NXO / DB_REF GNSMART Server Benutzerhandbuch v1.3

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1 NXO / DB_REF GNSMART Server Benutzerhandbuch v1.3 Stand 18. Februar 2011 Geo++ GmbH Steinriede Garbsen Deutschland Phone: ++49 (0) , Fax.: ++49 (0) Mail: info@geopp.de

2 Inhalt 1.Einführung NXO GNSMART Server NXO Server Zugang NXO Server Zugang Freischaltung Allgemeine Hinweise zu den Anforderungen an die GNSS RINEX Beobachtungsdaten NXO Server Session-Übersicht/Eingabe NXO Server RINEX Dateneingabe NXO Server Auswertung NXO Server Ergebnis Zentrale Ergebnisdatei Detaillierte Ergebnisse Anmerkungen Referenzen...18 Seite 2 von 19

3 1.Einführung Auswertung von GNSS Satellitenmessungen Die DB Netz AG hat als Grundlage für Vermessungstechnik mit der Einführung des DB_REF das von der Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen der Länder der Bundesrepublik Deutschland (AdV) eingeführte "European Terrestrial Reference Frame" mit der Epoche (ETRF89) als Basis eines einheitlichen dreidimensionalen Koordinatensystems übernommen. Um die erforderlichen Rahmenbedingungen für den effektiven Einsatz satellitengestützter Messsysteme (u.a. kinematische Messsysteme etc.) mit den erforderlichen Genauigkeiten (Gleisvermessung) realisieren zu können, wurde ein einheitliches und homogenes, hochpräzises Festpunktfeld entlang der Eisenbahnstrecken im Rahmen des Projektes NXO geschaffen (NXO/DB_REF). Beim Ersatz verloren gegangener Punkte oder der Ergänzung und Erweiterung des hochpräzisen Referenznetzes NXO/DB_REF ist deshalb äußerste Sorgfalt bei Erstellung, Messung und Auswertung der neuen Punkte erforderlich, um die Homogenität und Genauigkeit des Grundlagennetzes zu wahren. Die erwartete dreidimensionale Genauigkeit (Standardabweichung) der Punkte beträgt +/- 5 mm relativ zum Nachbarpunkt und +/- 10 mm absolut. Eine Wiederherstellung der Punkte aus Sicherungsmaßen ist nicht zulässig. Um die Konsistenz und Genauigkeit des NXO/DB_REF zu gewährleisten wird eine Internetbasierte, zentrale, einheitliche, leistungsfähige, geodätische Server-Anwendung zur Koordinatenbestimmung aus Satellitenbeobachtungen verwendet. Aufgabe des NXO/DB_REF GNSMART Servers ist die Bestimmung von NXO-Punkten unter Einhaltung der bekannten Genauigkeit des DB_REF. Dies kann nur gewährleistet werden, wenn vergleichbare/gleiche Anforderungen sowohl an Messanordnung, Beobachtung und Datenqualität als auch an Auswertung angesetzt werden. Die Konsitenz der Auswertung ist durch die Geo++ GNSMART Auswertung gewährleistet. Seite 3 von 19

4 2.NXO GNSMART Server Für die Prüfung bzw. Einschaltung verloren gegangener NXO / DB_REF Punkte wird von der DB Netz AG der Zugang zu einer online Server-Applikation bereitgestellt, der beliebigen InternetAnwendern nach Anmeldung die zwei folgenden, grundsätzlichen Aufgaben erlaubt: Einschalten verloren gegangener NXO / DB_REF Punkte (Ersatz) Kontrolle nachbarschaftlicher NXO / DB_REF Punkte auf deren Standfestigkeit durch Satellitenvermessung (GNSS) auf bestehenden und/oder neuen NXO / DB_REF Punkten. Konzept des NXO GNSMART Server ist, das GNSS Daten auf bestehenden und/oder neuen NXO / DB_REF Punkten nach den Vorgaben der NXO Leistungsbeschreibung durchgeführt werden und im internationalen vom Empfänger unabhängigem Datenformat RINEX vorliegen. Der Austausch von weiteren Informationen, die für die GNSS Auswertung benötigt werden, erfolgt ebenfalls über die RINEX Dateien. Daher ist es wesentlich, das alle Informationen in den RINEX Dateien (sogenannte Header-Informationen) korrekt eingetragen sind. Die RINEX Daten werden über Internet auf den NXO GNSMART Server transferiert und dort die GNSS Auswertung automatisiert durchgeführt. Ergebnisprotokolle können abschließend wieder über Internet auf den PC des Anwenders transferiert werden. Seite 4 von 19

5 3.NXO Server Zugang Der Geo++ NXO GNSMART Server ist mit einem Internet fähigen PC unter mittels eines Internet Browsers zu erreichen (Abb. 1). Abb. 1: Internet Startseite Unter dem Menüpunkt Startseite ist die Startseite (Abb. 1) verlinkt. Unter dem Menüpunkt Kurzanleitung ist eine Übersicht zur Messanordnung und Bedienung des Servers verlinkt. Unter dem Menüpunkt Benutzerhandbuch ist diese Anleitung verlinkt. Unter dem Menüpunkt Leistungsbeschreibung ist die Beschreibung zur Ergänzung und Erweiterung des Unter dem Menüpunkt Freischaltung sind die Ansprechpartner verlinkt. Unter dem Menüpunkt Jetzt Starten erhalten Sie den Zugang zum NXO Server. Seite 5 von 19

6 3.1.NXO Server Zugang Die Server Applikation unterteilt sich Grundsätzlich in einen linken Teil mit kurzen Hinweisen und Hilfen sowie der eigentlichen Applikation im zentralen Bereich. Abb. 2: NXO Server Zugang Über Neues Projekt wird auf das Formular zur Sessionsübersicht/Eingabe verzweigt. Bestehende Projekte öffnet das Formular mit der Übersicht der vorhandenen Projekte im NXO GNSMART Post-Prozessing. Für die Nutzung des NXO Servers ist ein Benutzername und Passwort notwendig welches bei den entsprechenden Ansprechpartnern (siehe Kap.3.2) und NXO Server Zugangsseite unter dem Punkt Ansprechpartner angefordert werden kann. Seite 6 von 19

7 3.2.Freischaltung Zu Fragen der Freischaltung und Zugangsvoraussetzung setzen Sie sich bitte in Verbindung mit: Name: Anschrift: Kontaktdaten: Herr Bodo Lahr DB Netz AG I.NVT4 Fahrwegtechnik / Telefon: Fax: DB Netz AG daniel.boes@deutschebahn.com I.NVT51 BahnGeodaten, Telefon: Fax: Vermessung, Navigation und Ortung Theodor-Heuss-Allee Frankfurt Herr Daniel Boes Qualitätsmanagement Infrastruktur-Basisdaten Im Galluspark Frankfurt Zu technischen Fragen des Servers setzen Sie sich bitte in Verbindung mit dem: Name: Anschrift: Kontaktdaten: Geo++ Support Geo++ Gesellschaft für satellitengestützte Telefon: geodätische und navigatorische Fax: Technologien mbh support@geopp.de Steinriede Garbsen 3.3.Allgemeine Hinweise zu den Anforderungen an die GNSS RINEX Beobachtungsdaten Für den automatischen Betrieb des NXO Servers sind die GNSS Eingangsdaten nach den Vorgaben der Leistungsbeschreibung: zusammenzustellen. Die Eingangsdaten sind RINEX Daten (Gurtner, Estey 2007). Zum Einen muss der RINEX-Header mit den allgemeinen Information zur GNSS Messung vollständig gefüllt sein, zum Anderen müssen die GNSS Beobachtungen (RINEX Dateien) zusammengefasst in Sessionen mit den gleichzeitig beobachteten Daten auf den Server transferiert werden. Desweiteren müssen die verwendeten Antennen dem NXO Server mit Modell und Seriennummer bekannt sein um individuelle Antennenkorrekturen in der Auswertung anbringen zu können. Für die Bezeichnung der GNSS Antennenmodell wird die IGS Namenskonvention erwartet (IGS 2008). Um das Hochladen der Eingangsdaten zu vereinfachen und zu beschleunigen, werden zip-archive Seite 7 von 19

