WGS 84

Lage des 50. Breitengrades nach World Geodetic System 1984 (WGS84) in Oestrich-Winkel im Rheingau am Parkplatz der Tourist Information, zwischen der Sankt-Aegidius-Basilika in Mittelheim und der Weinbergslage Jesuitengarten in Winkel (siehe Schriftzug im Bild). Nach dem für Topografische Karten in Deutschland angenommenen Potsdam-Datum liegt der 50. Breitengrad hier etwa 130 Meter weiter südlich.

Das World Geodetic System 1984 (WGS 84) ist ein geodätisches Referenzsystem als einheitliche Grundlage für Positionsangaben auf der Erde und im erdnahen Weltraum. Es besteht aus

• einer einfachen, dreidimensionalen Bezugsfläche, dem Referenzellipsoid, das der Erdoberfläche grob angepasst ist,
• einem detaillierteren Modell für die von dieser idealisierten Form abweichende Erdfigur, das sogenannte Geoid,
• zwölf über die Erde verteilten Fundamentalstationen, über die der Bezug zwischen diesen Modellen und der Erdkruste durch Angabe von (zeitabhängigen) Koordinaten definiert wird (der sogenannte Reference Frame).

Das System ist die geodätische Grundlage des Global Positioning Systems (GPS), das die Vermessung der Erde und die Orientierung mittels NAVSTAR-Satelliten ermöglicht.

Definition

Das Koordinatensystem, in dem das Referenzellipsoid, das Geoid und die Lage der Fundamentalstationen definiert ist, ist ein Kartesisches Rechtssystem (Z weist zum Nordpol, X in Richtung 0° Länge und Breite, Y nach 90° Ost). Seine Definition folgt den Vorgaben des IERS:

• Es ist zentriert auf den Schwerpunkt der Erde inklusive Atmosphäre.
• Seine Längenskala ist die lokale, im durch die Masse der Erde relativistisch gekrümmten Raum.
• Die Orientierung seiner Achsen relativ zur Erdkruste (Referenzpol und Referenzmeridian) entsprach zur Epoche 1984.0 der des IERS (damals BIH).
• Die zeitliche Entwicklung seiner Orientierung folgt global der Rotation der Erdkruste (die Bewegung der Kontinentalplatten erfolgt gegeneinander, ohne Nettorotation).

Die Vermessung der Positionen der Fundamentalstationen zueinander und ihr Anschluss an den International Terrestrial Reference Frame des IERS erfolgt regelmäßig über GPS.

Nebenbei ergeben sich immer genauere Werte für die Größe und Abplattung der Erde und ihr Gravitationsfeld. Damit aber das Ellipsoid eine stabile Referenz bildet, werden seine Parameter fest definiert:

• große Halbachse a = 6378137 Meter,
• Abplattung f = 1/298,257223563, entsprechend einer kleinen Halbachse b = a(1−f) von etwa 6356752,314 Metern,
• G·M_⊕ = 3986004,418·10⁸ m³/s²,
• Rotationsgeschwindigkeit ω = 7,292115·10^-5 rad/s.

Differenzen

Der Referenzmeridian des IERS verläuft etwa 100 Meter östlich an der Königlichen Sternwarte vorbei (am Äquator ist die Abweichung zum Greenwich-Nullmeridian geringer).

Die vernachlässigbare Abweichung der definierten Abplattung von der des ursprünglich verwendeten GRS 80-Ellipsoids (1/298,25722101) entspricht 0,1 mm in der kleinen Halbachse und entstand durch Rundung bei der Hin- und Rückumrechnung zwischen Abplattung und dem entsprechenden Koeffizienten der Kugelflächenfunktion.

Für G·M_⊕ wurde in einer früheren Version von WGS 84 ein ungenauerer Wert von 3986005,0·10⁸ m³/s² verwendet. Dieser Wert ist in Millionen von GPS-Empfängern fest programmiert und wird deshalb vom GPS-Kontrollsegment weiterhin verwendet, um an die mit dem neueren Wert prognostizierten Satellitenpositionen Keppler-Ellipsen anzupassen, deren Parameter den GPS-Empfängern als Ephemeriden übermittelt werden.

Zur Epoche 1989,0 waren das ITRS und das ETRS innerhalb der Messgenauigkeit identisch. Letzteres ist aber über Fundamentalstationen an die Eurasische Platte verbunden und bewegt sich mit 2,5 cm pro Jahr gegen das globale System.

Gebrauch des Systems

Momentan (Stand 2000) sind 123 lokale Daten an das WGS-84-Ellipsoid angebunden, was die Konvertierung von Positionsangaben zwischen den Koordinatensystemen wesentlich vereinfacht. Der Standard WGS 84 wurde durch Beschluss der ICAO 1989 für die Luftfahrt übernommen.

Weblinks

• NIMA – National Imagery and Mapping Agency: Department of Defense World Geodetic System 1984; Technical Report, TR 8350.2, 3rd edition; January 2000
• EUROCONTROL – European Organization for the Safety of Air Navigation; WGS 84 Implementation Manual, Version 2.4; February 12, 1998
• Kartenbezugssysteme, Ellipsoide, Geoide und topografische Oberflächen
• MapRef – Europäische Referenzsysteme und Kartenprojektionen
• Get Coordinate, Wikipedia Koordinaten ermitteln und einfügen