Der Satellitenpositionierungsdienst der deutschen Landesvermessung - SAPOS
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Riecken/Kurtenbach, Der Satellitenpositionierungsdienst der deutschen Landesvermessung – SAPOS ® Fachbeitrag
Der Satellitenpositionierungsdienst der deutschen
Landesvermessung – SAPOS ®
Jens Riecken und Enrico Kurtenbach
Zusammenfassung in der Vermessungsgeschichte prinzipiell unmittelbar im
Die amtliche deutsche Vermessungsverwaltung (AdV 1) be- Zielkoordinatensystem, also im amtlichen Raumbezug,
treibt den Satellitenpositionierungsdienst SAPOS als Gemein- gearbeitet werden konnte. SAPOS bildet genau dieses
schaftsprojekt und stellt über diesen flächendeckend den Bindeglied zwischen Messtechnik und amtlichem Raum-
amtlichen Raumbezug für jedermann mit moderner Technik bezug. Wesentliche Komponenten sind die deutschland-
bereit. Damit kann der Nutzer eine temporäre Referenzstation weite Einrichtung von vernetzten Referenzstationen und
einsparen und seine raumbezogenen Aufgaben wirtschaftli- die eigentlichen SAPOS-Dienste. Letztere bestehen in der
cher und effizienter lösen. Dies ist Teil der infrastrukturel- Bereitstellung von Korrekturdaten für unterschiedliche
len Grundversorgung sowie des gesetzlichen Auftrags der Genauigkeitsansprüche über moderne Kommunikations-
deutschen Landesvermessung. Mit dem vorliegenden Beitrag mittel in Echtzeit sowie Rohdaten auch im Postprocessing.
sollen die SAPOS-Dienste und -Standards, das SAPOS-Quali- Die sich daraus ergebenden Möglichkeiten zur Georefe-
tätsmanagement und die neuen Entwicklungen einschließlich renzierung haben sich in den vergangenen Jahren stetig
der Nutzung von Galileo beschrieben werden. erweitert. Noch heute sind die Wertschöpfungsoptionen
selbst für den Bereich des amtlichen Vermessungswesens
Summary nicht vollständig ausgeschöpft. Welchen Beitrag SAPOS
The surveying authorities of the States of the Federal Repub- zu Entwicklungen, wie beispielsweise die des autonomen
lic of Germany (AdV) operate the satellite positioning service Fahrens, leisten kann, bleibt abzuwarten.
»SAPOS« as a joint project and thus provide the current, official Heute stellen alle Bundesländer gemeinsam deutsch-
spatial reference for everyone using modern GNSS technolo- landweit den amtlichen Raumbezug und damit die Ko-
gy. Thus, the user can eliminate a temporary reference station ordinaten Dienste-basiert mit einer Genauigkeit von bis
and solve spatial reference tasks more economically and effi- zu einem Zentimeter bereit. Aus Bereitstellungssicht ist
ciently. This is considered as an infrastructure basic provision SAPOS der Infrastrukturbeitrag des amtlichen geodäti-
and as part of the legal remit of the German state survey. The schen Raumbezugs, so wie er bereits von der AdV 2006
paper will address SAPOS-services and -standards, quality beschrieben wurde (AdV 2006).
management aspects, future trends and steps to use Galileo. Mit dem vorliegenden Beitrag soll ein aktueller Ein-
blick in die SAPOS-Entwicklung gegeben werden. Für
Schlüsselwörter: SAPOS, GNSS, Galileo, Raumbezug, Quali- eine weitergehende Vertiefung wird auf die DVW-Schrif-
tätsmanagement tenreihe, Bd. 87, »GNSS 2017 – Kompetenz für die Zu-
kunft« (DVW 2017) verwiesen. Sie steht zum kostenlosen
Download bereit.
1 Einleitung
Die Nutzung globaler Satellitennavigationssysteme 2 Der Satellitenpositionierungsdienst SAPOS
(GNSS) hat die Realisierung und Bereitstellung des geo-
dätischen Raumbezugs und insbesondere auch die Nut- Die Entwicklung des globalen Satellitennavigationssys-
zung geodätischer Messverfahren in revolutionärer Weise tems GPS in den 80er Jahren des vorigen Jahrhunderts
verändert. hat die geodätischen Messverfahren und die Implemen-
Im Raumbezug wurden bis zum Ende des 20. Jahrhun- tierung und Bereitstellung eines amtlichen Raumbezugs-
derts, bedingt durch die Interessen der einzelnen euro- systems maßgeblich verändert.
