IBS - Ingenieurbüro Seiler

DFHBF-Konzept

Einführung Theorie Praxis Anwender Kooperationspartner Literatur

Einführung

Die Überführung von GNSS-Höhen in Landeshöhen – NN-Höhen bzw. Normalhöhen – war bisher nur über Passpunkte möglich. Das ist zeitaufwändig und mit der Akquisition von Passpunkten verbunden.

DFHBF (Digital Finite Element Höhenbezugsfläche) ermöglicht die passpunktfreie Bestimmung von Landeshöhen in Echtzeit, das spart Zeit und Geld.

Das DFHBF-Konzept wurde von Prof. Dr.-Ing. Reiner Jäger (HS-Karlsruhe) entwickelt und wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

DFHBF ist die derzeit einfachste, zuverlässigste und schnellste Methode, um mit GNSS Landeshöhen zu produzieren.

DFHBF-Datenbanken werden bereits von mehreren Landesvermessungsämtern als offizielles Geodatenprodukt erfolgreich eingesetzt und haben sich in der Praxis bewährt.

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Theoretische Vorbetrachtungen

Die GNSS-basierte Höhenbestimmung erfordert aus physikalischen Gründen stets eine Bezugsflächentransformation der ellipsoidischen GNSS-Höhen h in Landeshöhen H. Letztere beziehen sich auf eine in Definition und Realisierung potentialtheoretisch fundierte Höhenbezugsfläche (HBF) - NN-Fläche (NN-Höhen), Quasigeoid (Normalhöhen) oder Geoid (orthometrische Höhen), bei der näherungsweise bzw. regional gleiche Höhe H gleichen Wasserspiegel („Meereshöhen“) bedeutet.

Das Konzept der GNSS-basierten passpunktfreien online Höhenbestimmung mittels Digitaler Finite Element Höhenbezugsfläche (DFHBF) umfasst im Kern die Neuberechnung der Parameter p der als stetige Finite Elemente Fläche NFEM(p|B,L) in Funktion der ETRS89-Lageposition (B,L) in Einzelmaschen repräsentierten HBF. Hierzu wurde seitens des DFHBF_Teams Karlsruhe die DFHBF-Software entwickelt. Als Parameter p werden zur Repräsentation der Höhenbezugsfläche bivariate Polynome p als Trägerfunktionen der stetig in Einzelmaschen repräsentierten HBF verwendet. Zusätzlich wird eine Maßstabsdifferenz Dm zwischen dem betreffenden Landeshöhensystem H und dem GNSS-Höhensystem h geschätzt. Die Parameter p und Dm sowie die topologische Information zur Vermaschung sind Gegenstand bzw. Inhalt der berechneten DFHBF-Datenbanken.

Das DFHBF-Konzept und die DFHBF-Datenbanken ermöglichen so die GNSS-basierte Höhenbestimmung in standardisierter Weise und in beliebigen Genauigkeitsklassen. Im Zugriff auf die DFHBF_DB wird mit der DGNSS-Position eine Korrektur DFHBF(B,L,h) ermittelt. Diese erlaubt die direkte Umrechnung der ellipsoidischen GNSS-Höhe h in die Landeshöhe H als

H = h – DFHBF(B,L,h)

Damit entfällt für den DGNSS-Anwender bei der Bestimmung Landeshöhen H aus GNSS-Höhen h die unwirtschaftliche Besetzung von Passpunkten und die anschließende Transformation.

Weiterführende Informationen sowie das mathematische Modell zur DFHBF-Berechnung finden Sie auch auf der Homepage des DFHBF-Teams Karlsruhe.

Qualitätsmanagment

Die Qualitätssicherung erfolgt im Zuge der DFHBF-Berechnung mit der DFHBF-Software durch umfangreiche statistische Test, Varianzkomponentenschätzungen und die Berechnung von sog. Repro-Werten (siehe Literatur und www.dfhbf.de). Die abschließende Beurteilung der landesweiten Genauigkeitssituation der DFHBF-Korrektur, wie sie von der betreffenden DFHBF-Datenbank geleistet wird, kann durch Visualisierung der DFHBF-Genauigkeitsfläche erfolgen (siehe Abb.). Hierzu wurde die auf die DFHBF_DB und die zugehörige Kovarianzmatrix zugreifende Software DFHBF-Visual entwickelt. Das Beispiel zeigt die Genauigkeitsfläche der "<_3_cm DFHBF_DB Windhuk" .

