Vorbereitung und Auswertung von GPS-Messungen ... - DVW Bayern

Einleitung
Vorbereitung und Auswertung von
GPS-Messungen mit der SKI-Software *
Von W. Hübner, München
Im Rahmen des an der Fachhochschule München durchgeftihnen DVW­
Seminars über GPS-Messungen wurden in der näheren Umgebung des
Hochschulgebäudes mehrere Punkte mittels GPS bestimmt. Die Auswertung
der mit den GPS-Empfangern registrienen Daten zur Berechnung der Punktkoordinaten
im Landessystem erfolgte mit dem Programm SKI (Statische
Kinematische Software) der Firma Leica. Mit dieser Software können GPS­
Messungen vorbereitet und ausgewertet werden. Das Programm SKI (Version
2.0) läuft an der Fachhochschule München unter Windows 3.1 von
Microsoft ® . Die Bedienung des Programms geschieht über eine graphische
Benutzeroberfläche.
Bei der Beschreibung des Programmablaufs und der Menübedienung wird
mit Rücksicht darauf, daß dem Leser des Mitteilungsblattes die Software im
allgemeinen nicht zur Verfügung steht, nur auf einige wesentliche Programmpunkte
eingegangen. Die Ausführungen geben daher nicht alle Möglichkeiten
des Programms wieder.
SKI-Hauptmenü
Nach dem Start von SKI befindet man sich im Hauptmenü (SKI - Main
Selecrion; siehe Abb. 1 ). Die Wahl der Untennenüs, die zum Teil in den folgenden
Abschnitten erläutert werden, geschieht durch »Anklicken« des
betreffenden Namens mit Hilfe der Maus oder durch Drücken der Alt-Taste
und des jeweilig unterstrichenen Buchstabens.
Configuration
Das erste Menü (;_onfiguration läßt die Eingabe von Voreinstellungen zu.
Falls keine Werte eingegeben werden, benutzt das Programm Standardwerte
• Nach einem Vortrag, gehallen beim Seminar »Einflihrung in die Praxis der GPS-Messungen«
des DVW-Landesvcrein Bayern am 15. März 1996 in München
Mitteilungsblatt DVW-Bayem 411996 605

(Default-Werte). Beispielsweise kann man hier verschiedene Einheiten auswählen
oder für Protokollausdrucke Überschriften eingeben. Wichtig für
den Benutzer ist zu wissen, daß die SKI-Sortware mit einer Datenbank
arbeitet. Daher sind Projektnamen und Datensatzbezeichnugen nicht auf die
bekannten Konventionen des Betriebssystems DOS beschränkt.
QJnflgurMion Erepamtlon Project .Import k_ata Processhg :ilewfEcl:t Adjustment
OatuoPIMap Utllltles Help
Abb. 1: SKI-Hauptmenü
Prcparation
Bevor mit den GPS-Empflingern gemessen wird, ist eine gründliche Messungsvorbereitung
durchzuführen. Dies geschieht in der Regel durch die
Erkundung der Alt- und Neupunkte vor Ort sowie eine Betrachtung der
Satellitenkonfiguration für den geplanten Meßzeitpunkt und den vorgesehenen
Beobachtungsort. Wie bei den meisten GPS-Auswerteprogrammen ist
auch in SKI ein leistungsf

Enter- slte parameters
S!fe: llro4ünchon 01'
Latflude: j48o 9...J' (i' N s !:J>ncol
Longitude: ["'i";: o [37! • ro E ow
H.etght: ["5öD.öO m
r-aJOMI!: Ii!••"' ["ö:ii!Jmln