päischen Staaten, zahlreiche verschiedene Bezugs- und Mit der Freigabe der zivilen Nutzung des amerikani-
Abbildungssysteme definiert. Diese Betrachtungsweise er- schen GPS hielten Vermessungsverfahren in der Grund-
wies sich mit Nutzung globaler Satellitensysteme zuneh- lagenvermessung Einzug, zu diesem Zeitpunkt als Alter-
mend als hinderlich. Die Vermessung mittels solcher Sys- native beispielsweise zur elektro-optischen Entfernungs-
teme bedingte förmlich eine Harmonisierung nationaler messung. Zu dieser Zeit erforderten GPS-Messungen stets
Referenzsysteme, da mit der neuen Messtechnik erstmals zwei Empfänger. Bereits 1991 hatten mehrere Landesver-
messungsverwaltungen mit dem Aufbau von GPS-Refe-
1 Die Abkürzung AdV steht offiziell für die »Arbeitsgemein- renzstationen und der Bereitstellung von Korrekturdaten
schaft der Vermessungsverwaltungen der Länder der Bundes begonnen und dabei gute Erfahrungen gesammelt (Elsner
republik Deutschland« (www.adv-online.de). et al. 2004). Der koordinierte Aufbau eines einheitlichen,
DOI 10.12902/zfv-0180-2017 142. Jg. xxx/2017 zfv 1
Fachbeitrag Riecken/Kurtenbach, Der Satellitenpositionierungsdienst der deutschen Landesvermessung – SAPOS ®
bundesweiten Referenzstationsnetzes schien mit einheitlichen in originärer und
dringend geboten, um diese moderne, satel- Dateninhalten: aufbereiteter Form:
EPS, HEPS, GPPS RTCM / RINEX
litengestützte Messmethode für das amtliche
Vermessungswesen und darüber hinaus für
weitere Anwendergruppen nutzbar zu ma- nach gängigen Raumbezug mit gesicherter
Standards: Qualität:
chen. Die AdV setzte hierzu im Oktober 1994 RTCM / RINEX Bereitstellung Produktdefinition
die Expertengruppe GPS-Referenzstationen, der Geobasisdaten
bestehend aus Vertretern von zehn Mit- bundesweit über eine über Dienste in einfachen
gliedsverwaltungen, ein. In den folgenden zentrale Vertriebsstelle: Datenstrukturen:
Jahren wurden die organisatorischen und ZSS (Hannover) SAPOS® RTCM / RINEX
technischen Verfahrensweisen und Lösun-
gen erarbeitet und in die Praxis eingeführt. unter einheitlichen mit aussagefähigen
Bedingungen: Metadaten:
2001 war der flächendeckende Aufbau von ADV Produktdefinition
SAPOS praktisch abgeschlossen (Elsner
et al. 2004). Abb. 1: SAPOS als Geodateninfrastrukturbeitrag des geodätischen
SAPOS hat damit als erster multifunktio- Raumbezugs
naler differentieller GNSS-Dienst den Auf-
bau und die Entwicklung vergleichbarer Dienste in ganz in den Standardisierungsgremien einher. Die Nutzung
Europa und darüber hinaus wesentlich beeinflusst. offener Standards bildet die Basis für eine Firmenun-
Über den Satellitenpositionierungsdienst SAPOS stellt abhängigkeit, in Analogie zur Geodateninfrastruktur
die AdV heute flächendeckend den amtlichen Raumbe- und zum Interoperabilitätsverständnis der AdV bei der
zug für jedermann im Rahmen des gesetzlichen Auftrags AFIS-ALKIS-ATKIS-Standardisierung, die sich in der
der deutschen Landesvermessung bereit. Dieser Auftrag Produktsicht der GeoInfoDok niederschlägt. In dieser
wird beispielsweise im § 9 des Vermessungs- und Katas- konzeptionellen Betrachtung ist SAPOS der Geodaten
tergesetzes NRW (VermKatG NRW) als Teil der »Erhebung infrastrukturbeitrag des geodätischen Raumbezugs.
und Führung von Geobasisdaten der Landesvermessung« Als Ergebnis wird sichergestellt, dass sich Produkte un-
definiert: terschiedlicher Hersteller »verstehen« und in der SAPOS-
Infrastruktur sowohl auf Anbieter- als auch auf Nutzer-
§ 9 Erhebung und Führung von Geobasisdaten der Lan- seite zum Einsatz kommen (können). Umgekehrt sind mit
desvermessung der SAPOS-Produktdefinition die Anforderungen an die
Die Erhebung der Geobasisdaten der Landesvermessung Nutzbarkeit innerhalb von SAPOS festgeschrieben. Es sei
umfasst alle Maßnahmen, die erforderlich sind, um diese hier durchaus darauf hingewiesen, dass sich diese wech-
Daten im Sinne von § 8 im Geobasisinformationssystem selseitigen Abhängigkeiten nicht immer »konfliktfrei«
zu führen. Hierzu gehören insbesondere auflösen, insbesondere bei der Einführung neuer tech-
1. die Einrichtung und Laufendhaltung der Festpunktfel- nischer Innovationen. Seit 2001, also mit der Aufnahme
der nach Lage, Höhe und Schwere, des SAPOS-Regelbetriebs, hat sich diese Kernphilosophie
2. der Aufbau und die Unterhaltung eines Satellitenposi- jedoch bewährt.
tionierungsdienstes und SAPOS betreibt einen permanenten, multifunktionalen
3. die Einrichtung und Laufendhaltung des topogra- und differentiellen GNSS-Dienst. Grundlage des Systems
phisch-kartographischen Informationssystems. bildet ein Netz von ca. 270 Referenzstationen, das von
den Vermessungsverwaltungen der Bundesländer betrie-
Neben dieser Sicht auf die »Erhebung und Führung von ben wird. Dabei zeichnen die Referenzstationen ständig
Geobasisdaten der Landesvermessung« (VermKatG NRW) Signale zu den GNSS-Satelliten auf und ermitteln daraus
soll diskutiert werden, ob und wie SAPOS aus der Sicht RTCM-Korrekturwerte nach unterschiedlichen Modell
der Bereitstellung als Geodateninfrastrukturkomponente ansätzen (Geobasis.NRW 2017):
betrachtet werden kann. Hierzu wird Abb. 2‑2 der Be-
reitstellungsstrategie der AdV (AdV 2015b), die die Be- VRS = Virtuelle Referenzstation = Non Physical Refe-
reitstellung der Geobasisdaten über Dienste beschreibt, rence Station,
übertragen auf SAPOS (Abb. 1). Es werden die entspre- MAC = Master Auxiliary Concept (früher auch mit NET
chenden SAPOS-Lösungen der einzelnen Anforderungen bezeichnet) und
in rot dargestellt. FKP = Flächenkorrekturparameter = Range Correction
SAPOS-Kernphilosophie ist die Nutzung internatio Gradients.
naler und offener Standards und deren Abbildung in
der SAPOS-Produktdefinition, aktuell in der Version 7.1 Dem Anwender stehen diese Korrekturwerte in Echtzeit
(Stand 2.6.2017; zu finden z. B. unter www.sapos.de/ und alternativ RINEX-Rohdaten für Postprocessing zur
downloads.html). Damit gehen die Verfolgung der Stan- Verfügung. Dieser Service umfasst drei Dienste mit unter-
dardisierungsentwicklungen und die aktive Mitarbeit schiedlichen Eigenschaften und Genauigkeiten:
2 zfv xxx/2017 142. Jg.
Riecken/Kurtenbach, Der Satellitenpositionierungsdienst der deutschen Landesvermessung – SAPOS ® Fachbeitrag
SAPOS-EPS Echtzeit Positionierungs-Service, sich einerseits aus der hohen Genauigkeit und anderer-
0,3 bis 0,8 Meter Lage-Genauigkeit und seits aus der Bereitstellung des amtlichen Raumbezugs
0,5 bis 1,5 Meter Höhen-Genauigkeit. ab. Letzteres ist das Alleinstellungsmerkmal von SAPOS.
SAPOS-HEPS Hochpräziser Echtzeit Positionierungs-
Service,
1 bis 2 Zentimeter Lage-Genauigkeit und
2 bis 3 Zentimeter Höhen-Genauigkeit. 3 SAPOS im Kontext zum Raumbezug 2016
SAPOS-GPPS Geodätischer Postprocessing Positionie-
rungs-Service, Mit dem Raumbezug 2016 setzt sich in der Vermessungs-
1 Zentimeter und besser Lage-Genauig- verwaltung eine ganzheitliche Betrachtungsweise der
keit und bislang getrennten geometrisch und physikalisch defi-
1 bis 2 Zentimeter Höhen-Genauigkeit. nierten Komponenten durch (Abb. 3). Die deutlich verbes-
serten Genauigkeiten des Deutschen Haupthöhennetzes
Auf die mit der Bereitstellung der Dienste verbundenen DHHN2016 und des Quasigeoids (Feldmann-Westendorff
Gebühren soll an dieser Stelle nicht weiter eingegangen et al. 2016) ermöglichen gleichzeitig einen Qualitäts-
werden, hierfür greifen die Regelungen der AdV-Gebüh- sprung in der Anwendung der GNSS-Messtechnik für die
renrichtlinie (AdV 2015a). Aktuell zeichnet sich ab, dass Bestimmung der Gebrauchshöhe. Mit dem HEPS-Dienst
Bundesländer abweichend von der AdV-Gebührenrichtli- stellt SAPOS heute eine dreidimensionale Position mit ei-
nie einzelne oder auch alle Dienste als Open Data entgelt- ner Genauigkeit von 1 bis 3 Zentimetern innerhalb von
leistungsfrei bereitstellen. In wieweit dadurch ganz neue etwa einer Minute bereit. Verfahrensbedingt beziehen sich
Wertschöpfungsketten, beispielsweise im Bereich der die Koordinaten dabei auf ein mathematisch definiertes
App-Entwicklungen angestoßen werden, bleibt abzuwar- Modell der Erde, das Rotationsellipsoid. Ein Bezug der mit
ten. Auch ist die Diskussion noch nicht abgeschlossen, SAPOS bestimmten ellipsoidischen Höhen zum Schwere-
ob es durch die Open Data-Entwicklung zu einer Wettbe- feld der Erde ist nicht unmittelbar gegeben. Für meeres-
werbsverzerrung kommt. spiegelbezogene Höhenangaben, also für die Bestimmung
von Normalhöhen, ist die
Verknüpfung geometri-
scher und schwerefeld
bezogener Messgrößen
unerlässlich. Mit Einfüh-
rung des Raumbezug 2016
stellt SAPOS das soge-
nannte German Combined
QuasiGeoid (GCG2016) als
optionalen, aber integra-
tiven Bestandteil seiner
Dienste bereit und ermög-
licht dem Nutzer unmit-
telbar die Bestimmung der
Normalhöhe im amtlichen
Höhenbezugssystem. Das
GCG2016 wird auch, in
Anspielung auf die sehr
hohe Genauigkeit, als
Abb. 2: HEPS-Nutzerzugriffe, Beispiel NRW cm‑Quasigeoid bezeich-
net, da es in Abhängigkeit
Das »SAPOS-Flaggschiff«, der HEPS-Dienst, wurde al- der Geländehöhe folgende Standardabweichungen nicht
lein in Nordrhein-Westfalen bereits über 5.000.000 Mal überschreitet (AdV 2017):
genutzt (Abb. 2). Die Abbildung zeigt deutlich jahreszeit-
lich bedingte Schwankungen, insbesondere eine geringe- a) bis 1.000 m: 10 mm,
re Nutzung im Winter. Die Akzeptanz des Dienstes wird b) über 1.000 m: 25 mm.
nicht nur durch diese hohen Nutzerzahlen dokumentiert.
