Methodische und numerische Untersuchungen zur Festlegung eines einheitlichen globalen vertikalen Datums

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernhard Heck
• Fachliche Zuordnung: Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 215700763

Im Gegensatz zur globalen Definition geometrischer Höhensysteme liegt den meisten nationalen, physikalisch definierten Höhensystemen ein individuelles vertikales Datum zu Grunde, welches durch den lokalen mittleren Meeresspiegel an einem Pegelbezugspunkt realisiert wird. Bedingt durch die Meeresflächentopographie unterscheiden sich daher die Bezugsflächen nationaler Höhensysteme global gesehen um 1-2 m. Bei vielen globalen geodätischen Aufgabenstellungen sowie der Bewertung globaler geodynamischer und klimatologischer Prozesse ist es allerdings erforderlich, sich auf ein weltweit einheitliches physikalisches Höhenniveau zu beziehen. Primäres Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die Entwicklung praktikabler Verfahren zur Ableitung von Datumsparametern, mit denen eine globale Verknüpfung nationaler Höhensysteme ermöglicht wird. In der ersten Phase dieses Projektes wurden hierzu zwei Verfahren unterschiedlicher Genauigkeit entwickelt und ihre Leistungsfähigkeit anhand methodischer und numerischer Untersuchungen in den Testgebieten Deutschland, Brasilien und Australien analysiert. Für das auf Satellitenmessungen beruhende erste Verfahren, das sich vor allem für den Einsatz in Ländern mit geringer geodätischer Infrastruktur eignet, konnte eine cm-dm-Genauigkeit bei der Bestimmung von Höhenoffsets verifiziert werden. Um die Genauigkeit in den sub-cm-Bereich zu steigern, wurde zudem ein zweites Verfahren basierend auf der Lösung eines erweiterten fixen geodätischen Randwertproblems (GRWP) vorgeschlagen und durch eine Closed-Loop-Simulation validiert. Hierzu sind zusätzlich terrestrische Schweremessungen als Datengrundlage erforderlich. Ausgehend von den bisherigen Untersuchungen und Ergebnissen soll in der zweiten Phase dieses Projektes die Methodik des erweiterten fixen GRWP weiterentwickelt werden. Ziel ist es das Verfahren zur Praxisreife zu führen und es schließlich auf Realdaten anzuwenden. Hierzu ist die Methode insbesondere hinsichtlich der global eingeschränkten Verfügbarkeit von terrestrischen Schweremessungen anzupassen. Der globale Integrationsbereich ist daher durch eine geeignete Modifikation auf einen Nahbereich mit regional hochauflösenden Schweredaten zu beschränken. Um systematische Fehler zu reduzieren, ist zudem eine Kombination mit satellitengestützten Messungen und Topographie-Informationen in einem Remove-Compute-Restore-Ansatz zu realisieren. Beide Maßnahmen werden bisher vor allem in der regionalen (Quasi-)Geoidbestimmung im skalar-freien GRWP eingesetzt und müssen auf die vorliegende Problemstellung zunächst angepasst werden. In einem weiteren Schritt sollen alle auf die sphärische Lösung des fixen GRWP einwirkenden Approximationsfehler, die Auswirkungen von mehr als 1 mm haben, analysiert werden. Dies soll schließlich zu einer geschlossenen Theorie des nicht-linearen fixen GRWP führen, wobei geeignete Korrekturterme für die lineare Lösung in sphärischer und konstanter Radiusapproximation zu entwickeln und anzubringen sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen