|
CoPaG-Konzept
Einführung Theorie Praxis Anwender Kooperationspartner
Einführung
Das Vermessungswesen in der BRD ist föderal strukturiert. Dieser Umstand ließ verschiedene Bezugssysteme („Koordinatensysteme“) entstehen. Die Folge ist ein „Flickenteppich“ aus verschiedenen, untereinander nicht immer konsistenten Koordinatensystemen. Europäisches Denken und der Einzug globaler Vermessungstechniken (Globale Satelliten Navigationssysteme - GNSS) erfordern einen einheitlichen Bezugsrahmen. Diesen Bezugsrahmen soll nun das ETRS89 herstellen.
Die vielen unterschiedlichen alten Bezugssysteme müssen nun in das ETRS89 überführt werden. Keine leichte Aufgabe angesichts der schon teilweise lokal großen Klaffungen.
zurück zum Seitenanfang
Theorie
Mit der breit gefächerten Nutzung von GNSS - globale satellitengestützte Navigationssysteme wie GPS, GLONASS und zukünftig GALILEO - in den Bereichen Navigation, Location Based Services (LBS) sowie zur allgemeinen Herstellung des absoluten Raumbezuges für Geodaten, verdrängt das ETRS89-Datum (European Terrestrial Reference System) zunehmend die klassischen nationalen bzw. föderalen Bezugssysteme.
CoPaG realisiert die Transformation der Lagekoordinaten der im Datumsbezug veralteten Datenbankbestände klassischer nationaler Bezugssysteme in das im Satellitenpositionszeitalter maßgebliche ITRF-Datum (In Europa ETRS89).
Die Ermittlung der Transformationsparameter erfolgt über identische Punkte in Ausgleichungsansätzen. Wegen der für klassische Landessysteme typische sog. Hauptschwachformen ist die Aufteilung des Gesamtgebietes in Teilgebiete zu modellieren. Der CoPaG zugrundeliegende theoretische Ansatz hat generelle Gültigkeit, was die weitreichende bzw. weltweite Verwertbarkeit der Ansätze erlaubt.
Die sehr wirtschaftliche und cm-genaue GNSS (GPS/GLONASS, künftig GALILEO) basierte Positionierung und Datenerfassung ist bereits in vielen Ländern flächendeckend mittels der RTCM-Korrekturdaten von GNSS-Referenzstationen im global einheitlichen ITRF möglich. GNSS-Referenzstationsdienste wie z.B. SAPOS ® oder ascos ® in Deutschland sind eine wirtschaftliche Alternative für die Nutzung der klassischen durch Millionen vermarkter Aufnahmepunkte realisierten trigonometrische Netze. Diese sind auf die terrestrische Punktbestimmung mittels Totalstationen zugeschnitten, ihre Koordinaten legen die klassischen nationalen Referenzsysteme bei individuellem Nullpunkt, Orientierung und Maßstab fest. Derzeit besteht noch ein Nebeneinander des ITRF einerseits und ca. zweihundertfünfzig nicht zusammenhängenden nationalen Bezugssystemen wie z.B. dem Deutschen Hauptdreiecksnetz (DHDN) andererseits.
Mit der interdisziplinären und breiten Nutzung von GNSS als allgemeines Positionierungssystem in der Navigation und der zur Herstellung des absoluten Raumbezugs von Geodaten im einheitlichen ITRF verdrängt dieses im Aufbau moderne Geodatenbanken zunehmend die bisherigen nationalen Systeme. COPAG verfolgt die nachbarschaftstreue, stetige und statistische kontrollierte Umformung der trigonometrischen Aufnahmepunkte der klassischen Bezugssystem, sowie der Objektpositionsdaten zugehöriger Datenbanken als Voraussetzung für deren Nutzung im Zukunftskonzept eine online GNSS-basierten Positionierung und Datenerfassung.