Sie wird auch durch das gemeinsame Positionspapier der Eine aktuelle Untersuchung an der Universität Bonn
AdV und des Bundes der Öffentlich bestellten Vermes- (Winter 2017) bestätigt die zu erwartende Genauigkeit der
sungsingenieure (BDVI) unterstrichen, in dem SAPOS als Gebrauchshöhenbestimmung mittels SAPOS bei einer aus
unverzichtbar für die Rechtssicherheit im Liegenschafts- über 100 Messungen errechneten Standardabweichung der
kataster bezeichnet wird (AdV, BDVI 2005). Dieses leitet Einzelmessung mit 2,2 cm. In dieser empirischen Studie
142. Jg. xxx/2017 zfv 3
Fachbeitrag Riecken/Kurtenbach, Der Satellitenpositionierungsdienst der deutschen Landesvermessung – SAPOS ®
Als Betreiber von SAPOS gewährleisten
die Länder die in der SAPOS-Produktdefini-
tion zugesicherte Produktqualität durch um-
fangreiche Qualitätssicherungsmaßnahmen
(regelmäßige Erneuerung von Hard- und
Software, Koordinatenmonitoring, Online-
Monitoring im SAPOS-HEPS, Datensiche-
rung, redundante Auslegung der Verfahrens-
komponenten, Notfall- und Ausfallkonzepte
sowie weitere Maßnahmen).
Nach einer Pilotierungsphase 2007 bis
2008 wurde die dauerhafte Erhebung, Füh-
rung und interne Bereitstellung der Be-
triebszustandsinformationen 2009 von der
AdV beschlossen. Damit ist sichergestellt,
Abb. 3: Messtechnik und Raumbezug dass die SAPOS-Betreiber diese hinsicht-
lich ihrer Bedeutung und Aussagefähigkeit
liegen die maximalen Abweichungen bei +6,9 cm bezie- wichtigen Daten als einheitliches Qualitätssicherungs-
hungsweise bei –5,2 cm. instrument nutzen. In einem regelmäßigen Reporting
Der Raumbezug 2016 betrachtet die bislang getrennten werden Betriebszustandsinformationen – die in Tab. 1
geometrisch und physikalisch definierten Komponenten dargestellten sogenannten »SAPOS-Statistiken« – von
somit ganzheitlich. Die Erneuerung des Deutschen Haupt- den Ländern erhoben und in einem jährlichen inter-
höhennetzes (DHHN2016) ist zentraler Baustein dieser nen Qualitätsbericht evaluiert (Rubach et al. 2015). Die
Strategie, weil zeitgleich zu den Messungen im DHHN SAPOS-Statistiken sollen nachfolgend kurz erläutert wer-
zwischen 2006 und 2012 eine epochengleiche GNSS- den (aus Jahn et al. 2017). Für 2016 werden wesentliche
Kampagne und Absolutschweremessungen erfolgten. Da- Qualitätskennzahlen auch im Qualitätsbericht (SAPOS
rüber hinaus wurde seit 2012 die Datengrundlage für das 2017) veröffentlicht. Diese Transparenz ist ein weite-
Quasigeoid kontinuierlich verbessert (Feldmann-Westen- res Alleinstellungsmerkmal des amtlichen Positionie-
dorff et al. 2016). rungsdienstes SAPOS gegenüber anderen kommerziellen
Diensten.
Die »Statistik 1 – Multipath« spiegelt die Qualität der
SAPOS-Referenzstationen wider. Die Ausbreitungsbe-
4 SAPOS-Qualitätsmanagement dingungen werden bundesweit nach gleichen Kriterien
erfasst, ausgewertet und länderübergreifend kennzahlen-
Mit der bereits angesprochenen Produktsicht hat die AdV basiert bereitgestellt. Die Multipathwerte können dabei
die Grundlage für ein transparentes Qualitätsmanage- als Indiz für die Eignung eines Standorts dienen. Bei zu
ment geschaffen, das mit der »Richtlinie für den einheitli- hohen Werten wurden in der Vergangenheit mehrfach
chen integrierten geodätischen Raumbezug des amtlichen Stationen verlegt.
Vermessungswesens in der Bundesrepublik Deutschland« Die mittlerweile zehnjährigen Zeitreihen der »Sta-
(AdV 2017) auf den gesamten geodätischen Raumbezug tistik 2 – Koordinatenmonitoring« stellen den SAPOS-
übertragen wurde (Heckmann et al. 2015). Betreibern und der Zentralen Stelle SAPOS eine nach
einheitlichen Kriterien aufgebaute Information über die
Tab. 1: SAPOS-Statistiken und deren Aufbereitung in den langfristige Stabilität des Referenzstationsnetzes zur Ver-
Bundesländern fügung. Sie sind damit in der Lage, die Stationskoordina-
1 Multipath der SAPOS ®-Referenzstationspunkte – NW ten der länderübergreifenden Vernetzung zu beurteilen,
jederzeit und dauerhaft die nach amtlichen Standards
2 Koordinatenmonitoring der Referenzstationspunkte
erzeugte Georeferenzierung verlässlich vorzuhalten und
im Postprocessing – BW
bundesweit gegenüber externen Kunden zu dokumen-
3 Langzeitverfügbarkeit der RINEX-Daten (GPPS) – MV tieren. Aktuell zeichnet sich ab, dass das Koordinaten
4 Verfügbarkeit der Datenströme an der Zentralen monitoring beispielweise auch als Referenzinformation
Stelle SAPOS ® – ZSS für die Auswertung der Radarinterferometrie genutzt
5 Qualität des SAPOS ® HEPS anhand des erreichten werden kann, so als Ansatz des Bodenbewegungsdienstes
Lösungsstatus und TTFA – BB Deutschland (BGR 2017).
