GPS-Levelling: Methode, Funktionsweise & Anwendungsgebiete

Nutzer von Outdoor-GPS-Systemen können mit ihren Geräten nicht nur ihre 1160625_82278766 by Bongani  - freeimages.comWanderrouten planen, sondern die vielfältigsten Messergebnisse abrufen. Über ein Display findet eine mühelose Navigation auch in unwegsamen Gegenden statt. Hierbei wird über GPS in regelmäßigen Abständen die aktuelle Position bestimmt. Über einen integrierten, elektronischen 3-Achsen-Kompass wird zum Beispiel auch dann die richtige Richtung angegeben, wenn der Anwender still steht oder das Gerät nicht waagerecht hält. Anhand des Luftdrucks kann ein barometrischer Höhenmesser die genaue geografische Höhe ermitteln. Dabei kann eine barometrische Druckveränderung auch über einen längeren Zeitraum gemessen werden.

Hierüber hat der Anwender immer alle Wetteränderungen rechtzeitig im Blick. In vielen Fällen hört man auch etwas über GPS-Levelling. Nachfolgend möchten wir etwas über diese Methode, die Funktionsweise und mögliche Anwendungen näherbringen.

Um was handelt es sich beim GPS-Levelling?

Unter GPS-Levelling wird eine GPS-Höhenmessung mit einem besonderen Präzisionsnivellement verstanden. Normalerweise kann eine Satellitenortung per GPS nur ellipsoidische Höhen liefern. Hierbei handelt es sich um geometrisch definierte Höhen. Sie geben den Abstand eines Punktes von einem geodynamisch definierten Referenzellipsoiden an. Dieser dient als Bezugspunkt zur Berechnung von Vermessungsnetzen und kann geografische Koordinaten enthalten.

In der Regel liegen zwei Punkte dieser ellipsoidischen Höhe nicht auf derselben Äquipotentialfläche. Zwischen beiden Punkten könnte zum Beispiel Wasser fließen.

Ellipsoidische Höhen können mittels GPS bestimmt werden

Mittels GPS können die ellipsoidischen Höhen genau bestimmt werden. Jedoch ist eine Umrechnung von nivellierten in ellipsoidische 614853_51653534 by canna_w - freeimages.comHöhen ohne Kenntnis der sogenannten Schwerestörungen nicht möglich. Aus diesem Grund können diese Höhen durch Anlegen eines Raumpolygonzuges annähernd bestimmt werden.

Wie zuvor dargelegt, können über eine Satellitenortung mit GPS ellipsoidische Höhen ermittelt werden. Die terrestrischen, nivellierten Höhen, die auch als orthometrische Höhen bezeichnet werden, beziehen sich dagegen auf das Geoid.

Was ist ein Geoid?

Das Geoid wird als Bezugsfläche im Schwerefeld der Erde bezeichnet. Das Geoid dient der Definition von Höhen und Vermessung. Es beschreibt die Erdfigur. Normalerweise wird das Geoid durch den mittleren Meeresspiegel der Weltmeere dargestellt. Es ist außerhalb der Landmassen daher in seiner Form gut erkennbar.

Wie funktioniert GPS-Levelling?

Beim GPS-Levelling werden beide Messverfahren kombiniert. Sie bilden letztlich die Geoidbestimmung, die unter Berücksichtigung des Oberflächenprofils eine Genauigkeit von einigen Zentimeter aufweist.

Die Formel hierfür lautet: Ngeoid = Hell – Horth

GPS-Levelling eignet sich zur weiträumigen Kontrolle eines Geoidprojektes und dient gleichzeitig einer Fehlerverringerung in größeren Höhennetzen.

Leider ist die räumliche Auflösung nur auf rund 30 bis 50 km beschränkt. Maßgeblich ist hierbei die sogenannte Maschenweite des Präzisionsnivellements. Dennoch werden durch das GPS-Levelling überaus genaue Ergebnisse erreicht. Ab einer Entfernung von 10 km ist sogar ein technisches Nivellement sogar ungenauer als eine GPS-Höhenbestimmung.

Das Präzisionsnivellement

Nochmals zur Verdeutlichung:

Das Präzisionsnivellement ist eine sehr genaue Methode für die terrestrische Höhenbestimmung. Sie wird durch das technische Nivellement realisiert, welches sich in einigen Punkten unterscheidet.

  •  Bei dem Nivellement werden sehr genaue Nivelliere eingesetzt, die eine Genauigkeit von wenigen Zehntelsekunden besitzen.
  • Es werden sowohl geeichte, temperaturinvariante Nivellierlatten verwendet, als auch digital ablesbare Messlatten.
  • Es werden immer zwei Latten verwendet, abwechselnd für den Rückblick und den Vorblick des Ableseinstruments.
  • Die sogenannten Visuren werden aufgrund möglicher Refraktion auf 30 Meter begrenzt.
  • Die jeweiligen Höhenunterschiede müssen wegen einer wegabhängigen Änderung der Schwerkraft verändert werden.
  • Die Messstrecke hin und zurück wird an zwei Tagen gemessen (Doppelnivellement), um eine Genauigkeit von 0,5 mm je Kilometer zu erreichen.

GPS-Levelling ermöglicht das vermessen ganzer Kontinente

Höhenfestpunkte liegen zum Beispiel auf Felsen oder an sehr alten Gebäuden. Sie werden Höhenfestpunkte erster Ordnung bezeichnet.

Zwischen diesen und den gemessenen Höhenunterschieden wird ein Höhennetz gebildet, welches eine Maschenweite von 30 bis 50 km aufweist. Sie dienen der Grundlagenvermessung eines Landstriches. Die meisten Knotenpunkte dieser Netze sind identisch mit dem jeweiligen Schweregrundnetz. Alle Netze können mit erheblichem Aufwand ganz Kontinente überdecken, wobei sich eine Genauigkeit von 5 bis 10 cm ergibt.

Die Anwendung von GPS-Levelling

Mit einem Outdoor-GPS Gerät kann auch die geografische Höhe eines Geländepunktes gemessen werden. Schon seit vielen Jahren werden für die unterschiedlichsten Geländeabschnitte geodätische Messungen gesammelt. So liegen in aller Regel auch die ellipsoidischen Ergebnisse vorheriger Höhenmessungen vor.

OLYMPUS DIGITAL CAMERADarüber hinaus können auch vorhandene Daten des jeweiligen Raumpolygonzuges herangezogen werden. Nachdem die jeweiligen Outdoorwanderungen und die Höhenpunkte aufgezeichnet worden sind, können diese Daten am heimischen PC ausgewertet werden. In Kombination mit den Daten über die terrestrischen, nivellierten Höhen, kann ziemlich genau die jeweilige Geländehöhe bestimmt werden. Dies erfordert jedoch einen nicht geringen Aufwand bei der Umrechnung.

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