Heft 2/2019

Kurzfassung
Die geodätische Very Long Baseline Interferometry (VLBI) ist das einzige Verfahren zur Bestimmung aller Erdorientierungsparameter und für die Realisierung des International Celestial Reference Frame (ICRF) im Radiowellenbereich. Weiters liefert die VLBI essentielle Beiträge für die Bestimmung des Maßstabs des International Terrestrial Reference Frame (ITRF). Basierend auf einem Memorandum of Understanding zwischen dem Bundesamt für Eich- und Vermessungswesen (BEV) und der TU Wien wird nun ein gemeinsames Wiener Analysezentrum (VIE) des International VLBI Service for Geodesy and Astrometry (IVS) betrieben. Der Fokus liegt dabei auf der operationellen Bestimmung von Erdorientierungsparametern und der Bestimmung von Globalen Referenzrahmen.

Abstract
Geodetic Very Long Baseline Interferometry (VLBI) is the only technique for the determination of the full set of Earth orientation parameters and for the realization of the International Celestial Reference Frame (ICRF) at radio wavelengths. Furthermore, it is making essential contributions to the determination of the scale of the International Terrestrial Reference Frame (ITRF). Based on a Memorandum of Understanding between TU Wien and the Federal Office of Metrology and Surveying (BEV), a Vienna Analysis Center (VIE) of the International VLBI Service for Geodesy and Astrometry (IVS) is jointly run by both organizations. The main focus of these activities is on the routine determination of Earth orientation parameters as well as the estimation of global reference frames.

Kurzfassung
Die Realisierung von Zeitsystemen ist eine wichtige Aufgabe für ein Land und weltweit, da eine genaue Zeit für viele Aufgaben gebraucht wird, wie zum Beispiel Fiztransaktionen oder Positionierung. Das Bundesamt für Eich- und Vermessungswesen (BEV) ist mit der Realisierung der Coordinated Universal Time (UTC) für Österreich beauftragt und das BEV trägt auch zur globalen Realisierung von UTC bei. Andererseits sind die Technische Universität Wien (TU Wien) und BEV involviert in der UT1-Bestimmung mit dem Verfahren der Very Long Baseline Interferometry (VLBI). UT1 ist mit dem Winkel der Erdrotation verknüpft und unabdingbar für satellitenbasierte Positionierung und Navigation. Die Differenz zwischen diesen beiden Zeitskalen wird nicht größer als 0.9 Sekunden, weil immer rechtzeitig vorher eine Schaltsekunde bei UTC angebracht wird.

Abstract
The realization of accurate time scales is an important task for a country and worldwide because it is needed for many applications, such as ficial transactions or positioning. The Federal Office of Metrology and Surveying (BEV) is in charge of the realization of the Coordinated Universal Time (UTC) for Austria and it is contributing to the realization of UTC globally. On the other hand, TU Wien and BEV are involved in the determination of UT1 with Very Long Baseline Interferometry (VLBI) observations. UT1 corresponds to the Earth rotation angle and is indispensable for any kind of satellite-based positioning and navigation. The difference between both time scales does not exceed 0.9 second because leap seconds are introduced in UTC to keep the difference below one second.

Kurzfassung
GNSS-Signale erfahren beim Durchlaufen der atmosphärischen Schichten abhängig vom variablen Refraktionsindex Verzögerungen bzw. Beschleunigungen im Vergleich zu einer Ausbreitung im Vakuum als auch eine veränderliche Krümmung des Strahlenweges. All diese Effekte werden üblicherweise unter dem Begriff atmosphärische Refraktion zusammengefasst. Die Vielzahl der heute verfügbaren GNSS-Satelliten und Satellitensignale erlaubt Optimierungen der Beobachtungsgeometrie und der verwendeten Signal-Linearkombination. GNSS-Signale stellen somit hervorragende Sensoren zur Beschreibung des Zustandes und der Variabilität der ionosphärischen und troposphärischen Schichten dar. Aus diesem Grund ist die Modellierung der troposphärischen und ionosphärischen Refraktion mit Hilfe von GNSS-Signalen seit fast 20 Jahren ein wesentlicher wissenschaftlicher Schwerpunkt am Forschungsbereich Höhere Geodäsie des Departments für Geodäsie und Geoinformation der TU-Wien. Der vorliegende Artikel gibt einen Überblick über eine Auswahl dieser Forschungsarbeiten.