Neben dieser Überwachung grundsätzlicher Stations-
6 Nutzerresonanz des SAPOS ® HEPS – BY
eigenschaften wird auch die Vollständigkeit der auf-
7 Genauigkeit des SAPOS ® HEPS anhand der RTK- gezeichneten Daten dokumentiert. Die RINEX-Daten
Monitorstationen – ST der Referenzstationen werden dauerhaft archiviert und
4 zfv xxx/2017 142. Jg.
Riecken/Kurtenbach, Der Satellitenpositionierungsdienst der deutschen Landesvermessung – SAPOS ® Fachbeitrag
jährlich in der »Statistik 3 – RINEX-Datenvollständigkeit« Die Qualität und Leistungsfähigkeit des SAPOS-Kern-
dokumentiert (Abb. 4, aus SAPOS 2017). dienstes HEPS wird anhand zweier Statistiken dokumen-
Daneben lässt sich in der »Statistik 4 – Verfügbar- tiert, die unter der Bezeichnung »Statistik 5 – HEPS-Quali-
keit der Echtzeitdatenströme an der ZSS« eine wesent- tät« geführt werden: a) die relative Anzahl der Messungen
liche Kenngröße des Echtzeitdienstes ablesen. Abb. 5, mit erreichtem Lösungsstatus 4 (fixed) zur Gesamtzahl der
aus (SAPOS 2017), zeigt, dass die Anzahl längerfristiger Datenabrufe und b) die durchschnittlichen TTFA (Time
Ausfälle von Referenzstationen einzelner Bundesländer To Fix Ambiguities, Zeit bis zur Mehrdeutigkeitslösung).
erheblich gesunken ist. Dies ist ein Erfolg der in den Län- Ermittelt werden beide Kennzahlen aus dem Datenstrom
dern ergriffenen Redundanzmaßnahmen. der Rover, die an die Länderzentralen gesendet und dort
verarbeitet werden. Für
beide Kennzahlen wird
auch ein Mittelwert aller
Abb. 4: Bundesländer berechnet.
Kontinuierliche Die in Abb. 6 dargestell-
Verbesserung te Statistik zeigt, dass im
der RINEX- Durchschnitt eine Mes-
Daten-Voll- sung mit SAPOS-HEPS in
ständigkeit deutlich weniger als einer
seit 2008 Minute zur gewünschten
zentimetergenauen Ko-
ordinate führt, bei einer
100
kontinuierlichen Absen-
90 kung der durchschnittli-
Länderausfälle Gesamtdeutschland
80 chen TTFA. Gleichzeitig
stieg der Anteil der Mes-
70
Mo-Fr 6-18 Uhr sungen mit dem erreichten
60
Mo-So 0-24 Uhr Lösungsstatus 4 (fixed) auf
Ausfälle
50 zuletzt fast 90 Prozent.
40 Dies ist zurückzuführen
Abb. 5: auf deutlich verbesserte
30
Anzahl der Algorithmen der zentralen
20
vollständigen Vernetzungskomponenten
10 Ausfälle ein- der Betreiber und der im
0 zelner Bundes- Feld eingesetzten moder-
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 länder nen Rovern.
Jahr
Die 2016 neu einge-
führte »Statistik 7 – HEPS-
Genauigkeit« aggregiert
Daten der Monitorstatio-
nen der SAPOS-Betreiber
durch den kontinuierli-
chen Vergleich hochge-
nauer Positionen der Rover
mit deren Sollkoordinaten.
Abb. 7 zeigt die stündli-
chen Standardabweichun-
gen dieser Vergleiche, ge-
trennt über einen Monat
(in der Regel mindestens
zehn Messungen pro Stun-
de). Gut erkennbar sind
die Abhängigkeiten der
HEPS-Genauigkeiten von
der Tageszeit, wobei sich
nachts, aufgrund geringe-
Abb. 6: Durchschnittliche TTFA des HEPS-Dienstes als fortgeschriebenes Mittel seit No- rer atmosphärischer Akti-
vember 2009 vität, bessere Ergebnisse
142. Jg. xxx/2017 zfv 5Fachbeitrag Riecken/Kurtenbach, Der Satellitenpositionierungsdienst der deutschen Landesvermessung – SAPOS ®
erzielen lassen. Die Bewer-
tung des jeweiligen Mo-
natsmittels zeigt, ob die in
der Produktdefinition an-
gegebenen Genauigkeits-
werte für den HEPS (Lage
1 bis 2 cm, Höhe 2 bis
3 cm) im bundesweiten
Mittel eingehalten werden
konnten.
Abschließend sei er-
wähnt, dass auch die Nut-
zerzahlen und das Nutzer-
verhalten in der »Statis-
tik 6 – HEPS-Nutzerreso-
nanz« dokumentiert und
den Ländern zugänglich
gemacht werden.
