Rummel Anteil EPB

Handbuch der Geodäsie, herausgegeben von Willi Freeden und Reiner Rummel
1. Auflage 2017
ISBN: 978-3-662-47100-5
Verlag: Springer
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 507 Seiten

Reihe: Springer Reference Naturwissenschaften

Das Handbuch der Geodäsie ist ein hochwertiges, wissenschaftlich fundiertes Werk über die Geodäsie unserer Zeit und bietet anhand von in sechs Bänden zusammengestellten Einzelthemen ein repräsentatives Gesamtbild des Fachgebiets.
Satelliten führten zu einer Revolution in der Geodäsie. Erst mit Hilfe von Satelliten wurde die Erdmessung tatsächlich global und dreidimensional. Ozeane und Eisschilde stellen keine Hindernisse mehr dar, sie lassen sich heute mit gleicher Präzision vermessen wie die Kontinente. Verfeinerungen resultieren aus der Kombination von Raumverfahren mit terrestrischen Messmethoden. Damit gelingt es der Erdmessung, fundamentale Beiträge zum Verständnis des Erdsystems und des Klimawandels zu liefern. Voraussetzung für diese Entwicklung sind sehr moderne Messverfahren und Auswertemethoden und deren extrem genaue Verknüpfung in einem globalen erd- und raumfesten Referenzsystem. Im Band Erdmessung und Satellitengeodäsie werden exemplarisch die historischen Wurzeln, methodischen Grundlagen, verwendeten Messverfahren sowie die Forschungstrends vorgestellt.


Professor Dr. Reiner Rummel studierte Vermessungswesen an der Technischen Hochschule München. Er wurde 1980 auf eine Professur für Physikalische Geodäsie an die Technische Universität Delft berufen. Von 1993 bis 2009 war er Inhaber des Lehrstuhls für Astronomische und Physikalische Geodäsie der Technischen Universität München.Professor Dr. Willi Freeden studierte Mathematik und Geographie an der RWTH Aachen. Dort habilitierte er sich 1980 mit einer Arbeit aus der Mathematischen Geodäsie. Er war Gastprofessor am Geodetic Department der Ohio State University, Columbus, Ohio. Seit 1994 leitet er in Kaiserslautern die Arbeitsgruppe Geomathematik.

Autoren/Hrsg.

