Geodetisk dato

fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Hopp til navigasjon Hopp til søk
Geodetisk datum: ellipsoid med en klar orientering mot jorden

Det geodetiske datumet ( latin: dare = to give; PPP datum = gitt) beskriver posisjonen til et koordinatsystem i forhold til jordens kropp i geodesi , kartografi og geografisk informasjon . For å beskrive plasseringen av objekter på jorden ved hjelp av koordinater, må det bestemmes hvordan koordinatsystemet som brukes er koblet til jorden. Dette inkluderer informasjon om posisjonen til koordinatopprinnelsen, aksenes orientering og koordinatsystemets skala. Det geodetiske datumet danner et koordinatreferansesystem sammen med koordinatsystemet.

Type og antall nødvendige parametere varierer avhengig av type og dimensjon av koordinatsystemet.

For et tredimensjonalt koordinatsystem trenger du 6 datoparametere, 3 for opprinnelsens posisjon og 3 for aksenes orientering. For et ellipsoidalt koordinatsystem kreves også beskrivelse av den tilhørende referanse -ellipsoiden .

For et høydesystem (endimensjonalt koordinatsystem) bestemmes det vertikale nullpunktet av en parameter som beskriver nivået til høydesystemet. For dette formålet er det tilstrekkelig å spesifisere høyden på et punkt, som z. B. avledet fra nivåobservasjoner. Orienteringen kommer fra den vertikale retningen i jordens tyngdekraftsfelt.

For et dynamisk koordinatreferansesystem, hvis punkter endrer koordinatene over tid, er spesifikasjonen av en referanseepoke også nødvendig.

I praksis, ved evaluering av målingene til et geodetisk nettverk, implementeres det geodetiske nullpunktet ved å definere visse målepunkter (f.eks. Faste koordinater). Disse punktene kalles datopunkter. Alle punkter i et geodetisk nettverk med sine koordinater danner referanserammen

Ulike definisjoner

Den "smale definisjonen" av geodetisk datum beskrevet ovenfor, som bare inkluderer orienteringen til koordinatsystemet i forhold til jorden, brukes ofte i geodesi. [1]

Den utvidede definisjonen av et geodetisk datum inkluderer referanserammen på jorden. (se nedenfor). [2] Dette betyr at koordinatene til alle punkter i et nettverk avledet fra konkrete målinger anses å være en del av nullpunktet. Denne ligningen av dato og referanseramme er spesielt vanlig i geografisk informasjon . [3]

Kartesisk referansesystem og referanse -ellipsoid

Seks koordinater definerer tydelig et tredimensjonalt kartesisk referansesystem i forhold til jorden: tre koordinater for opprinnelsen, tre for orienteringen. Det kartesiske koordinatsystemet er lite egnet i praksis. Siden punkter på jordoverflaten hovedsakelig er av interesse, velges et passende referanseorgan. Tidligere var det nok å finne en god regional tilnærming til ditt eget land.

I dag er det vanlig å definere en ellipsoid som har de laveste globale gjennomsnittsavvikene. Koordinatopprinnelsen til det globale systemet ligger i midten av ellipsoiden og i jordens tyngdepunkt, z-aksen vinkelrett på det sirkulære ekvatorialplanet i retning av jordens rotasjonsakse.

Den store semiaxis (ekvatorradius) og utflatingen (forholdet mellom major semiaxis og polradiusen) bestemmer referanse -ellipsoiden . Jordens masse, mer presist: produktet av gravitasjonskonstanten og massen, bestemmes for å ta hensyn til romlige forvrengninger i henhold til den generelle relativitetsteorien , så vel som jordens rotasjonshastighet.

Referanseramme

En referanseramme knytter det matematiske koordinatsystemet til virkelige posisjoner på jorden. Det pleide å være vanlig å markere et grunnleggende punkt og justere alle målinger i forhold til det. Denne metoden er for upresis for et globalt system. I stedet beregnes et stort antall målinger i gjennomsnitt for å utlede et virtuelt grunnleggende punkt.

Hvis den smale og utvidede definisjonen av det geodetiske datoen ikke er klart skilt fra hverandre, kan forvirring ikke unngås. Med den smale tolkningen kan en dato konverteres til en annen matematisk nøyaktig .

