Referenzsysteme bilden die Basis für jede Erdbeobachtung. Um Beobachtungen global vergleichbar und kombinierbar zu machen, sind präzise Koordinaten im selben System Voraussetzung. Mathematisch können Referenzsysteme in einem dreidimensionalen kartesischen oder polaren System (siehe Abbildung links) definiert werden, physikalisch und astronomisch werden sie mit erdbezogenen Eigenschaften (siehe nachstehende Abbildung) verbunden.

 

 

Topographischen Karten liegen mathematische Transformationen der räumlichen Systeme auf zweidimensionale Systeme zugrunde, was mathematisch unbedingt eine Verzerrung bewirkt. Es ist also wichtig für jeden Punkt nicht nur die Koordinaten, sondern auch das Bezugssystem zu kennen. Mathematisch sollte in einem Raum ohne Berücksichtigung der Relativitätstheorie das System stabil bleiben, doch ist bei erdbezogenen Systemen (Zentrum im Schwerpunkt, Achsen in Polrichtung und Äquator) der physikalische Bezug wichtig, sodass die Realisierungen der Referenzsysteme zusätzliche eine dynamische Komponente erhalten und so zu 4D-Referenzsystem-Bestimmungen führen. Das "wahre" Referenzsystem bleibt ein theoretisches Konstrukt, die jeweilige Realisierung ist zeitabhängig.

Derzeit sind die geometrischen 3D-Systeme auf ca. 5 mm genau realisierbar. Die Realisierung erfolgt über kombinierte Satellitenmessungen von Laser- und GNSS-Satelliten plus der Beobachtungen von Quasaren (VLBI). ITRF (International Terrestrial Reference Frame) und ETRF (European Terrestrial Reference Frame) sind an den Erdkörper gebunden. Durch jede verbesserte Modellierung ändert sich die Realisierung, was Sprünge in den Koordinaten zur Folge hat. Die Modellierung ist ein interdisziplinäres Forschungsgebiet, in der Geowissenschaften mit anderen Disziplinen (Astronomie, Elektronik, Materialwissenschaften) zusammenarbeiten. Neben den reinen Messungen mit Geräten muss eine Unzahl von astronomischen und physikalischen Einflüssen berücksichtigt werden (Gezeiten der Ozeane und der Erde, Verzögerungen durch Troposphäre und Atmosphäre, relativistische Effekte u.a.). Die Modelle und die Modellierung werden ständig verbessert und global ab einem gewissen Zeitpunkt für die Bestimmung zeitgleich eingesetzt. Da sich die Genauigkeit der Instrumente im Vergleich zu den Modellen nicht so stark verbessert hat, ist es von Zeit zu Zeit notwendig und nützlich alte Daten einer Wiederauswertung zu unterwerfen.

Das IWF ist zusammen mit dem BEV an der Bestimmung von Referenzsystemen global und regional beteiligt.

 

Forschungsschwerpunkte:

• Internationales Datenzentrum für GNSS-Daten und Produkte, Entwicklung von Datennetzen und Konzepten für den Datenaustausch
• Ständiges Monitoring des europäischen und des davon abgeleiteten österreichischen Referenznetzes, Schaffung der technischen Grundlagen für die gesetzliche österreichische Realisierung von ETRS89
• Entwicklung von Qualitätskriterien für Beobachtungsstationen
• Untersuchung und Modellierung von Antennenverhalten (Kompatibilität)
• Zeitreihenanalyse und Untersuchung von Lokalbewegungen, die die Referenz verfälschen
• Frequenzanalyse von periodischen Bewegungen, Kombination mit anderen physikalischen Phänomenen (Wasserhaushalt, Wetter, Erwärmung der Station)