Kurzzeitstatische GNSS-Positionierung mit sub-cm-Genauigkeit

Abstract

In vielen Anwendungsgebieten ist in Nahe-Echtzeit eine GNSS-Positionierung mit subcm-Genauigkeit erforderlich. Mit dem RTK-Verfahren kann heutzutage jedoch nur eine Lagegenauigkeit von 2 cm und eine Höhengenauigkeit von 3 bis 4 cm erreicht werden. Ziel dieser Arbeit ist die Bestimmung des Genauigkeitspotenzials kurzzeitstatischer GNSS-Beobachtungen mit Hilfe virtueller Referenzstationen. Dabei werden Beobachtungszeitspannen von wenigen Minuten untersucht.<br />Ein mögliches Anwendungsgebiet ist die Bestimmung der Gleislage bei der ÖBB, welche für nachfolgende Gleisreparaturvorgänge wichtig ist. Die absolute Position in Bezug zu einem globalen (zum Beispiel ITRF) oder nationalen (zum Beispiel MGI) Koordinatenrahmen muss dabei auf besser als 1 cm genau eingemessen werden. Um diese Genauigkeit erreichen zu können, stehen während dem Gleismessvorgang für die statische GNSS-Positionierung jedoch nur Beobachtungszeitspannen von 3 bis maximal 5 Minuten zur Verfügung.<br />Die vorliegende Arbeit wurde von der ÖBB-Infrastruktur AG (Stab Forschung & Entwicklung) angeregt und in Zusammenarbeit mit dieser durchgeführt. Die Untersuchungen basieren auf der Analyse von am Messdach der TU-Wien und auf einem Gleismesswagen der ÖBB aufgenommenen GNSS-Beobachtungen. Über virtuelle Referenzstationen konnten Basislinien mit einer maximalen Länge von 2 km berechnet und daraus die Rover-Position in Beobachtungszeitspannen von 30 Sekunden bis 15 Minuten bestimmt werden. Bei den durchgeführten Messungen konnte ab Beobachtungszeitspannen von 3 bis 5 Minuten unter optimalen Bedingungen eine Lagegenauigkeit von 3 bis 5 mm und eine Höhengenauigkeit von 6 bis 8 mm erreicht werden. Bei stärkerer Abschattung und Multipath-Einflüssen ist eine Genauigkeit in der Lage von knapp besser als 1 cm und in der Höhe von ca. 1,5 cm erzielbar.<br />

A number of GNSS positioning applications require an accuracy below than 1 cm within a few minutes. Today RTK offers a position accuracy of 2 cm and a height accuracy of 3 to 4 cm. The intention of this thesis is to determine the achievable accuracy of short time static GNSS measurements with respect to virtual reference stations. Therefore an observation time period of a few minutes will be analysed. A possible field of application concerns the precise location of the railway tracks both in plane and height coordinates. This is important for the process of a subsequent track maintenance process. The absolute position with respect to a global (e.g. ITRF) or national (e.g. MGI) reference frame has to be determined with an accuracy of less than 1 cm.<br />Due to the regular applied measurement process the available time span for reaching this level of accuracy with static GNSS positioning amounts to solely 3 to 5 minutes.<br />This present thesis was initiated by ÖBB-Infrastruktur AG (research and development) and was realised in cooperation with this company. GNSS measurements were carried out at the roof of Vienna University of Technology (TU-Wien) and at a track survey car of ÖBB. Baselines with a maximum length of 2 km and subsequently the rover positions were calculated via virtual reference stations during observation time periods of 30 seconds to 15 minutes. This measurements reached an accuracy of 3 to 5 mm in the plain coordinates and a height accuracy of 6 to 8 mm within observation time periods of at least 3 to 5 minutes during optimal conditions. In case of signal masking effects and multipath a position accuracy of just less than 1 cm and height accuracy of about 1.5 cm is achievable.