Modelle und Systeme von Geodaten

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1 Modelle und Systeme von Geodaten Methoden der Erfassung topographischer Geobasisdaten V/Ü: Kartographische Informationsverarbeitung

2 Literatur Kahmen, H. (2006): Angewandte Geodäsie: Vermessungskunde. De Gruyter, Berlin, New York Albertz, J. (2001): Einführung in die Fernerkundung, Darmstadt

3 Zwei Verfahren der Topographischen Datenerfassung Topographische Vermessung auf der Erdoberfläche ( terrestrische Vermessung ) Topographische Vermessung ist ein Erdmessverfahren aus dem 17. Jahrhundert; heute: nur noch Ergänzung zur Luftbildmessung weil zeit- und kostenintensiv Luftbildmessung aus dem Flugzeug oder vom Satelliten Luftbildmessung (Photogrammetrie) ist heute das Standardverfahren der topographischen Objektvermessung

4 Prinzip der Topographischen Lagevermessung Einmessung von Liegenschafts- und Objektgrundrissen der Landesvermessung Voraussetzung: Einbindung von Objekten in Festpunktfelder (TP, NivP) Ziel: - Aufbau von Digitalen Landschaftsmodellen (DLM) - Herstellung von Digitalen topographischen Karten (DTK) Festpunktnetz Anschluss an das Festpunktnetz

5 Was wird gemessen? Dimension von Objektgrundrissen: Umrisse von Objekten (Flächen): Gebäude, Landnutzungsfläche, Gewässer als Flächen Verlauf von Objekten (Linien): Grenzen, Hochspannungsleitung, Verkehrsnetz und Flussnetz als Achsen Standorte ( Punkte): Schornstein, Turm, Mühle, Höhle etc.

6 Terrestrische Lagevermessung Methoden, Verfahren: Tachymetrie (Distanz- und Winkelmessung) Geräte: Elektronisches Tachymeter Reflektionsprisma Theodolith Totalstation Prisma Elektronisches Tachymeter

7 Prinzip der Trigonometrischen Vermessung Basisdistanz zwischen zwei Lagepunkten wird gemessen Winkel eines Dreiecks aus den zwei Lagepunkten und einem dritten Punkt werden trigonometrisch eingemessen Längen der restlichen Dreieckskanten werden trigonometrisch berechnet weitere Punkte werden ausgehend von diesen Dreiecksgrößen trigonometrisch eingemessen Lagekoordinatenwerte der Punkte werden berechnet P 1 P 3 BP1 Basislinie BP2 P 4 P 2

8 Schema Polygonzug Anfangspunkt einer Strecke wird an zwei Trigonometrische Punkte angeschlossen. α 1 α 2 Zwischen den folgenden Punkten der Strecke werden durch Laserdistanzmessung Entfernungen ermittelt. α 3 Außerdem werden Horizontalwinkel zwischen den Punkten gemessen. Ausgehend von den TPs werden durch Winkelberechnungen Koordinatenwerte bestimmt.

9 Tachymetrische Vermessung von Grundstücken

10 Terrestrische Höhenvermessung Verdichtung von Höhenfestpunktfeldern gleichmäßige Verteilung von Punkten im Gelände Anzahl von Messpunkten: für DGK 1 : 5000 ca. 500 Punkte/km 2 Ergebnis: Messpunkte für Digitales Höhenmodell (DHM)

11 Verortung und Verteilung von Höhenpunkten im Gelände Zuordnung von Messpunkten im Gelände: Rückenlinien (Rücken, Grate etc.) Muldenlinien (Tallinie, Wassersammler) Kantenlinien (Bruchkante; Wechsel der Hangneigung) höchster Punkt gleichmäßige Verteilung von Punkten

12 Vermessung von Höhenpunkten (Höhenvermessung) Verfahren: Nivellement (oder vertikale Winkeltachymetrie) Geräte: Elektronisches Nivelliergerät (Tachymeter)

13 Prinzip des Nivellement von einem Höhenpunkt A ist die Höhe über NN bekannt; zwischen diesem Punkt und einem zu berechnenden Punkt B wird ein Nivelliergerät lotrecht mit waagerechter Fernrohrlage aufgestellt; auf den beiden Punkten werden Nivellierlatten mit Zentimetereinteilung gestellt; durch Rückwärtspeilung und Vorwärtspeilung mit dem Nivelliergerät wird der relative Höhenunterschied auf den beiden Nivellierlatten ermittelt; zur Bestimmung der Höhe des Punktes B wird die relative Höhe zum Festpunkt A addiert bzw. subtrahiert. Rückblick Vorblick h R h V B z = h - h + B R V z A A z = 253,42m A Lot

