Armasuisse Bundesamt für Landestopografie swisstopo Grundlagen und Permanentnetze: Fokus auf AGNES...

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



GPSAGNES: Automatisches Netz Schweiz

GNSSG S



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



Vorarbeiten zur Umstellung

• Absolute Antennenkalibrierung mit Roboter der Firma Geo++

34 individuelle Antennen + IGS Werte ( )

Elev.-abhängige PhasenzentrumsvariationenGPS (individuell) + GLONASS (Gruppe)

[mm] keine

“Ausreisserantenne”



Absolute Antennenkalibration

Elev.-Azim.-abhängige Phasenzentrumsvariationen GPS (individuell) + GLONASS (Gruppe)



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



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



10 Doppelstation

ARDEBOURDAVOETHZFRICHOHTMARTSAANSTABZIMM

• Doppelstation als Kompromiss der Echzeitanwendungen swipos (höhere Verfügbarkeit) und der Bedürfnissen der Referenzrahmenkontrolle (“Stationsbewegungen”).



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



Geschwindigkeitsbestimmung AGNES

Relative Geschwindigkeits-”Constraints”: 0.001 mm/Jahr



ZIM2

• Ebenfalls wie ZIMM: IGS- und EUREF-Station• Tagesfiles, Stundenfiles und Sekunden-NTRIP

Datenlieferung

ZIMMZIM2



ZIM2: Beton-Fundament (8.9.07)



ZIM2: Betonfundament (fertig 13.9.07)



ZIM2: Mastaufbau (20.9.07)

•



ZIM2: Antenneninstallation (9.11.07)



AGNES: Stationssoftware GPSBase



ZIMM / ZIM2 ZeitserieZIMM ZIM2



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)



Beispiel Basislinienoptimierung

Maximum Observation

↓Maximum Observation /

Short Baselines /GNSS Baselines



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)



Referenzrahmenstabilität

Station Luzern (Antennenwechsel 11. Juli 2007 -> Sprung in Zeitserie)



Referenzrahmenstabilität:Koordinatendifferenzen zu den offiziellen Koordinaten

Doppelstationen sichern Konsistenz des nationalen Referenzrahmens und ermöglichen ein genaueres Monitoring der Langzeitserie (Tektonik)

-30

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-10

0

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AN

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RG

SC

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CX

ST

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NA

ZE

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Dif

fere

nc

e [

mm

]

NorthEastUp

• Neue Koordinaten für 20 ersetzte Stationen: Summe aus Antennenwechsel, Rundungsdifferenz und Stationsverschiebung



GPS / GNSS Post-Processing AuswertungenWiederholbarkeiten aus 315 1-Tagesauswertungen: Nord

0

1

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3

4

AN

DE

AR

D2

DA

V2

EP

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ZIM

2

RM

S [

mm

]

GPS onlyGPS+GLONASSGLONASS only



0

1

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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)



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



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



Validierungen Troposphäre (ZIM2)

Neu: Radiosonden-Daten als Vergleich in Europa über EUMETNET für Wissenschaft verfügbar (11 Kollokationsstationen für swipos Netz)



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



Kinematische Lösungen:Residuen von GPS vs. GNSS

Station San Bernardino, 7 Tage, 19‘000 Positionen

North

East

Mehrdeutigkeiten aus post-processing übernommen



Kinematische Lösungen:Einfluss von GNS auf die RMS Werte

0

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AN

DE

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2

[mm

]

GPS only

GNSS

Verbesserung von allen Koordinatenkomponenten aller Stationen mit zusätzlichen GLONASS-Beobachtungen



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



Netzzusammenführung swisstopo / SwissatStationsnetz



swipos Kundenwachstum

• Inklusive der 2007 übernommenen Swissat Kunden

swipos: Lizenzenwachstum

11 1830

97

166

287

388

0

50

100

150

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Jahr

An

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l Liz

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2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008



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



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



GNSS in Zukunft

11-Jahres-Zyklus

GLONASS in AGNES

Galileo operatione

ll

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