Strategien für Benutzer von Basisstationen in tektonisch aktiven Zonen

Case Study

Autor: Penny Boviatsou

Erdbeben entstehen durch die Bewegung tektonischer Platten. Wenn sich zwei Platten stetig aufeinander zu bewegen, bauen sich Spannungen innerhalb des Gesteins auf. Diese entladen sich, wenn sie zu stark werden: Es kommt zu einem tektonischen Beben an den Plattengrenzen.

Neuseeland liegt auf der Grenze zwischen der Australischen und der Pazifischen Platte. Sie stoßen entlang einer gekrümmten Grenze aufeinander und schieben sich aneinander vorbei – eine Reihe kleiner, schneller Bewegungen verbunden mit Erdbeben.

SmartFix, das auf dem weltgrößten Basisstationsnetz HxGN SmartNet beruht, ist mit über 70 Stationen im Land das am besten ausgebaute GNSS-Basisstationsnetz. SmartFix liefert zentimetergenaue kinematische Echtzeit-Korrekturen, Auswertungslösungen und GIS-Korrekturen mit Genauigkeiten von weniger als einem Meter. Bei HxGN SmartNet handelt es sich um einen integrierten GNSS-Netzwerk-RTK- und Korrekturdienst, der rund um die Uhr in Betrieb ist und das umfassendste Basisstationsnetz der Welt nutzt, um die rasche und präzise Positionsbestimmung mit GNSS-fähigen Geräten zu ermöglichen. „SmartFix bietet unseren Kunden die Vorteile von kinematischen Echtzeit-Korrekturdaten (RTK) über das Internet sowie RINEX-Dateien für die Auswertung”, so Bruce Robinson, der Geschäftsführer von Global Survey Limited. „Für jeden GPS- oder GNSS-Empfänger, der sich mit dem Internet verbinden kann, liefert SmartFix die benötigten Daten.“


ERDBEBEN ERSCHÜTTERN NEUSEELAND

Es treten zwei verschiedene Arten von Erdbeben auf: Tiefenbeben unter der Nordinsel formen eine ausgeprägte seismische Zone, die von Marlborough nach Nordosten zur Vulkaninsel White Island verläuft. Oberflächennahe Erdbeben treten tendenziell im Südosten dieser seismischen Zone auf, während Tiefenbeben eher im Nordwesten üblich sind.

GeoNet, ein gemeinsames Projekt der Earthquake Commission (EQC) sowie von GNS Science und Land Information New Zealand, überwacht alle geologischen Gefährdungen im Land und erfasst 50 bis 80 Erdbeben pro Tag – ca. 20.000 im Jahr. Erdbeben sorgen für eine laufende Veränderung des Landschaftsbilds. Obwohl viele der Beben klein und nicht wahrnehmbar sind, ist das Ergebnis messbar und lokal unterschiedlich.

Bei den Stichworten „messbar“ und „lokal unterschiedlich“ kommt das SmartFix-Basisstationsnetz ins Spiel. Oft treten schnelle, gleichzeitig lateral und vertikal verlaufende Bewegungen auf. Sie sind eine Herausforderung für die zuverlässige vermessungstechnische Überwachung sowie für die Betreiber von Basisstationsnetzen.


ERFORSCHUNG DER SEISMISCHEN AKTIVITÄT

Obwohl sich Neuseeland unter dem tektonischen Einfluss ständig verändert, ist das geodätische Datum des Landes zur Bereitstellung konstanter, unveränderlicher Koordinaten für Elemente konzipiert.

Ein geodätisches Datum beschreibt die Lage von Koordinaten, Längen und Breiten oder Höhen, relativ zu einem Bezugspunkt. Projektionen sind unterschiedliche Möglichkeiten der Repräsentation einer Position in einem Datum, beispielsweise als Nord- und Ostwerte auf topografischen Karten. Gemeinsam definieren sie die Koordinatensysteme Neuseelands. Damit die Veränderungen berücksichtigt werden können, verändert sich das Datum gemeinsam mit der Landmasse – es handelt sich also um ein in Bezug auf die tektonische Platte fixiertes Datum.