8 mit den entsprechenden RINEX Dateien einer Session akzeptiert. Somit sind folgende Vorarbeiten vor der tatsächlichen Auswertung mit dem NXO Server durchzuführen: Kontrolle RINEX-Header auf Vollständigkeit (Punktnummern, Antennenmodell, Antennen Seriennummern, etc.) Zusammenstellung der gleichzeitig gemessenen RINEX-Daten (vorteilhaft in zip-archiven) absolute Phasenzentrums- Offset und -variationen der eingesetzten Antennen müssen auf dem NXO Server bekannt sein 3.4.NXO Server Session-Übersicht/Eingabe Als Projekt-/Auftragsname kann ein freigewählter Name eingetragen werden. Dieser darf jedoch keine Sonderzeichen enthalten (wie ä ö ü - _ / \ < > und so weiter). Es werden mindestens zwei GNSS Sessionen A und B erwartet. Die Sessionübersicht ist zum einen Verzweigung zur Dateneingabe, zum anderen aber auch eine Kurzübersicht über bereits hoch geladene Daten. Die Kurzübersicht zeigt auf einem Blick vollständige oder ungültige Daten an mit Hinweis auf zip-dateinamen und Punktnummern aus den RINEX Daten. Des weiteren wird angezeigt ob die benötigten Dateien vorhanden und lesbar sind (grüner Haken ), noch ausgewertet werden (grüne Pfeile ), oder ungültig sind (rotes Kreuz ). Über Mehr werden weiter Details über hoch geladene Dateien oder zip-archive angegeben. Hier werden die Dateinamen der zip-dateien und die enthaltene Punktnummer angezeigt. Die Kennzeichnung der einzelnen Dateien erfolgt entsprechend. Abb. 3: NXO Server Sessionübersicht/Eingabe Es können komplexe Projekte aus mehreren Sessionen auf den Server transferiert werden, die über mindestens einen gemeinsamen Punkt miteinander verknüpft sind. Die Sessionen müssen den räumlich Vorgaben der Leistungsbeschreibung genügen. Die Anzahl der auszuwertenden Sessionen kann über Session: + - erhöht bzw. reduziert werden. Seite 8 von 19

9 Durch Dateien hinzufügen... wird das Formular für die RINEX Dateneingabe einer einzelnen Session aufgerufen. In dem nachfolgenden Formular dürfen nur Eingangsdaten einer einzelnen Session angegeben werden. Die Zugehörigkeit zu einer Session ist über vorhandene, gleichzeitig gemessene GNSS Beobachtungen definiert. Aktualisieren datiert die Status-Informationen der einzelnen Dateien auf, falls Analysen im Hintergrund noch nicht abgeschlossen worden sind (grüne Pfeile ). Abschliessen schließt dieses Formular und startet bei ausreichenden Daten die Berechnung. 3.5.NXO Server RINEX Dateneingabe In der RINEX Dateneingabe einer Session lassen sich die Beobachtungsdaten einer Session oder das zip-archiv mit allen Daten einer Session über einen Dateiauswahldialog angeben. Im Falle einer vorliegenden zip-datei wird nur diese einzelne Datei unter Datei 1 angegeben. Nicht benötigte Felder können freigelassen werden. Sollen mehrere, einzelne RINEX Dateien hoch geladen werden, so sind diese entsprechend unter Datei 1 bis Datei 4 auszuwählen. Bei mehr als vier Dateien ist über Dateien hinzufügen... in dem vorherigen Dialog die Session zu erweitern. Hier zeigt sich der Vorteil bei Benutzung eines ziparchivs mit allen Daten. Die Dateien bzw. die Dateien im zip-archive können RINEX Beobachtungsdaten (Endungen *.rxo oder *.YYo) und Navigationsdaten (Endungen *.rxn oder *.Yyn), aber auch Compact/Compressed RINEX-Dateien sein. Abb. 4: NXO Server RINEX Dateneingabe: Kurzübersicht Durchsuchen... öffnet einen Dateiauswahldialog auf dem lokalen PC. Die Daten werden über Hochladen via Internet auf den NXO Server überspielt und dort einer ersten Analyse unterzogen. Das Ergebnis der Analyse wird in der Sessionübersicht/Eingabe als Kurzübersicht angezeigt. Zurücksetzen löscht alle bisherigen Eingaben im Formular. Seite 9 von 19

