Van Kernnet naar Footprint

Van Kernnet naar Footprint Gé Lobé Het in stand houden van de geometrische infrastructuur (de Rijksdriehoeksmeting) in Nederland is een wettelijke taak van het Kadaster. Eind jaren 80 van de vorige eeuw is, in verband met het opkomende gebruik van GPS voor plaatsbepaling, een begin gemaakt met de realisatie van het GPS-kernnet. Deze kernnetpunten liggen ter hoogte van het maaiveld met de horizon rondom vrij van obstakels en zijn daardoor bij uitstek geschikt voor het meten met GNSS. Dit in tegenstelling tot de klassieke RD-punten, zoals torens en RD-stenen in het bos. Het kernnet wordt hoofdzakelijk gebruikt als referentie voor landmeters en als referentie voor kwaliteitsmeting van Real-time GNSS-netwerken. Het volledige GPS-kernnet van ruim 400 punten is gerealiseerd in 1997, maar de weg naar minder punten is ingezet: op weg naar Footprint. Met de huidige permanente referentienetwerken, waar GNSS-apparatuur continu waarnemingen verzamelt, is het bepalen van een punt in coördinaten met een nauwkeurigheid van 1 à 2 cm in ligging en 3 cm in hoogte vrij eenvoudig binnen enkele minuten te realiseren. Deze nauwkeurigheid kan zelfs oplopen tot enkele millimeters als er langer, enkele dagen, op het punt wordt gemeten. Het gevolg hiervan is dat bijna overal (wereldwijd) de noodzaak van het gebruik van vaste punten sterk afneemt. Het blijft echter belangrijk dat er een net bestaat van duurzame en goed gefundeerde vaste punten die met hoge nauwkeurigheid zijn bepaald. Dat kunnen er aanzienlijk minder zijn dan het huidige aantal kernnetpunten, mede omdat de huidige techniek het mogelijk maakt om eenvoudig en met hoge nauwkeurigheid punten te bepalen over grote afstanden. Totstandkoming GNSS-kernnet Omdat het gebruik van GPS in de landmeetkunde een veelbelovende ontwikkeling was, heeft de Rijksdriehoeksmeting (RD) eind jaren 80 besloten om geheel Nederland te voorzien van punten waar de landmeter zijn GPS-ontvanger gemakkelijk boven kon opstellen. De RD heeft in 1987 een begin gemaakt met de aanleg van het GPS-kernnet. De onderlinge afstand van de kernnetpunten was gepland op 10 tot 15 km. Deze afstanden waren zo gekozen dat een gebruiker met korte meettijden, ook real-time, naar omliggende kernnetpunten kon meten. Figuur 1 - Oorspronkelijke bepaling kernnetpunt. Aansluiting van de GPSkernnetpunten aan RD De RD-coördinaten van de kernnetpunten werden door de RD bepaald door basislijnen te meten met twee GPS-ontvangers tussen het kernnetpunt en minimaal 3 rondom liggende RD-aansluitpunten (figuur 1). Deze RD-punten, zoals torens en RD-stenen in het bos, waren niet direct geschikt voor GPS-metingen en er werd in de nabijheid van het RD-punt een geschikte plek gezocht om met GPS te kunnen meten. Het meten beperkte zich niet alleen tot GPS-metingen, maar er waren vaak ook grote centreringen (lokale driehoeksmetingen) noodzakelijk om de GPS-opstelling te kunnen koppelen aan het RD-punt. Daarnaast waren er ook nog waterpassingen nodig om van minimaal 3 GPS-opstellingen de NAP-hoogtes te bepalen. Koppeling ETRS89 met RD,NAP (Neref/Mareo campagnes) Tijdens de opbouw van het GPS-kernnet zijn in 1990, 1991 en 1994 enkele grote GPSmeetcampagnes [1] uitgevoerd, met als doel ETRS-89 (het Europese coördinatensysteem, RD-punten nu gratis beschikbaar U kunt nu gratis de coördinaten van de RD-punten raadplegen via https://rdinfo.kadaster.nl. Informatie over de RD-punten is sinds 1 januari 2013 ook als geodataset gratis beschikbaar. Deze informatie kunt u vinden via http://www.pdok.nl. U kunt hier gebruik maken van de datasets RDinfo_punten en RDinfo_stations. RDinfo-punten Deze dataset bevat uitsluitend informatie over het object en/of het adres van het RD-punt. RDinfo-stations Deze dataset bevat informatie van alle meetpunten en de bijbehorende coördinaten die behoren tot de verzameling van een RD-punt (binnen een straal van ongeveer 200 meter). 10 Geo-Info 2013-7

