Geodätisches Datum undGeodätisches Datum und Kartoggp ... · Chair of Engineering Surveying and Adjustment Techniques 1. Was ist schon da? SELECT cs_name, srid, wktext FROM MDSYS

Chair of Engineering Surveying and Adjustment TechniquesChair of Engineering Surveying and Adjustment TechniquesChair of Engineering Surveying and Adjustment TechniquesChair of Engineering Surveying and Adjustment Techniques

Technische Universität Berlin

Geodätisches Datum undGeodätisches Datum und Kartographische Projektion g p jin Oracle Spatial

Christian Clemen

Institut für Geodäsie and GeoinformationstechnikTechnische Universität BerlinTechnische Universität Berlin

DOAG SIG Spatial, Regionalverband Ruhr, Essen, 4. November 2009

Vortrag bei der DOAG SIG Spatial am 04.Nov.2009 in Essen: Christian Clemen, Technische Universität Berlin, [email protected] bei der DOAG SIG Spatial am 04.Nov.2009 in Essen: Christian Clemen, Technische Universität Berlin, [email protected]

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Motivation

Datensätze haben unterschiedlichen Raumbezug

x

unterschiedlichen Raumbezug

x

Netz88/Soldnery

Beispiel:

Bilddaten liegen im Datum ETRS89 mit UTM Abbildung vor

ETRS89/UTM y Vektordaten liegen im (alten)

System der Landesvermessung vor: Datum Netz88 mit


o a u e 88Soldnerprojektion


Inhalt

Naiver Ansatz:

Wie verwende ich Oracle Spatial ohne geodätischen Sachverstand ?

x

Grundbegriffe und Relationales Modell

Soldner Berliny

P t i h A t

x

Soldner Berlin Parametrischer Ansatz:

Berechnung lokaler EllipsoidparameterDefinition eines „eigenen“ Datums

Gitt b i t A t

ETRS89 y

Gitterbasierter Ansatz:

Flächendeckende Abbildung von lokal-


ETRS89 ysystematischen Verzerrungen


1. Was ist schon da?

Spatial Reference System

Name Identifikator Beschreibung

SELECT cs name, srid, wktext

g

_ , ,FROM MDSYS.CS_SRSWHERE WKTEXT LIKE 'PROJCS%'AND WKTEXT LIKE '%Texas%Southern%';

Vortrag bei der DOAG SIG Spatial am 04.Nov.2009 in Essen: Christian Clemen, Technische Universität Berlin, [email protected]



CS_NAME SRID WKTEXT ----------------------------------- ------- ------------------Texas 4205 Southern Zone (1927) 41155 PROJCS["Texas 4205Texas 4205, Southern Zone (1927) 41155 PROJCS["Texas 4205,

Southern Zone (1927)",GEOGCS [ "NAD 27 (Continental US)",DATUM ["NAD 27 (Continental US)",

DATUM

SPHEROID ["Clarke 1866", 6378206.4, 294.9786982]],PRIMEM [ "Greenwich", 0.000000 ],UNIT ["Decimal Degree", 0.01745329251994330]],PROJECTION ["Lambert Conformal Conic"]

Ellipsoid-Dimension

PROJECTION [ Lambert Conformal Conic ],PARAMETER ["Standard_Parallel_1", 26.1666666667],PARAMETER ["Standard_Parallel_2", 27.8333333333],PARAMETER ["Central_Meridian", -98.500000], Art der PARAMETER ["Latitude_Of_Origin", 25.6666666667],PARAMETER ["False_Easting", 2000000.0000],UNIT ["U.S. Foot", 0.3048006096012]]

Texas 4205 Southern Zone (1983 US Survey feet)

Projektion

Texas 4205, Southern Zone (1983, US Survey feet) ...Texas 4205, Southern Zone (1983, meters) ...

3 rows selected Parameter der P j kti


Projektion



SELECT cs_name, srid, wktextFROM MDSYS CS SRSFROM MDSYS.CS_SRSWHERE WKTEXT LIKE 'PROJCS%'

AND WKTEXT LIKE '%Berlin%';AND WKTEXT LIKE %Berlin% ;

CS NAME SRID WKTEXT _-----------------------------------0 rows selected

…AND WKTEXT LIKE '%ETRS89%UTM%';CS_NAME SRID WKTEXT -----------------------------------11 ro s selected


11 rows selected

Bildquelle: Wikipedia


2. Geodätische Begriffe

Projektion Datum

z

x

0 y

x

yReferenz:WGS84y

Abbildungsvorschrift (Mathematik - Parameter Ellipsoid - Dimension

WGS84

(Differentialgeometrie)

Parameter der Abbildung

p(Geodäsie, Landesvermessung -Physik)


(Verwaltung -Landesvermessung)

Parameter Ellipsoid - Lagerung(Verwaltung - Landesvermessung)



2. Geodätische Begriffe in Oracle Spatial

Gebrauchssystem[x,y]ETRS89/UTM [x y]N t 88/S ld[x,y]ETRS89/UTM [x,y]Netz88/Soldner

Kartographische Projektion

SDO_COORD_REF_SYSTEMTyp: „PROJECTED“

GeographischesSystem [φ,λ]ETRS89 [φ,λ]Netz88

Kartographische Projektion

[φ,λ]ETRS89 [φ,λ]Netz88

Umrechnung (polar/kartesisch)

SDO_COORD_REF_SYSTEMTyp: „GEOGRAPHIC2D“

KartesischesSystem

[x,y,z]ETRS89 [x y z]

g (p )

[x,y,z]ETRS89 [x,y,z]Netz88

[ ]Vortrag bei der DOAG SIG Spatial am 04.Nov.2009 in Essen: Christian Clemen, Technische Universität Berlin, [email protected]

[x,y,z,]WGS84DatumstransformationSDO_DATUMS dx,dy,dz,rx,ry,rz,scale



Projektion x Geographische Länge des

yAbbildungsvorschrift

SELECT * FROMGeographische Breite des

gNullpunktes

SELECT FROMMDSYS.SDO_COORD_OP_METHODS

83 ErgebnisseDarunter: ID 9806 Name:

Breite des Nullpunktes

Parameter der Abbildung

Cassini/Soldner

Parameter der AbbildungSELECT parameter_id,

legacy_param_nameFROM sdo_coord_op_param_useWHERE coord op method id = 9806;WHERE coord_op_method_id = 9806;-- Ausgabe:-- 8801: Latitude_Of_Origin-- 8802: Central_Meridian-- 8806: False Easting

Koordinatenoffset in Ost- und Nordwert:> Keine Negativen Koordinaten


-- 8806: False_Easting-- 8807: False_Northing

> Keine Negativen Koordinaten> Vergleiche: GK/UTM - Abbildung



MüggelbergBreite: 52°25’7.1338’’

Länge:13°37’37 9332’’40 km false easting

10 km false northingi t l i i

Länge:13 37 37.9332

Vortrag bei der DOAG SIG Spatial am 04.Nov.2009 in Essen: Christian Clemen, Technische Universität Berlin, [email protected]/11/2

virtual origin


Geodätische Parmeter in Oracle Spatial

x

SQL Skript:

1 N l ( ID 5000000)

INSERTy

1. Neue SDO_COORD_OPS anlegen (neue ID 5000000)2. Parameter in SDO_COORD_OPS_PARM_VALS eintragen

INTO MDSYS.SDO_COORD_OP_PARAM_VALS(COORD_OP_ID , -- Operations IDCOORD_OP_METHOD_ID , -- Methoden IDPARAMETER_ID , -- 8806: False_EastingPARAMETER_VALUE , -- Offset des Ursprungs in OstrichtungPARAM_VALUE_FILE_REF, --UOM_ID) -- Einheiten ID (hier: Meter)VALUES(

5000000, -- Neue Instanz einer Soldner Projektion9806 ,8806 ,,

40000 , -- Müggelberg offset Ost 40000.00 [m]NULL ,9001

)


);




DatumEllipsoid Dimension

z

SELECT * FROMMDSYS.SDO_ELLIPSOIDS

94 ErgebnisseD t ID 8004 N B l 1841

Elli id L

Darunter: ID 8004 Name: Bessel 1841

y

xEllipsoid Lagerung

SELECT * FROMMDSYS SDO DATUMS

Parameter Ellipsoid - Dimension

MDSYS.SDO_DATUMS531 ErgebnisseDarunter: kein „Berlin“, „Netz88“ o.ä.

p(Geodäsie, Landesvermessung -Physik)

Keine amtlichenAngaben zu Netz88


Parameter Ellipsoid - Lagerung(Verwaltung - Landesvermessung)

Nur Internet ????



