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DFLBF-Konzept
Einführung Theorie Praxis Vorteile Anwender Kooperationspartner
Einführung
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.
Referenzstationsdienste wie z.B. SAPOS und ascos ermöglichen eine sehr wirtschaftliche und cm-genaue GNSS-basierte Positionierung und Datenerfassung im global einheitlichen ITRF (in Europa ETRS 89) . Diese Dienste sind in vielen Ländern flächendeckend ausgebaut und versorgen die Nutzer von GNSS-Referenzstationen aus mit RTCM-Korrekturdaten.
Derzeit besteht noch ein Nebeneinander des ITRF einerseits und ca. zweihundertfünfzig nicht zusammenhängenden nationalen Bezugssystemen wie z.B. dem Deutschen Hauptdreiecksnetz (DHDN) andererseits.
Abb.1 zeigt die SAPOS-Stationen in Baden-Württemberg.
ETRS89 als modernes Lagedatum
Infolge der interdisziplinären und sehr breiten Nutzung von GNSS als allgemeines Positionierungssystem zur Herstellung des absoluten Raumbezugs für Geodaten im global einheitlichen Bezugssystem ITRF, verdrängen dieser bzw. das ETRS89 in Europa in modernen Geodatenbanken zunehmend die bisherigen nationalen Bezugssysteme. Die Umreferenzierung von Geodaten von den heterogenen klassischen Landesdatumssystemen (in West-Deutschland bspw. DHDN) auf ITRF bzw. ETRS89 ist ein aktuell weltweit ablaufender Prozess.
Als Bezugsellipoid für die geographischen Koordinaten (B, L) wird mit ITRF/ETRS89-Bezug das WGS84 bzw. das im Submillimeterbereich identische GRS80-Ellipsoid verwendet. Als Projektionstyp für eine ITRF/ETRS89 Lageposition ist konventionell die UTM-Projektion Standard.
Die Aufgabe der Transformation der Lagekoordinatenbestände klassischer Landesnetze (z.B. DHDN) nach ETRS89 lässt sich auf der Basis eines strengen dreidimensionalen Ellipsoidübergangs in (B,L) mit geringem Einfluss bzgl. der Höhe h im Ausgangssystem erreichen. Einzelheiten siehe Literaturangabe [1]. Zur Reduktion des Einflusses der langwelligen Aufbiegungen („Schwachformen“) der klassischen Landesnetze hat eine Maschenunterteilung der betreffenden Landesgebietsfläche zu erfolgen [1].
DFLBF (Digitale Finite Elemente Lagebezugsflächen-Transformation)
Die Parameter von DFLBF-Datenbanken realisieren die Transformation von GNSS-Positionen vom ETRS89 ins klassische Landesnetzdatum (z.B. DHDN). Damit entfällt für den GNSS-Anwender das unwirtschaftliche Aufsuchen und Besetzung von Passpunkten.
Weiterführende Informationen, sowie die Transformationsgleichungen finden Sie unter Literaturangabe [2] und in den Datenblättern.
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Theoretische Vorbetrachtungen
Langfristiges Ziel ist die ITRF-Referenzierung aller Geodatenbestände (z.B. der allgemeinen Liegenschafts- und Katasterdatenbanken, ALK). Bis es soweit ist, sind die GNSS-Daten vom globalen ITRF (ETRS89) ins klassische territoriale Bezugssystem (z.B. DHDN) zu überführen. Über Passpunkte werden bei der GNSS-basierten Datenerfassung Transformationsparameter bestimmt. Ihre Gültigkeit bleibt für Genauigkeiten unter 1-5 cm jedoch auf Gebietsgrößen von 30-50 km beschränkt. Die Stetigkeit zu Nachbargebieten ist nicht garantiert.
Bei der Bestimmung hochpräziser Transformationsparameter zwischen ITRF (ETRS89) und den klassischen Landessystemen muss den sogenannten Hauptschwachformen der trigonometrischen Landesnetze besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden. Dabei handelt es sich um langwellige Aufbiegungen in der Netzgeometrie der bestehenden klassischen Dreiecksnetze. In diesem Kontext wird die Aufteilung ("Patching") des zu transformierenden Gebietes in Teilgebiete ("Maschen") erforderlich. Zur Erzielung einer stetigen und nachbarschaftstreuen Gesamtformation sind an den "Maschenkanten" geeignete Stetigkeitsbedingungen zu formulieren. Durch diese Stetigkeitsbedingungen wird ein Punkt, der auf einer Maschenkante liegt, mit den Parametern der Einen oder der Anderen Masche identische Zielkoordinaten erhalten.
Das Bild zeigt die im Bereich von 2 m liegenden Residuen (grüne Stiche sich die Klaffungen) bei strenger Überführung der DHDN-Lagekoordiaten ins ETRS89-Datum mit nur einem bundesweiten Transformationsparametersatz für das Gebiet der alten Bundesländer.
Im Vergleich dazu zeigt das Bild unten die strenge Transformation der Lagekoordinaten von DHDN nach ITRF (ETRS89) unter Aufteilung in 81 "Patches" ("Maschen"), welches den gewünschten Effekt einer drastischen Reduktion der Residuen auf weniger als 2 cm im Mittel zur Folge hat.
Durch die Einführung dieser Stetigkeitsbedingungen wird eine sehr zuverlässige Lösung erzeugt. Im Gegensatz z.B. zur dreidimensionalen Helmerttransformation leistet der DFLBF zugrunde liegende Ansatz deutschandweit momentan eine Genauigkeit von ca. 3 cm. Es wird beabsichtigt durch hinzunahme weitere Passpunktinformationen die Genauigkeit der DFLBF weiter zu steigern.