Rummel, Reiner

Inhaltsverzeichnis

1;Vorwort der Gesamtherausgeber;6
2;Vorwort zum Band Erdmessung und Satellitengeodäsie;8
3;Inhaltsverzeichnis;10
4;Autorenverzeichnis;12
5;1 Geschichte der Erdmessung;15
5.1;1 Einleitung;16
5.2;2 Das Weltbild der Antike – der Beginn der Erdmessung;17
5.3;3 Vom Mittelalter zur frühen Neuzeit – die Erdkugel wird wieder entdeckt;24
5.4;4 Gravitationsgesetz und Gradmessungen – das Rotationsellipsoid als Erdmodell;31
5.5;5 Landesvermessung und Erdmessung – das Geoid als ,,mathematische Erdfigur``;41
5.6;6 Internationale Zusammenarbeit – die ,,International Association of Geodesy``;51
5.7;7 Elektronik und künstliche Erdsatelliten – das geodätische Weltsystem entsteht;64
5.8;Literatur;79
6;2 Signalverarbeitung in der Physikalischen Geodasie;86
6.1;1 Einleitung;87
6.2;2 Stochastische Prozesse;89
6.2.1;2.1 Regelmäßig abgetasteter kovarianzstationärer Prozess;92
6.3;3 Kollokation;93
6.3.1;3.1 Parameterschätzung im Kollokationsmodell;97
6.3.2;3.2 Signalschätzung im Kollokationsmodell;106
6.3.3;3.3 Schätzung für das Gesamtmodell: Trend und Signal;113
6.4;4 Modellierung von Kovarianzen;114
6.4.1;4.1 Kovarianzfunktion;115
6.4.2;4.2 Finite Kovarianzfunktionen;119
6.4.3;4.3 Diskreter kovarianzstationärer Prozess;124
6.4.4;4.4 Dekorrelationsfilter;130
6.5;5 Fazit und Ausblick;132
6.6;Literatur;132
7;3 Molodenski quo vadis?;135
7.1;1 Einleitung: Historischer Abriss;136
7.2;2 Das klassische Geodätische Randwertproblem nach Molodenski;140
7.2.1;2.1 Grundlegende Voraussetzungen und Annahmen;141
7.2.1.1;2.1.1 Schwerefeld;141
7.2.1.2;2.1.2 Koordinatensysteme;142
7.2.1.3;2.1.3 Randwerte;144
7.2.1.4;2.1.4 Unbekannte;145
7.2.2;2.2 Approximative analytische Lösung des GRWP nach Molodenski;146
7.3;3 Implementierung der Lösung des Molodenski-Problems im Hinblick auf praktische Anwendungen;152
7.4;4 Das fixe Geodätische Randwertproblem;156
7.4.1;4.1 Formulierung und analytische Lösung des fixen GRWP;157
7.4.2;4.2 Anwendung des fixen GRWP auf die Höhenbestimmung;159
7.5;5 Ausblick;160
7.6;Literatur;162
8;4 Bahn- und Gravitationsfeldbestimmung aus den Positionen tief fliegender Satelliten;167
8.1;1 Einleitung und Übersicht;169
8.1.1;1.1 Darstellung des Gravitationsfeldes der Erde;169
8.1.2;1.2 Die ersten drei Gravitationsfeldmissionen in der GNSS-Ära;171
8.1.3;1.3 Bestimmung des Gravitationsfeldes der Erde;174
8.2;2 Parameterbestimmungsaufgaben in der Satellitengeodäsie;178
8.3;3 Mathematische Prinzipien der Gravitationsfeldbestimmung;180
8.3.1;3.1 Linearisierung der Aufgabe;181
8.3.2;3.2 Die Bewegungsgleichungen;182
8.3.3;3.3 Kurze Bögen und empirische Parameter;184
8.3.4;3.4 Variationsgleichungen;185
8.4;4 Beobachtungsgleichungen;187
8.5;5 Die Bahnen und Uhrkorrekturen der GNSS-Satelliten;193
8.5.1;5.1 Genauigkeit der Bahnen;194
8.5.2;5.2 Polbewegung und Tageslänge;195
8.5.3;5.3 Das terrestrische Netz;198
8.5.4;5.4 Die Ionosphäre der Erde;199
8.6;6 Bahnbestimmung mit Hilfe von GNSS-Empfängern auf tief fliegenden Satelliten;202
8.7;7 Gravitationsfeldbestimmung mit Hilfe von GNSS-Empfängern auf tief fliegenden Satelliten;207
8.8;8 Gravitationsfeldbestimmung mit GNSS und Distanzmessungen zwischenSatelliten;214
8.9;9 SLR für Gravitationsfeldbestimmung und zur Validierung von GNSS-Bahnen;221
8.10;10 Fazit und Ausblick;222
8.11;Literatur;225
