MITTEILUNGEN

Studienrichtung Vermessungswesen
Technische Hochschule in Wien
GEOWISSENSCHAFTLICHE'
MITTEILUNGEN
Heft 1
Kolloquium der Assistenten der Studienrichtung
Vermessungswesen 1970 - 1973
Geowiss. Mitt.,
1, 1973
Wien, im Dezember 1973
Fa.
Einband
Karl Luzansky, 1040 Wien
Offsetdruck
ÖHTHW-Vervielfältigung,
1040 Wien
VO RWORT
Im Herbst des Ja hres 1 970 haben d i e Assistenten d er Stud ienrichtung "Vermessungs­
wesen " der Tec hnisc hen Hochschul e i n Wien den Plan gefaßt, über bestimmte, von
den I nstituten u nd von i hnen selbst bearbeitete Projekte regelmä ßig u nd öffentl i c h
z u berichten . Dieses Vorhaben konnte unter dem Namen " Kol l oq u i um der Assisten­
ten der Stud ienrichtung Vermessungswesen " im Rahmen des Außeninstitutes der T ech­
n ischen Hochschu l e in Wien verwirkl icht werden. D i es wäre aber nicht mög l ich ge­
wesen ohne das Woh l wol l en und die UnterstUtzung d er Herren Professoren D r . Alois
BARVIR , Dr. Friedrich HAUER, Dr . h . c . Karl NEUMA I ER u nd wei la nd Dr . Karl
LEDERSTEG ER. DafUr sei hier der Dank d er Assi stenten ausgesproche n .
S päter wurde das Kol l oq ui um i n d i e Vortragstätigkeit des 11 Österre ic hischen Ver­
eines fUr Vermessungswesen und Photogrammetrie11 aufgenommen . Bis zum Sommer
1973 konnten 21 Vorträge m i t sehr wei t gestecktem Themenkre i s vor e i ner erfreul ich
großen Zah l von Fachko l l egen und Studenten geha l te n werden. Nun l egen die As­
sistenten i hre Vorträge im Druck vor. Vi el l eicht wird damit auch e i n Beitrag zum oft
zitierten " post graduate 11 - Stud i um gel e istet . Der Entsc h l u ß zur Pub l ikation gab An­
l aß zur Gründung der Schriftenre i he 11 Geowissensc haftl iche Mitte i l ungen " , in der
d i e Ergebnisse der zunehmenden Aktiv i föt a l l er sechs I nsti tute der Studienrichtung
11Vermessungswesen 11 i n zwangl oser Fol ge veröffe ntl i c ht werden sol l e n . N i c ht a l l e
Vorträge werden h ier vol l ständig wiedergegeben, ma nche wurden berei ts i n Fach­
zeitschriften pub l i ziert, andere eignen sich nach Meinung der Autoren wen iger gut
für e ine schriftl iche Darste l l ung . Jedoch wurde voh ol l en Vorträgen e i ne Kurzfas­
sung aufgenommen .
Der U nterzeichnete gehört nicht mehr zum Sta nde der Assistenten. Er wäre aber
dennoch froh , wenn das 11 Kol l oq u i um 11 sich wei terhi n erfolgre i ch entwi ckel te und
sich zum ersten Blatt am S tamme der 11 Geowissenschaftl ichen Mitte i l ungen " bald
weitere gese l l ten.
Dr . Kurt BRETTERBAUER
INHALTSVERZE I CHN I S
PLACH, H . : Der Einsatz von Klein- und Mittelklassekomputern im Ver­
messungswesen .
PETERS, K . : Modethema Ausglei chsrechnun g .
BRETTE RBAUER, K.: Physik der Atmosphäre .
WALDH ÄUSL, P . : Orthophototechn i k in Östetreich .
PALFI N G E R, G . : Spezielle Probleme bei der Trassene inrechnung im Straßenbau .
3
5
23
41
KORSCH I N ECK, E .: G eodätische Fei nmessung - Justierung von Funkenkammern am I nstitut fur Hochenergiephysik.
43
G ERSTBACH , G . : Geometrische Methoden der Satellitengeodäsie .
57
75
77
OTEPKA, G . : Digitalis ierung von photogrammetrisch erhaltenen Daten .
BRUN N ER, F . : Kritisches und Aktuelles zum trigonometrischen N ivellement .
BRÜ CKL, E . : Eisdi cken messungen von Gletschern der Ostalpen .
PERDI C H , W . : Das Tellurometer MA 100.
E G G E R, H . : Netzplantechn ik .
S C H USTER, G . : Die vermessungstechnischen Arbe iten fUr das neue Ha i lenstadion .
FRAN TZ, W . : Plottereinsatz in der Vermessungskanzle i .
BRETTERBAUER, K . : Astronomische Ortsbesti mmung .
PETERS , K . : Typenvergleich der Me ßgenauigke it.
P LACH , H . : Der Ei nsatz des Mittelklassencomputers als Terminal zur Datenbank des Bundesamtes fUr E i eh- u. Vermessungswesen .
BRUNN ER, F . : Natürliche Massenbewegungen aus der Sicht des Geodäten .
WALDH ÄUSL, P. und BREYER, E . : Allgeme ine Tendenz und praktische Mög­
lichkeiten der Aerotriangulation am I nstitut fUr Photogrammetrie
der TH W ien .
BRÜ CKL, E . : Das Spannungsfeld der Erde .
PALF I N G ER , G . : Elektron ische Berechnungen im Straßenbau durch den
G eodäten .
79
81
103
125
127
129
131
133
151
171
189
205
Geowiss. Mitt.
1973,
1
- 2
DER EINSATZ
VON KLEIN- U. MITTELKLASSE­
COMPUTER
IM VERMESSUNGSWESEN
von
H. P
(
1 ach
Vortrag geh alten am
1
8. November 1 970
im Rahmen des Kolloquiums der Assistenten
de r
Dipl. -Ing.
Studienrichtung Vermessungswesen
Hans Plach,
Hochschulassistent am Institut für Allgemeine
Geodäsie de:r Technischen Hochsc.hule Wien
l 040,
Gußhausstraße
)
27
- 29
ZUSAMMENFASSU NG
Anhan d eines historischen Überblicks wird die Entwicklung der Re­
chen hilfsmittel in der geo dätischen Praxis aufgezeigt.
Der Einführung
der Tischcomputer, im beson deren der Olivetti Programma
1 01,
und
allen damit verbun denen Problemen wird breiter Raum gewidmet. Seit
der ersten Verwen dung dieser Kleincomputer im Vermessungswesen
sin d nun fünf Jahre vergangen,
reits mehr als
40
und die einschlägigen Firmen bieten be­
neue Modelle an.
Es ist daher notwendig,
auf die
Technologie und Arbeitsweise dieser Rechner sowie die zugehörige
Mnemonik einzugehen.
Mit Hilfe einer Reihe von Ausw:i.hlkriterien wird
der Versuch unternommen,
dem Geodäten beim Kauf eines Tischcompu­
ters echte Hilfeleistung zu bieten,
in welchem Zusammenhang über Wirt­
schaftlichkeitsuntersuchun gen aus dem Ausland berichtet wird.
Auch die
zu erwarten den Schwerpunkte der technologischen Weiterentwicklung
sollten jedem potentiel Jen Käufer bewußt sein.
Diesen Betrachtungen folgt eine Beschreibung un d ein erster Erfah­
rungsbericht des Instituts für Allgemeine Geodäsie über Mittelklasse­
computer,
Zusammenfassen d wird aufgezeigt,
daß die MD V-Anlagen den
im Einsatz stehenden Tischcomputern bei der Berechnung geodätischer
Probelme weit überlegen sin d un d sie daher in Zukunft ablösen werden.
Diesem Tätigkeitsbericht des Instituts folgte nach dem Vortrag eine
Demonstration der neu entwickelten Software am Philips MD V-Computer
P
352/ 1 000.
Eingeladene Firmen zeigten den Vortragsteilnehmern ihre
neuesten Produkte auf dem Gebiete der Tischcomputer.
Über ein intel­
ligentes Terminal der Firma Diehl konnten geodätische Aufgaben in
einem Großrechenzentrum in der Bundesrepublik Deutschland gelöst
werden.
G eow i ss . Mitt .
1973 , 3 4
-
MODETHEMA AUSG LE I C H S REC H N U N G
von
K . P eters
Vortrag gehal ten am 16 . Dez . 1 970
im Rahmen des Ko l loqu iums der Assistenten
der Studienrichtung Vermessungswesen
Dr . Korne 1 ius Peters
Hochschu l assistent am I nsti tut fUr Landesvermessung
Technische Hochschu l e in Wien 1 040, Gu ßhausstraße 25
-
29
ZUSAMME N FASSUNG
Von 11 Praktikern11 als uberfl üssig wegen steigender Instrumentengenauigkeit totge­
sagt , ist die k lass ische Ausg l eichsrechnung wei terh in Bestse l ler der geodätischen
Fach l i teratur und G esel l enstUck ambi tioni erter Wi ssenschafts lehrl inge , wie d i e Litera­
turUbersichten zeigen. Verj Ungt durch moderne Erkenntn isse ( I nnere Genau i gkeit,
Stochastische Prozesse , I nformationstheori e , Prädiktion), hat sie durch die Vernunft­
und Liebesehe m it der EDV vor a l l e m die routinemäßige Auswertung vie l fälti gster
q ua l itativ und q uantitativ anspruchsvo l ler geodfüischer Prob l eme ermög l icht und
gelöufig gemacht: räumliche Netze vom O l ympia-Ze l tdach bis zu Satel leintenwe l t­
netzen , Photogrammetrische Monsterb l öcke von der F lurbere i ni gung bis zu Kontinen ­
ta l netzen . I hre Struktur ist weiterhin die erprobte, dogmatisch - statische wie schon
vor 1 00 Jahren , und gerade diese S icherheit unangefochtener Denk- und Rechen a l ­
gorith men i s t i hre große Stärke .
Der Vortrag behande lt aussch l ie ß l ich gesicherte Erkenntni sse i m S i nne a l l gemein
verstän d l i cher I nformation; seine Themen werden im neuen Studienplan in l ehrp l an ­
mäß igen Vor l esungen behande l t .
Nach einem k u rzen historischen Abri ß werden einige Begriffe erläutert: Modeme
Notationen , Wahrschein l ichkeit, Korre lation , Kovarianzmatrix, Re lat ive Feh l er­
e l l i pse , A l l gemeines Feh l erfortpflanzungsgesetz . Dann fol gt e i ne Ü bersicht über
gCingige statistische Testverfahren . Besonderer Wert wird auf die W i rksamkeit der
Ausg l eichsrechnung ge l egt: welche Genau i gkeitssteigerungen können bei we l chen
Prob l e men erwartet werden ? Es werden verschiedenartige Meßgrößen , Einze l punkt­
und Netzausg l e ichungen , nicht norma l vertei l te Werte , Vernach lässigung der Korre­
l ationen , Näherungsverfahren , Feh ler der Ausgangswerte und verschi edene A l go­
rith men behande l t . N ach e i n i gen Be ispie len bestehender EDV-Programme werden
noch gelöste prakti sche Prob l eme aufgez<:th l t .
Die vol lständ ige Fassung ersch ien unter dem Tite l 11Moderne Tendenzen der Aus­
g l eichsrechnun g 11 i m Samme l band der 5 . Fachtagung fUr Vermessungswesen des
BAfEuV .
Geowiss . Mi tt .
1973, 5
-
22
PHYS I K DER ATMOSPHÄ RE
von
K . Bretterbauer
(Vortrag geha l te n am 20. Jönner 1971
i m Rahmen des Kol l oq u iums der Assi stenten der
S tud ienrichtung Vermessungswesen)
D i pl . I ng . Dr . Kurt Bretterbauer, ordentl icher Professor, Vorstand des I nstitutes
fUr H<:ihere Geodösie , Technische Hoc hschul e i n Wi e n 1040, G ußhausstraße 27 - 29.
ZUSAMME N FAS S UNG
Das Stud i um der Atmosphäre i m a l l gemei nen u nd der Refrakti onserschei nungen i m
besonderen g ewinnt an Bedeutung . Vom G eodäten müssen daher Kenntnisse a uf dem
G ebiete der Physik der Atmosphäre verl a ngt werden . Der Vortrag bri ngt ei ne E i nfüh­
rung i n die Grundtatsachen d er Ausb reitung elektro-magnetischer Wel l en, in d i e
Gasgesetze u nd d e n Aufbau d e r Atmosphäre .
E I NLE I T U N G
D i e Phys i k der Atmosphäre ist e i n umfangrei ches und kompl i ziertes , aber auch
sehr rei zvol l es Gebiet, dessen Bedeutung ständ ig zunimmt. Es sol le n h i er d i e Grund­
l agen jener Tei lgebiete berUhrt werden, die für d i e Geodäsie von Bedeutung sind .
Wir l eben auf dem Grunde ei nes Meeres - des Luftmeeres . D i e u ns umgebende
Luft verzerrt, beh i nd ert und verh i ndert manchmal sogar unsere Messungen . Es l iegt
im Wesen d er Geodäsie begrUndet, daß d i e Genauigkeitsforderungen i mmer an der
Grenze des Meßbaren 1 iegen . Der Bere ich der geodätischen Messungen reicht von
wenigen Zehnermetern bis tausende von K i l ometern . Die geforderte Genauigkeit
wird nur dann erreicht werden können, wenn man e inen angemessenen Tei l d es Auf­
wandes an Zeit und Geld der Erfassung und BerUcksichtigung der atmosphärischen
E i nfl usse widmet . Bei dem hohen Stand d er I nstrumententechnologie tritt die Wirkung
der Atmosphäre i n den Meßergebnissen i mmer deutl icher hervor . Man kann d i e Sach­
l age Uberspitzt etwa so formul ieren: Bei Präzisionsmessungen finden n iemal s zwei
Messungen unter den g l e ichen Bed i ngungen statt . I n a l l er Strenge erfaßt jede Mes­
sung neben der eigentl ichen Meßgröße einen ganz bestimmten phys i ka l ischen Um­
wel tszustand , der i n sei ner Art e i nmal i g ist . Es ist unsi nni g , solche Messungen etwa
ei nem Ausg l eichungsprozeß zu unterwerfen , ohne sie vorher auf atmosphärische Feh­
l er u ntersucht u nd , wenn mög l ich , von i hnen befrei t zu haben . Zu d i esem Zweck
muß der Geodät aber i n der Lage sei n , d ie Erkenntn isse d er Experimenta lphysiker
u nd Meteorol ogen richtig anzuwenden .
Bis etwa nach dem Ende des zweiten Wel tkri eges war d i e e i nzige von den Geodä­
ten benützte Strah l u ng das sichtbare Licht und das I nteresse ga l t ausschl ießl ich der
Richtungsänderung , d i e es i n der Atmosphäre erfährt . Seit der Entwick l ung der e l ek­
tromagnetischen E ntfernungsmeßgeräte mUssen wir uns auch m i t der Ausbrei tungsge­
schwi nd igkeit befassen und zwar nicht nur von Lichtwe l l en , sondern auch von Ra­
d i owel l e n i m Dezimeter - und Zentimeterbereich .
AUSBRE IT U N G E LEKTROMAG NET I S C HER WELLEN
Al l e geodätischen Messungen werden notwend igerweise e ntlang von Bahnen e l ek­
tromagnetischer Wel l en ausgefu hrt . Die Phänomene der Wel l enausbrei tung werden
durch das FERMATsche Pri nzip beschriebe n , wel ches besagt, daß sich e lektromagne­
tische Stra h l ung im l eeren Raum und i n homogenen , isotropen Medien auf dem kür­
zesten Wege a usbre i tet . S eine mathematische Formul ierung l autet:
jn
•
ds
=
(1 )
Mini mum ,
wenn s d i e Wegl änge und n den Brechungsi nd ex bedeutet der a ls das Verhäl tnis
1
der Ausbrei tungsgeschwind igkeit i m Vakuum zu j ener im Medium defi n i ert ist . Im
l eeren Raum ist daher n
=
1, i n a l l en Medien n > 1 An Diskontinuitätsfl ächen
•
von n gehen aus dem FERMATschen Pri nzi p d i e Brechungsgesetze von S N E LL I US
hervor. Diese fordern d i e Erha l tung der E i nfa l lsebene und d i e Konstanz des S inusver­
häl tnisses , a l so
(2)
Abbildung
l
Auf Grund der MAXWELLschen Theorie d er e l ektromagnetischen Schwi ngungen
l äßt sich der Brechungsi ndex n e i nes Stoffes , d essen Permeabi l i tätszah l g l e ich d er
Ei nh_e it angenommen werden kan n , fUr a l l e Wel l en l ängen d urch d i e Formel von
KETTELER - H ELMHOLTZ ausdrucken:
n
f
2
==
(3)
f +
ist d i e Diel ektrizitätskonstante d es Stoffes , .ll. sind d i e Wel l en l ängen der Eigen­
1
schwi ngungen der Atome, M. sind S toffkonstanten . Den Umstand , daß der Brech­
1
ungsi ndex nach (3) auch von der Wel l en l änge .ll der Strahl ung abhängt, nennt man
Dispe rsion . Gerade dieses Phänomen ermögl icht die Lösung von Refraktionsprobl emen .
Radiowe l l en zwische n 0 , 3 und 100 cm zeigen kei ne merkbare D ispersion .
-9-
Von besonderer Bedeutung ist d ie Tatsache, daß sich d i e Phase e i ner e l ektromag­
netischen Wel l e , a l so die We l l enfront, mit anderer Geschw i nd igke i t fortpflanzt, a l s
d i e in der Wel l e Ubertragene Energ i e , d i e i hren Ausdruck i n der Ampl i tude fi ndet.
Man muß also stets zwischen dem Phasen- und dem sogenannten Gru ppenbrechungs­
i ndex unterscheiden u nd d ie früher gegebene Defi nition d er Brechzahl n bezieht
sich in a l l er Strenge nur auf d i e Phasengeschwind igke i t . Bei Betrachtungen über d i e
Richtungsänderung der Wel l enbahn, also bei Wi nke l messunge n, ist d i e Phasenge­
schwi nd igke i t zu nehme n , bei e l ektromagnetischen Entfernungsmessungen dagegen
d i e Gruppengeschwi ndigkeit.
Die praktische Berücksichtigung d er Abhängi gkeit d es Phasenbrechungsi ndexes für
Li cht von d er We l l enl önge erfol gt nicht nach (3) sondern d urch eine Formel von
CAUCHY:
n
ph
= A+
;t2
B
+
C
.14
,
(4a)
wor i n A, B , C experimentel l bestimmte Konstanten s i nd . Der entspreche nde Aus­
druck fUr den Gruppenbtechungsi ndex l a utet:
n
A+3 .
gr =
2
;t
B
+
-
5.
C
4
;t
-
(4b)
•
Zahlreiche Forscher haben sich um d ie Bestimmung d er Konstanten bemüht . Heute
si nd d i e von E DL E N erha l tenen Werte a l ! gemei n a nerkannt . Die Forme l (4a) n immt
damit d i e Gestal t an:
(n
ph
-
1) 107 = 2875,69
•
+
161206
;t2
+
o,
139
;t,4
(5)
,
wenn A i n Mikrometer e ingefuhrt wird . Fur d e n Gru ppen i nd ex hat man b l oß d i e
(5) m i t 3 b zw . 5 z u erweiter n .
co2 b e i C und
gel ten fUr trockene Luft mi t 0,03
Koeffi zienten des zweiten und dr i tten Termes von
D ie Konstanten von E DL E N
%
0°
760 Torr . Die Red uktion auf d i e herrschenden Verhä l tn isse erfol gt noch d er Forme l
von BARREL u nd S EARS :
(6)
320.10-
6
310
300
(n-1)
-6
290. 10
A
=
0,3
0/•
0,5
0,7
0,6
O,(J IJ.m
Abb i l d u ng 2
Dar i n ist n der nach (5 ) berechnete I nd ex , p d er Luftdruck i n Torr, e der Dampf­
o
°
druck i n Torr , T d i e thermodynamische Temperatur der Luft i n Kel vin und
T
0
=
273 ,
16
0
K.
Eine anal oge , experi mentel l h ergel e i tete Formel für Radi owe l l e n i m Zentimeterbe­
reich stammt von ESSE N und FROOME :
(n
_
l)
•
106
=
103T49 (p
_
e)
+
86.J-26 (l 5 48) e
+
•
(7)
Den obigen Formel n entnimmt man d i e Wirku ng von Fehl ern i n der Bestimmung d er
meteorolog ischen Daten T , p und e auf d e n Brechungsi ndex . Der Ei nfl uß d er Tem­
peratur auf Licht- und Radiowe l l en ist etwa g l eich groß und ist d i e Hauptque l l e von
Feh l ern in den geodätischen Meßergebnissen . D i e Wirkung d es Luftdruckes ist wei t
geringer und kann außerdem wegen d es gesetzmäßigen Verha l tens d es Druckfe ld es be­
herrscht werden . Anders beim Dampfdruc k . Während sei n Einfl uß auf Li cht so k l e i n
ist, d a ß e r i n der Regel überhaupt vernach l ässigt werden kann , ist seine Wirkung auf
Rad iowel l en mehr a l s h undertmal größer . Der Grund dafür ist, daß die Wasserdampf­
mol e kü l e ein permanentes D i polmoment bes i tzen , das auf e l ektromagnetische Wel l en
versc h ieden reagiert . Dazu kommt noc h , daß sich d i e Vertei l ung d es Wasserdampfes
i n d er L uft kei nen al l geme i n gül tigen Gesetzen unterwirft . Som i t ste l l t das Dampf­
druc k fel d das zentral e Probl em der Mi krowel l end istanzmessung dar.
-t 1 -
Die Atmosphäre ist kei n homogenes Med ium, der Brechungsi ndex ä nd ert sich von
Punkt zu Punkt, der Weg der Wel l e ist e i ne Raumk urve . Der Zusammenhang der
Richtungs- bzw. Geschwind igke itsä nderung mi t der Vari ation des Brechungsvermö­
gens d er Luft ist theoretisch und rechnerisch gut e rfa ßbar . Die Weg- und Winke l kor­
rekti onen l assen sich d urch I ntegrationen ge wi nne n. Als besonders ei nfach erwe ist
sich d i e Wegkorrektion:
J
s
.1 s =
0
(s)
-
D
. ds ,
(8)
d i e von der gemessenen Distanz zu subtrahieren ist . D i e Richtungskorrektion wird i n
einen verti ka l en u n d einen l ateral en Ante i l aufgespa l ten . I hre Darstel l ung würde
h ier zu weit führen; es sei nur festgestel l t, daß d i e Verti ka l refraktion vom verti ka l en
Gradi enten des Brechungsi ndexes, d i e Latera l refraktion von hori zonta l en Grad ienten
norma l zur Visurebene abhängt.
Unsere Prob l eme wären gel öst, könnte n wir in a l l en Punkten der Wel l e nba hn den
Brechungsi ndex, bzw. sei ne Gradi enten messen . Die d i rekte Messung von n ent­
l a ng d er Bah n ist grundsätzl ich mögl ich . Ma n fl iegt mit e inem Fl ugzeug d i e Strecke
ab und mi ßt den Brechungsi ndex mit ei nem am Rumpf befestigten Refraktometer. Dies
ist e i n im Zentimeterbereich arbei tendes Mikrowe l l engerät, bei dem d i e Resonanz­
frequenz zweier Hoh l raumresonatoren miteina nder vergl ichen werden . Der e i ne d i e­
ser Hohl räume ist evakui ert und versiege l t , der andere wird von der zu messenden
Luft durchströmt . Diese Geräte arbeite n praktisch trägheitsl os. Dem Einsatz im Fel ­
de stehen aber verschi edene Schwi erigkeiten im Wege , ganz abgesehen von den
Kosten . Es ist nicht l eicht, in der We l l e nbah n zu fl iegen, gar unmög l ich, wenn d ie­
se in Bodennähe verl äuft . Weiters mußte d ie Messung ja i n a l l en Punkten der Bahn
g l eichzei tig im Moment der geodätischen Beobachtung erfolge n . Die zeitl ichen
Schwankungen des Brechungsi ndexes können beträchtl ich sein. Man kann a uch Ba l ­
l onsonden ei nsetze n . Jedoch erreicht ma n damit j e Sond e nur einen Punkt der Bahn
und d i esen sehr unscharf.
Wi r können sagen, daß uns im a l lgeme inen nur die beiden Endpunkte der Wel l en­
bahn zugä ngl ich sind , oft sogar nur e i n Endpunkt, z . B. bei a ußeri rd i schen Zi e l e n .
W i r sind daher gezwunge n , nach Gesetzmä ßigke i ten zu suchen , d i e uns erl auben ,
aus den Endpunkten auf d i e Verhä l tni sse entla ng der gesamten Bah n zu sch l ieße n .
D IE GAS GESETZE
Zwischen dem Brechu ngsi ndex und der Dichte trockener Luft besteht e i n Z usam­
menhang . Theoretisch ist d i eser a uch heute noch nicht restlos geklärt, aber einige
Beziehungen s i nd g ut begrUndet u nd haben sich experimentel 1 i nnerhal b der Meßge­
nauigkeit b ewährt . FUr unsere Zwecke völ l i g a usreichend ist das e i nfache Gesetz
von GLADSTO NE - DALE :
n = const
•
p = D ichte der Luft
p ,
•
{9)
Um d i e Dichteverhäl tnisse der Luft u nd den Z usammenhang m i t dem Druck- u nd Tem­
peraturfel d verstehen zu können , ist d i e Kenntnis einiger Gasgesetze notwendig .
D i e wichtigsten Eigenschaften der Gase werden verständ l ich, wenn man annimmt,
daß sich die Mol ekül e in e i ner ständ igen Bewegung befi nden . Die sta tistischen Mi t­
te l werte d i eser Bewegung bestimmen d i e Zustandsgrößen ei nes Gases, sei n Vol umen,
sei ne n Druck und sei ne Temperatur. S i nd d i ese Mi ttel werte zei tl ich konstant, so be­
findet sich das Gas im stationären Zustand . Eine unm i ttel bare Folge der Mol ekul ar­
bewegung ist d i e D iffusion , d . h . das Gas hat das Bestreben , sich im ganzen verfUg­
baren Raum g l eichmäßig zu vertei l e n .
Die Gasgesetze haben e i ne besonders ei nfache Form , wenn man d i e Mol ekUl e a l s
Massenpunkte betrachtet u nd die zwischen i h nen herrschenden Anziehungskräfte ver­
nach l ässigt . Man spricht dann von e i nem idea l e n Gas . Der Druck den ein Gas auf
e i ne begren zende Wand a usUbt , beruht a uf den S tößen der Mol ekUl e . Besteht e i n
Gas a us ei ner Mischung mehrerer ideal er Gase, w i e z . B . die Luft, s o ist der Gesamt­
druck g leich der S umme der Partialdrucke . {Gesetz von DALTO N ) . Der Zustand
ei ner Gasmenge ist a l l geme i n d urch Druck , Temperatur und Vol umen ( bzw . Dichte)
gegeben . Zwe i Größen können i mmer wi l l kurl ic h geändert werden, d i e dri tte Größe
ist dann zwangsl äu fi g besti mmt. Zwischen den drei Größen besteht demnach ein
funktional er Zusammenhang d er Gestal t:
f (p p , T)
/
==
const
•
Die Wärmel ehre hat d iese Beziehung i n Form der Gasg l eichung für trockene Luft ge­
funden:
- 1 3-
R• T
p =p.-;­
(10)
p.V
oder
R i st d i e uni verse l l e Gaskonstant e : R = 8,31434.10
7 erg . K -1
•
mol
-1
;
V stel l t das Vol umen, m d i e Masse und M das Mol ekula rg ewicht d er betrachte­
ten Luftmenge dar .
Al l erd ings gelten d iese G l eichungen n icht streng , d a z. B. b e i Errei chen d es Nul l ­
punktes der Temperatur das Vol umen verschwi nden m u ß , e i ne Fo lgerung , d i e u nmög­
l i ch ist . Deshalb kennt d i e Physi k auch noch d i e van d er WAALSsche Zustandsg l e i ­
chung , d i e d iese Diskrepanz vermeidet . Sonderfäl l e d i eser a l l gemei nen Zustands­
gl eichung s i nd
d i e isotherme Zustandsänderung: p . V = const . ,
V
-- =const . ,
T
d i e isobare Zustandsänderung:
d i e isovol ume Zustandsänderung :
+
(11)
=const.
Trockene , rei ne Luft ist e i n Gasgem isch bestehend a us 78,09 % Stickstoff,
20,95 % Sauerstoff, 0,93 % Argon und 0,03 % C0 • Der l etzte Wert ist e i n
2
Durchschni ttswert, d a der Geha l t der Luft an Koh l end i oxyd wegen d er verschi ede ­
nen Vertei l ung der Lebensvorgänge und der ziv i l isa torischen Prozesse auf der Erde
zei t l ichen und örtl ichen Schwank ungen unter l iegt. Dazu kommen noch be i natUrl i­
cher Luft feste Bestandtei l e , das sogenannte Aerosol . Es ist maßgeb l ich a n der Dämp ­
fung des Lichtes betei l i gt . I nteressant ist , d a ß d i e angegebene Zusammensetzung der
Luft entgegen der Erwartung bis in große Höhen konstant b l eibt . Die Experimenta l ­
phys i k hat d i e Dichte trockener Luft b e i 0° C und 760 Torr, bezogen a uf Wasser von
0
4 C, zu p0 =0,0012928 g . cm
-3
bestimmt. Unter bel iebigen Verhäl tnissen ist
dann:
T
0
p= P
o· 1
_r:_
(12)
760
Naturl iche Luft ist nie trocken . Si e ka nn bis zu 4 Vol umsprozent Wasserdampf ent­
·
·
ha l te n , wobei der vorha ndene Dampf e i ne g l e iche Menge trockener Luft verdrängt .
D i eser Geha l t an Wasserdampf kann n i e ei nen ganz besti mmten , von d er Temperatur
des Dampfes abhö ngigen Wert uberschre i ten. D i eser Wert ist aber u nabhängi g von der
Anwesenheit anderer Gase . Ist d ieser Maxi mal wert erreicht, sagt man, d er Wasser ­
-
.....
­
dampf sei gest!ttigt . Der Sättigungswert kann aus der Temperatur über d i e empirische
Formel von MAG N US - TETE NS errechnet werden:
E = 4 ,58
•
10
7,5 t
237,5 +
t
E = Sättigungsdampfdruck i n Torr , t = Temperatur d es Dam pfes i n
(13)
°
C.
Der normal e Dampfgehal t der Luft beträgt i m Durchschnitt etwa 50 - 75 % des
Sätt igungswertes . Bezei chnet e den Parti a ldruck des Dampfes , so gi i t nac h dem Ge­
setz von DALTO N :
p
feucht
- p
trocken
+
e
/
oder
e = P
- p
faucht
trocken .
Daher ist der Feuchtigke i tsgeha l t der L uft grundsätzl i ch einer Besti mmung d urch
Druckmessung zugäng l ic h . Wei l dabe i aber 'absol ute Konstanz d er Temperatur ge ­
währl e istet sein m uß , ist das Verfahren nicht prakti kabel . Man benützt daher das
ei nfache Verfahren der Psychrometrie . Aus den Abl esungen an ei nem befeuchteten
und ei nem unbefeuchteten Thermometer wird d i e sogenannte psychrometrische Diffe­
renz (t - t ) b estimmt und daraus m i t H i l fe der SPRUNGsehen Formel der Dampf­
f
druck berec hnet:
(1 4)
E ist der Sättigungswert, genommen für d i e Feuc httemperatur .
f
Es sei erwähnt, daß bei tiefen Temperaturen d i e Verwendung ei nes Haarhygrome­
ters vorzuziehen ist . I n viel e n meteorol og ischen Pub l i katione n , die d er Geodät zu
Rate ziehen muß, ist oft an S te l l e des Dampfdruckes d er sogenannte Taupunkt ange­
geben. D ies ist jene Temperatur, bei der d er vorhandene Dampfdruck zur Sättigung
ausrei chen würde . Der Taupunkt kann berec hnet , aber auch d irekt gemessen werd e n.
D ie früher erwähnte Gasgleichung h a t fUr trockene Luft gego l te n . Für feuchte
Luft ergibt s i c h ei ne anal oge Bezi e hung , wenn man die bestehenden Untersc hiede zur
trockenen Luft auf d ie Temperatur uberwäl zt , od er mit anderen Worten , wenn man i n
(10) a n Ste l l e d er Temperatur der trockenen Luft d i e sogenannte virtue l l e Temperatur
T'setzt . S ie bezeichnet d i e jen ige Temperatur , d i e trockene Luft haben muß, um bei
- 1 5-
gle ichem Druck d ieselbe Dichte zu bes i tzen wie d ie feuchte Luft der Temperatur T .
Man kann aber auch anders argumenti eren und d ie Abwe ichungen von der trockene n
Luft auf den Druck überwälze n . Die Dichte wird dann nach (10) so bestimmt, als
handle es sich um trockene Luft der Temperatur T , aber vom Druck ( p
-
e ) . Beide
Möglichkeiten sind äqi valent.
D ie allgemeine Gasgleichung stellt d i e Beziehung zwischen den drei Größen
Druck, Dichte und Temperatur dar . Meistens ist aber noch ei ne Nebenbed i ng ung ge­
geben, z. B . daß d i e Zustandsänderung ohne Zufuhr oder Abfuhr von Wärme erfolgen
soll . Man spricht dann von ei ner ad iabatischen Zustandsänd er ung . E i n wichtiges Bei ­
spiel dafUr ist d i e erzwu ngene Hebung ei nes L uftpaketes . D i e Wirkung der Druckän­
derung auf die Temperatur ist dabei so beherrschend , daß die Wärmezufuhr und -ab­
fuhr i nfolge Lei tung und Strahlung vernachlässigt werden kann. I n der Theor i e wird
dabei vom Gesetz der Erhaltung der Energ i e i n Form des
l.
Hauptsatzes der Wärme­
lehre i n sei ner Anwendu ng auf ei n ideales Gas a usgegangen:
m
c
V
dQ
•
c
V
•
dT
+
p
•
dV
=
=
2
7, 18. 106 cm sec-2 grad -1
=
d i e i n Form von Wärme zugefUhrte Energ i e .
dQ
0
=
(15)
= spez. Wärme bei konst . Volumen ,
Zusammen mit der allgemei nen Gasgleichung gewi nnt man daraus d ie Gle ichungen
von POISSON für adi abatische Prozesse:
T
•
p
-0,286 -- const . ; TV0 40 = const . ; p V1 40 const .
'
'
=
(16)
D i ese Gleichungen gelten sowohl für trocke ne als a uch für u ngesättigt feuchte Luft .
Ist der Wasserdampf allerdi ngs gesätti gt und tri tt Kondensation des Dampfes e i n , dann
wird latente Kondensationswärme frei u nd die P O I S S O Nschen Gleichungen enthal­
ten noch ei nen Proportionali tätsfaktor
K
d er mit d er Temperatur und leicht a uch mit
dem Druck var i i ert. Die POISSONsche n Gleichungen i n allen i hren Forme n s i nd von
gr<:5ßter Bedeutung fUr d i e Stab ili tätsverhältnisse d er Atmosphäre.
A UFBAU E I N E R STA N DARDATMOSPHÄ RE
Damit treten wir i n e i n a nderes, wic htiges Kapitel e i n , näm l i c h i n d i e Statik der
Atmosphäre . Verei nfachend wird ein kuge l iger, konzentrisch geschi chteter Erdbal l
angenomme n . Die ihn umgebende Luft möge nur unter der Attraktionswirkung der Er­
de stehen . Von der gegense i tigen Anzi ehung der Mol ekü l e , sowie von thermodynami­
schen Prozessen sei abgesehen . Die Luft u nterl i egt dann zwei E i nfl üssen von entge­
gengesetzter Tendenz: 1) sei ner Mol ekul arbewegung , d i e das Gas über den ganzen
verfUgbaren Raum glei chmäßig zu verte i l en suc ht, und 2) der Schwerkraft , d i e d i e
Mol ekü l e i n d e n tiefsten mögl i c hen Lage n zu verd ichten sucht. Bei Abwesenheit son­
stiger störender E i nfl üsse ste l l t sich ei n stationärer Zustand e i n , bei dem d i e Dichte
des Gases m i t der Höhe abnimmt. Man sagt, das Gas befi nde sich i m h yd rostatischen
G l ei chgewicht. Dies fUhrt auf d i e Grundg l ei c hung
dp
=
-pg . dh
g
'
=
(17)
Schwerebeschleunigung .
Daraus kann man die Dichte, oder auch den Druck mit H i l fe der Gasg l eichung e l i mi ­
nieren u nd gewi n nt d ie G l eic hung:
p
=
-
M
dh
R . T
9 •
(18)
Dies ist d i e G rundg l eich ung d er barometrischen Höhenmessung a us der d i e bekannten
Gebra uchsformel n hervorgehe n . Dari n sind d i e Schwerkraft g und d i e Temperatur T
ebenfa l l s Funktionen der Höhe , was bei ei ner strengen I ntegrati on zu berücksi chtigen
ist . Zieht man aber nur geringe Höhenänderungen in Betracht, darf man g und
T
konstant setzen . I ntegration zwischen zwei Höhe n, i nsbesondere zwischen d em Bode n
u n d der Höhe h gibt dann
g M
P
=
P8
•
e
- TI
.
h
;
e ist dari n d i e Basis des naturl i chen Logari thmus. Die Dic hte der Luft nimmt a l so
nach ei nem l ogarithm ischen G esetz ab . D i e Abnahme erfolgt sehr rasch . Wer a uf
ei nem 3000 m hohen Berg steht, hat bereits mehr a l s 1/4 der gesamten Atmosphäre
unter sich . I n 50 km Höhe beträgt d i e D i c hte nur mehr 2 % d es Bodenwertes und
man darf d i e Höhe der optisch wi rksamen Atmosphäre m i t 1/100 d es Erdradi us
(1 9)
-
17
-
(= 64 km) an nehmen . Es muß hier ausdrü ck l ich darauf a ufmerksam gemacht werden,
daß bei Messu ngen nach extraterrestrischen Ziel en d i e hohen Schichten der Atmo­
sphäre nur verschwi ndend geringen Ei nfl uß auf Lichtwe l l e n haben; dagegen s i nd bei
Rad iowe l l en gerade die hohen und höchsten Schi chten d er Atmosphäre , die soge­
nan nte Jonosphäre, von entscheidend er Bedeutung fUr d i e Ausbreitungsbed i ng ungen .
Es i st h i er nicht mög l i c h , näher auf diese verwi ckel ten Prob l eme ei nzugehe n .
D ie Hochzah l i n d er vorigen G l ei chung muß d i mensionsl os sei n , daher hat der
Fa ktor von h die Dimensi on cm l a l so
,
oder
H =
RT
QM
(20)
H stel l t demnach e i ne länge dar; i hr Betrag ist rund 8000 m u nd si e kann a ls d i e
Höhe ei ner Atmosphäre konstanter Di chte gedeutet werden . Mit anderen Worten :
denkt man sich d i e gesamte irdisc he Atmosphäre zu ei ner homogenen Schicht von der
Di chte der Luft in Meeresn i veau komprimiert dann hat d i ese Schicht ei ne Höhe von
1
rund 8 km . Man wei ß aus der Erfahrung , daß d i e Temperatur i m unteren Tei l d er At­
mosphäre ebenfa l l s m i t der Höhe abnimmt. Di ese si nkende Temperatur wirkt aber d er
a l ! gemei nen Dichteabnahme entgegen , d enn ka l te Luft ist d i chter a l s warme . Man
kann n u n fragen , wie groß muß d i ese Temperaturabnahme sei n , dam i t si e d i e al l ge­
me i ne Dichteabnahme m i t der Höhe gerade kompens i ert, d . h . a lso dami t d i e Atmo­
sphäre homogen b leibt? Unter Zuh ilfenahme d er Gasg l e i c hung findet man
I'
0
= - 3,41 C pro 100 m . Eine größere Temperaturabnahme ist physika l i sc h unmög­
l ic h , sie wurde zu e i ner Zunahme d er D ichte m i t der Höhe fu hre n .
Ü brigens kann man sofort aus d er Höhe d er homogenen Atmosphäre zwei wichtige
Sc h l usse z i e he n . Einma l erl aubt sie e i ne recht genaue Berechnung der Masse der irdi­
21 g . Sodann kann man abschätzen , wie groß d ie
schen Atmosphäre zu m = 5,2. 10
atmosphärische Korrektion bei Distanzmessungen m i t Licht nac h extraterrestrischen
Z iel en ist . Sie beträgt nac h (8) bei Vis ur nac h d em Zen i t rund 2,40 m .
D i e soeben erwtihnten 8 km spi e l e n noch i n anderer H i nsicht ei ne merkwürd ige
Rol l e . Die Dichte der Luft am Boden ist in hohen Bre i ten der Erde größer als in nie­
dere n . Der Grund ist d i e gr<:>ßere Schwerebesch l e uni gung u nd die ti efe n Temperatu­
ren i n hohen Breiten . Andererseits ist die Dicke d er Atmosphäre i n hohen Breiten ge­
ringer a l s i n niederen, daher muß der Dichtegrad ient d p /dh i n hohe n Breiten grös­
ser sei n a l s i n niederen . Zeichnet man den Zusammenhang zwischen Di chte und Höhe
für hohe und n i ed ere Brei ten i n e i n Diagramm e i n , so schneiden sich d i e beiden Kur­
ven i n etwa 8 km Höhe . Dort ist also der horizonta l e Di chtegradi ent i n Nord -Süd­
Richtung g l eich N u l l , d.h . die D i c hte der Atmosphäre ist in d i eser Höhe über den
ganzen Erdbal l konstant . Diese Schicht wurde von L I N KE entdeckt und ist von
größter Bede utung für das Wettergeschehen.
Wenn man d ie vorhin erwähnte P O I S S O Nsche Gl eichung m i t der hydrostatischen
Grundgleichung (17) komb i niert, gewinnt man d en Temperaturgrad i enten, der sich
bei e i nem ad iabatischen Prozeß , a lso z.B . bei erzwungener Hebung eines Luftpake­
tes a usb i ldet. Er errechnet sich zu y' = - 1° C/100 m . Der tatsäch l ich herrschen­
de verti kal e Temperaturgradient kan n sehr unterschied l iche Werte annehmen . Er
kan n , besonders in Bodennähe stark negativ sei n , wird aber häufig , besonders nachts,
auch positi v. Man spricht dann von I nversione n . Da m i t wac hsender Temperatur d i e
Dichte abnimmt, bed ingen I nversi onen e i ne besonders große Stab i l i tät d er Luft . Der
aus zah l reichen Messungen bestimmte d u rc hschnittl iche verti ka l e Temperaturgradi ent
der freien Atmosphäre b eträgt etwa y = - 0,65° C pro 100 m .
E in e besondere Rol l e , wie schon frü her anged eutet, spi e l t der Wasserdampf. Sei ne
Vertei l u ng i n der Luft unterl i egt nur sehr a l lgemei nen Gesetzmäßigke i ten. Von der
Kenntnis der Vertei l ung aber hängt die Gute von Mikrowe l l endistanzmessungen ab.
Im a l l geme i nen n immt d i e Feuchtigkeit m i t der Höhe ab , vor a l l em d esha l b , wei l m i t
si nkender Temperatur s i c h immer weniger Wasser i n Dampfform hal ten kan n . Man hat
versucht, d i ese Abnahme i n e i ne empi rische Formel zu kleiden. Eine sol che l nterpo­
l ationsformel ist z . B . jene von HAN N und S Ü RI N G :
h
- 6300
,
e = e • 10
B
h
h i n Metern
•
(21)
Ma n hat natürl ich versucht aus d e n zahl l osen meteorologischen Messungen d i e am
Boden, i n Fl ugzeugen und Bal lonsonden a usgeführt wurden, Durchschnittswerte der
atmosphärischen Parameter für b estimmte Jahreszei ten und Wel tgegenden auf stati­
stischem Wege abzul eiten . Fur besti mmte Zwecke, wie z.B. d ie Luftfahrt, d i e i n­
ternationa l en Rad ioverb i nd ungen etc . hat man sich sogar auf sogenannte Norma l ­
- 1 9-
oder Standardatmosphfüen geeinigt. Als Beispiel sei die Internationale Normalatmo­
sphäre angeführt.
Meeres­
höhe
Om
500 m
1000 m
1500 m
2000 m
t° C
p(Torr)
e(Torr)
Brechungsindex
f. Mikrowellen
15°,o
11° 7
8°,5
5°,2
2°,o
760
716
674
634
596
7,7
6,2
1.000 319
297
5,0
4,0
3,2
278
261
245
I
Gruppenbrech. index
f. Licht,.A = 0,56µm
1.000 288
275
262
249
236
Solche Standardatmosphären wurden und werden zum Teil auch heute noch zur Reduk­
tion geodätischer Messungen verwendet, obwohl sie nur eine nöherungsweise Korrek­
tion erlauben. Die Verwendung einer solchen Normalatmosphäre führt sofort zu zwei
wichtigen Schlußfolgerungen: weil man sich diese Normalatmosphären aus konzen­
trischen, sphärischen Schichten aufgebaut denkt, erfolgt die Strahlenbrechung im­
mer in einer Vertikalebene, d.h. es gibt keine Lateralrefraktion, und die Vertikal­
refraktion verschwindet bei Zielung nach dem Zenit. Wie sieht nun der Wellenweg
in einer solchen Normal9tmosphäre aus? Aus dem Brechungsgesetz von SNELLIUS
folgt sofort die sogenannte Strahlgleichung:
n . r sin
= const .
(22)
Den Wert dieser Konstanten können
wir durch Messungen am Boden be­
stimmen. Durch Differentiation der
Strahlgleichung und einigen Umfor­
mungen gewinnt man eine Gleichung
fUr die Änderung der Zenitdistanz:
r
Abbildung 3
c
df = dz - -
V
const
n2. r2 - const2
dn
n
(23)
Zwischen i rgend zwe i P unkten der Bah n i ntegriert, gibt di ese Gl eichung den Betrag
der Ri chtungsänderung der Wel l e , a l so d i e Refraktion . Dabei ist zu bedenke n , daß
i n ei ner Normal atmosphäre n e i ne Funktion von r a l l ei n ist . I ntegri ert man i nsbe­
sondere vom Boden ( n = n ) bis an d i e Grenze der Atmosphtire ( n = 1) so erhäl t
0
man d i e astronomische Refraktion :
R 11 = 60 11
•
ta n z
0
+
•
•
•
(24)
Von besonderem I nteresse ist d i e Bah nkrummung der Strahl en . E i ne ei nfache Betrach­
tung ergibt
dE
T =
-
.
si n
•
dn
dh
(25)
D ie Krümm ung hängt neben dem Einfa l l swi nkel a l so i n erster Linie vom vertika l en
Gradienten der Brechza h l ab . Da im a l ! gemei nen d n/dh negati v ist , sind di e Bahn­
kurven zur Erde gekrümmt . Der Bahnrad i us ist in der Regel ei n Viel faches d es Erd ra­
d i us . Der Gradi ent dn/d h varii ert aber sehr stark , besonders für Radi owe l l en , we­
gen des starken E i nfl usses der Luftfeuchtigkei t . Manchma l ist d n/d h = 0, dann
verläuft d i e Wel l e gerad l i n i g , ja selbst positi ve Werte d es G rad ienten si nd bei Ra­
d i owel l e n denkbar , dann ist d i e Bah n von d er Erde weg gekrümm t . Ein besonders i n­
teressanter Fal l l i egt vor , wenn d i e Bahnkrümmung g l ei ch der ErdkrUmmung wird ,
oder diese sogar Ubertri fft . Dann können besondere Rei c hwei ten bis zum Mehrfachen
der optischen S icht erzi e l t werden . Sol che Verhäl tnisse treten regel mäßig über aus­
gedehnten Wasserflächen a uf.
Die tatsäch l ichen atmosphärischen Verhäl tnisse weichen von d i esen Standard vor­
stel l ungen oft beträchtl ich ab . Dies g i l t n icht ei nmal so sehr für d i e sogenannte
"freie " Atmosphäre, als für d i e boden nahe Schicht, in der wir meist d i e Messung der
meteoro l og ischen Daten vornehmen müsse n . Bei Tagesmessungen können z . B . die bo­
dennahen Tem peraturen i nfolge Sonnenei nstrahl ung merk l ich höher sei n als in der
freien Atmosphäre . Bei Nachtmessungen dagegen tritt infolge von I nversionen häu­
fig der entgegengesetzte Effekt auf: D i e auf Berggipfe l n gemessenen Temperaturen
s i nd k l e i ner a l s in g l eicher Höhe über d em Tal . Dies kann aber auch bei Tag auftre­
ten , wenn d ie an Berghängen a ufsteigende Luft ad iabatisch abgeküh l t wird . Diese
Erscheinungen verfälschen vor a l l em Distanzmessungen .
-2 1 -
Bei Ri chtungsbeobachtungen wiederum wi rkt störend , daß d ie Flächen g l ei c her
D ichte in der Regel ni cht senkrecht auf das Lot stehen, wie es den Standa rdvorstel ­
l ungen entspricht. Diese Neig ung der Fl ächen g lei cher Dichte gegen den Hori zont
bewi rkt zusätzl iche Vertika l - , aber auch Latera l refra ktionen . Die Ursache dieser
Schi chtenneigungen si nd in hori zontal e n Temperaturgrad ienten zu suchen . Dabei
kommt es i n erster Linie auf die Verhäl tnisse in der nächsten Umgeb ung des l nstru­
mentes a n .
Weitergehende Ü ber legungen führen zu ei ner wichtigen Erkenntnis: wenn gestörte
Kennwerte der Atmosphäre zur Reduktion benutzt werden , dann wirken diese auf Ho­
ri zonta l w i nkel messungen praktisch unab häng i g von der E ntfernung; auf Distanzmes­
sungen wirken sie proportiona l der Entfernung u nd a uf Verti kal winkelmessungen nac h
terrestrischen Z ie len proportional dem Q uadrat d er Entfernung . Diese Tatsac he m u ß­
te bei der gemei nsamen Ausg l ei c hung sol c her Messungen berUcksichtigt werden .
AUSBL I CK
Man s ieht , d ie VerhC:lltn isse be i geodi:itischen Präzisionsmessungen s i nd sehr kom­
p l ex . Es g ibt a l l erd i ngs ei nen Weg zur Ü berw i nd ung a l l er Schwierigkeiten, der
schon vor dem l etzten Krieg von dem deutschen Geodäten N Ä BAUER grundsätzl i c h
erkan nt wurde . D ieser Weg fuhrt Uber d i e Ausnutzung d er Erschei nung d er Disper­
sion Betrachten wir zun<:ichst d ie Richtungsänderung eines Lichtstra h l es . Versch ie­
denfarbi ges Licht wird verschieden stark gebroc hen . Beobachtet man a l so ei nen
Höhenw inkel einma l be i rotem , e i nmal bei b l a uem Licht , dann muß ei ne seh r klei­
ne D ifferenz .1 a der beobachteten Wi nkel auftreten . Zwischen .1 a und dem ge­
suchten Refraktionswi nkel a besteht d i e Bezi ehung :
.1 a
a
n
=
n
0
0
-
1
=
B
u nd
a"
- .1a"
- Ir
(26)
Der Faktor B ist unabhängi g von den herrschenden atmosphärischen Verhä l tn issen
u nd kann a us der Dispersionsformel berechnet werden . Al l erd i ngs, w i l 1 man den Re­
fraktionsw i nkel auf l 11 genau erm ittel n , muß man .1 a auf besser a l s
01103
messen .