Figuur 2. breedte, lengte en ellipsoïdische hoogte) te kunnen verbinden met RD (X,Y) en NAP (H). In deze campagnes werden ook peilmeetstations (MAREO-punten, van mareograph: peilschaal) langs de Nederlandse kust betrokken. Dit laatste om te kunnen onderzoeken in hoeverre GPS-metingen een bijdrage kunnen leveren aan de meting van de zeespiegelvariatie in combinatie met bodemdaling. Voornoemde activiteiten vonden plaats in het kader van NEREF (NEtherlands REference Frame) en werden uitgevoerd onder auspiciën van de Subcommissie Geometrische Infrastructuur van de Nederlandse Commissie voor Geodesie (NCG). Deze meetcampagnes maakten gebruik van vier zogenaamd EUREF-punten (European Reference Frame) in Nederland, onze huidige AGRS-stations (Actief GNSS Referentie Systeem) en daarnaast nog negen zogenaamde NEREF-punten (Netherlands Reference Frame) (figuur 2). Voor een goede aansluiting aan RD werden de NEREF-punten verbonden met omliggende 1 e -orde RD-punten, de toenmalige basis voor het coördinatenstelsel van de RD. Voor een goede verbinding met het NAP werden waterpassingen uitgevoerd naar ondergrondse merken van het NAP. Uit de voorlopige resultaten van deze NEREF-berekeningen zijn transformatieparameters tussen RD/NAP en ETRS-89 berekend voor Nederland. Deze transformatieparameters staan vermeld in de Handleiding Technische werkzaamheden 1996 van het Kadaster (HTW1996). Aansluiting GPS-kernnetpunten aan ETRS-89 (RDNAPTRANS TM ) In 1997 zijn alle kernnetpunten in een landsdekkend netwerk (figuur 3) met behulp van GPS-basislijnen gekoppeld aan de eerder noemde NEREF-punten en de AGRS-stations. Hierdoor kregen we van alle kernnetpunten goede ETRS-89 coördinaten. Na transformatie van deze ETRS-89 coördinaten van de GPS-kernnetpunten naar RD en NAP, werden de verschillen bepaald tussen de oorspronkelijke RD-coördinaten van de kernnetpunten met die van na de transformatie. De verschilvectoren (figuur 3) tussen beide sets coördinaten geven goed de vervorming weer van het bestaande RDpuntennet. Deze werd voorheen niet opgemerkt, omdat ze kleiner waren dan de ruis in de metingen. Op basis van deze verschilvectoren is het RD-correctiegrid berekend. Samen met de transformatieparameters en dit RD-correctiegrid is nu de omrekening van ETRS-89 naar RD met centimeternauwkeurigheid mogelijk. Aangevuld met een geoïdemodel ten behoeve van de NAPhoogte, staat deze transformatieprocedure bekend als RDNAPTRANS TM. Figuur 3 - Kernnet 1997 en verschilvectoren. Geo-Info 2013-7 11

Verzekering kernnetpunten De meeste kernnetpunten zijn verzekerd met een speciale kernnetbout (figuur 4). Deze kernnetbout heeft een bolle boven zijde voor de waterpasbaak, dus de hoogte en een gaatje in het midden ten behoeve van de markering van de X,Y. Figuur 4 - Kernnetbout. Figuur 6 - Voorbeelden kernnetpunt. Figuur 5 - Grondanker. De verschillende verzekeringswijze van de kernnetpunten (figuur 6) zijn als volgt: RD-steen (kernnetbout in ingegraven betonnen zuil van 1 meter hoog en 20 cm in het vierkant. R.V.S. grondanker (roestvast stalen stang (figuur 5) van ongeveer 1,2 m; in de grond gedraaid met daarboven een putje met deksel en rondom het putje een vierkante tegel). kernnetbout in het betonnen gedeelte van landhoofden van viaducten en bruggen, betonplaten, stuwen, putten en duikers. Afname van het gebruik van vaste punten De afname van het gebruik van vaste punten is al ingezet. In 2002 is al gestopt met het onderhoud van de klassieke RD-punten, de torens. Nu is het moment aangebroken om het huidige kernnet