AFIS^®

Das Amtliche Festpunkt Informations System (AFIS) gibt zukünftig Auskunft über die Daten (Vermarkungen und die darauf bezogenen Koordinatenwerte) der Festpunktfelder der Landesvermessung. Es ist damit Bestandteil der Realisierung des amtlichen, geodätischen Raumbezugs. AFIS ist Teil des AdV-Konzepts AFIS-ALKIS-ATKIS (AAA) zur integrierten Modellierung der Geoinformationen des amtlichen Vermessungswesens. Es umfasst die Daten zu

den Lagefestpunkten (LFP),dem Höhenfestpunkten (HFP),dem Schwerefestpunkten (SFP), den geodätischen Grundnetzpunkten (GGP) und den SAPOS^® -Referenzstationspunkten (RSP).

ANTEX

International standardisiertes Austauschformat für Antennenparameter. Es handelt sich dabei um eine ASCII-codierte Textdatei mit der Dateinamenserweiterung .atx, die für eine oder mehrere Antennen alle beschreibenden Informationen (Hersteller, Typ, Bauart) und die Antennenparameter des Phasenzentrums beinhaltet. Bei individuellen Antennenkalibrierungen kann über die Antennenbezeichnung und die Seriennummer einer einzelnen GNSS-Antenne eine hochpräzise ANTEX-Datei zugeordnet werden. Für alle Referenzstationsantennen im SAPOS-Netz können indivduelle ANTEX-Dateien angefordert werden.

Antennenparameter

Die Positionsergebnisse der SAPOS^®-Dienste basieren auf den simultanen Satellitenbeobachtungen auf den GNSS-Antennen der aktiven SAPOS^®-Referenstationen. Es handelt sich dabei um Messungen der elektromagnetischen Wellen zwischen den GNSS-Satelliten und der GNSS-Empfangsantenne. Der Endpunkt dieser Wellen liegt im effektiven Phasenzentrum des Hochfrequenzdipolelements der Antenne. Dieses Phasenzentrum ist ein virtueller Ort, dessen Lage sich im Bereich von einigen mm in Abhängigkeit von dem Azimut- und Elevationsrichtungswinkel der empfangenen Signale - also von der Position des jeweiligen Satelliten am Himmel - verändert. Daher muss für eine präzise räumliche Beziehung zwischen den SAPOS^®-Messungen und dem amtlichen ETRS89-System die dynamische, räumliche Verbindung des elektromagnetischen Phasenzentrums zu einem realen, vermarkten und an das amtliche Festpunktfeld angeschlossenen Bezugspunkt, dem Antennenreferenzpunkt ARP bekannt sein.

Dazu wird für jede auf den SAPOS^®-Referenzstationen eingesetzte GNSS-Antenne die Phasenzentrumsvariationen (PCV) für jedes verwendete Satellitensignal - die unterschiedlichen Trägerfrequenzen werden in einer mehrfrequenzfähigen Antenne auf räumlich getrennten Dipolelementen empfangen -  für jede mögliche Satellitenposition in 5°- Schritten des Azimut- und Elavationsrichtungswinkels bestimmt. In den SAPOS^®-Echtzeitdiensten werden die an die Endnutzer abgegebenen Beobachtungen und Korrekturen mit diesen PCV auf den ARP umgerechnet. Im Ergebnis beziehen sich die korrigierten Messungen auf ein konstantes Phasenzentrum, das ohne Kenntnis der individuellen PCV der jeweiligen Referenzstationsantenne in der Echtzeitmessung einen Bezug zum amtlichen ETRS89-System vermittelt. Daher wird in den RTK-Endgeräten in den SAPOS^®-Echtzeitdiensten automatisch eine PCV-freie Referenzstationsantenne (ADVNULLANTENNA) verwendet bzw. muss bei älteren Geräten voreingestellt werden.