Den utvidede definisjonen inneholder feilmålte verdier for referanserammen. En eksakt konvertering er derfor umulig.

Punktene er representert i et koordinatsystem, for eksempel på et todimensjonalt kart, i et koordinatreferansesystem: koordinatreferansesystem = dato + koordinatsystem. [4]

høyde

Datodefinisjoner relatert til en ellipsoid av revolusjon blir også referert til som geometrisk datum , fordi informasjonen gjelder referanse -ellipsoiden, ikke geoiden . Forskjellen mellom de to kan være over 100 m.

En vertikal dato er nødvendig for å indikere høyder over havet . For dette formålet er det tilstrekkelig å definere referansehøyden eller, i praksis, å definere høyden til minst ett punkt i nettverket.

Alternativt kan et høydepunkt også beskrives ved å spesifisere en referanse -ellipsoid og en tilhørende geoid eller quasigeoid modell. Ellipsoide høyder avledet fra GNSS -målinger kan dermed konverteres til fysiske høyder.

Eksempler

Eksempler på lokalt og globalt monterte ellipsoider

Regional dato

Potsdam -datoen er basert på en Bessel -ellipsoid (1841) med god passform for Tyskland og Rauenberg -grunnpunktet som referanseramme.

Global dato

Formen på referanse -ellipsoiden GRS80 til datoen WGS84 er tilpasset jordens totale overflate med minst mulig feil. Orienteringen justeres kontinuerlig slik at gjennomsnittlig bevegelse av alle faste punkter i forhold til koordinatsystemet er null.

Det er mange referanserammer for WGS84. US-DOD driver rundt 13 referansestasjoner. I 1994 var nøyaktigheten til WGS G730 10 cm , i 2002 (WGS G1150) noen få centimeter. International Terrestrial Reference Frame (ITRF) er basert på mer enn 200 målestasjoner og forskjellige målemetoder. På grunn av den høyere nøyaktigheten måles referanserammen for WGS84 ikke lenger uavhengig, men stammer fra ITRF.

Forskjellene mellom det geodetiske datoen til International Terrestrial Reference System og WGS84 er nå ubetydelige.

Det europeiske referansesystemet ETRS89 er en kopi av ITRS89 fra epoken 1989. Siden den gang har koordinatsystemet drevet stivt med den eurasiske platen . Sammenlignet med ITRS skifter den og roterer ca 2 cm per år. Implementeringen gjennom ETRF -referanserammen er basert på 92 markedsførte punkter i Europa (EUREF A -nettverk), kondensert med 109 punkter i Tyskland (DREF B -nettverk) og ytterligere poeng gjennom målinger fra statlige undersøkelseskontorer (C -nettverk).

To-dimensjonale koordinatsystemer for å representere punktene på et kart er for eksempel Gauß-Krüger-koordinatsystemet eller det moderne UTM-koordinatsystemet .

høyde

Høydedataene for det gjeldende høydereferansesystemet DHHN2016 i Tyskland er Amsterdam -nivå (NAP). Ved bestemmelse av høyder til DHHN2016 ble nivået ikke jevnet så langt som til Amsterdam, men datoen ble realisert på grunnlag av høyden på 72 poeng i det tidligere høydereferansesystemet DHHN92, som også refererer til Amsterdam -nivået. Summen av høydeforskjellene for de 72 datopunktene mellom DHHN2016 og DHHN92 er null.

Earth Gravitational Model 96 (EGM96) er et eksempel på en geoidmodell som fremdeles er mye brukt internasjonalt. Den mer oppdaterte geoidmodellen anbefalt av NASA, som gir geoidbølgen for høydejustering for WGS84 , er EGM2008. [5]

historie

Klassisk landundersøkelse

Fram til rundt 1960, i den "klassiske" nasjonale undersøkelsen, ble landmålingssystemene i de enkelte statene bestemt av det faktum at

  1. en referanse -ellipsoid egnet for det respektive området er valgt,
  2. på et grunnleggende punkt P 0 som er så sentralt plassert som mulig, og hvis geografiske koordinater ble bestemt av astronomiske målinger, ¹)
  3. disse ble overtatt som ellipsoide koordinater på ellipsoiden
  4. og (eksisterende eller fremtidige) oppmålingsnettverk ble orientert nord eller sør ved å måle en astronomisk asimut (retning til et klart synlig fast punkt omtrent 20 til 50 km unna).

