Ingenieur-
vermessung

GPS Satellitenvermessung

Allgemeines:

GPS Vermessung

Der eigentlich Name des Systems ist NAVSTAR (Navigation System for Timing and Ranging), bekannt ist es aber nur als GPS (Global Positioning System). Das GPS wird von den USA betrieben und wurde zunächst für militärische Zwecke entwickelt und verwendet. Nach dem Abschuss des zivilen Flugzeugs Korean Airline 007 über sowjetischem Territorium, welches dort irrtümlich unterwegs war, wurde 1983 beschlossen, das GPS-System auch für die zivile Nutzung zur Verfügung zu stellen. Seit 1993 steht auch das Russische System GLONAS zur Verfügung. Es ist im Aufbau und der Funktionsweise dem amerikanischen System sehr ähnlich. Moderne Empfänger können beide Systeme gleichzeitig empfangen und verarbeiten, was zu einer besseren Verfügbarkeit führt. Auch Europa (Galileo) und China (Beidu) arbeiten an eigenen Lösungen, um unabhängig von Amerikanern und Russen zu sein.

Technik:

Das Navstar-GPS besteht aus einem Kontrollsegment (den Kontrollstationen), einem Weltraum-Segment (den Satelliten) und einem Benutzersegment (GPS-Empfänger). Das Weltraumsegment besteht aus 25 GPS-Satelliten auf 6 Umlaufbahnen. Die Satelliten umkreisen die Erde in einer Höhe von 20.200 km mit einer Geschwindigkeit von 3,9 km pro Sekunde. Sie haben eine Umlaufzeit von 11 Stunden und 58 Minuten. Der Aufbau der anderen Systeme ist ähnlich.

Positionsbestimmung:

Die Satelliten senden Ihre Position und die Uhrzeit unablässig an die Erde. Empfängt man nun diese Signale und ermittelt die Uhrzeit bei Empfang des Signals, kann man aus der Zeitdifferenz die Laufzeit des Signals ermitteln und mit Kenntnis der Lichtgeschwindigkeit die Entfernung zum Satelliten bestimmen. Empfängt man die Signale von mindestens vier Satelliten, kann man durch einen dreidimensionalen Bogenschlag unter Berücksichtigung des Uhrenfehlers seine Position im Weltkoordinatensystem mit einer Genauigkeit von 5m bestimmen. Mit den meisten GPS-Empfängern lassen sich diese dreidimensionalen, geozentrischen Koordinaten durch Transformation in eine Vielzahl anderer Koordinatensysteme transformieren (z.B. Geographische Länge und Breite, Gauss-Krüger-Koordinaten usw.). Da in der Vermessung eine Genauigkeit von 5m nicht brauchbar ist, verwendet man zwei Empfänger gleichzeitig. Man geht hierbei davon aus, das die Fehler an beiden Stationen zur gleichen Zeit gleich groß sind. Subtrahiert man nun die beiden Messungen voneinander, erhält man die Differenz zwischen beiden Stationen (den Raumvektor) mit einer Genauigkeit von 1-3cm (Bei einem Stationsabstand von weniger als 30km). Man spricht dann von differentiellem GPS (DGPS). Diese Technik eignet sich besonders zur Vermessung von Leitungstrassen (Gas, Wasser, Strom usw.) wird aber auch in der Katastervermessung zur Erneuerung und Verbesserung der Koordinaten eingesetzt.

Als zweite Station können heute die Referenzstationen von verschiedenen Anbietern genutzt werden, die in ganz Hessen (und Deutschland) in ausreichender Dichte vorhanden sind. Die Korrekturdaten werden mittels Mobilfunknetz an den Empfänger übertragen und sofort berücksichtigt.

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