10 Abb. 5: NXO Server RINEX Dateneingabe: Kurzübersicht: Session B Nach dem Hochladen wird zurück in die RINEX Dateneingabe verzweigt. Die Statusübersicht über die hochgeladenen Dateien erscheint, und weitere Sessionen können dem Projekt zugeordnet werden. Gegebenenfalls können auch einer Session über Dateien hinzufügen... weiter Daten hinzugefügt werden. Die Anzahl der auszuwertenden Sessionen kann über Session: + - erhöht bzw. reduziert werden. Die Kurzübersicht zeigt an, ob Dateien vorhanden und lesbar sind (grüner Haken ausgewertet werden (grüne Pfeile ), oder ungültig sind (rotes Kreuz ). ), noch Unter Mehr können die einzelnen, erkannten RINEX Dateien detaillierter angezeigt, und ggf. ungültige Dateien entfernt werden. Es wird im Wechsel die Anzeige Mehr oder Weniger angeboten. Im Bereich Neu-/Kontrollpunkt(e) werden die Punktnummern der hochgeladenen RINEX Dateien angegeben (MARKER NUMBER aus RINEX-Header). Seite 10 von 19

11 Abb. 6: NXO Server RINEX Dateneingabe: Detaillierte Übersicht Unter Mehr werden die einzelnen Dateien angezeigt, deren Dateigröße, Datentyp und bereits die gefundene Punktnummer aus den RINEX Beobachtungsdateien. Über Weniger wird zurück in die Kurzübersicht verzweigt. Seite 11 von 19

12 Abb. 7: NXO Server RINEX Dateneingabe: Punktauswahl, Abschliessen Sind alle Daten des Projektes hochgeladen, sind abschließend die Neu- bzw. Kontrollpunkte festzulegen. Diese Punkte werden in der Auswertung als unbekannt eingeführt. Handelt es sich um eine NXO Punktnummer eines bestehenden Punktes, so wird eine Kontrolle mit den vorhanden Koordinaten durchgeführt. Falls noch nicht erfolgt, muss spätestens vor Abschliessen ein Projektname für die Benennung der Berechnungen vergeben werden. 3.6.NXO Server Auswertung Durch Abschliessen wird das Projekt ausgewertet. Es werden im nächsten Fenster sämtliche Projekte des Benutzers und deren Status angezeigt. Fertige Projekte können einzeln Protokoll oder ausgewählte Projekte gemeinsam in einem zip-archiv mit einer Verzeichnisstruktur (KontrollBox anhaken und Herunterladen) auf dem eigenen PC gespeichert werden. Seite 12 von 19

13 Abb. 8: NXO Server Auswertung Aktualisieren datiert die Status-Informationen der einzelnen Projekte auf, falls Auswertungen im Hintergrund noch nicht abgeschlossen worden sind. (Achtung: Der Status aktualisiert sich nicht selber). Mit Neuer Auftrag kann ein neues Projekt angelegt werden. 4.NXO Server Ergebnis Nach der Anmeldung am NXO Server kann über Bestehende Projekte direkt das Formular mit der Übersicht der vorhandenen Projekte im NXO GNSMART Post-Prozessing geöffnet werden oder man erreicht das Formular nach Abschliessen eines Projektes. Die Ergebnisdatei/en können auf den lokalen PC geladen werden. Als Dateiname wird der Projektname oder bei mehreren Projekten ein fester Dateiname (results.zip) mit Verzeichnisstruktur vorgeschlagen. 4.1.Zentrale Ergebnisdatei Wesentliche Ergebnisdatei ist eine pdf-datei mit dem Projektnamen. In dieser Datei sind allgemeine Informationen, eine Ergebnis Zusammenfassung, die RINEX- Eingangsdaten, die Beobachtungsdaten, Kontrollen der NXO-Anforderungen sowie DB_REF und ETRF Koordinaten zusammengestellt. Die in der Leistungsbeschreibung angegebenen Kriterien an die Beobachtungsdaten und an die Messanordnung werden bestmöglich analysiert und durch ein rotes Kreuz ( )/grüner Haken ( ) die Einstufung kenntlich gemacht. Ein schwarzer Haken ist informativ. Erfüllt ein Projekt nicht die Anforderungen, werden die Ergebniskoordinaten nur Meter genau ausgegeben. Seite 13 von 19