Systemets posisjon ble dermed bestemt: den vinkelrette retningen i grunnpunktet P 0 er vinkelrett på ellipsoiden som brukes, og dens akse er parallell med jordaksen . For høyde definisjonen ble havnivået til P 0 vedtatt som sin ellipsoide høyde .
¹) De faktiske målte variablene er ikke "geografisk" breddegrad / lengdegrad, men astronomisk breddegrad og lengdegrad .

Justering av ellipsoiden til de vinkelrette retningene

Nøkkelen for denne justeringen er det såkalte avviket fra vinkelrett : Hvis du bestemmer vinkelrett med vinkelrett, er det på ingen måte normalt på ellipsoiden. Fjellene, dalene og masseforstyrrelsene i undergrunnen kan generere vinkelavvik på opptil 0,01 °, noe som overstiger målenøyaktigheten nesten 100 ganger. Ellipsoiden kan imidlertid plasseres i jordens kropp på en slik måte at de vertikale avvikene i sentrum av landet eller i gjennomsnittet for hele landet blir null.

Den første metoden ble valgt på 1800-tallet, for eksempel for de nasjonale undersøkelsene av Preussen og Østerrike-Ungarn: Nullpunktet ble satt astro-geodetisk i TP Rauenberg (nær Berlin ) eller i nærheten av Wien på en slik måte at dens lodd linjen var vinkelrett på Ellipsoid. Alle målepunktene i nettverket var geometrisk koblet til det respektive grunnleggende punktet , slik at koordinatene deres indirekte refererer til disse nullpunktene den dag i dag. I det europeiske nettverket for Vest- og Sentral -Europa ble imidlertid den andre metoden valgt, slik at ED50 -koordinatene de facto refererer til et sentralt punkt nær München .

Geoid, regional og jordellipsoid

Mens en referanse ellipsoide er tilpasset den regionale geoide som ovenfor, den midlere jord ellipsoiden, på den annen side, er tilnærmet lik den geoide beste globalt. Likevel gjenstår radielle forskjeller mellom +75 m (Canada) og -120 m (Ind). Rundt 1960 var jordens ellipsoid bare kjent med en nøyaktighet på omtrent 100 meter, men har siden blitt gradvis forbedret og tilpasset den nåværende kunnskapstilstanden hvert 20. år (se GRS 67 og GRS 80 ).

De fleste industriland etablerte sine referanse -ellipsoider på 1800 -tallet og tilpasset dem til den regionale geoiden ved hjelp av grademålinger og andre metoder. Ellipsoide -aksene avviker derfor fra jordens ellipsoide med 0,5 til 1,5 km - noe som betyr tilsvarende store forskjeller i dato -parametrene.

På den annen side etablerte mange utviklingsland ikke sin nasjonale undersøkelse før i 1970 og brukte derfor delvis en god jordelipsoid som grunnlag.

Tyskland og Østerrike

I Tyskland er forskjellene mellom Bessel -ellipsoiden som brukes her og geoiden relativt små, på flatlandet er de konstante innen få meter. I Østerrike, på grunn av påvirkning fra Alpene , løper geoiden imidlertid 43 til 52 meter over ellipsoiden definert av datoen WGS 84.

Selv om slike verdier ville være teknisk ubrukelige, avviker ellipsoide systemet MGI som ble introdusert av Østerrike -Ungarn - i dag også kjent som Datum Austria - fra geoiden med bare -2,5 til +3,5 m. Den er basert på den regionalt beste tilgrensende Bessel -ellipsoiden , som forskyves med 596 m, 87 m og 473 m i x-, y- og z -retningene sammenlignet med en global ellipsoid. For Tyskland passer Bessel -ellipsoiden, forskjøvet med 606 m, 23 m og 413 m, best og gir datoen Potsdam .

