E. Brockmann, D. Ineichen, S. Schaer Grundlagen und Permanentnetze: Fokus auf AGNES – GLONASS Erweiterung kleine Retrospektive E. Brockmann, D. Ineichen, S. Schaer

Inhalt AGNES-Umstellungen Planung / Ablauf Doppelstationen Gründe Beispiel ZIM2 BSW5.0 + Nutzen Tages-Auswertungen Kinemtische Auswertungen Troposphäre Positionierungsdienst

AGNES: Automatisches Netz Schweiz G S GNSS GPS

Retrospective AGNES-II: Jahr 2006 Feb. 06: Ankündigung Trimble, Leica: GNSS-Empfänger 14.7.06: Testempfänger Trimble NetR5 + Leica Rover GNSS Upgrade + 10 Tage GNSS-Kampagne in Zimmerwald + GNSS-Auswertetests EUREF GL-Antrag 22.8.06 akzeptiert Ende 2006: Testphase abgeschlossen+ Kaufentscheid + Beschaffung: Trimble GNSS als Ablösung Motivation für schnelle Vorgehensweise: Erhöhte Verfügbarkeit für swipos- Positionierungsdienst und moderne Infrastruktur

Vorarbeiten zur Umstellung Absolute Antennenkalibrierung mit Roboter der Firma Geo++ 34 individuelle Antennen + IGS Werte ( ) Elev.-abhängige Phasenzentrumsvariationen GPS (individuell) + GLONASS (Gruppe) [mm] keine “Ausreisserantenne”

Absolute Antennenkalibration Elev.-Azim.-abhängige Phasenzentrumsvariationen GPS (individuell) + GLONASS (Gruppe)

GNSS-Auswertungen mit Bernese GPS Software bei swisstopo network (#stations) Verfügbarkeit Kommentar EUREF Teilnetz (40) 100 % täglich Referenzrahmen Europa AGNES + Teilnetz EUREF (90) 100 % täglich Referenzrahmen Schweiz AGNES + Teilnetz EUREF (80) 98 % stündlich Monitoring + Wettervorhersage

GLONASS-Auswertungen für EUREF swisstopo‘s offizieller Beitrag mit GLONASS (amb. float) seit GPS Woche 1400 (Nov. 2006) Orbit Information von CODE (kein kombiniertes Produkt vom IGS verfügbar) WTZR

10 Doppelstation Doppelstation als Kompromiss der Echzeitanwendungen swipos (höhere Verfügbarkeit) und der Bedürfnissen der Referenzrahmenkontrolle (“Stationsbewegungen”). ARDE BOUR DAVO ETHZ FRIC HOHT MART SAAN STAB ZIMM

Geschwindigkeitsgenauigkeiten bei Antennenwechsel Annahme: - gleiche Geschwindigkeit vorher und nachher - “gute” Zeitserien 3 Jahre kontinuierlich = 10 Jahre mit 2 Wechseln GLONASS GALILEO ? Neue Technologie alle 5-6 Jahre ?

Geschwindigkeitsbestimmung AGNES Relative Geschwindigkeits-”Constraints”: 0.01 mm/Jahr

Geschwindigkeitsbestimmung AGNES Relative Geschwindigkeits-”Constraints”: 0.001 mm/Jahr

ZIM2 Ebenfalls wie ZIMM: IGS- und EUREF-Station Tagesfiles, Stundenfiles und Sekunden-NTRIP Datenlieferung ZIM2 ZIMM

ZIM2: Beton-Fundament (8.9.07)

ZIM2: Betonfundament (fertig 13.9.07)

ZIM2: Mastaufbau (20.9.07)

ZIM2: Antenneninstallation (9.11.07)

AGNES: Stationssoftware GPSBase

ZIMM / ZIM2 Zeitserie ZIMM ZIM2

Aktivitäten AGNES-II 2007 14. Juni (PAYE) – 2. Juli (GENE): 20 Stationen umgestellt 7. Aug.: Aktivierung GNSS für swipos Positionierungsdienst Nov. 06 –Okt. 07: GNSS-Auswertungen Rechenzentrum Bernese 5.0 - > Bernese 5.0 + “Bugs” (SNGDIF, CODSPP, MAUPRP, GPSEST) Improvements (Extraktionsprogramme) Basislinienoptimierungen Sept.: Mehrdeutigkeitslösung AGNES/EUREF Okt.: Mehrdeutigkeitslösung Stundenauswertungen Aug. – heute: Bau von Doppelstationen (1 fehlt noch) 18. Dez.: neue AGNES-Koordinaten und Informationen auf neuem Webportal swisstopo (CMS)

Beispiel Basislinienoptimierung Maximum Observation ↓ Maximum Observation / Short Baselines / GNSS Baselines

