Internationales Forschungsprojekt GeoMetre
Globaler geodätischer Bezugsrahmen
Ein hochpräziser globaler geodätischer Bezugsrahmen ist die fundamentale Basis für alle raumbezogenen Anwendungen. Er ermöglicht die Bestimmung von präzisen Satellitenorbits, durch die eine genaue Positionierung auf der Erde erst möglich wird. Technologien wie das autonome Fahren, oder das Precision Farming in der Landwirtschaft sind ohne das Globale Navigationssatellitensystem (GNSS) undenkbar. Erdbeben, Vulkanausbrüche oder Tsunamis resultieren aus Deformationen der Erdkruste. Frühwarnsysteme zur Erkennen dieser Naturkatastrophen benötigen präzise geodätische Beobachtungen und einen einheitlichen Raumbezug. Der Anstieg des Meeresspiegels ist unstrittig eine direkte Folge der globalen Erderwärmung.
Der gegenwärtige Anstieg beträgt etwa 2-3 mm pro Jahr und erfordert einen globalen geodätischen Bezugsrahmen, der eine Positionsgenauigkeit von mindestens 1 mm besitzt und eine zeitliche Stabilität von 0,1 mm pro Jahr aufweist. Gegenwärtige terrestrische Referenzrahmen, wie der International Terrestrial Reference Frame (ITRF), sind mindestens um den Faktor 5 ungenauer und stellen somit einen der limitierenden Faktoren dar. Die International Association of Geodesy (IAG) hat 2003 das Global Geodetic Observing System (GGOS) initiiert, um hochwertige Produkte zur Beschreibung der Form, der Rotation und der Massenverteilung der Erde bereitzustellen, und um einen globalen geodätischen Bezugsrahmen abzuleiten, der eine Genauigkeit von 1 mm bzw. 0,1 ppb für die Position und den Netzmaßstab aufweist und eine zeitliche Stabilität von 0,1 mm pro Jahr bzw. 0,01 ppb pro Jahr erreicht. Hierbei entspricht 1 ppb (parts per billion) etwa 6 mm auf der Erdoberfläche.
Realisierung eines Bezugsrahmens
Die Realisierung eines geodätischen Bezugsystems erfolgt durch die kombinierte Auswertung von geodätischen Raumverfahren wie
- Global Navigation Satellite System (GNSS),
- Satellite Laser Ranging (SLR),
- Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite (DORIS) und
- Very Long Baseline Interferometry (VLBI).
Die Referenzpunkte dieser Raumverfahren sind die physische Materialisierung des realisierten Frames auf der Erdoberfläche. Aufgrund fehlender technischer Verknüpfungen zwischen den geodätischen Raumverfahren sind zusätzliche geometrische Information für eine sinnvolle Kombination nötig. Lokal bestimmte Verbindungsvektoren (Local-Ties) stellen die erforderlichen Informationen im Kombinationsprozess bereit. Sie sind zwischen den Referenzpunkten der verschiedenen Raumverfahren definiert und lassen sich durch hochpräzise lokale Messungen an Multitechnikstationen (Co-location Station), die mindestens zwei unterschiedliche Raumverfahren an einem Standort betreiben, bestimmen. Sie sind eine Schlüsselkomponente, da sie die unterschiedlichen Raumverfahren zu einem gemeinsamen, integrierten Erdsystemsensor einen.
Zielsetzung von GeoMetre
Die Verbesserung der Rückführbarkeit der geodätischen Längenmessung auf das SI-Meter ist das übergeordnete Projektziel des internationalen Forschungsprojektes GeoMetre (Large-Scale Dimensional Measurements for Geodesy, JRP 18SIB01), welches mit Mitteln des EMPIR-Programms und dem Forschungs- und Innovationsprogramm der Europäischen Union Horizon 2020 gefördert wird. Hierzu zählen insbesondere die nachfolgenden Projektziele:
- Entwicklung und Validierung von anwendungsorientierten und feldtauglichen Transfernormalen, die eine Übertragung des Meters auf Referenz- bzw. Kalibrierbasen über Entfernungen von mindestens 5 km mit einer erweiterten Messunsicherheit von unter 1 mm ermöglichen.
- Entwicklung und Validierung von Präzisionsmessinstrumenten zur Bestimmung von 3D-Koordinaten mit einer Genauigkeit von 50 µm in einem Messvolumen von 50 m, die den unter Umständen schnell variierenden Brechungsindex der Luft kompensieren.