eens kritisch te bekijken. Een klantenenquête uit 2003 laat zien dat de helft van de abonnees op de RD-publicatie gebruik maakt van GNSS-referentienetwerken en de verwachting werd al uitgesproken dat dit binnen vijf jaar zou stijgen naar 90%. Een klantenenquête uit 2007 laat al zien dat het gebruik van GNSS-referentienetwerken is toegenomen tot 100%. Omdat ook de noodzaak van het gebruik van kernnetpunten daardoor afneemt, is de voor de hand liggende vraag of het kernnet nog steeds uit zoveel (426) punten moet blijven bestaan (1 kernnetpunt per 10 km) en we de jaarlijkse bijhoudingscyclus van de kernnetpunten moeten handhaven. Deze jaarlijkse bijhouding is een arbeidsintensief proces. Als we met minder punten toekunnen, zullen de kosten voor de bijhouding ook minder worden. Dat er nog vaste punten moeten blijven bestaan en onderhouden moeten worden, blijft noodzakelijk. Er zal altijd iets moeten overblijven waar we op terug kunnen vallen. GNSS blijft kwetsbaar en is gemakkelijk te verstoren. Hoeveel punten moeten er dan nog overblijven? Om dit goed te kunnen onderzoeken, is er ook gekeken naar de puntdichtheid in de ons omringende landen. Uit rapporten van die landen konden de volgende eensluidende conclusies worden getrokken. Onderhoud van de klassieke vaste punten is nihil. Passieve GNSS-punten worden incidenteel onderhouden. Wel behoefte aan een netwerk van duurzame en goed gefundeerde vaste punten die met hoge nauwkeurigheid zijn bepaald. De verdichtingafstand van de passieve GNSS-punten in de ons omringende landen en Nederland (kernnet en footprint) zijn in tabel 1 weergegeven. 12 Geo-Info 2013-7

Land Nederland huidige Kernnet Nederland nieuwe Footprint Aantal punten Onderzoek bijhouding kernnet Hoe gaan we nu verder met de bijhouding van het kernnet? Allereerst zijn er twee varianten nader onderzocht. Variant 1: Een lagere bijhoudingsfrequentie van het kernnet. Aantrekkelijk voor de korte termijn en vereist de minste voorbereiding. Variant 2: Minder kernnetpunten. Aantrekkelijk voor de lange termijn. Vereist echter een goede voorbereiding bij de keuze van de punten. Er is uiteindelijk gekozen voor variant 2, minder kernnetpunten en met een lagere bijhoudingsfrequentie (gedeeltelijk uit variant 1). Het Kadaster is van mening dat vanuit de wettelijke taak tot het beheer van RD-punten en onderhoud van een stelsel van kernnetpunten en haar verantwoordelijkheid van de bijhouding van een geometrische infrastructuur, voor een oplossing gekozen moet worden die toekomstbestendig is, gebruikers de vereiste betrouwbaarheid en zekerheid geeft en leidt tot een efficiënte situatie die past bij het huidige gebruik. De volgende aandachtspunten zijn opgesteld voor de verdere uitwerking van deze keuze: Het aantal nog te onderhouden kernnetpunten terugbrengen naar ongeveer 100 stuks (verdichtingafstand ong. 20 km) gelijkmatig verdeeld over Nederland. Duurzame en goed gefundeerde vaste punten hebben de voorkeur. Van de stabiele punten hebben bouten in landhoofden van viaducten en bruggen en andere goed gefundeerde objecten de voorkeur. [2] Totale landoppervlak in km 2 Km 2 /punt Verdichtingafstand 426 37354 87,7 9,4 105 37354 355,8 18,9 United Kingdom 900 242900 269,9 16,4 Duitsland 250 357114 1428,5 37,8 België 4200 30528 7,3 2,7 Denemarken 620 43094 69,5 8,3 Tabel 1. De berekende standaardafwijking van elke set coördinaten van het te kiezen footprintpunt moet in ieder geval voldoen aan de kenmerkende kwaliteit van het kernnet en minimaal gelijk of kleiner zijn dan de gemiddelde berekende standaardafwijking van alle kernnetpunten samen. De kenmerkende kwaliteit is het minimale niveau dat een gebruiker mag verwachten. De actuele kwaliteit moet tenminste gelijk of beter