Auswirkungen ETRS89/UTM Umstellung für ArcGIS-Anwender

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1 Auswirkungen ETRS89/UTM Umstellung für ArcGIS-Anwender Prof. Rainer Kettemann Studiendekan Vermessung und Geoinformatik Hochschule für Technik Stuttgart Schellingstraße Stuttgart Telefon 0711 / , Fax 2556 rainer.kettemann@hft-stuttgart.de 1

2 Inhalt 1. Wechsel des Geodätischen Datums: DHDN => ETRS89 Was ist ein geodätisches Datum? Was ändert sich? Vorteile für GIS-Anwender? 2. Wechsel der Projektion: GK3 => UTM Was ist zu tun? Folgerungen für die tägliche Praxis 2

3 Geodätisches Datum (Geographisches Koordinatensystem) Geoid Approximation des Geoids durch Rotations-Ellipsoide DHDN (Deutsches Hauptdreiecksnetz) Bessel-Ellipsoid befestigt durch TP und AP am Geoid - lokal gelagert ETRS89 GRS80-Ellipsoid befestigt durch präzise GNSS- Messungen am Geoid - global gelagert 3

4 Geodätisches Datum (Geographisches Koordinatensystem) Geoid Approximation des Geoids durch Rotations-Ellipsoide Koordinaten sind abhängig vom Ellipsoid und von dessen Lagerung am Geoid Breite DHDN Breite ETRS89 4

5 Geodätisches Datum (Geographisches Koordinatensystem) Approximation des Geoids durch Rotations-Ellipsoide DHDN (Deutsches Hauptdreiecksnetz) Bessel-Ellipsoid befestigt durch TP (Dreiecksvermessung) am Geoid, lokal gelagert, verdichtet durch Polygonzüge Nachbarschaftstreu: Benachbarte Punkte passen präzise zueinander! ETRS89 (European Terrestrial Reference System/Frame) GRS80-Ellipsoid (~WGS84) befestigt durch präzise GNSS-Messungen am Geoid - global gelagert Nachbarschaftstreu und auch über große Entfernungen sehr präzise! => hohe Absolutgenauigkeit 5

6 Feststellung: ArcGIS kann schon immer transformieren! Es sind bereits 8 Transformationen im Standard vorhanden. Weshalb eine weitere Transformation für Baden-Württemberg? 6

7 Ergebnisse mit publizierten Transformationen für Deutschland Quelle: Studienarbeit Kabiro/Tessema

8 Deutsches Hauptdreiecksnetz - DHDN Bestimmt durch Richtungsund/oder Streckenmessungen Messunsicherheiten addieren sich beim Aneinanderfügen von Dreiecken => Berlin-Konstanz mehrere Meter Hohe Nachbarschaftsgenauigkeit (cm-genau) Katasterunterlagen sind an benachbarte Festpunkte angepasst => sehr genau reproduzierbar 8

9 ETRS89 Bestimmt durch gleichzeitige differentielle Satellitenmessungen (DGNSS) Messunsicherheiten sind nahezu unabhängig von der Entfernung => Berlin-Konstanz cm-genau DGNSS mit SAPOS liefert unabhängig von Nachbarpunkten endgültige, cm-genaue Koordinaten Vergleich ETRS89 mit DHDN zeigt ortsabhängige systematische Verschiebungen zwischen DHDN und ETRS89, die nicht mit einer normalen Ähnlichkeitstransformation beseitigt werden können. 9

10 Quelle: LGL Baden-Württemberg Quelle: Werner Flacke: NTv2 für Deutschland 10

11 Bisher: Verschieben der GNSS-Punkte durch lokale Einpassung Neu: Geobasisdaten werden passend zu GNSS gemacht; GK-Gitter wird verbogen

