Dr.-Ing. Michael Lösler

Die direkte Erfassung von Kenngrößen ist nur in den seltensten Fällen möglich. Mitunter müssen aus den beobachteten Daten die gewünschten Parameter erst abgeleitet werden. Um die Zuverlässigkeit zu steigern, werden häufig mehr Beobachtungen erhoben, als zur direkten Berechnung nötig wären, sodass eine Überbestimmung vorliegt. Die Standardmethode zum Schätzen von Parametern aus einem überbestimmten Gleichungssystem ist die Methode der kleinsten Verbesserungsquadrate. Diese auf Gauß und Legendre zurückgehende Methode liefert bei fehlerfreien Daten die wahrscheinlichste Lösung.

Für die Auswertung klassischer geodätischer Beobachtungen wie bspw. Höhenunterschiede, Richtungen oder Strecken wird das Netzausgleichungsprogramm Java·Applied·Geodesy·3D (JAG3D) seit 2007 entwickelt. JAG3D ist eines der verbreitetsten und umfangreichsten quellcodeoffenen Ausgleichungsprogramme. Diese OpenSource Ausgleichungssoftware ermöglicht eine hybride Auswertung von Höhen-, Lage- und Raumnetzen. Durch die Integration der Kongruenzanalyse können epochal erhobene Daten auf signifikante Veränderungen hin untersucht werden. Die implementierte Deformationsanalyse legt dabei die originären Beobachtungen zu Grunde.

In der industriellen Messtechnik wird meist mit Instrumenten gearbeitet, die keinen Bezug zum Gravitationsfeld der Erde haben wie bspw. Lasertracker. Durch die Berücksichtigung der unterschiedlich geneigten Stehachsen dieser Präzisionsinstrumente im Ausgleichungsmodell, lassen sich Messungen direkt im Objektkoordinatensystem sachgerecht auswerten. Insbesondere lassen sich Messungen, die in einem bewegten Messfeld entstehen z.B. im Schwimmdock, durch die integrierte Modellbildung streng miteinander kombinieren.

Die parametrisierte Rückführung von gemessenen Objekten in geometrische Primitive ist eine der Hauptaufgaben der industriellen Messtechnik. Das Labor für Industrielle Messtechnik besitzt zur Objekterfassung unter anderem eine MultiStation (MS50) zum (berührungslosen) Messen von Oberflächen. Mit den mobilen Lasertrackern AT401 (Hexagon/Leica) und dem Absoluttracker Omnitrac2 (API) stehen darüber hinaus Präzisionsmessinstrumente zur Verfügung, welche Punktgenauigkeiten von bis zu 20 µm ermöglichen. Vergleichbare Unsicherheiten können weiterhin auch mit dem photogrammetrischen Messystem DPA Industrial (Aicon/Hexagon) erzielt werden.

Die Rückführung der gemessenen Punktwolke in ein Modell liefert Kenngrößen bspw. zur Dimension, Formschlüssigkeit sowie Orientierung eines Objektes, und liefert mit den geschätzten Formabweichungen Kennzahlen im Kontext der Qualitätsprüfung. Ein hierfür notwendiges Werkzeug ist die Formanalyse, welches eine Schätzung von Regelgeometrien wie bspw. Doppelzylinder zur Parametrierung der Strahlführung von Teilchenbeschleuniger oder kombinierte Formen wie das doppel-elliptische Ring-Focus-Paraboloid zur Modellierung und Deformationsanalyse von Hauptreflektoren an VLBI-Radioteleskopen ermöglicht. Zur Schätzung von Formparametern werden Verfahren der Quadratischen Programmierung eingesetzt, welche zur Gruppe der Errors-in-variables (EIV) Modelle zählen. Die implementierten Algorithmen zur Besteinpassung von Formelementen für Regelgeometrien sind durch die Physikalisch-Technische Bundesanstalt erfolgreich verifiziert worden.

Zur Ableitung eines erdfesten geodätischen Bezugsrahmens wie dem International Terrestrial Reference Frame (ITRF) werden verschiedene Raumtechniken bzw. –verfahren miteinander verknüpft. Zu diesen Raumtechniken zählen

• GNSS (Globales Navigationssatellitensystem),
• DORIS (Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite),
• SLR (Satellite Laser Ranging) und
• VLBI (Very Long Baseline Interferometry).

Sind an einem Standort mehr als eine dieser Techniken vorhanden, so werden diese Einrichtungen als Multitechnik-Stationen (Co-location) bezeichnet. Aufgrund der geringen räumlichen Ausdehnung dieser Forschungsstationen lassen sich die geometrischen Referenzpunkte der einzelnen Techniken aus präzisen, lokalen, terrestrischen Messungen in einem einheitlichen Koordinatensystem bestimmen. Erst die Verfügbarkeit dieser Referenzpunkte ermöglicht die Kombination der Ergebnisse der Raumverfahren. Da sich Unsicherheiten der lokalen Messungen in den globalen Ergebnissen fortpflanzen, werden sehr hohe Genauigkeitsanforderungen an die Messtechnik gestellt.

Eine besondere Herausforderung stellt dabei die Bestimmung des IVS- bzw. ILRS-Referenzpunktes eines VLBI-Radioteleskops bzw. SLR-Laserteleskops dar, da dieser Punkt nicht durch direktes, antastendes Messen bestimmbar ist. Das Global Geodetic Observation System (GGOS) sieht weiterhin eine automatisierte und kontinuierliche Überwachung der Referenzpunkte vor. Zum Ableiten dieses Referenzpunktes sind daher echtzeitfähige Auswertestrategien und Methoden der Zeitreihenanlyse wie bspw. das Kalman-Filter zu evaluieren. Erste erfolgreiche Untersuchungen zur permanenten Überwachung der VLBI-Radioteleskope fanden am Onsala Raumobservatorium (Schweden), am Metsähovi Radio-Observatorium (Finnland) und am Geodätischen Observatorium Wettzell (Deutschland) statt.