Abb. 7: HEPS-Lagegenauigkeit anhand der RTK-Monitorstationen für Juni 2017
5 Die Integration von Galileo in SAPOS Die Positionslösungen wurden mit den GPS-GLONASS-
Geräten schneller, verlässlicher und auch unter schwieri-
Beim Aufbau von SAPOS Ende der 90er Jahre wurden an- geren Bedingungen möglich.
fangs ausschließlich GPS-Signale genutzt. Dieses System Bereits 2006 wurde von der AdV die aktuelle Integra-
bildet seitdem verlässlich bis heute die solide Grundla- tion von Galileo in SAPOS beschlossen (AdV 2006), die
ge für SAPOS. Im Zeitraum von 2008 bis 2011 erreichte parallel auch auf die Signale des chinesischen Systems
das GLONASS-System den Vollausbau. In immer mehr Beidou erweitert wird. Durch Galileo und Beidou sind
geodätischen Empfängern konnte es verwendet werden. weitere positive Effekte zu erwarten, insbesondere bezüg-
Auch SAPOS wurde in diesen Jahren um GLONASS erwei- lich der Unabhängigkeit, Verlässlichkeit, Robustheit und
tert, für Nordrhein-Westfalen beispielsweise beschrieben der Initialisierungszeiten.
in Riecken und Ruf (2013). Diese Maßnahme hat für die Neben der Erweiterung von zwei auf vier Satelliten-
Nutzer von SAPOS vielfältige Vorteile mit sich gebracht. systeme steht auch der Übergang von der Zweifrequenz
Tab. 2: Geplante GNSS-Signale (RINEX observation codes) im SAPOS ab 2018
Freq. Band/ Channel oder Pseudo Carrier Doppler Signal
GNSS Frequency Code Range Phase (optional*) Strength
GPS L1 C/A C1C L1C D1C S1C
L2 Z-tracking or C2W L2W D2W S2W
similar (AS on)
L2C (L) oder C2L oder L2L oder D2L oder S2L oder
L2C (M) C2S L2S D2S S2S
L5 Q C5Q L5Q D5Q S5Q
GLONASS G1 C/A C1C L1C D1C S1C
G2 P C2P L2P D2P S2P
G3 (opt.*) Q C3Q L3Q D3Q S3Q
Galileo E1 C C1C L1C D1C S1C
E5a Q C5Q L5Q D5Q S5Q
E5b Q C7Q L7Q D7Q S7Q
E5(a+b) Q C8Q L8Q D8Q S8Q
BDS B1 I C2I L2I D2I S2I
B2 I C7I L7I D7I S7I
6 zfv xxx/2017 142. Jg.Riecken/Kurtenbach, Der Satellitenpositionierungsdienst der deutschen Landesvermessung – SAPOS ® Fachbeitrag
Tab. 3: Einführungsphase von Galileo im SAPOS
Jahr Einführungsschritte
2006 Strategische Entscheidung der AdV zur künftigen Integration von Galileo in SAPOS (ADV 2006)
14.12.2016 Declaration of Galileo Initial Services (http://europa.eu/rapid/press-release_IP-16-4366_en.htm)
2017 Satellitenkonstellation: Seit 2016 wurden weitere sechs Galileo-Satelliten erfolgreich in Betrieb genom-
men. Damit stehen aktuell insgesamt 14 Satelliten zur Verfügung. Die positive Entwicklung soll sich im
November 2017 und in 2019 mit Starts von je vier weiteren Satelliten fortsetzen. 2020 soll der Ausbau
abgeschlossen sein.
2017 Abschluss der Hardware-Beschaffungen (GNSS-Empfänger und -Antennen) in den Bundesländern.
Abschluss der Erweiterung der Vernetzungssoftware in den Bundesländern.
2.6.2017 Fortschreibung der SAPOS-Produktdefinition V 7.1 (Zu finden z. B. unter www.sapos.de/downloads.html.)
2018 Bereitstellung von Echtzeitdatenströmen (RTCM MSM5) an die Zentrale Stelle SAPOS (ZSS) und Infra
strukturkunden
ab 2018 Bereitstellung von RTCM MSM4 an Endkunden (SAPOS-HEPS)
ab 2018 Bereitstellung von RINEX 3.03 an Endkunden (SAPOS-GPPS)
verarbeitung zum Dreifrequenzbetrieb an. Die dritten dungen können einige Fehlereinflüsse bei hinreichend
Frequenzen der GNSS liefern höhere Signalqualität und langer Beobachtungsdauer bei der Positionsbestimmung
mehr Möglichkeiten für Linearkombinationen zur Aus- mitgeschätzt werden. In einer PPP-Echtzeitanwendung
wertung. Im Rahmen der Fortschreibung der SAPOS-Pro- hingegen müssen die Modellparameter der Fehlerein-
duktdefinition wurden unter Einbeziehung der GNSS- flüsse vorab dem Rover übermittelt werden. Dabei ist
Gerätehersteller die in Tab. 2 dargestellten Signalkombi- die Gesamtheit aller einwirkenden Fehler mit einer sehr
nationen festgelegt. hohen Genauigkeit in Echtzeit zu bestimmen, da sie un-
Der Zeitplan für die Einführungsphase von Galileo im mittelbar die Performance der Positionsbestimmung des
SAPOS wird in Tab. 3 dargestellt. Rovers beeinflussen. Für hochgenaue SSR-Anwendungen
in Echtzeit sind weiterhin Referenzstationsnetze für die
Berechnung lokaler Fehlereinflüsse erforderlich. Der amt-
liche Raumbezug wird deshalb auf ein SAPOS-Referenz-
6 Tendenzen/Ausblick stationsnetz nicht verzichten können, so wie schematisch
in Abb. 8 dargestellt.