9;5 Globale Schwerefeldmodellierung am Beispiel von GOCE;228
9.1;1 Einleitung;229
9.1.1;1.1 Globale Schwerefeldmodellierung: Funktionales Modell;229
9.1.2;1.2 Eingangsdaten und Modelltypen;231
9.2;2 Globale Schwerefeldmodellierung aus GOCE-Daten;235
9.2.1;2.1 Die GOCE-Schwerefeldmission;235
9.2.2;2.2 GOCE-Prozessierungskette;236
9.2.2.1;2.2.1 Eingangsdaten;238
9.2.2.2;2.2.2 Daten-Vorprozessierung;238
9.2.2.3;2.2.3 Beobachtungs- und Normalgleichungen: funktionales Modell;239
9.2.2.4;2.2.4 Stochastische Modellierung;242
9.2.2.5;2.2.5 Aufstellen der Normalgleichungen und Lösung;246
9.2.2.6;2.2.6 Residuenanalyse;247
9.2.2.7;2.2.7 Validation;248
9.2.3;2.3 Methodischer Vergleich mit anderen GOCE-Modellen;249
9.2.4;2.4 GOCE-Schwerefeldmodellierung: Ergebnisse;251
9.2.5;2.5 Externe Validierung;256
9.2.6;2.6 Diskussion und Ausblick;259
9.3;3 Fazit;263
9.4;Literatur;264
10;6 Topographische Modellierung des Gravitationsfeldes;269
10.1;1 Einleitung;270
10.2;2 Aufstellung von Massenmodellen – Massendichte, Topographie und Isostasie;273
10.2.1;2.1 Massendichten;274
10.2.2;2.2 Globale Topographie- und Lithospärenmodelle;276
10.2.3;2.3 Isostasie;278
10.3;3 Methodik der Vorwärtsmodellierung;278
10.3.1;3.1 Topographische Modellierung im Raumbereich;279
10.3.2;3.2 Topographische Modellierung im Spektralbereich;281
10.3.3;3.3 Bewertung und Vergleich;284
10.4;4 Anwendungsbeispiele und aktuelle Resultate topographischer Modellierungen;285
10.4.1;4.1 Glättung von Schwerefeldinformation im Alpenraum;286
10.4.1.1;4.1.1 Lokales Beispiel: Lotabweichungen in Bayern;286
10.4.1.2;4.1.2 Regionales Beispiel: Schwerewerte in der Schweiz;287
10.4.2;4.2 Topographische Bewertung von GOCE-Schwerefeldmodellen;289
10.4.3;4.3 Spektrale Betrachtung von Mond- und Erdschwerefeld;291
10.4.4;4.4 Globale Bouguer-Schwerekarten für Erde und Mond;293
10.4.5;4.5 Ultrahochaufgelöste Schwerefeldmodellierung;295
10.5;5 Zusammenfassung und zukünftige Herausforderungen;299
10.5.1;5.1 Herausforderungen in der Massenmodellierung;299
10.5.2;5.2 Herausforderungen in der Vorwärtsmodellierung;300
10.6;Literatur;301
11;7 Erdrotation;305
11.1;1 Bezugssysteme der Erdorientierung;306
11.2;2 Polbewegung;311
11.3;3 Tageslängenvariation;312
11.4;4 Physikalisches Modell der Erdrotation;314
11.5;5 Lösung der Euler-Liouville-Gleichung;316
11.6;6 Zusammenhang zwischen modellierten und beobachteten Erdrotationsvariationen;318
11.7;7 Interpretation der Signale in den Erdrotationsgrößen;321
11.8;Literatur;329
12;8 Geometrische Referenzsysteme;334
12.1;1 Einleitung;335
12.2;2 Weltraumgestützte Beobachtungsverfahren für die Realisierung von Referenzsystemen;337
12.2.1;2.1 Interferometrie auf sehr langen Basislinien (Very Long Basline Interferometry, VLBI);338
12.2.2;2.2 Laserentfernungsmessungen zu Satelliten (Satellite Laser Ranging, SLR);339
12.2.3;2.3 Globales Satellitennavigationssystem (Global Navigation Satellite System, GNSS);341
12.2.4;2.4 Satellitengestütztes Dopplermessverfahren DORIS (Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite);342
12.3;3 Das Internationale Terrestrische Referenzsystem (ITRS);344
12.3.1;3.1 Definition und Realisierung des ITRS;344
12.3.2;3.2 Verdichtung des Internationalen Terrestrischen Referenzrahmens (ITRF);349
12.4;4 Das Internationale Zälestische Referenzsystem (ICRS);352
12.4.1;4.1 Definition und Realisierung des ICRS;352