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Praxis

Die Anwendung der DFHBF-Datenbank ist denkbar einfach. Sie benötigen einen GNSS-Empfänger, eine Empfangseinheit für SAPOS/ascos-Korrekturdaten, einen Feldrechner mit DFHBF-fähiger Software und natürlich eine DFHBF-Datenbank.
Sie benötigen KEINE Höhenanschlusspunkte, demnach auch KEINE Anschlusspunktmessungen auf diesen. Sie müssen lediglich den GNSS-Empfänger einschalten und die Verbindung zur nächsten Referenzstation-Station aufbauen und haben danach sofort eine gültige Höhe in Ihrem Gebrauchshöhensystem (z.B. NN).

Informationen zu den momentan verfügbaren Datenbanken finden Sie hier

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Anwender

Die Anwender kommen nicht nur aus den Bereichen der Geodäsie. Zahlreiche andere Disziplinen gehören ebenso zum Kundenkreis:

- Energieversorger

- Automobilindustrie

- Bauwirtschaft

- Geologen

- Biologen

- Navigation
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Softwareprodukte die die DFHBF-Datenbank unterstützen finden sie hier

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Kooperationspartner

Die Betreuung auf wissenschaftlicher Seite erfolgt durch Herrn Prof. Dr. Ing. R. Jäger vom DFHBF-Team Karlsruhe. Als Referenzkunden konnten wir das Land Baden-Württemberg gewinnen. In Kooperation mit dem Landesvermessungsamt fanden bereits zwei Seminare zum Thema DFHBF in Karlsruhe statt. Das Bild zeigt die beteiligten Personen während des zweiten Seminars.

Neben dem Landesvermessungsamt Baden-Württemberg haben sich auch die Landesvermessungsämter von Rheinland-Pfalz, Hessen und Saarland für die Berechnung und Einführung einer amtlichen Höhenbezugsfläche entschieden. Das DFHBF-Team Karlsruhe hat diese berechnet. Der Vertrieb wird über IBS abgewickelt. Das Bild zeigt die offizielle Einführung der DFHBF-RLP beim Tag der offenen Tür des Landesamtes in Koblenz.

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Literatur

[1] Jäger, R. (1998): Ein Konzept zur selektiven Höhenbestimmung für SAPOS. Beitrag zum 1. SAPOS-Symposium. Hamburg 11./12. Mai 1998. Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen der Länder der Bundesrepublik Deutschland (Hrsg.), Amt für Geoinformation und Vermessung, Hamburg. S. 131-142.

[2] Jäger, R. und S. Kälber (2000): Konzepte und Softwareentwicklungen für aktuelle Aufgabenstellungen für GPS und Landesvermessung. DVW Mitteilungen, Landesverein Baden-Württemberg. 10/2000. ISSN 0940-2942.

[3] Jäger, R. and S. Schneid (2001): GPS-Höhenbestimmung mittels Digitaler Finite-Elemente Höhenbezugsfläche (DFHBF) - das Online-Konzept für DGPS-Positionierungsdienste. XI. Internationale Geodätische Woche in Obergurgl, Österreich, Februar 2001. Institutsmitteilungen, Heft Nr. 19, Institut für Geodäsie der Universität Innsbruck: 195-200.

[4] Jäger, R. und S. Schneid (2002): Passpunktfreie direkte Höhenbestimmung mittels DFHBF – ein Konzept für Positionierungsdienste wie SAPOS® . Beitrag zum 4.SAPOS® -Symposium. Hannover 21.-23. Mai 2002. Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen der Länder der Bundesrepublik Deutschland, Institut für Erdmessung (IFE), Landesvermessung und Geobasisinformation Niedersachsen (LGN) (Hrsg.), Hannover; S. 149-166.

[5] Jäger, R. and S. Schneid (2002c): Online and Postprocessed GPS-Heighting based on the Concept of a Digital Height Reference Surface. Contribution to IAG International Symposium on Vertical Reference Systems, February 2001, Cartagena, Columbia. In: H. Drewes, A.H. Dodson, L. P. Fortes, L. Sanches, P. Sandoval (Eds.). International Association of Geodesy Symposia. Symposium No. 124: 'Vertical Reference Systems', Cartagena/Colombia, Ferbr. 20-23, 2001. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, NewYork. ISBN 3-540-43011-3. S. 203-208.

[6] Jäger, R. and S. Schneid (2002d): GNSS Online Heighting based on the Concept of a Digital Finite Element Height Reference Surface (DFHRS) and the Evaluation of the European HRS. Proceedings GNSS2002 Symposium, Kopenhagen, May 2002.