Ähnl ich ist der Grundgedanke des Dispersionsverfahrens bei Distanzmessungen . Es
sei e i ne m i t rotem Licht gemessene Distanz:
s
=
r
s
+
Lls
r
'
wor i n s d i e wahre , unbekannte Distanz d arste l l t . Die entsprechende Gl eichung für
b l aues Licht l a utet:
D i fferenzb i l d ung gibt
s - s = Lls - Lls = d .1 s
b
b
r
r
Die sehr k l e i ne Größe d .1 s
ist grundsätzl ich meßbar . Bi ldet man
dann ist:
Lls
r
=
A . dLls
(27)
Der Faktor A ist wieder u nabhäng i g von den atmosphärischen Verhäl tnissen u nd
kann aus der Dispersionsformel berech net werden. Wi l l man e i ne 1 5 km l ange Strecke
auf l cm gena u messen , m u ß d .1 s auf besser a l s
l
mm besti mmt werden . Beide An­
wend ungen d er Dispersion haben unter Verwend ung von Laser l i cht schon sehr ermuti­
gende Resu l tate gegeben .
Ganz neue Aufgaben und Anwend ungen erwac hsen d er Geodäsi e aus der Mög l i ch­
ke it, kosmisch e Radioqu el l e n, sogenannte Q uasare, zu hochgenauen , i nterkonti nen­
ta l e n Distanzmessungen heranzuziehen . D i es wird a uch neue Anregungen und Prob­
l eme für d i e Refraktionsforschung ergeben . Si cher ist, daß d i e Physik der Atmosphä­
re ni cht n ur a l lgem e i n , sondern ganz b esonders fur d i e Geodäten an B edeutung ge­
winnt, was auch im Lehrplan der Hochschulen zum Ausdruck kommen wird .
Geowiss. Mitt .
1 973 , 23 - 40
ORT HOPHOTOT E C HNI K IN ÖS TERREI C H
von
P. Wal d häusl
(Vortrag gehalten am l O. Februar 1 97 1
i m Rahmen des Kol loquiums der Assistenten
der Studienri c htung Vermessungswesen,
Uberarbeitete Fassung}
D i pl . Ing . Dr . Peter WaldhCiusl, Hochschulassistent am Institut für Photogrammetrie ,
Technische Hochschul e i n Wien 1 040, Gußhausstraße 27 - 29.
ZUSAMME N FAS S U N G :
Während i n der Deutschen Bundesrepubl i k und i n vie l en and eren Ländern d i e Or­
thophotokarte l ängst zum Sel bstverständ l i chen g ehört, ist das Orthophoto i n Öster­
reich noch praktisch unbekannt . Es ist Zei t, daß a uch wir u ns dam i t a usei na nd erset­
zen . I m wese ntl ichen stehen zwe i Systeme zur Verfügung: Profi l abtastgeräte m it on
l i ne oder off l i ne Betrieb e i nes Orthoprojektors und Patc h' abtastautomaten, denen
ei n Orthoproj ektor on l i ne a ngesch l ossen ist . I hre Vortei l e u nd Nachtei l e zeigen,
daß d i e E ntwickl ung noch in vol l em Gange ist . Dennoch sol l te man jetzt i n Öster­
reich beg i nne n . Zunächst m i t geziel ten Versuchen . Dazu kann e i ne ganze Rei he von
Anregungen gegeben werden:
Orthophotos für Touristenkarte n , a l s Kataster für Entwickl ungsl änder , für Forstkar­
ten , für die Wi l dbach- u nd Lawi nenverbauung für geowissenschaftl i c he Untersuchun­
gen viel er Art, für die Raumpl a nung zunächst in den Zentra l räumen, a l s Grundkarten
werk ? D ie Frage sol l te neu durchdacht werden . Zah l reiche Anwendungsmög l i c hkei­
ten gibt es a uch für den österreichische n Kataster .
-
25
-
E I N L E I TUNG
Photokarten sind in a l l en Maßstäben denkbar . Je nach Maßstab vermi tte l n sie mehr
oder weniger Detai l i nformationen , geben sie weniger oder mehr generel l en Ü ber ­
b l ick . Im Bere ich der topographischen Ü bersi chtsmaßstäbe wird d i es deutl i c h , wenn
wir die HASS ELBLAD-Aufnahmen aus Apol l o
l
:
800 Mi l 1 ionen m i t der Karte
wel che 1 9 70 aus Aufnahmen 1
l
:
ll
m i t ei nem Bi l d maßstab von genähert
500 000 des US Geolog i ca l Survey verg l ei chen,
2 , 5 Mi l l ionen hergeste l l t worden ist . Diese Karte
:
ste l l t e i n B i l dmosa i k aus Aufnahmen verschi edener Raumfl üge aus den Jahren 1 9 65 ­
1 9 68 dar . J e größer der Bi ldmaßstab wird , desto stärker wirkt sieh das Geländere l ief
auf d ie Genau igkeit von Photokarten a us . Die gerätebauende I ndustrie auf unserem
Sektor hat i n den l etzten Jahren die sogenannten Orthoprojektoren oder Differential­
entzerru ngsgeräte entwi ckel t. Die Orthophotokarten gehören i n anderen Ländern be­
rei ts zum Sel bstverständ l i chen . Es ist Zeit, daß auch wir in Ö sterreich uns damit
ausei nandersetzen .
WAS I ST E I N ORTHOPHOTO ?
Eine Zentral perspekti ve unterscheidet sich von ei ner Orthogona l projektion im we­
sentl i chen dadurch , daß j ede Ge ländehöhe in ei nem a nderen Maßstab entsprechend
dem Verhäl tnis c : h , d . h . Brennweite zu Fl ughöhe über Grund , abgebi ldet
g
wird . Bei Orthogonal projektion dagegen entsteht ei n ei nheitl i c her Maßstab . Bei
Zentral perspektive treten außerdem die bekannten Verschiebungen radi a l zum oder
vom Nadirpunkt auf. (Abb . 1)
R
=
tJ.
h
•
r
c
=
R
ßh . -h
g
Die Größe dieser Feh l er ist einersei ts von der Größe der Höhenunterschied e , an­
derersei ts von der Ta ngente der Strahl enne igung abhängig . Bei Normal wi nkel aufnah­
men beträgt R maxi ma l 0, 5 . 6h, bei Wei twi nke laufnahmen 1 , 0 . tJ.h .
Unter e inem Orthophoto versteht man nun eine zu ei ner strengen Orthogona l pro­
jektion berichtigte Zentral perspekti ve .
Abb . l: Radia l verschieb ungen
im Gelände '1 R, oder im B i l d D. r
zufo l ge der Höhenunterschied e D. h .
H I STOR I S C HE E NTWI C K L U NG B I S 1 960
Schon Theodor S C H E IMPFLUG hatte vorgeschl agen , Entzerrungen geb irgigen Ge­
l ändes höhenzonenwe ise vorzunehmen . I n d er Praxis war di eser Vorsch l ag l eider
nicht real isierbar . Professor Otto LACMA N N erfand 1 929 d i e Differentia l entzer­
rung . 1 93 1 berichtete er: 1 1 Der Grundgedanke d es Entzerrungsgerätes ist der , daß man
einem Proj ektor , dessen i nnere Or ientier ung m it der der Aufnahmekammer übere in­
sti mmt, d ieselbe Lage zu e iner eine 1 ichtempfi nd l iche Schi cht tragenden Pro jektions­
fläche g ibt, welch e die Aufnahmekammer zum Horizont ei ngenommen hat , und daß
man den Abstand des Projektionszentrums von d er Proj ektionsfl äche d erart steuert ,
daß er im Kartenmaßstab der Höhe der Aufnahmekammer über d em k l e i nen Gel ände­
abschn itt entspricht, dessen B i l d gerade d urch eine Öffnung des d i e Proj ekti ons­
fläc he gegen fremdes Licht schützenden Wagens proj i ziert wird . D i e h iezu erforder­
1 iche Steuerung erfol gt mitte l s e i nes a us Pappe oder ähnl ich l e icht zu bearbeitendem
-27-
Mater ial auszuschneidenden Profi l s und
m i ttel s Oel pumpen
II
Etwa g l eichze i ti g , 1 933 , pub l i z ierte R . FERBER ei nen ähn l i chen Gedanken . Bei­
de Verfahren finden keinen E ingang in die Praxis .
1 955 veröffentl i cht Russe l K . B EA N vom US Geol ogi ca l Survey sei ne Konstruk­
tion des ersten wirk l ich funktionsfähigen und auch wi rk l ich funktionierenden Ortho­
photoscopes . Von zwei wie übl i ch mi t b l augrünem bzw . rotem Licht l euchtenden
Anagl yphenprojektoren eines umgebauten Pl otters ER 55 wird ein Model 1 proj i ziert,
das statt mit einem Zeichentisc hehen m i t e i nem Kasten abgetastet wird , wel cher
oben einen in
x-
und y-Richtung versch i ebbaren Schl i tz aufwe ist . Unter d em Schl itz
verborgen befindet sich ein für b l a ugrünes, nicht aber für rotes Licht em pfi nd! iches
Papier . Der Schi itz wird motorisch in Mäandern über dem Photopapier bewegt . Der
Auswerter hebt und senkt den Kasten samt dem sich bewegenden Schi itz j ewe i l s so ,
daß sich der Sch l itz i n der Höhe d er Model l oberfl äche befi ndet .
1 958 verbessert Rupert B . S O UT HARD , ebe nfa l l s USGS , d i e BEA Nsche Konstruk­
tion . Der Kasten wird zur besseren Bequeml ic hkeit des Auswerters durch ei nen Zy­
l i nd er ersetzt . Der Schl itz fährt auf d essen höchster Erzeugenden in x-Richtung h i n
und her, d i e F il mtrommel a l s Ganzes bewegt sich schri ttweise i n y-R i chtung , wobei
sich im Inneren der Trommel der das l i chtempfi nd l i che Papier tragende Zyl i nder j e­
wei l s um den y-Schritt wei terdreht .
Während d ie Pro jektoren des ER 55 i m BEA N sc hen Orthophotoscope mi t Fixfocus
innerha l b ihres Schärfenti efenbereiches scharf abb i ld e n, arbe i tet d i e 1959 bekannt­
geword ene russische Para l l e l entwickl ung , das S pa l tentzerrungsgerät F T Schtsch von
F . l l j i n T J I HOMIROW, m i t gesteuerter Scharfabb i l d ung .
VERSC H I E D E N E D I FFERE NTIALE NTZE RRUN GSVER FAHRE N
H eute , 15 Jahre nach der BEANschen Entwickl ung , unterscheiden wir D i fferentia l ­
entzerrungsgeräte nach fo l gend en Merkma l en:
a) H i nsicht! ich der B i l dübertrag ung un terscheiden wir Geräte mi t optisc her Proj ek­
tion od er mit e l ektroni scher Bi ldübertragung (Kathodenstra h l röhre) .
b) H insicht! ich der Model l abtastung unterscheiden wi r Geräte mit profi l weiser Ab­
tastung ( i n x- u . /o . y- Ric htung) oder m i t fl eckweiser Abtastung .
c) H i nsichtl ich der Betri ebsa rt u nterscheiden wi r Geräte , wel che di rekt vom Stereo­
a uswertegerät gesteuert werden, und sol c he , we l c he die Höheni nformationen von
e i nem Zwischenspeicher erha l te n . (on l i ne - , off l i ne - Betri eb) .
DER G I GAS - ZE I SS'S C H E ORT HOPROJEKTOR G Z l
1965 stel l t Carl ZE I SS O berkochen den auf I nitiative und m it Ideen von Professor
E. G I GAS entwicke l te n Orthoproj ektor G Z l vor . Die im Stereoauswertegerät ge­
won nenen Proj ektionsweiten Z werd e n m ittel s Drehmeldern in die Dunkel kammer zum
Orthoprojektor Ubertragen u nd steuern dort konti nui erl ich d i e Projektionsweite des
Orthoprojektors . Die y-Bewegung u nd ebenso d ie x-Schritte zwischen den ei nze l nen
Profi l e n werden am GZ 1 erzeugt u nd in umgekehrter Ri chtung aus der Dunkel kammer
m itte l s Drehme l der auf das Stereoauswertegerät ubertragen . Der Auswerter hat nichts
anderes mehr zu tun , als während des a utomatisch erfolgenden Profi l abfohrens die
Meßmarke m it der auf ein Handrad umge l egten z-Steuerung auf d em Mode l 1 zu füh­
ren . Der Orthoproj ektor selbst besteht aus einer Auswertekammer m it der g l eiche n
äußeren Orientierung w ie ei ne der Kammern d e s Stereoauswertegerätes , i n d i e e i n
G l eichstUck d e s Diapositives der e i nen Kammer a u f ei ner Kompensationspl atte e i nge­
l egt wird , a us e i ner nachgesteuerten Bel euchtung und ei ner mitte l s der bekannten
BAUERS FE LDsc hen Zusatzopti k nac hgesteuerten Sc harfabbi ldung , dem festen Projek­
tionsti sch m i t der Abdeck ungsvorri chtung fur das l ichtempfi nd l i che Papier und dem
a l s Rechteck ausgebi ldete n Schl itz , d er wah l we ise ei ne Breite von
2,4
oder 8 mm
hat. Die Kammer wird in z-Richtung j ewei l s i n den richtigen Abstand gesteuert , ni cht
der Tisch , was natUrl ich dense l ben Effekt hat . Der GZ l kann pri nz i pi e l l an j edes
spi ndelgetriebene Auswertegerät angesch l ossen werden . Man m uß j edoch beachte n ,
daß d ie Achsfol ge etwa b e i d e n W I LD Auswertegeräten von der der ZEISSsc hen ver­
schi eden sind , d . h . daß d i e Orienti erungse l emente umzurec hnen s i nd . Außerdem
müssen d i e S pi ndel steig ungen und Ü bersetzungsverhältnisse aufei na nder abestimmt
sei n . Gl eic hzeitig m it d em Abfahren der Profi l e können a ußerdem sogena nnte Pro­
fi l sehraffen registriert werd e n. Die z-Bewegung d es Orthoproj ektors wird m it wähl ­
barer Übersetzung a uf e i n e roti erende Scheibe übertragen, auf wel cher sich geeig­
nete Zeichen befinden, um das Ü berschreiten e i ner j eden Höhenstufe sichtbar machen
zu könne n . Dafür wird konti nuier l i c h e i n ganz k l e i ner Sektor der Scheibe wieder auf
-
29
-
l i chtempfind l iches Papier proj i ziert , so daß ein sogenannter Profi l schraffenplan oder
a uch Höhenschraffenp lan entsteht. Durch manuel l es Verb ind en g l ei cher Profi l schraf­
fenenden entsteht daraus der Schi chtenl i nienpl an.
D i e am S tereoauswertegerät gemessenen Profi l e können auch in einem Speicherge­
rä t m i tte l s G l asgravur gespeichert werden. Der Orthopro jektor erhä l t dann erst seine
S teuerung- off l ine- von einem Lesegerä t LG
l,
in das d i e Profi l pl a tten eingel egt
werden. Nur dadurch war d i e E inführung eines ganz neuen Pri nzi pes mög l i ch , das
Differential entzerren nach dem Sekanten verfahren. Der Orthoprojektor fä hrt nicht
mehr die g l ei chen Profi l e ab wi e das S tereoauswerteg erä t , sondern bewegt sich je­
wei l s in der Mitte zwi schen 2 Profi l en. Aus d em L G
l
wird nicht nur die Gel ände­
höhe des l inken Profi l s sondern auch d i e Gel ändene igung zwischen den bei den Pro­
fi l en gewonnen. Dadurch kann ein Gl asfiberr ing , dessen Oberfläche rad ia l Neigun­
gen von
-
35° bis+ 35° aufwe i st, jewe i l s so über dem Projektionsschi i tz gedreht
werden, daß auch noch der k l e ine Ausschni tt richtig orthogona l proj i ziert wi rd.
Dad urch wird erreicht, daß die e inzel nen Bi l dstre ifen exa kt in ol l en Deta i l s zusam­
menpassen. Vernachl ässigt wird nur noch der k l eine Feh l er, der sich a us der Abwei­
chung des Geländes von der Sehne ergibt. G l ei chzei tig kann nun auch noch statt des
Profi l schraffenzusotzes ein automatischer Höhenl inienze ic hner H LZ an d en Ortho­
proj ektor angesc h lossen werden. Zwischen den be iden vom LG
1
abgetasteten Profi ­
l en wird i n jedem Moment und kontinui erl i ch l inear interpo l i ert und jeder Schni tt­
punkt m i t einer Höhenschi chte bestimmt. An den Stel l en d i eser Schni ttpunkte werden
Lichtpunkte photograph isch registr iert , so daß nach Entwi ckl ung das Schi chtenb i l d
sichtbar wird.
Der Spe i cherb etrieb gestattet das Abfahren auch i n größeren Profi l abständen. Eine
E l ektri sche lnterpo l ati onseinrichtung i m LG
l
sorgt dann dafür, daß das Orthophoto
m i t engeren Profi l en erzeugt wird , so d a ß d ie b e i großer Spa l tbre i te zu befürc hten­
den K l affen zwi schen den Bi l dstreifen auf mehrere Bi l dstre i fenzusammenstöße aufge­
tei l t werd en .
Das Aufwendi gste und Kri tischeste am ganzen D i fferenti a l entzerrungsprozeß ist das
Abfahren der Profi 1 e, eine für den Menschen sehr ermüdend e Sache. ZEISS hat nun
auch d iesen Tei l automatisiert und an den Pl onimat ITEK- Korrel atoren angeschl ossen,
wodurch es wei tgehend mögl i ch i st , d as Mode l 1 dem Automaten zu über l assen. Im
Wa l d , be i Seen und bei a l l en nicht k l a r korre l i erbaren Texturen gerät die Maschine
jedoch i n Schwi erigkeite n , so daß der Auswerter wieder ei ngre ifen muß.
FUr Sch u l u ngszwecke sowi e für besondere Anwendungen m i t verminderten Genau­
igkei tsanford erungen d i ent der Ortho-3 -Projektor , e i n ei nfaches , nach dem Anagl y­
phenprinzip a rbeitendes Auswertegrät . Zusammenfassend verg l eichen wir nochma l s
d ie gebotenen Mög l ic hke i ten:
h i nsichtl ich der Orthoph otoherstel l u ng. Der 03P arbei tet nach dem Sch<:irfentie­
fenprinzip, der GZ l m it gesteuerter Scharfabbi ld ung.
h i nsic htl ich Höhenauswertung . Beim 03 P werden d ie Schi chten kl assisch von
Hand ausgewertet . Der GZ 1 gestattet bei d i rekter Ankoppl u ng an ein Stereo­
auswertegerät den Ansch l u ß ei nes Profi l schraffenzusatzes, d u rch den Profi l sehraf­
fen entstehe n , wel che von Hand zu Schichtenl i nien umgearbei tet werde n müssen .
I m Speicherbetrieb ist e i n automatisc hes Zeichnen d urch Ansc h l u ß des Höhenl i ­
ni enzeichners HLZ mögl ich.
h i nsichtl ich des Verfahrens . Beim 03P bearbeitet man E inze l model l e , während
beim GZ 1 immer zwei aufei nanderfolgende Model l e fugen l os aneinandergerei ht
werden können .
h i nsichtl ich der di rekt a uswertbaren Brennweiten . Der 03 P ist nur für 153 mm ,
a l so Weitwi nkel geeignet, der G Z l für Wei t- b i s Norma l wi nkel . Andere Brenn­
we ite n s ind affi n auszuwerten .
h i nsichtl ich der auswertbaren F i lmtype n . Am 03P kann nur mit S chwarzwei ß , am
GZ
l
auch m it Farbbi l dern fur Farborthophotos gearbeitet werden .
DER J E NAER ORT HOPRO J E KTOR 1 10RTHOPHOT B 11
Anläßl ic h der Lei pziger Frühjahrsmesse 1965 wurde das größte Uni versa l auswerte­
gerät aus Jena der Öffentl i chkeit vorgeste l l t, der Stereotri gomat, in dem j ede Brenn­
weite und praktisch jeder Mod e l l ma ßstab m it hoher Genaui gkei t sowohl für Kartie­
rung a l s a uch für n umerische Aerotria ng u l ation a usgewertet werden kann . Außerdem
ist im Stereotrigomat auch e i n Orthoproj ektor m itei ng ebaut , das Orthophot . Al s Or­
thophot B wurde im Pri nzi p d i ese l be Konstrukti on zusammen mit dem Topocart auf den
Markt gebracht.
- 3 1-
D I E WI L D ORT HOPROJ E KTORE N
Der A 8 O r t h o p h o t o z u s a t z sol l vor a l l em den Kreis der vi elen A 8 Besitzer
ansprechen. Für die E ntwi ckl ung wurde verl angt, daß der A 8 unverändert fü r a l l e
seine normal en Aufgaben erhal ten bl eibt, daß d i e O rthophotoherste l l ung unter nor­
mal en Zi mmerbel euchtungsbed i ngungen erfolgt u nd daß j eder W I L D Mechani ker den
Umbau an Ort u nd Ste l l e vornehmen kann . Da beim WI LD A 8 e i ne orthogona l e Be­
trachtung der Bi lder erfo l gt , muß zuerst j ed es L i n ienel ement den B i l d neigungen ent­
sprechend perspektiv umgebi l det werden, ehe es auf den Schl i tz u nter d er hi nten am
A 8 angebrachten Trommel proj i ziert wird . Dies wird durch e i ne n k l e i nen Ana l og­
rechner b esorgt, der konti nuierl ich Uber S ensoren x , y und z k ennt und a n d em d i e
übrigen fur d i e perspektive Transformation d er B i l d e lemente notwend igen Variablen
an Dre hknöpfen ei ngestel 1 t werden könne n .
Andere wesentl iche Bautei l e des A 8 Orthophotozusatzes si nd d er Graukei l i m op­
tischen Sch l a uc h , d urch den die Hel l igkeit stufe n l os gerege l t wird und der m i t d em
Schal ter fUr d i e E i nste l l u ng d er Abfahrgeschwi ndigkeit gekoppe l t ist, wodurch ei n
Anpassen derse l ben an d i e Geländ eform mi tten im Mode l l mög l i c h w i rd , ferner eine
Verg rößerungsoptik, die zusammen mit a l len a nderen optischen Tei l en , vor a l l ern
ei ner ei ngebauten Zoom- Opti k , e i ne tota l e Vergrößerung vom B i l d zum Orthophoto
von 0, 75 - 6, 18 ermögl i ch t .
Die Profi l e werden in x-Richtung abgefahren , d i e Geschwi nd igkei t kann dabei
0
-
8 mm/sec betragen .
Die Orthophotos we isen se l bstverstä nd l ich Systemfe h l er a uf, das he i ßt, es treten
Unstetig keiten an den Zusammenstoßl inien bena chbarter B i l dstreifen a uf, wie das bei
a l l en Differential entzerru ngsgeräten im on- l i ne-Betrieb der Fa l l ist .
Der W I LD S t e r e o m a t A 2000 ist e i n automatisch arbeitendes Auswertegerät
zur Herste l l u ng von Orthophotos u nd Schichtenl i ni e n sowie zur Umwand l ung d es Ana­
l ogmodel l es i n e i n d ig ita l es Geländ emodel l . Es ste l l t e i ne Wei terentwickl ung des
W I L D B 8 Stereomat dar mit wesentl i c h verbessertem Korre l ati onssystem . Zwei Ka­
thodenstra h l röhren tasten ei nander entsprechende Bi ld te i l e in den beiden Diaposi ti­
ven ab . Die d i fferenti el l en B ilda usschni tte werden wegen B i l d - und Gel ä ndeneigung
(Tangentenmethode ! ) a utomatisch korrigiert . D i e Abtastung erfolgt profi l m ä ßig i n
Das Orthophot arbeitet nach dem Prinzip d er Stra h l ente i l ung . Das bedeutet, daß
kei n dri ttes Diapositi v wi e bei anderen Orthoproj ektoren i m on- l i ne- Verfahren be­
nötigt wi rd . Ein el ektromagnetischer Inverser ermög l i cht e i ne Vergrößerung von
0 , 7 - 6, 0 fach . Und das prakti sch stufe nlos . I nteressant i st die Lösung m i t den
Sch l itzen rhomboidaler Form , wodurch eine photographische Verwischung der S ystem­
feh l er am Bi l dstreifenrand erfo l g t . E i ne wei tere Besonderhei t ist der Zei c henkopf
Orogra ph , der dem Profi l sch raffenzusatz aus Oberkochen entspricht . Der Orograph
zei chnet m it ei nem Vi brati onsschreiber d i ckere oder dünnere Profi l sehraffen a uf Zei­
c hen- oder G ravurfol i e , d i e der Auswerter sofort sehen ka nn, um übera l l dort, wo
bei m Schichtenl i ni enzeichnen S c hwieri gkei ten wegen der Zusammengehörigke i t der
Profi l sehraffen zu erwarten sind , sofort H i l fshöhenlni en mit dem S tereoauswe rtegerä t
ziehen z u können. E s ist also e i ne unmi ttelbare Komb i nation mög l ich von d i rektem
Höhenl ini enzeichnen und Höhenl inienab l ei te n aus Profi l sehraffen.
5mm
o ,
2wm Schl i L b re i t e
1 Ill!Il
9 S tunden
8
7
b
5
4
5
2
1
1
2
3
4
Sx
V e rgro s s e rung
Abbi l dung 3: Abfahrzei ten fUr e i n Model l 220 mm x 1 20 mm
(Abmessungen i m B i l dmaßstab) bei eine r m ittl eren Abfahr­
geschwind igkeit von l , 5 mm/s im Bildma ßstab
Abb . 3 gibt uns eine Ü bersicht Uber d i e bei d er Di fferential entzerrung m i t dem Or­
thophot B zu erwartenden Abfa hrze iten pro Model l . Die hier a ngegebene n Zeiten
ersc hei nen m i r rea l istisc h . Zu d i esen Zei ten hinzu kommen natürl i c h noch j ene für
das Orienti eren und E i npassen des Model l es . Die Abfahrgeschwi nd igkei ten l iegen
hier zwischen
l
u nd 8 mm/s
•
-
33
-
x- Richtung . Die Auswerteg eschwindi gke it vari iert automatisc h mit der Q ua l i tät der
errei chten Korrel ation zwischen d en be iden B i l dern . Der Operateur erhäl t ein Sig­
na l , soba l d die Masch i ne m it dem Korrel i eren etwa über Wasse r , od er d i chtem , ste il ern Wald i n Schwi erigkeiten gerät . Die Korre l ation nimmt a uch über g roßen Wi esen
star k ab, wo man noch nicht wei ß , wieso hier der Mensch e i ne Stereomessung vor­
nehmen kann und d i e Korrelationsmaschine A 2000 nicht.
Wenn man g l e i chzei tig Orthophoto und Schichten! inien erzeugen wi l l , dann ver­
wendet man farbempfi nd l iches Photopapier und erhäl t das Orthophoto in b l auer und
Schichten! inienabschni tte tangentia l an d i e Schichten! inie in roter Farb e . E ine Be­
sonderhei t des A 2000 ist a uch seine Fähigke i t, automatisch rel ativ orienti eren zu
können . Al l e Ori entierungse l emente werden über Servomotore vom Automaten ge­
steuert . Die abso l ute Ori entierung wi rd j edoch noc h extern errechnet und einge­
stel l t . Der WILD A 2000 wird gemeinsam von WI LD und RAYTHEON in d en USA
hergeste l l t . Derzei t gibt es nur 2 Prototypen, e i nen in Heerbrugg und d en and eren
bei RAYT HE ON . Wegen verschi edener Schwierigkei ten, d eren Ü berwinden nur mi t
zu gro ßem Aufwand mög l ich gewesen wäre , wurde d i e Wei terentwickl ung zugunsten
eines neuen Systems , das wesentl ich l e istungsfä h iger sein wird , noch 1 97 1 abgebro­
c hen.
A N DERE AUTOMATI S C H E SYSTEME
Außer dem A 2000 von WILD gibt es noc h vie l e andere a utomatische Systeme zur
Luftb i l da uswertung . Der A n a l y t i c a l P l o t t e r A P C von O Ml - N ISTRl , Rom ,
wird weiterentwic ke l t und für d i e Orthophotosteuerung erwe i tert, in d en Vereinigten
Staaten a rbei ten I B M an einem Digita l Automatie Ma p Comp i l ation System (DAMC) ,
d i e B u n k e r - R a m o C o r p o r a t i o n in Kai i fornien entwicke l t das Uni versa l
Automatie Map Compi l ation Equi pment (UNAMACE) , wom i t praktisch a l l es gemac ht
werden kann (Dig ita l e Gel ändemode l l e , Orthophotos , Höhenschichten usw . )
Wenn wir bedenken, wel che Fortschritte d i e Computertechnik m i t H i l fe der El ek­
tronik in den letzten Jahren gemacht hat, können wir mit Recht erwarten, da ß auch
die Vol lautomatisierung der Photogrammetrie f ü r G r o ß p r o j e k t e
praktische Rea l i tät sei n wird .
sehr ba l d
Al l e d i ese Entwi ckl ungen zur Vol l a utomatisi erung gehen im wesentl i chen a uf eine
Erfi ndung G. L . HOBROU G Hs a us dem Jahre 1 958 zurück, näm l i ch d er d es S tereo­
mat . HOBROUGH sen . war dama l s bei Photographi e Survey Corp . , später bei
HUNTI N GS in Toronto , Canada , und konstrui erte den ersten B i l d korrel ator, der zu­
nächst an einem N I STRI - Photomapper , ein i ta l i enisches Anag l yph enauswertegerät,
angeschl ossen war . WI L D ka ufte die HOBROUG H-Patente und entwi c kel te das B 8­
Stereomat -:- System . Mit dem G eld machte sich HOB ROU G H in Vancouver sel bstän­
d i g und entwi ckel te wei ter . Er ging neue Wege und überraschte vori g es Jahr m i t d er
Mittei l ung , daß er ab 1 97 1 i n der Lage sei , Orthophotos innerha l b von 1 6 Minuten
herzustel l en . 6 Minuten braucht sein " Gesta l t Photo Ma pper" für eine vol l ständ ige
innere , gegensei tige und abso l ute Orienti erung . Nach E inl egen d er P latten in d en
Gesta l t Photo Ma pper wird m i t H i l fe der Rahmenmarken d i e innere Ori enti erung her­
geste l l t . D i e Kammerkonstante und a l l e Korrekturdaten der inneren Ori enti erung
(Verzeichnung , Sol ! abstände etc . ) werden vom angesch l ossenen Computer ver langt ,
und darauf vom Operateur d i g i ta l eingegeben . Nach Grobeinstel l ung der 6 Schema­
punkte fü hrt der Computer d i e gegensei tige Orientierung aus . Nach Grobeinste l l ung
der in m i ndestens einem B i l d vormarki erten Paßpunkte erfol gt vom Computer d ie ab­
sol ute Orienti erung samt Ausdruck d er Restfehl er . Ein wei terer Knopfdruck startet d i e
Orthophotoherstel l ung , d i e vom Korrelator F l ächenel ementweise, S echsecke m i t b i s
2
48 mm , a usgefü hrt wi rd . Die G el ändeoberfl äche j edes so l chen sog . " Patch" wird
d urch 50 Parameter approximiert . Als Ergebnis werden je patc h 3000 Höhen g espe i ­
chert , d i e dann für d i e automatische Orthophotoherstel l ung bekannt sind . So wird
Flächenabschnitt fu r Fläc henabschni tt bearbei tet . Nach l O Minuten ist das Ortho­
o
photo fertig . Bi sher können Gel ändene i gungen bis 39 a utomatisch erfaßt werden .
Der größte Maßstab , der b isher m i t dem Gesta l t Photo Mapper ohne wesentl i che
Schwierig kei ten korrel i ert werden kann, i st
l
:
25 000 . Bis Ende 1 973 wi rd ein Ge­
sta l t Photo Ma pper fertiggeste l l t sei n , d er a uch die Schichten des Model l es l i efert .
Im Prinzip werden von den etwa 3000 gespeicherten Höhen j ene gel öscht, d i e nicht
auf einer S chichte l i egen, d i e verb l ei benden nach einem G l ättungsprozeß photogra­
phi_sch festgeha l ten .
-35-
O RTHOCARTOGRAPH U N D STERE OCOMP I LER
E i ne sehr i nteressa nte E ntwi c k l u ng stammt von T . J . B LAC HUT a us dem National
Research Counci l of Canada . An die beiden Kammern ei nes Stereoauswertegrätes
wi rd je ei n Orthoprojektor angesch l ossen, so daß g l e i c hzei tig 2 Orthophotos ent­
stehen . Das eine wi rd e i n ri chtiges Orthophoto , das andere wird um Hori zonta l para l
l axen 1 1 verfä l scht 11 , a l so so umgeb i l det, a l s ob e s e i ne T r a n s v e r s a l p r o j e k t i o n
des Gel ändes wäre . Dieses 2 . Transversa l photo heißt 11Stereomate 11 • G l eichzei tig
werden zu beiden B i l dern, und zwar getrennt auf 2 Zeichentische n, die Schi chten
geze ichnet: Zum Orthophoto die grundri ßtreuen, zum Stereomate die proporti ona l
der Höhe i n x versetzten Schichten . Das E rgebnis können S i e unter e i nem Spiegel ­
stereoskop räum l ic h betrachten . Die Schich ten passen dazu u nd können entweder m i t
d e n S tereoorthophotos kombi niert oder a l s Anagl yphen-Schi chtenmod e l l u nabhängig
gedruckt werden .
Der große Vortei 1 der S tereoorthophotos wäre später viel l ei c ht aber der, da ß jeder
N i chtphotogram meter an ganz b i l l igen S t e r e o c o m p i 1 e r n auswerten könnte .
Prob l eme wie gegenseitiges und absol utes Orientieren fa l l en weg . Led ig l i c h der
Maßstab d es Model l es muß noch varii ert werd e n könne n, der Rest der absol uten Ori­
entierung ist ein ei nfaches Hinpassen am Zeichentisc h .
P HOTO KARTE ODER STRICH KARTE ?
Das Orthophoto kann entweder a l s H i l fsmi ttel zur Karten herstel l ung oder a l s ei n
Tei l des Karten i nhal tes sel bst d ienen . Das heißt, entweder wird der B i l d i nhal t um­
geze ic h net in e ine k l a re , genera l isi e rte und ei nheitl iche Si g naturkarte , oder, im
a nderen Fal l , wird das Orthophoto a l s Haupte l ement der Karte oder als Ka rtenhin­
tergrund ged ruckt . (I n ei ner Ausste l l ung, die das I nst itut fUr Photogrammetrie anl ä ß­
t ich
des Vortrages vorbereitet hatte , waren Orthophotos u nd Photokarten sowie ande­
res l l l ustrationsmaterial a usgestel l t) .
Wel che Vortei l e haben Photokarten gegenüber Stric hkarte n ?
D i e Photo karte b ietet mehr Deta i l i nformationen i n wirk l ichkeitsnäherer Form und
Vi e l fa l t , ist l esbar , auch fUr U ngesc h u l te u nd ökonomisc her i n der Herste l l ung
und Nachfu hrung. Ma n g l a ubt m it mehr Vertrauen a n i hre Richtigke i t und Vol l stä n­
d i gkei t . Das Al ter der Ka rte steht m i t dem B i l d fl ugdatum ei nde utig fest .
Die Strichkarte b ietet dagegen mehr k l ass i fizierend e und q ua l ifizierend e I nforma­
tionen und sol ch e nicht-b i ld hafter Art . Sie macht Aussagen uber die dargestel l ten De­
ta i l s und unterscheidet die versch i edenen Straßenarten und d i e verschiedenen Verwen ­
dungsarten von Häusern , wie Haus , Schu l e , Gasthaus, Schutzhütte , Al mhütte . An
das für d i e Strichka rte gefl ogene B i l d materi a l werden geringere Anford erungen ge­
stel l t . D ie pl astische G esta l tung ist g l e i c hmäßiger und unabhä ngiger von der Jahres­
bzw . Tageszeit des B i l d fl uges. Die Strichkarte ist dort, wo vie l e wichtige I nforma­
tionen vorl iege n , unbelastet von a l l zu viel e n Deta i l i nfo rmatione n .
PRAKT ISC HE ANWE N D U N G E N
1 . Großmaßstäbl i che Anwendu ngen .
a) Touristenka rten ( etwa 1 : 1 0 000)
I n Fremdenverkehrsgeb ieten wie a m Arlb erg , um Badgastei n oder etwa um den Rad­
städter Tauernpa ß könnte es sich l ohnen, ähnl i che Photokarten hera uszugeben, wie
es BLAC HUT i n Canada gemacht hat . Außerd em könnten wir dam i t die Konkurrenz
ausl ä nd i sc her Kartenherstel l er a usscha l te n , da d i e Luftb i l der d er staatl i c he n Kon­
trol l e durch das Bund esamt für E ich- u nd Vermessungswesen u nterl i egen .
b) Karten für den Kataster i n Entwickl u ngsl ändern , wo sich - wie auf Cypern prak­
ti ziert - B i l dkataster sehr bewä hrt haben . Wi e sol I man sonst, a ußer photogramme­
trisch , kompl i zierte , a l te , orienta l i sche Ortschaften aufnehme n ?
c ) Forstkarten ( 1 : 5 000 und 1 : 1 0 000)
Österrei ch ist zu 43 % m i t Wal d bedeckt . D i e Forstbetriebe sol l te n begeistert sei n
von den aktue l l en orth ophotograph ischen Unterlagen für d i e Herste l l ung i hrer Be­
tri ebsübersi chten und Umtriebsp l ä ne sowie für das Planen der Hol zb ri ngung , d . h .
für den Sei l bahn- u nd Guterwegebau .
d ) Karten für d i e Wi l dbac h- u nd Lawi nenverbauung . ( 1 : 2000 bis 1 : 1 0 000)
Da das Orthophoto jed es Deta i l l agerichtig wiedergibt, b ieten g roßmaßstäb l ic he
Orthophotoplö ne dem K u lturtechniker wesentl iche Vortei l e .
-3 7 -
e) Karten für Geo l ogi e , Glaziol og i e und Bod enkunde .
Stri chkarten bieten zu wenig Deta i l s für eine genaue Standortbestimm ung bei geo­
l og ischen und g l aziologischen oder bodenkund l i chen Feldarbei ten. Di esen Man­
gel haben Bi l d p l äne nicht.
f) Karten für Raumpl anung . ( 1 : 1 0 000,
l
:
5 000,
l
: 2 000)
I n L ibyen haben wir fUr a l l e Ortsc haften des Land es und für deren nähere Umge­
b ung Photokarten 1 : 1 000 - 1
:
2 000 gesehen, d i e - neben and erem - eine ide­
a l e und vol lständ ige Unterl age fur den Ortsplaner darste l l en. I m hochentwi cke l ­
ten Österre ic h arbeitet d i e Raumplanung v i e l fach m i t vera l teten Verk l e i nerungen
des zum Tei l unvol lständ igen Katasters, aus dem vie l e für d en Raumpl aner wesent­
1 iche Informationen nicht ersichtl i c h sind . Di ese Vorgangsweise hal te i c h für un­
richtig .
g) Ortho - B i ldpläne für den österreichisc hen Kataster .
Von Orthob i l d p l änen können l eicht vol l kommen exakte F e 1 d s k i z z e n gezeich­
net werden. Die im Luftb i l d sichtbaren G renzl inien sowie d i e d urch Si gna l isie­
rung im Orthophoto erkennbar gemachten Grenzpunkte können l ageric htig ein­
gezeichnet und nach Abschwächung d es phot . Bi l d es reproduzi ert werden. Das
Orthophoto kann zur R e a m b u 1 i e r u n g des Katasters , zum N a c h t r a g e n
d er Güterwege und Hä user eingesetzt werden. Das Orthophoto kann zur Ü ber­
prUfung d es a l ten Katasters a uf Naturtreue vor der U m b i 1 d u n g verwendet
werden. Das Orthophoto kann auch zur Dokumentation des Al ten Standes bei der
K o m m a s s i e r u n g d i enen . Das Orthophoto hätte a l s wertvol l e H i l fe beim
F e 1 d v e r g 1 e i c h fU r die Bodenschätzung d ie nen können. Das Orthophoto kann
l etztl i ch auch d i e topograph i schen L a n d e s - und S t a a t s g r e n z k a r t e n er­
setzen . E i ne Fü l l e von echten Mög l ichkeiten, d i e wi r erst j etzt in unsere Ü ber­
l eg ungen mit e i nbeziehen können.
2 . Ein Grundkartenwerk für Österreic h ?
Wir sol l ten, g l aube ich , d ie S ituation neu überd enken und vom heute oder morgen
früh Mögl ichen und Notwend igen her neu überl egen, ob wi r nicht doch ein Auf­
bau- Grundkartenwerk beg innen so l l ten. Al l e bedeutenden Tä l er Tiro l s wurden in
j üngster Zeit
l
: 5 000 kartiert . Das hätte bere i ts der Anfang sein können . T i rol
hat auch jetzt wieder e i ne Neubefl ieg ung d es ganzen Bund eslandes bestel l t . Es
gibt a l so auch schon i nnerha l b Österrei chs Tendenzen zu ei ner umfassenderen,
g roßzUgigen Lösung u nseres Prob l ems .
I c h stel l e m i r vor, d a ß man zum i ndest i n den Zentrc:i l räumen der österreichischen
Raumplanung an e i ne m i t a l l en P l anherstel l ern gemei nsam organisierte Herausga b e
ei nes Aufbau-Grundkartenwerkes denken sol l te . Ein Planungsausschuß m i t Mit­
g l i edern a us dem Kreis der Kartenherste l l er u nd Kartenbenutzer könnte viel l ei c ht
ei n ige Va rianten d iskutieren und d urchka l ku l ieren:
l Photo- oder / und Strichkarte ?
2 . Maßstab l : 1 0 000 oder / u nd l : 5 000?
•
3 . Gena u igkeitsstufe A oder / u nd Gena u igkei tsstufe B ?
l : 5 000, 5 m Schichten
l : 1 0 000 bis l : 5 000
Gru nd l age: E P und Neuvermessung
20 m Schichten
Grundl age: Manuskri ptkarte l
:
1 0 000
Das Vorhandensei n d es nahezu vol l ständ i gen Österreichi sc hen Man uskri ptkarten­
werkes l
:
10 000 i n 2
x
2 Farben i st viel zu wenig beka nnt . Zu d iesem Manu­
skri ptkartenwerk könnte noc h e i ne Samm l ung von Orthophotographien aufgebaut
oder beides zu ei nem l ic htpausfä higen Archi vkartenwerk l
sert auf l
:
:
1 0 000 oder vergrös­
5 000 ausgeweitet werd e n . Das zu dem l angsam vera l tenden Manu­
skri ptkartenwerk zusätzl i c h notwend ige, aktue l l e Orthophoto böte eine sehr wi rt­
schaftl iche Mög l iChkeit, rasch u nd rel ati v b i l l ig , großräumig zu Pl anungsgrund­
l agen zu kom me n , die h i nreic hend auf S tand si nd .
3 . K l einmaßstäb l iche Anwendungen .
a) Orthophotos fUr die Kartenrevision .
Es i st e i ne rei ne Kal ku l a ti onsfrage , wel cher Weg j ewei l s der wi rtschaftl i c here ist .
Fa l l weise wi rd man stereoauswerten , fal l wei se von Orthophotos hoch zeichnen ­
dies besonders i n Geb i rgsortschaften - , fal ! we ise d ie Meßtischaufnahme oder die
Tachymetrie heranzi ehen .
b) Orthophotots fUr die Kartenherste l l ung .
Orthophotos eignen sich bei Gebirgsortschaften besser als General isierungsgrund­
l age a l s d ie doch feh l erhaften E ntzerrungen .
-
39
-
c) Mitarbeit a uf dem Geb iet der topographischen Erstkartierung von Entwickl u ngs­
l ä nder n .
Die E ntwickl u ngsländer bra uchen jetzt zum Aufbau i hrer Wi rtschaft gute Kar­
tenunterl age n , nicht erst nach ei ner E ntwi ck l u ng . Das feh l en von Karten ist
g l e i chbed eutend m it E ntwic k l u ngshemmung . Ich b i n davon überzeugt, daß auch
Österreich sei nen Beitrag zu ei ner kartographischen E ntwi ckl ung sh i l fe l ei sten
könnte u nd sol l te . Der dring ende Nachhol bedarf i n den E ntwic k l u ngsländ ern
zwi ngt dazu, d i e raschesten u nd wi rtschaftl ichsten Methode n zur Landesaufnahme
e i nzusetzen . Andererseits sol l en nur q ua l i tativ hochwertige und den Aufgaben
wirkl i c h h i nreichend entsprechend e Karten geschaffen werd e n. Die Photokarte
u nd d i e Orthophototechnik si nd h i er von emi nenter Bedeutung .
L ITERATU R
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Geowi s s .
Mi tt.
1 973, 4 1 - 4 2
SPE Z I ELLE P ROBLEME B E I D E R T RASSENE I NRE C HN UNG
I M STRASSENBAU
von
G.
( Vo r t ra g
im
Pa l f i n g e r
geha 1 t e n a m
1 7.
M ä rz
1 97 1
Rahmen des Ko l l oq u i ums de r As s i s te n t e n
de r S t u d i e n r i chtung Ve rme s s ungswesen )
D i p l . - I n g. Ge rha rd P a l f i nger, Hochsch u l a s s i s tent a m I n s t i t u t
Al l geme i ne Geodäs i e der Techn i schen Hoch s ch u l e W i en
1 040, G u ßhau s s t ra ße 27 - 29
für
ZUSAMME NFASSUNG
D i e Fes t l egung proj e k t i e r t e r Ve rkeh rswege i m G rund r i ß e rfo l gt i m
Zuge de r Entw u rfs bea rbe i tung. Un te r synthe t i s ch e m Aufbau vers te ht
man dabe i das Ane i na n de r re i he n von Tras s i e rungse l ementen m i t ver­
s ch ie denen geom e t r i sc he n S t ru k tu re n . We rden nach Me thoden de r ana­
l yt i schen Geome t r i e d i e Berechnungen unm i t te l ba r i n e i ne m e inhe i t l i chen
Koo rdi na tens ys tem durchgefüh r t , s p r i c h t man vom ana l y t i schen Aufbau .
Al s H i l fs m i t t e l z u r Bew ä l t i gung der umfa n g re i chen Be rechnungen s t e he n
Tafe l w e rke, e l ek t ro n i s che Ti s c h re chne r , Rechne r d e r m i t t l eren Da ten­
tech n i k sow i e G ro ßrechenan l agen zur Verfügung. Für d i e E DV i s t der
ana l yt i s ch e P ro g ra m ma b l auf be sonde rs güns t i g. Entsp rechend den
Krei sfunk t i onen wu rden dafür e i gene K l o to i de nfunk t i onen def i n i e r t .
E i ne k r i t i s che Be t ra c htung de r vo r handenen Softwa re f ü r d i e Tras­
s ene i nrechnung ze i g t , da ß für e i nen Te i 1 de r angebo tenen L ösungen ent­
sprechende Nähe rungswe rte Vo ra u s se t zu ngen s i nd. Da s bedeu tet e i ne
Unte rb re chung der Da tenve ra rbe i tung. E s we rden f ü r das Be i sp i e l de r
Schn i ttpunktsbe r echnung m i t K l o to i de n W ege aufge ze i gt , d i e ohne gra­
p h i sche Man i pu l a t ion e i ne d i re k t e Schni t tpunkt s be rechnung e r m ög l i chen.
Oi e durchschn i t t l i c he Aufgabe n s te l l ung i n Ös te rre i ch e rfo rde r t d i e
L ösung re l a t i v wen i ge r Te i l p ro b l e m e . G ro ß rechena n l a gen s ind h i e r
wen i ge r w i r tschaf t l i ch a l s e i ge ne M DV- Rechenan l agen.
Bemühunge n , e i ne a l l geme i ne Übe rgangsku rve a l s Po l ynom fünf t e r
Ordnung ans ta t t Kre i s und K l o to i de n e i nzufüh ren , s i nd a k tue l l e Ve r s u­
c he , d i e Tra s se ne i n re c hnung für d i e EDV güns t i ge r fo rm u l i eren zu k ön­
nen.
D i e Entw i ck l ung von Op t i m i e r un g s p ro g ramme n , w ie z. B. di e G ra d i ­
enteno p t i m i e rung , s ow i e von P ro g rammen f ü r das d i g i ta l e Ge l ände mo de l l
kennz e i chne t di e neue Phase d e r P l anungs rechnungen.
>·
Geowi ss . Mitt .
1 973, 43 55
-
G E O DÄTI SCH E F E I NMESSUNG - J U STI ERUNG VON
F U N K E N KAMMERN AM I N STI TUT F Ü R H OCH E N E RG I E PHYS I K
von
E. Korsch ineck
im
Vortrag geha l ten am 2 1 . Apri l 1 97 1
Rahmen des Ko l lo q uiums der Ass istenten
der Studienri chtung Vermessungswesen
D i p l . I ng . Erich Korsch ineck
Hochschu l assistent am I nsti tut für Landesvermessung
Technische Hochschu l e in Wi en 1 040, Gu ßhausstraße 25 - 29
ZUSA MME N FASSUNG
Das I nsti tut für Hochenerg iephysik der Österr . Akademie der Wissenschaften das
sehr eng mit C ERN , der europä ischen Organisation für Kernforschung, zusammenar­
be itet, befa ßt sich unter anderem m it der Entw ick l ung und dem Testen von Funken­
kammern . D iese Kammern sol l en , nach erfo l gre i cher Erprobung , i m CERN- Besch l eu­
n i ger eingebaut werden und dienen dann dort den verschiedenarti gsten Hochenergie­
experi menten .
Be i der P l anung und Entw ick l ung der Testapparatur wurde das I nstitut für Landes­
und Katastervermessung der T. H . Wien um Mitarbeit gebeten . Die Testapparatur
besteh t i m wesen t l i chen aus zwei Präzisi onskammern , der zu testenden Kammer und
einem Proze ßrechner . Die drei Funkenkammern l iegen in drei zueinander para l l e len
hori zonta len Ebenen . Die Testkammer befindet sich in der mittl eren Eben e . Der Ver ­
su chsab lauf sieht die automatische Registrierung der Durchstoßpunkte der Höhen­
stra h l ungspartikel durch die drei Kammern vor, somit die Bere chnung der Spur des
durchgehenden Tei l chen s . Aus der Di fferenz zwischen registri ertem und aus der Spur
berechnetem Durchstoßpunkt in der Testkammer, ergibt sich die Mög l i chkeit e iner
Ei chung . Das von uns zu l ösende Prob l e m be l ief sich auf die dreidimensiona l e
Justierung der zwe i Präzisionskammern und der Testkammer . Die geforderte Genau­
igkei t betrug ":!:: 0, l mm .
Nach eingehendem Studium der versch iedenen Mög l i chke i ten entschieden wi r
uns, die Justierung mit H i l fe eines N ad i r l otes vorzunehmen . Im we i teren werden
dann der J ustiervorgang , Genau igke itsUberl egungen und notwendige Adaptionen
beschrieben .