Der zugrunde gelegte Ausgleichungsansatz basiert nicht alleine auf die Verwendung der Lagekoordinaten. Ein Verzicht auf Höheninformationen zieht ein Defizit an theoretischer Strenge gegenüber dem dargestellten Ellipsoid- und Datumsübergang und damit systematische Transformationsfehler nach sich. Der die Höhe h berücksichtigende CoPaG-Ansatz zur strengen 7P-Transformation (Parameter p=(ex,ey,ez,tx,ty,tz,m)) von Lagepositionsbestände erfüllt damit den für ein allgemein gültiges Konzept notwendigen Anspruch an Ansatzstrenge bzw. mathematischer Exaktheit. Vorteilhaft für den Ansatzkern des CoPaG-Konzeptes zur Lagetransformation in
(B2 = B2 (B1,L1,h1,p) und (L2 = L2 (B1,L1,h1,p)) ist ferner die Tatsache, daß im Gegensatz zum Ansatz in kartesischen Koordinaten die ellipsoidischen Höhen h, der zu transformierenden Punkte der klassischen Netze (Datum 1) – zur Gewährleistung einer Fehlerschranke von 5mm _ nur mit einer untergeordneten Genauigkeit von ca. 50m benötigt werden. Diese Höheninformationen können z.B. von frei verfügbaren Datenbanken wie ETOPO 5 bezogen werden.
Da die genauen Datenbankbestände (z.B. ALK) noch nicht im globalen ITRF-referenziert sind, wird derzeit noch der Weg in umgekehrte Richtung vom globalen ITRF in das klassische territoriale Bezugssystem (z.B. DHDN) gepflegt. Über Paßpunkte werden bei der GNSS-basierten Datenerfassung Transformationsparameter bestimmt. Ihre Gültigkeit bleibt für Genauigkeit unter (1-5) cm jedoch auf Gebietsgrößen von (30-50) km beschränkt. Die Stetigkeit zu Nachbargebieten ist nicht garantiert. Als vorteilhafte Alternative erweist sich die Nutzung von Datenbanken, wie z.B. die 5_cm_DFLBF_DB Deutschland, welche territoriale Transformationsparameter zur stetigen Transformation vom ITRF ins territoriale Bezugssystem bereitstellen.
Nachdem die unwirtschaftliche Fortführungen der klassischen Datumssystem bzw. Datenbankbestände auch von politischer Seite (AdV, Verkehrsministerrat) für obsolet erklärt ist, bedarf es in naher Zukunft der Umsetzung des von CoPaG geleisteten Konzepts zur homogenisierenden und stetigen Überführung der Koordinaten von den klassischen Bezugssystemen ins ITRF/ETRS89. Nur so wird die geforderte paßpunkt- bzw. transformationsfreie global einheitliche GNSS-Positionierung und Datenerfassung Realität. Für terrestrische Datenerfassung mittels Totalstationen bedeutet der Datumswechsel ins ETRS89 lediglich die indifferente Änderung der Anschlußkoordinaten sowie geringe Maßnahmen in den Modalitäten der Streckenreduktion.
In CoPaG geht es nicht allein um die Überführung der trigonometrischen und Aufnahmepunkte (TP, AP), sondern auch um die Überführung der aus den klassischen topographischen Bestandsaufnahmen abgeleiteten Georeferenzierungen von Objekten in Datenbanken. Nimmt man die für die Sicherung des Eigentums, über Planungen aller Art bis hin zur Erarbeitung von modernen Katastrophenschutzplänen bedeutenden allgemeinen Liegenschafts- und Katasterdatenbank (ALK) der Bundesländer Deutschland als Beispiel, so geht es in jedem Bundesland um die nachbarschaftstreue (lokal unverzehrte) Überführung von mehreren Millionen Grenz- und Gebäudepunkten von alten DHDN-Datum in das mit den GNSS-Referenzstationen repräsentierten global einheitlichen neuen ITRF(ETRS89)-Datum.
