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Labor für Physikalische Messtechnik

GPS-Anwendungen
Bevertalsperre
Edertalsperre

Das Global Positioning System (GPS) bestimmt zunehmend das Vermessungswesen. Genauigkeiten von wenigen mm in Echtzeit werden mittlerweile erreicht.

Ein System, das auf der Basis kostengünstiger Einfrequenzempfänger speziell zur Überwachung von langsamen Bewegungen (z.B. Staumauern, Brücken) an der Hochschule Bochum konzipiert und entwickelt wurde, wird bereits seit vielen Jahren standardmäßig zur Überwachung von Staumauern in Echtzeit eingesetzt, z.B. an der Bevertalsperre (1 Meßpunkt) und  an der Edertalsperre (5 Meßpunkte).

Die Ergebnisse, über die in verschiedenen Veröffentlichungen berichtet wurde, belegen, daß die Bewegungen besser als ± 1 mm in der Lage bestimmt werden.

Das Echtzeitprogramm zur statischen, kinematischen und semi-kinematischen GPS-, DGPS- und PDGPS-Berechnung SKI_RT ermöglicht die simultane Berechnung mehrerer Basislinien auf einem PC mit einer Referenzstation. Z. B. werden an der Edertalsperre 5 Basislinien gleichzeitig in Echtzeit berechnet.


GPS-Referenzstation
GPS-Antenne LEICA AT303 sowie Funkantenne auf dem Dach der FH Bochum
GPS-Antenne AT303 mit Chokering auf dem Dach der FH Bochum
GPS-Empfänger LEICA SR9500 auf dem Dach der HS Bochum
Monitor der GPS-Referenzstation
Screenshot der Clientsoftware zum Empfang der RTCM-Daten aus dem Internet und Weiterleitung an einen GPS-Emfänger
EUREF-Referenzstationen

Das Global Positioning System (GPS) hat sich in den letzten Jahren als das universelle Hilfsmittel für zahlreiche Aufgaben auf dem Gebiet der Navigation und der Positionsbestimmung etabliert. Seit dem Abschalten der künstlichen Verschlechterung (SA) am 1. Mai 2001 sind sogar bereits mit einfachen Empfängern Positionsgenauigkeiten von ca. 10 m - 20 m erreichbar.

Für spezielle Vermessungs- und Navigationsaufgaben mit deutlich höheren Genauigkeitsanforderungen werden spezielle GPS-Referenzstationen betrieben, die Korrekturen für die dominierenden Fehler des GPS berechnen und diese Daten in einem normierten Format (RTCM bzw. RINEX) über Funk, Telefon und Mailboxen dem Nutzer zur Verfügung stellen.

Seit 1998 betreibt auch der Fachbereich Geodäsie der Hochschule Bochum eine permanente Referenzstation, auf der ein LEICA SR9500 Zweifrequenzempfänger mit einer AT303-Chokering-Antenne eingesetzt wird. Die GPS-Daten dieser Station werden nicht nur kontinuierlich gespeichert sondern auch in Echtzeit über ein Funkmodem (433 MHz) ausgesendet.

Im Rahmen mehrerer Diplomarbeiten wurde die Referenzstation der HS Bochum in dem neuen für GPS-Messungen festgelegten einheitlichen European Terrestrial Reference System 1989 (ETRS89) koordiniert, so daß deren Daten nicht nur in den Vermessungsübungen sondern auch für sämtliche Aufgaben des öffentlichen Vermessungswesen genutzt werden können.

ETRS89-Koordinaten der Referenzstation der HS Bochum

X: 3951298.77 m
Y: 504126.86 m
Z: 4964900.30 m

geogr. Breite: 51°26'51.7565" N
geogr. Länge: 7°16'14.9030" E
ell. Höhe (Antenne): 206.484 m

Seit 1995 beschäftigt sich die IAG subcommission EUREF, die für auch das European Reference System (ETRS89) verantwortlich ist, mit der europaweiten Koordinierung der in über 30 Ländern permanent betriebenen GPS/GLONASS-Referenzstationen in Europa. Ein Teil dieser Referenzstationen bildet auch die Basis für das EUREF Permanent Network (EPN), dessen Daten u.a. für den Erdrotationsdienst und für die Realiserung des übergeordneten International Terrestrial Reference System genutzt werden.