„gegoogled“

Vortrag bei der DOAG SIG Spatial am 04.Nov.2009 in Essen: Christian Clemen, Technische Universität Berlin, [email protected]: D. Krause: Bestimmung der Parameter für die Transformation des DHDN-Systems in das ETRS 89-System, Diplomarbeit am Institut für Geodäsie und Geoinformatik, Fachgebiet Astronomische und Physikalische Geodäsie, TU Berlin 1999


2. Parametrischer Ansatz: Test first !



2. Parametrischer Ansatz: Test

Für alle 14 Passpunkte (Kontrollpunkte) werden mit der amtlichen Software Koordinaten erzeugt:

• Soldner/Netz88 (Gebauchssystem)[x y][x,y]Netz88/Soldner

• ETRS89/UTM Koordinaten (zukünftiges Gebauchssystem, GPS)[x,y]ETRS89/UTM

• Geographische Koordinaten im Datum Netz88[φ,λ]Netz88

• Geographische Koordinaten im Datum ETRS89Geographische Koordinaten im Datum ETRS89[φ,λ]ETRS89

• Kartesische Koordinaten im Datum Netz88[ ][x,y,z]Netz88

• Kartesische Koordinaten im Datum ETRS89[x,y,z]ETRS89


[x,y,z]ETRS89



Die Datumsfestlegung wird durch den Vergleich der geographischen Koordinaten [ϕ,λ]ETRS89 im Datum ETRS89 und den geographischen [ϕ, ]ETRS89 g g pKoordinaten im Datum [ϕ,λ]Netz88.

1 Instanz einer Berliner Soldner Projektion1. Instanz einer Berliner Soldner-Projektion

2. Parameter der Soldner Projektion

3 I t i D t N t 88 it B l Elli id3. Instanz eines Datum Netz88 mit Bessel-Ellipsoid

4. Instanz eines Geographischen Koordinatensystems mit Datum

Netz88

5. Instanz eines Soldner Systems mit Netz88 (Gebrauchssystem)

6. Datensätze in allen Systemen erzeugen

[y,x]Soldner/Netz88 [y,x]UTM33/ETRS89 [ϕ,λ] ohne/ETRS89 [ϕ,λ] ohne/ETRS89


7. Originaldatensätze mit transformierten Koordinaten vergleichen



------------------------------------------------------------------------ Kontrolle des Datums Netz88 mit Geographischen Koordinaten----------------------------------------------------------------------SELECT P.PKTNUM ETRS89_TO_NETZ88,

to_char(SDO_CS.TRANSFORM(P.geom ,7000000).sdo_point.x - Q.geom.sdo_point.x,'99.99999999‚)Diff_longitude,to_char(SDO_CS.TRANSFORM(P.geom ,7000000).sdo_point.y - Q.geom.sdo_point.y,'99.99999999‚)Diff_latitude

FROM GEOG_ETRS89 P, GEOG_NETZ88 Q WHERE P.PKTNUM = Q.PKTNUM;

ETRS89_TO_NETZ88 DIFF_LONGITUDE DIFF_LATITUDE ---------------------- -------------- -------------0 0.0000000025158 0.0000000078208

Abweichungen bis zu0 0.0000000025158 0.0000000078208 1 -0.0000000040293 0.0000000070672 2 0.0000000029986 0.0000000039442 3 -0.0000000033333 0.0000000008127 4 0.0000000041142 0.0000000004989 5 -0.0000000046823 0.0000000000591

0,0000000006°in der Geogr. Länge

6 -0.0000000033333 0.0000000010218 7 0.0000000031334 0.0000000084124 8 0.0000000019552 0.0000000074168 9 -0.0000000033333 0.0000000010512 10 0.0000000031539 0.0000000058204

0,0000000007°in der Geogr. Breite

11 0.0000000022618 0.0000000056833 12 0.0000000001641 -0.0000000006674 13 -0.0000000033333 0.0000000020742 ????