- Entwicklung von innovativen Analysestrategien und Methoden zur Rückführbarkeit von geodätischen Raumverfahren wie bspw. GNSS oder SLR über Distanzen von mindestens 5 km mit einer Messunsicherheit von unter 1 mm.
- Reduktion der Messunsicherheiten von sogenannten Local-Ties, die zwischen den geometrischen Referenzpunkten geodätischer Raumverfahren definiert sind, an Multitechnikstationen auf unter 1 mm, sowie die Entwicklung von innovativen Algorithmen, die eine prozessbegleitende Referenzpunktbestimmung an VLBI-Radioteleskopen bzw. SLR-Laserteleskopen ermöglichen.
- Wissenstransfer zu akkreditierten Laboren, Instrumentenhersteller, Normenausschüssen (ISO, IAG) und Endanwendern aus den messenden Disziplinen durch das Bereitstellen aller entwickelter Technologien, Messinfrastrukturen und Analysemethoden.
Labor für Industrielle Messtechnik
Das Labor für Industrielle Messtechnik der Frankfurt University of Applied Sciences ist eines von 16 europäischen Partnern in diesem Forschungsprojekt und befasst sich mit der Entwicklung von neuen Analysestrategien zur Kompensation von refraktiven Einflüssen auf terrestrische Beobachtungen, zur prozessbegleitenden in-situ Referenzpunktbestimmung von SLR- und VLBI-Teleskopen aber auch zur sachgerechten Abschätzung von Messunsicherheiten. Weiterhin untersucht das Labor die auftretenden Deformationen von Radioteleskopen, welche zu Variationen im Signalweg führen und unkompensiert einen systematischen Laufzeitfehler verursachen.
Geodäsie - Die Wissenschaft der Erdvermessung
Förderung
Diese Arbeit ist Teil des internationalen Projektes GeoMetre (Large-Scale Dimensional Measurements for Geodesy, JRP 18SIB01) und wurde aus Mitteln des von den Teilnehmerstaaten kofinanzierten EMPIR-Programms und aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm der Europäischen Union Horizon 2020 finanziert. DOI: 10.13039/100014132.
Publikationen
Guillory, J., Truong, D., Wallerand, J.-P., Lösler, M., Eschelbach, C., Mähler, S., Klügel, T.: Determination of the reference point of a radio telescope using a multilateration-based coordinate measurement prototype. Precision Engineering, 83, S. 69-81, 2023. DOI: 10.1016/j.precisioneng.2023.05.007
Lösler, M., Eschelbach, C., Mähler, S., Guillory, J., Truong, D., Wallerand, J.-P.: Operator-Software Impact in Local Tie Networks: Case study at Geodetic Observatory Wettzell. Applied Geomatics, 15, S. 77-95, 2023. DOI: 10.1007/s12518-022-00477-5
Lösler, M., Eschelbach, C.: Novel approaches to reference point monitoring. GeoMetre – Final Progress Meeting, 21.-22. November 2022, Główny Urząd Miar (GUM), Warschau, Polen, 2022.
Pollinger, F., Eschelbach, C., Courde, C., GarciaAsenjo, L., Guillory, J., Hedekvist, P.O., Kallio, U., Klügel, T., Lösler, M., Neyezhmakov, P., Pesce, D., Pisani, M., Seppä, J., Underwood, R., Wezka, K., Wiśniewski, M. (for the GeoMetre Consortium): The GeoMetre project: a comprehensive study to advance local tie metrology. In: IAG International Symposium on Reference Frames for Applications in Geosciences (REFAG 2022), Global Reference Frame Theory, Concepts and Computations, 17.-20. Oktober 2022, Thessaloniki, Griechenland, 2022.
Lösler, M., Eschelbach, C., Greiwe, A., Brechtken, R., Plötz, C., Kronschnabl, G., Neidhardt, A.: Ray Tracing-Based Delay Model for Compensating Gravitational Deformations of VLBI Radio Telescopes. Journal of Geodetic Science, 12(1), S. 165-184, 2022. DOI: 10.1515/jogs-2022-0141
Lösler, M., Eschelbach, C.: Reference Point Determination Using Photogrammetry. Unified Analysis Workshop (UAW), Aristoteles-Universität Thessaloniki, 21.-23. Oktober 2022, Thessaloniki, Griechenland, 2022.