14 Abb. 9: Allgemeine Angaben zur NXO Server Auswertung Der Status / GNSMART im allgemeinen Teil gibt die generell erfolgreiche Auswertung der Eingangsdaten mit der Auswerte-Software mit OK an. Dies beinhaltet jedoch nicht die NXO Anforderungen und Kriterien an die Messungen. Die Prüfung der NXO-Anforderungen besteht aus einer Zusammenfassung und einem Nachweis der jeweils geprüften Kriterien. Die Zusammenfassung besteht aus dem NXO / Status, DB_REF Koordinaten und Standardabweichungen. Z.Z wird der NXO / Status bei einem nicht erfüllten Kriterium insgesamt als nicht erfüllt gesetzt (rotes Kreuz ). Sind alle Kriterien erfüllt ist der Status OK (grüner Haken ). Abb. 10: Ergebnis NXO Server Auswertung Im Falle von Kontrollpunkten werden die Differenzen Soll-Ist in den drei Koordinatenkomponenten, als 2D und 3D Differenz angegeben. Die RINEX-Eingangsdaten werden pro Session nachgewiesen. Für die internen Berechnungen Seite 14 von 19

15 mit Geo++ GNSMART werden eindeutige, vierstellige IDs vergeben. Der erste Buchstabe N steht für einen koordinatenmäßig als bekannt eingeführten NXO Punkt, U für einen unbekannten Neuoder Kontrollpunkt in der Auswertung. Dies wird zusätzlich durch eine Spalte Referenz kenntlich gemacht (Abb. 11). Die RINEX-Eingangsdaten können aus mehreren Dateien für einen Punkt bestehen, die für die Auswertung zusammengeführt werden. Der Dateiname muss keinerlei Vorgaben genügen, es ist jedoch immer sinnvoll der internationalen Konvention zu folgen und ein Kürzel aus Punkt, GPSTag des Jahres und Session-Kürzel zu verwenden. Abb. 11: RINEX-Eingangsdaten Die aus den RINEX Daten bestimmten Sessions- und Punktinformationen werden in einer weiteren Tabelle zusammengestellt. Die Start- und Endzeiten sowie der Antennentyp, Antennenseriennummer, PCV Korrektur und die verwendete Antennenhöhe sind für jeden Datensatz angegeben und können mit den redundanten Feldbucheinträgen der Messungen kontrolliert werden (Abb. 12). Die Antennenhöhe stellt eine der häufigsten Fehlerquellen dar. Allein bei der Übertragung der endgültigen, vertikalen Antennenhöhe in den RINEX-Header können sich Übertragungsfehler einschleichen. Abb. 12: RINEX Sessions- und Punktinformationen Die Leistungsbeschreibung (DB AG 2008) umfasst eine Vielzahl von Forderungen an den Messaufbau und die Datenqualität. Der NXO Server versucht die geforderten Analysen und Kontrollen der Datensätze und der Auswertung soweit möglich einheitlich durchzuführen. Die unterschiedlichen Analysen und Kriterien sind in einer Tabelle zusammengefasst und werden als erfüllt (grüner Haken ) oder nicht erfüllt (rotes Kreuz ) angezeigt (Abb. 13). Das Gesamtkriterium über Erfolg der NXO-Auswertung setzt z.z. auf Einhaltung aller Kriterien auf (siehe Abb. 10). Seite 15 von 19

16 Abb. 13: NXO Kriterien für Ersatzpunkte an Messaufbau und die Datenqualität (Leistungsbeschreibung DB AG 2008) Für Kontrollpunkte werden die Differenzen Soll-Ist als 2D und Höhendifferenz angegeben. Abb. 14: NXO Kriterien für Kontrollpunkte an Messaufbau und die Datenqualität Abschließend werden die Koordinaten im DB_REF (mit Anzahl Sessionen und unterschiedlicher Antennenhöhe) mit Standardabweichungen und im ETRF mit Standardabweichungen angegeben. Abb. 15: Ergebniskoordinaten im DB_REF Seite 16 von 19