zijn. Soort/Aantal kernnetpunten Het kernnetpunt moet minimaal drie keer gemeten zijn. Minimaal twee punten overhouden op een Waddeneiland (op Schiermonnikoog komt nog een punt). Deze selectie van nauwkeurig bepaalde, stabiele punten noemen we in het vervolg de footprint. De stabiliteit van de kernnetpunten Stabiele punten vormen een belangrijk onderdeel van voornoemde aandachtspunten. De kenmerkende kwaliteit, namelijk standaardafwijking één centimeter voor de afzonderlijke horizontale componenten en drie centimeter voor de hoogte [3], is het minimale niveau dat een gebruiker mag verwachten van GNSS-kernnetpunten. In de bestaande bijhoudingscyclus zijn regelmatig de coördinaten opnieuw bepaald om de kenmerkende kwaliteit te borgen. De coördinatenverschillen tussen de coördinatensets uit de bijhoudingsmetingen zijn in veel gevallen kleiner dan op Gemiddelde standaardafwijking σxrd σyrd Σh (ell.) Gehele kernnet (426) 0,006 m 0,006 m 0,018 m Onstabiele kernnetpunten (87) 0,011 m 0,010 m 0,024 m Stabiele kernnetpunten (339) 0,005 m 0,005 m 0,017 m Footprintpunten (105) 0,005 m 0,005 m 0,016 m Tabel 2 - Standaardafwijking van de verschillende coördinatensets, respectievelijk voor X,Y in RD en h in ETRS89. Aantal malen gemeten Aantal punten totale kernnet Aantal punten footprint 1 2 2 2 3 6 1 4 5 5 11 6 22 4 7 41 14 8 60 14 9 180 47 10 80 23 11 17 2 Gemiddeld aantal malen gemeten Tabel 3 - Aantal malen gemeten. 8,5 8,7 Geo-Info 2013-7 13

basis van de kenmerkende kwaliteit zou mogen. GNSS-kernnetpunten waarvan de standaardafwijkingen van de coördinatensets uit de bijhoudingsmetingen kleiner of gelijk zijn aan de kenmerkende kwaliteit worden als stabiel geclassificeerd. Van de 426 kernnetpunten zijn de standaardafwijkingen berekend van elke coördinatenset per kernnetpunt. Tabel 2 geeft in de bovenste rij de standaardafwijking van het gehele GNSS-kernnet. Elke kernnetpunt is gemiddeld 8,5 keer gemeten (tabel 3). Van de 426 GNSS-kernnetpunten zijn 87 punten niet als stabiel geclassificeerd. In de overzichtskaart (figuur 7) zijn deze weergegeven met een rode driehoek. Footprint 2013 Uit de stabiele kernnetpunten zijn volgens de eerder beschreven criteria 105 footprintpunten geselecteerd. Van de 105 gekozen footprintpunten is bijna 70% negen tot elf maal gecontroleerd (tabel 3 laatste kolom en figuur 8). De standaardafwijking van deze geselecteerde punten is bijna twee keer zo goed als de gespecificeerde kenmerkende kwaliteit (laatste rij tabel 2). De footprintpunten liggen verspreid over Nederland Figuur 7 - Kernnet 2012. met een onderlinge ligging van ongeveer 20 km (figuur 8). Bij de selectie is ook rekening gehouden met het aantal malen dat een kernnetpunt is gemeten. Door de hoge stabiliteit van de footprintpunten is besloten de bijhoudingsfrequentie te verlagen naar minimaal een keer per vijf jaar. Alle overige kernnetpunten zullen na 2013 niet meer als kernnetpunt worden gepubliceerd, maar als gewoon RD-punt. Ze zullen ook niet meer worden opgenomen in de bijhoudingscyclus van de RD en het NAP. Reacties op dit onderwerp kunt u sturen naar rd@kadaster.nl Links 1. De NEREF-campagnes 1990, 1991 en 1994 door G.B.M. Brand, J. van Buren, H. van der Marel en R.E. Molendijk. 2. Bron: World Statistic Pocketbook 2011 United Nations, New York, 2012. 3. De geodetische referentiestelsels van Nederland, van Arnoud de Bruijne, Joop van Buren, Anton Kösters, Hans van der Marel. Figuur 8 - Overzicht footprint en aantal malen gemeten. Gé Lobé Gé Lobé is Senior Adviseur bij de Rijksdriehoeksmeting. Eén van zijn taken is het beheer en onderhoud van het AGRS, NETPOS en het GNSS-kernnet, het beheer van de database en de publicatie van de RD-punten en het beheer van het RD-archief. 14 Geo-Info 2013-7