Eschelbach, C., Lösler, M.: A Feasibility Study for Accelerated Reference Point Determination Using Close Range Photogrammetry. In: García-Asenjo, L., Lerma, J. L. (Hrsg.): 5th Joint International Symposium on Deformation Monitoring (JISDM), Editorial Universitat Politècnica de València, Spanien, S. 1-8, 2022. DOI: 10.4995/JISDM2022.2022.13417
Pollinger, F., Baselga, S., Courde, C., Eschelbach, C., García-Asenjo, L., Garrigues, P., Guillory, J., Hedekvist, P. O., Helojärvi, T., Jokela, J., Kallio, U., Klügel, T., Köchert, P., Lösler, M., Luján, R., Meyer, T., Neyezhmakov, P., Pesce, D., Pisani, M., Poutanen, M., Prellinger, H., Röse, A., Seppä, J., Truong, D., Underwood, R., Wezka, K., Wallerand, J.-P., Wiśniewski, M.: The European GeoMetre project – developing enhanced large-scale dimensional metrology for geodesy. Applied Geomatics, 2023. DOI: 10.1007/s12518-022-00487-3
Lösler, M., Eschelbach, C., Klügel, T.: Close Range Photogrammetry for High-Precision Reference Point Determination: A Proof of Concept at Satellite Observing System Wettzell. In: Freymueller, J. T., Sánchez, L. (Hrsg.): Geodesy for a Sustainable Earth, Scientific Assembly of the International Association of Geodesy (IAG), Vol. 154, Springer, Berlin, S. 57-65, 2022. DOI: 10.1007/1345_2022_141
Eschelbach, C., Lösler, M., Klügel, T., Riepl, S., Mähler, S., Pollinger, F.: Zum Einsatz der Nahbereichsphotogrammetrie zur Referenzpunktbestimmung an SLR-Teleskopen. Frontiers of Geodetic Science, Geodätische Referenzsysteme und Erdrotation, 22.-23. September 2021, Hannover, Deutschland, 2021.
Eschelbach, C., Lösler, M., Guillory, J., Truong, D., Wallerand, J.-P., Röse, A., Köchert, P., Prellinger, G., Meyer, T., Pollinger, F.: Vom Kleinen zum Großen: Ein Zwischenbericht zum EMPIR-Projekt GeoMetre. VDVmagazin - Zeitschrift für Geodäsie und Geoinformatik, 72(5), S. 354-361, 2021.
Pollinger, F., Courde, C., Eschelbach, C., Garcia-Asenjo, L., Guillory, J., Hedekvist, P., Kallio, U., Klügel, T., Neyezhmakov, P., Pesce, D., Pisani, M., Seppä, J., Underwood, R., Wezka, K., Wiśniewski, M. (for the GeoMetre Consortium): Large-Scale Dimensional Metrology for Geodesy — First Results from the European GeoMetre Project. In: Freymueller, J. T., Sánchez, L. (Hrsg.): Geodesy for a Sustainable Earth, Scientific Assembly of the International Association of Geodesy (IAG), Vol. 154, Springer, Berlin, S. 105-110, 2022. DOI: 10.1007/1345_2022_168
Lösler, M., Eschelbach, C., Holst, C.: On the Impact of the Coordinate Representation onto the Estimates in Least-Squares Adjustment. In: Haas, R. (Hrsg.): Proceedings of the 25th European VLBI for Geodesy and Astrometry (EVGA) Working Meeting, 14.-18. März 2021, Chalmers University of Technology, Göteborg, Schweden, S. 49-55, 2021. ISBN: 78-91-88041-41-8
Lösler, M., Eschelbach, C., Klügel, T., Riepl, S.: ILRS Reference Point Determination using Close Range Photogrammetry. Applied Sciences, 11(6), 2785, 2021. DOI: 10.3390/app11062785
Lösler, M.: Modellbildungen zur Signalweg- und in-situ Referenzpunktbestimmung von VLBI-Radioteleskopen. Deutsche Geodätische Kommission (DGK), Reihe C, 865, München, 2021. ISBN: 978-3-7696-5277-2; Identisch mit: Wissenschaftliche Arbeiten des Instituts für Geodäsie und Geoinformationstechnik, Geodäsie und Ausgleichungsrechnung, Technische Universität Berlin, 2021. DOI: 10.14279/depositonce-11364
Lösler, M.: Zur Parameterschätzung mit unterschiedlichen Koordinatendarstellungen. Zeitschrift für Geodäsie, Geoinformatik und Landmanagement (ZfV), 145(6), S. 385-392, 2020. DOI: 10.12902/zfv-0319-2020
Lösler, M., Eschelbach, C.: Close Range Photogrammetry for Reference Point Determination. GeoMetre – 2nd Progress Meeting, 17.-18. November, 2020.