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	DFHBF-Konzept Einführung Theorie Praxis Anwender Kooperationspartner Literatur Einführung Die Überführung von GNSS-Höhen in Landeshöhen – NN-Höhen bzw. Normalhöhen – war bisher nur über Passpunkte möglich. Das ist zeitaufwändig und mit der Akquisition von Passpunkten verbunden. DFHBF (Digital Finite Element Höhenbezugsfläche) ermöglicht die passpunktfreie Bestimmung von Landeshöhen in Echtzeit, das spart Zeit und Geld. Das DFHBF-Konzept wurde von Prof. Dr.-Ing. Reiner Jäger (HS-Karlsruhe) entwickelt und wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. DFHBF ist die derzeit einfachste, zuverlässigste und schnellste Methode, um mit GNSS Landeshöhen zu produzieren. DFHBF-Datenbanken werden bereits von mehreren Landesvermessungsämtern als offizielles Geodatenprodukt erfolgreich eingesetzt und haben sich in der Praxis bewährt. zurück zum Seitenanfang Theoretische Vorbetrachtungen Die GNSS-basierte Höhenbestimmung erfordert aus physikalischen Gründen stets eine Bezugsflächentransformation der ellipsoidischen GNSS-Höhen h in Landeshöhen H. Letztere beziehen sich auf eine in Definition und Realisierung potentialtheoretisch fundierte Höhenbezugsfläche (HBF) - NN-Fläche (NN-Höhen), Quasigeoid (Normalhöhen) oder Geoid (orthometrische Höhen), bei der näherungsweise bzw. regional gleiche Höhe H gleichen Wasserspiegel („Meereshöhen“) bedeutet. Das Konzept der GNSS-basierten passpunktfreien online Höhenbestimmung mittels Digitaler Finite Element Höhenbezugsfläche (DFHBF) umfasst im Kern die Neuberechnung der Parameter p der als stetige Finite Elemente Fläche NFEM(p\|B,L) in Funktion der ETRS89-Lageposition (B,L) in Einzelmaschen repräsentierten HBF. Hierzu wurde seitens des DFHBF_Teams Karlsruhe die DFHBF-Software entwickelt. Als Parameter p werden zur Repräsentation der Höhenbezugsfläche bivariate Polynome p als Trägerfunktionen der stetig in Einzelmaschen repräsentierten HBF verwendet. Zusätzlich wird eine Maßstabsdifferenz Dm zwischen dem betreffenden Landeshöhensystem H und dem GNSS-Höhensystem h geschätzt. Die Parameter p und Dm sowie die topologische Information zur Vermaschung sind Gegenstand bzw. Inhalt der berechneten DFHBF-Datenbanken. Das DFHBF-Konzept und die DFHBF-Datenbanken ermöglichen so die GNSS-basierte Höhenbestimmung in standardisierter Weise und in beliebigen Genauigkeitsklassen. Im Zugriff auf die DFHBF_DB wird mit der DGNSS-Position eine Korrektur DFHBF(B,L,h) ermittelt. Diese erlaubt die direkte Umrechnung der ellipsoidischen GNSS-Höhe h in die Landeshöhe H als H = h – DFHBF(B,L,h) Damit entfällt für den DGNSS-Anwender bei der Bestimmung Landeshöhen H aus GNSS-Höhen h die unwirtschaftliche Besetzung von Passpunkten und die anschließende Transformation. Weiterführende Informationen sowie das mathematische Modell zur DFHBF-Berechnung finden Sie auch auf der Homepage des DFHBF-Teams Karlsruhe. Qualitätsmanagment Die Qualitätssicherung erfolgt im Zuge der DFHBF-Berechnung mit der DFHBF-Software durch umfangreiche statistische Test, Varianzkomponentenschätzungen und die Berechnung von sog. Repro-Werten (siehe Literatur und www.dfhbf.de). Die abschließende Beurteilung der landesweiten Genauigkeitssituation der DFHBF-Korrektur, wie sie von der betreffenden DFHBF-Datenbank geleistet wird, kann durch Visualisierung der DFHBF-Genauigkeitsfläche erfolgen (siehe Abb.). Hierzu wurde die auf die DFHBF_DB und die zugehörige Kovarianzmatrix zugreifende Software DFHBF-Visual entwickelt. Das Beispiel zeigt die Genauigkeitsfläche der "<_3_cm DFHBF_DB Windhuk" . zurück zum Seitenanfang Praxis Die Anwendung der DFHBF-Datenbank ist denkbar einfach. Sie benötigen einen GNSS-Empfänger, eine Empfangseinheit für