Abstract
GNSS signals experience delays as well as bending effects when passing the atmospheric layers. Both effects usually are summarized under the term atmospheric refraction. While the troposphere is a non-dispersive medium for microwaves the ionosphere is dispersive and therefore causes so-called code signal delays as well as phase advances. The multitude of nowadays available GNSS satellites and signals allows to choose among signal linear combinations preferable for atmosphere monitoring as well as an optimized observation geometry. GNSS signals are therefore excellent sensors to describe the state and variability of the ionospheric and tropospheric layers. Modelling the tropospheric and ionospheric refraction by means of GNSS signals constitutes an essential scientific core area at the research division Higher Geodesy of the Department of Geodesy and Geoinformation at TU-Vienna since 20 years. This article outlines some of the related research projects.

Kurzfassung
Die Verwendung von globalen Satellitennavigationssystemen und das damit verbundene Potential der ständigen Verfügbarkeit einer Position sowie einer genauen Zeitmessung spielen in vielen Bereichen des täglichen Lebens eine immer größere Rolle. Durch die stetig steigende Zahl von Anwendungen und Nutzerinnen sowie Nutzern wird es zunehmend wichtiger, sich nicht nur über die Chancen, sondern auch über die Schwächen und Risiken einer satellitengestützten Positionsbestimmung Gedanken zu machen. Viele Anwenderinnen und Anwender sind sich des damit verbundenen Gefahrenpotentials und dessen Auswirkungen derzeit nicht bewusst, obwohl in den letzten Jahren GNSS-Anwendungen vermehrt das Ziel von Störattacken wurden. In diesem Beitrag werden die Auswirkungen beabsichtigter GNSS Interferenz (d.h. Jamming und Spoofing) auf einen softwarebasierten Empfänger beschrieben. Im Fall von Jamming werden zwei unterschiedliche Mitigationsstrategien basierend auf adaptiver Filterung und Blanking im Detail erläutert sowie deren Leistungsfähigkeit anhand simulierter Interferenzsignale gezeigt. Im Fall von Spoofing werden unterschiedliche Detektions- und Mitigationsstrategien diskutiert und zwei ausgewählte Algorithmen präsentiert.

Abstract
The use of global navigation satellite systems (GNSS) and the associated potential of the permanent availability of position and precise time measurements as well are playing a more and more important role in many areas of our daily life. With the steadily increasing number of applications and users, it is mandatory to think not only about the opportunities, but also about the weaknesses and risks of satellite-based positioning. Many users are currently unaware of the potential threats and their effects. In recent years, GNSS applications have become increasingly the target of deliberate interference attacks. This paper describes the impact of intentional interference (i.e., jamming and spoofing) on a software-defined receiver. In case of jamming, two state-of-the-art mitigation strategies focusing on adaptive filtering and blanking are explained in detail and their benefits are shown using simulated interference signals. In case of spoofing, different detection and mitigation techniques are discussed and two algorithms and their results are presented in detail.

Kurzfassung
Seit dem Wintersemester 2011/2012 wird der internationale Masterstudiengang Cartography angeboten. Das zweijährige Masterprogramm ist eine Kooperation der Technischen Universität München (TUM, Deutschland), der Technischen Universität Wien (TUW, Österreich), der Technischen Universität Dresden (TUD, Deutschland) und der Universität Twente (UT, Niederlande). Das Ziel des Studienganges ist es Spezialisten auszubilden, die den Herausforderungen der modernen Kartographie gewachsen sind und die Zukunft der Kartographie mitgestalten. Der MSc Cartography wird seit Oktober 2014 als ‘Erasmus Mundus Joint Master Degree‘ des Erasmus+ Programmes gefördert. Damit verbunden ist die Stipendienvergabe an hochqualifizierte internationale Studierende, die für dieses Programm ausgewählt werden.

Abstract
Since the winter term 2011/2012 the International Master´s Program Cartography is offered. It lasts two years and is a cooperation between the Technical University Munich (TUM, Germany), the Technical University Vienna (TUM, Austria), the Technical University Dresden (TUD, Germany), and the University of Twente (UT, The Netherlands). The aim of this Master´s Program is to educate specialists who are able to face the challenges of modern cartography and to help in forming the future of cartography. Cartography is supported within the scope of “Erasmus Mundus Joint Master Degree” of the Erasmus+ Program since October 2014. In this context highly qualified international students, who have been selected for this program, get scholarships.