Die kontinuierliche Steigerung der Leistungsfähigkeit und der Datentransferraten des Internets hat 1999 bei der IAG Sub-commission for Europe EUREF erstmalig Überlegungen hervorgerufen, die RTCM-Korrekturdaten für genaue GPS-Anwendungen quasi in Echtzeit auch über das Internet zu verbreiten. Eine entsprechende Resolution hierzu wurde im Juni auf dem EUREF-Symposium (5.-9. Juni 2002, Ponta Elgada, Azoren) verabschiedet. Als Akronym für diese Aktivitäten hat sich der Begriff EUREF-IP (IP für Internet Protokoll) etabliert.

Der Fachbereich Vermessung und Geoinformatik war an dieser Entwicklung nicht ganz unbeteiligt. So wurde zusammen mit dem Bundesamt für Geodäsie und Kartographie (BKG) in Frankfurt eine spezielle Methode und eine darauf abgestimmte CLIENT-Software euref-ip-rtcm entwickelt, die allen Internet Anwendern kostenfrei ermöglicht, die Daten von den an diesem Projekt beteiligten europäischen Referenzstationen quasi in Echtzeit aus dem Internet zu holen und über eine serielle Schnittstelle direkt in den eigenen GPS-Empfänger einzuspeisen. Die ersten Tests mit dieser Software haben alle Erwartungen übertroffen: Selbst die RTCM-Daten, die für Genauigkeiten im cm-Bereich benötigt werden, lassen sich im Sekundentakt problemlos mit einem Datenalter von nur 1 s bis 2 s übertragen.

Seit September 2002 können nun auch die Daten der Referenzstation des Fachbereichs Vermessung und Geoinformatik weltweit über das Internet empfangen werden. Damit dieses überhaupt möglich wurde, mussten von der Datenverarbeitungszentrale (DVZ, Herren G. Schulz und H. Röhrig) besondere Voraussetzungen und Eingriffe in das Netz der FH Bochum hinsichtlich der Überwindung der Firewall und des direkten Zugriffs auf den Server-PC, der die RTCM-Korrekturdaten über das Internet zur Verfügung stellt, geschaffen werden.

Die nachfolgende Tabelle zeigt die zurzeit verfügbaren Referenzstationen, von denen über das Internet in Echtzeit RTCM-Daten abgerufen werden können.


Referenzstationen, die über das Internet RTCM-Daten aussenden
Station RTCM-Version and RTCM-Messages Coordinates: Lat, Lon (degree) Comment (Update from 10.10.2002)
Barcelona (E) RTCM 2.0 - 1,3,16 41.22, 2.16 ICC
Bochum (D) RTCM 2.1 - 1,3,14,16,18,19,22 50.45, 7.27 HS Bochum
Cagliari (I) RTCM 2.0 - 1,3,16,18,19,31 39.14, 8.97 DIST
Dresden (D) RTCM 2.0 - 1,3,16 51.05, 13.73 GPSNet
Erlangen (D) RTCM 2.0 - 1,3,16 49.58, 11.00 GPSNet
Flensburg(D) RTCM 2.0 - 1,3,16 54.77, 9.43 GPSNet
Ferrara (I) RTCM 2.0 - 1,3,18,19,22 44.85, 11.71 Netison
Ferrara (I) RTCM 2.1 - 1,3,20,21 44.85, 11.71 Netison
Frankfurt Main (D) RTCM 2.1 - 3,16,18,19,59 50.12, 8.68 Trimble 4000 SSI
Frankfurt Main (D) RTCM 2.1 - 3,16,18,19 50.12, 8.68 GPSNet
Frankfurt (D) RTCM 2.0 - 1,3,16 50.12, 8.68 GPSNet
Freiburg (D) RTCM 2.0 - 1,3,16 47.98, 7.85 GPSNet
Hamburg (D) RTCM 2.0 - 1,3,16 53.57, 10.03 GPSNet
Hannover (D) RTCM 2.0 - 1,3,16 52.37 9.73 GPSNet
Huegelheim (D) RTCM 2.0 - 1,3,16 47.82, 7.62 GPSNet
Koeln (D) RTCM 2.0, 1,3,16 50.93, 6.95 GPSNet
Leipzig (D) RTCM 2.0 - 1,3,16 51.33, 12.37 GPSNet
Magdeburg (D) RTCM 2.0 - 1,3,16 52.12, 12.37 GPSNet
Mainflingen (D) RTCM 2.0 - 1,2,3,16 50.02, 9.02 ALF
Montabaur (D) RTCM 2.0 - 1,3,16 50.97, 10.32 GPSNet
Muenchen (D) RTCM 2.0 - 1,3,16 48.13, 11.57 GPSNet
Muenster-Westfalen (D) RTCM 2.0 - 1,3,16 51.762, 7.62 GPSNet
Padova (I) RTCM 2.1 - 3,16,18,19 45.41, 11.90 Trimble 4000 SSI
Passau (D) RTCM 2.0 - 1,3,16 48.57, 13.45 GPSNet
Rostock (D) RTCM 2.0 - 1,3,16 54.08, 12.12 GPSNet
Saarbruecken (D) RTCM 2.0 - 1,3,16 49.23, 6.98 GPSNet
Torino (I) RTCM 2.0 - 1,2,3 45.06, 7.66  
Ulm (D) RTCM 2.0 - 1,3,16 48.38, 9.98 GPSNet
Wilhelmshaven (D) RTCM 2.0 - 1,3,16 53.52, 8.10 GPSNet
Zimmerwald (CH) RTCM 2.0 - 1,2 46.88, 7.47 GPSNet
Da mit dem jetzigen Systemkonzept der Zugriff auf die Daten via Internet bei Netzwerken, die durch eine Firewall geschützt sind, nur eingeschränkt bzw. überhaupt nicht möglich ist, wird bereits an einem neuen, verbesserten Konzept gearbeitet.      