17 Abb. 16: Ergebniskoordinaten im ETRF 4.2.Detaillierte Ergebnisse Die detaillierten Ergebnisse umfassen eine Vielzahl von Analyse-, Ergebnis- und Optionsdateien, die im allgemeinen jedoch nicht bewertet werden müssen und vorrangig als Nachweis der Auswertung bereitgestellt werden. Neben der bereits im Detail besprochenen wesentlichen pdf-ergebnis Datei (project.pdf, z.b. RepeatS10.pdf) wird auf der obersten zip-archiv-/verzeichnis-ebene eine Übersicht der NXO Server Prozessierung als ASCII Datei mitgeliefert, die im allgemeinen nur für den System Administrator von Bedeutung ist (projekt.syslog, z.b. RepeatS10.syslog). Die dort angegebenen Information und Kommandos sind in der GNSMART Dokumentation nachgewiesen. Für jede Session wird eine pdf-datei mit einer Übersicht der GNSS Auswertung mit GNSMART angelegt (projekt_session.pdf, z.b. RepeatS10_O.pdf). Hier wird die Satellitenverfügbarkeit und Mehrdeutigkeitsfestsetzung der Satellitenmessungen graphisch für Stationen (Abb. 17) und Satelliten (Abb. 18) angezeigt. Ein allgemeines Sichtbarkeitsdiagramm zeigt die verfügbaren Satelliten während der Satellitenmessung (Abb. 19). Diese Übersicht ist gegebenenfalls für eine detaillierte Bewertung der Auswertung hilfreich. Abb. 17: Mehrdeutigkeitsfestsetzung und Satellitenanzahl pro Station Abb. 18: Mehrdeutigkeitsfestsetzung pro Satellit Seite 17 von 19

18 Abb. 19: Sichtbarkeitsdiagramm Die verwendet GNSS Prozessierungs-Optionen sind in einer Datei (gnnet.opt) nachgewiesen. Für jede GNSS Sessions-Auswertung wird ebenfalls eine Übersicht der NXO Server Prozessierung als ASCII Datei geliefert (projekt_session.syslog, z.b. RepeatS10_O.syslog). Beide Dateien sind die im allgemeinen nur für den System Administrator von Bedeutung. Die RINEX Eingangsdaten werden einer Analyse mit dem Programm TEQC unterzogen (Estey, Meertens 1999). Kriterien der TEQC-Analysen sind in der Leistungsbeschreibung angegeben. In einem Unterverzeichnis im Projekt und pro Session (projekt\session\teqc z.b. RepeatS10\O\teqc) werden die Ergebnisdateien von TEQC gespeichert und dem Benutzer bereitgestellt. Für Information über den Inhalt der Dateien wird auf die TEQC Dokumentation verwiesen (TEQC 2008). Das Ergebnis einer RINEX Formatkontrolle der Eingangsdaten mit TEQC ist pro Eingangsdatei eine Ebene höher angegeben (z.b g_rxo.teqc). Dieser Test überprüft die Konformität der RINEX Eingangsdaten mit der RINEX Definition. 5.Anmerkungen Die hier gezeigten Daten und Ergebnisse sind beispielhaft für die Ausgaben und sind nicht als Vorgabe eines Projektes/Messanordnung anzusehen. Die automatische Prüfung der NXOAnforderungen können sich ggf. ändern. 6.Referenzen DB AG (2008). Leistungsbeschreibung zur Ergänzung und Erweiterung des NXO/DB_REF Referenzpunktfeldes. DB AG. Estey, L.H., C.M. Meertens (1999). TEQC: The Multi-Purpose Toolkit for GPS/GLONASS Data. GPS Solutions, Volume 3, Number 1, July, Gurtner, W., L. Estey (2007). RINEX: The Receiver Independent Exchange Format Version December 2007, IGS (2008). Naming Conventions for IGS Equipment. RCVR_ANT.TAB. IGS, Lahr, B. (2004). Umsetzung und Realisierung der Richtlinienforderung ETRF 89 bei der DB Netz AG EI, Eisenbahn Ingenieur, 55, Nr. 2., Müller, S. (2004). Realsierung des DB Referentnetzes DB_REF. EI, Eisenbahn Ingenieur, 55, Nr. 2., Seite 18 von 19

19 TEQC (2008). The Toolkit for GPS/GLONASS/Galileo/SBAS Data. Published on the World Wide Web by UNAVCO, Inc., Wübbena, G., M. Bachmann, M. Schmitz (2004). Die Transformation zwischen ETRF89, DB_REF und Landessystemen: Modellbildung und Eigenschaften. EI, Eisenbahn Ingenieur, 55, Nr. 2., Seite 19 von 19