armasuisseBundesamt für Landestopografie swisstopo
Grundlagen und Permanentnetze:Fokus auf AGNES – GLONASS Erweiterung
kleine Retrospektive
E. Brockmann, D. Ineichen, S. Schaer
2 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
Inhalt
• AGNES-Umstellungen- Planung / Ablauf- Doppelstationen
Gründe Beispiel ZIM2
- BSW5.0 +
• Nutzen- Tages-Auswertungen- Kinemtische Auswertungen- Troposphäre- Positionierungsdienst
3 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
GPSAGNES: Automatisches Netz Schweiz
GNSSG S
4 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
Retrospective AGNES-II: Jahr 2006
• Feb. 06: Ankündigung Trimble, Leica: GNSS-Empfänger• 14.7.06: Testempfänger Trimble NetR5 +
Leica Rover GNSS Upgrade + 10 Tage GNSS-Kampagne in Zimmerwald + GNSS-Auswertetests EUREF
• GL-Antrag 22.8.06 akzeptiert• Ende 2006: Testphase abgeschlossen+ Kaufentscheid +
Beschaffung: Trimble GNSS als Ablösung
Motivation für schnelle Vorgehensweise: Erhöhte Verfügbarkeit für swipos- Positionierungsdienstund moderne Infrastruktur
5 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
Vorarbeiten zur Umstellung
• Absolute Antennenkalibrierung mit Roboter der Firma Geo++
34 individuelle Antennen + IGS Werte ( )
Elev.-abhängige PhasenzentrumsvariationenGPS (individuell) + GLONASS (Gruppe)
[mm] keine
“Ausreisserantenne”
6 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
Absolute Antennenkalibration
Elev.-Azim.-abhängige Phasenzentrumsvariationen GPS (individuell) + GLONASS (Gruppe)
7 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
GNSS-Auswertungen mit Bernese GPS Software bei swisstopo
network (#stations) Verfügbarkeit Kommentar
EUREF Teilnetz (40) 100 %täglich
Referenzrahmen Europa
AGNES + Teilnetz EUREF (90)100 %täglich Referenzrahmen Schweiz
AGNES + Teilnetz EUREF (80) 98 %stündlich Monitoring + Wettervorhersage
8 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
GLONASS-Auswertungen für EUREF
• swisstopo‘s offizieller Beitrag mit GLONASS (amb. float) seit GPS Woche 1400 (Nov. 2006)
• Orbit Information von CODE (kein kombiniertes Produkt vom IGS verfügbar)
WTZR
9 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
10 Doppelstation
ARDEBOURDAVOETHZFRICHOHTMARTSAANSTABZIMM
• Doppelstation als Kompromiss der Echzeitanwendungen swipos (höhere Verfügbarkeit) und der Bedürfnissen der Referenzrahmenkontrolle (“Stationsbewegungen”).
10 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0 5 10 15 20
time [years]
Fo
rma
l e
rro
r [m
m /
ye
ar]
no antenna change
antenna change + jump
antenna change + jump known with 4 mm rms
antenna change + jump known with 0.4 mm rms
antenna change + jump known with 0.04 mm rms
Geschwindigkeitsgenauigkeiten bei Antennenwechsel
GLONASSGALILEO
Neue Technologie alle 5-6 Jahre ?
?
