International Terrestrial Reference Frame

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Der International Terrestrial Reference Frame (ITRF) ist die jeweils gultige, zentimetergenaue Realisierung des terrestrischen Bezugssystems ITRS. Der ITRF besteht aus einem Verzeichnis der dreidimensionalen kartesischen Positions-Koordinaten und plattentektonischen Geschwindigkeiten von etwa 400 weltweit verteilten, hochprazisen Vermessungspunkten.

Anders ausgedruckt:

• das Bezugssystem ITRS beschreibt die Geometrie und Dynamik des Erdkorpers; es enthalt die Theorie und die zugehorigen Konstanten
• der globale Koordinatenrahmen ITRF ist das Verzeichnis der konkreten Koordinaten und Geschwindigkeiten, die das ITRS zahlenmassig festlegen. Anders als bei geophysikalischen und dynamischen Erdmodellen werden im ITRF die verursachenden Krafte der Kontinentaldrift nicht betrachtet, weshalb es zu den Modellen der Plattenkinematik zahlt.

Der ITRF ist das Ergebnis zahlreicher internationaler Messkampagnen und einer laufenden Kooperation von Institutionen aus der Geodasie, Raumfahrt und Astronomie. Die ITRF-Punkte sind auch prazise in die jeweilige (regionale) Landesvermessung eingebunden.

Um die Lage von Punkten auf der Erdoberflache bestimmen zu konnen, benotigt die Geodasie und Astronomie ein genau definiertes Koordinatensystem.

Da in der Natur weder der Ursprung noch die Achsen eines solchen Koordinatenrahmens (engl. ,,Reference Frame") realisiert und zuganglich gemacht werden konnen, erfolgt dessen Definition indirekt - durch eine grossere Anzahl von Festpunkten. Deren konkrete Koordinatenwerte machen aus einem theoretisch modellierten Reference System (ITRS) einen praktisch nutzbaren Bezugsrahmen (ITRF), der die Achsen des Systems fixiert.

Sein Ursprung ist das Geozentrum, der Schwerpunkt aller Massen der Erde. Er stellt das Zentrum der Gravitation fur alle kunstlichen Erdsatelliten dar, weshalb man seine Lage bezuglich der Erdoberflache aus beobachteten Satellitenbahnen bestimmen kann.
Die Z-Achse ist die mittlere Rotationsachse der Erde (Referenzpol des IERS), die X-Achse steht senkrecht zur Z-Achse und durchsticht den Nullmeridian. Die Y-Achse steht wiederum senkrecht zu X- und Z-Achse und vervollstandigt damit das Rechte-Hand-System. Zugleich spannen X- und Y-Achse die Aquatorebene auf.

Die Bestimmung der Koordinaten der Satellitenstationen und ihrer langerfristigen Anderungen (z. B. durch die Plattentektonik) erfolgt mit verschiedenen Verfahren der Satellitengeodasie:

• Distanzmessungen
  • per Mikrowellen zu den hohen Navigationssatelliten verschiedener GNSS
    • Global Positioning System (GPS)
    • GLONASS
    • Galileo (seit 2009)
  • per Laser
    • zu mittelhohen geodatischen Satelliten (Satellite Laser Ranging SLR)
    • zum Mond (Lunar Laser Ranging LLR)
• das Doppler-Funksystem DORIS

und mit Radioteleskopen:

• VLBI (Radio-Interferenzmessung zu Quasaren)
• und ihre Verknupfung mit dem astrometrischen System des derzeit genauesten Sternkatalogs FK6.

Die Erde ist kein ganz starrer Korper, sondern etwas verformbar. Beispielsweise gibt sie den Gezeitenkraften, die der Mond auf sie ausubt, um etwa einen halben Meter nach. Daruber hinaus fuhrt die Plattentektonik zu dauernden Verschiebungen der Kontinente um ein bis zehn Zentimeter pro Jahr.

Diese Verschiebungen der Erdkruste konnte man bis vor etwa 10 Jahren nur indirekt nachweisen. Nun ist die Genauigkeit der geowissenschaftlichen Messungen so weit gestiegen, dass sie schon innerhalb Jahresfrist feststellbar sind.
Daher ist es notwendig, das terrestrische Bezugssystem laufend durch Messungen und durch Weiterentwicklung der Modelle zu verbessern. Seit den 1990ern werden die genauesten Messverfahren teilweise zu ,,Jahreslosungen" kombiniert - in internationaler Kooperation von Institutionen der Internationalen Union fur Geodasie und Geophysik (IUGG) und dem IERS. Der grosste regelmassige Beitrag aus Europa zu IERS und ITRF sind die VLBI- und GPS-Messungen des deutschen Bundesamtes fur Kartographie und Geodasie (BKG).

Die Rotationsdaten dieser Jahreslosungen haben inzwischen (verglichen mit dem System der Quasare) Zentimetergenauigkeit erreicht, uber einige Jahre sogar 3 mm oder 0,0001". Die Kontinentaldrift berucksichtigt man durch spezielle Methoden der Hoheren Mathematik. Die so errechneten Erdmodelle erhalten eine Jahreszahl:

• ITRF97 ist eine durch verschiedene Projekte besonders genaue Losung und diente mehrere Jahre zu Vergleichen verschiedener Modelle.
• ITRF2005 ist das derzeit genaueste Modell und ist das Bezugssystem fur Erdverformungen.

Das europaische Analogon zum ITRF ist der European Terrestrial Reference Frame (ETRF).

Ubersicht:

	...Reference System d. h. Bezugssystem (Theorie, Konstanten)	...Reference Frame d. h. Koordinatenrahmen (konkrete Koordinaten + Geschwindigkeiten)	Geltungsbereich
International Celestial...	ICRS	ICRF	Himmel / Weltraum
International Terrestrial...	ITRS	ITRF	Erde
European Terrestrial...	ETRS	ETRF	Europa

• Inertialsystem
• Geodatisches Datum
• Geodatisches Referenzsystem 1980 (GRS 80)
• World Geodetic System 1984 (WGS 84)
• Hohere Geodasie
• Radioastronomie

• Z. Altamimi, P. Sillard, C. Boucher (2002): ITRF2000: A new release of the International Terrestrial Reference Frame for earth science applications, Journal of Geophysical Research, Vol. 107, B10, doi:10.1029/2001JB000561

• IERS International Terrestrial Reference Frame page, abgerufen am 9. August 2015
• ITRF Science Background, abgerufen am 9. August 2015
• https://www.aiub.unibe.ch/forschung/gnss___forschung/index_ger.html

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Kategorien:

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