Konsistenzprüfung von Quasigeoid und Höhensystem durch Präzisions-GNSS an Nivellementpunkten im Harz

Zurzeit wird das Höhensystem in Deutschland grundlegend erneuert: durch die Neumessung des Nivellementnetzes erster Ordnung, durch neue homogene GNSS Vertikal-Grundnetze und durch verbesserte Geoidmodelle unter Nutzung von GRACE- und GOCE- Satellitendaten. Dabei stellt sich die Frage der Qualität und Konsistenz dieser drei Komponenten des Höhensystems, also nach der Größe und Charakteristik der Restfehler. Davon hängt ab, wie genau in beliebigen Punkten physikalische (Normal-)Höhen - ohne Nivellement - aus GNSS- Messungen und (Quasi-)Geoidmodell bestimmt werden können, eine beispielsweise für Ingenieurprojekte relevante Aufgabe. Ein geeigneter Test dieser Fragestellung ist, sehr genaue GNSS-Messungen an ausgewählten Punkten mit vorhandenem Präzisionsnivellement durchzuführen und die Residuen in dem Budget ellipsoidische Höhe - Normalhöhe - Quasigeoidundulation zu untersuchen.

Das Projekt wurde durch eine Gruppe von 4 Studenten geplant und durchgeführt. In einem Testgebiet im Harz wurden im Juli 2011 an 6 Punkten hochpräzise GNSS-Beobachtungen mit jeweils drei 12-Stunden-Sessions je Punkt durchgeführt. Die Punkte ergänzen frühere Messpunkte aus dem Projektseminar 2003, und grenzen an das Messgebiet des gleichzeitig durchgeführten "Praxisprojektes" an. Die Präzisionsauswertung erfolgte mit der Berner Software. Auch die lokalen Verbindungen zu den nächstgelegenen Punkten des Niv-Netzes wurden sehr sorgfältig gemessen. Für das Nivellement erster Ordnung stellte das LGLN dankenswerterweise eine zwangsfreie Vorabauswertung aus der Netzerneuerung zur Verfügung. Als Quasigeoidmodelle wurden GCG05 und EGG08 verwendet.

Die erhaltenen Höhenresiduen im Testgebiet liegen durchweg bei 1 cm oder weniger und dokumentieren eine hervorragende Qualität des Höhensystems. Für das Fehlerbudget der Einzelkomponenten Nivellement, GNSS und Quasigeoid wurden jeweils Werte im Bereich einiger mm erhalten. Die Ergebnisse wurden durch Kombination einerseits mit GPS/Nivellementwerten von 2003 und andererseits mit Profilen der Zenitkamera weiter bestätigt. Der Vergleich von Quasigeoiddaten aus 3 unabhängigen Quellen - gravimetrisches Quasigeoid, GNSS/Nivellement, und astrogeodätisches Quasigeoid - verleiht den Ergebnissen hohe Zuverlässigkeit. Der Schlussbericht stellt die Auswertung der Messkampagne, die Analyse der Residuen und der Zenitkameraprofile dar. Die Ergebnisse wurden beim Fall Meeting 2011 der American Geophysical Union in San Francisco in einem Poster in der Session „Reference Systems, Data, and Models for Global Geodesy“ vorgestellt. Eine Zeitschriftenveröffentlichung steht bevor.

Ein besonderer Dank gilt Leica Geosystems, Niederlassung Berlin, die für die Messkampagne zusätzlich zur IFE-Ausrüstung 2 Leica Präzisions-GPS/GLONASS-Ausrüstungen zur Verfügung stellte.