Valg av referanse ellipsoid

En referanse -ellipsoid fungerer som en strengt geometrisk beregningsoverflate som skal klamre seg til geoiden best mulig i regionen. I Europa og Asia er Bessel -ellipsoiden fra 1841 mest vanlig. Det ble beregnet av Bessel gjennom en kombinert justering av alle 10 graders målinger som var tilgjengelige på den tiden, slik at den tilpasser seg godt til jordens gjennomsnittlige krumning i hele Europa og i Sør -Asia. Som den nærmeste ellipsoiden til Eurasia ville den ha vertikale avvik som statistisk faller like ofte i alle fire kardinalretninger. Men dette gjelder ikke lokalt, spesielt i fjellet og på kontinentkanten.

Hvis en nasjonal undersøkelse nå er beregnet på denne ellipsoiden (dvs. alle geodetiske målinger projiseres på den), må man sikre at de vertikale avvikene i den respektive tilstanden eller området rundt forblir så små som mulig: Ellipsoiden er derfor plassert på en slik måte at den er den midterste i det sentrale området av landmålingsnettverket Curvature of the earth realisert.
Derfor kan to nabostater bruke den samme referanse -ellipsoiden, men har litt forskjellige steder. De to koordinatsystemene er like, men vil variere med noen hundre meter.

Valg av det grunnleggende poenget

Denne lagringen finner sted i det såkalte grunnleggende punktet . På et sentralt plassert observatorium eller en oppmålingsstolpe brukes stjernene til å bestemme den nøyaktige retningen til loddbobben ( astronomisk lengdegrad og breddegrad ) og referanse -ellipsoiden er "impalert" nøyaktig vertikalt på den, dvs. avviket fra loddlinjen er satt til null. For den tyske nasjonale undersøkelsen er dette astronomiske nullpunktet i det tidligere TP Rauenberg ( Berlin-Tempelhof ), for Østerrike nær Wien, begge bruker Bessel-ellipsoiden . Sveits har et helt annet system med nullpunktet ved det gamle Bern -observatoriet (46 ° 57 ′ 3.89 ″ N, 7 ° 26 ′ 19.09 ″ E).

I det såkalte europeiske nettverket introduserte statene i Vest-Europa fra 1950 og de i Sentral-Europa fra 1970 sine måleresultater som en "svart boks" og gikk med på en felles beregning ved de respektive landegrensene. Dette førte til systemene ED50 og ED79 , som refererer til et fiktivt senter i nærheten av München . Senere ble det europeiske nettverket beregnet på nytt på den globale ellipsoiden til WGS 84 og stivnet ved hjelp av satellittgeodesi ; den blir beregnet på nytt som ETRF hvert par år og refererer til jordens tyngdepunkt (geocenter).

System av Donau -monarkiet og Tyskland

Landmålingsnettverket Østerrike-Ungarn og datoen MGI har en spesiell historie. I utgangspunktet var det 7 eller 8 grunnleggende poeng for de enkelte regionene. På slutten av 1800 -tallet ble Hermannskogel (585 m) nær Wien, som nesten var i sentrum av staten som helhet, valgt som det felles nullpunktet. Siden Østerrike ble en liten stat, endret imidlertid det sentrale til det østlige perifere stedet seg , slik at de vertikale avvikene i vest ble veldig store. Heldigvis erkjente geodesisten Karl Ledersteger rundt 1930 at den absolutte vertikale avviket til Hermannskogel blir nesten null hvis den albrechtiske lengdeforskjellen Ferro -Greenwich avrundes fra 17 ° 39'46.02 "til 17 ° 40'00" - som har vært tilfelle siden den gang skjer med en dobbel fordel.

Også Tyskland har bestemt sitt geodetiske datum ved hjelp av en referanse -ellipsoid og et grunnleggende punkt . Bessel -ellipsoiden ble lagret i det trigonometriske punktet Rauenberg og ble fra 1945 kalt Potsdam Datum (PD) av det amerikanske militæret. Imidlertid gikk introduksjonen av WGS 84 foran germaniseringen som "Rauenberg -datoen".

Når det gjelder en stor del av den nasjonale undersøkelsen og / eller sterke rørleggeravvik, kan avvikene mellom stedet og de beregnede koordinatene ta betydelige proporsjoner. Såkalte Laplace-poeng kan gi betydelige forbedringer her ved ikke å referere til et punkt, men heller tilpasse det som en mekler.