Im Gegensatz dazu beziehen sich die an die Endnutzer abgegebenen GNSS-Beobachtungenim Format RINEX  im Postprocessing-Dienst GPPS ohne PCV-Korrektur auf die originalen Messungen am vituellen Phasenzentrum der aktiven Referenzstationsantennen. Die PCV an Rover- und Referenzstation werden bei der Auswertung der Messung im Postprocessingprogramm korrigiert. Dies geschieht in der Regel automatisch durch Zuordnung von typspezifischen Antennenparametern aus einer programminternen Datenbank. Die international und programmunabhängig standardisierte Beschreibung des verwendeten Antennentyps ist in den GPPS-Daten im Format RINEX enthalten. Für höchste Genauigkeitsanforderungen in langzeitstatischen GNSS-Messungen können die individuellen 

CRS - Amtliches Koordinatenreferenzsystem

Abkürzung für Coordinate Reference System, international normierter Begriff für übergeordnete Koordinatenreferenzsysteme, siehe ISO 19111 Geographic Information - Spatial referencing by coordinates.

DGNSS

Differentielle Messverfahren auf Basis des Navigationscodes eines oder mehrerer GNSS - Systeme. Durch Korrektur der Pseudoentfernungsmessungen zu den Satelliten mit den auf einer regional benachbarten Referenzstation bestimmten Abweichungen können Positionsgenauigkeiten im festgehaltenen Bezugssystem der Referenzstation im Submeterbereich erzielt werden.

Ellipsoid

Das Ellipsoid bildet die Grundlage der Koordinatensysteme, dessen Koordinaten ein Rotationsellipsoid zugrunde liegt. Dabei setzt sich die ellipsoidische Breite als Winkel zwischen Äquator und der Position des Punktes in Nord-/Südrichtung, die Länge als Winkel zwischen der Meridianebene von Greenwich und des Punktes in Ostrichtung und die Höhe aus der Höhe über der Oberfläche zusammen. In der Historie gab es verschiedene Koordinatensysteme mit unterschiedlichen Ellipsoiden. So war das Bessel-Ellipsoid Grundlage für die Gauß-Krüger-Koordinaten, welche amtlich in Deutschland verwendet worden sind. Heute wird das WGS84 oder das GRS80 Ellipsoid (ETRS89) als Grundlage verwendet. Der Unterschied der Ellipsoide zeigt sich letztendlich in den Parametern (Abflachung, Radius, ...), die das Ellipsoid definieren. Die Ephemeriden der Satelliten beziehen sich auf das WGS84, weswegen Satellitenmessungen sich auch immer auf das WGS84 beziehen.

EPSG-Registry 

Vollständige Dokumentation von international verwendeten Koordinatenreferenzsystemen und deren Bestandteile (Geodätische Datum, Koordinatenformate, Projektionen, Ellipsoide etc.) durch die International Association of Oil & Gas Producers (OGP) http://www.epsg-registry.org/

Als Referenz auf die entsprechenden Einträge der EPSG-Registry dient der EPSG-Code, durch den ein Bezugssystem in allen Teilen definiert ist.

ETRS89

Die SAPOS^®-Dienste liefern 3D-Positionsergebnisse im amtlichen dreidimensionalen Koordinatenreferenzssystem ETRS89 / DREF91.

Dem ETRS89 liegt ein globales, dreidimensionales und kartesisches Koordinatensystem zu Grunde. Positionen im ETRS89 werden mittels satellitengeodätischer Verfahren bestimmt.

Das amtliche ETRS89 - Bezugsystem wird durch die Vermessungsverwaltungen der Länder der Bundesrepublik Deutschland festgelegt und ist für die gesamte Bundesrepublik Deutschland durch die SAPOS^®-Dienste spannungsfrei und hochgenau realisiert. Die terrestrische Vermarkung und Sicherung dieses Raumbezugs ist durch die Geodätischen Grundnetzpunkte GGP realisiert. Als Bezugsfläche wird das globale GRS80 - Ellipsoid (EPSG 25832) verwendet.

Als dazugehöriges Abbildungssystem findet das UTM - Koordinatensystem (Universal Transverse Mercator) Anwendung. Dabei handelt es sich um die konforme, d.h. winkeltreue Abbildung des GRS80 - Ellipsoides in die UTM - Ebene. Wie auch beim Gauß - Krüger Koordinatensystem kommt es durch das Abbildungsverfahren zu Streckenverzerrungen. Um diese in einem vertretbaren Rahmen zu halten werden 6 Grad breite UTM - Zonen definiert. 