Derzeit basieren alle SAPOS-Dienste auf dem Verfahren Da die internationalen Standardisierungsgremien die
der differentiellen GNSS-Positionierung. Dabei werden erforderlichen Standards noch nicht verabschiedet ha-
die verschiedenen GNSS-Fehler durch Differenzbil- ben, werden zusehends Standards einzelner Interessens-
dung zwischen den Beobachtungen des Rovers und der gruppen genutzt, die aber im Gegensatz zu den propri-
Referenzstation(en) eliminiert. Man spricht deshalb auch etären Firmenformaten offengelegt sind und sich daher
von der Modellierung im Beobachtungsraum (OSR – Ob- zu einem De‑Facto-Standard entwickeln. Innerhalb von
servation Space Representation). SAPOS werden beide Entwicklungen aktiv verfolgt. So
Das Verfahren »Precise Point Positioning«
(PPP) basiert im Gegensatz zur differentiel-
len Positionierung auf einer autonomen Ein-
zelpunktbestimmung des Rovers. Die ver-
schiedenen GNSS-Fehler (im Wesentlichen
Satellitenbahnfehler, Satellitenuhrfehler,
Code- und Phasen-Biases, sowie ionosphä-
rische und troposphärische Refraktionsein-
flüsse) müssen in diesem Fall explizit mo-
delliert beziehungsweise berechnet werden.
Man spricht deshalb von der Modellierung
im Zustandsraum (SSR – State Space Repre-
sentation), da im Prinzip der Signalweg vom
Satelliten zum Rover modelliert wird und
damit die oben beschriebenen Fehlereinflüs-
se direkt berücksichtigt werden (Wübbena
et al. 2005). In PPP-Postprocessing-Anwen- Abb. 8: Tendenzen und Potenziale von PPP-SSR
142. Jg. xxx/2017 zfv 7Fachbeitrag Riecken/Kurtenbach, Der Satellitenpositionierungsdienst der deutschen Landesvermessung – SAPOS ®
ADV, BDVI (2005): Gemeinsame Positionspapiere von AdV und BDVI
hat eine SAPOS-Projektgruppe 2016 eine prototypische verabschiedet. www.geobasis-bb.de/verm_bb/pdf/1_11_Tilly_59-62.
SSR-Testumgebung aufgebaut. Alle interessierten Hard- pdf, letzter Zugriff 27.7.2017.
und Software-Entwickler können nach Registrierung die BGR (2017): Bodenbewegungsdienst Deutschland. www.bgr.bund.de/
DE/Themen/GG_Fernerkundung/Projekte/laufend/Radar/BBD.html,
hier in verschiedenen Ausbaustufen bereitgestellten SSR-
letzter Zugriff 16.8.2017.
Datenströme für eigene Entwicklungen prototypische DVW (Hrsg.) (2017): GNSS 2017 – Kompetenz für die Zukunft. DVW-
nutzen und so die weitere Verbreitung von SSR-Anwen- Schriftenreihe, Band 87, Augsburg. http://geodaesie.info/sr/
dungen forcieren. gnss-2017-kompetenz-fuer-die-zukunft/6245/80, letzter Zugriff
16.8.2017.
In diesem Zusammenhang zeichnet sich beim »auto
Elsner, C., Hankemeier, P., Pahler, K., Rosenthal, G., Sorge, B. (2004):
matisierten und vernetzten Fahren« das Potenzial der Ergebnis der Expertengruppe GPS-Referenzstationen im Arbeitskreis
Nutzung von SAPOS zur »Hochgenauen Fahrzeugnavi- Raumbezug einschließlich weiterer Entwicklungen. AdV 2004. www.
gation« ab. Am 3./4.7.2017 wurde von Fraunhofer IIS adv-online.de/adv-produkte/sapos/veroeffentlichungen-sapos, letz-
ter Zugriff 2.8.2017.
und Bertrandt eine Live-Demo zum Thema »Automati-
Feldmann-Westendorff, U., Liebsch, G., Sacher, M., Müller, J., Jahn,
siertes Halten an der Stopplinie« in Regensburg durch- C.‑H., Klein, W., Liebig, A., Westphal, K. (2016): Das Projekt zur
geführt. Neben Pressevertretern des Bayerischen Rund- Erneuerung des DHHN: Ein Meilenstein zur Realisierung des integ-
funks waren Vertreter der Entwicklungsabteilungen der rierten Raumbezugs in Deutschland. In: zfv – Zeitschrift für Geodä-
sie, Geoinformation und Landmanagement, Heft 5/2016, 141. Jg. S.
Automobilindustrie anwesend (z. B. Bosch und Continen-
354–367. DOI: 10.12902/zfv-0140-2016.
tal Automotive). Bei der Live-Demo hielt ein Audi-Test- Geobasis.NRW (2017): Details zum SAPOS-HEPS in Nordrhein-West-
wagen präzise an einer Stopplinie ausschließlich mittels falen. www.bezreg-koeln.nrw.de/brk_internet/geobasis/raumbezug/
präziser Satellitenpositionierung, d. h. die Stopplinie war sapos/heps/details_heps.pdf, letzter Zugriff: 25.8.2017.
Heckmann, B., Berg, G., Heitman, S., Jahn, C.‑H., Klauser, B., Liebsch,
in einer digitalen Karte hinterlegt. Im Auto selbst wa-
G., Liebscher, R. (2015): Der bundeseinheitliche geodätische Raum-
ren verschiedene Low-Cost-RTK-Empfänger verbaut, die bezug – integriert und qualitätsgesichert. In: zfv – Zeitschrift für
RTK-Referenzdaten via Digital Radio DAB+ im Format Geodäsie, Geoinformation und Landmanagement, Heft 3/2015, 140.
