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Quasigeoid GCG2011 der Bundesrepublik Deutschland

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Die Höhenbezugsfläche der Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen der Länder (AdV)

Geoid- und Schwerefeldmodelle

Die Schwerkraft bewirkt nicht nur, dass wir mit beiden Beinen auf der Erde stehen, sie ist auch für die Bestimmung unserer Höhen von Bedeutung. Der Einfluss der wechselnden Anziehungskraft von Sonne und Mond auf den Meeresspiegel ist durch die Gezeiten deutlich sichtbar. Das Schwerefeld der Erde hat im Vergleich dazu eine deutlich größere, aber zeitlich konstante Auswirkung auf die Form des Meeresspiegels. Ohne Kenntnis der Erdanziehungskraft können keine eindeutigen Höhen über dem Meeresniveau berechnet werden. Diese physikalischen Höhen in Deutschland beziehen sich traditionsgemäß auf einen Bezugspunkt des Meeresspiegels in Amsterdam (Höhen im DHHN92).

In den letzten Jahren sind die zur Navigation verwendeten Satellitennavigationssysteme wie das Global Positioning System (GPS) und das europäische Pendant GALILEO für viele Vermessungsarbeiten unentbehrlich geworden. Die mit diesen Systemen bestimmten Höhen sind allerdings nicht direkt nutzbar, da sie rein geometrisch festgelegt werden und sich nicht auf den Meeresspiegel beziehen. Für die Bestimmung praxisrelevanter physikalischer Höhen ist deshalb ein Modell der Höhenbezugsfläche notwendig, das in der Geodäsie als Geoid bzw. Quasigeoid bezeichnet wird.

Während zwischen Punkten gleicher physikalischer Höhe praktisch kein Wasser fließt, kann zwischen Punkten gleicher geometrischer Höhe (die mit Hilfe der Satellitendaten bestimmt werden) sehr wohl Wasser fließen. Die Unterschiede der beiden Höhenarten variieren in Deutschland zwischen 34 m in der Ostsee und 50 m in den Alpen sowie im Schwarzwald. Ursache dieser Variationen ist eine unregelmäßige Massenverteilung im Erdinneren. Da die im GCG2011 modellierte Variation der Höhenbezugsfläche in einem Umkreis von wenigen Kilometern bereits mehrere Zentimeter betragen kann, ist ihre Kenntnis auch für regionale und lokale Vermessungsarbeiten von Bedeutung.

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Höhenbezugsflächen in Deutschland

Durch die zunehmende satellitengestützten Vermessung besteht der Bedarf, die Höhenbezugsfläche von Deutschland mit einer Genauigkeit von wenigen Zentimetern zu bestimmen. Satellitengestützte Vermessungen des Erdschwerefeldes und der Meeresoberfläche und die darauf beruhenden globalen Schwerefeldmodelle liefern aber nur großräumige Strukturen. Kleinere Details lassen sich aus dem Weltall nicht auflösen. Für die Bestimmung genauer Modelle der Höhenbezugsfläche sind terrestrische Messungen unentbehrlich.

Das Bundesamt für Kartographie und Geodäsie hat gemeinsam mit den Vermessungsverwaltungen der Länder seit Mitte der 90er Jahre dazu umfangreiche Arbeiten geleistet und eine entsprechende Datenbasis für die Bestimmung der Höhenbezugsfläche Deutschlands aufgebaut. Grundlage sind terrestrische Schweremessungen, Flug- und Schiffsgravimetermessungen, globale Schwerefeldmodelle, digitale Geländemodelle und ein Netz von Beobachtungspunkten, an denen sowohl ellipsoidische Höhen, als auch nivellitisch bestimmte Höhen vorliegen.

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Die aktuelle Höhenbezugsfläche - das GCG2011

Das Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG) und das Institut für Erdmessung der Leibniz Universität Hannover (IfE) haben in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen der Länder der Bundesrepublik Deutschland (AdV) ein neues Modell der Höhenbezugsfläche von Deutschland entwickelt. Das Modell mit dem Namen GCG2011 (German Combined Quasigeoid 2011) löst das im Jahr 2005 veröffentlichte Modell GCG05 ab.

Das Modell schließt erstmals den gesamten Bereich der Ausschließlichen Wirtschaftszone Deutschlands in der Nordsee ein, die sogenannte 200-Seemeilen-Zone, und stellt damit eine einheitliche Lösung für das gesamte Hoheitsgebiet der Bundesrepublik bereit.

Das GCG2011 ist kompatibel zu dem vom Satellitenpositionierungsdienst der Länder (SAPOS^®) verwendeten Bezugssystem ETRS89 sowie zum amtlichen Höhensystem DHHN92. Die in der Praxis üblichen physikalischen Höhen im DHHN92 können deshalb mit Hilfe des GCG2011 direkt aus den mittels SAPOS^® bestimmten ellipsoidischen Höhen berechnet werden:

H_DHHN92 = h_ETRS89 – ζ_GCG2011

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Produktbeschreibung

Quasigeoidhöhen, passfähig zu den Bezugssystemen ETRS89 und DHHN92
Genauigkeit des Quasigeoidmodells (Standardabweichung):

- Flachland: 1 - 2 cm

- Hochgebirge: 3 - 4 cm

- Meeresbereich: 4 -10 cm
Bereitstellung als Gitterdatei 1' x 1,5':

- ASCII-Datei (auch für Software von TOPCON)

- Binärdatei einschl. Interpolationsprogramm (WINDOWS, LINUX)

- Datei in Formaten der Software der Gerätehersteller (TRIMBLE, LEICA, SOKKIA)
Bereitstellung für das gesamte Gebiet von Deutschland, alternativ für fünf Teilregionen
Vertrieb durch das Geodatenzentrum (www.geodatenzentrum.de)
Für einzelne Punkte ist die online-Berechnung von Quasigeoidhöhen auf der Internetseite des BKG (siehe www.bkg.bund.de/gcg2011) möglich