SAPOS/ascos-Korrekturdaten, einen Feldrechner mit DFHBF-fähiger Software und natürlich eine DFHBF-Datenbank. Sie benötigen KEINE Höhenanschlusspunkte, demnach auch KEINE Anschlusspunktmessungen auf diesen. Sie müssen lediglich den GNSS-Empfänger einschalten und die Verbindung zur nächsten Referenzstation-Station aufbauen und haben danach sofort eine gültige Höhe in Ihrem Gebrauchshöhensystem (z.B. NN). Informationen zu den momentan verfügbaren Datenbanken finden Sie hier zurück zum Seitenanfang Anwender Die Anwender kommen nicht nur aus den Bereichen der Geodäsie. Zahlreiche andere Disziplinen gehören ebenso zum Kundenkreis: - Energieversorger - Automobilindustrie - Bauwirtschaft - Geologen - Biologen - Navigation ... Softwareprodukte die die DFHBF-Datenbank unterstützen finden sie hier zurück zum Seitenanfang Kooperationspartner Die Betreuung auf wissenschaftlicher Seite erfolgt durch Herrn Prof. Dr. Ing. R. Jäger vom DFHBF-Team Karlsruhe. Als Referenzkunden konnten wir das Land Baden-Württemberg gewinnen. In Kooperation mit dem Landesvermessungsamt fanden bereits zwei Seminare zum Thema DFHBF in Karlsruhe statt. Das Bild zeigt die beteiligten Personen während des zweiten Seminars. Neben dem Landesvermessungsamt Baden-Württemberg haben sich auch die Landesvermessungsämter von Rheinland-Pfalz, Hessen und Saarland für die Berechnung und Einführung einer amtlichen Höhenbezugsfläche entschieden. Das DFHBF-Team Karlsruhe hat diese berechnet. Der Vertrieb wird über IBS abgewickelt. Das Bild zeigt die offizielle Einführung der DFHBF-RLP beim Tag der offenen Tür des Landesamtes in Koblenz. zurück zum Seitenanfang Literatur [1] Jäger, R. (1998): Ein Konzept zur selektiven Höhenbestimmung für SAPOS. Beitrag zum 1. SAPOS-Symposium. Hamburg 11./12. Mai 1998. Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen der Länder der Bundesrepublik Deutschland (Hrsg.), Amt für Geoinformation und Vermessung, Hamburg. S. 131-142. [2] Jäger, R. und S. Kälber (2000): Konzepte und Softwareentwicklungen für aktuelle Aufgabenstellungen für GPS und Landesvermessung. DVW Mitteilungen, Landesverein Baden-Württemberg. 10/2000. ISSN 0940-2942. [3] Jäger, R. and S. Schneid (2001): GPS-Höhenbestimmung mittels Digitaler Finite-Elemente Höhenbezugsfläche (DFHBF) - das Online-Konzept für DGPS-Positionierungsdienste. XI. Internationale Geodätische Woche in Obergurgl, Österreich, Februar 2001. Institutsmitteilungen, Heft Nr. 19, Institut für Geodäsie der Universität Innsbruck: 195-200. [4] Jäger, R. und S. Schneid (2002): Passpunktfreie direkte Höhenbestimmung mittels DFHBF – ein Konzept für Positionierungsdienste wie SAPOS® . Beitrag zum 4.SAPOS® -Symposium. Hannover 21.-23. Mai 2002. Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen der Länder der Bundesrepublik Deutschland, Institut für Erdmessung (IFE), Landesvermessung und Geobasisinformation Niedersachsen (LGN) (Hrsg.), Hannover; S. 149-166. [5] Jäger, R. and S. Schneid (2002c): Online and Postprocessed GPS-Heighting based on the Concept of a Digital Height Reference Surface. Contribution to IAG International Symposium on Vertical Reference Systems, February 2001, Cartagena, Columbia. In: H. Drewes, A.H. Dodson, L. P. Fortes, L. Sanches, P. Sandoval (Eds.). International Association of Geodesy Symposia. Symposium No. 124: 'Vertical Reference Systems', Cartagena/Colombia, Ferbr. 20-23, 2001. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, NewYork. ISBN 3-540-43011-3. S. 203-208. [6] Jäger, R. and S. Schneid (2002d): GNSS Online Heighting based on the Concept of a Digital Finite Element Height Reference Surface (DFHRS) and the Evaluation of the European HRS. Proceedings GNSS2002 Symposium, Kopenhagen, May 2002. zurück zum Seitenanfang