Me in heutiger Vortrag so l I Sie mit einem Prob l e m bekannt machen , das vom
I nstitut für Hochenerg iephysik der Österr . Akademie der Wissenschaften an uns,
d . h . an das I nsti tut fUr Landes- und Katastervermessung herangetragen wurde .
D ieses Institut arbei tet sehr eng mit CERN (Consei l Europeen pour la Recherche
N uc l eaire) , der Europäischen Organisation für Kernforschung, zusa mmen und be­
fa ßt sich augenbl i ck l ich unter anderem mit der Entw i ck l un g und dem Testen von
Funkenkammern . Diese Kammern sol l en , nach erfo l greicher Erprobung, i m CERN­
besch leun iger eingebaut werden und dienen dann dort den verschiedenartigsten
Hochenerg i eexperimenten , ( z . B . der Bahnbesti mmung von E l e mentarte i l chen ) .
W i e sieht nun s o eine Funkenkammer aus ? S i e i st m i t einem He l i umneongasge­
m isch gefü l lt und von Drähten mit einer Stärke von 50 t" in Längs- und Querrich­
tung durchzogen . Der Abstand der einze lnen Drähte voneinander beträgt dabe i
0, 3 m m . Das Ganze ist a l so, praktisch gesehen , n ichts anderes wie ein Koordi­
natengitter im Ausmaß von 16 x 16 cm. Diese Präzisionskammern werden am
I nstitut se l bst gefertigt . Das Aufbringen und die Maßha ltigkeit des G i tters wird
durch eine Präzisionsfräsmaschine bewerkste l l igt, deren Genauigkei t be i 0, 02 mm
l i egt .
Mit H i l fe dieser Präzisionskammern und der Höhenstrah l ung so l l en nun die ver­
schiedenen Testkammern , die im Prinzip dense l ben Aufbau haben ( nur etwa andere
Drahtabstände) und zum Einbau in den CERN -Besch leun iger bestimmt sind, ausge­
messen und untersu cht werden .
Bevor ich aber zur Versuchsanordnung komme, noch ein paar Worte über die
Höhenstrah l ung . Die Höhenstra h l ung ist eine Tei l chenstrah l ung, die aus sehr
energiere i chen Protonen und lei chteren Atomkernen besteht. Sie trifft aus dem
W e l traum auf die Erdatmosphäre, durchsetzt d i ese nach mann igfa ltiger Verwand­
l ung und dringt sogar noch in die feste Erdrin de ein . I hre I n tensität n i mmt vom
Ä quator nach den bei den Polen hin zu . Der Grund ist die Ab l enkung der e lek­
trisch ge ladenen Tei l chen im erdmagnetischen Fe l d . Man n i mmt an , daß die
H öhenstra h l ung von ört l i chen Störungsherden i m Bereich der Sonne ( Sonnen­
fl ecken) und der sonnenähn l ichen Fixsterne ausgesch leudert, i n den weita usge­
breiteten Magnetfe ldern des i nterste l l aren Raumes gespe ichert und in i hrer
I n tensität gesteigert wird .
I n der Kernphysik benutzt man energi ereiche Protonenstrah len, u m Kernreak­
tionen zur Herste l l ung künst l icher I sotope oder zur G ewinnung anderer E lemen­
tarte i l chen anzuregen . Sehr energ ierei che Protonenstrah len werden in Tei l chen­
besch leunigern , wie dem Zyk l otron oder dem P rotonen -Synchrotron , erzeugt .
I m Zyk lotron erfo l gt die Besch leun igung durch ein e l ektromagnetisches Fe l d - e i n
hochfrequentes e l ektrisches Wechse l fe l d . Die U m l auffrequenz des Tei l chens i st un­
abhtingig v om Bahnradius, a lso konstant . Di e Energie des Tei l chens wächst mit sei ­
ner Bahngeschwindigke i t . Durch Geschw indigkeitssteigerung vergrößert si ch der
Bahnradi us . Es entsteht eine Spira l e . Re lativ k leine Geschwindigke i t .
Das Syn chrotron d ient der Besc h l eunigung von Te i l chen , deren Geschwindigke i t
nahe der Lichtgeschw indigkeit l i egt . Der Tei l chenbahnradius wie a u c h die Umlauf­
frequenz b l e i ben zeit l i c h konstant. Das Magnetfe ld wä chst aber mit der Zeit an .
Wird die Te i l c hengeschwin digke it nahezu g le i ch der Lichtgeschwindigkei t, so
wächst die Masse und dam i t die Energ ie be i sehr k le iner Geschwindigke itszunahme
( durch Wachsen des Magnetfe l des) sehr rasch an ( Re lativitätstheorie) . Der Ener­
g i egewinn be i m Synchrotron beruht a l so i m wesen t l i chen n i cht auf e i ner Geschwin­
digke its- sondern auf einer Massen zunah me .
Nach dieser kurzen Abschwe ifung nun aber w ieder zurück zur Testapparatur
se l bst.
Im Pr inzip sieht sie fo lgendermaßen aus:
Szinti l l ator
....
Cl)
c
Doppe 1 präzisionskammer
J:
0
Cl)
d:?
0
....
0...
c
0
c::?
:::>
J:
0
VI
c
<{
Testkammer ( k ippbar)
Doppe l präzis ionskammer
1
c:=±i
\
\
Szinti l l ator
Höhenstra h l ung
Abb . 1
Wenn nun ein Te i l chen be i de Szinti l l atoren und die dre i Kammern passiert, wer­
den d ie Durchstoßpunkte durch die e i n ze lnen Kammern von e inem Proze ßrechner
automatisch registriert und gespei chert, d i e Spur durchgerechnet und d i e Abwei ­
chung i n der Testkammer ausgewiesen . Dabei haben die beiden Szinti l l atoren d ie
Aufgabe eines Fi l ters . Nur jene Tei l chen werden reg istri ert, die durch bei de
Szinti l l atoren gehen . Dies ist ca 1 x i n der Sekunde der Fal l . Te i l chen , d i e schräg
here inkommen und nur eine oder zwe i Kammern passieren, werden dadurch ausge ­
scha l tet. Dies w i rd dadurch errei cht, da ß nur dann automatisch ein Hochspannungs­
im pu ls (5 KV) an die Kammern ange l egt w ird, wenn beide Szinti l latoren den
Durchgang e ines Te i l chens me l den . Durch den Hochspann ungsi mpu ls kommt es zu
e iner Stoßion isation ( e iner Verstärkung der I onenspur) in den Kammern und es
entsteht am Auftreffpunkt des Tei l chens auf dem Koordinatengitter der Kammer ein
K urzsch l u ß ( Li chtb l itz) . Der Proze ßrechner, a n den die e inzelnen Drähte des
Koordinatengitters angesch lossen sind, registriert die Lage des Durchstoßpunktes .
Nun frägt man sich natü r l i c h , wieso kann i n der Kammer noch ein Kurzsch l u ß
entstehen , wenn das Tei l chen bere its den unteren Szinti l l ator passiert hat, we i l
j a erst dann der Hochspann ungs i mpu ls ange legt w i rd . Be i m Durchgang des Tei l ­
chens durch die Kammer bi ldet sich eine ca 0, 3 mm breite I onenspur, ( deswegen
a u ch der Drahtabstand von 0, 3 mm) , d i e ein ige Zeit erha l ten b l eibt und d i e
erzeugt verstärkt durch die Stoßi on isation d e n Kurzsch l u ß . Die Ionenspur a ber
entsteht dadurch, daß bei m Durchgang des Te i l chens durch die mit G as gefü l lte
Kammer Elektronen von den neutra len Gasatomen durch Sto ß abgespa l ten werden .
So brauchbar die Ion enspur fUr die Fi lterung ist, so sehr macht sie e inem bei
der Regi strierung des nächsten Tei l chens Schw i eri gkeiten - da sie j a noch i mmer
vorhanden ist . Man mu ß sie a l so zum Verschw i nden bringen . Dies g e l ingt durch
A n l egen einer Saugspannung (50 - 1 00 V), d i e permanent w i rkt . Durch diese
permanente Saugspannung wi ederum wi rd aber der Weg des Te i l chens durch d i e
Kammer verfä lscht . Die I onenspur erfä hrt eine sei t l i che Versetzung „ Ausgescha ltet
w i rd dies durch das Pr inzip der Doppe lkammer . Zwei Kammern werden spiege lbi l d­
l i ch aufeinander ge legt und bi l den eine Einhe i t .
HV
E
E-
/
__
E L=
_
I
,..
verJ•t:tc Te il<h ensp•r
-ft- --j
L]_
HV l__ _LL
versetzt• Teil<h<n•p•r / /
__
/
Tei lehen5p•r
/
_
_
_
I
Abb . 2
_
_ !
J
{ Kammer
l<oordinat nebentn
l. Kammer
D ie J ustierung di eser be i den Kammern zueinander d . h . da ß die be i den Koordina­
/
tengi tter genau ü bereinander l iegen , geschieht wieder mit H i l fe der Präzisionsfräs­
maschine .
Der Durchstoßpunkt sowoh l in der einen wie auch in der an deren Kammer w i rd
vom Proze ßrechner registriert, automatisch gemi tte l t und nur das Mitte l verspe i ­
chert . A u f diese Art wird a lso der Einfl u ß der Saugspannung ausgescha ltet u n d der
Durchstoßpunkt des Tei l chens durch eine fiktive Koordinatenebene j etzt a l l erdings,
ermitte l t . Das schadet aber weiter n i ch t , es mu ß nur dann bei der Bahnberechnung
des Tei l chens berücksichtigt werden .
Nun gi l t es nur noch den Zweck der Kippbarkei t der Testkammer zu erlä utern .
Durch die K i ppung der Testkammer u m i h re Achse kann der Drahtabstcmd in e i ner
Koordinatenrichtung be l iebig verk l e in ert werden . Dadurch w i rd das Ortsauflösungs­
vermögen der Kammer getestet . Man schätzt, da ß es ca be i m ha l ben Drahtabstand
+
l iegt - dies wäre a l so - 0, 1 5 mm .
So sieht a l so die Versuchsanordn ung aus . Momentan ist das Ganze i m Bau . Mit
den ersten Messungen sol I demnächst begonnen werden .
Be i C ERN so l l en dann die getesteten Kammern a m Target, dem Aus la ß des Zyk lo­
trons , aufgeste l l t werden , dort wo das Te i l chen mit sehr hoher Energ ie auf einen
Atomkern a uftri fft . Es entsteht eine Zersp l itterung; die Bahnen dieser wegstrebenden
Tei l c hen sol l en nun erfaßt, bzw . m it H i l fe der Kammern ausgemessen werden .
Sie werden sich nun frage n , was ein Geodät dabei verloren hat.
Das Prob lem , das an uns herangetragen wurde , hieß kurz und bündig ­
11 Justi erung der drei Kammern i m Rau m " bei einem maxi mal en Sachaufwand von
s 30 000, - .
Betrachten w ir nochma l s d i e Abb . 1 . Die Zuordn ung der drei ( Doppe l ka mmer =
Kammer) i n einem Abstand von ca 5 0 c m übere inander l i egenden Kammern hatte so
zu erfo l gen , da ß sie
1 . ) im Rau m para l l e l zue inander 1 iegen , besser gesagt die dre i Koordinatenebenen
para l l e l zuei nander l iegen , und
2 . ) i hre Koordinatenachsen ( j ewe i l s der erste Draht) sich in einer dazu senkrech­
ten Ebene be fin den . Es mü ßte a lso durchwegs keine Hori zonta l - und Verti ka l ­
ebene sei n . Die geforderte G enauigkei t ± 0 , 1 mm.
Erschwerend k a m h in zu , da ß die e inze l nen Kammern se i t l i c h von e i ne m Wust von
Dräh ten und Kabe ln umgeben sind, (wie e l ektrische Zu l e i tungen , Ansch l üsse für
den Prozeßrechner, Sch läuche fUr die G asgemischzu l eitung usw . ) , soda ß ein seit­
:
-
49
-
l i cher Ein b l i ck unmög l i ch war . So b l ieb a lso nur der Zugang von oben oder von
unten .
We l che Mög l i chkeiten kamen nun in Betracht ?
K l ar war, da ß die Forderung N r . l , d i e Para l le l i tät der Kammern i m Raum, am
e i n fachsten mit H i l fe von Röhren l i be l l e n zu rea l isieren ist . Geht man von der gefor­
derten Genau igke it aus, und berechnet die dazu notwendige Hori zontierung der
Kammern , so kommt man zu dem Ergebn is, da ß Setz l ibe l len, deren Angab e nur bei
etwa l ' zu l iegen braucht, am besten geeignet sind .
Da die Koordinatenebenen der Kammern nun in Hor i zonta l ebenen l iegen , müssen
l t . Forderung Nr . 2, die Koordinatenachsen zwangs lä ufig in eine Vertikalebene
e ingeri chtet werden .
Es wurden die verschiedensten Mög l i chke iten erwogen . Vora l le m wol l ten wi r
anfangs g l e i ch die dort vorhandene Apparatur für di e J ustierung ausn ützen . So ka m
uns die I dee mit H i l fe des Prozeßrechners und e iner vorbesti mmten F l ugbahn e ines
Te i l chens d i e Kammern zueinander einzuri chten .
Das hätte dann so funktioni eren so l l e n : e i n l anges, dünnes , sich nach untenzu
verj üngendes Te l eskoprohr, oben und unten mi t Szinti l latoren a ls Fi l ter bestü ckt,
fi x ober der ersten Kammer montiert, sol l te nur j ene Te i lchen einfangen , deren
F l ugbahn mit der Lage des Rohres i m Raum i dent ist . Die Auftreffpunkte des durch
das Rohr kommenden Tei l chens auf den einze l nen Kammern werden durch den Pro­
ze ßrechner registriert und die Koordinaten ausgeworfen . Dasse l be nochma l s gemacht
m it e inem ü ber e iner d iametra l en Ste l l e der Ka mer angebra chten zweiten Rohr,
lä ßt uns au s den registrierten Daten d i e Transformati onse l e mente berechnen .
-t° I
( € „;( ) "'
Abb . 3
_::D,-=--:/.J.._
X i. - X1
t5
=
'
'
y1 - y,
x i, - x,'
E
Dami t aber haben wir die zur J u stierung notwendigen Verschi ebungs- und Verdreh­
ungsgrößen für eine Kammer gewonnen . Eine zwei te Transformati on l iefert dann d i e
Werte für die l etzte Kammer . Vorausgesetzt a l l erdings die genaue vertika l e Mon­
tage der Rohre . Ist dies n i cht der Fal 1 , so haben wir die Lage d e r Rohre i m Rau m z u
den einzelnen Koordinatenebenen z u besti mmen . Die So l l - Durchstoßpunkte des
Te i l chens durch die e in ze l nen justierten Kammern müssen nun vorausberechnet und
m it den reg istri erten Ist-Werten der n i cht justierten verg l i chen werden . Dann geht
es wieder weiter, wie bereits vorher erwähnt, a l so die Best i mmung der Transforma­
t ionse l e mente , bzw . der J ustiergrößen . Die Sache wird a l so wesent l i ch komp l i zier­
ter .
N achte i 1 d ieser Methode :
1 . ) Das Warten auf das Te i l chen , we l ches gerade die von uns gewünschte F l ugbahn
besitzt .
2 . ) Die Untersuchung der Versetzung der I onenspur durch Saugspannung und d i e
Überprüfung des G i tternetzes der Testkammer entfä l l t . Letzteres müßte dann
mit der Präzisionsfräsmaschine gemacht werden , was äu ßerst zeitraubend wäre .
3 . ) Zwe i fe l , ob die gewünschte Genauigke i t dami t erre i cht werden kann .
Ein anderer Vorsch lag von uns, der nun auch verwirk l icht wi rd, sieht die Justie­
rung m it Hi l fe eines Nadi r l otes vor . Im Pr inzip geht das so vor s i c h :
Oberha l b d e r ersten Kammer werden auf einem Rahmen drei hor i zontierbare Kreuz­
sch l i tten mit Feintrieben im ungefähren Abstand der Pa ßmarken der Kammer fix
montiert . Auf diesem Kreuzsch l itten w i rd je e i n Drei fu ß- Untersatz mitte l s einer
hoh l en Herzschraube befestigt, we l cher dann das optische Lot bei m Justiervorgang
zwangszentriert aufn i mmt . Mit H i l fe des Nadir lotes werden nun die korrespon ­
d ierenden Paßmarken der e i n e l nen Kammern eingepa ßt .
Um die gewünschte G enau igkeit e i nha l ten zu können , waren nun gewisse For­
derungen an das Nad i r l ot zu ste l len . Nach eingehendem Studium der auf dem Markt
befind l i chen G eräte , haben w i r uns für das Zen it-Nad i rlot der Fa . Wi l d entsch i e ­
den . Ausschlaggebend dafür waren :
l . ) Die Genauigkeit von l :30 000, d . h . auf unser Mode l 1 angewandt, bei dem d i e
+
maxima l e Zielweite 1 , 5 m beträgt, e ine Lotungsgenau igkei t von - 0, 05 mm
2 . ) Die garan tierte Zwangszen trierungsgenauigkeit von mindestens :.'.: 0, 05 mm
3 . ) Die Austa uschmög l i chkeit der Strichplatten mit dem norma l en Fadenkreuz gegen
eine Strichplatte mit einem Doppe l faden von fo l gender Form :
_II
1
Dadurch Erhöhung der Einste l lgenau igke i t .
Laut N Ö TZLI erg i bt s i c h der mitt l ere Zie l fehler bei m Ei nste l l en mit dem
Doppe 1 faden aus der forme 1
I n unserem Fal le somit
8
cc
.
Umgerechnet auf die Entfernung von 1 , 5 m erg ibt d i es e ine Einste l lgenau igkeit
des Zi e l es von :!: 0, 02 mm.
Die Zie l genau igke it mit norma lem Stri chkreuz würde l aut der Forme l
d. ::r
f "
$fr; „hd;d<c.
•
Bc-­
l>tt.1>nlolC.:tc. " 2.00mm
einen Wert von 24 ergeben , angewandt auf unsere Entfern ung a l so :!: 0, 06 mm.•
Der Doppe l faden bringt a lso eine wesent l i che Steigerung der Zie l genau igke it.
11
4 . ) Die kürzeste Zielwe ite . Sie beträgt bei m Z N L lt. Werksangaben 60 c m .
Unsere Untersuchungen haben sogar n u r 45 cm ergeben . Das i s t ein wesent l i­
ches Kriterium - hängt doch davon die Höhe des tragenden Geste l les ab und
damit auch die Aufste l l ung in einem Raum mit norma ler Deckenhöhe .
5 . ) Das l ange Fernrohr des ZN L . Es birgt bei der Beobachtung in luftiger Höhe
ein en ni cht zu unterschätzenden Komfortfaktor in s i ch .
Summiert man nun nach dem Feh lerfortpfl anzungsgesetz d i e Q uadrate der einze l ­
nen Feh l er-antei l e und zieht die Wurze l daraus, so erhä l t man a ls mittleren Gesamt­
+
feh ler - 0, 07 mm.
Ein gro ßer Nachte i l des ZN L so l l aber n i cht unerwähnt b l e i ben . Mir ist es uner­
k lär l i ch , warum n i cht der Untersatz des Gerätes so ausgebi l det ist, da ß man den
Obertei 1 samt Zwangszen triereinr ichtun g auf einer hori zontierbaren Pl attform ver­
schieben kann . Konstruktiv wäre dies sehr einfach zu l ösen . Wir hätten uns damit
die Kreu zsch 1 i tten ersparen können .
I ch möchte noch ei11e recht informati ve Tabe l le zeigen , die aus DEUMLI C H ' S
Buch " Instrumentenkunde " stammt und d i e a l l e Daten der auf dem Markt befind­
l i chen optischen Präzisions lote enthä l t .
1'afel 6.
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1
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1 00 000
8'-Doscnlibellc
(äh nli ch Bild 347)
Abb . 4
N achdem der " Oberstock" nun k la r ist, sind bei den Kammern se l bst noch e i ni ge
konstruktive Dinge anzubr ingen . FUr die Einpassung mit dem ZN L benötigen w i r noch
Zie l marken . Diese werden von der Prtlzisionsfrtlsmaschine aufgebracht. Und zwar
werden in einem besti mmten Abstan d vom Koordinatengi tter vier Löcher durch den
Kammerrah men gefrtlst . Am oberen Rand der Löcher werden para l l e l zu den Koordina­
tenachsen v ier Nuten e ingefrtlst, in die dann unter dem Mikroskop ein fe iner Draht
einge l egt w i rd . Die Z ie l marke ist somi t fertig . Die Lagegenau igkeit wird wieder
durch die Präzisionsfräsmasch in e garantiert.
U m die Zie l marken nun i n die Lotri chtung zu bringen , müssen die mitt l ere und
die obere Kammer noch in zwe i zueinander senkrechten Ri chtungen verschiebbar
und verdrehbar ge l agert sein . Die un terste Kammer b le i bt fix, da ja das Z N L auf
di ese Kammer eingeri chtet wurde . Die Vorri chtung dazu sieht im Pr inzip wie der
Bi l dträger bei photog r . Auswertegeräten aus . Auf einem Kreuzsch l itten si tzt noch
e ine Sche ibe mit Feintrieb und auf d i eser ist dann die Kammer befestigt.
Abb . 5
Di e Hori zontierung der Kammern wird, wie schon erwähnt, mit H i l fe von Setz ­
1 i be l len Uber Spinde l n am Rah men des Gerätes durchgeführt .
A l s Letztes b l ei bt noch die Vorri chtung für d i e Ki ppung der mitt leren Kammer zu
beschreiben . Wobei noch zu sagen ist, daß die e ine Koordinatenachse be i der Dre­
hung in der Vertikalebene b l e iben sol l , bzw . d i e Drehachse daher para l l e l zur
anderen Koordinatenachse sein mu ß. Unsere Konzeption sieht nun die Lagerung der
Drehachse am Rah men mit Korrekturmög l ichkeit vor und auf ihr eine verste l l bare
Befestigung des Kreuzsch l ittens . Weiters s ind d i e Enden der Auflager quer zur Dreh­
achse mit verschi ebbaren Zungen versehen , um so e i ne Drehbarkei t zu ermög l i chen .
An e inem Ende der Drehachse ist dann noch e i n a l ter Tei l kreis befestigt, der wie
der Vertikalkreis eines Theodo l its mi tte l s e i ner Röhren l ibe l l e j usti ert wird und die
N eigung der Kammer anze igt .
Damit habe i ch nun a l l e von uns zu erbringenden konstruktiven Vorsch l äge ge­
schi l dert . Zu erwähnen b l e ibt noch, daß d i e ursprUng l iche Ausführung des Geste ! l es,
im H i n b l ick auf die Festigke it, unseren Erwartungen n icht entsprach und wir rieten ,
e inen Stati ker der Hochsch u l e zuzuzi e hen . Was dann auch gescha h . Nun wird das
G este! 1 in der Sei tenwand des Rau mes verankert und die Di mensi on ierung ob l iegt
j etzt dem Statiker.
Wir haben noch vors ichtsha l ber den Fu ßboden des Rau mes, in dem das Gerät
stehen sol I, auf Schwingungen untersucht. Und zwar benützten wir dazu ein Prözi­
sionsnive l l iergerät, das NI 3. Das Resu l tat war negativ, d . h . keiner l e i Schwi ngun­
gen traten bei Bewegung im Raum auf.
Die fei n mechan ischen Arbeiten werden a l l e a m I nsti tut für Hochenerg iephysik
se l bst durchgefü hrt, das ü ber e i ne ausgezei chnet e i ngeri chtete Werkstätte und die
dazu nötigen Fach leute verfügt .
Der Justi ervorgang, der n ur das erste Ma l von uns und dann von den Herren des
I nstitutes für Hochenergiephysik ausgeführt wird, geht nun re cht einfa ch vor si ch .
Di e unterste Kammer b l e i bt fix, sie w i rd nur hori zontiert. Die dre i Zwangszen ­
trierungsuntersätze werden mit H i l fe des Z N L und der Kreuzsch l itten über den Pa ß­
marken der un tersten Kammer e ingerichte t . Hi erauf wird d_i e oberste Kammer einge­
l egt, hori zont iert und mi tte l s zwe ier Fe intriebe so l ange verschoben , bis die eine
Paßmarke genau in der lot l in i e des Z N L l iegt . Dann w ird das ZNL i n den nächsten
Untersatz gesteckt und die Kammer so l ange verdreht bis d i e zwei te Pa ßmarke in der
Lot l in i e l iegt . Die Beobachtung i m dritten Untersatz ist bere i ts eine Ü berbesti m­
mung und d i en t zu Kontro l l zwecken Restfeh l er werden durch Wiederho l ung der
Prozedur e l i mi n iert . Auf d iese We ise w i rd dann auch die mitt lere Kammer, die Test­
kammer, j ustiert. Die Vertik a labstände zw ischen den e i nze l nen Kammern , die man
zur Bahnberechnung der Te i l chen braucht, werden mitte ls Me ßuhren besti mmt .
Zur G enauigkeitssteigerung und zur E l i mini erung etwa iger Zie l l in ienfeh ler oder
Exzentr izitäten ist es angezeigt, in j ewe i l s um 90° versetzten Fernrohrste l l ungen zu
beobachten und das ZN L in a l l en drei mög l i chen Lagen in den Dre i fu ß zu setzen .
Weiters ist es vortei l haft, s i ch g l eic h bei m ersten Ma l die e i nze l nen Fokusierste l ­
l ungen a m Fokusi erbetrieb zu mark ieren . Be i der Beobachtung si eht man j a nur je­
we i ls eine Paßmarke , die anderen sind ja wegfokusiert, die Zuordnung ist daher
schwieri g . Auf di ese Wei se brau cht man dann e i ne Kennzei chnung der Paßmarken
se l bst n i cht vorzunehmen .
Es gäbe natür l i ch noch an dere Mög l i chkeiten der Justierung, wie d i e etwa von
Senatsrat K LI N G vorgesch l agene - mit H i l fe e ines Q uecks i l berspiege l s Dabei
w ird unter der Kammer eine mit Quecksi l ber gefü l l te Wanne aufgeste l l t und anstatt
•
des Z N L w i r nur ein einfaches Fernrohr benötigt . Das Quecksi lber l iefert eine
hori zonta l e Spiege l flä che , m it deren Hi l fe das Fernrohr durch Autokol l i mation
streng in eine verti kale Lage gebracht w i rd . Der weitere Vorgang wäre dann wie
schon vorher beschri eben . N achte i l ig i st nur, daß das Quecks i l ber be i Zi mmer­
temperatur im lau fe der Zeit giftige Dä mpfe entwi cke l t und das Arbei ten in diesem
gesch lossene m Rau m, daher n i cht gerade gesundheitsförderl i ch wäre .
Oder die von Prof. BARV I R vorgesc h l agene e legante Methode , d i e sich der
räu m l i chen Transformation bedien t . Dazu wäre ein Koordinatograph mit streng
vertikalem Fernrohr notwendig, mit dessen Hi l fe man die Daten der Pa ßmarken
ausmessen würde . N ach Berechnung der Transformation könnten dann die Ver­
schiebungs- , Verdrehungs- und Hebungskomponenten an H and von Ska len an den
Kammern eingeste l lt werden .
I m Hinb l i ck auf die vorhandenen Mi tte l und U mstände , bin i ch aber der Meinung,
da ß die J ustierung der Kammern mit dem Z N L d i e ratione l lste Lösung des Prob lems
bri ngt .
Absch l i e ßend möchte ich noch bemerken , da ß es mi r sehr erfreu l i ch scheint, da ß
der Vermessungsi ngen ieur in steigendem Maße mi t Prob l e mste l l ungen dieser oder
ähn l i cher Art konfrontiert wird . He i ßt das doch , da ß Branchenfremde in uns ni cht
n u r den Geometer, den Landvermesser, sehen , sondern auch den Fachmann für spe­
zi fische Fein messungen jeg l i cher Art .
Geowiss . Mi tt .
1 973 , 57 - 74
G EO METRI S C H E MET HOD E N DER SATE LLITE N GEODÄ S I E
von
G . G erstbach
(Vortrag gehalten am 26. Ma i 1 97 1
i m Rahmen des Kolloquiums der Assistenten
der Studienrichtu ng Vermessungswesen ,
Uberarbeitete Fassung)
D i pl . I ng . Gottfried G erstbach, Hochsch ulassistent am I nstitut fUr Höhere Geodäsie ,
Technische Hochsch ule i n Wien 1 040, G ußhausstraße 2 7 - 29.
ZUSAMME N FASS U NG
Nach e i ner kurzen Ei nfü h rung i n d i e Dynami k und die E l emente von Sate l l i tenbah­
nen werden d ie gebräuc h l ichsten Beobac htungsarten behand el t . I m weiteren wi rd auf
die Methode n der geometrischen Ortsbestimmung u nd i hre Genauigkeite n ei ngegan­
gen; das Wel tnetz der Sate l l i te ntriang u l ation sowie e i ne S tand l i ni e nmethode werde n
gena uer beschri eben . Absc h l i eßend werden a uch d ynamische Verfahren kurz g estreift.
- 59-
E I NLEITUNG
D i e Sate l l itengeodäsie ist ein verhä l tn ismä ß i g j unges, aber berei ts sehr umfangrei ­
ches S pezial geb iet, obwo h l sie nur ei nen k l e i nen Tei 1 der Wissenschaft von den
Satel l i ten da rstel l t . Es se i zum Beispi e l auf d i e Wetter- und Nachri chtensate l l i ten
verwi esen , auf d i e Verwendung künstl i ch er Sate l l i te n für Astronomi e , Navigation,
Erforschung d er Atmosphä re , Erkundung und Kartogra ph i e der Erdoberfläche, ganz
abgesehen von den Mög l i chkei ten ihrer m i l i tci rischen Verwendung .
D i e Satel l i tengeodäsie g l i edert sich i n d rei Tei l e: bei den g e o m e t r i s c h e n
V e r f a h r e n wi rd durch Ri chtungs- und Entfernungsmessung zu Sate l l ite n d i e Lage
von Punkten auf der Erdoberfläche bestimmt; d i e F l ugkörper d i enen dabei nur a l s
H i l fszi e l e , und ihre Bahnen i nteressieren ni cht wei ter . Mit den d y n a m i s c h e n
M e t h o d e n l eitet man physikal ische G rößen der Erde, z . B . i hre Abplattung und
das Schwerefe l d aus der Bahnbewegung u nd deren Störungen ab . I n der S a t e 1 1 i ­
t e n p h o t o g r a m m e t r i e sind d i e Erdtrabanten Sta nd punkte von photogrammetri ­
sch en Aufnah men . H i er befi ndet si ch die Entwick l ung erst am Anfang , u nd größere
4
Gena uigkeiten als 1 : 1 0 sind noch kaum erreic hba r .
I m fol genden werden vor a l l em d i e geometr ischen Methoden b ehandel t , doch sol l e n
zuvor d i e E l emente von Satel l itenbahnen und di e versch i edenen Beobachtungsverfah­
ren b esprochen werden .
SATE L L I TE NBAH N U N D BAH N E LEME NTE
Wie geht e i n Sate l l i tenstart vor si ch ? Zu­
nächst stei g t d i e Rakete etwa 30 b i s 50 km
stei l empor, begi nnt dann in d i e gewU nschte
Bahn e inzuschwenken u nd erreicht d i e vol l e
Geschwind igkeit i n hori zonta l er Ri c htung .
Verei nfacht a usgedruckt , wird der Satel l it i n
e ine besti mmte Höhe g eb racht u nd dort hori­
Abb i l d u ng 1 : Start e ines Satel l i ten
mit verschiedener G eschwi nd igke i t
zonta l besc h l eunigt . Würden wi r i hm e i ne zu
.
k l e i ne Geschwindigkeit g ebe n , käme e r i n
ei ner el l i ptischen Bahn wieder zur Erde zurUc k . Je größer sei ne Geschwind igke i t ,
desto weniger ist seine Bah n gekrUmmt und d esto wei ter fl i egt e r (Abb . 1 ) . Wenn d ie
Bahn schl ießl ich g l eich stark wie d ie E rdoberfltiche gekrümmt i st, fti l l t der Körper
"um d i e Erde herum " , und man spricht von der Kreisba hngeschwi nd igkei t . In ei ner
Höhe von 500 km betrCigt sie 7, 6 km/sec . Wi rd die Anfangsgeschwi ndigke i t noch
meh r geste ig ert, so erreicht der Satel l it auf e i ner wei t geschwungenen E l l i psenbahn
Uber der a nderen Seite der E rde e i ne wesentl i ch größere Höhe .
Wir wo l l en nun folgende Verei nfachungen treffen: die Erde sei kugel symmetrisch
aufgebaut , habe kei ne Lufthu l l e u nd d i e Anzi ehungskräfte von Sonne und Mond sei ­
e n verschwi ndend k l ei n . Sehen wi r ferner vom Strahl ungsdruck der Sonne, von ge­
wissen el ektrodynamischen Wechse l wi rkungen und den Geze i ten der festen E rde ab ,
so l iegt d i e Bahn e i nes Sate l l iten i m Raum fest, und es gel ten di e dre i KEP LERschen
Gesetze:
l.
Die Satel l i tenbah n i st ei ne E l l i pse und ei ner i hrer Brennpunkte fä l l t m it
dem Erd zentrum zusamme n . 2 . Die Verb i nd ungsl i nie Erde - Satel l i t Uberstrei cht i n
g l e i chen Zei ten g l eiche Fltichen . 3 . Die Q uadrate der Uml aufzei ten verschieden er
Bahnen verha l ten sich wi e d i e
Kuben i hrer m i ttleren Entfer­
nungen .
E i ne sol che 11 Kep l erb ah n11
l ö ßt sich d urch sechs Bahne l e­
mente vol l stönd ig beschreiben
(Abb . 2):
Bahnneigung gegen die
i
Ä quatorebene der Erde,
•
•
•
T
Apogäum
..0. . Lönge des aufsteigenden
.
Abb i ldung 2: E l emente e i ner Satel l i tenbahn
Knotens , gemessen vom astro­
nom ischen Fruh l i ngspunkt O oder vom N u l l meridian .
a
•
•
•
Große Ha l bachse der Bah nei l i pse ,
e
•
•
•
ihre numerische Exzentrizitö t .
•
•
•
Argument des Perigöums (erdnächster Punkt) , g emessen vom aufsteigenden Kno­
W
ten i n Bewegungsrichtung .
T
0
•
•
•
Zei tpunkt, zu dem der Satel l it i m Peri gä um steht .
-
61
-
J1.. und i besti mmen die Lage der Bahnebene , a und e defi ni eren die E l l i pse und
W
ihre Orientierung i nnerhalb der Bahnebene . An Stel l e von T könnte a uch ein
0
anderer Zeitpunkt, etwa der ei ner ÄquatorUberquerung , treten . Diese 6 E l emente
l assen sich berechnen, wenn wir zum Bei spi e l 3 Ri chtungen (Azimut + Höhenwi nkel )
und d i e dazugehörigen Zeiten gemessen haben .
VORAUSBEREC H N U N G VO N SATE LLITENPOS I T I O N E N
Verschiedene Institutionen (SAO, I TC P) geben i n rege lmäßigen Abständen Bahn­
el emente bekannt, d ie zur Vorbereitung von Beobachtungen d ienen. Mittel s Tabel ­
l e n oder Gradnetzen
(Abb . 3) stel 1 t man zu­
nöchst ungeftlhr fest,
wann der Beobachtungs­
ort infolge der Erdrota­
tion unter die Sate l l iten­
bahn zu 1 iegen komm.t
und add iert dann zu T
0
d i e Uml aufze it so oft,
b is man in der N!:ihe der
gewUnschten Stunde ist .
Zu dem so errechneten
Zei tpunkt de.s Perigäum­
durchgangs wird der Sa­
tel l it sel bst im a l l gemei­
nen noch nicht zu sehen
se i n , und man rech net
dah er Uber das
. 2 . KEPLERsche Gesetz
Abbi ldung 3: Stereographische Pro jektion zur Vorhersage
der Sichtbarke it. Das u ntere Blatt trägt das geograph i ­
sche Netz und Linien g l eicher Entfernung von Wien , das
drehbare Deckblatt verschiedene Satel l itenbahnen und
eine Zeitskala
•
d ie Ze it aus, die er benötigt, um vom PerigClum Uber den Beobachtungsort zu gel an­
gen . Die wahre Anomal ie v (Abb . 2) 1 iefert dann , zusammen mit Bahnachse a und
Exzentri zität e, d ie HC:She des Sate l l i ten Uber der Erde und m i t H i l fe von i und
W
+
v
kC:Snnen se ine geograph isc hen Koordi naten errechnet werden .
BEOBACHTUNGS VERFA H RE N
Um die Ric htung zu ei nem Sate l l iten festzuste l l en , gibt es fol gende Mög l i c hkeiten:
VIS UELLE BEOBACHT U N G E N
H ier werden l i chtstarke Fernrohre m i t getei l tem Fadenkreuz (Abb . 4 ) benutzt, d i e
Messungen auf etwa 1 ' Genauigkeit auch dann zulasse n ,
wenn der Satel l i t nicht genau durch de n Fadenkreuzmi t­
tel punkt l ä uft . Seit Ende der FUnfzigerjahre s i nd ferner
automatisch registrierende " Ki netheodol i te " i n Ge­
brauch , bei denen das Fernrohr von zwe i Beobachtern
in Azi m ut und Höhe nachgefU hrt wird . Man kann
Satel l i ten aber auch rel ati v zu den Sternen messen und
Abb i ld ung 4: Fadenkreuz
eines Satel 1 itenfernrohrs
die Positionen an Hand von Sternkarte und Kata l og
erm itte l n .
PHOTOGRA P HI S C HE MESS U N G E N
Der Satel l i t wird dabei i mmer zusammen m i t dem Sternhimmel a ufgenommen . Man
unterscheidet folgende Arten der Montierung :
Azimuta l : Die meist aus F l iegerkameras entwickel ten "Ba l l istischen Meßkammern "
si nd theodol i tC:l hn l i ch montiert und b l eiben während der Beobachtung fest. Bekannt ist
die WI LD BC-4 1 : 2 , 6/305 oder 1 : 3 , 4/450 mm , deren roti erender Versch l uß d i e
Satel l i tenspur in kurze Stucke zerhackt . D i e e i nzel nen Positionen s i nd auf 2 11 , d i e
Zei ten a u f 0 , 00 1 sec gena u .
Para l l aktisch: E i ne Achse weist auf den H i mmel snordpol und die Kameras werden
den Sternen nachgefu hrt. H i erher zäh l en Astrographen a l l er Größen , wie sie auf
Sternwarten in Verwendung stehen, aber auch spezi e l l e Entwickl unge n .
Dre i- und vierachsige Montierungen können de n Satel l iten nachgefü hrt werden .
Bekanntestes Beispie l ist d i e 1 956 gebaute 11 Baker- Nunn 1 1 mi t S piegel optik 1 : 1 /500mm .
Etwa 20 auf der Erde vertei l te Stationen erre i c hen auch bei l ic htschwachen Sate l ­
1 iten Genauigkeiten um 1 " 8 .
I n Abb . 5 ist die Wirkung der d rei Monti erungsarten veranscha ul icht.
Die Genauigke it der photograph i ­
schen Satel 1 itenmessungen wird neben
der Brennwe ite vor a l l em von der
Luftturbul enz (S zinti l lation) begrenzt .
Bei der Abb i l dung der l a ngsam wan­
dernden Sterne fü hrt die Luftu nruhe
nur zu größerem B i l ddurchmesser und
fäl l t im Mi ttel h eraus, wogegen i hr
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Abb i l dung 5: Sate l 1 itenaufnahmen mi t
fester , d en Sterne n und dem Sate l 1 i ten
nachgeführter Kamera
E i nfl u ß im rasch bewegten Satel l i ten­
b i ld vol l entha l ten ist . E i ne wesentl iche Verbesserung l ä ßt s i c h durch Messung zah l ­
reicher Spurunterbrechungen bzw. Bl i tzl ichtserien u nd ansc h l i eßende rech nerische
Glättung erreichen . Bei bal 1 istischen Kammern ergeben sich so durchschnitt! iche Ge­
nauigkei ten von 0 113 . Die atmosphärische Refraktion fä l l t zum Großte i l heraus , we i l
der Satel l i t ja unter den Sternen gemessen wird; nur e i n k l e i ner para l l aktischer An­
tei l b l e ibt ubrig .
1 NTERFERE N ZMES S U N G
H i er werden Antennengruppen von 50 bis 1 50 m Ausdehnung benutzt und der Pha­
senunterschied e i nze l ner vom Sate l l iten ei ntreffender Wel l enzüge l äßt auf die E i n­
fa l l sric htu ng sch l ießen . I n Amerika arbe iten d ie 11Minitrack 11- Stationen nach die­
sem Pri nzip und erbri ngen Gena uigkeiten von 3 011 , auch bei Tag und bei Bewöl kung .
E NTFERN U N GSMES S U N G
Fur d i e Entfernungsmessung zu Sate l l iten gibt es ebenfa l l s mehrere Mög l i c hkeiten .
R A D A R wird wenig verwendet, da es nur fUr große F lächen , zum Beispiel Ba l ­
l onsate l l i ten, geeignet ist . Al l erd i ngs l iefert es neben der Entfernung g l e ic hzeitig
auch die Richtung .
S E C 0 R arbeitet ä hnl ich dem Tei l urometer; d i e Station sendet e i ne phasenmodu­
l ierte Wel l e aus , d ie vom Satel l iten d urch e i nen Transponder zurückgesandt wird . Di e
auftretende Phasenversch i ebung ist ei n Maß fUr d i e E ntfernung , u nd d ie Vi eldeutig­
kei t der Anzeige l ä ßt sich durch Verwendung von vier Frequenzen beseitigen. Durch
rasch a ufe i nander folgende Messungen ( bi s zu 20 pro Sekund e) l assen sich Genauig­
ke iten von etwa 5 m erre ichen, und das Verfahren ist automatisierbar, aber sehr auf­
wendig, was die Ausrüstung betrifft .
L A S E R werden a l s optisches Radar ei ngesetzt und gestatten die Messung der Lauf­
zei t des Lichtes . Die Sate l l iten tragen refl ektierende Tri pel spiegel , und da d i e Laser­
stra h l en sehr scharf gebündel t sind , ist e i ne prCl zise Vorausberechnung der Satel l i ten­
positi onen erforderl ich . Erste Versuche wurden 1 965 durchgefü hrt , heute stehen b e­
reits za h l reiche Systeme m it Ö ffnungen von 2 1 0' i n Verwendung .
-
Die Ergebnisse si nd rasch verfügbar (digita l e Anzeige) , atmosphärische Korrek­
tionen mac hen nur ca . 2 1 /2 m aus und Beobachtungen sind auch bei Tag u nd wenn
sich der Sate l l i t im Erdschatten befi nd et mög l ic h . Gegenwärti g l asse n sich Genauig­
kei ten von 0, 5 bis 1 m erre i chen, in Zukunft werd en es wahrscheinl ich ein ige Zenti ­
meter sein .
D o p p l e r m e t h o d e : Der Sate l l i t sendet eine sehr konstant gehal tene Rad iofre­
q uenz aus, und ihre durch d en Doppl ereffekt verursachte Versch iebung wi rd auf der
Erde gemesse n . D iese ist ei n Ma ß für d i e Rad ial geschwind igkeit, und i ntegriert man
sie über l 0 S ekunden bis 2 Mi nuten, können Entfernungsd ifferenzen zweier Satel 1 i te n­
positionen und auch der Zeitpunkt der größten Annöherung errechnet werden . Wesent­
1 icher Vortei l ist dichtes Beobac htungsmater ial , das vor a l l em fUr die Besti mmung
kurzperiodisc her Bah nstörungen und von Deta i l s des Schwerefe l des wichtig ist . Die
innere Genauigke it betrögt ca . 5 m, doch fU hrt unsichere Kenntnis der Refraktion
i n der Troposphfüe und besonders d er lonosphöre oft zu betröchtl ichen systematischen
Feh l ern . Neuerd i ngs versucht ma n , sie d urch g l eichzeitige Messung in 2 Freq uenz­
bereichen zu el imi nieren .
G EOMETRI S C HE SATE LL I T EN G EODÄ S I E
Bei den geometri schen Methoden d ient der Satel l it a l s Hochzi el von Richtu ngs-und
Entfernungsmessungen; sei ne Bahn ist dabei nur fUr d i e Vorausb erechnung von Bedeu­
tung . Befi ndet sich der Fl ugkfüper hoch genug Uber der Erdoberfl öche, l assen s i c h
sehr große Dreiecke direkt messen und auch die Wel tmeere überbrück e n . Die größte
Bedeutung di eser Triangulation m it Sate l l i ten l i egt dari n , d i e geodätischen Netze
versch iedener Kontinente i n ein ei nheitl i c hes Wel tsystem zusammenzuschl ieße n .
Werden d i e Richtungen rel ativ z u d e n Sternen gemessen , ist e i ne räuml iche Orien­
tierung im absol uten System der Sternkatal oge mög l i ch , ohne daß die Koordinaten ­
wi e i n der erdgebundenen Triangul ierung - von der Lotric htung oder der Projektion
auf eine Bezugsfläc he bee i nfl ußt werden . Außerdem können Refraktionsanomal ien die
Ergebnisse kaum mehr systemati sch verfä l schen .
Durch Di stanzmessung zu Satel l i ten l assen sich d i e bekannten Schwierigkeiten bei
der Reduktion ird ischer Basisl i nien vermeide n . Wi rd ein Netz nur d urch Entfernungs­
messungen aufgebaut, ist eine absol ute Ori entierung natUrl i ch nicht mög l i c h , doch
l äßt sich seine geometrische Form auch dann ei ndeutig bestimme n .
Bei a l l e n geometrischen Methoden geht e s u m si m u l tane Beobachtung des Satel l i­
ten von zwei oder mehreren Stationen . Um d i e Meßgenauigkeit auszunütze n , muß
d urch hochpräzise Uhrenanlagen d i e G l eichzeitigkeit auf m i ndestens 1/1 000 sec ge­
währl eistet sein; auch mit "quasi-simu l tanen" Beobachtungen wird häufig gearbei ­
tet wo man d ie Zeitd ifferenz im nachh inein rech nerisch berücksic htigt .
/
S I MULTANBEOBACHTU N G AUF ZWE I STAT I O N E N ( STELLARTRIANG ULATI O N
NACH VÄ I S Ä LÄ )
Der Sate l l i t s wi rd von den beiden
1
Beobachtungsorten A und B vor dem
Sternhimmel fotografiert ( Abb . 6) . Die
Vektoren a und b spannen dann ei ne
1
1
Ebene auf, d ie den Verbi ndungsvektor
g der beiden Stationen enthä l t . Wird
noch ein zweiter Satel l it s oder der­
2
selbe nach ei niger Zeit a ufgenommen,
kann durch Schnitt der beiden strich­
y
Abb i ldu ng 6: Bestimmung des Ver­
b i ndungsvektors zwe ier Stationen
l ierten Ebenen d ie Richtu ng des Vektors g berechnet werden. Sei ne Länge j edoch
b l eibt offen .
E rstmals wurde d i e Methode 1 959 bei Bal l onaufstiegen m i t B l i tzserien i n 30 bis
40 km Hi;he erprobt . Das Azimut zwischen Helsinki und Turku (1 50 km) konnte aus
26 Beobachtungen m i t e i ner Genauigkeit von ::!: 1 1122 ermitte l t werden .
Triangulationen mit Sate l l iten wurden in Nordamerika und E uropa Anfang der
Sechzigerjahre
begonnen . Das
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wel tumspan­
nende Bezugs­
system b i ldeten
1 965 sechzehn
Boker- NunnStationen, d i e
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bis 6600 km
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7Bcr
Abb i l dung 7: Beobachtete Verb i ndungen zwischen den Baker­
Nunn-Stotionen des Smithsonion Astrophysical Observatory
voneinander
entfernt l agen und fUnf Konti nente m i t ei ner Genauigkeit von 0114 b i s 1 "5 verbanden
(Abb . 7) . Die durc hschn i ttl iche Verschiebung gegenUber den ört l i chen geodätischen
Netzen betrug 1 20 m .
Am besten werden d ie Ergeb nisse , wenn sich d i e Satel l i ­
ten nahe der Mitte Uber den j ewe i l igen beiden S tationen
befi nden (Abb . 8, Fa l l b; zu vermeiden wäre a l so der Fal l
c) . Je niederer d i e Bahnen sind , desto genauer wird man
b
d i e vertika l e Komponente des Vektors g und desto un­
sicherer sei ne hori zontal e erha l te n . Hingegen l i:i ßt sich
die Azimutgenauigke it auf Kosten des Höhenfehl ers stei­
Abb i ld ung 8: Aus­
wah l der Bahnen
gern, wenn man Sate l l iten aussucht die sich etwa para l ­
/
l e l zur Verb i nd ungs l i ni e der Stationen bewegen u nd beide
mög l ichst d i rekt Uberfl i egen (Abb . 8, Bahn a ) . Mi t 1 0 b is
20 simu l ta nen Aufnahmen kann man beim Azimut etwa 0 112 erreiche n .
S I MULTANBEOBAC HTUN G E N A U F DRE I ODER MEHR STAT I O N E N
Das Pri nzi p des d o p p e l t e n V o r w ä r t s s c h n i t t e s l äßt sich a nwenden, wenn
zwe i Punkte A und B a uf der Erdob erfl tiche (Abb. 9) berei ts mi t ihren Koordi naten
gegeben s ind . Die Satel 1 itenorte S und s kßnnen dann von i hnen vorwärtsge­
1
2
schnitten werden, und fol ls im Neupunkt P g l eichzei tig d i e Richtungen beobachtet
wurden, l äßt sic h seine Lage ebenfa l l s durc h Schnitt bestimmen.
liegen g l e i chzeitige Beobachtungen von drei oder mehr Stationen vor, ohne daß
-·
V I
d i e Koord i naten zweier Ausgangspunkte genü­
gend genau bekan nt sind , könnte man natür­
1 ich d i e Messungen je zweier Stationen zu­
. sammenfassen , das vorhi n b esprochene Ver­
fahren der Stel l artria ngulation a nwenden und
zul etzt d ie Erg eb n isse a usg l e ic he n . Dabei
Abb i ldung 9: Ortsbestimmung
m it doppel tem Vorwärtsschnitt
vernachl ässigt man jedoch zwei Bedi ngungen:
Erstens s i nd nicht a l l e Lösungen unabhängig ,
da d i e Ebenen te i l we ise d ie g l e ic hen Beobach­
tungsvektoren entha l ten, und zweitens mUssen sich nac h d em Ausg l eich a l l e Stra h l en
i m Sate l l i ten treffe n .
U m e i ne Genauigkei tsei nbuße z u vermeiden, i st d i e A u s g 1 e i c h u n g
e i nem Guß
in
vorzuziehen . Man a rbei tet dabei m i t dre i - oder mehrseitigen Pyra­
miden, i n deren Spitze d i e Sate l l iten stehen und d eren Kanten d i e Beobachtungsvek­
toren si nd . Die Aufgabe ist dem Prob l em der gegensei ti ge n Orientierung in der Luft­
b i ld messung ähnl ich, und die StrahlenbUschel m üssen sol a ng verdreht und verschoben
werden, b is sich d i e zugehörigen Vektoren in d e n Stationen schneiden . Die Fehl er­
fortpflanzung macht kei ne Schwierigke i ten, wei l im Gegensatz zur Aerotriang u l ie­
rung d i e E inzelstrah l en abso l ut orienti ert s i nd .
