Bonn, Leipzig) vor<br />
• ca. 87% <strong>des</strong> <strong>DHHN</strong>92 (26.400 km)<br />
werden 2006-<strong>2012</strong> wiederholt<br />
• Messungen erfolgen nach der<br />
Feldanweisung<br />
Präzisionsnivellement im <strong>DHHN</strong><br />
2006-<strong>2012</strong> durch die<br />
Lan<strong>des</strong>vermessungsbehörden der<br />
Länder<br />
26.10.<strong>2012</strong> 13
Schleifenschlussfehler bereits<br />
geschlossener Schleifen<br />
ZU<br />
= ± 2<br />
⋅<br />
U<br />
Zulässige Abweichung Z U [mm] für<br />
Schleifen von einem Umfang U [km]<br />
z. B. U = 200 km ; Z U = 28,3 mm<br />
26.10.<strong>2012</strong> 14
Linie Seehausen – Perleberg (32 km)<br />
<strong>DHHN</strong> 2006, SNN 1976, SNN 1955, <strong>DHHN</strong> 1925<br />
1<br />
Aufsummierte, um die<br />
Schwerekorrektur<br />
reduzierte<br />
Höhenänderungen<br />
1<br />
HM Seehausen festgehalten<br />
3<br />
2<br />
2<br />
3<br />
Setzung (Elbniederung)<br />
NivPfeiler (vmtl. Umvermarkung)<br />
Quelle: LVermGeo Magdeburg<br />
26.10.<strong>2012</strong> 15
Linie Bernburg – Halle (55 km)<br />
<strong>DHHN</strong> 2008, SNN 1976, SNN 1956,<br />
Urnivellement 1884<br />
Bernburg<br />
1<br />
Halle<br />
3<br />
1<br />
2<br />
3<br />
HM Domnitz festgehalten<br />
Setzung (Bergbau 19 Jh.)<br />
Setzungen (Ursache unklar)<br />
2<br />
Quelle: LVermGeo Magdeburg<br />
26.10.<strong>2012</strong> 16
Linie Haltern a. S. – Hattingen (53 km)<br />
<strong>DHHN</strong> 2010, <strong>DHHN</strong> 1985<br />
1<br />
4<br />
2<br />
3<br />
1<br />
2 3<br />
4<br />
HM Haltern festgehalten<br />
Setzung (Bergbau)<br />
Hebungstendenz (N-S)<br />
Quelle: Rechenstelle Leipzig<br />
26.10.<strong>2012</strong> 17
Höhenzuschläge aus der Ausgleichung<br />
(Ausgleichung 02/<strong>2012</strong>)<br />
• Beobachtungen n = 903<br />
• Knotenpunkte u = 655<br />
• Freiheitsgrade f = 249<br />
• <strong>Datumspunkt</strong> Wallenhorst<br />
• Ergebnis s = 0,66 mm/km<br />
• N.H. Hoppegarten –9 mm<br />
• Der vorläufige <strong>Datumspunkt</strong><br />
Wallenhorst macht einen direkten<br />
Vergleich mit dem <strong>DHHN</strong>92 möglich!<br />
Wallenhorst<br />
35 mm Höhenänderung Quelle: Rechenstelle Leipzig<br />
26.10.<strong>2012</strong> 18
Festlegungen zur Datumsrealisierung<br />
• Anzahl der Datumsbedingungen<br />
• Datumsdefekt (Rangdefekt) von 1 (eindimensionales Netz) führt zur<br />
Festlegung einer Translation (zwangsfreie Lagerung)<br />
• Orientierung ist durch die Lotrichtung definiert, der Maßstab durch die<br />
gemessenen Höhenunterschiede gegeben<br />
• <strong>Datumspunkt</strong>e<br />
• Auswahl besonders stabiler HFP in LNH – Wallenhorst, Hoppegarten, ...<br />
• Punkte mit mehreren Messverfahren (GGP, RSP) zur Realisierung <strong>des</strong><br />
einheitlichen Raumbezugs<br />
• Höhe und Geschwindigkeit<br />
• Höhe <strong>des</strong> <strong>DHHN</strong>92, Annahme einer Geschwindigkeit von 0 mm/a<br />
• Genauigkeitsmaße<br />
• Genauigkeitsmaße <strong>des</strong> <strong>DHHN</strong>92 (Wallenhorst fehlerfrei)<br />
