Entwicklung und Erprobung eines digitalen Zenitkamerasystems für die hochpräzise Lotabweichungsbestimmung:
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Veröffentlicht: |
Hannover
Univ., Fachrichtung Vermessungswesen
2004
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WISSENSCHAFTLICHE ARBEITEN
DER FACHRICHTUNG VERMESSUNGSWESEN DER UNIVERSITAET HANNOVER ISSN
0174-1454
NR. 253
ENTWICKLUNG UND ERPROBUNG
EINES DIGITALEN ZENITKAMERASYSTEMS FUER DIE HOCHPRAEZISE
LOTABWEICHUNGSBESTIMMUNG SUB GOETTINGEN 7
218 065 434
2005 B 25010
VOM FACHBEREICH BAUINGENIEUR- UND VERMESSUNGSWESEN DER UNIVERSITAET
HANNOVER ZUR ERLANGUNG DES GRADES
DOKTOR - INGENIEUR
GENEHMIGTE DISSERTATION VON DIPL.-ING. CHRISTIAN HIRT
HANNOVER 2004
IMAGE 2
INHALTSVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG 1
1.1 EINFUEHRUNG UND ZIELE 1
1.2 GLIEDERUNG 2
1.3 GRUNDPRINZIP DER LOTABWEICHUNGSBESTIMMUNG 4
1.4 ENTWICKLUNG UND NUTZUNG VON ZENITKAMERAS 6
1.4.1 HISTORISCHE ENTWICKLUNGEN 6
1.4.2 PHOTOGRAPHISCHE ZENITKAMERAS 7
1.5 STAND DER FORSCHUNG 9
2 GRUNDLAGEN 10
2.1 EIGENSCHAFTEN DES CCD-SENSORS 10
2.1.1 FUNKTIONSPRINZIP UND LEISTUNGSMERKMALE 11
2.1.2 GEOMETRISCHE FEHLERQUELLEN 14
2.1.3 RADIOMETRISCHE FEHLERQUELLEN 15
2.2 ZEITSYSTEME 20
2.2.1 ROTATIONSZEITSKALEN 21
2.2.2 ATOMZEITSKALEN 22
2.2.3 MODELLZEITSKALEN 24
2.3 BEZUGSSYSTEME 25
2.3.1 ZAELESTISCHE BEZUGSSYSTEME 26
2.3.2 TERRESTRISCHE BEZUGSSYSTEME 27
2.4 ERDORIENTIERUNG 28
2.4.1 UNTERTEILUNG NACH PHAENOMENEN 29
2.4.2 VERKNUEPFUNG VON ITRS UND ICRS 30
2.4.3 GENAUIGKEIT UND VERFUEGBARKEIT 31
3 DAS DIGITALE ZENITKAMERASYSTEM TZK2-D 32
3.1 INSTRUMENTELLE REALISIERUNG 32
T
IMAGE 3
II INHALTSVERZEICHNIS
3.1.1 MECHANIK 33
3.1.2 OPTIK 34
3.1.3 CCD-KAMERA KX2E 35
3.1.4 NEIGUNGSSENSOREN HRTM 36
3.1.5 GPS-AUSRUESTUNG 39
3.1.6 ZEITMESSUNG UND SYNCHRONISATION 40
3.1.7 RECHNEREINHEIT 41
3.1.8 STROMVERSORGUNG 41
3.1.9 STATIVWAGEN UND TRANSPORT 41
3.2 SOFTWAREREALISIERUNG 42
3.2.1 DATENAKQUISITION 44
3.2.2 DATENPROZESSIERUNG 44
3.2.3 ERGAENZUNGSMODULE 45
3.3 JUSTIERVERFAHREN 45
3.3.1 FOKUSSIERUNG . , 45
3.3.2 JUSTIERUNG DER AZIMUTDREHUNG 47
3.4 MESSUNG MIT DEM ZENITKAMERASYSTEM 47
3.4.1 VORBEREITUNGEN 48
3.4.2 DATENAKQUISITION 48
3.5 BEWERTUNG UND VERGLEICH 49
4 DATENPROZESSIERUNG 53
4.1 EINFUEHRUNG 53
4.2 DIGITALE BILDVERARBEITUNG 55
4.2.1 GRUNDLAGEN 55
4.2.2 ANALYSE DER BILDDATEN 58
4.2.3 STERNDETEKTION 61
4.2.4 BILDKOORDINATENMESSUNG 62
4.3 REFERENZSTERNE 66
4.3.1 STERNKATALOGE 66
4.3.2 REDUKTION DER STERNKOORDINATEN 72
4.3.3 TANGENTIALPROJEKTION 78
4.3.4 ORGANISATION DER KATALOGDATEN 79
4.3.5 AUFBEREITUNG DES REFERENZSTERNFELDES 80
4.4 STERNIDENTIFIZIERUNG 83
4.4.1 EINFUEHRUNG 83
IMAGE 4
INHALTSVERZEICHNIS III
4.4.2 IDENTIFIZIERUNG UEBER AEHNLICHE DREIECKE 84
4.4.3 IDENTIFIZIERUNG DES GESAMTEN STERNFELDES 89
4.4.4 STERNSELEKTION 91
4.4.5 FAZIT 91
4.5 REDUKTION DER ZENITAUFNAHMEN UND BERECHNUNG DER DREHRICHTUNG 92
4.5.1 VERKNUEPFUNG VON BILD- UND TANGENTIALKOORDINATEN 92
4.5.2 BERECHNUNG DER DREHRICHTUNG 98
4.6 KORREKTIONEN 102
4.6.1 NEIGUNGSKORREKTION 102
4.6.2 AZIMUTKORREKTION 107
4.6.3 POLBEWEGUNGSKORREKTION 107
5 KALIBRIERUNG 108
5.1 ZAELESTISCHE KALIBRIERUNG 108
5.1.1 EINFUEHRUNG 108
5.1.2 GRUNDPRINZIP . . 109
5.1.3 PRAKTISCHE DURCHFUEHRUNG 110
5.1.4 KOORDINATENSYSTEME UND DEREN VERKNUEPFUNG 111
5.1.5 AUSGLEICHUNGSMODELLE 114
5.1.6 RESULTATE 116
5.1.7 DISKUSSION 117
5.2 AZIMUTKALIBRIERUNG 117
5.2.1 EINFUEHRUNG 117
5.2.2 PRAKTISCHE DURCHFUEHRUNG , 118
5.2.3 AUSGLEICHUNGSMODELL 119
5.2.4 RESULTATE 120
5.2.5 DISKUSSION 122
5.3 VERSCHLUSSKALIBRIERUNG 123
5.3.1 EINFUEHRUNG 123
5.3.2 VERSCHLUSSFUNKTION 124
5.3.3 PRAKTISCHE DURCHFUEHRUNG 125
5.3.4 AUSWERTUNG UND RESULTATE 126
5.3.5 DISKUSSION 129
6 FEHLERHAUSHALT 130
6.1 EINFUEHRUNG 130
6.2 DREHPUNKTBERECHNUNG 131
IMAGE 5
IV INHALTSVERZEICHNIS
6.2.1 GENAUIGKEIT DER ASTROMETRIE 131
6.2.2 SYSTEMATISCHE INSTRUMENTELLE FEHLERQUELLEN 138
6.2.3 SYSTEMATISCHE AEUSSERE FEHLERQUELLEN 139
6.2.4 FAZIT 141
6.3 NEIGUNGSMESSUNG 141
6.3.1 ZUFAELLIGE FEHLERQUELLEN 141
6.3.2 SYSTEMATISCHE FEHLERQUELLEN 144
6.3.3 FAZIT 146
6.4 ZEITMESSUNG 146
6.5 AZIMUTKORREKTION 146
6.6 GEODAETISCHE KOORDINATEN 147
6.7 ZUSAMMENSTELLUNG UND VERGLEICH 147
7 ERPROBUNG 149
7.1 VERGLEICHSMESSUNGEN 149
7.1.1 VERGLEICHSMESSUNGEN IN HAMBURG 150
7.1.2 VERGLEICHSMESSUNGEN IN HANNOVER 153
7.2 LOTABWEICHUNGSMESSUNGEN IN DER SCHWEIZ 154
7.3 PROFILHAFTE GEOIDBESTIMMUNG IN BENTHE 157
7.4 ZUSAMMENSTELLUNG UND DISKUSSION 161
8 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 163
A ZUSAMMENSTELLUNG DER LOTABWEICHUNGSMESSUNGEN 168
A.L LOTABWEICHUNGSMESSUNGEN IN HANNOVER 168
A.2 LOTABWEICHUNGSMESSUNGEN IN HAMBURG 169
A.3 LOTABWEICHUNGSMESSUNGEN IN DER SCHWEIZ 170
A.4 LOTABWEICHUNGSMESSUNGEN IN BENTHE 172
B VERFUEGBARER STERNVORRAT UND BEOBACHTUNGSZEITEN 173
LITERATURVERZEICHNIS 175
DANKSAGUNG 187
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