Genauigkeitsangaben

Von den Messbedingungen abhängige Messunsicherheit nach DIN 1319: Summe der systematischen und zufälligen Fehleranteile einer Messung, angegeben als Standardabweichung mit einem Vertrauensbereich von 68,3 % (1 Sigma).

Geoid

Das Geoid ist eine Äquipotentialfläche im Schwerefeld der Erde, ergo eine Fläche, in welcher das Potential einen gleichen konstanten Wert aufweist und somit immer lotrecht zur Gravitation liegt. Näherungsweise wird es durch den mittleren Meeresspiegel, fortgeführt unter den Kontinenten, repräsentiert. In der Realität ist es jedoch aufgrund von Schwereanomalien und ungleichmäßiger Verteilung der Massen schwierig zu beschreiben. Es dient als physikalische Höhenbezugsfläche und kann Höhenbezugssysteme an Pegeln vereinheitlichen. Die Bestimmung des Geoids geschieht durch Satellitenmissionen wie GRACE in Kombination mit räumlich hochaufgelösten Messungen mit Gravimetern, welche Schwereanomalien an der Erdoberfläche detektieren können (Theorien von Stokes und Molodensky).

GNSS

Unter dem Oberbegriff „Global Navigation Satellite System (GNSS)" werden die satellitengestützten Navigations- und Positionierungssysteme wie GPS, GLONASS und GALILEO zusammengefasst.

SAPOS nutzt als GNSS-Raumsegment derzeit das amerikanische Global Positioning System (GPS), das russische Satellitennavigationssystem GLONASS (Globalnaya Navigationnaya Sputnikovaya Sistema) sowie das europäische System GALILEO.

I95 - Index

Der stündliche I95-Index (Einheit ppm) kennzeichnet die Größe der entfernungsabhängigen ionosphärischen Fehler auf die differentiellen GNSS - Beobachtungen.

Bei einem hohen I95-Index sollte deshalb die Basislinienlänge bei Postprocessing - Messungen möglichst kurz gehalten werden. Beim Postprocessing lässt sich die Qualität der Positionierung außerdem durch eine Verlängerung der Beobachtungszeit und den Auswahl einer geeigneten Auswertestrategie (ionosphärenfreie Linearkombination) in der Postprocessing - Software i.d.R. verbessern.

Der durch den I95 - Index dargestellte ionosphärische Einfluss wird durch die Referenzstations-vernetzung modelliert und in den SAPOS^® - Daten korrigiert.

NTRIP - Networked Transport of RTCM via Internet Protocol

Über Internet (GPRS / UMTS) verbindet sich der Nutzer im Feld mit unserem Datenserver (NTRIP-Caster). Der nordrhein-westälische SAPOS^® NTRIP-Caster ist im Internet unter

• www.sapos-nw-ntrip.de (Port 2101) oder
• sapos-nw-ntrip.de (Port 2101) oder
• 80.158.61.104 (Port 2101)

zu erreichen. Dort erfolgt die Authentifizierung über Nutzername und Passwort, nachdem der Nutzer das gewünschte HEPS Format durch Eingabe des betreffenden Mountpoints ausgewählt hat. Nach Übermittlung der Nutzerposition im Format NMEA0183 GGA (Position des Rovers) an den NTRIP-Caster werden über Internet RTCM Daten an den Nutzer (NTRIP-Client) versendet.

Bei Verwendung von GPRS- oder UMTS-Verträgen mit datenmengenabhängigen Gebühren können sehr günstige Kommunikationskosten erzielt werden, da bei der Nutzung der RTCM3-Daten nur ein kontinuierlicher Datendurchsatz von ca. 2500 Bit / sec entsteht.

NMEA 0183

NMEA 0183 ist ein Standard für die Kommunikation zwischen Navigationsgeräten auf Schiffen, der von der National Marine Electronics Association (NMEA) definiert wurde und auch für die Kommunikation zwischen GPS-Empfänger und PCs sowie mobilen Endgeräten genutzt wird.

Postprocessing

Nachträgliche Verbesserung absoluter GNSS-Positionsbestimmungen durch Hinzufügen von Korrekturen oder Beobachtungen, die simultan auf einer benachbarten Referenzstation bestimmt bzw. aufgezeichnet wurden.