12.5;5 Transformation zwischen ITRS und ICRS;353
12.6;6 Schlussbemerkungen;354
12.7;Literatur;355
13;9 Hohensysteme der nachsten Generation;358
13.1;1 Einleitung;359
13.2;2 Der Höhenbegriff in der Geodäsie;361
13.2.1;2.1 Natürliche Koordinaten und vertikale Bezugssysteme;361
13.2.2;2.2 Bestimmung von Potenzialdifferenzen durch Nivellement;363
13.2.3;2.3 Bestimmung von Potenzialwerten durch Lösung der Geodätischen Randwertaufgabe;363
13.2.4;2.4 Physikalische Höhen und GNSS-Nivellement;367
13.2.5;2.5 Geoid, Meerestopographie und Datumsfestlegung;370
13.3;3 Nivellementbasierte Höhensysteme – Historische Entwicklung und Defizite;371
13.3.1;3.1 Historische Entwicklung in Europa;371
13.3.2;3.2 Begrenzende Faktoren;375
13.4;4 Geoidbasierte Höhensysteme – Moderner Ansatz für ein Welthöhensystem;376
13.4.1;4.1 Methodik zur Realisierung eines Welthöhensystems;378
13.4.2;4.2 Standards und Definitionen im Welthöhensystem;381
13.4.2.1;4.2.1 Geometrische und gravimetrische Bezugssysteme;382
13.4.2.2;4.2.2 Permanente Gezeiten;386
13.4.2.3;4.2.3 Zeitvariable Effekte;387
13.4.2.4;4.2.4 Datumsfestlegung;392
13.4.3;4.3 Validierung von Höhensystemen;394
13.5;5 Geoidbasierte Höhensysteme – Fallbeispiele;398
13.5.1;5.1 Globale Höhensystemvereinigung;398
13.5.2;5.2 Modernisierung des nordamerikanischen Höhendatums;400
13.6;6 Fazit;402
13.7;Literatur;403
14;10 Globales Geodatisches Beobachtungssystem;410
14.1;1 Einleitung;411
14.2;2 Motivation und bisherige Entwicklung;412
14.3;3 GGOS als Beobachtungssystem;416
14.4;4 GGOS als Organisation;423
14.5;5 Strategische Ausrichtung, Nutzen und Anwendung von GGOS;425
14.6;6 Fazit;428
14.7;Literatur;429
15;11 Neue Sensorik fur die Schwerefeldbestimmung und relativistische Geodasie;431
15.1;1 Einleitung;432
15.2;2 Entwicklungen in der Quantenmetrologie;433
15.3;3 Laserinterferometrie für die Satellitengravimetrie;435
15.4;4 Atomare Schweresensoren;441
15.5;5 Uhren in Netzwerken für die relativistische Geodäsie;444
15.6;6 Ausblick;448
15.7;Literatur;448
16;12 Zukunft der globalen Geodasie und Fernerkundung aus Sicht des Deutschen GeoForschungsZentrum (GFZ), Potsdam;451
16.1;1 Gesellschaftliche Herausforderungen;452
16.2;2 Zentrale Forschungsthemen;454
16.2.1;2.1 Erdoberfläche;454
16.2.2;2.2 Atmosphäre;456
16.2.3;2.3 Ozeane;458
16.2.4;2.4 Feste Erde;459
16.3;3 Sensoren;461
16.3.1;3.1 Multi-/Hyperspektralinstrumente;461
16.3.2;3.2 Mikrowellensysteme;464
16.3.2.1;3.2.1 Radar;464
16.3.2.2;3.2.2 GNSS;465
16.3.2.3;3.2.3 VLBI;467
16.3.2.4;3.2.4 DORIS;469
16.3.3;3.3 Laser;470
16.3.4;3.4 Uhren und Zeitsysteme;471
16.3.5;3.5 Gravimetrie;472
16.4;4 Beobachtungsinfrastruktur;474
16.4.1;4.1 Observatorien und Netzwerke;475
16.4.2;4.2 Flugplattformen;476
16.4.3;4.3 Marine Plattformen;478
16.4.4;4.4 Satelliten;478
16.5;5 Informationsinfrastruktur;481
16.5.1;5.1 Informationsübertragung und Kommunikation;482
16.5.2;5.2 Rechentechnik;483
16.5.3;5.3 Archivierung und Datenbereitstellung;484
16.6;6 Auswertemethoden;485
16.6.1;6.1 Fernerkundung;486
16.6.2;6.2 GNSS;487
16.6.3;6.3 VLBI;489
16.6.4;6.4 Gravimetrie;490
16.6.5;6.5 Terrestrischer Referenzrahmen;490
16.6.6;6.6 Korrektionsmodelle;492
16.7;7 Numerische Modellierung dynamischer Prozesse im System Erde;492
16.8;8 Transfer in die Gesellschaft;494
16.9;Literatur;495
17;Sachverzeichnis;506