Kurzfassung
Das Schwerefeld der Erde ändert sich ständig durch die Gezeiten, aber auch durch direkte Gravitationseffekte von Massenverlagerungen im gesamten System Erde, die meist mit Deformation durch Auflast verbunden sind. Zeitliche Variationen des Erdrotationsvektors tragen ebenfalls zur Änderung der Schwerebeschleunigung bei. Die Untersuchung dieser zeitlichen Variationen eröffnet ein Forschungsfeld, das Geodäsie und Geophysik eng miteider verbindet. Heute liefern supraleitende Gravimeter (SG) hochgenaue kontinuierliche Zeitreihen, mit denen physikalische Signale überwacht und interpretiert werden können, die eine Vielzahl von geodynamischen Phänomenen wie Erdgezeiten, Erdrotation, Eigenschwingungen und Massentransport auf allen räumlichen und zeitlichen Skalen widerspiegeln. Seit mehr als 20 Jahren ist das SG GWRC025 in Österreich im Einsatz und stellt wertvolle Messreihen für nationale und internationale Projekte zu Verfügung. Dieser Aufsatz gibt einen Überblick über einige wichtige wissenschaftliche Erkenntnisse, zu denen die Daten des GWRC025 wesentlich beigetragen haben.

Abstract
The gravity field of the Earth changes with time due to external forcing, but also due to direct gravitational effects of mass variations in the entire Earth system, which are mostly associated with deformation effects caused by loading. Temporal variations of the Earth rotation vector contribute to gravity changes as well. Time variable gravity therefore opens a research field, where Geodesy and Geophysics are closely linked. Today, superconducting gravimeters (SG) provide high accurate gravity time series that allow for monitoring and interpreting of physical signals reflecting a wide range of geodynamical phenomena like Earth tides, Earth rotation, normal modes and environmental gravity effects on all spatial and temporal scales. For more than 20 years, the SG GWRC025 has been operating in Austria, embedded in international projects. This paper presents a review of some important scientific achievements, to which the GWRC025 data contributed essentially.

Kurzfassung
GNSS Echtzeitmessungen sind für Höhenbestimmungen nicht besonders gut geeignet, da die erzielten Höhenresultate oft nicht die erforderliche Genauigkeit erreichen. Spielte das in der Vergangenheit eine eher untergeordnete Rolle, so erfordern neue Anwendungen doch mehr und mehr eine Verbesserung der erzielbaren Höhengenauigkeit. Zeitserien von mit Echtzeitsystemen gemessenen Höhen zeigen aber kurzzeitige und jahreszeitliche Schwankungen auf, welche mit der Vernachlässigung von Troposphäreneffekten in den Tälern in Zusammenhang stehen. Mit Hilfe eines speziellen Echtzeit Monitoring Konzepts gelang den Mitgliedern der D-A-CH Gruppe der Nachweis des Zusammenhangs zwischen Echtzeit Höhendifferenzen und vertikalen Laufzeitunterschieden in der Troposphäre (ZTD). Die Kombination von ZTD Werten aus schnellen Postprozessing Analysen mit gespeicherten VRS-Daten eines Echtzeitsystems zeigte sich als sehr geeignet für die Erhöhung der Genauigkeit von Echtzeit Höhenmessungen. Dieses neue Konzept wurde in einer kommerziellen Software umgesetzt und ist in der Lage, die systematischen Höhenfehler von Echtzeitmessungen zu beheben.

Abstract
Heights are the weakest part of GNSS realtime measurements but modern applications more and more require very accurate height results at the user segment. Realtime height timeseries show short term and annual systematic signals that are connected to remaining neglected tropospheric effects. The D-A-CH group in the Alpine Region in Europe proved the correlation between height differences and differences of tropospheric zenith total delays (ZTD) between reference stations on mountain tops and in the valleys using special realtime monitoring stations. Combining near realtime ZTD values and VRS (virtual reference station) data in postprocessing showed the potential for improving the accuracy of realtime height measurements. The new concept was implemented into commercial software and is able to remove the systematic height errors in realtime systems.