Zur Erzielung einer korrekten Position im amtlichen ETRS89/DREF91 müssen bei der Auswertung für Referenzstation- und Roverbeobachtungen die richtigen Antennenparameter zugeordnet werden. Die Auswahl der richtigen Auswerteoptionen ist entsprechend der Softwareanleitung zu beachten.

Alternativ kann auch der Berechnungsdienst auf diesem Webserver benutzt werden. Dabei findet die richtige Zuordnung der Referenzstationsantenne automatisch statt, die Berechnung führt in der Regel zuverlässig zu einer amtlichen ETRS89/DREF91-Position hoher Genauigkeit.

Quasigeoid

Die amtlichen Höhen in Deutschland beziehen sich seit 1992 im System DHHN92 auf das Quasigeoid. Anders als das Geoid ist es keine Äquipotentialfläche. In der Realität approximiert es das Geoid jedoch sehr gut, im Gebirge gibt es zwischen beide Flächen jedoch Unterschiede im Dezimeter Bereich. Es bezieht sich auf das im Raum gelagerte Ellipsoid und wurde durch die GNSS-Kampagne 2008 abgeleitet.

Mit einem geeigneten Quasigeoidmodell (bspw. GCG2016) lassen sich ellipsoidische Höhen aus GNSS-Messungen in physikalischen Höhen, bezogen auf das Quasigeoid, berechnen (NHN-Höhen). Dazu wird die Quasigeoidundulation verwendet, welche aus dem Modell abgeleitet wird.

Referenzstation

Eine Referenzstation ist ein auf einer stabilen, bekannten Position eines Referenzsystems betriebener GNSS-Empfänger. Durch die Korrektur der GNSS-Positionierung eines benachbarten Rover-Empfängers mit den an der Referenzstation simultan ermittelten Abweichungen kann die Genauigkeit der Roverpositionierung gesteigert werden und ein Bezug zum Referenzsystem hergestellt werden. Eine international gebräuchliche Bezeichung für permanent arbeitende Referenzstationen lautet CORS (continous operating reference station).

Referenzstationsvernetzung

Basierend auf den Daten aller Referenzstationen berechnet die Vernetzungssoftware in Echtzeit ein flächenhaftes Modell der ionosphärischen und geometrischen Fehler im Bereich des nordrhein-westfälischen SAPOS^® - Referenzstationsnetzes. In dem geometrischen Fehlermodell sind die nicht - dispersiven Fehlereinflüsse aus Troposphäre und Satellitenbahnen zusammengefasst. Die Modellierung der entfernungsabhängigen Fehler im Referenzstationsnetz wird als Vernetzung bezeichnet. Durch die Vernetzung ist es möglich, die entfernungsabhängigen Fehler in den RTCM Daten effektiv zu reduzieren, so dass auch bei Stationsabständen von 50 bis 60 km noch zentimetergenaue RTK Positionierung flächendeckend in NRW ermöglicht wird.

Die Vernetzungsinformation kann mit verschiedenen Methoden dem Rover zur Verfügung gestellt werden:

1. Virtuelle Referenzstation VRS

Der Rover sendet seine Position in die SAPOS^® - Zentrale (NMEA GGA - Format). Die Vernetzungssoftware generiert für diese Position einen RTCM – Datenstrom ausgehend von der nächstgelegenen Referenzstation (Masterstation) und dem Fehlermodell der Vernetzung. Für den Rover scheinen die RTCM – Daten von einer wenige Meter entfernten Referenzstation zu kommen.

2. Flächenkorrekturparameter FKP

Der Rover sendet seine Position in die SAPOS^® - Zentrale (NMEA GGA - Format) und wird der nächstgelegenen realen Referenzstation (Masterstation) zugewiesen. Zusätzlich zu den Daten dieser Masterstation erhält der Rover die so genannten Flächenkorrekturparameter FKP. Die FKP sind die im Umkreis der Masterstation gültigen linearen Interpolationskoeffizienten der entfernungsabhängigen Fehler und werden in der Zentrale durch die Vernetzungssoftware berechnet.