12 Lösung für Baden-Württemberg LGL berechnet ein engmaschiges Verschiebungsgitter aus identischen Punkten im Standard NTv2 (BWTA2017) LGL transformiert alle Geobasisdaten mit dieser Gitter-Transformation LGL stellt das Transformationsgitter allen (GIS-)Anwendern zur Verfügung, d.h. die Transformation wird veröffentlicht GIS-Anwender implementieren die Transformation und erhalten dadurch exakt die selben Ergebnisse, wie das LGL. Kantenidentisch zu den Geobasisdaten erzeugte Geofachdaten bleiben kantenidentisch zu den Geobasisdaten! Variante A: Transformation jeweils on the fly beim Anzeigen der Daten Variante B: Abspeichern der transformierten Geofachdaten in einer neuen Datenbank. Danach ist keine Transformation mehr erforderlich empfohlene Lösung. 12

13 Vorteile für GIS-Anwender in Baden-Württemberg Einheitliches Raumbezugssystem? Problemlose Integration von Fremddaten (Google, BING, OSM, etc.) GNSS Ergebnisse passen direkt (ohne Transformation) zu Daten im GIS => GPS-Positionen aus Mobilgeräten => DGNSS-Ergebnisse aus Profigeräten mit SAPOS-Anbindung Fazit: Anwender müssen sich nicht mehr um Datumseinstellungen kümmern. Eine Einstellung (ETRS89) für alle Datenquellen passt. Bei großen Datenmengen entsteht ein Geschwindigkeitsvorteil, weil nicht in das gemeinsame Datum des Kartenfensters transformiert werden muss. 13

14 GNSS Ergebnisse passen direkt (ohne Transformation) zu Daten im GIS => GPS-Positionen aus Mobilgeräten => DGNSS-Ergebnisse aus Profigeräten mit SAPOS-Anbindung ca. 70 cm 2,5 cm/ Jahr 14

15 Genauigkeit von Grenzpunkten Bei der Umstellung nach ETRS89/UTM werden die Spannungen im DHDN beseitigt. Die Koordinatenqualität der Grenzpunkte wird dabei nicht verändert. Diese ist in ALKIS als Qualitätsangabe (Lagestatus) bei Grenzpunkten gespeichert: Auszug aus der VwVLK (1) Folgende Koordinaten sind im Metermaß auf Zentimeter zu führen: 1. Landeskoordinaten oder - Lagestatus Endgültig 2. graphische UTM-Koordinaten ggf. mit Digitalisierungsstufe (Absatz 2). Unsicherheiten ±2 cm (2) ETRS89/UTM-Koordinaten werden mit dem Lagestatus graphisch geführt, wenn 1. sie aus GK-Koordinaten mit Lagestatus bislang oder transformiert berechnet wurden, 2. sie aus GK-Koordinaten, die aus einem Katasternachweis, dem keine einwandfreie Vermessung zu Grunde liegt, für graphische Zwecke berechnet worden sind, oder 3. die zugrunde liegenden GK-Koordinaten digitalisiert wurden; die Digitalisierungsstufe ergibt sich aus der Digitalisierungsstufe der zu Grunde liegenden GK-Koordinaten wie folgt: Digitalisierungsstufe 1: Katasterkarte im Maßstab 1:1000 und größer, Digitalisierungsstufe 2: Katasterkarte im Maßstab kleiner 1:1000 bis 1:2000, Digitalisierungsstufe 3: Katasterkarte im Maßstab kleiner 1:2000 bis 1:3000 und Digitalisierungsstufe 4: Sonstige Unterlage. dm dm - m 15

16 Wechsel der Projektion: GK3 => UTM Auf einem/jedem geodätischen Datum können beliebige Projektionen angewandt werden. Die Umrechnung ist ohne Passpunkte und ohne Genauigkeitsverlust möglich. Transversal Mercator Winkeltreu GK und UTM Merkator - winkeltreu Eckert IV - flächentreu Mercator - winkeltreu 16

17 Wechsel der Projektion: GK3 => UTM Projektion = Abbildung der gekrümmten Ellipsoid-Oberfläche auf eine Ebene geogr. Breite / geogr. Länge => Rechtswert / Hochwert etc. Merkator Transversal Merkator - Gauß-Krüger - UTM = GK * 0,