2. Parametrischer Ansatz: Test------------------------------------------------------------------------ Kontrolle der UTM <-> Soldner----------------------------------------------------------------------SELECT P.PKTNUM SOLDNER_TO_UTM,

to char(SDO CS TRANSFORM(P geom 83033) sdo point x Q geom sdo point x '999 999') d Eastto_char(SDO_CS.TRANSFORM(P.geom ,83033).sdo_point.x-Q.geom.sdo_point.x,'999.999') d_East,to_char(SDO_CS.TRANSFORM(P.geom ,83033).sdo_point.y-Q.geom.sdo_point.y,'999.999') d_North

FROM SOLDNER_NETZ88 P, UTM33_ETRS89 Q WHERE P.PKTNUM = Q.PKTNUM;

SOLDNER_TO_UTM D_EAST D_NORTH ---------------------- -------- --------0 -12.710 -18.545

Abweichungen bis zu0 12.710 18.545 1 -12.703 -18.371 2 -12.690 -18.022 3 -12.682 -17.847 4 -12.878 -18.364 5 -12.864 -18.015

13 m Ost18 m Nord

6 -12.857 -17.841 7 -13.059 -18.531 8 -13.045 -18.183 9 -13.031 -17.834 10 -13.232 -18.524

Nicht in jedem Punkt gleich.

11 -13.226 -18.350 12 -13.212 -18.002 13 -13.206 -17.827

g

Min: 17.82 [m]Max: 18 54 [m]


Max: 18.54 [m]


2. Parametrischer Ansatz: Schätzung

Eingangswerte:

14 3D-Punkte (Netz88) eines Netz88/Solder-Rasters14 3D-Punklte (ETRS89) mit amtlicher Software transformiert

Estimated Parameters (7-Parameter, Coordinate Frame)

Ergebnis:

[rx] -0.7*** [''][ry] -1.7*** [''][ ] 0 7*** ['']

Sehr gutes Ergebnis:

W il h i “ li h[rz] -0.7*** [''][tx] 6**.**** [m][ty] **.**** [m][tz] *** **** [m]

Weil „geheime“ amtliche Transformation auch eine parametrisierte T f ti h t[tz] ***.**** [m]

[sc] -0.*** [ppm]

Max residual: 0 001[m]

Transformation rechnet


Max residual: 0.001[m]


2. Parametrischer Ansatz: Test------------------------------------------------------------------------ Kontrolle der UTM <-> Soldner----------------------------------------------------------------------SELECT P.PKTNUM SOLDNER_TO_UTM,

to char(SDO CS TRANSFORM(P geom 83033) sdo point x '99999999 999') Eastto_char(SDO_CS.TRANSFORM(P.geom ,83033).sdo_point.x,'99999999.999') East,to_char(SDO_CS.TRANSFORM(P.geom ,83033).sdo_point.y,'99999999.999') North,to_char(SDO_CS.TRANSFORM(P.geom ,83033).sdo_point.x-Q.geom.sdo_point.x,'999.999') d_East,to_char(SDO_CS.TRANSFORM(P.geom ,83033).sdo_point.y-Q.geom.sdo_point.y,'999.999') d_NorthFROM SOLDNER_NETZ88 P, UTM33_ETRS89 Q WHERE P.PKTNUM = Q.PKTNUM;

SOLDNER_TO_UTM EAST NORTH D_EAST D_NORTH ---------------------- ------------- ------------- -------- --------0 366344.210 5799100.397 -.000 .001

Abweichungen bis zu0 366344.210 5799100.397 .000 .001 1 376340.378 5798910.710 -.000 .001 2 396331.829 5798531.369 -.001 .001 3 406327.162 5798341.713 -.000 .002 4 376530.171 5808906.607 -.001 .001 5 396521.604 5808526.808 -.001 .002