Die beste Meßanordnung ist etwas a nders a l s bei der Ste l l artriangul ation: dort
konnte d i e Sate l l itenhöhe - soweit wegen der Refraktion vertretbar - geri ng sei n
und d i e Wi nkel i m Sate l l i ten durften 0 bzw . 1 80° nahekommen . Hier aber sol l e n
s i e wegen günstiger Schnittbedi ng ungen zwischen 4 0 und 1 40° l iegen und d i e Höhen
etwa den Stationsentfernungen entspreche n .
STRECKENMESS UNGEN ZU SATELLITE N
Entfernungsmessungen s i nd nicht nur zur Maßstabsb estimmung notwend i g , sondern
können auch zur wei teren Stützung der N etze und zur Punk tbestimmung selbst heran­
gezogen werden . Bei der Tri l ateration werden von d re i bekannten Stationen simul ta n
d i e E ntfernungen zum Sate l l iten gemessen , woraus sich sei n Ort a ls Schnittpunkt
d reier Kugel n bestimmt . S i nd auf d i ese Wei se drei Satel l i te npositionen ermi tte l t und
von ei ner wei teren Station gleic hzei tig beobachtet worden (Abb . 1 0) , laßt sich der
Ort der l etzteren ebenfal l s d urch Schni tt dreier Kugel n errechnen . D i e zu messenden
Entfernungen sol l en ungefähr den
Distanzen der Festpunkte unterei n­
ander entsprechen .
Ist die Meereshöhe des Neu­
punktes und der Geoidabstand auf
ei nige Meter bekannt, kann man
e i ne Satel l itenposition erübrigen
und a l s dritten geometrischen Ort
die entsprechende Kugel um den
Erdmi ttel punkt verwenden .
Abbi ld ung 1 0: Tri lateration m i t Sate l l iten
Die Tri lateration wurde unter
anderem im Pazifi k erprobt , wo zah l reiche Inse l n d urch ein rei nes S ECOR-Strecken­
netz mit Amerika und Japan geodätisc h verbunden wurden; die durchschnittl iche Ge­
nauigkeit betrug 3-4 m . Mit LAS ER werden wahrschei nl i ch noch bessere Ergebnisse zu
erzielen sei n .
WE LT N ETZ DER SATELLITENTRIANG ULATION
1 965 wurde vom US Coast and Geodetic Survey ein wel tumspa nnendes Netz, be­
stehend aus 46 Punkten m i t 2500 bis 5000 km Distanz entworfen (Abb . 1 1 ) . Man be­
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Abb i ldun 1 1 : Wel tnetz der Sate l l i te ntriangulation
-o
­
obachtete vor a l l em den e igens fUr diesen Zweck gestartete n , etwa 4000 km hohen
Bal lonsate l l i ten Pageos, anföng l ich aber auch Echo
1
und I I . Die Messungen wurden
hauptsächl ic h mit der BC-4, Brennweite 450 m m , durchgeführt und im November
1 970 beendet; 1 449 Satel l i tenörter wurden von zwei Stationen g l e ichzeitig beobach­
tet, 238 von drei u nd 1 5 von vier.
Den Netzmaßstab l iefern vier durch GeodimeterzUge bestimmte Basisl i nien i n
Europa , Afri ka, USA und Austra l ien. Die europä i sche Eich l i ni e (3600 k m ) beg i nnt
in Tromsö (Nordnorwegen), verläuft Uber Schweden, Dänemark , die BRD u nd Öster­
reich bis Catania (Si zi l i en) und besi tzt eine Genauigkei t von etwa 1 : 2 Mi l l ionen .
Die Reduktion der 3672 photographischen P l atten ist sei t l ä ngerer Zei t abgesch los­
sen , die Berechnung des Netzes selbst erst sei t kurzem . D i e Ausglei chung ergab
4 , 5 m und fUhrte zu e i ner Erdabplattung von
0, 26 sowie zu ei nem Äq uatorradi us von 6 3 78 1 25 m . Der Vergleich
m i ttlere Koordi natenfehler von
1 : 298 , 3 7
:1::
:1::
mit einem anderen Netz (Doppl er - Stationen) zeigte bei e inigen identen Punkten
d urchschnittl iche Koord inatenunterschiede von 5 Metern .
Das Wel tnetz sol l
durch engmaschige
kontinenta l e Netze
verd i chtet werden,
von denen einige,
wie das nordameri­
konische (Abb . 1 2) ,
sUdamerikani sehe
sowie europäische
(Abb . 13) schon vor­
ltiufi g durc hgerech­
net sind . Obwohl i n
Europa d i e Vertei ­
l ung der Stationen
ungleichml:lßig und
d i e AusrUstung hete­
rogen ist, ergaben
Abbi ld ung 1 2: Nordameri kanisches Verdichtu ngsnetz
·
2a0
10·
0°
10°
20°
30•
Abb i ld ung 1 3: Vertei l ung der Stationen i n Europa . Gut beobachtete l a nge
Verbi ndungen des westeuroptl ischen Netzes sind ei ngezeich net .
40°
Vergl eiche zwischen verschiedenen Lösungen doch Genauigkei ten besser a l s 1 0 m .
Die Messung ei ner zweiten Basis , d i e von Mal vern (Engl and ) Uber BrUsse l , Karl sruhe
und d ie Wel tnetzstation Hohenpeißenberg bis Graz fU hrt , ist beina he abgesc h l osse n .
Tei l weise wurden auch LAS ER-Sate l l i tend i stanzen zur Maßstabskontrol l e verwendet
und nordafrikanische Stationen i n das Netz ei nbezogen .
BESTIMMUN G DER ABS OLUTE N LOTABWE I C HU N G I N WI E N - H I ETZI N G
Bei dem i m fol genden gesc h i l derten Versuc h wurden eigene Sate l l i tenbeobachtun­
"
gen des Referenten zur Ortsbestimmung nach ei ner Stand l i nienmethod e benutzt. Die
Messungen wurden visuel 1 vor dem Sternhi ntergrund d urchgefU hrt, sind d urchschnitt­
1 ich
40 11 genau und wurden zusammen m i t Beobachtungen zah l reicher anderer Sta­
tionen vom Smithsonian Astrophysi ca l Observatory (SAO) i n ei nem Bahnberechnungs­
programm verarbeitet. Dabei werden die Bahnel emente und i hre Ä nderungen empi­
risch so bestimmt, daß die Bahn sich mög l ic hst gut a n die Beobachtungen a nschmi egt .
FUr a l l e Messungen werden 11Residuen11 a usgedruckt, wel che die Differenzen zwischen
den beobachteten und den aus El ementen zurückgerech neten Ö rtern darstel l en (RB i n
Abb . 1 4) .
Abb i ld ung 1 4: Beobachtete
und gerechnete Bahn
Abbi ld ung 1 5: Stationsverschieb ung
Aus der scheinbaren Satel l itenbewegung wurde da nn fUr j ede Messung der 11Q uer­
feh l er 11 q errech net und jene Ä nderung der Stationskoord i naten bestimmt, d ie q
zum Verschwi nden bri ngt (Wenn wie i n Abb . 1 5 der b eobac htete Höhenwi nkel h
B
ist , muß der 11wirkl iche 11 Stationsort näher zum Satel­
.
größer a l s der berechnete h
R
l i ten geruckt werden) . Aus 1 1 1 E inze l verschiebungen ergab sich a ls Mittel
.D. cp = - 1 "70
± 0" 1 7
u nd
/),. ')..,
•
cos 'f' = - 5" 50 ± l 1152
•
Zur Kontrol l e wurden Verg l eichswerte aus dem Europanetz i nterpol iert (negati ve
Lotabweichungen) , die mit - 2 "2 und - 6119 gut zum obigen Resul tat passen .
DYNAMI S C HE VER FA HRE N
Zul etzt sol l noch kurz auf zwei Aspekte der dynami sc hen Satel l i tengeodäsie ei n­
gegangen werden, auf die Bestimmung der Erdabplattung und a uf die Ortsbestimmung
mit H i l fe der Bahnmethode .
Wäre die Erde kugel symmetrisch aufgebaut, mUßte sich jeder Satel l it genau i n
e i ner E l l i pse bewegen und sei ne Bahnebene im Raum feststehe n . Beim Überfl i egen
des Erd<:lquators wurde sich e i n Trabant wie i n Abb . 1 6 dargeste l l t von K nac h S
1
Ä
bewegen . Denken wir uns nun den quatorwu l st der Erde (Abb . 1 7) m i t sei ner zu­
sätzl ichen, nach Suden geri chtete n Kraft h i nzu, so erfä hrt der Satel l it e i ne Be­
sch l eunigungskomponente senkrecht zu sei ner Bahnebene . Nach und nach wi rd sie
!llJJ
ß „ 90·
zusätzliche
Kraft des
Aqu. Wulstes
· 1 5'
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- - · ß =O•
0
/ /.1- )\ I.
K2
K1
Abb i ldung 1 7: Gravitation fur
k uge l förmige und abgeplattete
E rde ( stark ubertrieben)
Abb i l dung 1 6: Wirkung der Erdab­
plattung a uf e i ne Satel l itenbahn
um L\ i geki ppt, die Bahnneigung i nimmt ab und der Knoten wandert nach K
2
zu­
rUck, da "der Sate l l it aus e i ner flacheren Richtung zu kommen schei nt" .
Im fol genden Q uadranten der Bah n , .wenn sich der Satel l it a l so wieder dem Äqua­
tor nähert , n immt i zu, K ist j edoch wei ter rUckläufi g . Im ganzen gesehen bewirkt
die Erdabpl attung e i ne kurzperiod i sche S chwankung der Bahnneigung , der Knoten
°
wandert aber immer in derselben Richtung , und zwar b is zu - 1 0 pro Tag . Daraus
läß sich d i e Erdabpl attung sehr genau m i t 1
:
298 , 25 errechne n .
Aus anderen Erschei nungen konnte m a n e i ne Nord-Sud-Asymmetrie der Erde be­
+ 90 ° .--
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I
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I
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+ 20° +40° + 60 ° +80° +100 ° -1-120° + 140° -1-1600 +180 °
Abbi ldung 1 8: Geoid nac h W . Ki:shnl e i n (1 967) i n Metern
stimmen - d i e Sudha l bkugel ist um 1 6 m stärker abgepl attet a l s die Nordhal bkuge l .
Von zah l reichen Autoren wurden a uch Geoidund u l ati one n (Abb . 1 8) und reg iona l e
Schwereanomal ien abge le itet.
BAH NMET HOD E
Auch zur Ortsbestimmung l assen sich dynamische Methoden verwenden . Aus den
Bahnel ementen kann man mit H i l fe von Gravitationskoeffi zienten und unter Berück­
sichtigung sonstiger Störungen die Position von Satel l i ten errechnen und dadurch
a uch die Lage beobachtender Stati onen . Dabei erhä l t man Koord i naten, die auf den
Schwerpunkt der Erde bezogen sind , was einen g roßen Vorzug darste l l t . Mi t 50 Gra­
vitationskoeffi zienten l assen sich ungefähr 20 m errei chen, m i t 200 etwa 1 0 m . I n
der Navigation hat d iese Methode große Bedeutung erla ngt, fur di e geodätische Orts­
bestimmung a l l ei n ist der Aufwand a l l erdings zu g roß, weshal b bei den dynami schen
Verfahren seit einiger Zei t Stationskoordi naten u nd Schwerefeld der Erde g l e ichzei­
tig bestimmt werden. Hiebei können aber d i e E igenheiten des gewä h l ten mathema­
tisc h-physi kal i schen Model l s di e Lage der Meßstationen prä j ud izieren, e i ne Ergän­
zung d urch die zuvor behandelten rei n geometrischen Methoden i st deshal b i mmer
anzustreben .
I n den 1 5 Jah ren i hres Bestehens hat die Sate l l i tengeodäsie schon beacht l i che E r­
folge gezeitigt . Form und Größe der Erde wurden gemessen , i n kurzer Zei t wird ein
ei nhei tl ich koord i n iertes räum l i ches Festpunktfe l d zur Verfügung stehen und der ge­
naue geodätische Zusammenschl uß a l l er Konti nente Wirk l ichkei t werden . Die rasche
E ntwickl u ng der LASE R-Technik gibt u ns ein Mitte l in d ie Hand , durch genaue Di ­
stanzmessungen Kontinenta ldrift und P lattentektonik untersuchen zu können, und d i e
d i rekte Messung von Höhen Uber den Ozeanen wi rd d i e Meeresgeodäsie befruchte n .
Die Dynamik der Satel 1 itenbahnen erla ubt e i ne Beschreibung des äußeren Schwere­
fel des der Erde und i n Verbindung mit N i ve l l ements , Gravimetrie und astronomischen
Ortsbestimmungen kann die Deta i l struktur des Geo ids abgel e i tet werden, was ja zu
den Hauptaufgaben der Erdmessung ztih l t .
L I TERATUR
ARNOLD K . : Methoden der Satel l itengeodäsie , Berl i n 1 970 .
BOHRMA N N A . : Bahnen kUnstl i c her Sate l 1 ite n , Mannheim 1 966.
GERSTBAC H G . : E in Versuch zur Bestimmung der absol uten Lotabweichung aus visu­
e l l en Satel l itenbeobachtungen, Wie n 1 97 1 , Österr . Zeitschrift für Ver­
messungswesen, Heft 5 , S . 1 3 9 - S . 1 48 .
HAYES E . N . : Trackers of the Skies, Cambridge, Mass . 1 968.
HENRI KSEN S . W. , MAN CI NI A . , C HOVITZ B . H . Hrsg . :
The Use of Arti fi cial Satel l i tes for Geodesy, Washi ngton 1 972 .
MITTE I LU NG E N der geod<::l t ischen I nstitute der Technischen Hochschul e Graz:
I nternational Symposium 11Sate l l i te a nd Terrestri a l Triangul ation " , Graz
1 972, Fol ge 1 1 .
S CH MI D H . H . : Satel l itengeodCisie, e i n Weg zum global en geodätischen System,
Festschrift WI L D , Heerbrugg 1 97 1 .
Pageos-Wel tnetz, l nv . Paper, Symposi um " Nutzung kUnstl icher Satel l iten
fur G eodCisie und G eodynamik11 , Athen 1 973 .
Geowiss . Mi tt .
1 973 , 75 - 76
D I G I TAL I S I ERUNG VON P HOTO GRAMMETRI S C H E RHALT E N E N DAT E N
von
G . Otepka
(Vortrag geha l ten am 20 . Oktober 1 97 1
i m Rahmen des Kol l oquiums der Assistenten
der Stud ienrichtung Vermessungswesen ,
veröffentl icht in de r Österr . Zei tschri ft für
Vermessungswesen, Heft 6, 1 972, S . 1 1 6 - 1 30 )
D i p l . I ng . Gottfried Otepka , Hochschulassistent am I nstitut für Photogrammetrie ,
Tec hnische Hochschul e i n Wien 1 040, Gußhausstraße 27 - 29 .
Z USAMME N FASS U N G
Photogrammetrische Auswertungen erfol gen normal erweise i n 3 Phasen:
l ) Interpretation und Auswa h l der im Meßb i l d dargebotenen Informationen
2) metr ische Erfassung und Kennzei chnung der ausgewä hl ten I nformationen
3) Darstel l ung der e rfa ßten I nformatione n .
Die Arbeit besc häftigt sich m i t den Phasen 2 und 3 , für d i e schon heute (1 97 1 )
Automaten si nnvol l bei der Prod uktion von photogrammetrischen Auswertungen e i n­
gesetzt werden.
In den Kapitel n 2 - 5 werden die Mög l i chke i ten photogrammetrischer und karto­
gra phischer Digitizer, i hre Reg istr ier- und Ausgabee i nheiten, sowie ihr Ei nsatz bei
konventionel l er Linienauswertung bzw . bei der Digita l isi erung von Orthophotos a n­
gegeben .
An Hand von Strichkarten i n 3 versch i edenen Maßstäben wird über Schätzungen
der zu digita l isi erenden Datenmengen berichtet und der Bedarf an S peichermedien
für die Digita l isierung ei nes ganzen Kartenwerkes abgeschätzt .
Währen der erste Abschnitt d i e technische n Mög l ichkei ten und den Aufwand ei ner
Digita l isierung behand e l t , werden im zweite n Abschnitt der Arbeit Gründe für e i ne
Digita l isierung und nachfolgend e Anwendungsgebi ete und Beispi e l e gezeigt und be­
handel t:
l ) Automatisation im kartograph ischen Prozeß
2) Digita l i sierung einer großmaßstäbl ic hen Linienauswertung
mit nachfo lgender automatischer Kartierung
3) Entstehung von Datenba nken
4) Digita l es Gel ändemodel 1 .
Geowiss . Mitt . 1
1 9 73 ' 77 - 7 8
KRITI SCHES UND AKTUELLES ZUM TRIGONOMETRI SCHEN
NIVELLEMENT
von
F . Brunner
( Vortrag gehalten am 1 7 . November 1 9 7 1
im Rahmen des Kolloquiums der As sistent en
der Studienrichtung Vermes sungswesen )
Dipl . Ing . Dr . Friedrich Brunner , Hochs chulas s ist ent am Inst itut für
Geophys ik , Techni s che Hochs chule in Wien 1 040 , Gußhausstraße
27 - 29.
ZUSAMMENFAS SUNG
B e i gro ßen Bauvorhaben im Geb irge tritt die Aufgabe , e inen gro ­
ßen Höhenunt ers chied s ehr genau zu b e st immen , o ft a n den Ge odät en
heran . Dab e i sol l t e der erre chnet e Höhenunt ers chied keinen ell ips o ­
idischen H öhencharakt er
( t rigonome t ri s che
Höhenme s sung ) , s ondern die
E i gens chaft en der unre duz iert en ge ome t ris chen Nivellementhöhen hab en ,
um mit den b ere it s b e s t ehenden ge ometris chen Nivellementhöhen ver­
gl e ichbar zu ble ib en . Daraus ergib t s i ch auch da s Haupt thema die s e s
Vortrage s , e ine Höhenme ßmethode z u finden , die ra s ch und genau aus ­
zuführen i s t , vor al lem aber rohe Nive llementhöhen l i e fe rt .
Nach e ingehenden B et ra chtungen zum We sen de s Re frakt ionskoeff i ­
z ient en b e i der trigonomet r i s chen Höhenme ssung mit s t e ilen Vi suren
wird e in Vergl e i ch ver s chiedener H öhenb e s t immungsme thoden für gro ße
Höhenunt ers chiede im Hinb l ick auf Genauigke it , Arb e it saufwand und
Art der gewonnenen H öhenunt e rs chi e de ange st e l lt . B e i diesem Ver ­
gl e i ch z e igt s ich , da ß i m al lgeme inen nur da s t rigonometrische Ni ­
vellement mit s chief
( el ekt ro opt is ch )
geme s senen S e iten und da s ge o ­
me tri s che Präz i s i onsnivellement i m Stande s ind , rohe unreduz i ert e
Nivellementhöhen zu l iefern . Da s geometris che Nivellement i st aber
im Geb irge äuße rst s chwierig aus zuführen und b e i großen Höhenunt er­
s chie den wirken s ich die sys te ma t i s chen Fehler , die proport i onal zum
geme s s enen Höhenunt ers chied e ingehen , auf die e rre ichbare Genauig­
ke it ext rem ungüns t ig aus .
Mit dem t rigonome t ri s chen Nive l l ement
( direkt
geme s s ene s chiefe
S e it e , gegens e it ige Zenit d is tanzbe obachtung ) wurde dem geome tri schen
Nive llement e ine H öhenme ßme thode gegenübe rge s t e l lt , die ebens o wie
da s geomet r is che Präz i s i onsnivellement ge ome t r i s che Nive llementhöhen
l ie fert ; im Geb irge ab er , b e i zuminde st gle ich hoher Genauigke it ,
we sent l ich wirt s chaft l iche r mit den modernen ge odät i s chen Gerät en
aus zuführen ist .
Die ser Zusammenfa s sung de s Vort rage s s e i der folgende Literatur­
hinwe i s noch ange s chl o s s en :
B RUNNER , F . K . ( 1 9 73 ) : B e it räge zum t rigonome tri schen Nivellement im
Geb irge , Aut orenre ferat üb er die an der Te chni s chen H o ch­
s chule Wien approb i e rt e D i s se rtation gl e i chen Thema s .
Ö . Z . f . V . , ..§1_, 28-2 9 .
Ge owis s . Mit t . 1
1 9 7 3 , 7 9 - 80
EI SDIC KENMES SUNGEN VON GLETSCHERN DER OSTALPEN
von
E . Brückl
( Vortrag
gehalten am 1 5 . De z e mbe r 1 971
im Rahmen de s Kolloquiums der As s i s t ent en
der S tudienrichtung Verme s sungswe sen )
1
-
Dipl . Ing . Dr . Ewa ld B rückl , Hochs chula s s i s t ent am Inst itut für
Ge ophys ik , Te chni s che Hochs chule in Wien 1 040 , Gußhaus s t raße
27 - 2 9 .
- öU -
ZUSAMMENFASSUNG
Die mögl i chen E i smäch t igke iten von Gl et s chern und E i s s chil den
üb e rst re i chen e inen B ere ich von nahe zu dre i Größenordnungen . S o
we ist der S chladminger Gl et s cher in der Da chs t e ingruppe i n se inem
ob e ren und unt eren B ere ich e ine Eismächt igkeit von e twa 1 0 m auf ,
während in der Antarkt i s E i s mächt igke iten b i s 4000 m geme sse n wur­
·
den . Mul t ipl i z i ert man die Eismächt i gke it j e doch mit der Oberflächen­
neigung , so gelangt man zu e ine r Grö ße , die wes entl ich weniger vari­
iert und daher für die Int e rpolat ion der Ei smächt igke it zwis chen den
geme s s enen Profilen s ehr gut ge e ignet ist . Eine Me s sung der Eismäch­
t igke it i s t a l s o nur dann s innvo1i , wenn aus e ine r t opograph i s chen
Kart e auch die Ob erfl ächenne igung b e s t immt werden kann .
B e i den Me ssungen wurde b i sher fa st aus s chl i e ßl i ch die s e i s mi s che
Methode angewandt . Int e rpretat i ons s chwierigke iten b ildete dab e i e ine
zwis chen dem Gle t s chere i s und dem f e s t en Fe ls an manchen Ort en fe st ­
ge st ellt e Zwi s chens chicht , deren Mächt igke it etwa 1 00 m e rre i cht .
Anfängl ich wurde die s e Zwis chens chicht als ge frorene o der stark ver­
fe st igt e Grundmoräne interpre t iert . Die jüngs t en Me s sungen s chl i e ßen
die s e Int erpretat i on j e doch mit gro ßer Wahrs che inl ichke it aus . Die
Zwis chens chi cht s che int vielmehr e ine Z one von gewachsene m , ab er
stark aufge l o ckert em Fe l s zu s e in .
E ine B et ra chtung der Grundzüge de r Gle t s chermechanik ze igt , daß
da s Produkt aus E i s mächt i gke it und Oberfl ächenne i gung der S chub span­
nung de s E i s e s am Glet s cherb e t t proport ional i st . Da da s Glet s chere i s
als annähernd plast i s cher Körper ab e iner be st immt en Grenz s cherspan­
nung e ine aus geprägte Ne igung zum Fl i e ßen ze igt , e rkl ärt s i ch daraus
die geringe Variat i on de s Produkt e s aus Ob e rflächenne i gung und E i s ­
mächt igke it . Al e Faus t formel für die Eismächt i gke it h mit t e lgroße r
Glet s cher d er Os talpen k önnt e ma n angeben :
h
wob e i
a
10 m
/
a
die Oberfl ächenne igung , geme s sen im B ogenmaß , i st .
Geow i ss , M i t t .
1 973 ,
8 1 - 1 02
1
DAS TELLUROME T E R
MA 1 00
von
W.
P e rd i c h
( Vo r t rag geha l te n am
1 9.
Jänner
1 972
i m Ra hmen des Ko l l oqu i ums de r As s i s t en ten
de r Studi enri chtung Ve rrnes sungswe sen )
D i p l . - I ng . Wa 1 t e r Pe r d i e h , Ho c h s c h u l a s s i s tc n t a m l ns t i t u t für
Al l geme i ne G e o dä s i e de r Te chn i s c hen Ho c h s c h 1..1 l e W i en
1 040 , Gu ßhau s s t ra ße 27 - 29
ZUSAMMEN FASSUNG
D i e Ent w i c k l ung des Te l l u rometers MA 1 00 i s t das Ergebn i s l ang ­
j ä h r iger Forschung s a r b e i ten zur Schaffung e i n es e l ekt romagnet i schen
Meßsyst ems höchs t e r P rä z i s i on . Ers t ma l s w i r d h i er der Versuch unter­
nomm e n , d i e Entfernungs mess ung m i t H i lfe e l ekt romagnet i scher We l l en
i m Nah b e re i ch b i s 2000 Meter zur S t r eckenbes t i mmung m i t M i l l i met e r ­
genau i g ke i t e inzuset zen. E i ngeschränkt werden d i es e B emühungen nach
w i e vor du rc h di e i n de r he rkömm l i ch en Met hode zur B e s t i mmung des i n
der A t mosphäre h e rrschenden B rechungskoeff i z i enten bes tehende U n ­
s i cherhe i t.
E i ne r kurzen B e t rach tung ü be r d i e En t w i c k l ung der e l ekt romagnet i ....
s ehen Entfernung s m es sung fo l g t d i e E r l äu t erung der G ru n d l agen d i es e r
Mat e r i e. D i e Da r s t e l l ung der e l ek t ron i s chen Vorgänge b e i de r Messung
des Phasenun tersc h i edes wu r de aus { 1 ) und (2) entnommen. N ach e i n e r
a l l gemei nen Besch r e i bung d e s I n s t ru ments w i r d v e rs uch t , den e igent l i ­
chen Meßvorgang m i t s e i nen e rfor de r l ichen Man i pu l a t ionen zu ver deu t ­
l iehen. Unter Berücks i ch t i gung des b e i d i e s em G e rä t verwen de ten We l ­
l enbe re i ch s w i r d j en e G enau i g k e i t u n t e rsucht, m i t der d i e meteoro l og i ­
seh en Da t en e rm i t t e l t we r den müss en , um zum i n de s t t h eoret i sch d i e
geste l l ten B e d i ngungen z u erfü l l en . D i e vorhergehenden B e t r ach t ungen
wer den durch e i nen B e r i cht über e i nen p rakt i schen E i ns a t z des Te l l u ro­
meters MA 1 00 ergänzt.
-83 -
E I NL E I T UNG
Di e Entfe rnungsmes sung m i t Hi l fe e l e k t ro magne t i sche r We l l en n i mmt
heute i m Vermessun gswesen e i ne n brei ten Raum e i n und i s t aus der Re i ­
h e geodä t i sche r Me ßve rfa hren n i ch t m e h r w egzudenken , E s e rsche i nt
desha l b angebrach t, vo r de r Besprechung e i ne s ne uen Ge rä te s kurz auf
d ie h i s to r i sche Entw i ck l ung d i es e r Ma te r i e e i nzugehen.
Nachdem in der M i t te des vo r i gen Jah rh unde rts F I ZEAU durch Ve r­
wendung von mecha n i sch modu l i er ten L i chtwe l l en die G rund l age zur ge­
naueren Bes t i mmung de r Li chtge s c hw i ndi gke i t e rs te l l t ha tte , s e tz ten
zah l rei che Ver s uche e i n, d i esen Wert m i t den ve rschi edens ten i ns t ru­
mente l l en Au s rü s t ungen und auf sehr d i ffe re nz i er ten phys i ka l i s chen
G rund l agen z u berechnen . Die Erkenn tn i s des deu ts chen P h ys i ke rs
Hei nr i ch HERTZ, da ß e l ektro magne t i sche W e l l en w i e L i c h twe l l en re­
f l ek t i e r t und gebrochen werden und di e da raus re s u l t i e rende E rfo r­
s chung des e l ek t romagne t i schen We l l nnspekt rums füh rte s ch l i e ß l i ch um
das Ja hr 1 920 z u dem Gedanken, m i t H i l fe de r bekannten Fo rtpfl anzungs­
geschw i ndi gke i t di ese r We l l en En tfe rnungen z u bes t i mmen . Lange Ze i t
h i ndurch s tand d i e Geodäs i e den daraufh i n e i n s e t zenden Entw i ck l ungen
a bwa rtend gegenübe r , was vo r a l l e rn da ran l a g , da ß d i e e rre i chten Ge­
naui gkei ten i n der G r ößenordnung von .:t 1 00 m l agen und dadu rch n i ch t
den Anfo rderungen de r Landesve rme s s ung e n tsp rachen. Vo r und be­
sonde rs während des zwe i ten W e l t k r i e ge s w u rden Ge rä te und Verfah ren
geschaffen , d i e e s a uch dem Geodäten m ög l i ch e rs che inen l i e ßen, di e
Entfe rnungsme s s ung m i t e l e k t ro magne t i s chen We l l en fü r se i ne Zwecke
e i nzu s e t zen.
In dem b re i te n Spekt ra l band de r e l ek t romagne t i s chen S t ra h l ung sch i e­
nen zunächs t vor a l l e rn d i e We l l en i m Be re i ch des s i ch t ba ren L i c htes
sow i e i m Be rei ch de r Dez i m e t e r·- und Zen t i me te rwe l l en , im fo l ge nden
ku r z M i k rowe l l en genann t , gee i gn e t . Di e :=: rfo l ge , d ie der s chw e d i s ch e
Geodät und Phys i ke r BERG S T r AND rn i t
cJcrn
P ro to t yp e i nes e_l ck t roop­
t i s c h e n E n tfe r n u ng s me s s e rs v0 r z e i ch ne n konn t e ,
z u r H e r s te l l u n g d e s s og e n a n n t e n
AG A i n S t o c k ho l m .
I n s t r u m e n t e n t yp s ,
f ü h r t e n i m Ja h re 1 94 8
G E O D I M E TE R S
durch di e F i rma
W e i t e r e n tw i ck l u n g e n u n d Ve r be s se r un g e n d i e s e s
w i e z. B.
d i e G eo d i m e t e r M4 u n d M 6 ,
e rm ög l i c h t e n
de m Ve r m e s s u ng s i n ge n i e u r d e n E i n s a t z d i es e r G e r ä t e f ü r d i e ve r s c h i e ­
d e n e n Anw e n du n g s b e r e i e h e g e o d ä t i s c h e r P r ä z i s i s o n s me s s un g e n .
Auf d e m G e b i e t
der"'
M i k r"' o w e l l e n b e g i nn t WADL EY 1 9 54 i m Auf t ra g d e r
S ü da f r i ka n i s c he n G e s e l l s c h a f t f ü r w i s s e n s c h af t l i c h e u n d i nd u s t r i e l l e
Fo rs c h u n g m i t d e n E n tvv i ck l u n g s a r be i te n f ü r e i n G e rä t ,
w e l ch e s E n t ­
fe r n un g e n b i s 80 k m m i t e i n e r G en a u i g k e i t von e tw a e i ne m d m m e s s e n s o l l.
Dem e rs t e n M o de l l ,
w e l c h e s d i e B e z e i c h n u n g Te l l u ro m e t e r e r h ä l t und m i t
e i ne r T r ä g e r w e l l e von 1 0 c m L ä n g e a r be i te t ,
ve r be s s e r te M o de l l e ,
u m ge s te l l t w e r d e n .
E L E K T RO TAP E ,
fo l ge n w e i t e re w e s e n t l i ch
von d e n e n d i e l e t z t e n a uf e i n e 3 c m T r ä ge rwe l l e
M i t d i e s e m W e l l e n b e r e i c h a rbe i t e n a u c h d i e G e r ä t e
D I S TAM E T E R u n d d e r D I S TOMA T S O .
Waren d i e s e
I n s t r u m e n t e vo r n eh m l i c h f ü r d e n E i n s a t z be i d e r E n tfe r n u n g s m e s s un g
l a n g e r S t re ck e n g e d a c h t ,
s o z i e 1 t e d i e w e i te re E n t w i ck l u n g da r a uf a u s ,
I ns t ru m en te f ü r d e n t äg l i ch e n p ra k t i s c h e n Fe l dge b ra uc h d e s Ve r m e s ­
s un g s i n g e n i e u r s h e r z u s t e l l e n .
Da s E rg e bn i s d i e s e r Fo r s ch un g s a r be i t e n
w a r e n s c h l i e ß l i ch d e r i nzw i s c h e n i m I n - u n d Au s l a n d b e s t e n s bew ä h r te
D I S T OMAT 1 0 d e r F i r m a W I L D- H E E R B RUG G u n d d i e e l e k t ro o p t i s c h e n
Na h b e re i c h s e n tfe r n u ng s me s s e r S M 1 1
F i rma Z e i s s - Obe rkochen bzw .
s ow i e E OS u n d E O K - 2 0 0 0 de r
Z e i s s - Je n a .
Di e s e l ben Z i e l e se tzte
s i c h a u ch d a s Na t i on a l I ns t i t u te f ü r Te l e co m m un i ca t i o n s Re s e a r c h d e r
b e re i t s e rw ä h n t e n S ü da f r i ka n i s e he n G e s e l l s c h a f t f ü r w i s se n s c h a f t 1 i e h e
u n d i n d us t r i e l l e F o r s c h u n g u n d ve r vo l l s t än d i g t e d i e Re i he de r Te l l u ro ­
m e t e rmo de l l e du r c h d i e E n tw i ck l u n g e i ne s e l e k t ro o p t i s c h e n K u r z r e i ch ­
w e i t e n mc s s ys te ms f ü r h o ch p r ä z i s e E n tfe r n u n g s be s t i m m u n g e n ,
Te l l u r o m e t e r s M A 1 0 0
des
- 8 5-
G RUN DLAG EN DER EL EKTROMAG N E T I SCHEN ENTFERNUNG S­
MESSUNG
Di e G rundl agen der Entfe rnung s me s sung mi t Hi l fe e l e k t romagne t i s che r
We l l en ve ranscha u l i ch t
GRUNDLAGEN
Abbi l dung 1 .
DER
ELEK TROMAGNETISCHEN
ENTFERNl.NGSMESSl.R'lG
R..rlektor
h • c
2a
•
•
•
•
Hinweg
ROckweg
t
n·A +
Weg
-
Zeltgle lchung
c
A1
Fortpllenzugsgeachwlndlgkelt
Slgnallaufzelt
Abbi l dung
Sämt l i che e l e k t ron i sche D i s tanzme ßverfa h ren gehen von de r Weg-Zei t­
g l e i chung
s
=
c
t
•
a us . I m Anfangspunkt der zu bes t i mmenden S t r·ecke w i rd e i ne We l l e m i t
e ine r bes t i mm t e n F requenz von e i ne m Sende r ausge s t ra h l t und i m End­
punkt mi t Hi l fe e i ne s pass i ven ode r akt i v<:m Ref l e k to rs zurückgeworfen.
Setzt man d i e Aus brei tungsge s c hw i n d i gke i t c der We l l e i n der At­
mosphäre a l s bekannt vorau s , so e rg i b t s i ch für di e doppe l te Entfe r n ung
di e G l e i chung
2s
=
c
•
t
- tl b­
wo r i n t d i e S i gna l l a ufze i t ü be r d i e doppe l te Wegs t recke be de u t e t . D i e
La ufze i t be s t i mmung m i t e i n e r G e n a u i gke i t von e twa 1 0 P i cosekunde n
-l
( 1 0 l s e c ) e rfo l g t i n d i r e k t , i n de m m n n den Phas enun t er sch i e d
e i ne r a usgehenden Hochfre q uenzmodu l a t i on de r Träge r s t rah l ung und
de r nach Du r c h l aufe n der do ppe l ten Entfe rnung empfa ngenen S t ra h l u n g
m i ß t , Un t e r der Vo ra u sse t zung e i ner kons tan ten Modu l a t i onsfrequenz
i s t da nn d i e La ufze i t d i re k t p ropo r t iona 1 dem geme s s e ne n Phase nun ter­
s c h i e d zuzüg l i ch e i ne r Anzah l n ganze r We l l en l än ge n . F ü r d i e doppe l te
Wegs t recke e rg i bt s i ch dann
2s
=
n · ).
+ 6f
D i e Anza h l ganzer W e l l e n l ängen e r·hä l t man, i ndem man d i e g e s u ch t e
S t recke der Re i he n a c h von ve r s c h i edenen W e l l e n l än ge n du rch l aufen
l ä ß t , deren Modu l a t i onsfrequenzen s i c h von der e r s te n , sogenannten
Bezugsfre q ue n z um 1 0 o/o , 1 % u n d O , 1 % unte rsch e i den.
Um d i e sen
Vo rga n g z u ve ranscha u l i chen , sei an d i e s e r S te l l e e i n i n s t ruk t i ves
Be i s pi e l
von G . S T RASSER ( 9 ) a n g ef üh r t :
" Z u r Mess ung e i ne r Di s tanz s te h en e i n 1 0 m l anges Ma ßband m i t cm­
tei l ung und e i n 1 OOm l anges Ban d j e doch nur m i t 1 Orn-Te i l ung zur Ve r ­
fügung . E i n T rupp m i ß t d i e D i s tanz du rch Ane i nande r l egen des l Om
Ban de s , o hne l ange Ze i t m i t der Zäh l ung de r e i nze l ne n Ban d l a gen zu
ve r l i e re n und l i e s t a m S t re c k e nende auf der l e tzten Ban d l age die Me t e r
und Zen t i me t e r a b. Di ese r W e r t i s t i n d e r E l e k t ro n i k m i t dem Phasen­
w i n ke ! o de r der Phasenve rs c h i ebung zu ve rg l e i ch e n . M i t t l e rwe i l e h a t
de r Trupp m i t dem 1 O O m Ba n d e benfa 1 1 s geme s sen , da be i a u c h d i e An­
zah I der' La ge n ge z ä h l t und a m Endpunkt d,:; 1 S t recke l e d i g l i ch d i e vo l ­
l e n 1 0 m a bge l esen. Du rch S u mm a t i on d e r be i den Er ge bn i s s e e r h ä l t man
die S t re cke auf cm-Gena u i gke i t , W i l 1 man a uf d i e se We i se noch l änge r e
D i s ta nzen z . B. übe r 1 000 Me t e r me s s e n , müß ten noch w e i t e re l änge re
Ma ßbände r m i t en t sp re chend ,w o b e r Ma ße i n t e i l ung ve rwe n de t we rden . "
fi1
-
87
-
Dehn t man d i esen Ve rg l e i ch auf das Te l l u rome t e r MA 1 00 aus und fo r­
dern w i r vom E rgebn i s mm-Gena u i gke i t , so bedeut e t das , daß w i r noch
e i n Ma ßband, o d e r genauer ge sagt noch e i nen Ma ß s ta b von
1
m Länge ,
a l l e rd i ng s m i t M i I I i me te r-Te i l un g zur Ve rfügung haben müssen. Unte r
der Anna hme , da ß unt e r a l l en Bed i ngungen des S i gna l n i veaus e i ne P ha ­
-3
e rre i ch t we rden kann u n d wenn
senmessgenau i gke i t von ca , O , 5 x 1 0
für die Fe i na b l esung e i ne P räz i s ion von 1 mm ve r l an g t w i rd, so m u ß e i ne
vo l l e Drehung der Phase de r G röße von 1 cm e n t s p re chen . D i e F e i nmodu­
l a t i on m u ß demnach e i ne F requenz von e twa 1 50 MHz habe n , da d i e dop­
pe l te Weg l änge durch l a ufen w i rd. Für die Wa h l der Modu l a t i onsfrequen­
zen i s t a ufgrund der gewüns ch ten Ma ßs täbe das in Abbi l dung 2 darge­
s te l l te Schema ma ßgebend.
Wahl der Modulatl onsfrec:iucnzon:
Fr•quen:t (MHz)
Meßstab
(m)
G•naulgkelt
1 50
1
mm
u
10
cm
100
dm
1 000
m
10000
IO m
1, 5
o, 1 5
o, ou
Abb i l dung 2
Aufgrund e i ne r Empfe h l ung de r X I . G e n e ra l ve rs a mm l ung der I n te rna t i o­
na len Un i on für Geodä s i e und Geo p h ys i k i n To ronto wurde im Ja h re
1 9 57
= 299292, 5 km / sec
0
.:!:: 4km / sec empfo h l en. Obwoh l da du1 ch e i ne Ve r e i n he i t l i chung i m i n te r­
für den We rt der L i ch tgeschw i n d i gke i t i m Vakuum c
na t i ona l en Ve rmessungswe sen e rz i e l t we rde n kon n t e , ha t d i e E rfa hrung
geze i gt , da ß d i eser W e r t u.l l er Vo ra u s s i c h t nach noch e i ne r - wenn
auch ge r i ngen - Verbe s s e rung beda rf.
GENAUIGKEIT DER ELEKTROMAGNETISO-IEN ENTFERNUNG SMESSUNG
2•
-
c. t
c
MIV(WELL
Fortpftonzvngsgf!schw lndigkelt In
der Atmosphllt"e
Fortpf lanzungs.geschwindigkeit Im
Vakuum
1
für Lieht- u,
Mlkrowo l len
P•rmeeb l l ltHlakonstante der Luft
n
Brechungskoeffizient
"o
*o
dll • ( c0
öe
•
-
An
+
c11
1
-
c1n
-1
n
Olelektrfzltätskonstante der Luft
„
•
1119 192, 5
!. o, • km/sec
(IUGG
1 957)
. •
„ 1
Abb i l d ung
3
E i n e r G e na u i gke i tsbe t ra c htung de r e l ek t romagne t i sehen Entfe rnungs­
messung i s t der i n Abbi l dung
3
zusamme nges te l l te Fo rme l appara t zu­
g runde z u l e ge n . Da ra us re s u l t i e r t, daß s i ch e i n Fe h l e r in der Bes t i m­
mung des zum Ze i tpunkt der Mes sung i n der Atmosphäre herrs chenden
B rechungskoeff i z i e n ten vo l l a uf d i e S t reckenme ßgenaui gkc i t ausw i rk t .
Di esem Ums tan d w i rd be i der Un ters uchung übe r d i e Genaui gke i t, m i t d e r
d i e meteo ro l og i schen We rte zu e rm i t t l en s i n d , besondere Bedeutung zu­
kommen.
P HASENM ESSUNG
E i ne Ü be r s i cht übe r d i e i m Te l l u rome t e r MA
1 00
ve rwe n de ten F re q ue n­
zen i s t i n Abb i l dung 4 da rge s te l l t . Be i de ra rt ho hen F requenzen i s t
e s a u ße ro rde n t l i ch schw i e r i g , genaue Phasenme s su ngen du rchzuführen,
wesha l b man m i t H i l fe e i ne r Ü be r l age rungsfrequenz e i ne P ro be des a us ­
gehenden S i gna l s u n d da s empfangene S i gna l i n zwe i Ve rg l e i chsfrequen­
zen von
10
KHz umwande 1 t .
-8 9 -
Verwendete P"requenzen (gerundet)
Schalterstel lung
,..
Ra•t•N'requo z
( KHz 1
B•ZU!J5 frequenz
( KHz )
Differenz
( KH:d
FR f - F
n
"
Maßstab
(ml
'74 0 1 8
"" 028
74 938
140 855
1
59 942
59 932
14 986
10
"'"' " 100
73 1129
73 4 1 0
1 499
1 00
m
74 778
74 TM
150
1000
m >< 1 0
14 912
1 4 902
15
1 0000
"'"'
14 928
"'"' " 1 0
<-1
Abbi l dung 4
Be i m MA 1 00 w i e auch be i a l l e n andere n Te l l u ro me te rmode l l e n we rden
a u ße rdem d i e s e Freque nzen aus ve rs c h i e denen G r ünden n i ch t di rekt e i n­
ges e t z t , sondern d i e entspreche n den Ma ß s t äbe du rch D i fferenzbi l dung
von P ha s enun te rschi eden e r ha l ten. Di e s e r Vorgang hat den Vo rte i l , da ß
d i ese Diffe renzen fre i von Nu l l punk tsfe h l e rn und k l e i ne ren Phasendefek­
ten s i nd. D i e Fe i na b l e s ung se l bs t , d i e d i e w i c h t i g s t e be i de r Bes ti mmung
der Laufze i t i s t , i s t d i esen E i nf l ü s sen zunächs t noc h unterwo rfen. Aus
d i esem G runde w i rd e i ne a l s " Bezugsmo du l a t i o n " beze i chnete nega t i ve
Modu l a t i on ei ngef ü h r t . Di es e rre i ch t man durch Ve rschi ebung des Übe r­
l agerungs s i gna l s von l O KHz unterha l b a uf l OKHz obe rha l b de r Fe i nmo­
du l a t i on. Dadu rch bew i rkt ma n e i ne Ri c h t ungsumkeh rung de r s i ch aus
de r Laufs t recke ergebe nden Phas e nve rs c h i e b ung und der Unte rsch i e d
zw i schen den be i de n Modu l a ti onen e rgi b t d i e F requenz von 1 50 MHz. D i e ­
s e r D i ffe renza b l e s ung haften d i ej en i ge n Fe h l er , d i e s i ch a u s ge r ä tebe­
di n g t en Ve rzöger ungen de r Ve rg l e i chsfre q uenz e rgeben, n i ch t me hr an,
vo ra usges e t z t , da ß d i e se F requenz kons ta n t ge ha 1 ten we rden kann.
Fe rne r kann auch d i e Phase e i ne r de r Ve rg l e i chsfrequenzs i gna l e um­
geke h t" t
we rden. Du rch Mi tte l ung de r D i ffe renza b l e sunge n , di e s i ch a us
- '.jU-
dem Vo rwärts- und Umke hrphasenzus ta nd e rge ben , l a s sen_ s i ch d i e ge­
r ingen P h a senve runre i n i gungen beheben, di e auf une rwünschte Koppe­
l ung der N i e de rfrequenzka nä l e zu rückzuführen s i nd.
D i e Ras terfrequenzen werden durch e i nen K r i st a l los z i l l a tor erzeugt ,
-6
e r re i ­
des sen Qua rzkr i s ta l l e e i ne F requenzgena u i gke i t von e twa 1 . 1 0
chen. E i n He i zofen , der du rch e i nen Thermo s t a t kon t ro l l i er t w i r•d, be­
w i rk t e i ne Kons tanz der Arbe i ts te mpe ra t ur von
7S0c
+
o, s0 •
D i e P hasenme s s un g se l bs t. e rfo l gt d i g i ta l . D i e en tsp rechen den Nu l l ­
durchgänge der Ve rg l e i c hs f re q uenzs i gna l e d i enen zur Fes tse tzung e i ne r
Ze i tme ssperi o de , w ä h re n d de r d i e von ei nem Ze i tgebe ro s z i 1 l a to r a usge­
henden I mpu l se e l e k t ro n i s c h gezäh l t we r de n . Die Anza h l de r gezäh l ten
I mpu l se i s t e i n Ma ß für den P h a s enun te rsch i e d zw i schen den bei den S i g­
na l e n . Di e übe r e i ne e i nz i ge Zäh l pe r i ode e rha l tene Zäh l ung kann j e doch
aufgrund des Rauschens i m S y s t e m be t räch t l i che S t re uu ngen aufw e i sen.
E i nen gena uen M i t t e l w e r t e rhäl t man , wenn man e i n l n te rva l 1 von e tw a
3 Sekunden a bwa r t e t . Di ese r P hasenw e r t ersche i nt dan n auf e i ne r vi e r­
s t e l l i gen N i x i e- J=3öhren-Anze i ge .
Oi e Ge rätee l ek t ro n i k füh r t a l l e rd i ngs e i ne w e i te re Phasenve rsch i e ­
bung unbekannter G röße e i n . U m zu ve rhi ndern, da ß k l e i ne Änderungen
d i eser l e tz ten Phasenve rs c h i ebung d i e Gena u i gke i t der Messung ungün­
s t i g bee i nfl ussen, w i rd e i n i n te rnes Bezugs s ys tem ve rwende t. Nach
Auswe i s der exte rnen P ha se w i rd vo r de r Se nde d i ode e i n o p t i s cher
Scha l te r be t ä t i g t , der die S t ra h l ung zum Ref l ek to r h i n b lock i e r t und
da be i e i nen ge r i ngen Te i l en t l an g e i nem fes t ge l egten Weg, dem sogenann­
ten L i ch t l e i ter , zu r Empfa ng s d i o de s ch i ck t . D i e s e " i n te rn •t gemessene
Phase n d i ffe renz w i rd be i j e d e r F requenzs cha l tung a u toma t i s ch von der
übe r den ganzen Weg gemes senen abge zogen. Da di ese E l ek t roni kphasen­
ve rsch i e bung be i de n P ha senmess unge n anhaftet, vers chw i ndet s i e durch
Subt1 a k t i o n und es b l e i bt di e P hasen d i ffe renz, d i e genau p ropo r t i ona l
zur Weg l nn ge i s t .
-9 1-
Abb i l dung
5
Abbi l dung 6
AUF BAU DES GE RÄ TES
I m Haup tge hä use befi nden s i ch di e be re i ts bes p rochenen Sende- und
Empfangs e i n r i c htungen z u s a mmen m i t de r Empfangse l e k t ro n i k . D i e s es
Gehäuse i s t i n e i ne m Joc h ü be r dem G e räteka s ten befe s t i g t , der den
Res t der E l e k t roni k und d i e Anze i gen m i t den Bed i enungss cha l te rn e n t ­
hä l t .
D i e Ve r t i ka l k l e mme m i t dem dazuge h ö r i gen F e i n t r i e b i s t e i n Be­
s tandte i l des Jochs , w äh re n d d i e Schrauben für die Ho r i zonta l bewegung
des I n s t ruments s i ch unt e r dem Ge rätekas ten bef i n den. Auf dem Haupt­
gehäuse i s t e i n Z i e l fe rn ro h r angebrach t, we l ches bi s auf 7-fache Ve r­
g r öße rung e i ng e s te l l t we rden kann. ( Abbi l dung 5)
E i ne n schema t i s chen Que rschn i t t dL1rch das Ha up tge häuse s te l l t
Ab­
bi 1 dung 7 dar.
Spiegel (rDckseltlg versl lbertl
aiptlsch r
Spl
pPTiSCHES SYST!iM
QES MA 100
(achemal lach)
--
--
-­
,,..
,,.. -- ­
...... --
__
,,.,,.
,,,,, ,.,.........
Schalter
el (vorderaoltlg vors ltborl)
JI
-­
--
Llchllelter
Pholo -Dlodlt
GoAa - Oiod<t
Abbi l dung 7
I m B rennpunk t e i ne s ve rka n te ten L i nsen-Sp i ege l s ys tems befi nde t s i.ch
d i e Empfangspho tod i ode , Nach der Ref l ex i on am Endpunkt der S t re cke
-93 -
w i rd e i n Te i 1 der S t ra h l ung i m Empfänge r a ufgefangen und a uf d i e s e
D i o de fokus s i e r t . S i e rea g i e rt nun a uf d i e G ruppenmodu l a t ion d e s em­
pfangene n Si gna l s , dessen Pha s e re l a t i v zur Sendemodu l a t ion um e i ne n
d e r W e g l änge p ropo rt i ona l en Bet rag ve rschoben i s t. Koaxi a l m i t d i esem
Empfangs s ystem s i nd d i e Sende d i ode, i h r Modu l a to r und d i e Sende l i nse
ve rbunden. De r op t i s che Sch a l t e r g i b t in der unteren Ste l l ung den Weg
zum Refl ektor h i n f re i . Nach Mes sung de r exte rnen P hase bewe g t er
s i ch nach oben, b lo ck i e r t dadurch den Weg zum Ref l ek t o r und s ch i ckt
e i ne n Te i l de r S t rah l ung übe r den L i ch t l e i te r zur Empfangspho to d i o de
z u r Messung der i n te rnen Phase .