Auswertungen GNSS GNSS Mehrdeutigkeitslösung (keine Mehrdeutigkeiten GPS-GLO) seit Sept./Okt. 2007: QIF < 2000 km: 60 – 90 % (nur gleiche Frequenzen) L5/L3 < 200 km: 90 – 100% L1/L2 < 20 km: 95 – 100% Kombination GPS und GLONASS: a) GPS-only + GLONASS-only + NEQ stacking oder b) direkt in einem Guss ausgewertet „Schweizerische“ Auswertungen: Weiterführung der Lösungen, die auf reltiven Antennenmodellen basieren (solange kein Reprocessing und solange die LV95-Koordinaten auf rel. Koordinaten beruhen)

Referenzrahmenstabilität Station Luzern (Antennenwechsel 11. Juli 2007 -> Sprung in Zeitserie)

Referenzrahmenstabilität: Koordinatendifferenzen zu den offiziellen Koordinaten Neue Koordinaten für 20 ersetzte Stationen: Summe aus Antennenwechsel, Rundungsdifferenz und Stationsverschiebung  Doppelstationen sichern Konsistenz des nationalen Referenzrahmens und ermöglichen ein genaueres Monitoring der Langzeitserie (Tektonik)

GPS / GNSS Post-Processing Auswertungen Wiederholbarkeiten aus 315 1-Tagesauswertungen: Nord

GPS / GNSS Post-Processing Auswertungen (2) Wiederholbarkeiten aus 315 1-Tagesauswertungen: Summary Mean RMS of 23 stations, 315 days

GPS / GNSS Post-Processing Auswertungen (3) Konsistenz zwischen den Lösungen Mittel von zwei 315-Tageskombinationen 3-P Helmert von 23 Stationen North [mm] East [mm] Up [mm] GPS vs. GNSS 0.3 0.2 0.8 GLONASS vs. GNSS 0.7 1.0 2.7 GPS vs. GLONASS 1.2 3.4

Einfluss GLONASS auf Troposphären-Parameter GPS+GLONASS gegenüber GPS-only: nur minimaler Einfluss Ähnliches gilt auch für die Near-realtime Lösungen (8 Stunden Intervalle jede Stunde) bias: 0.06 mm std: 0.9 mm # comp: ~11’000 h

Validierungen Troposphäre (ZIM2) Neu: Radiosonden-Daten als Vergleich in Europa über EUMETNET für Wissenschaft verfügbar (11 Kollokationsstationen für swipos Netz)

Kinematische Lösungen: Vorgehen 7 Tage: Stundenlösungen Mehrdeutigkeiten und Troposphäre aus NRT-8-Stundenlösungen Epochenweise Koordinatenbestimmung (Simulation des maximalen Genauigkeitsgewinns bei der Positionierung) Vergleich GPS mit GPS+GLONASS

Kinematische Lösungen: Residuen von GPS vs. GNSS Station San Bernardino, 7 Tage, 19‘000 Positionen North East Mehrdeutigkeiten aus post-processing übernommen

Kinematische Lösungen: Einfluss von GNS auf die RMS Werte Verbesserung von allen Koordinatenkomponenten aller Stationen mit zusätzlichen GLONASS-Beobachtungen

Kinematische Lösungen: Verbesserung durch GLONASS Daten Mittelwerte aus 7 Tagen, 24 Stationen: Nord Ost Höhe RMS GPS 7.3 mm 5.4 mm 12.4 mm RMS GNSS 6.0 mm 4.8 mm 10.8 mm Verbesserung 17 % 11 % 13 % Gewinn ca. „Wurzel n“ Gewinn bis zu 30% für Nord, 13% für Ost, und 16% für Höhe vor allem bei Gebirgsstationen mit eingeschränktem Horizont Gewinn durch vereinfachte Mehrdeutigkeitslösung noch nicht realisiert

Netzzusammenführung swisstopo / Swissat Stationsnetz

swipos Kundenwachstum Inklusive der 2007 übernommenen Swissat Kunden

Status AGNES-Umstellung GLONASS „Normale Station“: GNSS Empfänger und Antenne neu installiert „Doppelstation“: Neuer Standort für GNSS Antenne GNSS und GPS werden parallel betrieben „Doppelstation“: GNSS noch nicht instaliert Neue GNSS-Hardware: Trimble NetR5 Empfänger und Zephyr GNSS Antennen

Zusammenfassung 28 GNSS-AGNES Stationen sind operationell und Daten sind integriert in Auswertezentrum (BSW 5.0+) und swipos - Positionierungsdienst Schnelles Vorgehen (Vergleich zu EU) Resultate sind vergleichbar; Gewinn durch GLONASS ist noch recht bescheiden; Potenzial im Real-time vorhanden vor allem bei schwierigen Messbedingungen Antennenwechsel und die Sprünge in Zeitserien muss man in Kauf nehmen - Milderung durch Doppelstationen

GNSS in Zukunft Galileo operationell 11-Jahres-Zyklus GLONASS in AGNES