26.10.<strong>2012</strong> 19
Varianten zur möglichen<br />
Datumsfestlegung (Simulation)<br />
s H [mm]<br />
Quelle: Rechenstelle Leipzig Quelle: Berndt, 1931<br />
26.10.<strong>2012</strong> 20
Datumsfestlegung<br />
(Ausgleichung 11/2011)<br />
• Einführung mehrerer <strong>Datumspunkt</strong>e<br />
(zwangsfrei)<br />
Wallenhorst<br />
Flechtingen<br />
Hoppegarten<br />
• Summe der Höhenzuschläge in den<br />
<strong>Datumspunkt</strong>en ist Null (Bedingung)<br />
<strong>Datumspunkt</strong><br />
Höhenänderung [mm]<br />
1 Punkt 6 Punkte<br />
Niederweiler<br />
Wallenhorst 0 +4<br />
Hoppegarten −10 −5<br />
(Schernfeld)<br />
Saldenburg<br />
Flechtingen −9 −4<br />
Freudenstadt −36 −32<br />
Saldenburg +36 +40<br />
Freudenstadt<br />
Niederweiler −6 −2<br />
Quelle: Rechenstelle Leipzig<br />
26.10.<strong>2012</strong> 21
Ergebnisbilanz im Gesamtprojekt<br />
Verfahren Ziel Ergebnis<br />
Präzisionsnivellement<br />
s s ≤ 0,4 mm/km<br />
s 0 a post.<br />
≤ 0,86 mm/km 1<br />
s s = 0,31 mm/km (27.200 km)<br />
s 0 a post.<br />
= 0,66 mm/km (27.000 km)<br />
GNSS s h ≤ 5 mm s h = 2,6 mm (600 Pkte) 3<br />
Absolutgravimetrie s g ≤ 12 μGal s g = 10,5 μGal (100 GGP)<br />
Quelle: Projektgruppe „Koordinierung der Messungen im <strong>DHHN</strong>“ der AdV<br />
Rechenstellen Nivellement, GNSS und Absolutschwere<br />
1<br />
Ausgleichung <strong>DHHN</strong>92<br />
2<br />
Niv-Lösung Rechenstelle BKG (Stand 2/<strong>2012</strong>)<br />
3<br />
Kombinierte GNSS-Lösung BKG-LGLN (Stand 11/2011)<br />
26.10.<strong>2012</strong> 22
Fazit und Ausblick<br />
• <strong>DHHN</strong> <strong>2012</strong> – ein neuer amtlicher Höhenbezugsrahmen?<br />
• Die Einführung erfordert einen Beschluss <strong>des</strong> Plenums der AdV.<br />
• Min<strong>des</strong>tens zwei Berechnungsvarianten werden zuvor erfolgen:<br />
(a) Parametrisierung <strong>DHHN</strong>92 und (b) nach Stand der Wissenschaft,<br />
• (b) unter Einführung mehrerer <strong>Datumspunkt</strong>e und Gezeitenkorrektionen.<br />
• Normalhöhenpunkt von 1912 als <strong>Datumspunkt</strong> <strong>2012</strong>?<br />
• ja, jedoch nur mit weiteren <strong>Datumspunkt</strong>en gemeinsam!<br />
• Einheitlicher Raumbezug der AdV<br />
• Das <strong>DHHN</strong>-Projekt realisiert den Einheitlichen Raumbezug, also die<br />
Integration von Raumbezug, Höhe und Schwere.<br />
• Die Nutzung von GNSS und Quasigeoid für eine wirtschaftliche<br />
Gebrauchshöhenbestimmung wird weiter vorangetrieben.<br />
26.10.<strong>2012</strong> 23
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.<br />
Uwe Feldmann-Westendorff<br />
Lan<strong>des</strong>bezugssystem – Koordinierung und Anwendungsentwicklung<br />
LGLN – Lan<strong>des</strong>amt für Geoinformation und Landentwicklung<br />
Niedersachsen<br />
Podbielskistraße 331, 30659 Hannover<br />
Tel.: +49 511 64609 451<br />
Fax: +49 511 64609 168<br />
E-Mail: uwe.feldmann-westendorff@lgln.niedersachsen.de<br />
Internet: www.lgln.de<br />
26.10.<strong>2012</strong> 24