Be i m MA 1 00 d i e n t a l s S t ra h l ungsque l l e e i ne Ga l l i um-Arseni ddiode,
de ren a usges ende t e S t ra h l ung mi t e i ne r W e l l en l änge von O, 9 3
i n den
i nneren I nfra ro t be re i ch f ä l l t. D i es e r T yp von S t ra h l ungsque l l e e i gn e t
s i ch s e h r g u t , d a di e emi t t i e rte St rah l un g i n derse l ben I n tens i t ä t be i
hohen F requenzen modu l i e r t we rden kann, i ndem man den S t ro m i n der
m i t Vo rwä r ts spannung be l a s t e t en D i o de di r e k t mo du l i e ren kann. D i e
Ausgangs s t ra h l un g w i rd m i t te l s e i nes Dre i - E l emen t - L i ns e n s ys tems ko l ­
l i m i e r t , wodurch e i ne S t rah l brei te von e tw a 1 5 1 e rre i ch t w i rd.
Das Gerät ha t e i nen Durchsch n i t t s s t romve rbra uc h von 1 , 3 A, die es
von e i ne r 1 2V Ba t t e r i e e rhä l t. D i es e r Ve rbrauch kann bi s zu 2 , 5 A an­
s t e i gen, was vo r a l l em i n de r Anhe i zpe r i o de de r Fa l l se i n w i rd .
MESSVORGANG
Soba l d man am Beobachtungso r t an l ge l a n g t i s t , mu ß das G e rä t sofo r t
an d i e Ba t t e r i e a nge s ch l ossen we r den , da d i e Anhe i zzei t ,
be i ts t e mp e r a tu r de r Qua rzk r i s ta l
lc
b i s d i e Ar­
e r re i ch t i s t e twa 1 0- 1 5 Mi nuten
'
da ue r t . Nu r dann kann e i ne Messung m i t de r vo l l en
zu
e rw a rtende n G e ­
na u i gkc i t du rchgefü h r t we rden. D a s G e r ä t ka nn m i t g e e i gne ten Ada p t e rn
sowo h l a uf W I L D - Ze n t r i e r vo r r i c h t ungen m i t op t i schem Lo t , w i e a uch
auf KE RN- '"3 ta t i ve m i t Kuge l kopf a uf 3e s e t z t we rden. Das Gew i ch t des
Ge rätes von e twa 1 7 kg kann a l l e r d i ngs bei m Aufse tze n , vo r a l l ern be i
h öhe ren Sta t i v- o de r Pfe i l e r s te l l ungen, e i n i ge Mühe ve 1 ursachen . Da­
nach muß na t ü r l i ch Zen t r i e rung und Ho r i zont i e rung neue r l i ch übe rprüft
we rde n . Ans c h i i e ßend w i rd da s G e r ä t m i t Hi l fe des Te l e skops und der
Ho r i zo n ta l - und Ve r t i ka l k l e mmen a uf den Ref l e k to r a usge r i ch t e t .
Das Scha l tpu l t des G e rä te s m i t den e i nze l nen Bed i enungs- u n d An ­
z e i gee i n ri ch tungen i s t i n Abb i l dung 6 da rge s te l l t . Auf der l i nken Se i te
befi nd e t s i c h de r Scha l te r f ü r d i e E i n s te l l ung de r Ras t e rfre quenzen m i t
den e n t s p rechenden Ma ßs tabs beze i chnungen, daneben de r Mon i to rs cha l ­
te r m i t de r Angabe se i n e r e i nze l nen F un k t i onen . Darübe r l i e g t das An­
ze i gefe l d des Amp e reme t e r s . D e r Stecke r m i' t de r Aufs c h r i f t 11 DATA­
OUTP U T " d i en t z u r a l l fä l 1 i ge n Entnahme de r Me s swe r te de r D i g i ta l an­
ze i ge und deren d i rek t e r Ü be rfüh rung in Fo rm von B i nä rcode-Da ten i n
e i nen S t re i fe n l oche r , Rech ts oben sch l i eß l i c h di e D i g i ta l anze i ge se l bs t.
F ü r den e i gen t l i chen Me ßvo rgang s i nd e i n i ge Man i pu l a t i onen durchzu­
füh re n , we l che i m fo l genden d e r Re i he nach bes c h r i eben we rden so l l en .
1)
Mon i torscha l te r a uf 1 1 BATTEF�Y"
H i e be i kann d i e Stä rke der Bat te r i e übe rp rüft we rden . De r Ze i ge r
des Amp 0 reme t e rs so l l te i n d i e s e m Fa l l auf 80 (2:_ 1 0 ) s te he n .
2)
M o n i to rscha 1 te r a uf 1 1 0VEN11
E i ne Anze i ge a uf de m Amp e reme t e r i s t h i e r von wen i g Bedeutung,
da d i ese r Seha l te rpos i t ion nur e i ne " E i n 1 1 - bzw. 1 1 Aus 1 1 -Funkt io n
zuko m m t .
3)
Mon i torscha l te r a uf 1 1 EXTERNAL "
M i t H i l fe des Aus sch l a ges a uf dem Mon i to r kann h i e r da s G e r ä t
a ufgrund des m ax i ma l e n Aus s c h l ages noch ge na u e r a uf den Ref l ek­
to r h i n ausge r i c h t e t we rden,
Bei
e i ne r Anze i g e übe r 8 0 m ü ß te
Oberp rüft werden, o b ke i ne zu s ta rke Ref l e x i on s ta t tf i n de t .
1.1-)
Mon i to rs c ha l te r a uf " I NTE RNAl_ "
I n d i es e r
Po s i t i o n
so l l te
se i n.
wir
Phase des
E. s
'
c
l die
e i n W c' r' t zw i s chen
50
-3i �]nn l s a u f der
u n cJ
70
i n tc 1 n c r'1
a b zu l e s e n
L:k: z u gs s t rc k­-
-9 5 -
ke gemessen. Ha t da s Gerät se i ne Arbe i ts tempe ra t u r e rre i ch t , dür­
fen a ufe i nanderfo l gende Phasenanz e i gen n i ch t mehr a l s 1 mm d i ffe­
r i e ren.
5)
F requenzscha l te r a uf " REFERENC E 1 1
6)
Mon i torscha l te r a uf 1 1AUTOMATI C 11
Nach 3 Sekunden w i rd kurz d i e exte rn e P hase angeze i g t und nach
wei te ren 3· Sekunden d i e i nte rne P hase . Di eser We r t braucht n i cht
no t i e rt zu we rde n , kann aber a l s wertvo l l e Kon t ro l l e d i enen, da d i e
s p ä t e r a us gew i e sene F e i na b l esung fas t doppe l t s o g ro ß se i n so l I t e .
7)
Der Re i he nach dreht ma n den F requenzscha l te r auf d i e e i nze l nen
Ma ßs tabss te l l unge n , wa rte t d i e externe und die i n te rn e P hasen.m es­
sung ab und not i e r t nach S t i l l s ta n d der Anze i ge den ausgew i ese nen
Phasenw e r t . Be i de r mm-Anze i ge p ro t o ko l l i e r t man s ä m t l i che 4
Z i ffe rn, be i a l l e n a nde ren s i n d n u r d i e e r s te n zwe i von Bedeu t ung.
I s t ma n be i " REFE RENCE REVE RS E " ange l an g t , w i rd e i ne P hasen­
umke h r ausge l ös t und die j e t z t i ge mm-Ab l es u ng w i rd m i t de r zue rs t
e rha 1 tenen gem i t te 1 t . Oie Daue r e i ne r de ra r t i ge n Messung be t rägt
ungefä h r 3 - 4 M i n u ten. Neben dem a u to ma t i s chen Me ßvo rgang i s t
a uch e i n manue l l e r m ög l i ch, de r a be r e i ne n wesen t l i ch h öh e ren Ar­
be i ts- und Ze i ta ufwand e rfo rde r t , da d i e exte rnen und i n te rnen
Phasenanze i ge n g e t rennt anges p ro chen u n d p ro toko l l i e r t we rde n
müssen.
Di e Anzah l der zu ve rwendenden P r i s me n re f l e k t o ren hängt i m wesen t ­
1 i c ti en
von d e r z u messenden En tfe rnung a b , Es ge l ten fo l ge nde Richt­
we rte:
Bis zu e i ne r Entfe rnung von
600 m
1 Ref l e k to r
1 000 m
3 Ref l ek t o re n
1 50 0 m
9 Ref l e k to re n
2000 m
1 2 Ref l ek to ren
Be i Entfe rnungen unte r 1 00 m kann es vo rkommen, da ß das zurückkeh­
rende S i gna l zu s ta rk i s t. Man kann dem a bhe l fen
'
i n dem man den
Öffnungsw i nke l des I ns t rume nt e s ode r des Ref l e k to rs durch Abdecken
ve rk l e i ne r t oder ü be rha u p t nur e i ne n e i nfa chen Rücks t ra h l e r wi e z. B.
Ka tzenauge oder " Sco tch l i te 1 1 -Ma te r i a l verwendet.
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Abbi l dung 8
Abb i l dung 8 ze i gt d i e ve r.k l e i ne rte Darste l lung e i ne s Fe l dp ro to ko l l s für
Sei tenm e s sungen m i t dem MA 1 00.
NULLPUNKTSKORRE K TU R
D i e ge messene s ch räge En tfernung m u ß zunächs t wegen d e r Abwe i ­
chung der geome t r i schen von den o p t i s cher) bzw. e l e k t ro n i s chen Zen t re n
b e i Ref l ekto r und G e r ä t ve r be s s e r t we rden. Di ese Nu l l punk t s be s t i mmung
kann entwede r an Hand von S t recken bekan n te r Länge e rfo l gen , o de r da ­
durch, da ß man e i ne S trecke meh rma l s u n te r te i l t und d iese Te i l g rößen
in verschi edenen Kom b i na t ionen m i ß t . G e rade du rch d i e sen l e t zten Mess­
vo rgang w i rd e s m ög l i ch s e i n , d i ese Kons tan te, · d i e in de r G r·ößeno rd­
nung von u n t e r
dm 1 i e g t , m i t e i ne m m i t t l e ren Fe h l e r von ca + 1 m m zu
be s t i mmen. Es da rf j e do ch n i cht ve rgessen w erden, da ß s i ch e i ne Nu l 1 punk tsbe s t i rnmung n u r a uf e i ne bes t i mm t e G e r ä t e - Re f l e k to rkornb i na t i o n
bezi ehen ka nn
und
be i Ve r'we ndung von mehre ren Ref l e ktoren fü r j e de n
gesonde r t zu e rfo l gen h a t .
-
97
-
G ENAU I G KE I T UND ME TEOROLOG I SCHE E I NFL Ü SSE
Das Te l l u rome te r MA 1 00 bes i tz t e i ne Auf l ösung von O , 1 mm und l au t
-6
We rksangabe e i ne Gena u i gke i t von ± 1 , 5 m m ± 2 . 1 0
D.
•
E rwa r t e t ma n e i ne Genau i gke i t i n d i es e r G rößeno rdnung, so i s t es
se l bs t ve r s t än d l i ch, da ß zunäch s t Zen t r i e rung und Hor i zon t i e rung m i t
g r öß t m ög l i che r So rgfa l t zu e rfo l ge n haben. W ä h rend das e 1'"' s te G l i e d bei
Entfe rnungen b i s 200 0 m ± 5 mm e rre i chen kann, w i rd die zwe i te G röße
vo rnehm l i ch vom Zus tand der Atmosphäre und von de r Genaui gke i t, m i t
de r de r he r rs chende B rech ungskoeffi z i en t be s t i mm t w e r den kann, ab­
häng i g se i n .
W ie bere i ts e rw ähnt , l i egt e i n e r Gena u i gke i t s be t rachtung der e lek t ro­
magn e t i s chen S t reckenmes s ung der Ausd r u ck ds
=
dn, s zug r unde. Das
h e i ß t , e i n Feh l e r i n de r Bes t i mmung des B rechungskoeffi z i en ten w i rkt
s i ch in derse l ben G röße m i t umgeke h r te n Vo rze i chen i n de r Länge a us .
E i ne Zusa mmens t e l l ung der Fo rme l n z u r Bes t i mmung des B re ch ungsko­
eff i z i enten zei g t Abb i 1 dung 9,
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1
DES
•
SRECH.JNGSKOEFF I Z I ENTEN
Gruppenbrechungskoeffizient
bei Norma letflmosphäre
BARREL u.
WellenUlnge In
SEARS
•
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herrac:h•nder er.chungskoofffzlent
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•
Part le ldruck des Wass erdampfes
Temperatur
In
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In Torr
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SAtt lgung dampfdruck bei der
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Psychrometerkons tanle
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Abb i l dung
•
TETENS
9
Temp„ des feuchten Thermomt!ters
Temperatur des feuchten
Thermome ters
( "' 6, 62• 1 0-4)
De r B re chungsi ndex i s t u n te r a n de re m a uch von de r We l l en l änge a b­
häng i g und kann nach den Fo rme l n von BARREL und SEARS fü r L i ch t­
we l l en be rechnet w e r den. Wäh re n d d i e ers te Fo rme l s t reng n u r für e i n e
No rma l a tmosphäre be i o 0 c , 760 To rr und 0 1 03 % co -Geha l t d e r Luft
2
g i l t, e rfo l gt de r Übergang a uf d i e herrschende Atmosphäre nach dem
da run t e r s teh enden Aus d ruck. Der Pa r t i a l druck des Wasse rdampfes
.
kann a u s Ps ychrom e te rme s s ungen m i t Hi l fe de r Fo rme l von SP RUNG
e rm i t te l t we rden. De r Sät t i gungsdampfdruck sch l i e ß l i ch w i rd i m a l l ge ­
mei nen n a c h d e r Fo r me l von MAG N US- TETENS berechne t, kann a be r
a uch a us Tafe l n , z. B. j enen des Re i chsamtes für We t te rd i e n s t ode r
denen des
VI .
Bandes des Handbuche s für Verme ss ungskunde entnommen
we rden.
Es i n te re s s i er t nun d i e Frage, w ie genau d i e e i nze l nen meteoro l ogi ­
schen M e ßw e r te e rm i t te l t w e rden müs sen, u m z. B. e i ne Gena u i gke i t des
-6
bzw. e i ne n re l a t i ven Feh l e r der En tfe rnung
Brechun g s i n dex von 1 . 1 o
von 1 mm/km z u gew ä hr l e i s te n .
Für d e n spezi e l l en Fa l l des M A 1 00 m i t der T r äge rwe l l e von
A. = 0 , 9 31'"
e rhä l t man durch D i ffe re n t i a t i on de r oben angefüh r ten Fo rme l n nach­
!::..
s t e hende Mi t te ! we rte für
n. (Abbi 1 dung 1 0 )
GENAUIGKEI TSUNTER SUCHUNG
( Mlltelwerle von A n
" 20°c und
„ 680 mm Hg )
fQr o0c " 1
'1410 mm !: p
A
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A
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1 Torr
±.1
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Torr
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filr A n
• :t. 1 • 1 0 -41
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+ 20 Torr
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± s
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;t. 2
Torr
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Abb i 1 dung
10
•
1 0 -e
-99-
W i r sehen a l so, da ß der E i nf l uß e i nes Feh l e r s bei der Mes sung de r
Tempe ra t u r e twa 2, 5 ma l so gro ß i s t, w i e be i der Druckmessung. E i n
Feh l e r i n d e r Be s t i m mung des Wasse rdampfdruckes w i rk t s i ch h i e r, i m
Gegensatz z u G e räten, we l che M i k rowe l l en ve rwenden, fa s t ve rnach l äs­
s i gba r ge ri ng aus. Obwohl i n der Gebrauchsanw e i sung zum MA 1 00 d i e
Mes s ung de r Feuch t te mpe ra tu r di rek t ve r l angt w i rd, sche i n t di e Erm i tt­
l ung de r re l a t i ve n Luftfeuch t i gke i t m i t te l s Ha a r h yg rome ter e benso z i e l ­
führend z u se i n , da be i de r Bes ti mmung des Dampfdruckes m i t te l s
H yg ro me te r de r Feh l e r i n e , t rotz de r z u e rwa rtenden Uns i cherhe i t
gegenübe r Psychrome terme s s unge n , kaum 5 Tor r übe rste i gen dürfte.
Auße r de m e rg i b t s i ch aus de r Hyg rome t e rfo rme l be i e i ne r a ngenommenen
re la t i ven Luftfeuch t i gke i t von 50 % und e i n e r ange no mmenen Uns i ch e r­
hei t von ebenfa l l s 50 % be i e i ne r M i t te l te mpera t u r von 1 s0c e i n Feh l e r
-6
i m Brechungskoeff i z i enten m i t nur 0 , 4 . 1 0 , w a s i n di esem Fa l l d i e
Ve rwendung von Hyg rome te rn e benso n i ch t a us s ch l i e ßt.
TES TMESSUNG
I m He rbst 1 97 1 wurde vom I ns t i t u t fü r Al ! ge me in e G eodäs i e i n Zusam­
mena rbe i t m i t der Ve rmess ungsa bte i l ung der Ös terrei ch i schen Donau­
k raftwe rke AG e i ne Kon t ro l l messung i m l o ka l en T r i ang u l i e rungsnetz
des Kraftwe rkes ASCHACH durchgeführt. (Abb i 1 dung 1 1 )
A l l e 9 Ne tzpunkte wa ren durch Messungspfe i l er ve rma rkt, was s i cher­
l i c h zur S t e i ge rung de r Gena u i gke i t gefü h r t ha t. Die 1 8 Ne tzse i ten m i t
e i n e r Durchschn i t ts l änge von e twa 1 k m wurden fa s t durchge hend be i d­
se i t i g beobachte t und d i e Fe i na b l e s ungen be i jeder Messung mehrfach
durchgefü h r t , um k l e i ne re Geräte ungena u i gk e i ten a uszuscha l ten.
Di e
E rm i t t l ung d e r m e te o ro l o g i s chen Da ten e rfo l gte i n den Endpunkten je­
der S t re cke m i t Hi l fe von Asp i ra t i onspsychrom e te rn und Anero i dba ro­
me t e rn. Es w u rden a u ße rdem P r i smen ref l ek to re n de r F i rma W I L D so­
w ie AG A
-
G e o d i m e t e r s p i eg e l
ve rwende t , de re n Nu l l punk tskons tan ten
vo rhe r durch um f a n gre i c h e Mes sungen be i den Ha uptübungen bes t i mm t
KRAFTWERK ASCHACH
Tellurome termoasvngen MA 1 00}
0
0
100
200
300
400
500
"'
---­
ehema lige Bosls
Abb i l dung 1 1
worden s i nd. Die Ba t t e r i e zei g te na c h e twa v i e re i nha l b Stun den M e ßze i t
e rs te Schwäche e rsche i nungen, was be i dem re l a t i v hohen S t 1 omve r­
brauch zwa r n i ch t ve rwunde r l i ch i s t , a be r be i umfang re i chen Me s s un­
gen d i e M i tnahme von zwe i vo l l a ufge l a denen Ba t te r i en empf i e h l t .
Abb i l dung 1 2 ze i g t e i ne G e ge nübe r s t e l l ung de r Me ße rgebn i ss e m i t
den a u s l oka l en Koo rdi na ten ge r echn e t e n Se i te n e i ne r s e i t s und den E r­
gebn i s se n e i ne r Geodi me t e rme s s ung mi t dem AGA 6 a u s dem Jah:-- e i 9 6 5
ande re rse i ts .
Un. ter de r Anna hme , da ß di e Me s sungen de r e hema l i gen Ba s i s m i t
Hi l fe von Bas i s l a t te n e rfo l g te und ma n dabe i e i ne n m i t t l e re n Feh l e r d e r
Bas i s von e twa ±. 2mm vo raus se t z t ,
s o könn te ma n d e n o ben angefüh r­
ten St re ckenverg l ei ch zw i s chen den Se i ten a us l<oo rdi na ten und den
Mes s ungen m i t dem MA 1 00 in s e i nen e i nze l nen D i ffe renzen a l s homogen
-
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+
1
-10
1415,826
+11
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Abb i 1 dung 1 2
und p laus i be l beze ichnen. Man s i eh t , daß da s M i t t e l d i es e r D i ffer enzen
ungefä h r be i m 6-fachen des angenommenen m i t t l er en Bas isfe h l er s l ieg t ,
wäh rend auch d i e N e t zve rgröße rung e t wa dem 6-fach en der Bas i s ent­
spr i c h t .
Von den 1 8 D i fferenzen h aben 1 7 das s e l be Vor ze i ch en , was
ebenfa l l s auf e ine Maßs tabs d i fferen z sch l i e ßen l ä ßt. D ie wen igen S e i ten ,
di e mi t dem G eodi meter g emessen w u r den , l as s en woh l ke i nen konk reten
Verg l e i ch zu , es l ä ßt s ic h aber ber e i ts h i e r fes ts t e l l en , da ß s i ch be i
e iner G eo d i metermessung n icht j en e Homogen i tä t wi e b e i m MA 1 00 e r­
g i b t , was auch s i che r l i ch n ich t erwartet w e r den darf.
Der Vermessungsabte i l ung der Ö s t er re ich i sc h en Donaukraftwerke AG
danke i c h h e rz l i c h für di e Zu rverfügung s t e l l un g der Unter l agen über d i e
T r i angu l i e rungsarbe i ten.
L I TERATURVERZE I CHN I S
(1)
MA 1 00 - OPERATOR' S MANUAL
(2)
H Ö LSCHER H. D. : Ein e l ekt roop t i sches Kurzre ich we i t en - meßsys­
tem für hochprä z i s e Entfernungs bes t i mmungen ,
N a t i ona l I ns t i tute for Te l ecommu n i ca t i ons
Research
( 3)
D E I CHL K . :
(4)
JORDAN - EGG ERT - KN E I SS L : Han dbuch der Vermessungskunde ,
B a n d V I , Stuttgart 1 966
(5)
(6)
KAROLUS A. :
Me t h o den zur B est i mmung des m i tt l eren B re ­
c h ung s i n dex für d i e e l ek t romagnet i sche Entfe r ­
nung s me s s ung ,
DGK Re i h e C , Heft N r . 1 39 , München 1 969
D i e phys i ka l i s ch en G rundl agen der e l ek troop t i ­
sehen En tfernungsmessung ,
B a y r . Aka dem i e der W i s s enschaften / ma thema­
t i s ch - natur w i s s enschaft l i che K l as s e , Heft 9 2 ,
München 1 958
MECKENSTOCK H. J. : Un tersuchung übe r die Feh l er e i nf l üs s e un d
Redukt i onen b e i der e l ek t r i schen Entfernungs ­
mess ung für g eodä t i sche Zwecke ,
Veröffent l ichung des Geodä t i schen I ns t i tu t s der
Techn i schen Hochsch u l e Aachen , N r . 6 , Aachen
1 963
(7) M I TTER J. :
Über d i e B es t i mmba rke i t der Ausbre i tungsg e ­
s c h w in d igke i t de r Träg erwe l l en be i e l ektron i ­
sehen Entternungsmessungen ,
AVN 1 96 2 , Heft 5
(8)
M I TTER J . :
(9)
Das meteoro l og i sche P rob l em der e l e kt r i schen
Entfer nungsmessung ,
Ac ta Techn ica Hung. , N r. Li7, B u dapest 1 964
STRASS ER G . :
Der Infrarot - D i stanzmess e r
AVN 1 96 9 , Heft 2
Vv1 1 d
Di stomat DI 1 O,
Geow i s s . M i tt. 1
1 97 3, 1 0 3 - 1 24
NETZPLANTECHNI K
von
H.
Egger
( Vo r t rag geha 1 ten a m 1 5. März 1 97 2
i m Ra hmen d e s Ko l l oqu i um s de r Ass i s tenten
der S t udi enri c h t ung Verme s s ungswese
Di p l . - I ng . He rbe r t Egge r, Hochschu l a s s i stent am l n s t i tut für
A l l gemei ne Geodä s i e der Te chn i s chen Hochschu l e in W i en
1 040, Gu ßhaus s t ra ße 27 - 29
- 1 V 'f ­
ZUSAMM ENFASSU NG
E i n l e i tend w i rd d i e ges c h i ch t l i che Entw i ck l ung der Ne tzp l a ntechn i k
besch r i e ben. Ans e h t i e ßend fo l g t e i ne Be t rachtung der de rzei t ge­
b räuc h l i c he n Methoden: Me t ho de des K r i t i schen Wege s , Me t rapo tent i a l ­
me t hode und P rogra m Eva l ua t ion and Rev i ew Tech n i q u e , Neben den
ma thema t i s chen G rund l agen und den Ana l o g i e n z u r Ausg l e i chs rechnung
we rden d i e verschi edene n Arten von Puffe rze i ten und i hre Be re chnung
e rk l ä r t.
Zwe i durchge rechnete Be i sp i e l e sow ie e i ne k r i t i sche Be t rach tung
de r Ve rwendung von Ne tzp l änen in der Geodä s i e e r l ä u te rn d i e P ro b l em­
s te l l ung der Ne tzp l a ntechni k n ä he r.
- 1
v :;i -
W a s ve r s t e h t m a n unte r Net zp l ante chn i k ? M a n s i eh t i n i hr e i n H i l fs­
m i tte l für d i e P ro b l emana l yse , d i e P l anung, Koo rd i n i e rung und Abl a uf­
ü be rwachung te i l w e i se komp l i zi er t e r ze i t- u n d kapazi tätsabhän g i ge r
P roj e k te . Dabe i f i nden E rkenn tn i sse der Mathema t i k, w i e d i e G ra phen­
theo r i e und d i e W ah rs c he i n l i chke i ts l e h re re i ch l i ch Anwendung. I n vie­
l en F ä l l e n , a bhäng i g von der P rojektgröße und den z u r Ve rfü gung ste­
hende n Rec henh i l fsm i t te l , macht man s i ch a u ch di e e l e k t ro n i sche Da ten­
ve ra rbei tung zunutze .
D i e Netzp l an te ch n i k ha t s i ch i n ve rhä l tn i s m ä ß i g wen i gen Jahren i n e t­
l i chen Anwendungsbere i chen , u n te r ande rem i n der Bauw i r t s c haft und
i m Mas c h i nenbauwesen be i der Entw i ck l ung und Ausführung bes tens be­
währt und e robe r t s tändig neue G e b i e te.
In de r Arbe i tso rgan i sa t i on gehen d i e Ve rsuche de r güns t i g s ten P l a.:..
nung a uf d i e von TAYLOR und G ANTT zu Anfang des 20. Jah r h underts
durchgefüh rten Arbe i ten zurück. Der Abl a uf e i ne r Arbe i t w i rd a uch
heute noch oft in sogenannten GANTT- Diagrammen darge s te l l t, d i e be i
uns u n te r den Bez e i chnungen Ba l kendi agra mme oder Ba l keng raph i ken
bekannt s i nd. So l che Dar s te l l u n ge n e i nes Arbe i tsa b l aufe s s i nd meh r
oder weni ge r s ta rk verei nfach te Mode l l e e i ne s rea l ve r l aufenden P ro­
zesses über e i ne r Ze i tachse, a l so e i n Ze i tp l an g le i c h e i nem g raph i s chen
Fahrp l an der E i s e nba hn, W i e e i n GANTT-Di agramm für d i e He rs te l l ung
e i nes Lage- und H öhenp l anes a u s s i e h t , habe i ch an e i ne m k l e i nen Be i ­
s p i e l da rge s t e l 1 t. I n der Abb i l dung be t ra ch ten w i r d i e Arbe i tsabsä;n i t te
Bege hung (A) , P o l ygonzugsme ssung (B) , De ta i l aufnahme (Cj , d i e Be rech­
n ungen ( D und E ) h i ezu, das Ka r t i e ren {F ) und Ma t r i z.i eren (G ) .
E i n unse rem Fachbe re i ch Fremder wi rd m i t der. Arbe i tsgängen ohne
Angabe der zw i s chen d i esen bes te henden / bhängigke i ten k e i ne G raph i ­
ken e r s t e l l en k önnen. Dem G eodä ten w i rd es s i cher k e i ne r l e i Schw i e r i g­
k ei t be re i ten.
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Al s Zei te i nhei t habe i ch e i ne n Tag gewäh l t. Di e G röße des P rojektes
und die ·e inze l ne n Arbe i tsgänge s i nd wie be i a l l en Be i sp i e l en , d i e i ch
noc h ze i gen w e rde, a p ri o r i gegebe n und n i c h t Gege n s ta n d e i ne r D i s ­
kuss ion durch den Ne tzp l a n ve rfa s s e r . D i eses GANTT- Di agra m m i s t
du rch s e i ne geo m e t r i s c he n
da he r a u ch
in
der
D a r s t e l l ung e n seh r anschau l i ch und ha t s i ch
P raxi s des Te c hn i ke rs umfassend durch ge s e tz t ,
wo h l es be t rä c h t l i ch e Mänge l a ufwe i s t .
w en d i gen Ta g e s ka p a z i t ä ten a b l e s e n ,
So kann ma n
rec h t gut d i e
o b­
no t ­
das Ba l kengra ph i ku m ermög l i ch t
a be r kei nen Übe r b l i ck über d i e S t ruktur des gesa m te n Vo rhabe n s , d . h .
es
l äßt
die
Abhäng i gk e i ten d e r
e i nze l nen Arbe i tsgänge von ei nander i m
Gesamtvo rhabe n n i ch t e rkennen, da der Abl auf und d i e Zei tp la nung un­
mi t t e l ba r verbunden
s i nd.
i m P l a n ungs p r o ze ß f ü r
ke i te n ,
feh l en doch
Di e s e r Nac h te i l
g röße re
a u ch
P ro j e k t e
der Ba l ke n d i a g ramme füh r t
zur
Häufung von S chw i e r i g­
di e Hi nwe i s e auf besonde rs zei tgefä hrde te Vor­
�ij n ge .
In
de r M i t•.e der Fünfzl ge rj a h re wa r e i n s ta rk wachsendes I nte re s s e a n
P ro b l emen de r P l anung u n d Op t i m i e rung von Arbe i tsvo rg ängen zu be ­
oba c hten.
I n G r o ß b r i t a nn i en
unte r s uchte d i e
Ope ra t i ons - Re se a rch -Ab­
tei l ung der 1 1 Ce n t ra l E l et ri c i t y G e ne ra t i ng Boa r d " das
P ro b l e m i m
..
Zusa mmen h ang m i t d e r Übe rho l un g von K raftwe rke n . 1 957 ha t te man
dann e i ne Metho de gefunde n , di e i m wes e n t l i chen i n der Bes t i mmung der
" l ängsten n i ch t re duz i e rba re n Fo l ge von E re i gn i ssen " bes tand. D i e
ve rsuchsw e i se Anwendung d i e $;e r Me thode i m Ja hre 1 958 be i der Übe r­
-
1 07
-
ho l ung e i nes Ho ch 1 ei s tungsk raftw e rkes re duz i e r t e d i e erfo r de r l i che Ar­
be i ts ze i t a uf 4 2 % de r sons t für d i e g l e i che Arbe i t du rchschn i t t l i ch be­
n öt i g te n Ze i t. D i e u m ständ l i che Beze i c hnung " l ängs te n i ch t-reduzi e r­
bare Fo l ge von E re i gn i sse n " wu rde ba l d durch den Beg r i ff 1 1 Ha u p tfo l ge 11
e r s e t z t und es w urde z. B. unte r anderem heraus gea rbe i t e t , da ß Ve r­
z ög e rungen i n der Haup tfo l ge d i e Gesam tp rojektda u e r ve r l änge rn müs­
sen.
Fa s t g l e i chze i t i g , näm l i ch 1 95 8 , w urde d u rch da s 1 1 us Nav y Spe c i a l
P rojects Offi ce I I e i n Team zur Entw i ck l ung e i ne s Hi l fsm i t te l s z u r P l a ­
n u n g und Kon t ro l l e e i ne r g ro ßen Arbe i t be rufen. Das E rgebn i s d i es e r
Unte r s u c hung w urde bekannt a l s "PROG RAM E VALUATI ON AN D RE­
SEARCH TAS K " , was zur Code-Bezei chnung P E RT füh r te . D r . C l a rk ,
e i n Ma t he ma t i ke r des Teams , ve röffe n t l i ch te i m Februar 1 95 8 se i ne
e r s ten Vor·s te l l ungen von e i nem 1 1 Pfe i l d i a g ra mm " , das e r zwe ife l l o s von
s e i ne n Kenntn i s sen i n der G raphentheo r i e a b l e i te te . Nac h Verfe i ne run­
g e n des Sys tems urd Änderung des Namens in " P ROG RAM E VALUATI ON
AND RE VI EW TECHN I QUE 1 1 wurde P E RT a uf das P rogramm zur Ent­
wi c k l ung ba l l i s t i sche r Rake ten be i de r Ma r i ne a ngewan d t , wobe i man
zwe i Jah re be i der Po l a r i s - Rake ten-Entw i ck l ung e i n spa ren konn te.
G l e ichfa 1 l s im Jah re 1 958 p ro b i e rte die 1 1 Du Pont Nemo u rs Compa n y "
e in e Techn i k z u r P l anung u n d Steuerung e l ne s seh r g roßen P rojektes a u s ,
d i e s ie " CRl llCAL PATH METHOD" - Me thode d e s K r i t i schen Wege s ,
abgekürzt CPM - nannte. Nach e i ne m e i nj ä h r i ge n E i nsatz des CPM- Ve r­
fahrens ha t te di e Gese l l s c haft e i ne E i nspa rung von 1 Mio. Do l l a r. Se i t
dem Jah re 1 9 58 wurden an vie l en S t e l l en ungezä h l te Ve r s u c he de r Ve r­
fe i n e rung der G rundme t hoden du rchgefü h r t , so da ß es heute unzäh l i ge
Ve rfah ren a uf dem Sek to r der Ne tzp l a n t e ch n i k g i b t . Tei l we i se w a ren
d i ese Spe z i f i z i e rungen aufgrund de r Ve rschi e dena r t i gke i t der P rojekte
notwend i g . And e re rse i ts i s t es da durch zu s ynonymen Beg riffsbezei ch­
nungen gekomme n , die ein Kommun i ka t i o ns m i t te l , w i e es d i e Ne tzp l an­
techn i k sei n so l l , n i ch t aufw e i se n da rf. Es w ä re zu beg rü ßen , wenn man
-
1
vu ­
s ic h a uf i n te rna ti ona l e r Ebene zu der Entw i ck l ung e i ne s Ve rfah rens
e i n i ge n k önnte, Wi e e rn s t man d i e Ei nfüh rung der Ne tzp l antechn i k ge­
nere l l vo rha t , e rs i eh t man da raus , da ß i n der BRD unte r de r D i n
N r . 69900 b i n dende Vo rsch r i ften übe r Ei nze l be g r i ffe und Defi n i t ionen
ve r öffent l i ch t wurden .
Das Schwe rgew i ch t de r En tw i ck l ung l iegt nun schon s e i t e i n i ge r Ze i t
be i der B ra uchba rmachung de r e l e k t ron i schen Da tenve ra rbe i tung für d i e
Berechn ung d e r oft re cht komp l i z i erten Ne tzwerke, Se i t kurzem gi bt e s
a uch P ro g ramme , d i e e i ne g raph i sche Da rste l l ung a uf P l o t te rn e rzeugen.
Be i k l e i ne ren Ne tze n , und i n de r Geodäs i e s ind hauptsäch l i ch s o l che,
kann man d u rchaus befri e d i ge n de E rgebn i sse m i t a nnehmba rem Arbe i ts ­
a ufwan d a uch dann e rz i e l en , wenn m a n d i ese Ne tze händi sch durchrech­
ne t, Am Rande sei beme rkt , da ß e s auch für d i e M i t t l e re Da ten techn i k ,
w i e z. B . f ü r P h i 1 i ps B ü rocompu t e rs e r i e P 352, s chon Ne tzp l an p rogra m­
me g i b t . Dam i t ha t man d i e M ög l i chke i t geschaffe n , für k l e ine re Ne tze
Ze i tana l ysen d u rchf ü h re n zu k ön ne n . Der Vo r te i l be i der mas ch i ne l l en
Ve rarbe i tung l i egt i n de r Feh l e rf re i he i t und in der Mög l i chke i t , s t ruk­
t ure l l e Feh l e r sofo r t z u f i n den .
Nach den geschi ch t l i chen Be t ra c h tungen nun e i n i ge Wo rte zu den
G rund l agen de r Ne tzp l a ntechn i k. Ma thema t i sch ge sehen i s t der Ne tz­
p l an e i n ge r i ch te te r G raph m i t Knoten und Kanten a l s E l emente. Je
nach Ano rdnung d i es e r E l emente untersche i de t man zw i s chen knoten­
und kante no ri e n t i e r ten Ne tzen . W ä h rend i m Vo rgangsknotenne tzp l an d i e
Vorgänge durch Kno ten da rge s te l l t s in d , we rden s i e i m kan teno ri e n t i e r­
ten Ne tz durch d i e Pfe i l e da rge s t e l 1 t. D i e Ve rbi ndung zw i schen den e i n­
ze l ne n Vorgängen b i l den d i e E re i gn i s s e , di e das E i n t re ten e i nes be­
s ti mmten Zus tandes i m Ab l a uf des P rojekte s def i n i e ren. S i e geben d i e
Ze i tpunkte a n , i n denen m i t d e r Abge s c h lossenhe i t ve rschi edene r Vo r­
gänge bzw . m i t dem Beg i nn neue r Tät i gke i ten ge rechne t we rden kann.
Neue Vo rgänge könne n dah e r nur dann beg i nnen, w enn a l l e Tä t i gk e i ten,
die zu e i ne m E re i gn i s führe n , beendet s i nd.
-1 09-
D i e Ano rdnungsbe z i e hungen zw i schen den e i nze l nen Vo rgänge n , we l ­
c he eng m i t den Ere i gn i ssen na t u rgemäß ve rbunden s i nd , k önnen j e nach
Ori en ti e rung. durch Ve rknüpfung m i t Pfe i l e n o de r E r e i gn i skno ten da rge­
s te l l t we rden. W u rden in e i nem Ne tzp l an d i es e Ano rdnungs bez i e hungen
e i nma l fes tge l eg t , so i s t der sogenannte s t ru k t u re l l e Ne tzp l an fe r t i g .
Z u m Zw ecke der Ze i tana l yse g i b t ma n nun den e i nze l nen Vo rgängen be­
s t i mm te Ze i tspannen be i - e s han de l t s i ch h i e be i noch um ke i ne Te rm i ne
oder Zei tpunkte, sondern um d i e Daue r e i nes Vo rgange s vom Anfang b i s
z u s e i nem Ende. E rs t wenn man d i ese W e r te z . B . a u s e i ne r Vo rgangs­
l i ste en tnommen ha t , kann man d i e Term i ne , da s s i nd d i e frühe s t m ög­
l i chen und d i e s p ä te s t zu l äs s i gen Ze i tpunk te für den Ab l auf der e i nze l ­
n e n Tä t i gke i ten, e r re chnen. Ve rs i e h t man da s Be i sp i e l m i t Zei t s chätz­
w e r te n und n i mm t man e i ne Zei tana l yse vor, so kann man auf e i ne r Ze i t­
l e i te r d i e Uni ve rsa l mi n des t l ösung,
d. h . di e frühe s t m ög l i chen Anfangs­
K n o t e n ( Erel!ll"l l•)
term i ne bzw. d i e Un i ve rsa l h öchs t­
l e i s tung, das s i nd d i e späte s t zu­
l äs s i gen Tä ti gke i t s be g i nne be rech­
nen und dars te l l en. Das E rgebn i s
i s t e i n z e i tpropo rt i ona l e r Ne tzp l an.
W i e man a u s d i esem Be i sp i e l e r s i e h t , l a s se n s i ch e i nze l ne Vo rgänge , i n
d i esem Fa l 1 s i nd e s d i e , d i e zw i s chen dem E re i gn i s
und 3 bzw.
3
und 4 l i egen, u m be s t i mm te Ze i te i nhe i ten be l i e b i g ve rsch i e ben , ohne
da ß s i c h a m Endte rm i n e i ne Ände rung e rg i bt , Vorgänge , d i e s i ch n i ch t
Frllh... I
ve rschi eben l a ss e n , be­
ml!lgllc;;her Zellpvnkl
o- 5
z e i chne t man a l s k r i ti sehe
Vo rgänge . Ve rfo l gt man
a l l e k r i t i schen Vo rgänge i n
r
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0- 1
e i ne m so l chen G raphen,
dann e rg i bt s i ch dam i t de r
k r i t i s e he Weg, Je de Ve r­
z öge r ung ode r Ve rsch i ebung a uf d i es em Weg würde d i e Gesa m t daue r des
P roj ektes ve rände r n . An Hand d i eses k l e i nen Be i sp i e l s k önnen Si e auch
e rkennen , w e l che E rgebn i s s e d i e Ne t zp l anbe rechnung l iefe r t : Es s i nd
d i e s d i e frühes t m ög l i che n und d i e spät est z u l ä s s i gen E re i gn i s te rm i ne ,
d i e Spi e l räume - a l l gemei ne a l s Puffe rze i ten beze i chne t - und d i e Tä­
t i gke i ten e n t l ang des k r i t i schen Wege s .
P r i m i t i ve mathema t i sche Ope ra t i onen de r G raphent heo r i e ges ta t ten e s ,
e i nen gee i gne ten Al go r i t hm u s z u r Ran gbes t i mmun g , z u r Zyk l ussuche bzw.
zur Poten t i a l be s t i mmung e i nes G raphen - e i n Ne tzp l an m i t se i nen Vo r­
gängen und Ere i gn i s sen s te l l t e inen e nd l i chen G raphen da r - durchzu­
führen. Da ß d i e Du rchführun g s o l cher Be rechnungen vo r a l l ern m i t der
e le k t roni s chen Da tenve ra r be i tung ke i n P ro b l e m da rste l l t , l i e g t a uf der
Hand.
Vo r a l l ern da s Aufs uchen der Zyk l en i s t bei der Net zp l ankons t rukt ion
von grun d l egender Bede utung, da son s t be i der Zei tana l yse uns i nn i ge
W e r te resu l t i e ren bzw . e i ne E r s te l l ung von Te rm i nen ü be rhau p t n i ch t
m ög l i c h i s t .
D i e g l e i chze i t i ge Entw i ck l ung der Ne tzp l an techn i k a n ve rsch i e dene n
Orten bedingt se l bs tve rs tänd l i ch a uc h Un tersch i e de i n de r Me thodi k .
G runds ä t z l i ch ken n t m a n derze i t dre i ve rschi e dene Ne tzp l anme t hoden:
D i e Me t ho de des k r i t i schen W e g e s , a uch C r i t i ca l Path Me thod - CPM
a bge k ü rz t , d i e Me t ra po te n t i a l me thode oder MPM und d i e P ro g ra m m Eva­
l ua t ion und Revi ew Techni qu e , a bgekü rz t P E RT. In den l e tz ten 1 5 Jah­
ren w urden vi e l e va r i i e rte M e t ho den e ntwi cke l t, die auf e i ne r de r d re i
G rundtechn i ke n bas i e ren.
Wodurch unte rsche i den s i c h d i e dre i Haup tme t hoden ?
D i e e i nfa c h s te und a m l e i ch t e s ten d urchschauba re i s t d i e CPM, d i e
Met ho de d e s k r i t i s chen Wege s . D a s Ve rfa h ren i s t kan te no r i e n t i e r t , d. h.
die Tät i gke i ten we rden durch Kan ten, die Erei gni s se du rch Knoten da r­
-1 1 1 -
ges te l l t . Es g i bt e i n Anfangse re ign i s und e i n Endere i gn i s p ro Vo rgang,
um s e i ne Beg re nzung zu def i n i e ren.
Di e Ano rdnungsbe z i ehungen i m CPM
Ne tzp l a n s e tzen vorau s , da ß be­
s t i m m te Tä t i gk e i ten a bgesch l ossen
s e i n müssen, bevo r andere Tä t i gke i ten beg i nnen k önnen. De r Vorgang
B · kann da her nur dann beg innen,
wenn di e Tä t i gke i t A beendet i s t. I n
g l e i che r W e i s e e rfa ßt man d i e Be­
z i ehungen zw i schen mehre ren Tä t i g­
ke i ten. E s können a b e r auch Ano r dn un g s be z i e hungen zw i schen Tä t i g­
kei ten a uft reten, d i e man auf di e in d e r Abb i l dung ge z e i g ten We i se n i ch t
r i c h t i g bzw. nu r unvo l l s tänd i g da rs te l l en kann. Man i st i n d i esen Fä l l en
gezw ungen, Tä t i gk e i ten in den Netzp l an e i nzuführen, fü r die e s kei nen
entspre chenden Arbe i tsgang i m P rojekt g i bt: d i e sogena nnten Sche i n tä­
t i gke i ten, D i e s s in d künst l i che
Tät i gke i te n , di e . ke i ne Zei t ver­
b ra uchen und die Zei chnung e i ne s
CPM-Ne tzp l anes sehr unübe r­
'
& ch e l nv o .- tJ A n 9 e
'
s i ch t l i ch machen. Der Beda rf a n
Sche i n t ä t i gke i ten s te i gt z . B. be i
der Unte r te i l ung e i ne s Arbe i ts­
ganges i n mehre re Sch r i t te une rhört s ta rk an. Abe r nur m i t e i ne m so l ­
c hen T r i ck kann man i n ei nem CPM-Ne z tp l an g l e i te n de Arbe i t s a b l äufe
fes t l egen.
D i e Angabe d e r Vorgangsdaue r sow i e de r frühe s ten und spä tes ten E r­
e i gn i s te rm i ne kann a uf di e verschi e dens ten Arten e rfo l gen, M i r e r­
sche i n t d i e da rge ­
s te l l te Kom b i na t ion
a m ve rnünft i g s te n :
D i e Da rs t e l l ung der E re i gn i s s e e rfo l g t durch Kre i se , i n denen dre i Fe l ­
der für d i e Daue r von Erei gni snumme r , Frühe s te r und Spä tes te r Ze i t­
punkt vorgesehen s i nd. D i e Bez e i chnung des Vo rganges e rfo l gt e n t l ang
de r Obe rka n te des Pfe i l es , w ä h rend s e i ne Da ue r a m Ende des Pfe i l es
a bge l esen we rden kann. Du rch Aufsummi e rung der Vo rgangs dau e rn nach
be i den Ri chtungen e rh ä l t man be i Bea c h t ung der Rechenvo rschri ften
FA . = max (FE . ) , fü r i E V. und F E . = FA + D . , den frühe s t m ög l i chen
1
j
J
J
J
J
Endte rm i n des Vo rganges j ,
Für e i n P rojekt "P l anhers t e l l un g " w u r den Vo rgangs l i s te und g ra p hi s che
Da rs te l l ungen e i ne s CPM-Ne tzp l anes be i ge sch l os sen. Au s de r Vorgangs­
l i s te kann ma n die l aufende Numme r e i ne s Vo rgange s , se i ne Beze i ch­
n ung und Daue r sow i e d i e E re i gn i s numme rn entnehmen, d i e se i nen An­
fang und s e i n Ende repräsen t i e re n. S i nd be i e i n e m E re i gn i s frühe s te r
und späte s t e r Te rmi n g l e i ch , s o hande l t e s s i ch u m e i n k r i t i sc h'es E r­
e i gni s , Ve r b i nde \ man so l che E re i gn i sse ze i tr i ch t i g
so e rhä l t man den
k r i t i schen Weg, d i e G e s a m t h e i t a l l e r k r i t i schen Vo rgänge .
Bei der Me t rapo ten t i a f m e t ho de w erden d i e Vorgänge durch Knoten und
d i e Ano rdnungsbez i ehunge n du rch Kan t en da rges t e l 1 t . D i e Symbo l a rt e n
i n d e r MPM s i nd ebe nfa l l s v i e l fä l t i g , D i e m i r a m be s ten sche i nende habe i ch da rge s te l 1 t und auch i n den we i t e ren
Sk i zzen ve rwende t . Der größte Vor t e i 1 de r
MPM gegenübe r den anderen Ve rfah re n
l i eg t i n der E rwe i te rung de r Anor dnungs­
bez i ehungen a uf vi e r Typen, W ä h rend de r
CPM-Ne t zp l an nu r d i e No rma l fo l ge kennt ­
di e Verbi ndung vom Ende des Vorgange s i zum Beg i nn des Vorganges j ­
e r lauben Anfangsfo l g!: , Endfo l ge und Sprungfo l ge wesen t l i ch me h r Kom­
bina t ionsmög l i chke i ten be i m MPM-P l an , Zu r l e i chte ren Kennze i chnung
de r Anordnungsbez i e h ungen def i n i e r t ma n h iezu d i e Kan ten des Kno ten
a l s den Anfang bzw. das Ende des Vo rgange s , d, h . a l l e Pfe i f e , die zu
e i ne r de r def i n i e rten Kan ten gehen, be z i ehen s i ch auf den Ze i twe r t
-1 1 3 -
d ie s e r Kan t e . D i e Anfangsfo l ge g i bt d i e Ze i t re l a t ion de r Anfänge zwe i e r
bena chba rte r Vo rgänge a n . D i e Endfo l ge defi n i e rt d i e Ze i tspanne zw i schen
den Ende n zwe i e r benachba rte r Vorgänge. D i e Sprungfo l ge mac h t e i ne
Aus sa ge übe r di e Ze i td i ffe renz zw i sc he n dem Anfan g e i nes Vorgange s
zum Ende des fo l ge nden . Di ese Ano rdnungsbe z i e h ungen k önnen für ma nNormalfolge
Anfangsfolge
Endfolge
. rf 7'1
Spn.ingfolge
ehe Kun s t g r i ffe , so für d i e Ve rscha c h te l un g von a bhängi gen Vo rgängen,
be i m Aufs te l l en e i nes P l anes seh r d i e n t i c h s e i n. z. B. kann man Vorgän­
ge scho n begi nnen l asse n , ehe i hre Vo rgänge r beendet s i nd . Nach Fe r­
t i g s t e ! l ung der Beo ba c h tung e i nes Po l ygo n zuges o de r der Beobachtung
fü r e i ne Punkte i nscha l tung k önnen sofo r t d i e Be rechnunge n ange s c h l os­
sen we rde n , um die in de r Zw i schenze i t s c ho n a usgeführ ten Deta i ! a uf­
nahmen s ynchron be rechnen zu k önnen . W a r d i e Berechnung be i m CPMNe tzp l a n ve rhä l tn i sm ä ß i g e i nfa c h , e rfo rdert der MPM P l an g röße re
Mühe wegen Be rücks i ch ti gung de r Ü be r l a ppunge n . Dadu rch i s t d i e Feh­
l e ranfä l l i gke i t be i der Be rechnung o hn e e l ek t r i s che Hi l fs m i t te l auch
g rößer. Für die Vorgänge des P roje k t e s 1 1P l anherste l l ung 1 1 wu rden
e benfa l l s di e Vorgangs l i s te bzw. der g rap h i sche Ne t zp l an nach der MPM
aufges te l l t .