14 Luftbildmessung (Photogrammetrie) Aufgaben: Messung von vollständigen Raumausschnitten Voraussetzungen: Geeignete Sichtverhältnisse aus der Luft Verfahren: - Einzelbildmessung - Stereobildmessung Geräte: - Flugzeuge mit Messkammern - Satellitenbasierte Sensoren Anwendungen: - Topographische Vermessung - Bauvermessung (Straßen, Eisenbahnen, Kanal) - Archäologie

15 Prinzip der Luftbildmessung Befliegung von Raumausschnitten mit dem Flugzeug Erfassung von Strahlen, die von der Erdoberfläche oder von Objekten reflektiert werden, auf fotographischen Emulsionen Arten von Strahlungen: - passive Strahlungen: sichtbares Licht, Wärme - aktive Strahlungen: Radar, Schall, Laser Oberflächenstruktur von Objekten: - Helligkeit, Farbe, Textur; - chemische, biologische Struktur; Feuchtigkeit Oberflächenstruktur reflektiert Strahlung unterschiedlich - stetige Grautonreihe oder Farbtonreihe

16 Verfahren und Techniken der Luftbildmessung Aufnahmegerät: Reihen-Messkammer ist im Boden des Flugzeugs montiert Bildformat der Messkamme: in der Regel 23 x 23 cm Aufnahmematerial: - Schwarz-Weiß-Film für topographische Zwecke, - Farb-Film (panchromatisch) für Interpretation; - Infrarot-Film, Radar- und weitere Sensoren für analytische Anwendungen in der Fernerkundung Wie wird geflogen? Flughöhe: m Bildmaßstab: 1:5 000 bis 1: Jahreszeit: möglichst vor Belaubung Tageszeit: 9 15 Uhr (geringer Dunst) Wetterbedingungen: bis zu 1/8 Wolkenbedeckung

17 Luftbildaufnahme mit Reihenmesskammer Luftbildkammer Zeiss RMK TOP 15: Bildformat 23 x 23 cm, Filmlänge 150 m Luftbild mit Rahmeninformation

18 Filmmaterial für Luftbildmessung Schwarz/Weiß-Film Farb-Film Farbinfrarot-Film

19 Photogrammetrische Entzerrung Bildebene (Flugzeug-Kamera) wird geometrisch in die Waagerechte gebracht (Bildebene schneidet das Lot auf den Erdkörper senkrecht) Bildmaßstab, der sich aus der Flughöhe ergibt, wird auf einen Zielmaßstab verkleinert oder vergrößert Differentielle Entzerrung: aus zentralperspektivischer Abbildung wird eine parallelperspektivische Abbildung

20 Differenzielle Entzerrung: Reliefbedingter Lagefehler in Luftbildern

21 Digitale Differenzialentzerrung

22 Photogrammetrische Einbildmessung Anwendungen: Herstellung von Luftbildkarten ( DGK 5 L ) Grundlage für digitale topographische Karten : Deutsche Grundkarte Deutsche Grundkarte (L)

23 Photogrammetrische Stereobildmessung

24 Überdeckung bei Bildflügen Querüberdeckung Längsüberdeckung

25 Stereobilder Stereobildpaar (2 Bilder eines Flugstreifens mit 60% Überdeckung)

26 Stereobildauswertung: Stereoskop

27 Stereoauswertegeräte Analytischer Stereoplotter Leica AMH Analytisches Auswertegerät Zeiss Planicomp P3

28 Exkurs: Satellitenpositionsmessung Global Positioning System GPS: GPS-System besteht aus insgesamt 24 Satelliten, deren Lagepositionen zeitabhängig bekannt sind. Ein GPS-Empfangsgerät,auf einer zu bestimmenden Standort, empfängt Signale von den nächstsichtbaren Satelliten (mindestens vier Satelliten) GPS-Empfangsgerät berechnet aus der Laufzeit der Signale die Distanz zwischen dem Empfangsgerät und den Satelliten. Aus den Lagekoordinaten der Satelliten und den Distanzen werden trigonometrisch die geographischen oder geodätischen Lagekoordinaten des Standortes berechnet. Differentielles GPS (DGPS) :Relativmessungen über GPS- Referenzstationen zur Erhöhung der Grund-Genauigkeit

29 GPS-Positionsbestimmung GPS- Positionsbestimmung Positionsbestimmung mit Referenzstation Real-Time: Übermittlung von Referenzdaten, z.b. via Funk (Küstenwache) oder Radiosignal (RDS) Post-Processing: Referenzdaten werden im Nachhinein mit den Positionsdaten verrechnet.

30 Methoden der Erfassung topographischer Geobasisdaten Global-Positioning-System Typische Empfangsgeräte Informationen zu GPS:

31 EPS Echtzeitpositionierungsservice HEPS Hochpräziser-Echtzeit-Positionierungs-Service GPPS Geodätischer Postprocessing Positionierungs-Service