Satellitenpositionierung, Referenzdaten und Koordinatensysteme: die Grundlagen für den räumlichen Bezug Ihrer Messdaten.
GNSS
GNSS (Global Navigation Satellite System) steht für satellitengestützte Positionierungssysteme, die Lage und Höhe auf der Erdoberfläche bestimmen, darunter GPS, GLONASS, Galileo und BeiDou. In der Vermessung erfassen GNSS-Empfänger Koordinaten in definierten Referenzsystemen und verorten Geodaten
eindeutig.
GNSS liefert die absolute Lage. Tachymetrie und Laserscanning liefern zunächst relative Koordinaten im Projektbezug, GNSS bindet sie in übergeordnete Koordinaten- und Höhenbezugssysteme
ein. Genutzt wird es zur Einmessung von Passpunkten
und zur direkten Georeferenzierung
von Drohnen, mobilen Scansystemen und terrestrischen Aufnahmen. Die erreichbare Genauigkeit hängt von Verfahren, Korrekturdaten
und Umgebung ab.
RTK (Real Time Kinematic) ist ein GNSS-Verfahren zur präzisen Positionsbestimmung in Echtzeit. Ein Rover-Empfänger im Feld erhält Korrekturdaten
einer Referenzstation und wertet Trägerphasenmessungen der Satellitensignale aus, was Lagegenauigkeiten im Zentimeterbereich ermöglicht.
Eingesetzt wird RTK, wenn Koordinaten sofort gebraucht werden: bei der Einmessung von Ground Control Points, bei Absteckungen und für die direkte Georeferenzierung von UAV-Systemen. Vorausgesetzt ist eine stabile Datenverbindung zwischen Referenzstation und Rover, etwa per Mobilfunk. Die Qualität hängt von der Basislänge (Abstand zur Basisstation), der Satellitenkonstellation und Abschattungen ab. Anders als bei PPK
wird in Echtzeit korrigiert, nicht erst nach der Datenerfassung.
PPK (Post Processed Kinematic) ist ein GNSS-Auswerteverfahren, bei dem Rohdaten nachträglich mit Referenzdaten kombiniert werden. Anders als bei RTK
werden die präzisen Koordinaten nicht in Echtzeit, sondern in der Datenverarbeitung berechnet.
In der Drohnenvermessung
und mobilen Kartierung bestimmt PPK Trajektorien
oder Kamerapositionen mit hoher Genauigkeit. Die Rohdaten des Empfängers werden mit Daten einer Referenzstation oder eines Korrekturdatendienstes abgeglichen. Während der Aufnahme ist keine Echtzeit-Datenverbindung nötig, das hilft bei schlechter Mobilfunkabdeckung. Dafür müssen Sensor- und GNSS-Daten sorgfältig synchronisiert werden. PPK passt, wenn nachträgliche Qualitätskontrolle
und konsistente Verarbeitung im Vordergrund stehen.
Eine Basisstation ist ein stationärer GNSS-Empfänger mit bekannten Koordinaten. Aus dem Unterschied zwischen den empfangenen Satellitensignalen und der bekannten Position leitet sie Fehleranteile ab und stellt sie als Korrekturdaten
den Empfängern im Feld bereit.
Sie kann projektbezogen temporär aufgebaut oder als dauerhaft betriebene Referenzstation genutzt werden und ist Grundlage von RTK
und PPK. Der Abstand zwischen Basisstation und Rover, die Basislänge, wirkt sich auf die Korrekturqualität aus: Mit der Entfernung wachsen atmosphärische Einflüsse und Modellunsicherheiten. Die Wahl geeigneter Referenzdatenquellen gehört deshalb zur Projektplanung.
Korrekturdaten sind Zusatzinformationen, die GNSS-Positionslösungen verbessern. Sie enthalten Beobachtungs- oder Zustandsdaten von Referenzstationen, etwa im RTCM-Format, mit denen Empfänger im Feld Satelliten-, Uhr- und Atmosphäreneinflüsse korrigieren.