3 Jahre kontinuierlich = 10 Jahre mit 2 Wechseln
3n
Annahme: - gleiche Geschwindigkeit vorher und nachher - “gute” Zeitserien
12 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
Geschwindigkeitsbestimmung AGNES
Relative Geschwindigkeits-”Constraints”: 0.001 mm/Jahr
13 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
ZIM2
• Ebenfalls wie ZIMM: IGS- und EUREF-Station• Tagesfiles, Stundenfiles und Sekunden-NTRIP
Datenlieferung
ZIMMZIM2
14 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
ZIM2: Beton-Fundament (8.9.07)
15 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
ZIM2: Betonfundament (fertig 13.9.07)
16 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
ZIM2: Mastaufbau (20.9.07)
•
17 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
ZIM2: Antenneninstallation (9.11.07)
18 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
AGNES: Stationssoftware GPSBase
19 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
ZIMM / ZIM2 ZeitserieZIMM ZIM2
20 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
Aktivitäten AGNES-II 2007
• 14. Juni (PAYE) – 2. Juli (GENE): 20 Stationen umgestellt• 7. Aug.: Aktivierung GNSS für swipos Positionierungsdienst • Nov. 06 –Okt. 07: GNSS-Auswertungen Rechenzentrum
- Bernese 5.0 - > Bernese 5.0 +
“Bugs” (SNGDIF, CODSPP, MAUPRP, GPSEST) Improvements (Extraktionsprogramme) Basislinienoptimierungen
- Sept.: Mehrdeutigkeitslösung AGNES/EUREF- Okt.: Mehrdeutigkeitslösung Stundenauswertungen
• Aug. – heute: Bau von Doppelstationen (1 fehlt noch)• 18. Dez.: neue AGNES-Koordinaten und Informationen auf
neuem Webportal swisstopo (CMS)
21 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
Beispiel Basislinienoptimierung
Maximum Observation
↓Maximum Observation /
Short Baselines /GNSS Baselines
22 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
Auswertungen GNSS
• GNSS Mehrdeutigkeitslösung (keine Mehrdeutigkeiten GPS-GLO) seit Sept./Okt. 2007:- QIF < 2000 km: 60 – 90 % (nur gleiche Frequenzen)- L5/L3 < 200 km: 90 – 100%- L1/L2 < 20 km: 95 – 100%
• Kombination GPS und GLONASS: a) GPS-only + GLONASS-only + NEQ stacking oder b) direkt in einem Guss ausgewertet
• „Schweizerische“ Auswertungen: Weiterführung der Lösungen, die auf reltiven Antennenmodellen basieren (solange kein Reprocessing und solange die LV95-Koordinaten auf rel. Koordinaten beruhen)
23 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
Referenzrahmenstabilität
Station Luzern (Antennenwechsel 11. Juli 2007 -> Sprung in Zeitserie)
24 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
Referenzrahmenstabilität:Koordinatendifferenzen zu den offiziellen Koordinaten
Doppelstationen sichern Konsistenz des nationalen Referenzrahmens und ermöglichen ein genaueres Monitoring der Langzeitserie (Tektonik)
-30
-20
-10
0
10
20
30
AN
DE
EP
FL
FA
LE
FH
BB
GE
NE
HA
BG
HU
TT
KR
EU
LO
MO
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NB
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RG
SC
HA
ST
CX
ST
GA
UZ
NA
ZE
RM
Dif
fere
nc
e [
mm
]
NorthEastUp
• Neue Koordinaten für 20 ersetzte Stationen: Summe aus Antennenwechsel, Rundungsdifferenz und Stationsverschiebung
25 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
GPS / GNSS Post-Processing AuswertungenWiederholbarkeiten aus 315 1-Tagesauswertungen: Nord
0
1
2
3
4
AN
DE
AR
D2
DA
V2
EP
FL
ET
H2
FA
LE
FH
BB
GE
NE
HO
H2
HU
TT
KA
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KR
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SA
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SA
NB
SA
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SC
HA
ST
A2
ST
CX
ST
GA
ZE
RM
ZIM
2
RM
S [
mm
]
GPS onlyGPS+GLONASSGLONASS only
26 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
0
1
2
3
4
5
6
North East Up
RM
S [
mm
]
GPS only
GPS + GLONASS
GLONASS only
Mean RMS of 23 stations, 315 days
Wiederholbarkeiten aus 315 1-Tagesauswertungen: Summary