Der DFLBF-Ansatz berücksichtigt auch Restklaffungen. Somit kann die Nachbarschaft bestmöglich gewährleistet werden. DFLBF ist durch dieses Leistungsmerkmal katastertauglich.
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Praxis
Die Überführung von GNSS-Koordinaten ins amtliche Koordinatensystem – DHDN bzw. System 42/83, RD83, PD83 – war bisher nur über Passpunkte möglich. Das ist zeitaufwändig und mit der Akquisition von Passpunkten verbunden. DFLBF (Digital Finite Element Lagebezugsfläche) ermöglicht die passpunktfreie Bestimmung von Landeskoordinaten in Echtzeit, das spart Zeit und Geld. Die Anwendung der DFLBF-Datenbank ist denkbar einfach. Sie benötigen eine im ETRS89 bestimmte Koordinate. Dies kann durch Nutzung eines geeigneten Korrekturdatendienstes (SAPOS/ascos) oder durch Nutzung einer eigenen Referenzstation (die über einem Punkt mit bekannten ETRS89 Koordinaten aufgebaut ist) erfolgen. Zusätzlich benötigen Sie noch die DFLBF-Datenbank. Über eine DFLBF-Zugriffs-DLL wird auf der Datenbank in Abhängigkeit von der Lage der entsprechende Parametersatz abgegriffen und damit die neuen Koordinaten im DHDN / System 42/83, RD83, PD83 berechnet.
Sie benötigen KEINE Passpunkte, demnach auch KEINE Passpunktmessungen. Sie müssen lediglich den GNSS-Empfänger einschalten, die Verbindung zur nächsten SAPOS/ascos -Station aufbauen (oder zu Ihrer RTK-Referenzstation) und haben danach sofort eine gültige Koordinaten in Ihrem Landessystem (z.B. DHDN). Alternativ können Sie wie gewohnt ihre SAPOS/ascos-Messungen durchführen und die Umformung ETRS89 in DHDN bequem mit der ebenfalls erhältlichen postprocessing Software im Büro durchführen.
Die Vorteile auf einen Blick:
- Deutschlandweite GNSS-basierte Lagebestimmung.
- Keine Passpunkte.
- Stetigkeit an den Maschengrenzen.
- Zuverlässigkeit durch spezielle Transformation.
- Qualitätskontrolle wird einmalig bei Erstellung realisiert. (Keine Interpretation von Transformationsergebnissen im Aussendienst)
- Alle Informationen werden zugunsten eines neuen, stetigen Produktes für die Berechnung verwendet.
Informationen zu den momentan verfügbaren Datenbanken finden Sie hier (ToDo).
Im Gegensatz zu anderen Ansätzen muss sich der Anwender hier nicht um die Beurteilung von Transformationsergebnissen kümmern. Bei dem DFLBF-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.
Zusammen mit dem Produkt DFHBF ist somit eine passpunktfreie dreidimensionale Transformation vom ETRS89-System in die nationalen Systeme DHDN bzw. System 42/83, RD83, PD83 möglich.
CoPaG (DHDN / System 42/83, RD83, PD83 => ETRS89)
Für Kunden, die eine Umrechnung von DHDN bzw. System 42/83, RD83, PD83 nach ETRS89 benötigen, gibt es die Datenbank CoPaG. Mit dieser Datenbank ist es möglich bestehende Daten, die auf die amtlichen Bezugssysteme referenziert sind, in das neue ETRS89 (ITRF) basierte Bezugssystem umzurechnen.
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Anwender
Fehlender Stein
Sind Sie es leid, wie ein Goldsucher durch die Landschaft zu laufen? Auf der Suche nach Anschlusspunkten, manchmal vergeblich...?
Das Produkt DFLBF ist für Kunden bestimmt, die auch länderübergreifend DGPS in Ihren Projekten einsetzen. Passpunkte suchen gehört der Vergangenheit an!
Neben den Geodäten gibt es zahlreiche andere Disziplinen, die ebenso zum Kundenkreis gehören:
- Energieversorger
- Bauwirtschaft
- Verkehrsbetriebe
- Schiffs- und Schienenverkehr
...
Neben dem Produkt DFLBF für Deutschland bieten wir unseren Kunden auch die Dienstleistung an, spezielle, auf bestimmte Gebiete beschränkte DFLBF's zu berechnen. Wir sind so in der Lage für Sie eine passende DFLBF nach Gebietsgröße und Genauigkeitsansprüchen zu berechnen.
Falls Sie nur wenige Punkte zu transformieren haben, erledigen wir das als Dienstleistung für Sie. Erfragen Sie unsere Konditionen hier.
Eine Übersicht über die Schnittstellen zu DFLBF finden Sie hier (ToDo).
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Kooperationspartner
Das DFLBF-Konzept wurde von Prof. Dr.-Ing. Reiner Jäger und Simone Kälber entwickelt.
Literatur
[1] 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.
[2] Jäger, R. ; Kälber, S. ; Schneid, S. und S. Seiler (2003): Konzepte und Realisierungen von Datenbanken zur hochgenauen Transformation zwischen klassischen Landessystemen und ITRS/ETRS89 im aktuellen GIS&GNSS-Anwendungsprofil. Beitrag zur 12. Internationalen Geodätischen Woche, Obergurgl, 16.-22. 2.2003. Wichmann-Verlag.
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