Das geodätische Datum Neuseelands trägt die Bezeichnung NZGD2000 und basiert auf dem International Terrestrial Reference Frame (ITRF) 1996 in der Position am Bezugselement zum Stichtag 1. Januar 2000. Aufgrund der Verformung des Datums reflektieren die NZGD2000-Koordinaten nicht mehr die wahren Positionen der Punkte relativ zueinander.

Die lokale Verzerrung ist jedoch gering, sodass die Verformung bei den meisten Anwendungen nicht ins Gewicht fällt. Entsprechend können Distanzen, Azimute und Flächen direkt auf der Basis von NZGD2000-Koordinaten berechnet werden. Allerdings muss die Verformung von den Administratoren der Basisstationen laufend berücksichtigt und angepasst werden.

Für jedes Jahr seit 2000 entspricht der Fehler maximal einem Millimeter pro Kilometer. Auf regelmäßiger Basis wird ein neues Deformationsmodell angewendet, um Verformungen durch Erdbeben, Berechnungen der NZGD2000-Koordinaten und präzisere Messungen des Deformationsmodells einzubeziehen.


HERAUSFORDERUNGEN BEIM BETRIEB EINER BASISSTATION IN NEUSEELAND

Das NZGD2000-Datum wurde am 1. Januar 2000 festgelegt – und das war auch der letzte Tag, an dem alle Werte in Bezug zueinander gestimmt haben. Zwischen 2000 und heute liegen 17,5 Jahre Differenzialbewegung, und obwohl sich die Koordinaten des Bezugspunkts nicht geändert haben, hat sich seine relative Position doch verschoben. Ein heute von drei verschiedenen Basisstationen aus vermessener Punkt wird – abhängig von den verwendeten Basisstationen – wahrscheinlich drei verschiedene NZGD2000-Koordinaten aufweisen.

„Ein wichtiges Element unserer Tätigkeit als Administratoren von SmartFix hier in Neuseeland ist die Aufklärung und Weiterbildung unserer Kunden, weil es unerlässlich ist, dass sie die geodätischen Konsequenzen ihrer Stationswahl verstehen“, erklärt Robinson.

Eine weitere Herausforderung ist die Bereitstellung und Auswahl der beiden Koordinaten für die Basisstationen, welche die Leica GNSS-Spider-Basisstationssoftware erfordert. Bei diesen beiden Koordinaten handelt es sich um die aktuellen Epochenkoordinaten zur Gewährleistung der Zuverlässigkeit des Netzwerks und der NZGD2000-Koordinate. Die GNSS-Spider-Lösung ist ein integriertes Softwarepaket zur zentralen Überwachung und Steuerung von GNSS-Basisstationen und -Basisstationsnetzen.


EINE ZUVERLÄSSIGE, EFFIZIENTE LÖSUNG

Die Nutzung eines Netzwerks wie HxGN SmartNet bzw. SmartFix spart den Teams im Feld Zeit, da die Aufstellung und Einrichtung einzelner Basisstationen entfällt.

Bisher musste man

  • GPS-Empfänger,

  • Akkus und Kabel,

  • zwei Funkgeräte sowie

  • Stativ und Lotstab herumtragen und

  • für jedes Projekt eine eigene lokale Basisstation einrichten.

Heute haben Nutzer des Basisstationsnetzes nur eine GPS- oder GNSS-Smartantenne (Rover) mit integriertem Modem oder ein externes Mobiltelefon bei sich und verwenden diese Geräte für den raschen Zugang zu einem Netzwerk fixer Basisstationen. Anhand der kombinierten Daten dieser fixen Basisstationen werden RTK-Korrekturen generiert, die eine höhere Positioniergenauigkeit auf wesentlich größere Entfernungen bieten als herkömmliche Funklösungen.

„Bei Survey Global arbeiten wir intensiv an der Ausweitung unseres SmartFix-Netzwerks“, sagt Robinson. „Trotz der tektonischen Erschwernisse bietet es unseren Kunden zuverlässige, wiederholgenaue NZGD2000-Koordinaten und ermöglicht so höhere Effizienz und die Fertigstellung von Vorhaben pünktlich und innerhalb des finanziellen Rahmens.“

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