Stadion-Überwachung
Das Anklicken des Bildes führt zum ausführlichen Bericht der Überwachungsmessung (PDF-Datei).

Im Rahmen der 2006 begonnenen und Ende 2008 abgeschlossenen Sanierung der 38 Spannbetonbinder des ca. 30 Jahre alten rewirpowerSTADIONs des VFL Bochum (ehemals Ruhrstadion Bochum) hat sich die Stadt Bochum als Eigentümer des Stadions entschlossen ein Messsystem zur permanenten Höhenüberwachung aller 38 Binder, die die gesamte Traglast der Dachkonstruktion aufnehmen müssen,
zu installieren.

Die Hauptanforderungen an das Messsystem waren neben den Genauigkeitsanforderungen (Alarmierungsgrenzwert für die Höhenkomponente: 15 mm) ein permanenter Messbetrieb während der mehrjährigen Sanierungsarbeiten an den Bindern und eine automatische Alarmierung per SMS bei Überschreitung der Grenzwerte. Die Überwachungsphase dauert bis heute (Sep. 2018) an.


Zeitreihenanalyse der Daten der GNSS-Referenzstation der Hochschule Bochum
Das Anklicken des Bildes führt zum ausführlichen Bericht über die Zeitreihenanalyse der Daten der GNSS-Referenzstation der Hochschule Bochum (PDF-Datei).

Die Hochschule Bochum betreibt seit November 2007 eine GNSS-Referenzstation vom Typ Trimble NetR5, die auch im Rahmen des Trimble VRS Now-Positionierungsdienstes genutzt wird. Die Rohdaten des GNSS-Empfängers werden intern im Empfänger im 15s-Takt gespeichert und via Internet an den Positionierungsdienst Trimble VRS Now übertragen.


Vermessung aus der Luft mit Unmanned Arial Vehicles (UAV‘s)
Das Anklicken des Bildes führt zum entsprechenden Poster (PDF-Datei).
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Mögliche Beispiele für die Anwendung von UAVs:

  • Bestimmung von Volumenänderungen
  • Bildflugplanung
  • 3D-Modell mit Paß- und Kontrollpunkten
  • 3D-Modell des Bürogebäudes
  • Orthofoto

SMMS - Slow Motion Measurement System
Das Anklicken des Bildes führt zum ausführlichen, englischsprachigen Bericht (PDF-Datei).

Es wird über die Erfahrung und erzielte Genauigkeit eines PDGPS (Precise Differential Global Positioning System) am Beispiel einer Talsperrenmauer-Überwachung berichtet.


Bauwerksüberwachung am Beispiel eines Stadiondaches