Nu n e i n i ge Wo r te z u den Sp i e l räume n , d i e man a uch Puffe rzei ten be­
ze i chne t . Nach Be rechnung der frühe s ten und spätes ten Te rm i ne für d i e
E re i gn i s se kann d i e G röße der P uffe r ze i ten be s t i mm t we rden. D i e Ge­
(CPMI
PAOJEKT1 P L A N H E R S T E L L UN G
V o r g a ft g & f l e l e :
... „.
T ll l l 9 k • I I
Dauer
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P.reshnung
17
Polygonzüge
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Klelntrlangutl Of"'Ur'\g
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Detal lpunk te
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samtpuffe rze i t e i ner Tä t i gke i t i s t di e Ze i tspa nne, u m d i e e i ne Tä t i g­
ke i t von i h rem frühe s t mög l i chen Beg i nnze i tpunk t a us max i ma l ve rs ehe­
ben bzw . a usgedehnt we r de n kann, o hne da ß der E n dte rm i n des P rojek­
tes bee i n t räch t i gt w i rd, Er e rre chnet s i ch dahe r fo l ge n de rma ßen : Spä­
tes t z u l äs s i ge r Te rm i n d es Ende re i gn i sses m i n u s frühe s t e r Te rm i n des
1
Anfangse re i gn i sses m i nu s Dau e r d e r Tä t i gke i t,
Diese r Aus druck kann so z e r l e g t we rden , daß man noch dre i we i te re
Arten von Puffe rzei te n de.f i n i e re n kann:
Die F RE I VE RFÜG BARE o d e r F RE IE P UFFERZ E I T (FP ) , d i e F RE I E
RÜCKW Ä RTS ode r BED I NG TE P UFFE RZEI T (FRP ) und d i e UNAB­
HÄNG I G E P UFFE RZEI T ( UP ) . D i e Berechnungen e rfo l ge n nach fo l ge n­
den Fo rme l n
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Di e Bede u t ung de r Puffe rze i te n i s t fo l gende : Di e Gesa m te P uffe rze i t
g i b t an, u m we l chen Be t ra g e i n Vo rgang maxi ma l ve rscho ben we rden
kan n , ohne den Seh f uß t e rm i n des P rojektes zu bee i nf l ussen. So l 1 te d i e
Gesamte Puffe rze i t e i nes Vo rganges vo l 1 aus genützt we r den , so kommen
dadu rch a l l e se ine Nachfo l ge r auf e i ne m k r i t i schen Weg z u l i egen.
-1 1 7 -
Die F r e i e P u f f e r z e i t
g i b t d i e G röße an, u m d i e e i n Vo rgang
ver s c hoben we r de n kann, ohne da ß s i ch an den frühes ten Beg i nnzei ten
der Nachfo l ge r e twas ändert.
Di e B e d i n g t e P u f f e r z e i t g i b t d i e Ze i tspa nn e a n , um d i e e i n
. E re i gn i s bzw. Vorgang gegenübe r s e i n e r spä tes ten Lage ve rschoben
w e r den kann, o hne d i e spä teste Lage a n de re r E re i g n i s se bzw. Vorgän­
ge zu bee i nfl ussen.
Di e
U n a b h ä n g i g e P u f f e r z e i t i st d i e Zei tspanne , u m die s i ch
e i n Vo rgang unabhäng i g von se i nen Vo rgänge rn und Nac hfo l ge rn ve r­
schi eben oder a u s de hnen l äß t , ohne da ß s i ch a n den Erei gni ssen e twas
ändert. D i eser Fa l l kann, w i e man l e i ch t s i e h t , nu r dann a uf t re ten,
wenn D. . "" FT. - ST. g i l t, d , h. die be i de n genann t en Zei tpunkte wa ren
IJ
J
J
unabhäng i g von D . . fes tzu l egen .
IJ
Di e d r i t te g ro ße G ruppe de r Ne tzpl äne w i rd durch d i e P E RT-Me thode,
d i e P ROG RAM EVALUATI ON AND REVI EW TECHNIQUE (Pro g rammbe ­
w e rtungs- u n d P rüfungs techn i k ) geb i l de t . Di e Da rs te l l ung e rfo l g t w i e
be i m CPM, d . h . d i e Tä t i gk e i ten werden durch Kan te n u n d di e E r e i g ­
n i s se d u r c h Kno ten da rge s te l l t. Be i m P E RT- Ve rfa h re n l i egt das
Schw e rgew i ch t j e doch a uf der Beschrei bung der E re i gn i sse. G l e i ch dem
CPM m u ß be i m P E RT Ne tzp l an j e doch oft d i e E infüh rung von Sche i nvor­
gängen vo rgenommen we rden.
Für d i e Tä t i gke i tsda u e r w i rd be i m P E RT- Ve rfah ren e in s tocha s t i s ches
Mode l l zugrunde ge l eg t . Es we r den h i e rfür p ro Tä t i gke i t d re i Schätz­
werte für die Dau e r a ngegeben: De r Op t i m i s t i sche Wert OD, de r aus­
sagt, da ß die Tä t i gke i t prakt i sc h in n i cht kürzerer Ze i t a usgeführt we r­
den kann, Diese Ze i t kann be i i dea l em Arbe i tsa b l auf a be r e rre i ch t wer­
den. A l s zwe i tes w i rd de r Wahrsche in l i ch s te Wert oder auch Häufi gste
Dau e r HD angegeben. D i eser g i bt über die Ze i tda ue r Auskunft , die am
häufi gs ten auftre ten w i rd,wenn der Vo rgang unte r g l e i chen Ums t änden
w i ede rho l t wü rde. Man g i bt s i e so a n , a l s wenn nu r e i n Zei tschätzwe rt
a nz uge ben wäre , d. h. d i e s e Ze i t w i rd be i
CPM und MPM Netzp l änen a l s
e i nz i g e r R i c h tw e r t angegeben. A l s d r i t te Ze i tda u e r w i rd d i e Pess i m i s­
t i sche P D ange geben . S i e da rf a uf kei nen Fa l l übe rs ch r i t ten werden
und so l 1 u n t e r h un de r t Fä l l e n n u r e i nma l auftre ten. Neben d i e s en drei
Ze i tspannen we rden be i P E RT ü b l i che rwe i se für die Endere i gn i s se und
auch für die Zw i schene re i gn i ss e Te r m i ne wie be i den a n de ren Ve rfa h ren
fes tgese t z t . A l s Wah rsche i n l i c hke i t s ve r t e i l ung für d i e M i t t l e re Dau e r
MD wi rd be i P E RT e i ne Be tave r t e i l ung ve rwende t , d i e durch vi e r Pa­
rame t e r bes t i mm t i s t , näm l i ch du rch den Op t i m i s t i s chen We r t OD, den
Pess i m i s t i schen W e r t PD und den wah rsche i n l i ch s ten W e r t HD und d i e
w i l l kü r l i ch fes tgese t z te Va r ianz
Für di e fes tge l eg t e Ver t e i l un g i s t de r E rwa r t ungswe r t für d i e Vo r­
gangsdaue r g l e i ch 1 /6 (OD + 4HD + P D ) . In de r L i t e ra tu r w i rd mehrma l s
da rauf h i n gew i e sen , da ß d i es e fes tge l eg t e Va r ianz , d i e e i gent l i ch n i chts
a n de re s da rste l l t a l s unse ren m i t t l e re n Feh l e r de r Aus g l e i chs rechnung,
güns t i ge r du rch e i ne G a m mave r t e i l ung fes tz u l ege n wäre. Ge ra de bei
Ne t zp l änen m i t Tä t i gke i ten , fü r w e l che a ufgrund von unka l ku l i e rba ren
Zus tänden w i e W i t te rung ode r ä hn l i ches , d i e Wahrsche i n l i ch ke i t de r
Gena u i g k e i tsbe s t i mmung e i n e r Ze i tangabe s e h r ger i ng i st , bi e t e t das
P E RT Verfa h ren a ufgrund se i ne r Ve rschi e dena r t i gke i t der Ze i tangaben
ke ine g röße re Genau i gke i t i n den E rgebni ssen,
Die Bes t i mmung der Va r i an z en de r e i nze l ne n E re i gni s te rm i ne e rfo l gt
durch Aufsumm i e rung de r Quad ra t e de r Va r i anzen der Vo rgangsdauern.
An di ese r Ste l l e fi nde t s i ch das Feh l e rfor tpfl anzungsges e t z fü r l i nea re
F unk ti onen w i ede r
Bei de r Be rechnung der Va r i anzen für den f rühes t ­
m ög l i chen u n d späte s t z u l äs s i ge n E re i gn i s te rm i n n i mm t man m i t e i n i ge r
Begründung a n , da ß d i e Zei ten de r e i nze l nen Vo rgänge s tocha s t i s c h un­
abhäng i g s ind, Aus dem zen t ra l e n G re nzwe r tsa tz der Wah rsche i n l i ch­
ke i ts rechnung w i rd gefo l ge r t , da ß die Summe der Ze i ten der e i nze l nen
-1 1
9-
Vorgänge l ängs des k r i t i s chen Wege s , a l so i nsbesonde re d i e Gesamt­
dau e r des Proje k tes m i t h i n re i chende r Nä he rung f ü r e i n g ro ße s N
norma l ve rtei 1 t i s t. Di e be rechne ten P uffe rzei ten s i nd e benfa 1 1 s E rw a r­
.
tungsw e r t e , g l e i ch den E re i gn i s te r m i ne n . De r für e i n E re i gn i s be rech­
ne te Puffe r kann dahe r größe r o de r k l e i ne r se i n ; d i e E r re chnung der
P uffe rze i ten für d i e E re i gn i sse s i nd ebenfa l l s Zent ra l we r t e i ne r No r­
ma l ve r te i l ung. Sov i e l übe r d i e d re i Me t ho de n z u r Aufs te l l ung e i nes
Ne tzp l an e s .
Nachdem m a n e i nen Ne tzp l an i n S t ru k t u r u n d Ze i tangaben vo l I da rge ­
s te l l t u n d be re chne t ha t, e rfo l g t d i e Au swe rt ung a ufgrund kapa z i t i ve r
und te rmi no r i en t i e r t e r Ges i ch tspunkte . Be i B e t ra ch tung der ve rschi e ­
den
l angen P uffe rzei ten und des k r i t i schen Weges b i e ten s i ch von
s e l bs t Vo rgän ge für Ände rungen an. Von d e r P raxi s we rden i n zwe i e r­
l e i H i ns i ch t E rwe i te ru ngen der G ru ndmode l l e der Ne tzp l an te chni k ge­
forde r t . E i nma l ve r l angt ma n, da ß m i t der Ab l auf- Ze i t-P l anung a uch
e i n e P l anung des Resourcene i n s a tzes e rfo l gt. W i rd da be i von den Ko­
s te n abgesehen , da di e Kos tenp l anung i n de r Netzp l antechn i k gesonde rt
bet rach te t we rden m u ß , so g i bt es z u r Ze i t noch ke i ne Me t hoden, d i e
f ü r e i n sol ches Me h rso rtenpro b l em z u r Opt i ma l l ös ung führen . Woh l g i bt
es e i n i ge Me thoden z u r E r m i t t l ung s u bop t i ma l e r L ösunge n , de ren D i s ­
kuss ion a be r d i esen Rahmen sprengen w ürde.
Durc h Abzug von Gerät oder Pe rsona l aus n i ch t k r i t i s chen Vo r g a ngen
und E i ns a t z de rse l ben in a rbe i t s i ntens i ve re n und dam i t k r i t i schen Ar­
be i tsa b l äufen , l as se n s i ch Ve rkü rzungen i m k r i t i schen Weg und dam i t
u n te r Umständen i n der Gesamt daue ; des P rojektes e r re i chen. Be i so l ­
chen tak t i schen Schachzügen da rf man abe r n i c h t ü be rsehen, daß da be i
v i e l l e icht kri t i s che P hasen an ande ren S te l l en des Netzp l anes entstehen
k önnen.
Eine zwe i te Mög l i chkei t de r Ve rände rung de s Ze i tp l anes e rg i bt e i ne
Kapa z i t ä t sve rmehrung, d i e e i ne deme n t s p re chende Ve rkürzung der Ge­
sam t p roj e k t s da u e r nach s i ch zieht a be r a uch kos ten s te i ge rnd w i rkt.
D i e s e Änderung ges c h i e h t , i ndem d i e E i nze l kosten auf e i ne Wei s e va r i ­
i e r t we r de n , b i s di e G esamtkos ten des P roj ektes e i ne n bes ti mmten vo r­
he r fes tge l eg ten Be t rag n i ch t ü be rs ch re i te n , oder d i e bes tmög l i che Re­
l a t ion zw i s ch e n Kos te n und P rojek tdaue r durch e i ne Op t i mi erung e r­
rei ch t w i rd. I n den l e tz ten Sä t zen habe i ch ve rsucmt, d i e der Aufs te l ­
l ung e i ne s Ne tzp l anes nachfo l genden P robl eme ganz kurz zu fas se n . I n
d e r Ter m i no lo g i e de r Oper a t i onsfo rschung w e rden d i ese Arbe i te n a l s
Kapaz i tä t s - und Ko s tenana l ys e bzw . Opt i m i e rung beze i chne t .
Habe i ch bi s l ang haup t s ä c h l i ch nu r d i e Theor i e der Ne t zp l an techn i k
z u ve rm i t te l n ve rs uc h t , s o s te h t nun d i e F rage i m Ra um, o b und i nw i e­
we i t d i e Verwendung d i e s e r P l a nungs me thoden für das Ve rme s sungswe­
sen übe rha u p t notwe n d i g bzw. b ra uchbar i s t ,
Neu e H i l fs m i t te l u n d Me t hoden d e s I ngeni e u rwesens und d i e dam i t not ­
wendi g gewordene Rat iona l i s i e rung i n a l l e n und zw i sc hen a l l e n Fachbe ­
re i chen ben öti gen na t u rgem ä ß auch e i n mode rnes Kommun i ka t ionsm i t te l .
Di e Ve ra ntwo rt l i chen e i n e s P rojek tes s o l l en a l l e d i e g l e i chen G rund l a ­
g e n f ü r i hre Ze i t- und Kapaz i tä t s p l anung z u r Ve rfügung ges t e l 1 t bekom­
men und dam i t a uc h e twas anfangen k önnen. Es sche i n t da he r a uch fü r
uns e r Fachgebi e t der Ze i tpunkt s c hon l ängs t gekommen z u se i n , dem
Bau ingen i e u r e twas ü be r d i e Schu l te r zu schauen. Nac hdem durch d i e
Zusammena rbe i t a uf dem I ng en i eu rve rmessungsbe re i ch di ese Mög l i ch­
ke i t l e i ch t gegeben i s t und be i g ro ßen Baup rojekt en die Ne tzp l ..:i n te chn i k
n i cht mehr wegzudenken i s t , w i rd d i e s e s Vorhabe n n i ch t s chwe r s e i n .
Ver s tä rk t w i rd me i ne Ans i ch t durch d i e Ta tsache , da ß ge rade i n den
l e t z ten Mona ten durch unse re Fa chze i ts ch r i ften de r Beg r i ff de r Ra t io ­
na l i s i e rung u n d Opt i m i e r ung ge i s te rt .
Di e Ne t zp l an te chn i k so l I k e i ne Fach r i ch t ung se i n , sondern von j edem
P rojektm i ta rbe i te r beherrscht we rden. Dann kann e r konk re te Ze i tan­
gaben 1 i efe rn und auch d i e für i hn w i ch t i gen I nfo rma t i onen dem Ne tz­
p l an entnehme n . D i e s e r Punkt e rforder t abe r e i ne g ründ ! i che Vo rbe­
re i tung de r Be te i l i g t e n .
-1 21 -
I m Laufe der b i she r i gen E rk l ärungen f i e l en mehrma l s d i e Wo rte P ro ­
j e k t i n der Ve rbi ndun g m i t e i nem undefi n i e rba ren Umfang. Di e a nfa l ! en ­
d e n Arbe i ten i n d e n Be r e i c he n d e r l ngen i e u rgeodäs i e we rden m e i s t k l e i ­
n e r und dam i t l e i ch t übe rscha uba rer Na t u r s e i n . Es w i rd s i ch da her n i e
ausza h l e n , fü r so l che M i n i p rojekte e i gene Ne tzp l äne aufzuste l l en . Fas t
j e de r Ve rmess ungs i ng e n i e u r ha t s i ch für e i nze l ne t yp i sche Arbe i te n Ab­
l auf l i s te n zusammenges te l l t und d i es e s e i ne n M i ta rbe i te rn a l s ro ten Fa­
den ü be rgeben. Dam i t i s t e i ne we i tere P l anung unnütz.
Über e i ne ande re Aufgabe der Netzp l an te c hn i k habe i ch aber bi s he r
ke i ne Aussage gemach t : Durch Zusammenfa ssen e i nze l ne r Ne tzp l äne zu
e i nem Übe rs i ch t s p l an k önnen a l l e l aufenden Arbe i te n , di e von e i ne r
Di ensts te l l e ode r e i ne m Ve rmess ungsbü ro i n e i ne m bes t i mmten Ze i traum
z u bewä l t i ge n s i nd, m i t e i n e m B l i ck übe rscha u t we rden . D i eses Hi l fs ­
m i t t e l d i e n t vor a l l e m z u r bes s e r en Kapazi t ä t s p l a n u n g . S o kann e s z. B .
be i gee i gne t e r Aufs te l l ung e i ne s kapa z i t ä t so r i en t i e r te n Ne tzp l anes u n d
be i l a ufende r Ü be rwachung d e r Tä t i gke i ten n i e z u Leer l äufen oder Ü be r­
l as tung von Ze i chnern kommen. Au ße r dem i s t s i c h be i Vo rhandens e i n
e i ne r Arbe i tsa ufs te l l ung d i ese r Form j ed e r M i tarbe i te r übe r s e i ne j e ­
w e i l i ge Arbe i t und d i e Ze i te in te i l ung da zu i m k l a re n . E i n n i ch t zu unte r­
s ch ä t ze n de r Fak t o r be i e i ne m rei bungs l osen Arbe i ts a b l auf,
Das Aufs te l l en von Ne tzp l änen für g ro ße ve rmes sungs techni sche P ro­
jekte, wie e i ne komp l e t te Lande s a ufnahme , die He r s te l l u ng von Land­
ka rten, F l urbe r e i n i g ungsve rfa h ren und ä hn l i ches w i rd s i ch s i che r l i ch
l o hnen ; d i e Arbe i t wi rd be sser a b l aufe n , s i e w i rd r e ibungs l o s e r und
w i rtschaft l i che r , wenn man vo rgäng i g den Arbe i tsa b l a uf saube r du rch­
den k t und fes thä l t. Man w i rd da be i be s treb t s e i n , d i e bes tmög l i che tech­
n i sche L ösung , das güns t i gs te Arbe i tsve rfa hren und di e da zugeh öri gen
Arbe i ts k räfte, Geräte , I ns t rumen te und a nde re Hi l fs m i t te l zu bes t i mmen .
F ü r den E i nsatz der Ne tzp l an te chn i k i n der Geo dä s i e g i bt e s schon e i n i ­
g e Anw endungsbe i s p i e l e :
E i nes da vo n , auf dem Sachbe re i ch d e r F l u rbe rei n i g ung, wurde vom
Le hrs t uh l für Kul turte chn i k der ETH Zür i ch 1 970 e n two rfen. Es w u rde
dabe i e i n s t rukture l l e r Mode l ! -Ne tzp l an für d i e G runds tückzusammen l e ­
gung nach
CPM
aufges te l l t . D i e se r Ne tzp l a n so l l te n u r d i e Zus amme n­
hänge un d Abhäng i gk e i ten der e i nze l nen Tä ti gke i ten da r s t e l l e n , a l so
vo rw i egend z u r St ruk t u rana l yse der G rundstückzusarnme n l egung di enen .
Di e Autoren di eses Ne tzp l a n es e r k l ä ren w ört l i ch: 1 1 Se i ne Verwendung
a l s Ze i tp l an i s t p rob l ema t i sche r , da v i e l e schwe r e rfa ßba re E i nf l ü s s e ,
w i e Ve rha n d l ungen , E i ns p ra c he e r l e d i gungen, be hördl i che Gene hm i gungs­
ve rfa h ren usw. ke i ne exa k te Ze i tp l anung im vo rau s e r l auben. 11
Obwoh l d i es e G rü n de für d i e E i ns chränkung de r Ze i tana l yse n i cht völ ­
l i g von der Han d zu we i s en s i nd , b i n i ch dennoch der Übe rze ugung, da ß
man m i t der wesent l i c h gee i gne te ren MPM zum i ndest f ü r Te i l ze i ten des ge­
samten P rojektes Ri chtze i ten für di e E re i gn i sse e rh ä l t. Nach j e dem
g r öße ren Abschn i t t kann man m i t den geände rten Werten den Ne tzp l an
l e i cht a uf e in e r e l ek t ron i schen Da tenve ra rbe i tungsan l age durchre chnen
l a s s en und e rhä l t dam i t n i ch t n u r e i ne g u te Kon t ro l l e , sondern a uch
e i nen Übe rb l i ck übe r den we i te ren Ve r l auf des Proj e k te s , D i e MPM
g i b t durch i h re ve rsch i e dena r t i ge n Ano rdnungsbe z i e h ungen a uch h i e r di e
M ög l i chke i t , übe r l appende Tä t i gke i ten e i nfa c h da rzus te l l e n und i ns be ­
sonde re e i n zuha l tende fes te Te rm i ne für bes t i mm te Tä t i gke i ten, di e oft
durch das G e s e t z sow i e d u rch Ve rfahrensvo rs c h r i ften fe s tge l eg t s i nd ,
be rücks i c h t i gen zu k önnen,
Ein w e i teres Be i sp i e l s te l 1 t e i n Fo r s ch un gsa uf t ra g , der von de r TU
B raunschw e i g im Jah re 1 9 7 1 bea rbe i te t wurde, da r. Das I n s t i tut für
Vermessungskunde führte a ufg rund e i nes vorher a ufge s te l 1 ten Netzp l a ­
nes , de r sowo h l s t ruk t ure l l a l s a uch ze i tmä ß i g durchda ch t wa r , auf
I s l an d Messungen an e i ne m Tes tn e t z für Defo rma t ionsbe s t i mmungen a us .
Gefordert wa r e i ne s ubop t i ma l e L ös ung komb i n ie r t e r W in k e l - u n d S t rek­
kenmessungen m i t den ve rs c h i endens ten I ns t rumenten. Obwo h l für d i e
Aufste l l ung der e i nz e l nen Vo rgangs dauern n u r ges chä tzte Werte zu­
-1 ? 3 -
g runde l agen , ze i gte d i e p ra k t i sche Ausfüh r ung n u r re l a t i v k l e i ne Ab­
w e i chungen da von . Be i de r Ze i tana l yse w u rden g rundsätz l i ch a uch d i e
Nebenze i ten, w i e Ve r l a de n de r I nst rume n t e , Wegzei ten , Aufste l l ung u n d
S i gna l i s i e rung beach t e t . Man konn te be i di esem Anwendungsve rsuch
gan z e i nde u ti g fe s t s te l l en , da ß de r E i ns a t z de r Ne t zp l an techn i k zu
e i ne m kon t ro l l i e r ten und zei t l i ch s ta rk ve rkürzten Ab l auf führt - di e
E inspa rung be t rug ca . 25 % des Außendi ens tes z u e i ner vo r 1 5 Jah ren
ä hn l i ch durchgeführten Ve rmess ung. Al s sehr zwe ckmä ß i g hat s i ch he r­
a usgeste I I t, da ß der Netzp l a n in tagewe i s e Absch n i t te zer l eg t w urde ,
u m den jewe i 1 i ge n We t te rbedi ngungen durch Ausführung von S t re cken­
oder W inke l me s s ungen bes se re Anpassung b i e ten zu k önnen.
Bei di eser Ge l egenhe i t noch e i n i ge W o r te über die ps ycho l og i schen
Ausw i rkungen , d i e e i n bi ndender Ne tzp l an a uf d i e M i tarbe i te r an e inem
P rojekt ze i g t . Di e ers ten nega t i ven Rea k t i onen t re ten me i s t s c hon be i m .
Aufs te l l en der Vorgangs l i s ten m i t den Zei tangaben fü r d i e e i nze l ne n
Vo rgänge a uf. Oft we rden vi e l zu l ange Ze i tspannen angegeben, um
spä te r k e i ne Schw i e r i gkei ten be i m zei tge rech ten Fe r t i gw e rden zu haben.
Soba l d da s P rojekt ange l aufen i s t , füh l en s i c h die Beschäft i g ten an­
dau e rn d i n i hre r Arbe i t durch da s Damok l es s chwert Ne tzp l a n ge d räng t .
Di e s e r Zustand ha t zwe i Fo l ge n : Di e e i ne i s t d i e termi nge rechte Fe r t ig­
s te l l ung der Arbe i t, die zwe i te e i ne gen e re l l e Ab l ehnung de r to ta l e n
P la nung, So pos i t i v u n d gew i nn b r i ngend d i e ers te Auswi rkung i s t , umso­
meh r F i nge rsp i tzengefüh l e rfordert di e Be se i t i gun g der Vo rurte i l e
gegen e i ne gena ue P l a nung e i nes P roj e k t es o de r
des
Arbe i tsa b l aufes
für e i nen bes t i mmten Ze i t ra um. Nu r e i ne umfa ssende Aufk l ä rung übe r
d i e Zi e l e und Vo r te i l e der Netzp l anung kann h i e r Abhi l fe schaffen.
I c h b i n der Überze ugung, da ß a u ch b i s h e r m i t den herkömm l ichen Me­
t hoden fas t i mme r g u t gep l a n t wu rde , man aber i n dem e i nen ode r an­
deren Fa l l auch di e neue Art zu p l anen e i nse tze n kann ; die für j e den
M i tarbe i te r zugäng l i chen und auch ve rs tänd l i chen E rgebn i sse we rden
s i che r l i ch den Teamge i s t heben. E i n M i t te l , s i ch den mode rnen Arbe i ts­
m e t hoden be sser anpassen zu k önnen, i s t daher zwe i fe l l os d i e Ne tzp l an­
techni k,
LI TERA TURVERZEI CHN I S
(1 )
BRANDENBE RG ER J , , RUOSCH E . : Projekto rga n is a t i on m i t
Ne tzp l an te chni k i m Hoch- und Ti efbau
Ver l a g S tocke r-Schm i d, D i e t i kon-Zü r i ch 1 968
(2)
W I LL E/G EWALD/W EBER: Ne tzp l antechni k, Band 1 : Ze i tp l anung
Ve r l a g R. O l denbourg, München-W i en 1 966
(3)
LOCKYER K. G . : Ei nfüh rung in d i e Ne tzp l a n techn i k
Ve r l agsgese l l s chaft Rudo l f M ü l l e r, Köl n­
Braunsfe l d l 968
(4 )
G Ö TZKE H. : Net zp l an t e c hn i k, Theo r i e und P ra x i s
VEB Fac h buchve r l ag Le i p z i g 1 969
(S)
(6)
SCHRADER B . : B e i t räge zur Entw i c k l ung der E l e k t roni s chen
Da tenve ra rbe i t ung in der Geodäs i e
DG K Re i he C : D i sse rta t i on e n Heft Nr. 1 60 ,
München 1 9 7 1
WOLFF L . : Ne tzp l a n techn i k (CPM ) i n Be i sp i e l en , Aufgaben ,
L ös ungen ; Ei nführung i n di e P ra x i s
Ve r la gsgese l l schaft Rudo l f M ü l l e r , Köl n­
B ra u n sfe 1 d 1 967
( 7 ) AUTORENKOLL E KT I V: Han dbuch der Ne tzp l a ntech n i k
Ve r l a g : D i e W i rtschaft, Ber l i n 1 970
Geow i ss . M i tt . 1
1 973 ' 1 25 - 1 26
D I E V E RMESSUN G STE C H N I SCH E N ARB E I TEN
F Ü R DAS N EU E HALLE N STA D I O N
von
G . Schuster
Vortrag gehal ten am 1 9 . Apri l 1 972
im
Rah men des Ko l loqu i u ms der Assistenten
der Studienri chtung Vermessungswesen
D i p l . I ng . Günter Schuster
Hochsch u l assistent am I nst itut für Lan desvermessung
Te chnische Hochschu l e in Wien 1 040, Gu ßhausstra ße 25 - 29
- 1 .::: 0 ­
ZUSAMMENFASSUNG
Au f dem Ge lände des ehema l igen Radstadions in Wien entsteht zur Ze it e ines der
modernsten Ha l l enstadi en Europas, eine Mehrzweckha l le mit einer Kapazi tät von ca
9 300 Sitzplä tzen . Tragendes E l ement d i eser Rundsi chtha l l e (ä ußerer Durchmesser
1 20 m) sind die ca 25 m hohen , die Form ei nes gespannten Bogens aufweisenden 36
Fertigte i l stützen , die durch zug- und bogenförmige Druckriege l verbunden werden .
Die Einrichtung jeder der zunächst fre i aufragen den Stutzen innerha l b der geforderten
. To l eranzen war nun verneh m l i chste Aufgabe der doch über den Bereich der täg l i chen
Routinearbeit ei nes Vermessungsingen ieurs hi nausre i chenden vermessungstechnischen
Tätigkei t .
Zur Aufgabe stan den :
l ) Abste ckung der B l ockfundamente
2) Angabe der Lage für die i m Becherboden einzubeton ierenden Zentrierlager
3) Festste l l ung der I stwerte in Lage und Höhe . Die Erfassung der Exzentri zitäten
in tangen tialer Ri chtung war be i der Ei nrichtung der Stutzen zur Bese itigung
der achsia l en Verdrehung erforder l i ch , das Auftreten von über der To l eranz­
gren ze l iegenden Höhen di fferen zen hätte entspre chende Maßnahmen vor Auf­
ste l l ung der Stutzen erforder l ich gemacht.
4) Einrichtung der auf einem vorgegebenen Radius l agernden Stützen in radia l er ,
tangenti aler u n d achsi a l er Ri chtung .
5) Festste l l ung der tatsäch l i chen Lage der einze l nen Stützenköpfe in Bezug auf
Mitte 1 punkt und N achbarstütze .
Dem Umstand der erst späten Kon taktaufnahme mit den Vermessungsfach l euten ist
es zuzuschre iben , da ß die notwendigen Voraussetzungen feh l ten, um die vom P l an­
verfasser geforderten Genau igke iten einzuha l ten . Im Wesent l i chen durften die für
den Zusammenbau angegebenen To leranzen nur zu einem geri ngen Tei l durch die Ver­
messung ausgeschöpft werden . Der Einsatz von Distomat DI 1 0, Sekundentheodo l it T 2
und des Zen i t- N adir-Lotes Z N L der Fi rma Wi l d ermög l ichten n i cht nur e i n reibungs­
l oses Einfügen der vermessungstechn ischen Arbe iten in den vorgegebenen Arbei tsfl u ß,
au ch die erbrachten Ergebn isse lagen unter den i m Zenti meterberei ch festgeste l l ten
Eigenbewegungen der 22 m fre i aufragenden Stützen .
Geowiss . Mitt. 1
1 973, l LI 1 :L8
-
P LOTTE R E I N SATZ I N DER V ERMESSUN G S KANZLE I
von
W . Frantz
Vortrag geha l ten am 1 7 . Mai 1 972
i m Rahmen des Ko l l oqu i u ms der Assi stenten
der Studienri chtung Vermessungswesen
D i p l . I ng . Wa l ter Fran tz
Hochsch u l assistent am I n stitut für Landesvermessung
Te chnische Hochsch u l e i n Wien 1 040, G u ßhausstra ße 25 - 29
ZUSAMME N FASSU N G
Automatische Ze i chenan lagen - k urz P lotter genan nt - stehen seit mehreren Jahren
in den verschiedensten I n dustrie- und Wi rtscha ftszweigen im Einsatz . Die Steigerung
von Ze ichengenauigkeit und -qua l ität bei g l ei chzeitiger Erhöhung der Ze i chenge­
schwindigkeit machen den P lotter nun auch für den Einsatz in den Sparten des Vermes­
sungswesens interessant, wo es gi l t , die Automat ionskette 1 1 Messen-Rechnen-Zei chnen
zu mindest was die Auswertung betri fft zu erwe i tern .
11
Nach e iner grundsätz l i chen Ü bersi cht über d i e einze l nen Plottertypen wird etwas
näher auf die Funkt ionsprinzi pien der vorhandenen Gerätegruppen eingegangen ,
wobe i versu cht wird , die Vor- und Nachtei l e der versch iedenen Geräte für den Ein­
satz im Vermessungswesen herauszustrei chen .
Wei ters w i rd auf die P l ottersteuerung e ingegangen, wobei e inander die bei den über­
geordneten Mög l i chkeiten der Steuerung über e inen Gro ßrechner oder der Steuerung
über eine MDV-An l age gegenübergeste l l t werden .
Bekannt l i ch ist jedes computergesteuerte System nur so leistungsfähig w ie die für
seinen Betrieb vorhandene Software . An Hand ein iger Be isp i e le wird aufgezeigt,
wel che Anforderungen an eine brauchbare geodätische Ze ichensoftware geste l l t
werden müssen, u m den Einsatz des Pl otters rentabe l gesta lten z u können .
Nach e inem Ü berb l i ck über die derze i t vorhandenen Fabrikate auf dem Pl otter­
markt werden absch l ießend die Mög l i chkeiten des Plottereinsatzes im Vermessungs­
wesen zur Diskuss ion geste l l t , wobei der Schwerpunkt auf Rechner- P lottersysteme
ge l egt wird, die i m Aus land schon m it Erfo l g i m Betrieb stehen und deren Einsatz
auch für e ine Vermessungskanzl e i österre ich ischer Verhä ltni sse rentabe l erscheint.
Geowiss . Mi tt.
l
1 973 , 1 29 - 1 30
ASTRONOMI SCHE ORTSBEST I MMU N G
von
K . Bretterbauer
(Vortrag geha l te n am 22 . November 1 972
im Rahmen des Kol l oquiums der Assistenten
der Studienrichtung Vermessungswesen)
D i p l . I ng . Dr . Kurt Bretterbauer , ordentl icher Professor, Vorstand des I nstitutes
fur Höhere Geodäsie, Technische Hoc hsc hu l e i n Wien 1 040 , Gußhausstraße 27 - 29 .
ZUSAMME N FAS S U N G
Nach e i nem kurzen h istorischen Ü berb l ick werden Wesen und Aufgaben der astro­
nom ischen Ortsbestimmu ng erläute rt . Sodann wird versucht, d i e I nstrumente und Ver­
fahren d er astronomischen Ortsb esti mmung nach Gena uigkei tskri teri e n i n vier K l as­
sen einzute i l en: Navigations- , I ngenieur- , Präzisions- und wissenschaftl iche Metho­
d e n . Für al l e vier K l assen werden der Zweck , d i e erreichbare Genauigkei t , d i e Be­
obachtungs- und H i l fsinstrumente u nd d eren Kosten sowie der Zei t- u nd Personal auf­
wand angegeben .
Für den E i nsatz a uf Feldstationen wi rd der Methode der g l ei chen Höhen zur simu l ­
tanen Bestimmung von Zei t u nd Bre ite d e r Vorzug vor d en S ta ndardmethoden d er geo­
dätischen Astronom ie gegebe n . I hre D urchführung mit H i l fe d es a utomatischen N i vel ­
l ieri nstrumentes ZE I SS N I - 2 m i t Prismenvorsatz wird e i ngehend erlä utert . Computer­
programme für d i e Aufstel l ung des S ternprogrammes und d i e Ausgl eichung der Beob­
achtungen werden vorgestel l t u nd Vorsch l äge zur Automatisati on der Beobachtungen
g emacht .
Zum Schl u ß wird über erste E rgeb nisse von Versuchsmessungen zur Ü bertragu ng geo­
dätischer Richtungen auf Stationen oh ne Ansc h l ußvisur berichtet . D i e Methode stützt
sich auf d ie sim u l ta ne Beobachtung ei nes astronomischen H i l fsziel es auf der Station
ohne Ansch l uß u nd einer Referenzstation . Die G l e ichzeitigkeit der Beobac htungen
wird d urch S prechfunkverb i ndung erreicht. D i e Methode erscheint a usbaufä h ig, zumal
der erste Versuc h , unter eher u ng ü nstigen Verhä l tnissen, ei ne D i fferenz der übertra­
gen e n zu d er aus Koord i naten gerechneten Richtung von nur 611 ergab .
Geowiss . Mitt .
1 973 1 3 1 - 1 32
,
TYPENVERG LE I CH D ER MESSG E NAU I G KE I T
von
K . Pe ters
Vortrag geha l ten am 1 3 . Dez . 1 972
im Rah men des Ko l loquiums der Assistenten
der Studienri chtung Vermessungswesen
Dr . Kornei ius Peters
Hochschu 1 ass istent am 1 nsti tut für Lan desvermessung
Techn ische Hochschu l e in Wien 1 040, Gu ßhausstra ße 25
-
29
ZUSAMME N FASSUNG
Nach den Genau igkeitsbegri ffen der Me ßtechn i k, den Basise inheiten des S I -Systems
w i rd die Prob l ematik meßtechn i scher Unsicherhe it an Hand der inneren Genau igkeit
der Besti mmung physika l i scher Konstanten und der Geschi chte der i nneren Genaui g­
k e i t der Lichtgeschw indigkeitsmessung beschri eben . D iese stieg in 3 00 Jahren um 6
-1
-7
Zehnerpoten zen von 1 0 auf 1 0 .
Die zum Kontrast angefü hrten sozioökonomi schen Messungen zeigen Feh l erque l l en,
we l che denen der bek annten geodätischen Messungen zu mindest formal g l e i chkommen .
Betrachtet man versch iedenartige Sparten der Me ßtechni k , kann man unabhängig
vom Objekt festste l l en , daß neben ausgesprochen teuren und aufwendigen Präzisions­
-3
-12
-6
messungen zwischen 1 0
( Atomuhr) und 1 0 eine Häufungsste l l e von ca 1 0 bis
-5
1 0 auftri tt, ob es sich nun um Po l ygon züge , Eisenbahnfahrpläne , e l ektrische Daten
oder Bierfoße i chungen hande l t . Scharf davon heben sich einerse its die au ch für Um­
w e l tschutz w i chtigen Te i l e der Scha l l - und Lichtmessungen sowi e andererse i ts au ch
d ie sozioökonomi schen und verk ehrstechni schen Messungen mi t Umgangsgenauigkei ten
von 1 0 % ab . Die Spannwe i te der g e messenen Größen schwankt von 62 Zehnerpoten ­
zen ( Masse des E l ektrons - massere i chste Gestirne) bis zu ein igen Hunderten (sozio­
ökonomi sehe Messungen ) .
Der Vortrag w i rd in erwei terter Fassung i m Heft 4 des J ahrgangs 1 973 der Ö ZN
erschei nen .
G eow i s s . M i t t . 1
1 97 3 , 1 33 - 1 4 9
DER E I NSATZ DES M I T TELKLASSECOMPUTERS
ALS TE RM I NAL ZUR DATEN BANK DES
BUNDESAMTES FÜR E I CH·- U. VERMESSUNG SWESEN
von
H. P 1 a c h
( Vo r t ra g geha 1 ten a m 1 7. Jänner 1 97 3
i m Rahmen des Ko l loq u i ums d e r Ass i stenten
d e r S tudi e n r i ch tung Verme s s ungswesen )
Di p l . - I ng . Hans P l a ch , Hochsch u l a s s i s te n t a m I n s t i t u t für Al ! geme i ne
Geodä s i e de r Techn i schen Ho chschu l e W i en
1 040 , Gußhau s s t ra ße 27 - 2 9
ZUSAMMENFASSUNG
Dem W e i tb l i ck der Ve rantwo r t l i chen des s taa t l i chen ös terre i ch i s chen
Ve rmess ungswesens i s t e s z u danken , da ß e s heu te bere i ts m ög l i ch i s t ,
an d i e Schaffung e i ne r L i egens chaft s ka taster- und Koordi natenda ten­
bank zu denken. D i e E rs t e rfas s ung de r
1 2
M i l l ionen G runds tücke a uf
Lochka rten begann i m Ja h re 1 956 und konnte 1 968 abge s ch lossen we rden.
I m Rah men des "Mode l l versuch s W i en 1 1 we rden d i e e rs ten Term i na l s vor­
a u ss i ch t l i c h anfangs 1 97 5 Zug r i ff zu d i es e r Da tenbank haben .
Di e dam i t ve rbundenen Konsequenzen für den zukünf t i gen Benützer
dieses I nfo rma t ionss y s tems w e r den e i ngehend ges c h i 1 de r t und di e a l l ge ­
m e i nen te chno l og i s chen zusammenhänge sow i e d i e Arbe i t swe i se de r Te r­
m i na l s m i t den an s i e im geodät i s chen E i ns a t z ges te l l ten Anforderungen
besp rochen.
F ü r den Anwendungsbe r e i c h des G eodäten sche i n t unte r d i e sen G e ­
s i chtspunkten e i ne g u te An l age d e r m i t t l e ren Da tenvera rbe i t ung m i t e n t ­
sprechenden Pe ri phe r i ege räten a m bes ten gee i gne t zu s e i n . Dam i t e r­
g i b t s i ch d i e M ög l i ch ke i t , a l l e i m e i genen Bere i ch anfa l l enden Aufgabe n
z u l ösen, a be r auch e i ne g ro ße Ra t i o na l i s i e rung a uf dem Ze i chensektor
(P l o t te r im on - l i ne - Be t ri eb) oder Meß s ek to r (a u toma t i s ch reg i s t ri e ren­
de Tachymete r ) durchzufüh ren. Der Aus ba u des MDV-Compu t e rs z u
e i ne m i n te l l i genten Te rm i na l w i rd sch l i e ß l i ch e i ne op t i ma l e Zusammen­
a rbe i t m i t der i n Z ukunft exi s tenten L i egenschaf t s ka t a s te rbank gewä h r­
l e i s te n . W e l che Vor te i l e durch den Te rm i na l be t ri e b e i ne r dera rt i gen
Mas c h i nenkonfi gura t ion bei den G ruppen des Ve rmes sung s diens tes gebo­
ten we rd e n k önnen ,
ist
h e u t e noch n i ch t zu übe rb l i cken.
Ansch l i e ßend an den Vo r t rag konn te m i t H i l fe e i ne r zu e i ne m i n te l l i ­
genten Te r m i na l a u s geba u te n P h i l i p s P 350 und e i ne r I BM 370/50 ( Da ten­
bank für 3 Ka tas t ra l ge me i n den ) e i n e i nfache s Arbe i ts mode l 1 vo rgefü h rt
we rden.
E I NL E I TUNG
D i e Entw i ck l ung a uf dem Geb i e t der Rechentechn i k i n de r Geodäs i e
wa r i n den l e tzten 20 Jah ren ge radezu s tü r m i sch. W e l tw e i te P io n i era r­
be i t l e i s te te dabe i Ös te r re i ch m i t s e i nem s taa t l i chen Ve rmes s ungs dienst,
dem Bundesam t für E i eh- und Ve rmes sungswesen.
Bere i ts 1 955 kam es geme insam m i t dem ma thema t i schen La bo r der
Techni schen Hoch s chu le W i en z um ers ten Compu te re i nsatz a uf dem Ge­
b i e te des Ve rmess ungswesens im g ro ßen S t i l e.
D i e E rs ierfa ssung der 1 2 M i 1 1 ionen G runds t ücke des öste rre i chi s chen
L i e genschaftska taste rs a uf masc h i ne l 1 l es ba re n Da t en t räge rn ( Lochka r­
ten) begann 1 956 und wurde 1 968 abgesch l ossen. Heu te s in d d i ese Da ten
a uf 40 Magne tbände rn ve rspe i ch e rt und s te l l en d i e entschei dende G rund­
l age für den Aufbau der L i egenschaftska t a s te rba n k da r. Um di ese Arbe i t
r i ch t i g w ü rd i gen zu k önnen, m u ß man bedenke n , da ß es auf der ganzen
We l t ke i n Land g i b t , das auf d i esem G e b i e te e i n e ä hn l i c h umfassende
Le i s tung vo rwe isen könn te.
Der p r i va te Ve rmessungs d i en s t konnte d i e s e r Entw i ck l ung wegen de r
feh l enden Comp u t e r de r k l e i nen und m i t t l e ren Kap a z i tät n i ch t fo l gen. D i e
spez i e l 1 f ü r Komma s s i e rungsaufgaben entwi cke l te Masch i ne von Zus e ,
die
Zl
1 , wa r wegen i hrer techno l og i schen Kon ze p t i on n u r w e n i ge Jahre
a m Markt. E rs t a b dem Jah re 1 9 65, m i t dem Erschei nen des Ol i ve t t i
T i s chcomput e rs P l 0 1 , konnte di eser Rückstand a ufgeho l t werden. I nne r­
ha l b wen i ge r Jah re s e t z te s i c h di ese Mas c h i ne , n i ch t z u l e tz t durch d i e
von uns entw i cke l te geodät i sche Softwa re , fast 1 00 % i g durch. D i e L e i ­
s tungsg renzen d i es e r K l e i ncomp u t e r machten s i ch j edoch ba l d beme rk­
ba r, was ungefä h r ab 1 970 zum E i nsa tz der sogenannten Mi t te l k l asse­
Compu te r (MDV) führte. (Phi 1 ips P 350)
- 1 .) b -
ABG RENZUNG EN UND FORDERUNG EN AN D I E ANLAG EN DER MDV
An d i es e r S t e l 1 e sei die Abg renzung di es e r ta steno r i en t i e rten ( D i rek­
te Da tenve ra rbe i t ung) M DV-An l agen nach unten def i n i e r t . (P rof. L . J.
Hei ch r i ch ) ( 1 )
A l s M i ndestanforderung müssen s i e bes i tzen :
1 ) E i n e E i n r i ch tung z u r Spe i che rung von Arbe i ts- und P rogrammda ten
und
zur Steuerung des P rogramm a b i aufe s .
2 ) E i ne e l ek t ron i sche Re chene i n r i ch tung für a l l e v i er G r undre chena r ten.
3) E i n D r uckwerk , das Da ten in ho r i zonta l e r und ve r t i ka l er G l i ederung
d rucken kann.
4 ) E i ne p rogrammges teue rte End l osfo rmu l are i n r i chtung.
S) Di e M ög l i chke i t der I mp u l saufnahme für den Ansch l u ß von Ge rä ten
z u r a u toma t i sc hen Lesung von P ro g ramm t räge rn (bzw. Da tent räge rn ) .
6 ) Di e M ög l i chke i t d e r I mp u l sabga be f ü r den Ansch l uß von Ge rä ten z u r
a utoma t i schen E rs te i l ung von Da tent räge rn.
D i e s e Def i n i t ion der MDV-An l agen w urde s i cht l i ch nach den E rfo rder­
n i ssen im komme rz i e l l en E i nsa tz e rs te l l t . Fü r den E i ns a t z im techn i ­
schen Bere i ch , spe z i e l 1 i n der Geodäs i e , i s t es notwendi g, e i nen we i ­
teren Ka ta l og von Fo rderungen anz ufügen .
1 ) E i ne M i ndes tspe i cherka pa z i tä t von ungefähr 1 0 K Ste l l en bzw.
40. 00 0 b i t .
2) E i ne n Magne tke rns p e i che r m i t mög l i chs t kurze r Zug r i ffs zei t
3) Völ l i g fre i e P rogramm i e r ba rke i t - a uch i n der· Mas c h i nensp rache
4) E i ne m ög l i chs t e i nfache, p rob l emo r i ent i e r te
P rog ramm i e r sp ra ch e ,
we l che d i e o. a . M i ndes tspe i ch e rkapazi tät n i c h t be l a s t e t .
S } E i n s c hne l l es und forma tgerech tes Druckwerk.
6) Oie Ansch l u ßmög l i chke i t be l i eb i ge r P e r i p he r i ege rä te (w i e Magne t ­
ban dka s se t te , P l o t te r usw . )
-1
YT -
7) Nac h t r äg l i che r Aus bau zu e i nem i n te l l i genten Te r m i na l und
8 ) e i ne vo l l i ntegr i e r te P rogramm- B i b l i o thek für den gep l anten E i nsa tz­
be re i c h muß vo rhanden sei n.
Auf di e s en e rwe i te rten Forderung skata l og m öc h te i ch nähe r e i nge hen.
Die unte r Punkt 1 ) angegebene M i ndes tspei che rkapa z i tät von 1 0 K Ste l ­
l en (o de r rund 1 O. 000 Ziffern) i s t e i n pe r s ön l i eher E rfah r un gswe r t , de r
s i ch a uf mei ne e i gene , l angj ä h r i ge P rog ram m i e r t ä t i gke i t und a uf d i e
Höhe der durchschn i t t l i ch ve rspe i che r te n Koo rdi na tenmenge bez i e h t .
(Ph i l i ps
p
3 50) .
Di e heute oft a ngebotene A l t e rna t i ve der Verspe i che­
r ung von Koor d i n a te n auf Magne tba ndka s s e t t e kan n wege n de r z u g ro ßen
Zugr i ffszei t n u r f ü r die e xte rne und l ängerfr i s t i ge Ve rspei cherung von
Punkten ve rwe n de t we rden.
Jedes in w e i t e re r Fo l ge anzusch l ie ßende P e r i pheriegerät ben öt i gt zur
Da tens icherung und Verarbe i tung z u s ä t z l i chen Spe i che r ra u m , der e ben­
fa l l s e i nka l ku l i e r t we rden muß.
Übe r d i es i s t es nach me i ne r E rfa h rung no twe n d i g , da ß zur Da tenve r­
spe i che rung e i n sogenannter Magne tke rnspe i cher vo rhande n i s t . G u te
P ro g rammsys teme se tzen e i nen rasche n Z u g r iff z u e ine r g r öße ren Men­
ge von g l e ichze i t i g ve rspe i c h e r ten P u n k ten vo raus , di e durch ke i ne r l e i
ungewo l l te E re i gn i sse ge l öscht w e r de n dü rfen. I n e i ne m Te i l de r soge­
nannte n modernen Compu te r we rden z u r Ve rspe i c h e rung von Da ten i nte­
g r i er te Scha l tkre i s e verwen de t, d i e be i j e de r z u g ro ße n S t romschwan­
kung oder be i m gänz l i chen Ausfa l l des S t ro me s i hre I nfo rmat i on ver l i e­
ren. Bedeu te t der Ver l us t des Spe i c h e r i nha l tes nur das nochma l i ge La­
den des P ro g ramms und d i e nachfo l gende Berechnung e i ne s e i nz i ge n o de r
weni ger Punkte , so i s t di ese Spe i c he rtechno l og i e , schon wegen i hre r
B i l l i gke i t, a l l en ande ren vo rzuzi ehen . Gehe n a be r di e Koo rdi na ten v i e l er
Punkte , vi e l l e i ch t d i e Rechena rbe i t m e h r e re r S tunden, ve r l o ren, s i eh t
d i e Sa che ganz anders aus. Vi e l e " une i gennüt z i ge " Ve rkäufe r b i e ten a l s
Ausweg d i e sofo r t i ge Ve rspe i che rung a l l e r Koordi na te n nach de ren Be­
rechnung auf Magne tbandkas se t te a n , was re che ntechni s ch und ze i tm ä ß i g
- I JO­
kaum mehr z u ve ra n tworten i s t . E i ne dera r t i ge Ma ;ch i nen- und P ro g ramm­
konfi g u ra t ion w äre der uns a l l en bekann ten P 1 0 1 m i t i h rem l angsamen
Laufze i tspe i cher ka um wesen t l i ch übe r l egen.