18 Wechsel der Projektion: GK3 => UTM Auswirkung der Projektion auf Entfernungsangaben in Baden-Württemberg km - Maßstab Gauß-Krüger am Mittelmeridian 1, an der Landesgrenze 1, ,5 cm / 100m Maßstab UTM am Mittelmeridian 0, ,0cm / 100m an der Landesgrenze 0, ,5cm / 100m Jeweils überlagert durch Höhenreduktion km - Bezugsmeridian 9-0,15 cm / 100 m dh / 100 m Abstand Insgesamt für GIS-Anwendungen eher unbedeutend Vorsicht bei der Absteckung und dem Monitoring von Bauwerken 18

19 Wechsel der Projektion: GK3 => UTM Insgesamt für GIS-Anwendungen eher unbedeutend Vorsicht bei der Absteckung von Bauwerken und bei Deformationsmessungen Beispiel: Deformationsmessungen an einer Trockenmauer im Remstal Zunächst nicht erklärbare Differenzen an Verknüpfungspunkten bei der Auswertung mit der Software Leica Cyclon. Ursache: Festpunktkoordinaten in UTM. Die Scanner-Software arbeitet mit einer 6-Parameter Transformationen ohne Maßstabsanpassung! Quelle: Bachelor-Arbeit Schenklenks/Weber

20 Wechsel der Projektion: GK3 => UTM Auswirkung der Projektion auf Flächenangaben in Baden-Württemberg Flächenänderung (m²) Gauß-Krüger m² am Mittelmeridian 1, an der Landesgrenze 1, m² / ha km - Flächenänderung (m²) UTM am Mittelmeridian 0, ,0 m² / ha an der Landesgrenze 0, ,0 m² / ha km - Bezugsmeridian 9 Aus Koordinaten berechnete Flächen sind zu kleiner als Flächen in der Natur 20

21 Wechsel der Projektion: GK3 => UTM Ergebnisse aus Iggingen (Ostalbkreis) in ArcGIS Lagestatus unterschiedlich Abstand 64 km m GK = 1, m² GK = 1,00010 = 1 m² / ha m² UTM = -7 m² / ha Überlagerung von Lagestatus und Projektionseinfluss 21

22 Wechsel der Projektion: GK3 => UTM Folgerungen für GIS-Anwender in Baden-Württemberg Bei der Arbeit mit ganzen Flurstücken immer die amtliche Fläche verwenden; sinnvoll auch wegen digitalisierten ALKIS-Bereichen (vergl. Lagestatus und nächste Folie) Beim Arbeiten mit Teilflächen oder bei topographischen Objekten können problemlos die vom GIS aus der Geometrie ermittelten Werte verwendet werden. Die Unsicherheiten der Festlegung wirken sich i.d.r. stärker aus, als die Projektionsverzerrung. 22

23 Wechsel der Projektion: GK3 => UTM Schlussfolgerungen Die Umstellung auf ETRS89 mit gleichzeitiger Qualitätsverbesserung bringt Vorteile bei der Verwendung von Daten aus unterschiedlichen Quellen. Die Veröffentlichung des Transformationsgitters durch das LGL in einem Standardformat ermöglicht es den Anwendern die eigenen Fachdaten kantenidentisch zu transformieren. Das Transformationsverfahren ist in GI-Systemen implementiert und kann problemlos angewandt werden. Transformation ist eine einmalige Aktion, die teilautomatisiert werden kann. Die in UTM etwas größere Abbildungs verzerrung kann i,d.r. weiterhin vernachlässigt werden. Die mit den Basisdaten gelieferten Qualitätsangaben sollten bei Bedarf beachtet werden. Sie können sich wesentlich stärker auswirken als die Projektionsverzerrung. Amtliche Flächenangaben anstelle von GIS-Werten verwenden! 23

24 Wechsel der Projektion: GK3 => UTM Fragen? 24