Verdenssystemer GRS 80 og WGS 84

Suksessene med satellittgeodesi og navigasjon siden 1960 -tallet var avgjørende for denne økningen i nøyaktighet. På dette grunnlaget definerte IUGG det globale referansesystemet GRS80 og dets jordellipsoid med en nøyaktighet på 1 m i 1979. USA utviklet det videre til World Geodetic System som WGS 84 .

Andre systemer i Tyskland og Vest -Europa

De fleste av de tyske nasjonale undersøkelsene bruker fremdeles Bessel-ellipsoiden med Gauß-Krüger-koordinatsystemet for flymetriske koordinater. I tillegg gjelder i Mecklenburg-Vorpommern og Sachsen-Anhalt systemet til det tidligere DDR med et Gauss-Krüger-kart på Krassowski-ellipsoiden og i Berlin fortsatt Soldner-kartet på Bessel-ellipsoiden.

På vest- og sentraleuropeisk nivå ble den europeiske datoen ED50 definert i 1950 på International Ellipsoid 1924 ( Hayford Ellipsoid ). UTM -koordinater beregnes også med henvisning til ED50.

For å få en ensartet og moderne databehandlingsoverflate på europeisk og internasjonalt nivå, konverterer undersøkelsesmyndighetene i forbundsstatene i Tyskland for tiden referansesystemene. Datoen som er brukt er European Terrestrial Reference System 1989 ( ETRS89 ) som bruker ellipsoiden til Geodetic Reference System 1980 ( GRS80 ) . Overgangen fra Gauß-Krüger-koordinater til UTM-koordinater går hånd i hånd med datoendringen fra PD til ETRS89.

Forholdet til geoid og tyngdepunktet

I Østerrike , på grunn av påvirkning fra Alpene, er geoiden 43 til 52 meter over jordelipsoiden som er definert i WGS 84. Den store svingningen på 10 meter reduseres imidlertid i datoen Østerrike til -2,5 til 3,5 meter. Denne datoen til det østerrikske føderale registreringsnettverket refererer til en Bessel -ellipsoid som forskyves i X-, Y-, Z -retningene med 596, 87 og 473 meter.

For Tysklands Bessel -ellipsoid og "Potsdam -datoen" er de analoge skiftene 606, 23 og 413 meter i XYZ -retning (internasjonal konvensjon av de 3 aksene: X / Y er det geosentriske ekvatorialplanet, Z jordaksen , X peker mot prime meridian, som også går gjennom Greenwich). De sveitsiske nasjonale koordinatene refererer til datoen CH1903 .

Se også

litteratur

  • Bernhard Heckmann: Introduksjon av ETRS89 / UTM posisjonsreferansesystem når du bytter til ALKIS. I: Mitteilungen des DVW Hessen-Thüringen, 1/2005, s. 17ff.
  • NIMA - National Imagery And Mapping Agency: Department of Defense World Geodetic System 1984. Teknisk rapport, TR 8350.2, 3. utgave, januar 2000.
  • Defense Mapping Agency: The Universal Grids - Universal Transverse Mercator (UTM) og Universal Polar Stereographic (UPS). DMA Technical Manual, DMATM 8358.2, september 1989.
  • Ralf Strehmel: Offisielt referansesystem for situasjonen - ETRS89. Oppmåling Brandenburg, 1/1996 ( PDF ).
  • Bernhard Heck: Beregningsmetoder og evalueringsmodeller for nasjonal oppmåling. Karlsruhe 1987.

Liste over noen dato definisjoner

Referanser

  1. DIN -serie med standarder 18709: Termer, forkortelser og symboler i geodesi - Del 6: Geodetiske referansesystemer og referanseflater Utgave 2016-04. Beuth-Verlag Berlin 2016
  2. Datodefinisjoner US National Geodetic Survey Date Definitions
  3. DIN EN ISO 19111: 2007-10: Geografisk informasjon - Romlig referanse etter koordinater. Utgave 2007-10. Berlin: Beuth Verlag GmbH
  4. Arbeidsgruppe for oppmålingsadministrasjonene i forbundsstatene i Forbundsrepublikken Tyskland: Geodetic Basics ( Memento 24. januar 2016 i Internettarkivet )
  5. NASA (red.): EGM96 og EGM2008 Geoids . 6. januar 2020 ( usna.edu [åpnet 9. april 2020]).

weblenker