W i ch t i g i s t a uch d i e F rage nach der Wortgröß e . In de r Geo d äs i e und
im Stra ße nba u, wo Entfe rnungen m i t M i l l i me t e rgenaui gke i t b i s zu e i ner
G röße von 1 0 bis 20 K i l om e t e r berechnet werden , s i nd 1 6- s te l 1 i ge Wor te
( 64 b i t ) ge rade z u e i ne se l bs tve rs tänd l i che Fo rde rung.
D i e Punkte 3) und 4) der o b i ge n Fo rde rungen s te he n e benfa l l s in engem
Zusammenhang. E i ne rse i ts i s t e s unbe d i n g t no twen d i g von e i ne r MDV­
An l age i m tech n i schen E i nsa t zbe r e i ch e i ne Ar t p rob l emor i e n t i e rte r Sp ra­
che zu ve r l angen, andere rse i ts i s t es gerade fü r den Ei n sa t z i n der Geo­
dä s ie e i n Undi ng da r un t e r vi e l l e i ch t " Fo r t ran " z u ve rs tehen . Jede h öhere
p ro bl emo r i e n t i e r te P ro g ra m m i e r s p ra che benöt i g t zu i hr e r Übe rse tzung i n
d i e Maschi nenspra che e i ne n Comp i l er, der von unse r e r gefo rde rten , be­
s c he i denen, w e i 1 a n de rnfa l l s t eu ren , Spe i cherka pa z i t ä t m i ndes tens 5 0 %
be l egen w ü rde. Se l bstve rs tänd l i ch könnten dami t d i e notwendi gen Anwen­
d e r p ro g ra mme e infacher und s c hn e l l e r e rs t e l 1 t we rden. D i e Forderung
nach fre i e r P rogramm i e rba rke i t zum Zwecke de r Er\'\eite rung und Mode rn i ­
s i e rung de r vo rhande nen P ro g ra mmb i b l i o thek könnte l e i ch te r geschehen.
Die echten Vo r te i l e j e do c h w ü rde nur der P rogra m m i e r e r i n Ansp ruch
ne hmen, und j ede r e inze l ne Mas c h i ne n be s i tze r m ü ß t e s i e teue r beza h l en .
Nur be i de r Ve ra rbe i tung l aufen d ve r s ch i e dener P ro g ra mme i s t di eses
S ys tem von Vo rte i 1 ; kaum j e doch in de r Geo däs i e . E i ns ch l äg i g e E rfa h run­
gen ze i gen, daß in Maschi ne n s p rache geschri ebene P rogramme um meh r
a l s 30 % k ü rze r s i nd a l s so l che m i t " F o r t ra n " e rs te l l te .
Durch d i e D i skrepanz zw i schen Rechenzei t und Ausgabe - ( Druck-) ze i t
i s t e i ne w e i tere Fo rde rung n i ch t unwe sent l i ch . Es i s t s i nn l os , für Com­
p u t e r de r di rekten Da t enve ra rbe i tung noch s ehne l l e re Re chne r zu fo r­
de rn, wenn d i e Ve ra rbe i tungsgeschwi n d i gke i t a u s s ch l i e ß l i ch von de r
E i nga begeschw i nd i gke i t abhäng t . S i e s o l l jedo ch n i cht von der Druckge­
s chw i nd i gke i t , w i e es be i der Ausgabe übe r e l ek t r i s ch e Sch r e i bma s ch i ­
-1 3 9 -
nen ( 1 o b i s , 1 2 S te l l en p ro Sekunde ) g e s c h i e h t , bee i nf l u ßt we r den. Bei
so l chen Sys temkonfi g u ra t i onen be t rä g t z. B. die Reche nze i t für e i ne n
Po l a rpunkt ungefähr O , 5 Sekunden, s e i ne Ni e derschrift daue r t jedoch
fas t zehn Mal so l ange. Die Zei t e rspa rni s du rch e i nen sehne ! l e ren Druk­
ker be de u t e t n i ch t n u r kü rze re E i nscha l tzei ten de r Maschi ne , sondern
a u ch e i nen en t s ch e i dend geri ngeren fi nanzi e l l e n Aufwand für d i e Be­
d i enung s k raft. Summ i e r t man- di esen Ze i tve r l us t übe r di e durchschn i t t­
! i che Ve rwendungsda uer e i ne s de ra r t i gen Comp u t e rs (5 b i s 1 0 Jahr e ) , so
rec h tfe r i gt s i ch dami t vi e l l ei ch t noc h ke i n e i gene r Zei l endrucke r, woh l
a be r e i n Druckwe rk m i t ungefähr 4 0 b i s 60 Ze i chen p ro Sekunde.
Für
e i n i ge a u s ga be i n tens i vere P rogramme, w ie z . B. die Mas senbe rechnung
und d i e G ra d i en tenbe rechnung i m S t ra ßenbau , s i nd doppe l te Fo rmu l a r­
führungen (2xA4 o. ä. ) unbedi ng t no twendi g. Übe rhaup t da rf, wegen des
Wunsches nach a bgabe re ifen Ausdrucken , d i e Fo rderung nach e i ne m
mög l i ch s t komfortab l en Druckw e rk n i c h t übe r s e he n we rde n .
D i e Ans ch l u ßm ög l i chke i t be l i e b i ge r Pe ri p h e r i ege räte w i rd i mme r mehr
zu e i ne m entsche i denden Kr i te r i um be i der Auswah l e i ne s MDV-Compu­
te rs. Du rch den techno l og i schen For t s ch r i t t a uf dem G e b i e t e des Me ßge­
r äteba u s we rden i n Zukunft i mme r m e h r se l b s t reg i s t r i e rende Entfernungs­
und W i nke l me ß i ns t rumente Verwendung f i nden. ( Re g . E l ta , G eo d i me ter
u . s . w . ) . Um e i ne n s i che ren und op t i ma l e n Da tenf l u ß zu e r r e i chen, müs­
sen d i es e Da t e n t räger ohne Schw i e r i gk e i t ve ra rbe i te t we rden k önnen.
D i e Entw i ck l ungs tendenz a uf d i e se m G e b i e t e w i rd s i ch i n Zukunft vom
Loch s t re ifen zur Magne tba ndka s se t te ver l a ge rn. I n di esem Zusammen­
hang i s t na t ü r l i ch d i e Kompa t i b i l i tä t d i eses Externspe i chers besonders
w i ch t i g . Der G ro ß te i 1 a l l e r e u ropä i sche r Comp u t e rfi rmen hat s i ch i m Do­
kumen t ECMA 34 a uf e i ne geme i nsame No rm gee i n i g t . Vi e l e der he u te auf
dem Ma rkt angebo tenen K l e i ncomp u t e r ame r i kani s ch e r Herkunft ve rwen­
den ande re Be t ri eb s s ys teme. Ebenfa l l s auf e i nen für den Geodäten s e h r
wesen t l i chen Ra: t i ona l i s i e rungsge b i e t, d e m a u toma t i schen Ze i chne n , we r­
den d i e o . a . P e r i p he r i ege räte i m off- 1 i ne- Be t ri e b besonde re Be de u t ung
e r l angen. Noch w i ch t i ge r w i rd
di e o n- l i ne - Ve r b i ndung zw i schen Com­
- 1 40-
p u t e r und Zei chenma s c h i ne we rden. · Von den heute angebo tenen MDV-An­
l ag en s i nd j e doch nu r wen i ge dafür gee i gne t .
M i t d e r Schaffung e i n e r ös te r re i ch i s chen L i egenschaftska taster- und
Koordi na tenbank w i rd für vi e l e MDV- Benütze r der nachträg l i che Aus ba u
i hres Compu ters z u e i ne m i n te l l i ge n t e n Te rmi na l besonders w i ch t i g s e i n .
W i e S i e den Wor ten unse res Ko l l egen Zi mme rmann vor e i ne r Woche ent­
ne hmen konnten, w i rd a m Aufba u d i e s e r Da tenba nk bere i ts gea rbe i t e t ,
u n d i n wen i ge n Ja h re n we rden d i e e rs ten Te rm i na l s angesch l os sen se i n.
F ü r uns Geodä ten i s t e s j et z t h öchs te Ze i t , daß w i r uns m i t der Arbe i t s­
we i se und den P ro b l emen e i ne s Te rm i na l s ausei nande rse tzen .
ARBE I TSWE I SE E I NES TERM I NALS
E i n Term i na l i s t e i ne dezen t ra l e Da tene i n- und ausgabe s ta t ion e i ne r
EDV-An l age, i n de r e infach s ten Form e i n Fernsch re i be r. E r i s t i n de r
Lage , gesamme l te Daten m i t H i l fe e i ne r a l phanu m e r i schen Tas ta tu r a n
den Compu te r w e i te rzu l e i ten o de r de ren Ergebni s se zu empfangen und
in K l a rs c h r i f t bzw . a uf Da ten t räge r a us zuge ben.
O i e Ve rbi ndung zw i s chen den e i nze l ne n Te rm i na l s und de r G ro ßan l age
(bzw . Da tenbank) , d i e Übe r t ra g ungs l e i tung, kann e i ne Te l e g raph i e- (Fe rn­
schre i b- ) o de r e i ne Te l efon l e i t ung se i n. Te l egraph i e l e i t ungen e r l auben
e i ne Übe r t ragungsgeschw i nd i gke i t von 50 Baud (1 Baud = l bi t/sec. ) ,
Te l efon l e i tungen e ine so l che von 1 200 - 4800 Baud. Wenn n i ch t e i ne ge­
e igne t e re Stand l e i tung zur Ve rfügung s te h t, be t räg t in Öste r re i ch be i
no rma l en W ah l l e i tungen d i e ge s i che r t e Übe r t ragungsge s chw i nd i gke i t
1 200 Baud. An be i den En de n de r Übe r t ragungs l e i tung s i nd zur Umfo r­
mung de r Da ten i mp u l se Modems (Modu l a to r bzw . Demodu l a tor) vo rgescha l ­
te t .
-1 4 1 -
Schn i t t s te l l e
Sende r
1
1
Schni t t s t e l l e
1
w
0
0
w
0
0
2
G l e i ch s t rom / Wechse l s t rom
Empfäng.
1
1
Wechse l st r . / G l e i ch s t ro m
Di e Übe r t ra gung e rfo l g t bi t-ser i e l l , d . h. , d i e e i nze l ne n bi t s e i nes
Ze i chens werden nachei nande r ü be r t ragen. I hre Versch l üsse l ung i s t fre i
w äh l ba r , gesch ie h t j e doch no rma l e rwe i se i m I S0-7bi t ode r 8bi t - Code.
( l n t e rnat i ona le Standa rdorgan i sa t i o n ) .
Sen de r
l5I Ud L3J L21 w
Ze i chen
2
611 LgJ lJl l2J L1J
Zei chen
Empfä n g
1
Übe r t ragungs r i chtung
Bezüg l i c h der Übe r t ragungs ri ch tung gi b t es ve rschi edene Le i tungsa r te n .
Simplex
di e Ha l bdup l ex l e i tung e in wechse l ­
s e i t i ge s Senden und Empfangen
un d
d i e Dup l ex l e i tung e r l a u bt das g l e i ch­
ze i ti ge Senden in be i den Ri chtungen.
Empfing er
Sender
D i e S i mp l ex le i t ung e r l a ub t nur das
Senden e i n e i ne r Ri chtung,
( Einwe;betrieh )
ftatb- oder Semiduplex
r·„-- - - - - -------,
:
:1
Sender
!
Empfänsu
:
t
_________
Yoll up!ex
·
'
... _ _ _j
( Wechselbetrieb )
----
[ Gegenbrtrieb l
!1
!I
•
E mpfi ngt(
j
Sent!er
'---�__...
Empfänger"
r---------- - - ,
'
L--- - - - - - - ---'
:
L-------------J
L---.
r.
---,.i
.
:j
j;
;j
r--- - - - - - ----1
Send er
-'-i
'41
'
.
Empfänger
Stnder
j!
jl
1
L-------------'
-1 4c-
Da d i e e l e k t ron i s che Da tenve ra rbe i tungsa n l age n i ch t i n d e r Lage i s t ,
d i e e i nze l nen Ze i chen b i t-se ri e l l di rekt zu senden bzw . zu empfange n ,
m u ß zw i s chen dem Re chn e r und de r Übe r t ragungs l e i tung e i ne Da ten ­
übe r t ragungs s te ue re i nhe i t ( L i ne Ada p te r , DCCU ) da zw i schen ge ­
s cha l te t we rden. Se i ne Aufgabe bes te h t i m Zusamme nfassen und W e i ­
t e rl e i te n de r Da ten, i n i hre r Kon t ro l l e du rch da s E r re chnen und Übe r­
p rüfe n der 1 1 P a r i t y Che ck s " , i m Se tzen bzw. Au swe rten von Steuerze i ­
c hen , i m " Scann i ng " , de r rege l mä ß i gen Abfrage der Le i tung nach a n­
s te henden Nach ri chten, i m " Po l l i n g 1 1 , der Adre s s i e rung de r e i nze l nen
Term i na l s , wenn m i t te l s e i ne r Le i tung mehre re Te rm i na l s (Po i n t to poi n t
oder M u l t i po i n t ) versorgt w er de n und i n w e i t e re n Lei t ungskont ro l l en.
!P O I N T
l
! MUL T I
TO PO I N T
EDV­
PO I N T
!
E DV­
Anlage
Anluge
DCCU
DCCU
TERMINALS
TERMINALS
Besondere Sorgfa l t i s t a uf d i e Si che rhei t de r Übe r tragung zu l egen,
da s i ch S t örungen a uf die Ube r t ragungs l e i tung n i ch t ve rme i den l a s sen.
Aus d i esem G runde fügt man a u ße r dem P rüfbi t je Zei chen noch e i n
Si cherhe i tsze i chen (Pa ri t y Che ck ) j e Nachri cht h i nzu. D i eses P rüfze i ­
chen e rgänzt d i e Anza h l a l l e r bi t s m i t e i ne r bes t i mm ten We r t i gke i t a uf
e i ne ge rade oder unge rade Anzah l , De r Empfänge r e r re chnet nach dem­
s e l ben A l go r i thmus das P rüfze i chen und verg l e i ch t d i e be i den. M i t
H i l fe des P rüfbi ts j e Ze i chen und des P r üfze i chens j e Nach r i ch t l a s sen
s i ch e rfa h rungsge m ä ß m i t fa s t hunderp rozent i ge r S i ch e rhei t a l l e a uf­
t re tenden Feh l e r e n t de cken.
.
-1 4 3 -
Ste l 1 t der Empfänger e i nen Feh l e r i n d e r Übe r t ragung fes t , so veran­
l a ß t e r den Sender zum e rneuten Übe r t ragen de r Nach r i ch t bzw . des
Da t en b l ocks. E i n Be i sp i e l ze i g t di e Ve rwendung von zus ä tz l i chen
Steuerze i chen i nne rha l b e i ne r Nach r i ch t im I SO 7-bi t - Code (7 Da ten­
b i t s und 1 P rüfb i t ) , w e l che d i e Übe r t ragung s s i c he rhe i t ebenfa l l s e r­
h öhen.
1.
SOH
Block
n·
Nochriddenl<Opl
Adrtsst
Blöcke
letzter
Blodc
Sich<crungszcichen
LPC
STX
OAT EN
ETB
STX
DAT EN
1 ETB
LPC
STX
DAT EN
1 ETX
LPC
E OT
Dabe i bedeut e n d i e Abkürzunge n de r S te u erze i chen:
SOH -
Start of header ( Begi nn des Nach r i ch tenkopfes )
S TX - S ta r t of text ( Beg i nn des Tex te s )
ETB
End of t ransm i s sia1 b l ock (Endes des Über t ragungs b l ocks)
E TX -
End of text (Endes des Textes )
EOT -
End of t rans m i s s i on (Ende de r Übe r t ragung)
LPC -
Lon g i tudi na l P a r i t y Check
Aus den angekommenen Oa ten z e i chen bi l de t a u ch de r Empfänge r e i n
S i che rh e i tsze i chen (LPC) und ve rg l e i ch t e s m i t d e m empfangenen Ze i ­
chen. Be i G l e i ch he i t (fe h l e rfre i e r Empfang ) sendet di e OCCU zum Sen­
ACK - Acknow 1 edgement
(po s . Rückme l dung)
der da s Steuer ze i chen
und be i Ung l e i chhe i t das
Ste ue rze i chen
NAK ­ Nega t i ve Acknow l edgeme n t
(neg. Rückme l dung)
Empfängt de r Sen de r das Zeichen NAK, dann w i e de rho l t er den l etzten
Übe r t ragungs b l ock. Wenn nach n-W i e de rho l ungen e iner Über t ragung
ni cht das Steue rze i chen
AC K
e rsche i n t , w i rd d i e Übe r t ragung a bge­
b rochen und vom i n te l l igen ten Term i na l e i ne entsprechende Feh l erme l ­
dung e rzeug t .
- 1 <+ '+ -
Rückme ldung in einer Halbduplexleitung
Nachricht
.".-'« -
Block 1
1
1
Block
1
1
1
1
1
; · t·
•.• •.
1
t 2 ..I {1
1 L.-...;.
1
Block 3
2· ,
1
1
1
1
1
1
,ACK1
'
1
-tibertragung
1
1
1
1
1
1 ,ACK,
!
-Rückmeldung
h
Rückmeldung in einer Vollduplexleitung
Nachricht
Block
1
1
1
1
'
1
1
: &.!S.i
2
1
1
1
1
1
1
l ,ACK,
3
1
1
1
1
1
1
l ,ACK ,
4
1
1
1
_...Übertragunp
1
1
1
:
- Rückmeldung
D i e Feh l e rbehebung gesch i eh t a l so bei Ha l bdup l exbe t ri eb i m wechse l w e i ­
s e n Senden und Qu i t t i e re n . I m S i m p l exbe t r i e b i s t d i e Feh l e rbehebung
nur durch Mehrfachü be r t ragung m ög l i ch , im Vo l l dup l e.xbe t r i eb e rfo l g t
g l e i ch ze i t i ge s Senden und Qu i t t i e ren d.e r gesamten Daten.
Man unte rsche i de t zwe i Arten von Te rm i na l s .
Das u n i n te l l i gente Ter m i na l (z. B . Fe rnschre i be r) , we l ches i n de r Rege l
nur Da tenze i chen s e nden ode r a uf empfangene Da tenzei chen rea g i e ren
kann, und da s i n te l l i ge n te Te r m i na l , das e i ne e i ge ne Vera rbe i tungs lo­
gik be s i tz t . Sei n fl e xi b l e r P uffe rspe i che r e r l a u bt die Zw i s chenve rspe i ­
cherung e i ne r Nach r i ch t noch bevo r s i e gesendet w i rd. E r e rmög l i ch t
a u ch be i Übe rtragungsfe h l e r da s mehrma l i ge Senden bzw . Empfangen
e ine r Nach ri cht und ga ran t i e r t d i e op t i ma l s te Aus nutzung der vol l en
Übe r t ragungsges chw i nd i gke i t.
D i e Verarbe i tungs l og i k des i n te l l i ge n te n Te rm i na l s e r l au b t e ine i nd i ­
v i due l l e Ve ra rbe i tung de r von de r E DV-An l age ü be rsandten Nach r i ch t .
Da s spez i e l l e Anwende rprog ramm i m i nte l 1 i ge n t en Te rm i na l bes t i mm t '
was m i t der empfa ngenen Nach r i ch t L U gescheh en hat.
-1 45-
ANFORDERUNG EN AN E I N TERM I NAL F Ü R DEN GEODÄ TI SCHEN
E I NSATZ
1 ) I n te l l i gentes Te rm i na l (z. B. e i n M DV-Compu te r )
2) F re i e Progra mm i e rba rke i t (a uch des Be t r i ebssys te m s )
3) Te l e-Proces s i ng Softwa re m u ß vorhanden s e i n
4 ) Schne l l e E i n- und Ausgabege rä te (z. B. Magne tbandkass e t te )
5 ) L ei s t ungsfä h i ge r L i ne Ada p t e r (vo l l e Ausnüt zung der Le i s t ungs­
kapa z i t ä t )
Di e heu te i n de r geodä t i schen Re chenp raxi s i m Ei nsa t z s te henden
T i s chcompu t e r s i nd t rotz i hre r t e i l w e i se n Te rmi na l fäh i gke i t nur in den
s e l tensten Fä l l en ansch l i e ßba r . Für j e de di es e r An l agen müßte i m
EDV- Ze n t rum e i n s p e z i e l l e r L i ne Adap t e r i ns ta l 1 i e r t w e rden, was ab­
g e s ehen von der s e h r großen Übe r t ragungsze i t und den ho hen Bet r i ebs ­
kos te n kaum mög l i c h i s t. Di e Ve rwendung e i ne s un i n te l l i ge n t e n Te rm i ­
na l s sche i te rt e benfa l l s a u s d i e s en G ründen. Sch l i e ßl i ch e rhebt s i ch
noch d i e F rage , ob dann e i ne dafür konz i p i e r te Softwa re i n d e r EDV­
An l a ge z u r Verfügung s tehen w i rd.
W i e aus a l l en bi s h e r Gesagte n zu e r s e hen i s t , we rde n nur e l ek t ron i ­
s che Rechner vom MDV-Compu te r (z. B . P h i 1 i p s P 350) aufw ä r t s i n der
Lage s e i n , a l l e heute und zukünft i g a n s i e ges t e l 1 ten Aufgaben z u l e i s ten.
E i n gee i gne t e r und a usba ufä h i g e r M DV-Co m p u t e r l ös t heu te fas t a l l e i m
e igenen Bere i ch anfa l l enden geo dä t i schen Rechenop e ra t ionen, e r l a u b t
morgen e i nen gro ßen Ra t i ona l i s i e rungss ch r i t t a uf d e m Ze i chensek to r
(P l o t t e r i m on- l i ne - Be t r i e b ) ode r Me ßsek to r (au to ma t i s ch regi s t r i e ren­
de Tach yme ter) und i n we i terer Zukunft den op t i ma l en Zug r i ff zur Da­
t enbank.
E i ne sehr w i ch t i ge Ta tsache w i rd l e i de r fas t i mme r zu wen i g be rück­
s i ch t i g t . Der Aufbau e i ne r dera r t i ge n Ha rdw a re - Konf i gu ra t i on ver l angt
k e i ne sofo r t i ge und dami t fas t unmög l i ehe l nves t i tio n .
Di e e i nze l nen
Au sbau s tufen ve r te i l en s i ch nach Dri ng l i ch ke i t und fi nanz i e l l e r Mög l i ch­
-1 46-
ke i t auf meh re re Jahre. Auch di e Ang s t vo r d e r z u schne l l en Ve ra l te rung
des e i genen Comp u te rs i s t nach Berücks i ch t i gung der angefüh r te n Fo rde ­
rungen fü r
l ange Ze i t unbe g ründet . D i e no twend i ge n , passenden Zusa tz­
geräte sow i e die e n t s p re chenden Servi ces müssen von der E rzeuge rfi rma
auch noch nach Jah re n ga ra n t i er t werden, was s i che r l i ch n i ch t i mme r der
Fa l l se i n w i rd.
W I E KÖNNTE D I E ARBE I TSWE I SE
lM
TERM I NAL BETRI EB AUSSEHEN ?
Vor de r e i gen t l i c h en Fe l da ufnahme l ä ß t s i ch de r Sachbea rbe i te r übe r das
Te rm i na l d i e G runds tücksda ten der be t reffenden Parze ! l en a u s drucke n .
Ans ch l i e ßend ve r l an g t e r d i e N i e derschrift a l l e r Koo rdi naten, di e i m
vo rgegebenen Geb i e t vo rhanden s ind sow i e d i e Fes tpunktskoo r d i na ten
e i nes e n t s p re chend e rwe i te rt e n Bere i ches. Be i nha l te t die vo rhandene
Sys temkonf i g u ra t i on be re i ts e i nen P l o t te r , l äßt er s i ch d i es e Da ten kar­
t i e re n bzw . z e i chnen . M i t di esen Un t e r l agen ka nn er d i e e rfo r--de r l i che
Fe l da r be i t no rma l e rw e i se be re i ts p l a n en und du r c hführen,
Vor de r e i gent l i chen Berechnung k önnten die dazu notwe n d i ge n Aus­
gangskoordi na ten i n den e i ge ne n Compute r w ieder e i ngegeben oder
neue r l i ch aus der Datenbank a bge rufen we rden. ( Ko n t ro l l e ) .
Nac h Durchführung de r komp l e t ten Rechena rbe i ten u n d nach Fe r t i g­
s te l l ung des Te i l ungsausw e i ses werden di e neuen Koor d i na te n bzw .
G runds t ücksda ten m i t te l s des Te rm i na l s i n di e Da tenbank übe r t ragen.
Se l bs tve rständ l i ch k önnen d i e s e neuen Da ten n i c h t d i re k t in den G ro ß­
raumspe i che r, sondern i n e i nen spe z i e l l en Puffe rspe i cher ge l angen , wo
s i e so l ange ve rspe i ch e r t b l e i be n , b i s der s taa t l i che Ve rmes sungsdi e ns t
( VA) und das G rundbuch di e endgü l t i ge Übe r t ragung i n den Hau p tspe i che r
veran l assen.
Di es e r Da t enf l u ß be d i n g t j e doch di e Zusammena rbe i t zw i schen dem
s taat 1 i chen Ve rme s sungsw e s e n und de r Jus t i zve rw a l tung (G rundbuch ) .
-1 4 7 -
M a n w i rd s i c h e nd l i ch entsch l i e ßen müssen, n u r m e h r e i n e i nz i ge s Li e­
genschaf tskataste rverze i chn i s ( L i egenschaftska tas te rbank } , das natür­
1
i ch bei den Bere i chen genügen muß, evi de n t zu ha l ten. De r z u e rwa rten­
de vo l ks w i rtschaft l i che Gew i nn w ä re sehr s ro ß !
"" )
O i e j u r i di schen E i nwände bezüg l i ch de r Da tenabs i che rung gegen Unbe­
fug te s i nd techno l og i sch gesehen unbe gründe t . Ke i n he u t e gefüh r te s
G rundbuch kann gegen Verände rungen s o g u t geschützt w erden w i e e i ne
Da tenbank. Au ßerdem i s t es l e tz l i ch d i e Urkunden samml ung, d i e i m
S t re i tfa l l e entsche i de t und d i e S i che rhe i t d i e s e r Samm l ung s o l l w i e b i s ­
h e r gew a h rt b l e i ben.
SCHL USSFOLGERUNGEN
Wenn, w i e gep l an t , in ze hn Jah re n d i e komp l e t te
Li egen s c haftska tas­
te rbank i h re n vo l l en Ra t i ona l i s i e rungseffek t e rz i e l en so l l , müs sen b i s
da h i n a l l e Ve rme ss ungs- und G r undbuchs ä m t e r sow i e e i n g ro ße r Te i 1
a l l e r Z i v i l i nge n i eu rbüros und No t a r i a tskanz l e i e n m i t Term i na l s ausge­
s ta t te t s e i n. Oi e dafür e rfo rde r l i chen I nve s t i t i onen i m s taa t l i che n und
p r i va ten Sektor be deu ten heute noch e i ne s der s c hw i e r i gs t en P rob l eme.
De r ec h t z u e rw a rtende vo l ksw i r t schaft l i che Gew i nn ist in a l l en s e i ne n
Konsequenzen übe rha u p t noch n i cht a bzuse hen u n d w ürde e i ne besonde re
s ta a t l i che
Un te r s t ü t zung s i ch e r l i ch rechtfe r t i ge n .
Aus de r gro ßen Menge d e r zu e rwart e nden Vo rte i l e s e i e n nu r e i n i ge
andeu tungswe i s e e rwähnt.
Der L i egenschaftskatas te r k ön n te ve re i nfach t und s e i ne Evi denzha l tung
w e s en t l i ch be s ch l eu n i g t we rden. Di e a nge s t re b t e Zent ra l i s i e rung, d. h. ,
Ver r i nge rung der Anzah l der Ve rme s s ung s - und G rundbuchsämt e r , i s t
dam i t ohne g röße re Schw i e r i gke i ten m ög l i ch .
„)
Zur Rea l i s i e rung d i eses Vo rhabens w u rde be i m Bundes k an z l e ra m t
e i ne " P roj ek t s g ruppe G r unds t ücksdatenban k " be re i ts e i nge r i ch t e t .
.
....
Der heu t e so a ufwendi ge Pa rte i enve rkeh r k önnte we i te rh i n dezen t ra l
j e doch s chne l l e r und effekt i ve r abgew i cke l t w er den.
F ü r die e i nze l ne n I ngeni e u rb ü ros bede utet die L i e genschaftska tas te r­
bank di e s ofo rt i ge Zugr i ffsmög l i chke i t zu a l l en evi denten Ka taste rda ten
und Punk tkoo r d i n a ten. W i e s chon e rw ähnt, be t rä g t die Ü ber t ragungsge­
s c hw i n d i gke i t 1 200 Baud. Das bedeute t bei e i n e r durchschni t t l i chen
Feh l e r ra te (Mehrfa ch ü be r t ragung ) die Übe r t ragung a l l e r Da ten ei nes
G runds t ücks e i ns ch l i e ß l i ch des Bes i tze rs und Ans chr i f t in rund e i n e r
Sekunde . Und d a s vo l l s t ä n d i g und feh l e r lo s . H i e r se i vo r a l l e rn a n d i e
Rese rv i e rung von G ru n ds tücksnumme rn , a n d i e For tfüh r ungs h i nw e i se,
a n die Zu te i l ung der Koor d i na tennumme rn oder ü be rhaupt a n die vo r­
l äufi ge Verspe i che rung a l l e r noch n i ch t durchgeführ ten Te i l ungsp l än e
gedacht, U m a l l e Vor t e i l e fü r be i de Sei te n m ög l i chs t o p t i ma l auszu­
n u tzen , beda rf es e ch te r und kons t rukt i ve r Zusammena rbei t zw i s chen
den öffe n t l i chen und p r i va te n Verme s s ungss te l l e n .
Kan n d i e s e s g ro ße Vo rhaben de r Schaffung e i ne r öst e r re i ch i s chen
Liegenschaftska tas te rbank m i t a l l e n s e i nen Konsequenzen i n weni ge n
Jah re n ve rw i rk l i ch t w e rden, w i rd e s dem Ansehen des ös te r re i ch i s c hen
Ver me s s ungswesens i m I n - u n d Aus land z u r g ro ße n Ehre gere i chen.
-1 49-
L I TERATURVERZE I CHNI S
(1 )
H E I NRI C H, L . J. : M i t t l e re Da ten tech n i k
Ver l agsgese l l s c haft Rudo l f M ü l l e r , Köl n - Bra unsfel d , 1 97 2
(2) MARSAL, D . : K l ei ncomp u t e r
Ca r l Hansen Ver l ag , München, 1 97 2
(3) MÜLLE R/ HAAS: El e k t ro n i sche Da tenve ra rbe i tung im Bau- und
Verme ssungswesen
1 . und 2 . Te i l
W erner-Ve r l a g , Düss e l do rf, 1 97 1
Geowiss . Mitt . 1
1 973 ' 1 5 1 - 1 70
NATÜRLICHE MASSENBEWEGUNGEN AUS DER SICHT DES
GEODÄTEN
von
F . Brunner
( Vortrag gehalten am 7 . Februar 1 973
im Rahmen de s Kolloquiums der Assi st enten
der Studienrichtung Verme s sungswe sen )
Dipl . Ing . Dr . Friedrich Brunner , Hochs chula s sistent am Inst itut für
Ge ophys ik , Te chnis che Hochs chule in Wien 1 040 , Gußhausetraße
27 -
29 .
ZUSAMMENFASSUNG
Den Ge odäten betreffen die natürl ichen Mas senbewegungen haupt ­
s ächl ich durch die dre i folgenden Gründe :
1 . Die Verfas sung von Lage - und Höhenplänen von Bewegungs geb ieten
erfordert vom Geodät en e in gut e s Verst ändnis für die natürl ichen
Ma s senbewegungen .
2 . Durch die natürl ichen Ma s s enbewegungen verlieren vielfach die
Fixpunkte der Geodät en ihren Charakt er de s Fixse ins und verän­
dern dadurch im Laufe der Zeit s t ändig ihre Ko ordinate n .
3 . Der Geodät wird herange z ogen , wenn e s darum geht , Hangbewegun­
gen zu mes s en .
Ohne das re chte Verständnis für die Naturere igni s s e , inklusive der
auslösenden Ursachen , wird der Geodät allerdings nicht den Platz
e innehmen können , der s e iner verantwortungsvollen Aufgabe zukommt .
Im ersten Te il de s Vortrage s wird daher der Versuch unternommen , e i ­
ne phänomenologis che Übersicht über die wicht igsten natürlichen Ma s ­
senbewegungen zu geben . B e s ondere Beachtung bei dieser Zusammenst e l ­
lung wurde der Ges chwindigke it der Bewegungsabl äufe zugeme s sen , um
die Mögl ichke it e iner ge odät i schen Verme s sung der Bewegungswerte von
vornherein im Auge zu behalt e n .
Anknüpfend an dies e phänomenologi sche Zusammenstellung werden die
wi cht igs t en geodät i s chen Ge s icht spunkt e herausgearbe it et und be spro ­
chen . Al s B eispiel einer B ewegungsme s sung wird die Verme s sung de s
Talzus chub e s "Le sacher Riege l " in Osttirol vorge stellt . Die Nullme s ­
sung der B ewegungsme ßpunkte wurde im Sommer 1 972 vom Inst itut für
Geophys ik ausgeführt . Die ,bei die ser Verme ssung aufgetretenen , stark
negat iven Refrakt ionskoeffizienten der hangparallelen , gegense it igen
Zenit distanzbeobachtungen werden als intere ssant e s geodät ische s
Te ilre sultat die ser Arbe iten hervorgehoben .
- 1 53-
EINLEITUNG
Was versteht man e igentlich unter der B e z eichnung "Natürl iche
Ma s senbewegungen" ? Ganz allgeme in würde man darunt er alle , durch
Kräfte vers chie dens t er Art bewegten Ma s s en wie Was ser , Erde , Fels
und Eis verstehen . Doch wurden e inige dieser Bewegungsgruppen durch
die ras che Entwicklung der Ge omorphologie als der übergeordneten
Wis s ens chaft , der die se Themen zugeordnet s ind , s o ausgebaut und
spe z ialis iert , daß man die Gle t s cher- oder Eisma s senbewegungen und
auch die re inen Bewegungen de s Wa s sers abtrennen mußte . Auch die
Ma s senbewegungen auf der Erdoberfläche , die durch tektonische Kräft e
in horizontaler und vert ikaler Richtung erfolgen - ganz zu s chwe igen
von den B ewegungen , die ganze Kont inente erfa s s en - werden im allge ­
meinen nicht zu den natürl ichen Ma ssenbewegungen ge zählt . Es ver­
bleibt daher , die natürlichen Ma s senbewegungen in Fel s und Lockerge ­
ste inen zu bespre chen . Dazu z ählen in e iner ersten Nennung die Fel s ­
s türz e , die Erdrut s che , das B odenkriechen und das Bodenfließen . Um
die Definit ion we it erzuführen , werden unter den natürlichen Ma s s en­
bewegungen die Verlagerungen von Fel s - und Lockerge s t e insma.s sen in
e iner von der Vertikalen abwe ichenden Richtung verstanden , d . h . e s
s oll neben einer vert ikalen auch unbe dingt noch e ine horizontale B e ­
wegungskomponente vorhanden sein . Die B ewegungen mit auss chlie ß ­
lich vert ikaler Bewegungskomponent e nennt man Setzungen , und diese
b ilden e in ganz spez ielle s , separate s S onderkapitel . Ein Geb iet , das
zwar von den Geodäten besonders intens iv durch Senkungs - und Se ­
t zungsme s sungen betreut wird , hier aber im folgenden nicht näher b e ­
handelt werden s oll .
Auf j ede Erdma s s e an der Erdoberfl äche wirkt s t ändig die Schwer­
kraft mit vorgegebener Richtung und Grö ße als allgegenwärt ige und
allgeme inste Triebfeder aller Ma s senbewegungen . Hinzu kommt als
wicht igs t e s Agens das Was se r , das mit verschie denen Druckhöhen als
Poren- oder B ergwa sser angre ift , al s Lösungsmittel und immer auch
als Transportmittel arbeitet und b e i fa st allen Ma s senbewegungen als
auslösendes Moment erkannt werden muß .
Das Ergebnis jeder Erdmas senbewegung ist e ine bre chende oder
b ildsame Verformung des Gel ände s . Daher s tehen die Ma ss enbewegungen
immer in enger B e z iehung zur ge omorphologischen Entwicklung einer
Gegend . Dort wo Was s erläufe oder Glet s cher die Hänge übersteilt ha ­
ben , versuchen diese , durch Ma s senverlagerungen ihre Form wieder der
Standfe s t igkeit der Ge s t e ine anzupa s sen . Die se Anpa s sungsvorgänge
erstre cken s ich über die ge samt e Größenskala von kleinen , kaum beach­
teten Erdbewegungen bis zu viel en Millionen Kubikmetern bewegten Ma ­
t erial s a l s Katastrophen mit vielen Toten . Natürlich waren e s gerade
die se gewalt igen , über die ganze Welt verbre iteten Schäden , die zur
Erfas sung der Ursachen die ser Ma s senbewegungen angeregt haben .
ERSCHEINUNGSFORMEN DER NATÜRLICHEN MAS SENBEWEGUNGEN
Wendet man s ich , ohne e iner strengen Einte ilung zu folgen , nun
den e inzelnen Ers che inungs formen der Ma s senbewegungen zu , s o l äßt
e ine s orgfält ige Inspektion e ines Hange s immer Anze ichen von ober­
fl ächennahem Kriechen des B o dens e rkennen . Im Zusammenhang mit Hang­
bewegungen versteht man unt er Krie chen , dem e infachen Sprachgebrauch
folgend , e ine langsame B ewegung . Oberflächliche s Kriechen umfaßt die
ungefähr 3 m dicke oberflächennächste B odens chicht und hat in jah­
re s z e it lichen Temperatur- und Feucht e s chwankungen se ine Ursachen .
Da s Zusammenwirken der hangparallelen Komponent e der Schwerkraft
und der Wechsel von Expans ion und Kontrakt i on bewirkt immer e ine
hangabwärt s gericht ete B ewegung der Erdma ssen . Oberflächliches Krie ­
chen ist auch für Nichtfa chleut e an talwärt s gene igten Monument en ,
B äumen , Pfählen und Telegrafenma. s t en zu erkennen . Diese Rotation
ent steht dadurch , daß s ich t ie fere Schichten weniger s chnell als
oberfl äohennahe S chichten talwärt s bewegen . Im Fel s bei s t e il e in­
fallenden Schi chtköpfen kann die s e r Mechanismus das Umbiegen der
Schichtköpfe ( Hakenwerfen ) zur Folge haben . Dies erfolgt vor allem
dann , wenn die Überlagerungsde cke de s B odens nicht größer als die
Eindringt iefe der jahres z e it l ichen Temperaturs chwankungen ist .
Auch auf Schutthalden unte rhalb von Bergwänden können Bewegungen
beobachtet werden , die ganz allgemein a l s Talus -Kriechen beze ichnet
werden . Eine Komb inat ion der Verdichtungsbewegung de s Material s mit
e iner hangabwärts geneigten gravitat iven Bewegung gilt zur Zeit a l s
mechanische B ewegungserkl ärung . Al lerdings ist die se Erklärung the o ­
ret i scher Natur und
kaum
durch tat s ächliche Bewegungsme s sungen auf
-
1 55
-
S chut thalden be gründet .
B ewegungen mit Kr ie chges chwindigke it b l e iben ab er ni cht nur auf
die ob erfl ächennahe Zone b e s chränkt . Man kennt auch die Ers che i­
nungs form de s t ie fen Ma s senkrie chens . Da s t iefe Ma s s enkrie chen kann
nicht durch jahre s z e itli che Temperaturs chwankungen erkl ärt werden ,
s ondern ist nur aus der Rhe ologie de s Mat erial s zu verst ehen , wob e i
d e r Mot or die ser B ewe gung na türl ich die Schwerkra ft ist . Al s Ursa­
chen , die zu s o l chen B ewegungen führen , s ind die postgla z ialen Um­
s t ände zu nennen , die die Stab il it ät der Tal flanken b e s ondere ge ­
s chwächt ha tten . Die Glet s cher hatten da s Profil der Täler üb er­
s t e il t ausgehebelt und die ob erfl ächennahen , aufgel ockert en und ent ­
spannt en Schicht en ent fernt , gl e i chz e it ig ab er auch die ste ilen
Flanken ge stüt z t . Dur ch den Rückgang der Gl e t s cher in der postgla ­
z ialen Zeit bl ieben die üb erst e ilten Hänge unge stüt z t st ehen und
mußten s ich daher den neuen B e d ingungen durch Neuanordnung der Ma s ­
sen , eben den b e spro chenen Ma s s enbewegungen , die oft no ch b i s heute
andauern , angl e ichen .
In e iner Arb e it de s Ins t itut e s für Ge ophys ik
GER ,
1 972 )
(BRÜCKL
u . SCHEIDEG­
wurde da s morphologis che B il d und der Bewegungsproz e s s
e ine s Tal zus chub e s mit vier vers chie denen rhe ologischen Modellen
vergl ichen . Es z e igt e s i ch im Verlauf der Unt ersuchung , daß nur da s
rhe ologis che Modell e iner visk ö s en Flüs s igke it , deren Visko s it ät mit
der Zeit abnimmt , mit den Naturbe funden in E inklang st eht .
Für da s t ie fe Ma s senkr ie chen exist ieren mehrere Be z e ichnungen , de ­
ren Re lat ion zur B ewegung selb st die Abb . 1 erläutern s oll . Die
s chraffiert darge st el lte Fläche ist j ene Z one , die von der t ie fgre i ­
fenden Bewegung erfaßt wird . I n Z one A herrs chen Zugs pannungen und
e s ent st ehen j ene Anr is se , die AMPFERER
( 1 93 9 )
"B ergz erre ißung" ge ­
nannt hat . In Z one C , am Fuße de s B e rge s herrs cht Kompre s s ion und e s
wölben s i ch die Ma s s en mit konvexer Form in da s Tal vor , von STINI
( 1 941 )
" Tal zus chub " genannt . In Z one B s ind die Längs spannungen ge ­
ring . Die ser T e il de s Tal zus chub e s z e igt e ine deut l iche Verflachung .
Die Bewegungsers che inung als Ganz e s b e t ra cht e t , wurde von ZISCHINSKY
( 1 967 )
mit " Sa ckung" b e z e ichnet .
- 1 00­
Abb . 1 : Typische s Hangprofil für t iefe s Ma s senkrie ­
chen , die B ewegungs z onen ze igend . Das krie chende
Geb irge ist s chraffiert darge stellt .
Viele der zur Zeit s tab ilen Hänge waren in der postgla z ialen
Zeit in B ewegung und s ind heut e fa st gänzl ich zur Ruhe gekommen .
Die ge odät ischen Verme s sungen las s en aber noch manchmal Bewegungen
von durchs chnittl ich 2 - 1 0 cm pro Jahr in horiz ontaler Richtung er­
kennen .
Oft s ind stat ionäre Talzus chübe von der Natur äußerst gut getarnt
und als s olche nicht leicht erkennbar . Be i einem großen Bauvorhab en ,
vie lle icht beim Bau eine s Kraftwerke s , wird durch Unterschne iden de s
Hange s oder Veränderung de s Bergwas serzustandes im Hang die ser la­
tente Tal zus chub wieder akt iv und kann in der Folge davon verheeren­
de Kata strophen aus l ös en . Das ist auch der Grund , warum fast alle
Staubeckenhänge unter ge odät i scher B ewegungskont rolle stehen .
Fa st immer gehen e iner Rut s chung Kriechbewegungen voraus . Abb . 2
ze igt in e inem Zeit -Verschiebungs diagramm die Kriechphase , da s Ein­
set zen der die Rut s chung fördernden Umst ände und dana ch die Rut ­
s chung selbst , die s ich in kurzer Zeit vollz ieht . Man sieht in Abb . 2 ,
wie die Ge s chwindigke it der B ewegung dabe i exponent iell , in kaum vor­
hersagbarer We ise , s chne ller wird . Da s ist auch der Grund , warum so
o ft re cht ze it ige Schut zma ßnahmen verhindert werden .
- 1 57 -
Rutschung
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Rutschungsfördernde
Kra ft beginnt
zu wirken
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Abb . 2 : Z e it -Vers chiebungsdiagramm : vor , während und
nach e iner Rut s chung , na ch TERZAGHI ( 1 9 5 0 )
•
E in B e ispiel dafür ist die bekannt e Ka tast rophe von Va j ont in
Ital ien vom
von
2 40
9.
Okt ob er
1 963 .
E in Felsrut s ch mit e inem Ma s s enumfang
Mill i onen Kub ikmet e rn rut s cht e in da s mit Wa s s er ge füllt e
Staub e cken . Ohne daß der Damm brach , l ö s t e dann die darauffolgende
Flutwe lle de s üb erlaufenden Wa ssers e ine Flutkatast rophe aus , die
da s Dorf Longarone e inschl i e ßl i ch se iner E inwohner zerstört e . Es ka ­
men dabe i ungefähr
KIERSCH
( 1 964 )
3 000
Menschen ums Leben .
gibt e inen gut en Überbl i c k übe r den Ablauf der Er­
e igni s s e in Va jont . Im Früh jahr und Sommer
gungen de s Staube ckens von rund
1
1 96 3
konnten Kriechb ewe ­
cm pro Woche b e obacht e t werden . Im
September darauf s t e igert e s ich die B ewegungsrat e auf
1
cm pro Tag ,
doch da cht e man unglückl icherwe i s e damal s , da ß s ich nur die Bewegung
e iniger Punkte b e s chleunigt hät t e . Ende September s e t z t en heft ige
und andauernde Regenfälle e in . Zu die s e m Z e it punkt b e obachte te man
auch , da ß gra s ende T iere die spät e r abgegl it t e nen Hänge verl ie ßen .
Später wuchs die Ge s chwindigke it der B ewegung auf 2 0
Knapp vor dem Fel s rut s ch wurden no ch
80
- 40
cm pro Tag .
cm B ewe gung pro Tag b e obach­
t e t . Der t otale Zusammenbruch der Fal sma s s en entlang von vorge z e ich­
net en Bankungsklüften spielt e s ich i n rund
30
Minut en ab . Di e Ursa­
chen für die s e F el srut s chung kann man mit den ungünst igen ge ologi­
s chen Verhältni s s en der Hänge , den kün stl ichen E ingriffen durch den
Stauraumbau und der progre ss iven S chwächung der Fel sma s sen mit der
Ze it , b e s chl eunigt durch die ungünst igen Grundwa s s e rverhältni s se ,
umre i ßen .
Am Bei spiel von Va j ont kann man sehen , wie Krie chbewegungen
durch progre s s ive B ruchvorgänge in e ine Rut s chung übergehen können .
Eine Rut s chung ist das s chnelle Talwärt sgleiten von Felsma s sen , von
verwittertem Mat erial oder e iner Mis chung aus be iden . Der Unt er­
s chied zwis chen Kriechen und e iner Rut s chung besteht im we sentli­
chen darin : In einer Rut s chung ist e in defini ert er Bereich in kur­
zer Zeit in Bewegung , wogegen beim Kriechen langsame Bewegungen ,
ohne scharfe Grenzen zum unbewegten Bere ich hinterlas send , statt fin­
den . Das B ruchverhalten , zume i st die Übers chreitung der S cherfe s t ig­
ke it von homogenem Material , kann mit Hilfe der C OULO:MB s chen Gle i ­
chung ( die Scherfe s t igke it ist e ine Funkt ion von Kohäs ion und Re i ­
bungswinkel des Material s ) b e s chrieben werden , s iehe z .B . TERZAGHI
u . JELINEK ( 1 954 ) . Die C OULOMB s che Gl eichung bildet in fast allen
Stabil ität s -Unt ersuchungen zur Stabilität von Hängen die re chneri­
s che Ausgangsbasis . Im e infachsten Fall der Stabilit ät suntersuchun­
gen re chnet man für vers chiedene ebene oder gekrümmt e Gleitflächen ,
me ist werden aber im Querprofil de s Hanges Gle itkreise angenommen ,
die kritischen Hanghöhen fÜr best immt e Materialwert e . Auch ist e s
bei die s en B erechnungen möglich , den Einfluß de s Porenwasserdrucke s
zu berücksicht igen . Zus ät zl iche oder geändert e äußere und innere Um­
st ände verringern dann zu e inem spät eren Zeit punkt die Scherfes t ig­
ke it des Material s , und es kommt in der Folge davon zum Bruch . Die
Verminderung der Scherfes t igke it kann in der Erhöhung de s Porenwas ­
serdrucke s , dem Auswas chen von B indemitteln und dem Flüss igwerden
von was se rges ättigten Tonen zu suchen sein . Oft führt abe r auch e ine
Erhöhung der Scherspannungen in der Gleit fläche , erwähnt se i dafür
die Erosi on am Hangfuß , Erschütterungen durch Erdbeben und zu große
La sten am Hang , zum Hangbruch .
In natürl ichen Felshängen s ind pot ent ielle Gleitflächen meist
schon durch die geol ogische Situierung vorge ze ichne . Wenn zu den
kl imatischen Einflüs s en , die an der Erdoberfläche wirken , noch Kräf­
te in der Tiefe kommen , s o können die se Felsgleitungen mit t ief lie­
genden Gleit flächen hervorrufen . Für das Zustandekommen von Fel s ­
rut s chungen wird dem regionalen Spannungsfeld der Erdkruste e ine
z entrale Stellung b eigeme s sen . Ein we it erer Hauptgrund für die vie­
len pos t gla z ialen Felsrut s chungen ist das Vorhandense in e ine s ober­
flächenparallelen Kluft syst ems , das relativ unabhängig von Struktur
-159 -
und ge ol ogischen Eigens chaften de s Geb irge s ist und viele mögliche
Gle it flächen für Fe lsrut s chungen darstellt . Die Ers che inungsform der
oberfl ächenparallelen Klüft e wird vielfach Exfol iat ion genannt .
In e iner Arbeit de s Ins t itut e s für Ge ophysik (BRUNNER u . SCHEID­
EGGER , 1 9 73 ) wurden die Nature rsche inungen der Exfoliat ion und die
dazu vorhandenen quant itat iven Aus sagen mit den b i sherigen Erkl ä­
rungsversuchen krit isch vergl ichen . Es wurde darin ge ze igt , daß die
vorhandenen The orien zur Ent st ehung der Exfoliat ion eher unwahr­
s che inl iche Mode lle s ind . Sobald man aber in der Exfoliat ion ein
Analogon zu den druckparallelen Brüchen de s e ina chs ialen Druckver­
suche s s ieht , gewinnt die s e s neue Modell stark an Bedeutung , beson­
ders de shalb , da die s e s Mo dell in ke inem Widerspruch mehr zu den
quant itat iven Ergebni s s en steht . Es erklärt durch die geringe Zug­
fest igke it der Ge steine in überz eugender We ise s owohl die Paral leli­
t ät der Exfoliat ion mit der Ob erfl äche als auch die Zunahme der
Platt endicke mit Zunahme der Bergt iefe und vor allem da s Vers chwin­
den der Exfol iat ion in einer best immt en B ergt iefe .
