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208 Fachinstitute an Universitäten und Hochschulen
Kombination von CHAMP- und regionalen terrestrischen
Schwerefelddaten (DFG-Projekt DE 459/5-1, 5-2)
Die vom GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ) geleitete
und im Jahr 2000 gestartete deutsche Satellitenmission
CHAMP (CHAllenging Minisatellite Payload) dient neben
anderen geowissenschaftlichen Zielsetzungen auch der
hochpräzisen Bestimmung des Erdschwerefeldes. Mittels
der Satellitenmission können dabei nur die langwelligen
Anteile des Schwerefeldes bestimmt werden. Die mittelund
kurzwelligen Anteile des Schwerefeldes müssen aus
terrestrischen Schwerefelddaten und topographischen Daten
abgeleitet werden.
Ziel des DFG-Projektes (Bearbeiter: Dipl.-Ing. M. ROLAND;
Leitung: Dr.-Ing. H. DENKER, Prof. Dr.-Ing. G. SEEBER)
ist es, die verschiedenen Datensätze entsprechend ihren
Eigenschaften bestmöglich zu kombinieren und dadurch
die Berechnung regionaler Geoidmodelle weiter zu optimieren.
Im Rahmen des Projekts wurde dabei im Jahr 2003
hauptsächlich die Integration neuer mariner Schweredaten,
die Nutzung neuer Satellitenmodelle und die Geoidmodellierung
mittels Wavelets bearbeitet.
Neue marine Schweredaten, die im Rahmen des Projekts
von mehreren Institutionen bezogen wurden, wurden aufwändig
aufbereitet, ausgeglichen und analysiert sowie abschließend
in den existierenden Datenbestand integriert
(s.o.).
Das neue globale Erdschwerefeldmodell EIGEN-2, das aus
10 Monaten CHAMP-Beobachtungen bis Grad und Ordnung
120 berechnet wurde, sowie das erste vorläufige
Modell aus der GRACE-Mission EIGEN-GRACE01S, das
aus nur 39 Tagen GRACE-Beobachtungen ebenfalls bis
Grad und Ordnung 120 zur Verfügung steht, wurden zum
einen im Hinblick auf die erreichte Genauigkeit untersucht
und zum anderen zur Aufdeckung langwelliger Fehler in
den verfügbaren terrestrischen Schweredaten genutzt. Dafür
wurden im Rahmen des Projektes zuvor untersuchte und
entwickelte Methoden angewendet. Dazu gehören beispielsweise
die sphärisch harmonische Entwicklung mit variierendem
Entwicklungsgrad und die sphärische Multiskalenanalyse
mittels Waveletfunktionen.
Des Weiteren wurde die Nutzung der sphärischen Waveletanalyse
zur Berechnung von Geoidmodellen untersucht.
Diese Methode bietet gegenüber der klassischen Stokesintegration
den Vorteil, dass gleichzeitig Aussagen über
spektrale und räumliche Eigenschaften der verwendeten
Schwerefelddaten möglich sind und dadurch Einfluss auf
deren Kombination genommen werden kann. Die in diesem
Zusammenhang erzielten Ergebnisse wurden auf der
Generalversammlung der IUGG in Sapporo vorgestellt.
Hochauflösendes Quasigeoidmodell für Deutschland
(AdV-Geoid)
Das Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG) und
das Institut für Erdmessung (IfE) kooperieren bei der
Berechnung eines hochauflösenden Quasigeoidmodells für
Deutschland mit dem Ziel, mit Hilfe von zwei unabhängigen
Berechnungsverfahren ein einheitliches Modell abzuleiten,
das dann als Standardmodell für die Höhentransformation
in Deutschland empfohlen werden soll (AdV-Geoid). Als
Ausgangsdaten werden terrestrische Schweredaten und
digitale Geländemodelle, GPS/Nivellementspunkte sowie
ein globales Erdschwerefeldmodell (derzeit EGM96) benutzt.
Das zu generierenden Quasigeoidmodell soll cm-
Genauigkeit aufweisen und mit den Nivellementshöhen
(DHHN92, Normalhöhen) und den ellipsoidischen GPS-
Höhen (ETRS89) kompatibel sein.
Beide Institute (BKG und IfE) verwenden die Remove-
Restore-Technik, während die Modellierung der Schwerefeldgrößen
mit unterschiedlichen Ansätzen erfolgt. Das
BKG benutzt eine Punktmassenmodellierungstechnik, bei
der über eine Ausgleichung nach vermittelnden Beobachtungen
Punktmassen bestimmt werden, die in Gittern mit einem
Abstand von 2' x 3', 0.2 x 0.3 und 1 x 1.5 in entsprechenden
Tiefen von 5 km, 30 km und 200 km angeordnet sind.
Die Eingangsdaten hierfür sind mittlere 1' x 1.5' Schwerewerte,
die bisher ohne die Nutzung hochauflösender
Geländemodelle generiert werden. Die Punktmassenausgleichung
erfolgt in drei Teilgebieten; die Residuen der
Schwerewerte betragen etwa 1 – 4 mGal (RMS) und 15 –
75 mGal maximal, während die Residuen in den GPS/
Nivellementspunkten bei 3 – 8 mm (RMS) und 15 – 55 mm
maximal liegen.
Am IfE wird dahingegen eine zweistufige Modellierungsstrategie
verfolgt, bei der zunächst ein rein gravimetrisches
Quasigeoidmodell mit Hilfe von Integralformeln (spektrale
Kombination) berechnet wird, das dann mit Hilfe der Kollokation
nach kleinsten Quadraten mit den GPS/Nivellementsdaten
kombiniert wird. Beim Kollokationsschritt wird eine
Korrekturfläche aus den Differenzen zwischen GPS/Nivellementsdaten
und dem gravimetrischem Quasigeoidmodell
mittels einer entsprechenden Kovarianzfunktion (Varianz
(45 mm) 2 , Korrelationslänge 75 km) abgeleitet. Durch
Addition der Korrekturfläche zum gravimetrischem Geoidmodell
wird schließlich das endgültige kombinierte Quasigeoidmodell
erhalten. Die Residuen zwischen dem kombinierten
Quasigeoidmodell und den GPS/Nivellementspunkten
betragen hier etwa 6.5 mm (RMS) und 30 mm
maximal.
Die BKG- und die IfE-Lösungen liegen beide in einem 1'
x 1.5' Gitter vor. Die Differenzen beider Modelle liegen
derzeit bei 10.2 mm (RMS) und 390 mm maximal, wobei
die größten Diskrepanzen an den Grenzen zu den Nachbarländern
(insbesondere im Alpenbereich) auftreten. Nach
Elimination von 5 Gitterpunkten im Randbereich der
Modelle reduzieren sich die Differenzen bereits auf 5.9 mm
(RMS) und 85 mm maximal. Weiterhin zeigen die Differenzen
eine Korrelation mit der Topographie und tlw. auch
mit der Lage der Punktmassen. Als ein Hauptproblem wird
derzeit die Vernachlässigung hochauflösender Topographieinformationen
in der BKG-Lösung angesehen. Diese Problematik
wird zunächst näher untersucht und erst danach wird
über die Strategien zur Generierung eines einheitlichen
Quasigeoidmodells für Deutschland entschieden.
Europäisches Geoidprojekt
Am Institut für Erdmessung (IfE) wird weiterhin an verbesserten
Geoidmodellen für Europa gearbeitet. Bisher war