Mün.ct.en •8'09'N 11"3•·e soom
Oate:l1.03.96Window:00.00-2•.ooeut-of1nn

e,ath: Jc:\ski\prj\sominar
U.tune: j OVW-Seminar, Gruppe X
O"eate new project
Abb. 4: Erstellung eines neuen Projektes
lmport
Das Einlesen der Meßdaten in SKI geschieht über das Untermenü Import I
Measurement nach folgenden Möglichkeiten:
Q.PS Controller ... - direkt vom internen Speicher des Controllers
oder von der Memory-Card über den Controller
Memory Card Reader . . - von der Memory-Card über ein Kartenlesegerät
!J.ackup I PCMCIA... - von Backup-Files auf Diskette oder PCMCIA-
Cards
B.INEX... - von RINEX-Files (je nach Programmlizenz
Daten im receiver Independent exchange
format).
Bevor die eigentliche Zuordnung der Daten zum jeweiligen Projekt durchgeführt
wird, sollten die punktbezogenen Informationen, insbesondere die
Punktnummern und die Höheneingaben, kontrolliert und gegebenenfalls
konigiert werden.
Data Processing
Die weitere Auswertung geschieht vom Hauptmenü aus mit [2ata Processing.
Dabei können bestimmte Parameter und Daten ausgewählt, die Berechnung
gestartet und die Ergebnisse analysiert und gespeichert werden. Nach
dem Erscheinen des Menüs Select working area (days): wird das Feld mit
dem Datum des Meßtages markiert. Im nun folgenden Menü Selection for
computation (Auswahl für die Berechnung, Abb. 5) wird zwischen der automatischen
Festlegung der Basislinien (Auto select) und der manuellen Auswahl
(Manual) unterschieden.
Mitteilungsblatt DVW-Bayem 4/1996 609

Abb. 5: AuswaW für die Berechnung
-QVW·semtNir".
Um unter anderem bei der späteren Einpassung der dreidimensionalen Koordinaten
(WGS 84) in das GK-Koordinatensystem eine große Maßstabsanpassung
zu vermeiden, sind möglichst exakte Koordinaten für die beobachteten
GPS-Punkte im WGS 84 erforderlich. Es wird daher zunächst für eine
Referenzstation eine Einzelpunktbestimmung durchgeführt. Dazu ist der
Auswertemodus S.ingle point unter Gonfiguration I Procft.ssing mode einzustellen.
Mit dem Knopf CQmpute wird die Berechnung eingeleitet und
anschließend das Ergebnis gespeichert.
Der nächste Schritt ist die Berechnung der Basislinien zwischen dem Referenzpunkt
und den Roverstationen. Hierzu muß im Menü Gonfiguration I
Pmc{tssing mode der Auswertemodus /l.aseline gewählt werden. Mit Hilfe
des Schalters Manual wird die Eingabemaske (Abb. 6) für die manuelle
Auswahl geöffnet. In der Vertikalleiste sind die Nummern der gemessenen
Punkte und in der Horizontalleiste die Beobachtungszeit in Stunden angezeigt.
Die horizontalen Balken geben die Meßzeilen auf den einzelnen Punkten
wieder.
Abb. 6: Manuelle Auswahl der Basislinien
610 Mitteilungsblatt DVW-Bayem 4/\996
.,..

Der längste Balken gehört im allgemeinen zur Refercnzstation. Zuerst wird
der Kreis vor B.eference angewählt und anschließend der zur Referenzstation
gehörende Balken markiert. Danach klickt man mit der Maus den Kreis vor
Roy_er an und dann die Balken der Roverpunkte. Die Berechnung der Basislinien
erfolgt nun zwischen der so gewählten Referenzstation und den
Roverpunkten.
Falls mehrere Referenzstationen beobachtet wurden, ist vorweg für eine Station
eine Einzelpunktbestimmung (S.ingle point) zu berechnen sowie eine
Baseline-Auswertung mit den anderen Referenzstationen als Rovcr durchzuführen.
Die eigentliche Berechnung der gewählten Konfiguration erfolgt mit Hilfe
des Knopfes Ca.mpute. Auf dem Bildschirm wird eine Fortschrittsanzeige
eingeblendet, aus der die Gesamtanzahl und die Anzahl der bereits berechneten
Verbindungen (chain) ersichtlich ist.
Nach Beendigung der Berechnung kann man sich über den ßesult-Knopf die
Ergebnisse (Abb. 7) ansehen. Es erscheint eine Liste (Results) mit den
Punktnummem, der Referenzstation, den Standardabweichungen für die
Breite, Länge und Höhe sowie der entscheidenden Information, ob die Phasenmehrdeutigkeit
(A für Ambiguity) gelöst wurde (Y für Yes) oder nicht
(N für No). Y* bedeutet, daß eine Lösung erhalten wurde, obwohl eine
geringere Beobachtungszeit vorhanden ist, als von SKI für die Auswertung
erwartet wurde.
Abb. 7: Ergebnis der Basislinienberechnung
Miuei)ungsbtau DVW·Bayem 4/1996 611