3. Netzwerkkorrekturen im Master-Auxiliary-Concept MAC

Der Rover sendet seine Position in die SAPOS^® - Zentrale (NMEA GGA - Format) und wird der nächstgelegenen realen Referenzstation (Masterstation) zugewiesen. Zusätzlich zu den Daten dieser Masterstation erhält der Rover Beobachtungsdifferenzen der umliegenden Referenzstationen (Auxiliarystations). Aus diesen Beobachtungsdifferenzen kann ein Modell der entfernungsabhängigen Fehler am Rover hergeleitet werden.

Rover

Als Rover wird ein GNSS-Empfänger bezeichnet, dessen Positionsergebnisse durch die Daten einer benachbarten Referenzstation korrigiert und an das Referenzsystem angeschlossen werde. Die Positionsableitung im Referenzssystem von der Referenzstation zum Rover wird als Basislinie bezeichnet.

RTCM

Die Korrektur- und Beobachtungsdaten in den Echtzeitdiensten EPS und HEPS werden im international standardisierten Format der Radio Technical Comission for Maritime Services (RTCM) abgegeben. Zuständig für die Standardisierung der GNSS-Echtzeitdaten innerhalb des RTCM ist das Special Committee 104 (SC 104).

Das SC 104 schreibt den Standard entsprechend den Entwicklungen in den GNSS ständig fort, daher wird zur korrekten Bezeichnung die Versionsnummer angegeben. Im Jahr 2013 wurde die zur Zeit aktuellste Version 3.2 verabschiedet, sie enthält gegenüber RTCM 2.3 (2001) umfangreiche Neuerungen zu den Vernetzungsrepräsentationen.

Im SAPOS-HEPS werden zur Wahrung der Abwärtskompatibilität Echtzeitdaten in den Formaten RTCM 2.3, RTCM 3.1 sowie RTCM 3.2 angeboten. Es wird angeraten, nach Möglichkeit das aktuellste RTCM-Format zu nutzen und dazu die Firmware der Endgeräte aktuell zu halten, um die maximale Leistungsfähigkeit der SAPOS-Dienste zu erreichen.

RTK

Real Time Kinematic bezeichnet ein GNSS - Messverfahren bei dem in Echtzeit Koordinaten mit Zentimetergenauigkeit bestimmt werden können. Die Positionierung erfolgt relativ zu einer bekannten Referenzstation mit einem geodätischen RTK - Empfänger (RTK - Rover) der neben der Code - Entfernungsmessung auch die Trägerphasenmessung zu den Satelliten durchführen kann. Die Beobachtungsdaten der Referenzstation müssen über ein geeignetes Kommunikationsmedium

(z.B. Mobilfunk) in Echtzeit an den RTK - Rover übertragen werden. Nach der sogenannten Initialisierungsphase, in der der RTK - Rover die Trägerphasenmehrdeutigkeiten löst, werden zu jeder Epoche Koordinaten mit Zentimetergenauigkeit bestimmt.

RINEX

RINEX (Receiver Independend Exchange Format) ist ein herstellerunabhängiges Standardformat zum Austausch von Daten für die nachträgliche Auswertung von GNSS-Messungen. Die Daten im Dienst GPPS werden aktuell im Format RINEX 2.10 oder RINEX 3.04 abgegeben.Sie erhalten nach jeder Bestellung im SAPOS-Dienst GPPS eine Beobachtungsdatei (Dateiendung .[yy]o) und zwei Bahndatendateien (GPS Dateiendung .[yy]n, Glonass .[yy]g) bei RINEX 2.10 bzw. eine Bahndatendatei (Mixed Dateiendung .[yy]p) bei RINEX 3.04.

Alle zur Auswertung der Daten notwendigen Angaben befinden sich im Header (Zeile 1 - 20 des Dateiinhaltes) der Beobachtungsdatei. Dieser Header wird im SAPOS^®-Dienst deutschlandweit einheitlich verwendet und kann in der Regel von allen Auswerteprogrammen automatisch eingelesen werden. Wichtig zur korrekten Auswertung ist die richtige Zuordnung des GNSS-Antennentyps an die Referenzstations- und Roverbeobachtungen.