Kurzfassung
Um im wissenschaftlichen Bereich mit global verfügbaren GNSS Permanentstationen arbeiten zu können ist eine verlässliche Dateninfrastruktur notwendig. Das Bundesamt für Eich- und Vermessungswesen (BEV) in Wien hat sich dazu entschlossen dauerhaft dazu auf mehreren Ebenen beizutragen. Neben dem Betreiben eines von zwei EUREF Datenzentren wurde ein Analysezentrum aufgebaut, in dem eines der größten EPN (European Permanent Network) Teilnetzwerke ausgewertet wird. Das stellt einen wertvollen Beitrag zur internationalen Gemeinschaft der Referenzsysteme dar. Zusätzlich zum europäischen Netzwerk wird ein verdichtetes österreichisches Netzwerk ausgewertet, um Geschwindigkeiten auf der europäischen Erdplatte zu bestimmen.

Abstract
Reliable data infrastructure components are the fundamental background for scientific work with global distributed geodetic GNSS permanent stations. Therefore, the Federal Office of Metrology and Surveying (BEV) in Vienna decided to contribute to these long term activities on different levels. Besides creating one of the Data Centers within EUREF we also established an Analysis Center which processes one of the biggest network parts of the European Permanent Network EPN. This is a valuable contribution to the international reference frame community. In addition to the European Network we also monitor a dense Austrian network which is used for the determination of intraplate velocities.

Kurzfassung
Die GNSS - Systeme GALILEO (EU) und BEIDOU (China) befinden sich in der finalen Phase ihres Vollausbaues (Full Operational Capability – FOC), welcher für das Jahr 2020 geplant ist. Gemeinsam mit den bekannten Systemen GPS (USA) und GLONASS (Russland) wird in absehbarer Zeit ein „Multi GNSS – System“ für sämtliche PNT – Anwendungen (Positioning, Navigation and Timing) zur Verfügung stehen. Das BEV trug mit seinem GNSS-Echtzeitpositionierungsservice APOS (Austrian Positioning Service) diesem Umstand bereits seit geraumer Zeit Rechnung indem 2016 mit den ersten Anschaffungen begonnen wurde und heuer, im May 2019, der Umstieg auf „Multi GNSS“ (GPS, GLONASS, GALILEO) abgeschlossen werden konnte.

Abstract
The GNSS GALILEO (EU) und BeiDou (China) are in their final phase to reach their Full Operational Capability (FOC) by 2020. In combination with GPS and GLONASS they will build the so called „Multi GNSS“ for all Positioning, Navigation and Timing (PNT) - applications. The Austrian Federal Office of Metrology and Surveying (BEV) with its GNSS Real Time Service APOS (Austrian Positioning Service) have been adressed this issue since 2016 procuring essential equipment to be ready for the switch to „Multi GNSS“ (GPS, GLONASS, GALILEO) in May 2019.

Kurzfassung
Die Österreichische Geodätische Kommission (ÖGK) hat im Jahr 2014 ihre Statuten erneuert und in diesem Zuge präzisiert. Ausgehend von den Statuten wird die Arbeitsweise vorgestellt und aktuelle Beispiele dafür werden präsentiert. Dies reicht von der Stellungnahme zu formulierten Gesetzesvorhaben, über wissenschaftliche Expertise zu ausgesuchten Fragestellungen bis hin zu Vorschlägen für die Weiterentwicklung von Geodäsie und Geoinformation in Österreich.

Abstract
In the year 1862 the “Kommission für die Mitteleuropäische Gradmessung” was founded by Prussia and Saxony, marking the begin of international cooperation in geodesy. It was recognized, that the figure of the Earth could only be determined by cooperating, as the necessary works were not only in their volume, but also spatially extended. Austria became the third member in 1863. The actual work was in the responsibility of the “Österreichische Kommission für die Mitteleuropäische Gradmessung”. Two years later, the commission had already 16 European members and “Mitteleuropäische Gradmessung“ became “Europäische Gradmessung“ in 1867. What was former the „Österreichischen Kommission für die Mitteleuropäische Gradmessung“ became the „Österreichische Geodätische Kommission (ÖGK)“, the Austrian Geodetic Commission, in 1996 [1]. ...

