Das DGFI heute: Globale und regionale Referenzrahmen Geometrie-Gruppe Manuela Seitz Laura Sánchez Mathis Bloßfeld Detlef Angermann Michael Gerstl Robert Heinkelmann Julián Mora-Diaz Horst Müller Natalia Panafidina Vojtech 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) z y http://www.globale-evolution.de x 60 Jahre DGFI - von der Triangulation zur geodätischen Erdsystemforschung, München 25. Juni 2012

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 das Globale Geo- dätische Beo- bachtungssystem (GGOS) Referenzrahmen berechnet am DGFI: DTRF2008 60 Jahre DGFI - von der Triangulation zur geodätischen Erdsystemforschung, München 25. Juni 2012

Geodätische Raumbeobachtungsverfahren Very Long Baseline Interferometry (VLBI) Global Navigation Satellite Systems (GNSS) http://www.jammisciencescreen.com http://igscb.jpl.nasa.gov/network/site/conz.html Wettzell Satellite Laser Ranging (SLR) Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite (DORIS) Herausragende Eigenschaften der Verfahren Schwerpunkte am DGFI: VLBI, SLR, GPS Warum wird kombiniert? http://www.cls.fr http://spie.org/ http://cddis.nasa.gov/ 60 Jahre DGFI - von der Triangulation zur geodätischen Erdsystemforschung, München 25. Juni 2012

Berechnung des DTRF2008 Strategie Eingangsdaten bereitgestellt von den VLBI Session NGL Analyse der Zeitreihen und Addition der NGL zu einer NGL pro Verfahren Kombination der Beobachtungsverfahren SLR Wöchentl. NGL GNSS DORIS NGL Referenzrahmen + Erdorientierungsparameter DTRF2008 Eingangsdaten bereitgestellt von den Internationalen Diensten NGL: Normalgleichung 60 Jahre DGFI - von der Triangulation zur geodätischen Erdsystemforschung, München 25. Juni 2012

Ko-lokationsstationen Beobachtungen der verschiedenen Verfahren beziehen sich nicht auf gemeinsame Referenzpunkte. Die resultierenden Differenzvektoren werden auch als „local ties“ bezeichnet. Geodätisches Observatorium Wettzell, Bayerischer Wald VLBI SLR GPS Lokale Messungen sind nötig um die Stationspositionen kombinieren zu können. http://www.fs.wettzell.de/ http://www.vermessungstechnik.de 60 Jahre DGFI - von der Triangulation zur geodätischen Erdsystemforschung, München 25. Juni 2012

DTRF2008: Stationsverteilung Verfahren/Standort 4 Verf. 7 3 Verf. 27 2 Verf. 81 1 Verf. 464 VLBI 106 SLR 122 GNSS 559 DORIS 132 Gesamt ≈1000 14% 13% 61% 12% 60 Jahre DGFI - von der Triangulation zur geodätischen Erdsystemforschung, München 25. Juni 2012

DTRF2008: Geschwindigkeitsfeld Horizontale Geschwindigkeiten 60 Jahre DGFI - von der Triangulation zur geodätischen Erdsystemforschung, München 25. Juni 2012

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). ITRF-Stationen in Lateinamerika (z.Z. 50) SIRGAS: ITRF-Verdichtung in Lateinamerika (z.Z. 256 Stationen) 60 Jahre DGFI - von der Triangulation zur geodätischen Erdsystemforschung, München 25. Juni 2012

DGFI-Arbeiten in SIRGAS Kontinuierliche Analyse des Referenzrahmens und Bereitstellung von wöchentlichen Stationskoordinaten Mehrjahreslösungen Zeitreihen Verfügbar unter www.sirgas.org Mehrjahreslösung SIR11P01 60 Jahre DGFI - von der Triangulation zur geodätischen Erdsystemforschung, München 25. Juni 2012

DGFI-Arbeiten in SIRGAS Modellierung der Erdoberflächendeformationen durch geophysikalische Prozesse z. Bsp. Plattentektonik Erdbeben atmosphärische / hydrologische Auflastvariationen Deformationsmodel für Mittel- und Südamerika 60 Jahre DGFI - von der Triangulation zur geodätischen Erdsystemforschung, München 25. Juni 2012

Co-seismische Bewegungen nach dem Erdbeben in Maule, Chile, Februar 2010 20 cm! 60 Jahre DGFI - von der Triangulation zur geodätischen Erdsystemforschung, München 25. Juni 2012

Modellierung seismischer Deformationen 60 Jahre DGFI - von der Triangulation zur geodätischen Erdsystemforschung, München 25. Juni 2012

Vereinheitlichung von Höhensysteme Kombinierte Analysis von GNSS-Zeitreihen, Pegel-Registrierungen, Satellitenaltimetrie-Beobachtungen, Geoid-Modellierung Nivellements für die Vereinheitlichung der existierenden Höhensysteme Vergleich von vertikalen Geschwindigkeiten aus GPS-Positionierung und Pegel-Registrierungen 60 Jahre DGFI - von der Triangulation zur geodätischen Erdsystemforschung, München 25. Juni 2012

Aktuelle Herausforderungen 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? Amtliches Bezugsystem Deformation durch Erdbeben Aktuelle Stationspositionen ? 60 Jahre DGFI - von der Triangulation zur geodätischen Erdsystemforschung, München 25. Juni 2012

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 60 Jahre DGFI - von der Triangulation zur geodätischen Erdsystemforschung, München 25. Juni 2012

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) Wettzell (Deutschland) Modelle: GLDAS (Rodell et al., 2004) & NCEP (Kalnay et al., 1996) 60 Jahre DGFI - von der Triangulation zur geodätischen Erdsystemforschung, München 25. Juni 2012

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 60 Jahre DGFI - von der Triangulation zur geodätischen Erdsystemforschung, München 25. Juni 2012

Globale Referenzrahmen – zeitlich hochaufgelöst Differenzen zwischen den Lösungen: bis zu mehreren Zentimetern!  Die Unterschiede wirken sich auf andere mitgeschätzte Parameter aus 60 Jahre DGFI - von der Triangulation zur geodätischen Erdsystemforschung, München 25. Juni 2012

Globale Referenzrahmen – zeitlich hochaufgelöst 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 60 Jahre DGFI - von der Triangulation zur geodätischen Erdsystemforschung, München 25. Juni 2012

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) 60 Jahre DGFI - von der Triangulation zur geodätischen Erdsystemforschung, München 25. Juni 2012