Wird der Kreis vor f2etails angewählt, so kann man sich detai\iertc Punktinfonnationen,
wie die Koordinaten oder die Raumdistanz (slope) zum Rcfcrenzpunkt.
anzeigen Jassen.
Mit dem Schalter LQg (Logfile) lassen sich weitere Informationen zur Auswertung
einsehen. Mit Store wird das Berechnungsergebnis abgespeichert.
Die Koordinaten von mehrfach bestimmten Punkten werden automati1>ch
gemittelt, wenn die Grenze für die Mittelbildung (averaging Iimit) nicht
überschritten ist.
View/Edit
Um die Berechnungen graphisch darstellen und gegebenenfalls Korrekturen
vornehmen zu können, wird das Untermenü View/ Edit (Abb. 8) aufgerufen.
Über den Menüpunkt S.how I [..egend oder den dazugehörenden Hotkey
Legend auf der linken Seite erhält man in einem Fenster die Darstellungssymbole
angezeigt.
Mit S.how I Point id werden die Punktnummern ausgegeben und mit S.how I
fl.a.reline die Basislinien dargestellt. Bei denjenigen Punkten, bei denen die
Phasenmehrdeutigkeit nicht gelöst wurde, wird keine Verbindungslinie zum
Referenzpunkt gezeichnet.
Fehlerellipsen gibt das Programm über S.how I E.rror ellipse, height aus.
Bestimmte Ausschnitte der Graphik lassen sich mit S.how I ZI.Jom in festlegen
und herausvergrößcm.
Unter E.dit I f.oinr id können die Punktnummem, unter E.dit I C.oordinate and
class die Koordinaten und Höhenwerte geändert werden. Auch läßt sich
die Mittelbildung der Ergebnisse von mehrfach beobachteten Punkten mit
Edit I Mean optimieren.
Datum/Map
Zur Überführung der im WGS 84 bestimmten, räumlichen Koordinaten in
die Gauß-Kriiger-Ebene wählt man das Untennenü Datum/ Map. Nach dem
Datenimport aus der SKI-Datenbank und der Benennung des Start- und Zielsystems
(System A und B) werden mit Hilfe der Maske Define transverse
Mercator projection set (Abb. 9) der Name und die Definitionsgrößen für
die Gauß-Krüger-Abbildung eingegeben. Anschließend ist die Zuordnung
zwischen der Projektion und der Koordinatendatei herzustellen.
612 Miueihmgsblau DVW-Bayem 411996

Viewl Edll- DVW-Semlnar. Gruppe X
flttel' ow lltllltles l:ielp
.m1
\ \ 0.2002
\ f
\, ' 2003
------· ----·-;;;;; I I eod
/\ Symbols:
1200 : =$$=
'24.211l9
J "25.2090 • Tlmetllggedpolnl(nav.)
0 Automatk:atycompo.rted
e Timetaggedpolnl(comp.)
4 User entered
-.-Baseline
·'>-· Ct>aln(Siop andGo)
'>-Chaln[Kinematlc)
Abb. 8: Graphische Darstellung des Berechnungsergebnisses
Oeftoe transverw Mercator prnjection set
N ... !Mpiel: IGauB·I«iigar
E-he •--g: I
500000 m
FelUIIG .. illt:
leJjeuciatlforigin:
Cwrtrllll-"liu:
;.-=.-'---'-",
Abb. 9: Festlegung der Projektionsparameter
•• s

