Die präzise Echtzeitüberwachung früher seismischer Deformationen mittels GNSS war bislang durch die Kopplung mehrerer geodätischer Parameter eingeschränkt, wodurch insbesondere in der Anfangsphase von Erdbeben scheinbare koseismische Signale entstehen konnten. In dieser Studie präsentieren wir ein modellbasiertes Framework zur vollständigen Entkopplung geodätischer Parameter, das Satellitenmehrdeutigkeiten, ionosphärische und troposphärische Laufzeitverzögerungen, Uhrenfehler sowie Positionsparameter voneinander trennt. Die Anwendung auf die Frühphase seismischer Ereignisse zeigt, dass Fluktuationsfehler koseismischer Deformationen von Zentimeter- auf Millimeterniveau reduziert werden können, wobei die Genauigkeit nahezu das Niveau seismischer Beschleunigungsmessungen erreicht. Selbst nach Anwendung regionaler Augmentierung und Mehrdeutigkeitsauflösung wurden in der frühen Phase des Erdbebens weiterhin scheinbare koseismische Wellenformen mit Amplituden von bis zu 3 cm festgestellt. Ursache hierfür ist eine ausgeprägte Parameterkopplung, wobei die MAD-Werte der Korrelationskoeffizienten zwischen ionosphärischen Verzögerungen sowie sowohl der vertikalen Positionskomponente als auch dem Empfängeruhrenoffset 0,26 überschreiten. Durch die vollständige Entkopplung dieser Parameter korrigiert das vorgeschlagene Framework die durch ionosphärische Fehler verursachten Deformationsartefakte wirksam und verbessert dadurch die Erkennung seismischer und ionosphärischer Prozesse während der Hauptbruchphase des Erdbebens.

In der industriellen Messtechnik werden häufig sphärisch montierte Reflektoren (SMR) in Verbindung mit einem Lasertracker verwendet. Für diese hochgenauen Messungen besteht jeder dieser SMR aus einem verspiegelten Eckwürfel, der in einer Stahlkugel zentriert ist. Der Radius dieser Stahlkugel beträgt üblicherweise 1,5‘‘. Das Angebot an deutlich günstigeren sphärischen Glaskörperreflektoren und entsprechendem Zubehör wächst jedoch stetig. Ursprünglich sind diese Reflektoren für klassische terrestrische Anwendungen entwickelt worden. Sie bieten die Möglichkeit, unterschiedliche Instrumententypen, wie zum Beispiel Totalstationen, Lasertracker und Laserscanner über eine gemeinsame physische Schnittstelle miteinander zu verknüpfen. Eine Voraussetzung dafür ist ein identischer und instrumentenunabhängiger Referenzpunkt. Vor diesem Hintergrund wurde geprüft, ob sphärische Glaskörperreflektoren diese Anforderung erfüllen und damit für hochpräzise industrielle Anwendungen geeignet sind. Dazu wurden mehr als 20 Reflektoren aus unterschiedlichen Fertigungsreihen hinsichtlich ihrer Genauigkeit und Zuverlässigkeit mit dem Lasertracker Leica AT960 untersucht. Das Ziel war es, die Übereinstimmung in Bezug auf die Konformität des Referenzpunkts zu analysieren. Dafür wurden für jeden sphärischen Glaskörperreflektor die Nullpunktabweichung, der Kugelradius und die Sphärizität sowie radiale und laterale Abweichungen in Abhängigkeit von dem Einfallswinkel des Laserstrahls bestimmt. Die Ergebnisse wurden anschließend mit zertifizierten Referenzen verglichen und reflektor-spezifische Korrekturen abgeleitet, sodass diese Glaskörperreflektoren sich für hochpräzise industrielle Anwendungen eignen. Am Onsala Space Observatory in Schweden wurde das lastfallabhängige Verformungsverhalten des Hauptreflektors eines Radioteleskops photogrammetrisch untersucht und Glaskörperreflektoren zur prozessbegleitenden Realisierung einer Maßverkörperung in der Größe des Messobjekts erfolgreich eingesetzt.

High-accuracy 3D mapping in GNSS-denied environments remains a major challenge for mobile robotic surveying, especially in harsh environments like underground spaces and adits, while the same applies to indoor environments where GNSS positioning is unavailable. This contribution presents a floating platform with a multi-sensor system (MSS) setup that combines an underwater LiDAR (ULi) system with a robotic-grade LiDAR for positioning and navigation purposes (Navi-LiDAR). In the specific use case, which is a partially flooded adit, the Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) approach utilizing the Navi-LiDAR is applied to generate a spatially consistent 3D reconstruction of the environment under and above the waterline without GNSS.
In the proposed setup, the Navi-LiDAR is used to estimate the motion trajectory of the floating platform, while the ULi system performs high-resolution 3D data acquisition of the surrounding environment in air as well as of underwater structures in the adit. The two LiDAR systems are coupled through time synchronization, lever-arm and boresight calibration, and trajectory-based direct-georeferencing. Based on the SLAM-derived trajectory, each ULi system measurement is transformed into a common platform frame, allowing a complete 3D point cloud to be reconstructed even in environments where GNSS positioning is not possible.
The focus of this demonstration is on the interaction between navigation and mapping sensors: Navi-LiDAR and Inertial Measurement Unit (IMU) provide the spatial reference through SLAM, while the ULi system contributes dense geometric measurements for detailed 3D mapping. The resulting workflow supports applications such as underground water systems, flooded infrastructures, tunnels, reservoirs, and other challenging environments where conventional surveying methods are limited. The contribution highlights the system integration, georeferencing workflow, first mapping results, and key challenges related to trajectory accuracy, sensor synchronization, dual-LiDAR- and LiDAR-IMU-calibration, and motion-induced 3D point cloud errors.

Autoren: Cornelia Eschelbach, Benedikt Soja, Rüdiger Haas, Michael Lösler

Die Prüfung geodätischer Messmittel zur Sicherstellung von Funktion, Genauigkeit und Rückführbarkeit ist integraler Bestandteil des Vermessungswesens. Neben mobilen terrestrischen Instrumenten wie Nivellieren, Tachymetern oder GNSS-Empfängern rücken Untersuchungen an der geodätischen Infrastruktur zur Definition, Realisierung und Aufrechterhaltung globaler geodätischer Referenzrahmen infolge erhöhter Genauigkeitsanforderungen verstärkt in den Fokus. Radioteleskope, die zur Interferometrie auf langen Basen (VLBI) eingesetzt werden, weisen aufgrund ihrer Dimension und ihres Gewichts ein ausrichtungsabhängiges Verformungsverhalten auf, welches systematische Abweichungen in den VLBI-Beobachtungen verursacht. Das bisher angewandte Korrekturmodell ist unvollständig und berücksichtigt nur einen Teil der tatsächlich auftretenden Verformungen, wie gegenwärtige Untersuchungen zeigen. Je nach Teleskop können diese nicht repräsentativen Korrekturen sogar zu einer systematischen Verfälschung der VLBI-Beobachtungen führen. Dieser Beitrag stellt das in enger Kooperation mit dem International VLBI Service for Geodesy and Astrometry entwickelte ganzheitliche Analyseverfahren der IAG/IERS Arbeitsgruppe Metrology of Space Geodetic Infrastructure vor, welches eine Berücksichtigung aller auftretenden und modellierbaren Deformationen ermöglicht.