von Volker Spreckels (RAG) und Florian Schäfer (ALLSAT)
Forschungsprojekt
Im Jahr 2019 startete die RAG Aktiengesellschaft in Zusammenarbeit mit der ALLSAT und anderen Partnern ein Forschungsprojekt mit dem Kurztitel: „GNSS Monitoringnetze“. Kernaufgabe dieses Projektes ist der Aufbau und die Einrichtung eines hochgenauen GNSS-Referenzstationsnetzes für die Bereiche des Grubenwasseranstiegs und des Altbergbaus an der Ruhr. Eine zentrale Rolle dieses Vorhabens spielt das Monitoringportal GLOMON der ALLSAT. Darin werden alle GNSS basierenden Daten gesammelt, verarbeitet und mit den Meteo-Daten der Stationen für alle Projektteilnehmer bereitgestellt.
Neben dem Betrieb und der Weiterentwicklung des GLOMON-Portals ist die ALLSAT für die Errichtung der GNSS-Stationen verantwortlich (Abb. 1). Bereits seit 2014 betreibt die RAG gemeinsam mit der ALLSAT lokale Referenz- und Monitoringstationen. Dieses Netz ist in den letzten Jahren stetig gewachsen und zählt mittlerweile 18 Referenz- und Roverstationen an der Ruhr (Abb. 2), fünf Stationen in Ibbenbüren sowie sechs Multisensor Referenzstationen – MSST (s. ALLSAT Journal 2020) an der Saar. Weitere Stationen an der Ruhr sind für die kommenden Jahre bereits geplant. Erweitert werden die Netze durch SAPOS-Stationen aus Nordrhein-Westfalen, Niedersachsen und dem Saarland. Die Auswertung aller Netze erfolgt flexibel mittels WaPNet (WaSoft) oder GNSMART (Geo++).
und neun SAPOS-Stationen (weiß) (Artikel: GNSS-Referenzstationsnetze der RAG)
GLOMON meets PANDA
Eine der größten Neuerungen ist die Integration des Programmsystems PANDA der GEOTEC GmbH in GLOMON und die damit verbundene dynamische Netzausgleichung. Diese Vorgehensweise revolutioniert den seit Jahrzehnten gültigen Ansatz der stabilen Referenzpunkte für geodätische Monitoringaufgaben. Die klassische Herangehensweise an solche Messungen ist die Annahme eines stabilen Referenzrahmens über einen langen Zeitraum (Nullmessung). Dabei werden lokale Messungen an übergeordnete, vermeintlich stabile Referenzpunkte, wie beispielsweise SAPOS-Stationen, angeschlossen. Doch auch diese äußeren Bezugspunkte können Bewegungen unterliegen, welche unter Annahme der Stabilität auf die lokalen Messungen projiziert werden.
Zur Auflösung dieses Problems werden alle GNSSStationen nach dem Post-Processing und der Netzausgleichung einer Deformationsanalyse unterzogen, um verschobene Punkte zu detektieren. Weiterhin soll das Konzept der „zeitinvarianten Referenzstationskoordinaten“ überdacht werden. Das bedeutet, dass als verschoben detektierte Referenzstationen nicht grundsätzlich aus der Netzauswertung ausgeschlossen werden, sondern deren Bewegungsverhalten durch zeitvariante Koordinaten beschrieben wird (Abb. 3). Mit der Einführung von Bewegungsmodellen für Referenzstationen wirken deren Bewegungen nicht länger auf lokale Messungen oder auf Monitoringstationen ein.
Der Verlauf des Höhenwertes 1 zeigt eine deutliche jährliche Periodizität (Artikel: GNSS-Referenzstationsnetze der RAG)
Für diese Vorgehendweise wurde das seit Jahren entwickelte Programmsystem PANDA von der GEOTEC GmbH so weiterentwickelt, dass die beschriebenen Herausforderungen gelöst werden können. Die Integration in GLOMON resultiert in einer tagesaktuellen Referenzstationskoordinate, welche die langfristige Bewegung der Referenzstation beschreibt.
Online Post-Processing
Eine weitere Neuerung in GLOMON ist die Möglichkeit des automatisierten Post-Processings von hochgeladenen GNSS-Beobachtungsdateien. Dabei kann der Nutzer sowohl Rohdaten aller namhafter Hersteller, als auch RINEX Beobachtungsdaten hochladen. In einem komplett automatisierten Prozess werden die Daten für die Auswertung vorbereitet, geeignete Referenzstationen anhand der Nutzerposition aus dem RAG-Netz ausgewählt und über eine berechnete virtuelle Referenzstation die hochgeladene Datei prozessiert.
Diese Neuerung soll beispielsweise Anwendung finden bei der Berechnung von lokalen Passpunkten für Befliegungskampagnen im Rahmen des Altbergbaumonitorings der RAG und auch für Copter-Befliegungen.
Grundsätzlich hat mit dieser Funktion jeder die Möglichkeit, eine präzise Position berechnen zu können, ohne selbst über die notwendigen Voraussetzungen für eine Auswertung im Post-Processing verfügen zu müssen.
