Titelaufnahme

Titel
The determination of utmost accurate GNSS reference site velocities in the Asia-Pacific region / von Hannes Maar
VerfasserMaar, Hannes
Begutachter / BegutachterinWeber, Robert ; Möller, Gregor
Erschienen2013
UmfangXI, 104 S. : graph. Darst., Kt.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2013
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)GNSS / Stationsgeschwindigkeiten / Datums-Definition / APREF / Referenzrahmen / CORS / Geodäsie
Schlagwörter (EN)GNSS / Site velocities / Datum definition / APREF / Reference frame / CORS / Geodesy
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-56165 Persistent Identifier (URN)
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The determination of utmost accurate GNSS reference site velocities in the Asia-Pacific region [9.21 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Heutige Genauigkeitsansprüche verlangen nach einer Verdichtung und Homogenisierung der bestehenden geodätischen Rahmenbedingungen in einigen Teilen der Welt, um das technologische Potential moderner Positionierungsverfahren größtmöglichst auszuschöpfen. Diese Aufgabe kann durch die Schaffung bzw. Ausweitung permanenter GNSS Referenzstationen erfüllt werden, durch die laufend hoch genaue Stationskoordinaten in einem globalen und internationalen terrestrischen Referenzrahmen bestimmt werden können. Das APREF Projekt unter der Leitung von Dr. John Dawson von Geoscience Australia verfolgt dieses Ziel indem es Rohdaten von mehr als 400 solcher Stationen unterschiedlicher Nationen vereint, daraus ein regionales Netzwerk im Asien-Pazifik-Raum errichtet und durch eine entsprechende Prozessierung finale Produkte in einer regelmäßigen und frei zugänglichen Form zur Verfügung stellt.

Diese Arbeit verwendet den Rohdatensatz eines APREF Teilnetzwerkes von 97 Referenzstationen in der Region um Australien, Neukaledonien und Neuseeland und integriert diesen in eine eigens gewählte Prozessierungs-Strategie, um dadurch präzise Stationskoordinaten und -geschwindigkeiten zu bestimmen. Durch die gewonnenen Ergebnisse sollen die erreichbaren Genauigkeiten untersucht und mit bestehenden Lösungen verglichen werden. Ein Schwerpunkt liegt in der Betrachtung unterschiedlicher Ansätze für die Realisierung des geodätischen Datums, wobei sich herausstellt, dass eine sogenannte Minimum Constraint Solution mit einer no-net-translation und no-net-rotation Bedingung die besten Resultate erzielt. Hinsichtlich dieser Festlegungen zeigt sich, dass die Vermeidung von Translationen einen größeren Einfluss auf die erfolgreiche Anbindung an einen globalen Referenzrahmen hat als die in geringem Maße auftretenden Rotationen des Netzwerks. Daher stellt die sorgfältige Auswahl von genauen a priori Koordinaten von datumsdefinierenden Stationen einen wichtigen Aspekt dar, da das gesamte Netzwerk an diese Koordinaten angeglichen wird. Ausgehend von einer prozessierten Zeitspanne von drei Jahren, beginnend mit Oktober 2009 bis September 2012, werden in der vorliegenden Arbeit mittlere Standardabweichungen der Stationsgeschwindigkeiten von etwa 1 mm/yr für das gesamte Netzwerk und mittlere Geschwindigkeitsdifferenzen von 2 - 3 mm/yr verglichen mit den bestehenden Daten von 17 Stationen aus dem IGS08/ITRF2008 Referenzrahmen erzielt. Während alle Beobachtungen des australischen Festlandes eine einheitliche Bewegung in Bezug auf Größe und Azimut der Geschwindigkeitsvektoren zeigen, spiegeln die variierenden Ergebnisse in Neuseeland die komplexere geophysikalische Aktivität an der vorherrschenden Grenze zwischen australischer und pazifischer Platte wider.