RTCM3 erhielten. Die Referenzdaten wurden dabei vom Jg., S. 180–184. DOI: 10.12902/zfv-0069-2015.
Jahn, C.‑H., Riecken, J., Trautvetter, C., Freitag, M., Kurtenbach, E., Fa-
bayerischen SAPOS-HEPS bereitgestellt (Virtuelle Re-
bian, G., Dick, H.‑G.: Quo vadis S APOS ®? – Zukünftige Entwick-
ferenzstation). Für die Etablierung im Massenmarkt ist lungen des Positionierungsdienstes der Landesvermessung. In: DVW
aber die Nutzung von Broadcast-Korrekturen, die keine e. V. (Hrsg.): GNSS 2017 – Kompetenz für die Zukunft. DVW-Schrif-
bidirektionale Kommunikation benötigen, vorteilhaft tenreihe, Band 87, Augsburg. http://geodaesie.info/sr/gnss-2017-
kompetenz-fuer-die-zukunft/6245/80, letzter Zugriff 16.8.2017.
(SSR-Broadcast-Lösung), dies in Verbindung mit offenen
QZSS (2017): Informationsseite. http://qzss.go.jp/en/overview/services/
Formaten (Standardisierung) und serienreifen Low-Cost- sv06_clas.html, letzter Zugriff 24.8.2017.
Empfängern auf Nutzerseite. Diese Entwicklung ist bisher Riecken, J., Ruf, B. (2013): Die Integration von GLONASS in SAPOS ® –
noch prototypisch und sie ist vordringlich mit der Fra- Eine Blaupause für Galileo! In: zfv – Zeitschrift für Geodäsie, Geoin-
formation und Landmanagement, Heft 6/2013, 138. Jg., S. 385–390.
ge der Standardisierung und mit der Entwicklung von
Rubach, J., A. Brünner, H.‑G. Dick, U. Feldmann-Westendorff, E. Kur-
Konvertern verbunden, die die Nutzung vorhandener und tenbach, P. Wagenführ (2015): Das SAPOS-Qualitätsmanagement der
preisgünstiger RTK-Rover-Hardware in den Fahrzeugen Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen der Länder der
erlauben (Abb. 8). Deutschlandweite SSR-Korrekturen Bundesrepublik Deutschland. www.adv-online.de/AdV-Produkte/
SAPOS/Veroeffentlichungen-SAPOS, letzter Zugriff 27.7.2017.
könnten so zukünftig unidirektional via DAB+ bereit-
SAPOS (2017): Qualitätsbericht 2017. www.adv-online.de/AdV-Pro
gestellt werden. Ziel bleibt dabei die nutzerseitige Eta- dukte/SAPOS/Veroeffentlichungen-SAPOS, letzter Zugriff 27.7.2017.
blierung serienreifer, originärer PPP-Empfängersysteme, Winter, V. (2017): Eine Untersuchung zur praktischen Genauigkeit der
die mit einem offenen SSR-Standard arbeiten. Als Ver- Höhenbestimmung mittels SAPOS (GNSS) nach Einführung des
GCG2016 als Komponente des integrierten geodätischen Raumbezug
gleich sei angeführt, dass Japan bereits heute mit dem
2016. Bachelorarbeit Universität Bonn, 8.6.2017.
Centimeter Level Augmentation Service des Quasi-Zenith Wübbena, G., Schmitz, M., Bagge, A. (2015): PPP-RTK: Precise Point Po-
Satellite System »QZSS CLAS« eine infrastrukturelle SSR- sitioning Using State-Space Representation in RTK Networks. 18th
Grundversorgung anbietet (QZSS 2017). International Technical Meeting, ION GNSS-05, September 13-16,
2005, Long Beach, California. Abstract: www.ion.org/publications/
Es bleibt abzuwarten, wie diese »Massenmarkt«-Ent-
abstract.cfm?articleID=6467, letzter Zugriff 27.7.2017.
wicklungen die gesamte Korrekturdatenbereitstellung be-
einflussen werden.
Kontakt
Dr.-Ing. Jens Riecken
Leiter des Arbeitskreises Raumbezug der AdV
Literatur c/o Bezirksregierung Köln, Geobasis.NRW
AdV (2006): Plenums-Beschluss 118/5 »Eckpunkte ›Zukünftiges jens.riecken@bezreg-koeln.nrw.de
SAPOS‹«.
AdV (2015a): AdV-Gebührenrichtlinie – AdV-GR, Version 3.0, vom Dr.-Ing. Enrico Kurtenbach
23.9.2015. Leiter der Projektgruppe »SAPOS Qualitätsmanagement« des
AdV (2015b): Strategie der AdV zur Bereitstellung der Geobasisdaten Arbeitskreises Raumbezug der AdV
über Geodatendienste. Version 1.0, Stand 17.8.2015. c/o Bezirksregierung Köln, Geobasis.NRW
AdV (2017): Richtlinie für den einheitlichen integrierten geodätischen enrico.kurtenbach@bezreg-koeln.nrw.de
Raumbezug des amtlichen Vermessungswesens in der Bundesrepu-
blik Deutschland. Version 3.0. www.adv-online.de/AdV-Produkte/
Festpunkte, letzter Zugriff 24.8.2017. Dieser Beitrag ist auch digital verfügbar unter www.geodaesie.info.
8 zfv xxx/2017 142. Jg.Sie können auch lesen
