Der GIS-Antrag erfordert eine lagegenaue Abbildung Ihrer Schläge, Landschaftselemente und Korrekturpunkte. Mit der Digitalisierung am Bildschirm, noch dazu mit der vorgegebenen Quadratmetergenauigkeit (4 Kommastellen!) ist man da schnell überfordert. Um sich ein Abbild der tatsächlichen Flächenverhältnisse draußen auf dem Acker zu verschaffen, führt kein Weg an einer genauen GPS-Vermessung in entsprechender Qualität vorbei. Liegen die Vermessungsdaten dann als Shape-Datei in ETRS89 mit zugehöriger UTM-Zone vor, können diese direkt im Antragsprogramm (Teil AgroView) eingelesen werden, als sichtbare Ebene zum Vergleichen, oder auch gleich direkt als zu beantragende Schläge. Worauf Sie achten sollten, beschreibt unser folgender Newsletter März 2016.
Anforderungen an den GPS-Empfänger
In der letzten Zeit erreichten uns viele Anfragen zum Thema Anforderungen an GPS Systeme für den GIS-Antrag. Beim Studium der Dokumente der Landesanstalten/-ämtern kristallisieren sich folgende wiederkehrende Anforderungen heraus:
- mindestens 12 Kanal Empfänger
- Systemgenauigkeit <= 1 m
- Korrekturverfahren Differential GPS (DGPS) oder RTK
- Qualitätsparameter für GPS-Messungen:
– Satellitenzahl >= 4
– PDOP (Positionsgenauigkeit 3D) <= 8
Aktuelle Empfänger können wesentlich mehr als 12 Kanäle empfangen, z.B. Produkte auf der Basis des weitverbreiteten Chips U-Blox Neo-7 haben 56 Kanäle. Bei älteren Empfängern hilft es den Verkäufer zu fragen, oder eine Suchmaschine zu bemühen.
Die Systemgenauigkeit von GPS- Systemen bei guten Bedingungen ohne die Nutzung von Korrektursignalen liegt zwischen 5 m und 20 m. Um in den Genauigkeitsbereich <= 1 m zu kommen, benötigt man GPS Korrekturverfahren von denen in der Praxis folgende in Gebrauch sind:
1. DGPS
Mithilfe eines Netzes von Referenzstationen werden die Signalverzögerungen der GPS-Signale auf dem Weg zur Erde gemessen und für das vom System abgedeckte Gebiet interpoliert. Aus diesen Informationen werden Korrekturdaten für die Pseudostrecke zu allen sichtbaren Satelliten berechnet und in einem standardisierten Format dem Nutzer in Echtzeit zur Verfügung gestellt. Bei der Nutzung qualitativ hochwertiger DGPS-Empfänger beträgt die Systemgenauigkeit über die verschiedenen Systeme hinweg <= 1m. Unterschiede gibt es hingegen in der Bereitstellung der Korrektursignale, diese können via Satellit, Funk (Mittelwelle) oder via Internet bereitgestellt werden. Im folgenden gehe ich auf die verschieden DGPS-Systeme ein.
1.1 EGNOS 
Der Vorteil vom DGPS mit SBAS („Satellite Based Augmentation System“, deutsch satellitenbasierte Ergänzungssysteme) besteht darin, dass über geostationäre Satelliten die kostenlosen EGNOS-Korrekturdaten genutzt werden. Es ist kein zusätzlicher Korrekturdatenempfänger notwendig. Somit ist diese Variante die günstigste.
Der Nachteil des Verfahrens besteht darin, das für den Empfang des Korrektursignals freie Sicht nach Süden benötigt wird und das die entsprechenden geostationären Satelliten (ähnlich den Satelliten für den Fernsehempfang) in unserer Region relativ tief über dem Horizont stehen. In der Praxis ist somit dieses Korrektursignal wegen Abschattung (z.B. durch das Relief oder Wald) nicht immer verfügbar.
1.2 SAPOS EPS 
Der Vorteil von SAPOS EPS, als offizielle Korrekturdaten der Landesvermessung, besteht darin, dass das Korrektursignal über eine Internetverbindung (Handy als WLAN Hotspot oder integriertes LTE- Modem) zur Verfügung gestellt wird. Somit benötigt man weder eine Sichtverbindung zu einem bestimmten Satellit, noch einen zusätzlichen Beacon-Empfänger mit großer Antenne. Über Ntrip werden Korrekturen für GPS und GLONASS gesendet.
Der Nachteil des Verfahrens besteht darin, das zum einen die Nutzung des SAPOS-EPS Signals nicht kostenlos ist (in Sachsen 150,- € pro Jahr) und bei fehlender Mobilabdeckung (obwohl der LTE Ausbau sehr fortgeschritten ist) dieses Verfahren nicht nutzbar ist. Allerdings schalten die bekannten Empfänger in diesem Fall auf EGNOS-Korrekturdaten um.
Alternativ zu SAPOS EPS gibt es noch andere Anbieter von kostenpflichtigen Korrektursignalen.
1.3 BEACON/Küstenfunk
Der Vorteil vom BEACON/Küstenfunk besteht darin, dass das Korrektursignal über Mittelwelle gesendet wird und somit keine Sichtverbindung zu einem bestimmten Satelliten bestehen muss. Es muss auch keine Internetverbindung wie bei SAPOS EPS vorhanden sein. Die deutschen Binnensender (Koblenz, Iffezheim, Bad Abbach und Mauken) senden auch Korrekturdaten für GLONASS.