Kurzfassung
Für die Erfassung topographischer Information über größere Bereiche stehen praktisch zwei Messkonzepte zur Verfügung: Lidar (Light Detection And Ranging), auch unten dem Namen Laserscanning bekannt, misst direkt 3D und ist die jüngere Technologie und die 3D-Rekonstruktion aus Photographien, die auf bereits 150 Jahre Erfahrung zurückgreift. Beide Technologien entwickeln sich rasch weiter. Anhand der Gemeinsamkeiten und der Unterschiede der beiden Messkonzepte, untersucht auf dem Sensor-Niveau, wird gezeigt, wie sehr sich diese beiden Methoden ergänzen. Eine gemeinsame Prozessierung kann potentiell genauere, zuverlässigere und vollständigere Modelle unserer Umgebung liefern, die noch dazu effizienter erstellt werden können. Eine solche integrierte Verarbeitung ist aber nur für wenige Aufgaben entlang der Prozessierungskette von der Datenaufnahme bis zum 3D-Modell realisiert. Ein Ansatz zur gemeinsamen Orientierung wurde bereits vorgeschlagen und praktisch eingesetzt. Dieser Artikel soll die Komplementarität der beiden Sensoren stärker herausarbeiten und dazu beitragen die integrierte Aufnahme und Prozessierung von Lidar- und Photo-Aufnahmen als Standard etablieren.

Abstract
The differences between Lidar and photo observations are discussed on a sensor level. This highlights the similar and complimentary aspects of both data acquisition methods. A method for the integrated orientation of photo and Lidar observations is presented and its effectiveness is shown. It is argued that integrated acquisition and processing will become a standard for topographic data acquisition. The article is based on the research and experience of the photogrammetry group at Technische Universität Wien.

Kurzfassung
Dieser Artikel stellt die Forschungsrichtungen der Forschungsgruppe Geoinformation an der Technischen Universität Wien vor. Wenn wir uns in einer realen oder virtuellen Umgebung bewegen und mit unserer direkten Umgebung, z.B. Gebäuden, interagieren, produzieren wir raumbezogene Spuren. Durch die effiziente und effektive Analyse dieser vom Menschen erzeugten Daten, aber auch von der städtischen Umwelt, sind wir in der Lage, mehrere Forschungsfragen des Bereichs zu beantworten. Zum Beispiel können wir die Struktur der Umwelt, in der wir leben, aufdecken, die Auswirkungen der Umwelt auf die menschliche Entscheidungsfindung untersuchen, verstehen wie Menschen mit der Umwelt interagieren, sowie neue raumbezogene Visualisierungen und Interaktionsdialoge ermöglichen. Neuartige Technologien wie Virtual and Augmented Reality sowie Eye Tracking befähigen uns, einen Schritt weiter zu gehen und komplexe Experimente durchzuführen, um relevante raumbezogene Daten zu generieren, die es uns ermöglichen, den Entscheidungsprozess des Menschen in kontrollierten Umgebungen zu untersuchen und zu verstehen. Darüber hinaus können wir aufgrund des aktuellen technologischen Fortschritts der Forschungsgruppe für Geoinformation die AR-Technologie nun auch im Außenbereich einsetzen, um georeferenzierte Objekte in Echtzeit zu visualisieren. Dies erlaubt uns, Experimente auch in natürlicher Umgebung durchzuführen und die räumliche Information, die der Mensch mit Hilfe unserer entwickelten Technologie wahrnehmen kann, zu verändern.

Abstract
This article introduces the research directions of the Geoinformation Research Group at the Vienna University of technology. When we walk in a real or virtual environment as well as when we interact with our surroundings, e.g., buildings, we produce geospatial traces. By analyzing this human generated, but also urban environment data in an efficient and effective way, we are able to answer several research questions of the field. For instance, we can reveal the structure of the environment we live in, investigate the effects of the environment on human decision-making, we can understand how humans interact with the environment as well as enable novel geospatial visualizations and interaction dialogues. Emerging technologies such as virtual and augmented reality as well as eye tracking allow us to go a step further and perform complex experiments in order to generate relevant spatial data that will allow us to investigate and understand the decision making process of humans in controlled environments. Furthermore, due to current technological advances of the Geoinformation Research Group, we can now use the AR technology also in outdoor spaces in order to visualize georeferenced objects in real-time. This provides us the ability to perform experiments also in natural environments, altering the spatial information that the humans can perceive while using our developed technology.