1 mm Ost 2 mm Nord

6 406516.929 5808336.922 -.000 .001 7 366724.045 5819092.639 -.001 .001 8 386716.040 5818712.361 -.000 .001 9 406706.924 5818332.124 .000 .002 10 366914.306 5829088.745 .000 .001 11 376910.444 5828898.372 -.001 .001 12 396901.841 5828517.659 -.000 .001 13 406897.148 5828327.317 -.001 .002

Die „geheime“ amtliche Transformation kann in Oracle Spatial korrekt abgebildet


werden


2. Test : Oracle 10.2 (ungpatched)

Achtung in Version 10.2.0.1.0

UTM to Soldner ... OKSoldner to UTM ... 1cm bis 49 cm Fehler im Hochwert????

Geographisch to Soldner ... OKSoldner to Geographisch... 0° bis 0,0000031° = 0,01 ‘‘ Abweichung????g p , , g

Cassini/Soldner Projektion ist in der Richtung j g[φ,λ] nach [x,y] falsch implementiert !!!!

Bei gepatchter Version 10.2 und in 11.1 ist alles OK!


alles OK!


3. Gitterbasierter Ansatz (ntv2)

Problem: Bei heterogenen (historisch gewachsenen) Netzten über größere“gewachsenen) Netzten über „größere Gebiete werden lokale Systematiken „weggemittelt“. Es entstehen „große“ R tkl ff (hi bi 3 )Restklaffungen.(hier bis 3 m)

Idee: Gitterbasierter Ansatz. Für die Gitterpunkte werden Verschiebungswerte [dφ,dλ] veröffentlicht. Die Transformation von [φ, λ]DHDN nach [φ, λ]ETRS89 erfolgt [φ, ]DHDN [φ, ]ETRS89 güber bilineare Interpolation.

Name: ntv2 (v.a. angewendet inName: ntv2 (v.a. angewendet in Australien und Kanada)

Vortrag bei der DOAG SIG Spatial am 04.Nov.2009 in Essen: Christian Clemen, Technische Universität Berlin, [email protected]:support.esri.de/files/support/NTv2inArcGIS_Deutschland.pdf


3. Gitterbasierter Ansatz

X

Y


Quelle: www.geom.unimelb.edu.au


3. Gitterbasierter Ansatz

Anwendung in Deutschland:

Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG) veröffentlicht bundeseinheitliche Transformationsgitter BeTA2007, die "Bundeseinheitliche Transformation für ATKIS“ als ntv2 Datei - Restklaffungen < 1 m

Länder (Landesvermessungsämter) veröffentlichen/verkaufen Transformationsgitter als nvt2 Datei mit Restklaffungen < 1 mm in Rastern kleiner als 500x500 m.

Anwendung in Oracle

1. SDO_COORD_OPS Instanz mit COORD_OP_METHOD_ID = „NTV2“ und 2. Dateiname der Gitterdatei in SDO_COORD_OP_PARAM_VALS3. ASCII Datei als CLOB speichern



4. Zusammenfassung

1. Geodaten liegen mit unterschiedlichen geodätischem Datum vor

2. Die Datumstransformation wird bei der Verschneidung von

Datenbeständen und beim Einsatz von GPS benötigt.

3. Oracle Spatial unterstütz alle Formen der Datumstransformation

und bildet die geodätischen Konzepte sehr gut ab.und bildet die geodätischen Konzepte sehr gut ab.

4. Problem: Beschaffung der Transformationsparameter oder –

Dateien im dm/cm/mm BereichDateien im dm/cm/mm Bereich

5. Eine Datumstransformation kompletter Datenbestände kann immer

nur eine Nährungslösung“ sein da geometrische Eigenschaftennur eine „Nährungslösung sein, da geometrische Eigenschaften

wie Rechtwinkligkeit, Parallelität, Kreisbogenradius nicht unbedingt

h lt bl ib


erhalten bleiben.

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Technische Universität Berlin

Geodätisches Datum undGeodätisches Datum und Kartographische Projektion g p jin Oracle Spatial

Christian Clemen

[email protected]

SIG Oracle/Spatial, Regionalverband Ruhr, Essen, 4. November 2009


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