Eschelbach, C., Lösler, M., Haas, R., Greiwe, A.: Untersuchung von Hauptreflektordeformationen an VGOS-Teleskopen mittels UAS. In: Wunderlich, T. A. (Hrsg.): Ingenieurvermessung 20: Beiträge zum 19. Internationalen Ingenieurvermessungskurs, München, 3.-6. März 2020, Wichmann, S. 411-424, 2020. ISBN: 978-3-87907-672-7
Eschelbach, C., Lösler, M.: Photogrammetry for Accelerated Reference Point Monitoring - New Model for Reference Point Determination. GeoMetre – 1st Progress Meeting, 24.-25. Februar 2020, Conservatoire National des Arts et Métiers (CNAM), Paris, Frankreich, 2020.
Lösler, M., Haas, R., Eschelbach, C., Greiwe, A.: Gravitational Deformation of Ring-Focus Antennas for VGOS - First Investigations at the Onsala Twin Telescopes Project. Journal of Geodesy, 93(10), S. 2069-2087, 2019. DOI: 10.1007/s00190-019-01302-5
Lösler, M., Eschelbach, C., Riepl, S., Schüler, T.: A Modified Approach for Process-Integrated Reference Point Determination. In: Haas, R., García-Espada, S., Lopez Fernández, J. A.: Proceedings of the 24th European VLBI for Geodesy and Astrometry (EVGA) Working Meeting, 17.-19. März 2019, Las Palmas de Gran Canaria, Spanien, S. 172-176, 2019. ISBN: 978-84-416-5634-5
Lösler, M., Eschelbach, C., Riepl, S., Schüler, T.: Zur Bestimmung des ILRS-Referenzpunktes am Satellite Observing System Wettzell. In: Luhmann, T., Schumacher, C. (Hrsg.): Photogrammetrie - Laserscanning - Optische 3D-Messtechnik: Beiträge der 18. Oldenburger 3D-Tage 2019, Wichmann, S. 162-175, 2019. ISBN: 978-3-87907-660-4
Lösler, M., Eschelbach, C., Haas, R., Greiwe, A.: Measuring Focal-Length Variations of VGOS-Telescopes Using Unmanned Aerial Systems. In: Haas, R., García-Espada, S., Lopez Fernández, J. A. (Hrsg.): Proceedings of the 24th European VLBI for Geodesy and Astrometry (EVGA) Working Meeting, 17.-19. März 2019, Las Palmas de Gran Canaria, Spanien, S. 17-21, 2019. ISBN: 978-84-416-5634-5
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Prof. Dr.-Ing.
Cornelia Eschelbach
Tel: +49 (0) 69 1533-2356
cornelia.eschelbach(at)fb1.fra-uas.de
Dr.-Ing.
Michael Lösler
Tel: +49 (0) 69 1533-2784
michael.loesler(at)fb1.fra-uas.de
Anschrift
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Fachbereich 1
Labor für Industrielle Messtechnik
Nibelungenplatz 1
D-60318 Frankfurt am Main
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GKGM - Mitglied
Mitglied in der Gesellschaft zur Kalibrierung geodätischer Messmittel e.V. (GKGM)
Projektpartner
- Physikalisch-Technische Bundesanstalt
- Conservatoire national des arts et métiers
- Central Office of Measures
- Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica
- National Land Survey of Finland
- National Physical Laboratory Management Limited
- Research Institutes of Sweden AB
- Technical Research Centre of Finland
- Bundesamt für Kartographie und Geodäsie
- Centre National de la Recherche Scientifique
- Institut national de l’information géographique et forestière
- National Scientific Centre Institute of Metrology
- Universitat Politècnica de València
- Politechnika Warszawska
- Observatoire de la Côte d’Azur
Pressemitteilungen
Referenzpunkte für Laserteleskope einfach(er) bestimmen
Zwischenergebnis des EU-Forschungsprojekts „GeoMetre“: Frankfurt UAS entwickelt neuen Algorithmus für Messvorgänge (12/2020)
Je zuverlässiger die Längenmessung, desto sicherer die Aussagen zu Umweltveränderungen
Forschende der Frankfurt UAS tragen im EU-Forschungsprojekt „GeoMetre“ zur Entwicklung neuer Messtechniken in der Geodäsie bei (05/2023)