GPS / GNSS Post-Processing Auswertungen (2)
27 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
GPS / GNSS Post-Processing Auswertungen (3)Konsistenz zwischen den Lösungen
Mittel von zwei 315-Tageskombinationen
3-P Helmert von 23 Stationen
North [mm] East [mm] Up [mm]
GPS vs. GNSS 0.3 0.2 0.8
GLONASS vs. GNSS 0.7 1.0 2.7
GPS vs. GLONASS 1.0 1.2 3.4
28 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
Einfluss GLONASS auf Troposphären-Parameter• GPS+GLONASS gegenüber GPS-only: nur minimaler Einfluss
• Ähnliches gilt auch für die Near-realtime Lösungen (8 Stunden Intervalle jede Stunde)
bias: 0.06 mm
std: 0.9 mm
# comp: ~11’000 h
29 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
Validierungen Troposphäre (ZIM2)
Neu: Radiosonden-Daten als Vergleich in Europa über EUMETNET für Wissenschaft verfügbar (11 Kollokationsstationen für swipos Netz)
30 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
Kinematische Lösungen: Vorgehen
• 7 Tage: Stundenlösungen• Mehrdeutigkeiten und Troposphäre aus NRT-8-
Stundenlösungen• Epochenweise Koordinatenbestimmung (Simulation des
maximalen Genauigkeitsgewinns bei der Positionierung) • Vergleich GPS mit GPS+GLONASS
31 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
Kinematische Lösungen:Residuen von GPS vs. GNSS
Station San Bernardino, 7 Tage, 19‘000 Positionen
North
East
Mehrdeutigkeiten aus post-processing übernommen
32 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
Kinematische Lösungen:Einfluss von GNS auf die RMS Werte
0
2
4
6
8
10
12
14
AN
DE
AR
D2
DA
V2
EP
FL
ET
H2
FA
LE
FH
BB
GE
NE
HO
H2
HU
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R2
NE
UC
PA
YE
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ME
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SA
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SC
HA
ST
CX
ST
GA
ZE
RM
ZIM
2
[mm
]
GPS only
GNSS
Verbesserung von allen Koordinatenkomponenten aller Stationen mit zusätzlichen GLONASS-Beobachtungen
33 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
Kinematische Lösungen:Verbesserung durch GLONASS Daten
Nord Ost Höhe
RMS GPS 7.3 mm 5.4 mm 12.4 mm
RMS GNSS 6.0 mm 4.8 mm 10.8 mm
Verbesserung 17 % 11 % 13 %
Mittelwerte aus 7 Tagen, 24 Stationen:
• Gewinn ca. „Wurzel n“• Gewinn bis zu 30% für Nord, 13% für Ost, und 16% für Höhe vor
allem bei Gebirgsstationen mit eingeschränktem Horizont• Gewinn durch vereinfachte Mehrdeutigkeitslösung noch nicht
realisiert
34 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
Netzzusammenführung swisstopo / SwissatStationsnetz
35 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
swipos Kundenwachstum
• Inklusive der 2007 übernommenen Swissat Kunden
swipos: Lizenzenwachstum
11 1830
97
166
287
388
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
Jahr
An
zah
l Liz
en
zen
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
36 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
Status AGNES-Umstellung GLONASS
„Doppelstation“: Neuer Standort für GNSS AntenneGNSS und GPS werden parallel betrieben
„Normale Station“:GNSS Empfänger und Antenne neu installiert
„Doppelstation“: GNSS noch nicht instaliert
Neue GNSS-Hardware:
Trimble NetR5 Empfänger und Zephyr GNSS Antennen
37 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
Zusammenfassung
• 28 GNSS-AGNES Stationen sind operationell und Daten sind integriert in Auswertezentrum (BSW 5.0+) und swipos - Positionierungsdienst
• Schnelles Vorgehen (Vergleich zu EU)• Resultate sind vergleichbar; Gewinn durch GLONASS ist
noch recht bescheiden; Potenzial im Real-time vorhanden vor allem bei schwierigen Messbedingungen
• Antennenwechsel und die Sprünge in Zeitserien muss man in Kauf nehmen - Milderung durch Doppelstationen
38 Bundesamt für Landestopografie swisstopo
AGNES Erweiterung mit GLONASS
GNSS in Zukunft
11-Jahres-Zyklus
GLONASS in AGNES
Galileo operatione
ll