Grundsätzliche Überlegungen zur Überführung der Lagekoordinaten klassischer Landessysteme in das ITRF-Datum kommen nicht ohne die Berücksichtigung der Existenz der sogenannten Hauptschwachformen der trigonometrischen Lagenetze aus. Dabei handelt es sich um langwellige Aufbiegungen in der Netzgeometrie der bestehenden klassischen trigonometrischen Netze. Die Geometrie dieser Aufbiegung wird durch die wesentlichen d.h. maximalen Eigenwertvektoren der tatsächlichen Kovarianzmatrix der Netzkoordinaten als Trägerfunktion bestimmt. Im Kontext mit der Problematik der in trigonometrischen Landessysteme auftretenden sog. Hauptschwachformen wird eine Aufteilung („Patching“) des zu transformierenden Gesamtgebiets in Teilgebiete erforderlich. Zur Erzielung einer stetigen nachbarschaftstreuen Gesamttransformation sind daher geeignete Stetigkeitsbedingungen in Form von zusätzlichen Restriktionen an die Parameter benachbarter Teilgebiete („Patches“) zu formulieren.
Die Residuen bei strenger Überführung der DHDN-Lagekoordinaten ins ETRS89-Datum mit nur einem bundesweiten Transformationsparameteransatz liegen im Bereich von 2m.
Im Vergleich dazu kann die strenge Transformation der Lagekoordinaten von DHDN nach ITRF (ETRS89) unter Aufteilung in „Patches“ die Residuen im Mittel auf 2 cm drastisch reduzieren.
Der CoPaG-Ansatz berücksichtigt auch Restklaffungen. Somit kann die Nachbarschaft bestmöglich gewährleistet werden. CoPaG ist durch dieses Leistungsmerkmal katastertauglich.
zurück zum Seitenanfang
Praxis
Die Transformation der alten DHDN Koordinaten ins ETRS89 ist mit CoPaG_DE sehr einfach. CoPaG_DE besteht aus Datenbanken (pro Bundesland) und einer Zugriffssoftware. Die DHDN Koordinaten (altes System) werden Punkt für Punkt transformiert. Die Zugriffssoftware ermittelt die Masche in der der Punkt sich befindet, greift die Parameter ab und berechnet daraus die Koordinate im neuen System. Eine automatisierte Transformation über Bundeslandgrenzen hinweg bietet die Option AutoTrans (ToDo).
Die Vorteile auf einen Blick:
- Stetige Transformation von DHDN nach ETRS89
- Es werden keine Passpunkte benötigt
- Ganz Deutschland!
- CoPaG_DE berücksichtigt die unterschiedlichen alten Bezugssysteme
- Qualitätskontrolle wird einmalig bei Erstellung realisiert. (Keine Interpretation von Transformationsergebnissen im Aussendienst)
- Alle Informationen werden zugunsten eines neuen, stetigen Produktes für die Berechnung verwendet.
Im Gegensatz zu anderen Ansätzen muss sich der Anwender hier nicht um die Beurteilung von Transformationsergebnissen kümmern. Die Höhe der Punkte im DHDN/System 42 wird benötigt, kann aber aus der frei verfügbaren Höhendatenbank ETOPO5 bezogen werden.
Bei dem CoPaG-Ansatz wird bei der einmaligen Berechnung der Datenbank die Qualitätssicherung des Produktes durch den Erzeuger übernommen. Alle landesweiten Daten werden zugunsten EINES neuen Produktes in die Ausgleichung eingeführt.
Es können auch CoPaG-Datenbanken für verschiedene andere Bezugssysteme, andere Gebietsgrößen und Genauigkeiten hergestellt werden.
zurück zum Seitenanfang
Anwender
Neben den Geodäten gibt es zahlreiche andere Disziplinen, die ebenso zum Kundenkreis gehören:
- Energieversorger
- Jeder der mit CAD/GIS arbeitet
Neben dem Produkt CoPaG_DE für Deutschland bieten wir unseren Kunden auch die Dienstleistung an, spezielle, auf bestimmte Gebiete beschränkte CoPaG- Datenbanken zu berechnen. Wir sind so in der Lage für Sie eine passende CoPaG-Datenbank je nach Gebietsgröße und Genauigkeitsansprüchen zu berechnen.
Falls Sie nur wenige Punkte zu transformieren haben, erledigen wir das als Dienstleistung für Sie.
Bitte erfragen Sie unsere Konditionen.
zurück zum Seitenanfang
Kooperationspartner
Das CoPaG-Konzept wurde von Prof. Dr.-Ing. Reiner Jäger und Simone Kälber entwickelt.
zurück zum Seitenanfang
|