Der Nachteil des Verfahrens besteht darin, dass zum Einsatz des Verfahrens extra ein Mittelwellenempfänger mit Antenne (intern oder extern) benötigt wird, dies erhöht die Anschaffungskosten, das Gewicht und den Stromverbrauch des GPS Systems.
2 RTK
Der hohen Genauigkeit von 2 cm stehen die hohen Kosten der Zweifrequenz RTK- Systeme in der Anschaffung und dem Betrieb (Kosten der RTK Basisstation bzw. jährliche Kosten für das Referenzsignal) entgegen. Preiswerte Einfrequenzempfänger kommen langsam auf den Markt und für Vermessungszwecke steht das RTK-Referenzsignal SAPOS HEPS der jeweiligen Landesvermessungsämter zur Verfügung. Allerdings ist ein RTK-System für die Eigenvermessung im Rahmen des GIS-Antrags (wo es eher auf stimmige Flächengrößen ankommt) überdimensioniert, ein gutes DGPS System ist völlig ausreichend.
Qualitätsparameter für GPS-Messungen
Prinzipiell
Egal welches Korrekturverfahren eingesetzt wird, Grundlage ist immer eine möglichst genaue GPS Messung. Ist dies nicht der Fall kann auch kein so genaues Korrekturverfahren dieses Manko ausgleichen! Als Information für den Nutzerdienen die aktuell empfangene Satellitenzahl sowie die DOP-Werte (Dilution of Precision -> Verringerung der Genauigkeit) die auf die räumliche Verteilung der empfangenen Satelliten hinweist.
Anzahl der Satelliten
Um eine dreidimensionale Position (Länge, Breite, Höhe) bestimmen zu können, ist der Empfang von minimal vier Satelliten notwendig. Mehr Satelliten verbessern die Genauigkeit.
Satellitenverteilung
Ideal ist, wenn mindestens vier Satelliten sichtbar sind, die in den vier Himmelsrichtungen möglichst weit auseinanderstehen, aber dennoch mindesten 10° über dem Horizont. Die Winkel der Verbindungslinien zwischen dem zu vermessenden Punkt und den Positionen der Satelliten müssen möglichst groß sein. Sind die Winkel zu klein, ist eine exakte Positionsbestimmung nicht möglich. Sichtbar heißt hier nicht sehen im eigentlichen Sinn, das klappt nicht mal nachts, bei einer Entfernung von ca. 25000 km sind die GPS- Satelliten zu klein (600-1500 kg), im Gegensatz z.B. zur ISS, die in klaren Nächten und entsprechender Konstellation sehr gut zu sehen ist (nur 400 km weit weg und 455 t „groß“). Sichtbar heißt eben hier 10° über dem Horizont stehen.
Links großer Winkel zwischen den Satelliten => guter DOP Wert
rechts kleiner Winkel => schlechter DOP Wert
Anforderungen an die Vermessungslösung bezüglich der Referenzsysteme WGS84 und ETRS89
WGS84 bezeichnet ein weltweites geodätisches Referenzsystem, auf dessen Grundlage Positionen auf der Erde und im erdnahen Raum bestimmt werden, alle GPS Empfänger nutzen dieses System. ETRS89 wiederum ist das offizielle geodätische Referenzsystem in Europa, d.h. beim Datenaustausch mit Behörden wie z.B. beim GIS-Antrag muss zwingend dieses Koordinatensystem angewandt werden. Daraus folgt, dass die genutzte Vermessungslösung die Umwandlung zwischen beiden Referenzsystemen fehlerfrei beherrschen sollte.
Fazit
Die Anforderungen der Landesanstalten/-ämter an die in der Eigenvermessung eingesetzten GPS Systeme ist auf so einem hohen Niveau, das alte über Jahre eingesetzte Technik, diese Anforderungen nicht immer erfüllen. Vor allem, wenn man gegenüber den Ämtern belastbare Vermessungsargumente in der Hand halten möchte, empfiehlt sich der Einsatz eines DGPS Systems mit den offiziellen Korrekturdaten der Landesvermessung.
Vermessungslösungen, die den Korrekturdienst EPS (DGPS) nutzen können und die Daten im erforderlichen Format (in Sachsen das Lagereferenzsystem ETRS89_UTM33) ausgeben, finden Sie in unserem Webshop (www.exagt-shop.de). Die HEPS Variante (RTK) befindet sich in der Testphase, bei Verfügbarkeit werden wir Sie informieren. Den Kunden, die bei uns bereits eine Vermessungslösung gekauft haben, bieten wir Updatemöglichkeiten an.
arnim.grabo@exagt.de
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Wenn man sich die technischen Daten des SAPOS Korrektursignals auf dem Papier so anschaut, denkt man schnell „kennen wir alles, bieten andere Korrekturdatenanbieter genauso an“. Die Praxis des Jahres 2016 zeigte jedoch, dass die versprochenen Genauigkeiten mit Hilfe der SAPOS Korrektursignale im Gegensatz zu anderen Korrektursignalen in der Praxis auch eingehalten werden.
Ganz links die hier ausgelieferte Konfiguration, daneben montiert am Quad, durch die Holzlatte wird die GPS-Antenne auf der Feldgrenze positioniert, die Plastetüte dient zum Schutz gegen Schmutz. Rechts die Variante im SUV mit offenem Schiebedach (die GPS-Antenne hat auch hier genug Satelliten empfangen =;-) ), hier wird der Versatz zur realen Feldgrenze mit einer Funktion von „NAVIKAT Vermessung“ nachträglich korrigiert.
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