Erstellung eines modernen Koordinatentransformations- und Abbildungsmoduls

Abstract

Moderne geodätische Raumverfahren wie GNSS, VLBI, SLR oder DORIS erlauben die präzise Realisierung von 3D-Referenzsystemen. Diese Referenzsysteme bilden die Grundlage für die Positionsbestimmung und Navigation auf der Erde. Die Realisierung eines Systems durch Fixpunkte nennt man Referenzrahmen. Im Fall eines erdfesten Referenzrahmens verwendet man so genannte Fundamentalstationen, welche über eine oder mehrere Raumtechniken für die Bestimmung der Stationskoordinaten und Geschwindigkeiten verfügen. Allgemein hängt die Genauigkeit der Positionsbestimmung einerseits vom Messverfahren und andererseits von der Qualität des zugrundeliegenden Koordinatenrahmens ab.<br />Grundsätzlich unterscheidet man zwischen globalen, kontinentalen und regionalen terrestrischen Referenzsystemen. Wichtige globale Systeme sind das International Terrestrial Reference System (ITRS) sowie das Word Geodetic System 1984 (WGS84). Das WGS84 bildet das Referenzsystem des Satellitennavigationssystems GPS. Für den europäischen Kontinent wurde im Jahr 1989 das European Terrestrial Reference System (ETRS) definiert.<br />Als regionale Systeme bezeichnet man beispielsweise die Referenzsysteme einzelner Staaten. Österreich verwendet das Bezugssystem MGI, welches ursprünglich aus dem 19. Jahrhundert stammt, wobei die Realisierung heute durch modernste Messmethoden erfolgt.<br />Für viele wissenschaftliche und praktische Anwendungen in der Geodäsie stellt sich die Aufgabe, Punkte in unterschiedlichen Koordinatensystemen auszudrücken.<br />Dieser Wechsel zwischen den zuvor beschriebenen Referenzsystemen erfolgt mit Hilfe geeigneter Koordinatentransformationen. Das Ziel dieser Arbeit ist es nun, ein modernes Koordinatentransformations- und Abbildungsmodul zu erstellen. Konkret wird die Transformation zwischen globalen oder kontinentalen Referenzrahmen (zum Beispiel: ITRF_YY , ETRF_YY ) und einem regionalen geodätischen Datum (zum Beispiel: MGI) ermöglicht. Des Weiteren erlaubt die Software zwischen den Abbildungskoordinaten Gauß-Krüger, UTM und Lambert umzurechnen und berücksichtigt dabei implizit Datumsübergänge. Um dem Nutzer die Möglichkeit zu geben auch eigene Parameter einer räumlichen Ähnlichkeitstransformation zu bestimmen, erlaubt das Programm eine überbestimmte Ableitung von Transformationsparametern mittels Passpunkten. Außerdem wird mit Hilfe geeigneter Geoid-Undulationsmodelle die Interpolation orthometrischer Höhen realisiert.<br />

Modern geodetic measuring techniques like GNSS, VLBI, SLR or DORIS allow the accurate realization of 3D-reference systems. These reference systems are taken as a basis for locating objects and navigation on earth. The realisation of a reference system by means of object coordinates and corresponding coordinate rates is called reference frame. In the case of a terrestrial reference frame, fundamental stations which are equipped with various measuring techniques are used in order to determine the coordinates and velocities of the stations. Generally speaking, the accuracy of determining a location depends on the one hand on the measuring technique and on the other hand on the quality of the underlying reference frame. Basically we can distinguish between global, continental and regional terrestrial reference systems. Important global systems are the International Terrestrial Reference System (ITRS) as well as the World Geodetic System 1984 (WGS84). The WGS84 provides the reference system for the satellite navigation system GPS. For the European continent the European Terrestrial Reference System (ETRS) was defined in 1989.<br />Reference Systems of individual states are often referred to as regional systems. Austria has established the framework MGI, which dates back to the nineteenth century. Today this framework is realised by the most modern measuring techniques.<br />Many scientific and practical geodetic tasks require the representation of the same physical points in different coordinate systems. This transition between different previously described reference systems can be achieved by a transformation of coordinates. The goal of this work is to build a modern coordinate transformation and mapping module. In detail, this module allows to transform coordinates given in global or continental frames (for example: ITRF_YY , ETRF_YY ) into a regional geodetic datum (for example: MGI). Moreover the software allows the conversion among plane Gauß-Krüger, UTM, and Lambert coordinates by considering the transition of the datum implicitly. A further feature is the computation of parameters of a similarity transformation by means of control points. Additionally the interpolation of orthometric heights can be accomplished by using suitable geoid undulation models.