Im Gegensatz zu den Geschwindigkeitsabschätzungen zeigen die resultierenden Stationskoordinaten eine etwas geringere Genauigkeit, die sich durch Positionsdifferenzen von bis zu 5 mm gegenüber der wöchentlichen IGS Lösungen darstellen. Diese Unsicherheiten können durch die geometrische Begrenzung meines regionalen Netzwerkes erklärt werden, während das zu Vergleichszwecken herangezogene IGS Netzwerk eine global verteilte Anzahl von mehr als 250 IGS Stationen repräsentiert und dadurch zu einer stabileren Lösung führt. Aus diesem Grund würde eine globale Ausweitung des Netzwerkes und eine größere Menge an datumsdefinierenden IGS Stationen mit hoher Wahrscheinlichkeit eine weitere Verbesserung der Bestimmung von Stationskoordinaten und -geschwindigkeiten mit sich bringen. Natürlich geht die Dauer der untersuchten Zeitspanne stark in die Geschwindigkeitsberechnung mit ein, wobei eine längere Beobachtungsperiode eine zuverlässigere Abschätzung von Geschwindigkeiten zur Folge hat. Auftretende, signifikante Koordinatensprünge, die beispielsweise durch geophysikalische Ereignisse wie Erdbeben entstehen, müssen in der Berechnung entsprechend berücksichtigt werden.

Demnach zeichnet sich ab, dass ein regionales Netzwerk, das für eine ausreichend lange Zeitspanne von mehreren Jahren ausgewertet wurde und möglichst viele datumsdefinierende Referenzstationen mit verlässlichen a priori Koordinaten enthält, mittlere Genauigkeiten von wenigen mm/yr der Stationsgeschwindigkeiten erreichen und somit den geodätische Referenzrahmen teilnehmender Nationen erheblich verbessern kann.

Zusammenfassung (Englisch)

Today's demands for accuracy ask for a densification and homogenization of the geodetic infrastructure in some parts of the world in order to tap the full technological potential of modern positioning techniques. This task can be achieved by the increase of continuously operating GNSS reference sites, which deliver highly accurate and up-to-date station coordinates in a global and international terrestrial reference frame. The APREF project under the direction of Dr. John Dawson from Geoscience Australia pursues this objective by gathering and processing GNSS observations from a dense network of more than 400 stations in the Asia-Pacific region and provides final products on a regular and freely available basis. This thesis covers the idea to use the raw data sets of a chosen regional subnetwork of 97 sites located in Australia, New Caledonia and New Zealand and to establish an appropriate post-processing strategy for the estimation of station coordinates and velocities in order to analyze the achieved accuracy in contrast to existing global solutions. A special focus lies on the strategy of the definition of the geodetic datum, whereat the results of different approaches reveal that a so-called minimum constraint solution using a no-net-translation and no-net-rotation condition leads to the best outcomes. Regarding to these constraints, the condition to avoid network translations is essential for the computation of accurate station coordinates and has a greater impact than the no-net-rotation condition. Therefore, the deliberate selection of datum defining sites and their corresponding a priori coordinates is an important aspect, because the network will be aligned to these coordinate sets. Based on a processed time span of three years from October 2009 until September 2012, the strategy in use achieves mean velocity standard deviations of 1 mm/yr for the whole network and mean velocity differences of 2 - 3 mm/yr compared to the velocities of 17 sites from the IGS08/ITRF2008 reference frame. While all stations on the Australian continent display a consistent movement with an akin absolute value and azimuth, the varying velocities in New Zealand reflect the more complex geophysical activity on the predominant boundary between the Australian and the Pacific plate. In contrast to these velocity estimations, the station coordinates reveal a slightly lower accuracy, in which the processed IGS sites show coordinate differences of up to 5 mm with respect to the weekly IGS solution. These uncertainties could be explained by the geometric limitation of the regional network compared to the IGS network, which represents a global and well distributed network of more than 250 IGS sites and allows a much more stable solution. Therefore, a global extension of the processed network and an increased set of datum defining IGS stations may improve the coordinate estimation and, furthermore, the resulting station velocities. Of course, the observed time span also plays a major role in the calculation of velocities. The longer the processed time period, the more reliable the achieved velocities, whereat significant coordinate jumps, which can be caused by geophysical events such as earthquakes, have to be taken into account suitably. Thus, it emerges that a regional network, which is processed in an appropriate time span of several years and includes as much datum defining reference sites with accurate a priori coordinates as possible, can reach mean accuracies in station velocity of a few mm/yr and hence can significantly support the geodetic reference frame of participating nations.