!;.lassical dreidimensionale Ähnlichkeitstransformation mit 7 Parame­
tern
Lnterpolate affine Transformation mit einem isotropen Kollokationsansatz
S.tepwise 2D-Helmert-Transforrnation mit einer lokalen Interpolation
der Höhen
Qnestep ähnlich wie Stepwise; die Höheninterpolation wird jedoch den
vorhandenen Informationen angepaßL
Bei der klassischen 7-Parameter-Transfonnation müssen streng genommen
die ellipsoidischen Höhen der Paßpunkte im Zielsystem bekannt sein. Dies
setzt die Kenntnis der Geoid- bzw. NN-Undulationen voraus. in kleinräumigen
Gebieten mit einer Ausdehnung von max. 20 km können die Geoidbzw.
NN-Undulationen vernachlässigt werden. Als Höhen über dem Referenzellipsoid
werden dann die orthometrischen bzw. die NN-Höhen eingeführt.
Wird mit dem Transformationsverfahren !;.lassical gearbeitet, so sind
zunächst die beiden Koordinatensysteme in Beziehung zu bringen. Danach
müssen in der Maske Match common points die Paßpunkte in den beiden
Systemen einander zugeordnet werden. Dies geschieht entweder automatisch
für alle Punkte (gleiche Schreibweise in beiden Systemen vorausgesetzt)
durch die Option Auto match oder für einzelne Punkte durch die
Option Match. Es sind mindestens drei Paßpunkte erforderlich.
=!'! =!'! : .:. :
21.200) zt.ZOt.l
U.t15l 2.01103
2UO'O
-·
Z'S.20SII
-
;;-;;;
11200 11200
;;- -- -
lO.ztO.l zt.l0t2
Abb. 10: Zuordnung der Paßpunkte
614 Mitteilungsbtalt DVW-Bayern 4119%

SKI bietet Hlr die klassische 7-Parameter-Transfonnation zwei verschiedene
Modelle an. Sowohl das Modell von Busa-Wolfals auch das von Molodensky-Badekas
ist geeignet. Seide Modelle liefern das gleiche Ergebnis; sie
unterscheiden sich lediglich bezüglich der Lagerung und Orienlierung. Beim
Modell Molodensky-Badekas fallen die Standardabweichungen (R. m. s.)
der Koordinatenverschiebungen geringer aus.
Nach der Bestimmung der Transformationsparameter (3 Verschiebungen, 3
Drehungen und l Maßstab) kann man sich die Abweichungen in den identischen
Punkten anzeigen lassen. Der Parametersatz (Computed Iransformation
paramRters, Abb. 11) ist unter einem vom Benutzer einzugebenden
Namen abzuspeichem.
ElhpMod."._A. INQ8 I'M
.,_.. e a..
...
T---olql'·...,_. .
cllioJio*-'"'""1!"1
Wft!int.W
Z'l. offl'""-SU
oomputedllpmiNtef's
ShiftdX ·692:.'13'1
ShiftdV ·21.789
ShiftdZ ·'131.511
RotlltiQI"IIIbO

=[
Trensforn'Mid tfXIrdlnates
"-"'-"".... ·'""
....
.,._.,. l)p. "JM
Glrid_..._ ...
Point id ....... ltor"thfll9 Ell. Migl'lt
I Ii""
68951.056 5333781.2't!l
9.3911 1HH792.392 53311259.590
20.2002 68038.259 5331f159.339
29.2993 lf69325.298 5331f931f.1'l9
21f.8153 '167'181.822 5333855.21f5
25.299$ lf67998.857
Abb. 12: Iransformierte Koordinaten
Literatur:
Leica AG: Wild GPS-Sys1em 200- User Manual for
SKI-Static Kinematic Software. Heerbrugg. Schweiz
517.5911
515.&36
517.&15
516.9!5&
518.156
518.891
616 Mitteilungsblau DVW-Bayem 411996