Sie minimieren systematische Fehler und ermöglichen hochgenaue Positionsbestimmung, in Echtzeit übertragen oder für die Nachverarbeitung bereitgestellt. Ihre Qualität hängt von der Dichte des Referenzstationsnetzes, der Übertragungsart und der Aktualität ab. Bei definierten Genauigkeitsanforderungen
gehört die Wahl der Korrekturdatenquelle zur Arbeitsvorbereitung.
Der Mehrwegeeffekt (Multipath) verfälscht GNSS-Signale durch Reflexionen an Oberflächen wie Hausfassaden, Wasserflächen oder Glasfronten. Teile des Signals erreichen den Empfänger dann nicht direkt vom Satelliten, sondern auf verlängerten Wegen.
Die Reflexionen führen zu Laufzeitfehlern und damit zu Positionsabweichungen. Besonders ausgeprägt ist das in Städten, zwischen Hochhäusern und nahe großer Reflektoren, aber auch unter dichtem Blätterdach oder neben Metallkonstruktionen. Pass- und Referenzpunkte sollten dort mit besonderer Sorgfalt gewählt werden. Moderne Antennen und mehrere Frequenzen mindern den Effekt, beseitigen ihn aber nicht. In kritischen Bereichen kann eine Kombination aus GNSS
und Tachymetrie oder SLAM- Trajektorien
die verlässlichere Lösung sein.
SAPOS ist der Satellitenpositionierungsdienst der deutschen Landesvermessung. Sein Referenzstationsnetz stellt flächendeckend GNSS- Korrekturdaten
für unterschiedliche Genauigkeitsanforderungen bereit.
Mit SAPOS lassen sich GNSS-Messungen in amtliche Koordinaten- und Höhenbezugssysteme
einbinden. Je nach Dienst stehen Echtzeit- oder Postprocessing-Daten bereit: der Echtzeit-Positionierungs-Service (EPS, Meterbereich), der Hochpräzise Echtzeit-Positionierungs-Service (HEPS, Zentimeterbereich) und der Geodätische Postprocessing-Positionierungs-Service (GPPS). Für Ingenieur- und Bauvermessung ist SAPOS eine standardisierte Referenzquelle, wenn der Anschluss an die amtlichen Bezugssysteme nötig ist. Die Nutzung setzt Zugangsdaten und technische Voraussetzungen voraus.
Transformation ist die rechnerische Umrechnung von Koordinaten zwischen verschiedenen Referenz- oder Projektsystemen. Berücksichtigt werden Parameter wie Translation, Rotation und Maßstab.
Nötig ist sie, wenn GNSS-Daten in ein lokales Projektsystem oder ein anderes amtliches Bezugssystem überführt werden, für Lage- wie für Höhenkoordinaten. Eine falsche Transformation führt zu systematischen Abweichungen, die sich über große Flächen verstärken. Ausgangs- und Zielsystem gehören deshalb eindeutig in die Datendokumentation. Nur so lassen sich unterschiedliche Datensätze konsistent zusammenführen.
Ein Höhenbezugssystem legt fest, auf welche Bezugsfläche sich Höhenangaben beziehen. Die Geodäsie unterscheidet ellipsoidische Höhen (bezogen auf ein Referenzellipsoid) und physikalische Höhen. In Deutschland sind das Normalhöhen über Normalhöhennull (NHN) im DHHN2016, bezogen auf das Quasigeoid.
GNSS
liefert zunächst ellipsoidische Höhen, im Bauwesen werden aber meist physikalische Höhen gebraucht. Dazwischen vermittelt ein Quasigeoidmodell, in Deutschland das GCG2016. Im Projekt muss das verwendete Höhenbezugssystem eindeutig festgelegt sein, sonst entstehen Missverständnisse und systematische Abweichungen. Es entscheidet mit darüber, ob Geländemodelle, Bauwerksdaten und Bestandsaufnahmen vergleichbar sind.