Als weit eren Grund für das Zustandekommen von Fe lsgle itungen muß
man unbedingt immer die Re st spannungen im Geb irge in B et racht z iehen .
Die Vorbere itungs - und Auslösearbeit von Fe l s rut s chungen leistet
fa st immer das Kluft - und Porenwa s s e r , vor allem durch die Variat ion
der Druckhöhen die s e s Bergwass ers .
Wicht ig ist manchmal die We chse lwirkung von Fe l s gle itung und
Fel s s turz . Oft ist die Gleitfläche nicht voll s t ändig bis zur Krone
eine s Hange s ausgebildet , so daß na ch e iner erfolgten Fel sgle itung
noch ungeheuer große Felsma s sen nahe der B ergkrone überhängend zu­
rückbleiben und später dann als Fel s s turz in die Tiefe fallen . So­
bald näml ich der Zusammenhang der Ma s s en während der Bewegung auf­
gehoben wird und die se wenigstens t e ilwe ise durch die Luft erfolgt ,
spricht man von e inem Fel s - oder Bergs turz . Die Ge s chwindigke it der
Bewegung kann 40 b i s 1 5 0 m pro Minut e erre ichen und wird nach unt en
und nach den Rändern hin kle iner . Im Sturz zerbersten die Fel sma s ­
s en in Trümme r , wobei einz elne B l öcke oder auch größere Ma s s en weit
aus der Sturzbahn herausge s chleudert werden . Im Ablagerungsgeb iet ,
das oft noch am jens eit igen Gehänge emporste igt , b ilden die Ma ssen
e in wirre s Trümmerwerk , das vielfach zur Ab dämmung von Tälern zu
Seen führt . In ehemal s verglet s chert en Gebieten traten na ch dem
Rückgang der Verglets cherung , die übersteilte Gehänge ge s chaffen
hatte , Bergs türz e in großer Zahl auf . Da s bekannteste Be ispiel ist
der Flimser-Sturz am Vorderrhe in in der Schwe iz , durch de s sen über
1 2 Kubikkilometer mächt ige Ma s sen der Rhe in 90 m hoch ge staut wor­
den war und s p ät er e ine 1 5 km lange Schlucht in diese B ergsturz ­
mas s e e inge s chnitt en hat .
Man fragt s ich natürl ich , welche Gründe ma ßgebend s ind , daß s ich
e in Fe l s - oder B ergsturz ere ignet . Die vorbereitenden Ursa chen wer­
den vor allem in der phys ikalischen , insbe s ondere der spannungs in­
duz ierten Verwitterung und der chemis chen Verwitterung zu suchen
sein . Da s Ge stein ze igt s ehr deutlich die Spuren von der Wirkung
de s Spannungsfelde s , unt er anderem durch die Ausbildung von konju­
gierten B ruchflächen und b e s onders im spröden Mat erial durch die
Ausbildung der Exfol iat ionsers che inungen . Die phys ikalis che Verwit ­
terung arbeitet me ist durch den rythmischen Temperaturwe chsel im
Laufe de s Tage s und der Jahre s z e iten in der Form von Ge steinsab ­
plat zungen . Chemis che Verwitterung ist bes onders dann von Intere s se ,
wenn S chicht en vers chie denen Ge s t e ins übere inander liegen , s o daß
die chemi sche Verwitterung j e na ch der Be s cha ffenhe it der Schicht
anders vorans chre itet . Durch das chemis che Verwittern e iner t ie fer
liegenden S chicht verl ieren o ft Fel s s chicht en oder Felsblöcke ihren
Halt und gehen dann al s Fel s s türz e zu Tal . Die ab spalt ende Wirkung
der Vegetation , hier b e s onders die von Baumwurzeln , ist me ist nur
für die Stürze e inzelner Fel sblöcke von Bedeutung .
In allen über der Vege tat ionsgrenze gelegenen Hochgebirgsgegenden ­
also b ei starker Ab spülung , s t e ilen Gehängen und großem Schuttre ich­
tum - entwickeln s ich aus dem mit Was s er durchtränkt en Schuttmassen
die s ogenannten Muren . Muren s ind z ähflüss ige , ruckwei se s ich ab ­
wärt s wäl z ende Ma s sen aus e inem Gemisch von Was se r , Erde , Schut t ,
Felsblöcken und Holz ; al s o in der Mit t e liegend zwischen Wildbach
und Erdrut s ch . Die s e Form e iner Mas s enbewegung spielt s ich in weni­
gen Stunden , obwohl manchmal ganz gewalt ige Ma s senvolumen bewegt
werden , katastrophenart ig ab . Gerade in unseren Gebirgsgegenden ge ­
hören die Muren zu den gefürchte t e sten Kata strophen , von denen man­
che Ort s chaften immer wie der betroffen werden .
-
1 61
­
Viele Arten der Mass enbewegungen la s sen s ich nur s chle cht in den
b e stehenden Eint e ilungen unt erbringen und werden daher als S onderka ­
pitel der Ma s s enbewegungen behandelt . E inige Ers che inungs formen da ­
von fehlen in den Geb irgsgegenden Österre ichs , manche andere können ,
obwohl morphologis ch s ehr intere ssant , hier in der zur Verfügung
st ehenden Zeit nicht aus führl ich be sprochen werden , s ollen aber der
Vollst ändigke it halber zuminde s t genannt werden . :Da.zu gehören vor
allem die Erd- und S chlamm.ströme , die Ma s senbewegungen de s dauerge ­
frorenen B odens , die Blockglet s cher , die Blockströme , die Bewegungen
der s chnellen Tone und auch die unters e e i s chen Rut s chungen .
GEODÄTISC HE GESI CHTSPUNKTE
In welcher We ise betreffen die aufge z ählten Naturere ignis s e nun
aber die Geodät en? Dazu s e ien dre i Hauptaspekt e in e iner ersten Z äh­
lung genannt :
1 . Die Verfa s sung von Lage - und Höhenpl änen von B ewegungsgeb iet en
erfordert vom Geodäten Verst ändni s für die natürl ichen Ma ssenb e ­
wegungen , da er erst dadurch s e ine Detailpunkt e richt ig wählen
kann .
2 . Durch die natürl ichen Massenbewegungen verlie ren vielfa ch die
Fixpunkte der Geo dät en ihren Charakt er de s Fixseins und verändern
im Laufe der Zeit s t ändig ihre Koordinat en .
3.
Der Ge odät wird herange z ogen , wenn e s darum geht , Hangbewegungen
zu me s sen . Eine höchst verantwortungsvolle Aufgabe , da , wie man
b ei der Fel s rut s chung in Va j ont ge sehen hat , zume ist die Sicher­
he it von Mens chenleben und Sachgütern von die sen Arbe iten abhän­
gen .
Dem erst en Punkt die ser Re ihung wird durch die Vorle sung "Land­
formenkunde für Geo däten" im Studium für Verme s sungs ingenieure Re ch­
nung getragen .
Es ist eine bekannte Tat sa che , daß e in gro ße r Teil der Triangu­
l ierungspunkte s e ine Lage im Laufe der Z e it ändert . Unverändert blei­
ben in der Regel nur Punkt e auf Berggipfeln , Gratlinien und Felsbän­
dern . Viele Triangul ierungspunkte befinden s ich j e doch in den Tal ­
hängen , und Talhänge krie chen ausnahmslo s mehr o der weniger ra sch
- 1 0..::: ­
talabwärts . Man betrachtet Talwärt swanderungen mit Wert en bis zu
5 mm j ährlich al s normal und daher kaum bemerkenswert . Auch jähr­
liche Vers chiebungen von 1 bis 2 cm (KOB OLD , 1 95 9 ) gelt en noch nicht
als außergewöhnlich , denn nur größere Bewegungswert e werden b e s on­
ders b eacht et . Selb stvers t ändl ich i s t es den Beamt en des Bunde samt e s
für Eich- und Vermes sungswes en nicht möglich , alle die s e geringen
j ährli chen B ewegungen s t ändig zu verme s sen und zu registrieren . Es
wären aber weitere geodät i s che Unt ersuchungen zur Stabilität von
Hangpunkten wüns chenswert und auch erfolgversprechend , da für dies e
Zwecke im Bundesamt für Eich- und Vermes sungswesen wertvolle s Dat en­
mat erial vorhanden i s t .
Teilt man die bes prochenen Ma s s enbewegungen nach Ge s chwindigkei t s ­
b ereichen ein , s o s i eht man in der Tab . 1 , daß s ich nur Krie chbewegun­
gen zur Ges chwindigkei t sb e s t immung durch geodät i s che Methoden e ignen .
Alle anderen Mas senb ewegungen voll z iehen sich s o ras ch , daß der Ge odät
B e z e ichnung
Größenordnung
der auftretenden
Ge s chwindigke iten
B ergs türz e
( Fels s türz e )
B ewegungst irne :
bi s zu 1 00 m/se c
Hangrut s che
und Erdlawinen
e twa 1 0 m/sec ,
abe r u . U . auch darüber
Murbrüche
mehrere m/sec
Ge s chiebeführung
der Gewäs s er
e inz elne Ge schiebe stücke :
bi s zu einigen m/s e c ;
wandernde Sand- und
Ge s chiebebänke b i s z u
e inigen 1 00 m/Jahr
Gekrieche
1 b i s 1 0 cm/Jahr bi s
e twa 3 cm/Tag
Tab . 1 : Eint eilung der natürlichen Mas senbewegungen
nach Ge s chwindigke it sbere ichen , nach LANSER ( 1 967 ).
- 1 63 -
immer zu spät an den Schauplat z de s Ge s chehens kommen würde . Nur
Kriechbewegungen , oberfl ächennahes Krie chen und t iefes Ma s senkrie­
chen , s ind für ge odätische B ewegungsme s sungen gee ignet .
Unter den B ewegungsme ssungen nehmen die Me s sungen zum oberflä­
chennahen Bodenkrie chen bre iten Raum in der Literatur e in . Eine aus ­
führl iche Literaturzusammenstellung zu diesem Thema findet man bei
CARSON u. KIRKBY ( 1 9 72 ) . Die theoret i s ch erre chneten und vielfach
auch prakt isch verifiz ierten B ewegungsgrößen für Bodenkrie chen lie ­
gen ungefähr b e i 2 mm pro Jahr in der horiz ontalen Pro j ekt ion der
B ewegung . Die Methoden re ichen von phys ikalisch-e lektrischen bi s zu
re in ge odät ischen Lösungen . Gerade zu den ge odät is chen L ösungen ist
aber folgende s zu bemerken : Die ge odät is che Methode de s Alignement s
s ieht den Einbau von zwe i B e obachtungs standpunkten ( zume ist Pfe i­
lern ) vor und zwischen die sen e ine Re ihe von B e obachtungsmarken . Nun
verändert s icher aber der Einbau und auch da s Gewicht der Pfe iler
den Spannungs zustand im Hang derart , daß kaum mehr B odenkriechen
all e in geme s s en werden kann . Es ist daher unb e dingt darauf zu achten ,
mit der Fundierung der ge odät i s chen Fixpunkte den anstehenden Fel s
zu erre ichen oder die Fixpunkte in unbewegt e s Ge stein zu verlegen .
Da s Verlegen der Lage - und Höhenfixpunkt e in den anstehenden Fel s
unt erhalb der natürl ichen Bodende cke b ewirkt zus ät zl ich auch das Un­
abhängigwerden der Me s sungen von den Fros t - und Taubewegungen , die
ungefähr in vert ikaler Richtung in der Grö ßenordnung der zu erwar­
t enden B odenkrie chb ewegungen l ie gen . Für Dauerregi strierungen und
b e im Me s sen von Ge s chwindigke it sprofilen mit zunehmender Tie fe eig­
nen s ich naturgemäß phys ikalis che Me ßmethoden b e s ser als geodätische .
Das Krie chen von Schutthalden ist in der Standardl iteratur e ine
angenommene The orie . Es liegen aber zu die sen Theorien kaum prak­
t is che B ewegungsme s sungen auf Schutthal den vor . Um in die ser Hin­
s icht mehr Unterlagen zu haben , hat da s Inst itut für Ge ophys ik im
S ommer 1 972 die Verme s sung der Schneeklammschutthalde im Hochkönig­
geb iet begonnen . Außer e iner morphometrischen Aufnahme der ge samten
Schutthalde wurde auch eine exakte ge odät i s che Nullme s sung von B e ­
wegungsme ßpunkten i n der Schutthalde durchge führt . Die Fixpunkte der
Verme s sung wurden im Fels der B rett lkopfwand vermarkt , die notwendi ­
gen Stre cken wurden mittels Basislatte b e st immt und die 4 B ewegungs ­
me ßpunkt e in der Schut thalde mittels Sekundentheodolit vorwärt s e in­
- 164-
ge s chnitten . Die mögl ichen B ewegungsgrö ßen s ollen auf Grund von Win­
ke länderungen im Laufe der nächst en Jahre ermittelt werden . Die Nach­
me s sungen in den nächsten Jahren und die Aus dehnung der Me s sungen auf
noch we itere Schut thal den s ollen die Mas senbewegungen auf Schuttha l ­
den mit exakt en Zahl en belegen und die Grundlagen für neue the ore ­
t ische Arb e iten zum S chut thal den-Krie chen b il den .
Die Verme s sung von Stauraumhängen gehört zu den int e re s sant e st en
ingenieurge odät i schen Arb eiten . Man verwende t zume i st zur Einme s ­
sung von B ewegungsme ßpunkt en Eins chneide - oder Einb indeverfahren
vom unbewegt en Gegenhang aus . Bei kompl iz iert en Aufgaben werden
auch Versuchsst ollen durch den Rut s chhang hindurch zum ruhigen Fel s
vorgetrieben und durch die s e hindurch oft auch die Fixpunkt e ver­
s ichert . Durch Differenzme s sungen mit elektronischen Ent fernungsme ß­
geräten werden ebenfall s als we it e re Möglichke it genaue B ewegungs ­
me s sungen ausgeführt . B e i s ehr großen Ge s chwindigke iten der b ewegten
Mas s en werden Polygonzüge von unb ewegten Teilen de s Hange s über die
bewe gt en Ma s sen wieder zu unb ewegt en Teilen de s Hange s geführt und
so aus den Ko ordinatenunt erschieden bei den Nachme s sungen auf die
B ewegungsgrößen ge s chl o s sen .
Zur Zeit wächst die Zahl der theoretischen Abhandlungen über
Vers chiebungsmes sungen s t ändig . Doch sind die s e Arb e it en in e rster
Linie für Verschiebungsme s sungen an gro ßen Bauwerken ge dacht , in­
dem s ie die Korrelat ionen zwi s chen den B ewegungen , durch die Fe s t ig­
ke it s e igens chaft en de s Baumat erials gegeben , berücks icht igen . Für
Bewegungsme s sungen an Hängen s ind die s e Ausgle ichungsschemen kaum
anwendbar , da man über da s mechanische Verhalten der Hänge , um Korre ­
lationen zwis chen den e inz elnen Punkten aufst ellen zu können , noch
viel zu wenig weiß . Gerade durch die se Bewegungsme s sungen möchte man
ja die s e s Wi s sen erst erwe itern .
Die Mögl ichke it e iner Kle intriangulation der zu me ssenden Hang­
punkt e wird in vielen Fällen ebenfall s e ine gut e ge odät is che Lösung
darst ellen . Das Net z kann s owohl als fre ies oder e inge zwängte s Net z
im Ausgle ich behandelt werde n . Immer s ollte ab er darauf gea chte t wer­
den , die Net zpunkt e s o zu wählen , daß auch die ab s olut en Lage änder­
ungen und nicht nur die re inen Net z deformat ionen errechnet werden
können .
-
165
­
Als Ergebni s erwart et man sich von Hangb ewegungsme s sungen die
räuml i che , relat ive und ab solut e Richtung und Größe d r B ewegungs ­
werte . Nach LÖSCHNER ( 1 970 ) sind bei Deformationsme s sungen dre i
ge odät ische Prinz ipien zu beacht en :
1 . Das Ordnungsprinz ip . Es soll den Arbe it sablauf folgericht ig
st euern .
2 . Das zuverl äs s igke it sprinz ip . Kontrollen bei den Me s sungen und
B ere chnungen s ollen die Zuverläs s igkeit der Ergebni sse s i chern .
3 . Da s Wirt s chaftl ichke itsprinz ip . Es b e inhaltet den Me s sungsfakt or
Genauigkeit , man spricht daher oft auch von e inem Genauigkeit s ­
Prinzip . E s muß die , für den Me ßzwe ck notwendige und erforderli ­
che , Genauigke it und auch die Zahl de r Überbest immungen mit dem
Meßverfahren und der Me ßanlage abge st immt werden .
Erst die unbe dingte Einhaltung der be i den e rs t en Prinz ipien und die
realist ische Kalkulat ion zum Wirt s chaft li chke it sprinz ip wird dem Geo ­
däten den rechten Erfolg be i de r Durchführung de r ge st ellten Aufga ­
ben b ringen .
TALZUSCHUB "LESACHER RIEGEL"
Die bereit s genannte Methode der Kle intriangulat ion wurde zur B e ­
wegungsme s sung de s Tal zuschubes "Le sacher Riege l " b e i Kal s i n Ost ­
t irol zur Anwendung gebracht . Das Inst itut für Ge ophys ik konnte im
S ommer 1 972 aber erst die Nullme s sung ausführen , so daß hier noch übe r
ke ine B ewegungswert e berichtet werden kann . De s s en ungeacht e t soll
aber hier als vorl äufige s Te ilre sultat über die be obacht eten Refrak­
t ionskoeffiz ienten der nahezu hangparallelen Visuren berichte t wer­
den .
Vorerst se ien einige B emerkungen zum Tal zuschub "Le sacher Riegel "
hier angebracht . Der Lesach-Bach , s e ine Quellflü s s e liegen in der
Ostt iroler Sehobergruppe , hat in den Katastrophenjahren 1 96 5 und 1 96 6
s e ine verheerende Wil dbacht ät igke it unt er B ewei s gest ellt . Er ver­
murte unt er Vernichtung von einigen Mühlen und unter Verwüstung gro ­
ßer Wal dbestände , die Straße , die von Huben nach Ka l s führt . Die Ge ­
s chiebefracht der Muren stammt e haupt s ächli ch aus dem B ereich de s
Le sacher-Riegel s , der unt er dem E influß e ine s Tal zuschub e s s teht .
-
166
­
Die ser Tal zuschub i st an s e inen gewalt igen Anris s en im oberen Te il­
stück des Hange s und am konvexen Hangfuß gut zu e rkennen . Die nach
wie vor ungebrochene Eros ionskraft de s nicht verbaut en Le sach -Ba­
che s s owie fris che Entbl ö ßungen der Anrißnis chen , geben berecht ig­
ten Anlaß für die Annahme , daß die ser Talzuschub noch immer akt iv
ist . Die Entfe s t i gung de s Ge steins , die in Straßenaufschlüss en gut
zu sehen ist , z e igt e ine gut e Bereit s chaft der Fel smas s en zu wei­
t eren B ewegungen .
Dem Wirt s chaft l ichkeit sprinz ip folgend , wurde die Triangulat ion
und Trilaterat ion der Hangpunkt e al s Me ßmethode gewählt . Andere Meß­
methoden konnten nicht angewendet werden , da der Gegenhang ebenfalls
in B ewegung angenommen werden muß . Für die Höhenb e s t immung kam aus
wirt s chaftlichen Gründen nur die Methode der trigonometrischen Hö ­
henme s sung ( schief geme s s ene Seite , gegense it ige Zenit distanzbe ob ­
achtung ) in Frage . B ei der Steilheit de s Le sacher Riege ls ( ungefähr
3 5 ° Ne igung ) hät t e das ge ometrische Nivellement keine Genauigkeit s ­
steigerung gebracht , wäre dagegen aber we itaus ze itraubender auszu­
führen gewe s en . In der Verflachung des Hange s , vor dem Steilabfall
zum L e sachbach , wurde e in Deformat i onsviere ck vermarkt und mit vie ­
len Überb e st immungen verme s sen . E s wird erhofft , aus den künft igen
Deforma tionen . in die sem Viereck Rückschlüs se auf den Spannungs zu­
s tand z iehen zu können .
Vermarkt wurden die Punkt e mit 1 m langen verz inkten Eisenrohren .
Zwe i Punkte s ind in j enem Teil de r Fel smass e vermarkt , von dem man
annehmen kann , daß die ser die gro ßräumige Bewegung de s Tal zus chub e s
nicht mitmacht . Es s ind daher fÜr die se zwe i Punkt e ke ine Bewegun­
gen zu erwart en , was bei der Auswertung der Nachme s sungen Beachtung
finden muß . Al s Winkelme ßgerät stand ein Sekundenthe odolit WILD T2 -E
und e in , vom Ins t itut für Lande s - und Ka.tasterverme s sung entliehene r ,
elektroopt i s cher Nahbere ichs entfernungsme s ser WILD D I 1 0 zur Verfü­
gung . Die horiz ontalen Richtungen wurden in 2 Sät zen , die Zenit di­
stanzen mit allen 3 Fäden in zwe i Kreislagen be obachtet . Die Entfer­
nungsme ssungen wurden von der Wippe aus , wo es mögl ich war in Zwangs ­
zentrierung , durchgeführt .
Über die Lageberechnungen der s tab ili s ierten Punkte s oll hier
noch nicht bericht et werden , dazu soll man wohl e inmal die Nach­
-
1 67
-
me s sungen abwarten . Die Höhenberechnungen nach der Methode der tri­
gonometris chen Höhenme ssung mit s chief geme s sener Seite und gegen­
se i t iger Zenit distanzb eobachtung ergaben aber inte re ss ante Re sul ­
tate zur Re frakt ion hangparelleler Strahlen , so daß darüber hier
kurz berichtet werden s oll .
Nimmt man b e i der Bere chnung der H öhenunterschiede nach der tri­
gonometrischen Höhenformel
h
di
l. J
.
.
=
s . . • cos z
l. J
l. J
.
.
+
( 1 -k i j ) ( s i j • s in z i j ) 2
(1 )
2r
unbekannt en Refrakt ionskoe ffiz ienten mit Null an , so ergibt die
Summe f . . gegense it ig beobacht eter H öhenunt erschiede
l. J
f
l. J
.
.
=
s . . (cos z .
J
l. J
l.
.
+
cos z . . )
J l.
+
2
in z i j )
( s i j • s---
-
r
-
=
(2 )
die S umme der gegense it igen Refrakt ionse inflüs se , selb stvers t ändl ich
inklus ive der zufäll igen Be obachtungsfehler . In der Tab . 2 s ind die
berechneten Mittel der gegense it ig wirksamen Re frakt i onskoe ffiz ien­
ten
(3)
der trigonometrischen Höhenme s sung aus den Wert en f i j zusammenge ­
stellt .
Die Visuren der ausgeführt en trigonometrischen Höhenme s sungen
müs sen al s bodennahe , hangparallele Vi surstrahlen betrachte t wer­
den . Im Mittel ergab s ich daher auch e in Refrakt i onskoe ffiz ient aus
allen gegense it igen Zenit distanzbeobachtungen mit -0 , 9 1 . Immerhin
ist das e in s o hoher negat iver Wert , w ie er in der Ge odäs ie nur vom
geometrischen Präz i s ionsnivellement her bel,ca.nnt ist . Es soll aber
nochmals bet ont werden , da ß auf den zu best immenden Höhenunterschied
nur die Differenz der wirksamen gegens e it igen Re frakt i onskoeffiz ien­
t en ( k . . -k . . ) Einfluß hat . Diese Differenz ist mit dem mitt leren
l. J
J l.
zwis chen
f. .
D
1J
{ mm J
1J
.
.
(hor . Ent f .)
h
l m1
1J
.
.
(Mitt el )
[ mJ
k„
1J
i
j
P4
M4
-6 , 7
251 ' 1
+2 9 , 461
-0 , 68
P4
M2
+5 , 3
389 ,4
+80 , 7 9 5
+0 , 22
P4
M3
247 , 4
+48 , 3 7 1
M3
M2
-7 , 2
-2 , 7
276 , 6
+32 , 422
-0 , 2 3
M3
M4
231 ,4
-1 8 , 91 3
-1 ' 1 7
424 , 1
+2 3 2 , 3 52
-1 , 90
603 , 5
-1 44 , 07 6
560 , 9
-224 ' 971
- 1 ' 53
-1 , 2 1
P3
P3
P3
P2
M2
P4
-9 , 8
-53 , 3
-87 , 2
- 59 , 2
it tel
==
-0 ' 9 1 '
m
==
[vvJ '
V n-1
=
-0 , 75
.:!:,0 , 6 9
Tab . 2 : Refrakt ionskoeffi z ient en der t rigonometrischen
Höhenme s sungen ( geme s sene s chiefe Seite , gegense it ige
Zenit distanzbeobachtung ) .
Fehl er einer Re frakt ionskoeffiz ient enbest immung (nach Tab . 2 mit
±0 , 6 9 zu erre chnen ) s icher zu groß ge schät zt . Vor allem de shalb , da
für die Bere chnung der f
in Tab . 2 nie gleichz eit ige Gegenvi suren
ij
als Grundlage dienten , s ondern vie lmehr zwis chen den Gegenvisuren
große Zeit differenzen auftraten und auch die zufäll igen mit t leren
Be obachtungsfehler im Wert ±0 , 6 9 enthalt en sind . Unt erstrichen wer­
den die s e Bemerkungen dadurch , da ß über 3 Punkte geb ildete t rigono ­
metris che Nive llement s chl e i fen [(P3 . M2 . P4 ) , (M3 . M2 . P4 ) und (M4 . M3 . P4 )
e inen mittleren S chleifenschlußfehler von ±3 , 0 mm e rgaben .
]
.
AB SCHLIEßENDE
BEMERKUNGEN
Sind die Forderungen der Wi s s ens cha fter anderer Geodis z ipl inen an
die Geodät en in erster Linie auf die Bekanntgabe der Größe der Bewe ­
gungsvekt oren bei Ma s senbewegungen bes chränkt , s o möchte die ser Vor­
t rag unt er anderem z e igen , daß be i der Be st immung dieser Bewegungs ­
vekt oren s ehr wohl int ere s sante ge o dät i s che Fragen auftreten können .
Al s kle ine s Bei spiel da zu z e igen die vorher b e s chriebenen Be obachtun­
gen zum trigonometrischen Nivellement ganz kla r , daß e ine intensive
-
169
­
Untersuchung de s Unterschie de s der be iden wirksamen Re frakt ions ­
koeffiz ienten der gegenseit igen , aber nicht unbe dingt gle ichze it igen ,
Zenit distanzen notwendig se in wird . Für die Nachme s sungen der näch­
s t en Jahre ist daher e ine Regi strierung met eorologischer Daten
gle ichzeitig mit der Zenit di stanzbe obachtung geplant .
Über dies e re in geodät ischen Fragen s ollte aber doch da s natur­
wissenschaftl iche Intere s s e am untersucht en Ob j ekt (Mas senbewegung )
nicht verloren gehen . Denn nur da s rechte Verst ändnis für diese Na ­
turers che inungen wird dem Geodät en erst den erwünschten Erfolg bei
se inen Arb e iten bringen .
Gerade das Arbeit sgebiet der natürl ichen Ma s senbewegungen ist e in
Thema , an dem viele Ge owis senschaft en Int ere s s e haben . Die Grund­
. lagen für die Forschung auf die s em Geb iet werden aber immer konkret e ,
erwünschenswert auch kontinuierl iche , Me s sungen an und zu den Natur­
erscheinungen s e in . E ine enge Zusammenarb e it der verschie denen Ge o ­
disz ipl inen , wie Geologie , Ge omorphologie , Met e orologie , Hydrologie ,
Ge ophys ik , B odenmechanik , Geomechanik und Ge odäs ie , ist dazu erfor­
derlich . Um für die s e ange sprochene Zusammenarb e it die Leistungen
der Geodät en von vornhere in an den rechten Platz zu st ellen , s oll
dieser Vortrag mit e inem Sat z von Profes sor LÖSCHNER ( 1 970 ) s chlie­
ßen : " Zur Erfüllung der ge st ellten Aufgaben und Ziele gebührt der
geodät ischen Deformationsme s sung im Zusammenspiel aller intere s s ier­
t en Dis z ipl inen e ine durchaus s elb s t ändige wis s enschaftliche Partner­
s chaft ! "
LITERATUR
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l 973 ,
l
1 7 1 - 1 88
ALLGEME I N E T E N D E N Z DER AEROTR I A N G U LATI O N U N D
DERE N P RAKT I S C HE M Ö G L I C H K E I T E N A M I NS T I T UT F Ü R P HOTO GRAMMETR I E
D E R TEC H N I SCHE N H O C HS CH U LE WI E N
von
P . Wal d häusl und E . Breyer
(Vortrag geha l ten am 1 4 . März 1 973
i m Ra hmen des Kol l oq u i ums der Assistenten
der S tud ienrichtu ng Vermessungswesen ,
überarb eitete Fassung)
D i pl . I ng . Dr . Peter Wal d hä usl , Hochschul assistent und Dipl . I ng . Ernst Bre yer, ehern .
Vertragsassistent am I nstitut fü r Photogrammetri e , Tec hnische Hochschu l e i n Wien
1 040, G ußhausstraße 27 - 29.
ZUSAMME N FAS S U N G
I n Ö sterreich g ibt e s zur Zei t 37 für numeri sches Arbeiten geeignete , photogramm­
metrische Auswertegeräte . Wenn man al l e P l otter zusammenzä h l t , sind es 56. Die
Aerotriangul ation könnte viel mehr Anwend ung finden, wenn die dafür notwend igen
Rec henprogramme praxisreif verfügbar wären . Das I nsti tut für Photogrammetrie a rbei­
tet an der Entwi ckl ung ei nes uni verse l l en Aerotriangul ations-Programmsystems für
Lehre und Praxis . E i n Datenbere i n igungsprogramm für ana l ytische Aerotriangulation
m i t a nsc h l ießendem Programm für Stre i fenb i l d ung und e i n Strei fenausg le i chsprogramm
wurden am I nsti tut im Unterricht u nd für d i e Praxis erprobt . Wei te re Programme sind
i n Arbe i t . D ie streifenwe ise Aerotr iangul a tion mi t E i nzel mode l l en a l s Ausga ngsdaten
l äßt sich wirtschaftl i c h a uch am k l e i nen Bürocomputer P H I L I PS P 352 programm i eren.
Große Programmsysteme sol l en später erworb en werden . Dipl . I ng . BREYER erl äutert
d i e wichtigen Unterprogramme "Ausg l eich " (nach GOLUB - H O US E HO LDER) und
" räum l iche Transformation " (nach T I E NSTRA) .
- 1 73 -
I n Österreic h sind derze it 44 Luftb i l da uswertegeräte i m E i nsatz . Zä h l t man a uch
noch d ie K l e i nauswe rtegeräte Stereotop, Mul ti pl ex etc . da zu und j ene , d i e in mu­
sea l em Alter nur noch dem Ansc hauungsunterricht d iene n , ferner die terrestrisch ­
photogrammetrischen Auswertegeräte, so kommt man zur statt l i chen Anza hl von 56
fUr d ie graphische Photog rammetrie (Abb . 1 ) oder von 37 für d i e numerische (Abb . 2).
59% der im E i nsatz befind l ic hen Geräte wurden i n d e n l etzten 1 0 Jahren a ng eschafft.
Nur 4 1 % sind ä l te r . 73 % sind i n öffentl i c her Ha nd , nur 1 2 i n pri vater (Abb . 3) .
Nach Arbeitsumfang u nd Gerätekapazität könnte d i e Aerotriangul ation i n Ö ster­
reich wesent l ich mehr ei ngesetzt werden , a l s es tatsä c h l ich der Fal l ist. E i n Grund
fUr den erstaun! ich geringen Gebrauch i st ein Mangel an guter Software fUr d i e Re­
ch e narbeite n .
Das Aerotriangul i eren i s t kei ne ganz einfache Sache, aber doch auch kei n zu
komp l izierter Vorgang . I m wesentl ichen werden a us photogrammetrisch gewonnenen
Meßdaten m it H i l fe von Sol ldaten versc hiedener Herkunft i n ei nem Ausg l ei chspro­
zeß Neupunktkoord i naten (Y , X, H) gewonnen (Abb . 4) . Bei den ei nzel nen Arbeits­
schritten gibt es versc hiedene Mög l i chkeiten: Die photogrammetrischen Ausgangsda­
ten können B i l d - , Mode l 1 - oder Strei fenkoordi naten sei n . Sol l koord i naten können
Al tpunkte oder spe zi e l 1 a usgesuchte Neupaßpunkte, terrestrische Messungen oder
11 a irborne 11 sei n . Zah l rei che bekannte Nebenbed i ng ungen, wie Streckenl ä ngen,
Höh enwi nke l , S eeuferhöheng l eichen, können mit ausgenützt werden, um e i n mög­
1 i chst
sicheres Ausg l ei chsergebnis zu erziel e n . Be i m Ausg l ei c h sind entwed er Bün­
del , Model le oder Strei fen derart zu verbessern und e i nander im B l ockverband anzu­
g l eichen, daß sowo h l d ie Relati vgena u igke i t zwi schen den Nachbarmod e l l en a l s
auch d i e Absol utgenaui gkeit an d e n Paßpunkten d er Aufgabe s ic her g erecht wi rd .
Zwischen den e i nze l nen Wegen der Aerotriangul ation s i nd verschiedene Übergänge
mög l i c h (Abb . 5) . So können aus B i l d koord i naten Model l e gerechnet werden, um
dann mit Mode l l en oder S trei fen weiterzuarbeite n , oder nur, um die Bi l dkoord i na ­
ten z u kontro l l i eren, oder , m a n b l eibt b e i zunächst unkontrol l ierten B i l dkoord i na­
ten und verarbeitet sie d i rekt im Bündelausg l e i c h . Für ei n Lehrprogrammsystem müs­
sen a l l e d i ese Ü bergänge mög l ich sei n . Der Pra kti ker sucht sich sei nen wi rtschaft­
1 i chsten Weg heraus . Das universe l l e Programmsystem m u ß a l so für die Praxis spezi­
a l isierbar sein .
-
1
1
­
Wel cher Weg der Datenerfassu ng ist nun der günstigere ? Die B i l dkoordi natenmes­
sung kann stereoskopi sch oder monokular ,erfol gen . Monokomparatoren si nd b i l l i ger
a l s d i e Stereokomparatoren , verlangen jedoch mehr Vorbere i tungs- und Meßaufwand
(Abb . 6) . Bei der Mod el l koord i natenmessung sind Kompa ratoren u nd Anal oggeräte zu
verg l e ic hen (Abb . 7) . Aus den B i l dkoord i natenmessungen ei nes Komparators können
Model l e nur über C om puter gerech net werden . Die Messung ist anstrengender a l s am
orienti erten Model 1 in e i nem Anal oga uswe rtegerä t . Komparatoren sind gena uer . Die
G enauigkeit d es Ergeb ni sses ist aber nicht von der Gerätegenauigkeit a l l ei n abhän­
g i g , sondern von den Leistungsgrenzen des Luftb i l des , d ie zwischen der Meßgenauig­
keit d er Anal oggeräte ( 6 }J m u nd der der Komparatoren 1 , 5 fl m) l i eg t . Die Ent­
scheid u ng über die ric htige I nstrumentenauswahl kann ni cht a l l gemei ngül tig getrof­
fen werd e n . Wenige P u nk te pro Model l ode r hohe Genauig k ei tsfo rderungen sprechen
bei Großb etrieben für Komparato re n . Wer nur 1'auch 11 numerisch arbeitet entschei­
/
d et si ch b esser für d i e Einzel model l koord i natenmessung an e i nem der modernen Ein­
zel mode l 1 auswertegeräte .
Die k l assische und i n Ö sterre i c h angewandte Vorgangswei se beg i nnt m i t Stre i fen­
koordi naten (Abb . 8) . D i eser Weg ist j edenfal l s der aufwend igste: Teure Geräte und
personal intensive Messung . Al l erd i ngs ge l i ngt dabei eine e i ndeutig frühere u nd si­
c here Datenkontrol l e , d a schon bei der Messung die Mod e l l a nsch l üsse sic htbar si nd .
Bei den a nd eren Methoden g ibt es d iese ei nfache Kontro l l mögl ichkeit ni cht, es sei
denn , das Registriergerät ist an e inen Computer angesc h l ossen . Der Trend (Abb . 9)
geht heute e i ndeutig zum E i nzel mode l la uswerten und dami t zu den besonders i n
Stuttgart entwic kel ten Verfahren d er Ei nzel model l -b l ock bzw. -strei fenausgl e i c hung.
Die photogrammetrisch gewonnenen Meßdaten si nd nun mög l ichst ei ner strengen
Datenkontro l l e zu unterwerfen, und dabei sol l versucht werden, d urch Mittelb i ld u n­
gen schon ei ne Datenkompri m ierung zu erzi e l e n . Diese beiden Schritte können na­
türl ich Tei l e e i nes Großprogrammes für den Gesamtprozeß sei n oder aber an k l e i ne­
ren, in der Nähe des Auswertegerä tes stehenden Rechenan l agen m i t Spezia l program­
men d u rc hgeführt werden .
Das I nstitut fUr Photogrammetrie wi rd mi t dem wei teren Ausbau der Rechena nlagen
d er Techni schen Hochsch ul e auch Großprog ramme für den Bünd e l - und den Ei nzel mo­
del l a usgl e ich erwerben . Bis dahi n sol l te schwerpunktmäßig an den Lehrprogrammen
- 1 75 -
für Datenkontro l l e u nd Strei fenausg l ei c hung gearbeitet werden .
Dipl . I ng . E . BREYER hat a l s Diplomarbeit e i n Lehr- und Ü b ungsprogramm für den
pol ygoni a l en S trei fenausg l eich e ntwi ckel t , mit dem zur Zei t 1 0 verschied ene " Me­
thoden " ric htige , universel l oder beschränkt a nwendba re u nd fal sche1 gerech net
1
werden können (Abb . 1 0) . Das F l u ßd i agramm (Abb . 1 1 , 1 2 , 1 3) zeigt sei nen syste­
matischen Aufbau .
Zur Zei t i n Arbeit si nd zwei wei tere Programmsysteme . E i ne Dipl omarbeit wurde
m i t der Aufgabe vergeben, d ie Streife nb i l d u ng a us E i nzel model l en am P h i l i ps Büro­
computer P 3 52 - 600 mög l ic h zu machen, d i e von P . S C HMI D in ausgezeichneter
Weise gel öst wi rd .
Am
I nstitut selbst wi rd an e i ne m S trei fe nb i l d ungsl ehrprogramm
gearbei tet, das d urch d i e Aufgabe , a l l e mögl ichen Wege m i tzuerfassen, besonders
orga nisatorisch sch wi erig ist .
D i pl . I ng . BREYER gibt nun ei nen kurzen Ü berb l i c k zu ei nze l nen Deta i l prob l emen,
die bei den eben geschi lderten Programm ierungen zu l ösen waren . Ein wesentl icher
Kerntei l a l ler Programme i st das IBM - Bibl i otheksprogramm D L LSQ zur Lösung e i nes
l i neare n , überbest immten G l eichungssystems nac h der Methode der k l e i nsten Qua ­
drate . E s wurde von G O L U B programm iert u nd von uns a usgewä hlt u nd adaptiert, wei l
d urch den Ü bergang von der Matri x der Verbesserungsgl ei chungen ( A) zu ei ner obe­
ren Dreiecksmatrix ( P) d urch H O USE HO LD E R - Transformation der numerisch ungün­
stigere Weg über die oft sc h l ec ht kond i tioni erten Norma l g l eic hungen (N G) verm ie­
den wi rd .
D ie Lösung d i eser oberen Dreiecksmatrix ist äqu i va l e nt m i t der d er gewohnten Nor­
ma l g l eichungen (Abb . 1 4) .
D ie d reid i mensiona l e orthogona l e l i neare Transformation wurde nach M. T I E NSTRA
programmiert , der i n sei ner Dissertation e i n d ire ktes Verfahren (ohne I teration) zur
Berech nu ng der Koeffizienten für die orthogona l e Transformation a ng egeben hat.
T I E NSTRA hat d i e Ei genschaften der Matri zenoperationen bei d i esem Prob l em beson­
ders untersucht und Eigenschaften festgestel l t , d i e er a l s Nebenbed i ngungen i n den
Ausg l eich ei nfü hrt u nd auf d iese Weise d ie d i rekte Lösung überbestimmt ohne Itera­
tion ermög l icht.
- 1 76-
56
GERAE'l'E ZU R GRAPHISCHEN AU SWER'l'U N G :
Abb . 1
4 5 n o c h im E i n s at z be findl i c h e Luftb il d au swe rt ege rä t e :
WILD B 8
W IL D A 5
W IL D A 6
WILD A 7
WILD A 8
WILD A 1 o
2
ZEISS C 5
ZEISS s -Le r e o t op 3
Z E I S S Pl animat
3
5
2
2
8
15
JENA
T op o c art
2
3
8 nicht mehr im E i n s at z be findl iche Luftbi l da ll sw e rt e g e rä t e :
2
WILD A
ZEISS Mul t i p l e x 6
1
KELSH Pl otter
1
3 Au swe rtege rä t e nur für d i e t e rr e s t r i s c he Phot ograrnmet r i e :
ZEISS Orel 1
Z E I ;;> S 'J'e rr agraph 1
JENA Autograph 1
Ab b
.
2
GERAETE
3 5 Anal ogau sw e r t e g e rä t e :
W IL D
A
5
2
WIL D A 7
8
WILD A 1 0
3
15
WIL D A 8
2
ZE I S S C 5
2:h.IS3 Ph .n imat
3
2
J i!:NA
'l' o 1r nkurt
2
KompG1.r<:i. t o r e n :
W IL D S'.l' K 1
1
J"ENA Asc ore c o rd 1
U R NUMERI SC HEN AU SWE h U N G :
37
3 Punk tmark i e rgeräte
WI1.LJ P U G 3
WILD PUG 4
1
2
9 Ko ordinatenregi s t r i e rge rä t e
WILD EK 5 / 6
WILD EK 8
Z E I SS Ec omat
7
1
1
- 1 77 -
1U E"l' B I L LJ.AU 0WE H'l'l!:GKK A.B'l' };; IN UJ ::J'1'.i l1Hi lG H .
Abb . 3
N ur
- Plotter
Summe
Ami c h affung nach 1 . 1 . 1 9 b 3
An schaffung vor 1 . 1 . 1 96 3
:
7
1 6 7o
12
2 7 'fe
23
5 2 'fiJ
2
5 %
12
2 7 'Yo
4 1 'fo
32
73
5 9%
44
U ni v e r s al anal ogau swe rtege räte :
P5C 5 A5A5 A7A7A7A7A 7A7A]
7t
E in z e lmodel l anal ogau swe rtege räte :
8A8A8A8A8A8A8A8A8A8A8A8A8A8A8AbAb oPl P 1 P l T oT
Komp arat o ren :
4
P r i vathan d :
9%
Oe ffentl i che H an d : 1 4
3 2'fo
18
41%
In sge s amt :
ZE I S S - J en a
2
4
JEN OPT IK- J e n a
W ILD'-He e r b ru gg
16
3 7'%
ZEI SS-Ob e rk oc hen
18
I ns ge samt
Ab b . 4
DATE N :l!'i.U S S
4 1%
8
18
26
18
S t re i fenkoord i 11u.ten
v:
70
%
7 °fo
7%
3
2o
45%
36
82
3
7%
3
7
26
5 91'o
44
AU SGLEICH
P h ot ogramme t r i s ch e Daten
Moue l l k o o rdinaten
4
3
I S T
B il d•
k o o rcJ. inatE:n
1 00 %
2
BE I JJEH AJ:;Rü'l' H lAN GU L A'r l ü N
'fo
1 00 %
S 0 L L
Ge odät i s che Dat e n
u n d H i l f sdat e n
Bünd e l au s gl e i ch
Al tp as spunkte
( te rr e st ri sch
oder photogr amme t r i sch )
Ein z e l m ode l l au sgl e ich
N eup as spunk t e
( sp e z i e .i l für
di e se Ar be i t )
ve r b e s s e rte
Me s swe rte
ve rb e s s e r t e .__...
M e s sw e r te
(I )
°!o
!
Se k t i on s au sgl e i ch
Hil fsdaten:
APR
Hori zont b i l d
St at o skop
S t r e i fenp o l y n ornausgl e i ch
N e b e n b e dingungen
ve r b u s i:; e rte
M e s sw e rt e
S t re cken
Az im ute
Höhenw inKe l
Hohengl e i chen
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D a t e n e rf a s s u n g
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Me s sung
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1 . Me s sung
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t e n M o d e l l ans t rena
gend e r
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schn e l l e r
e r forde r l i c h
3 . Ab s olute
Orient i e rung
n u r m i t ange schl o s­
senem Re chne r m ög­
l i ch
ge s t at t e t Pas spunktkon­
t r ol l e vor der Me s sung
4 . Genauigke i t
weniger mechani sche
Fehl e r qu e l l e n
5 . P r o j ekt i on s ­
zent ren
e rge b e n s ich rechne­
ri sch v on s e l b s t
2 . Rel at i ve
Orient i e rung
6 . Arb e i t sge schwin­ schne l l e r b e i w e ni digk e i t
g e n Punkten p ro Mo­
dell
orient i e rt e n Modell
angenehm e r und schnel ­
ler
ve rl angen zusä t z l i chen
Me s s - und eventuel l Re­
chenaufwand
schn e l l e r b e i v i e l e n
Punkten p r o Mode l l
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Ab s olute
Einzelmodel lme s sung
i st nicht e r forde r-
Orient i e rung
l ieh ,
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3 . Fehl e rthe o r i e
4 . Geräteaufwand
5 . cp
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STRE H'ENKOORJJINA'r.h:NMESSUNG
Ve rgl eich
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U eb e rt r ag
dah e r schne ll e r ,
w e rden rechne ri sch
S t r e i fenmodellm e s sung
e rm ö gl icht s o f ortig-e
Pas spunktkontr o l l e
Verl angen Glät tung
Geräte feh l e r s ind
Fehl e r wiederh o l e n s i c h
m odellwe i s e gle i ch
nach j e dem zwei t en Modell
i st ge ringe r
i s t höher
P ro j ekt i on s z entren
oder Kreuzpunkte
e rfolgt im Gerät .
s ind zu me s s en
- 182-
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V o rb e r e i t un g s ­
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G e rä t e k o s t e n
Me s s ge s chwin­
d i gk e i t
O r i e nt i e r ungs­
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b e o b ac h t ungs ­
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6 0 cm Schmalwinkel
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nur für nume ri sche Ph ot ogra.nune t r i e
mit wenige r Punkten p ro M o d e l l
für h ö c h s t e Uenau i gk e i t s an s p rüche
auch für Sat e l l i tenpl at te n und
and e r e Sond e ranwendungen
D i e Mode l l k o o rd in at enme s sung
fü r auch nume ri s c h e Photogramme t ri e
m i t vi e l en Punk ten p r o M o d e l l
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1 83
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Abb.
1 1 - 1 .5
E I N :3 'l'R l l"l NAU ..iGLE ICILiLßHHPROGH.A.i'iuVl
E ingabe der Maschi­
nenkoordi naten
P rü f e n u n d M i t t e l n
" I s t Ko o rd . "
Eingabe der Landes­
koordina ten
T r a n s f o rma t i on d .
Landeskoordinaten
ins Maschinenkoor d .
" S o l l K o o rd . "
S y s tem
K o r r e k t u r der Auf­
b i egung des S trei­
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( l i n . o . qu a d r . )
A b s p e i c h e rn
auf Magnet
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S treif
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D a t e nü b e rg a b e
2 . P r o g r amm_
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- 1 85-
Ab b . 1 2
Aufbau d e r F e h l e rg l e i ­
c h u n g sm a t rix ( j e n a c h
g e wä h l te r M e t h o d e )
A us g l e i c hung nach
" kl e i ns t e n Quadra t e n "
m i t t e l s ' LLSQ '
V e r b e s s e rung d e r p ho t .
Koor d . ( j e n a c h g e w .
M e th o d e )
B e s t i mmung d e r v e r b le i ­
b e n d e n R e s t f eh l e r
( SOLL - I S T )
A u s g a b e d e r p h o t . K o o rd .
d e r F u n k t i onspunk t e i n s
M a s c h in e n s y s t em + z u g e­
h tlr i g e Res t f eh l e r
E v e n tu e l l E l i m i na t i on
v o n F u nk t i onspunk t e n
mi t " z u g ro ß e n " R e s t­
f eh l e rn
aus z u s c h e i d e n d e
Punk te g ef u n d e n
ja
N e u e rl i c h e r Aus­
g l e i c h ohne d i e
f e hl e rh a f t e n
P u nk t e
-
H fü ­
Ab b . 1 )
�----
ja nein
Aufb e r e i t u n g
d . Hil fsdaten
R ü c k t r a n s f o rma­
ti on i n s Landes­
k o o r d i n a t en sy s t .
B e re c h n u n g d e r
b ar . N i v e a u ­
fläche
B e s t i mmung d e r
Restfehler im
L a n d e s k o o r d . S ys t .
Umwa n d l u n g d e r
Hilfsdaten in
" H ö h e n p a ß p u nk t e "
Ausgabe aller
Punk t e i m
Land e s s y st em
m . R e s t f e h l e rn
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E N D E
- 1 87-
Abb . 14 Zur Lösung ei nes Uberbestim mten Gl eichungssystems .
n
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n
A
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1_
_
_
_
_
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l
n
n
NG
LITERATU R
BREYER E . : Ausg l eichung photogrammetrischer Streife n . D i pl omarbeit T H Wien , 1 972
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-
188
-
. ·
Geow iss . Mitt . 1
1 973 ' 1 8 9
204
-
DAS SPANNUNG SFELD DER ERDE
von
E . B rückl
(Vortrag gehalten am
1 6.
Ma i
1 97 3
im
Rahmen de s Koll oquiums der As sist enten
der Studienrichtung Vermes sungswe sen)
Dipl . Ing . Dr . Ewald B rückl , Hochschulas s istent am Inst itut für
Geophysik , Te chnische Hochs chule in Wien 1 040 , Gußhau sst raße
27
29.
-
1 -
ZUSAJV.IMENFASSUNG
Mit dem Spannungs feld der Erde werden wir in mannigfalt iger We i ­
se konfront iert . Aktue lle Auswirkungen s ind die Erdbeben , Hebungen ,
Senkungen und Vers chiebungen von Erdkrustent e ilen und der Geb irgs ­
druck in künstlich ge s chaffenen unt erirdischen Hohlräumen . Sichtbare
Spuren des Spannungsfelde s t reten uns in den Verfaltungen der Ge ­
steins s chichten und in den Klüft en entgegen . Zeugen für die Wirksam­
keit des Spannungsfel des gl obalen Ausmaßes s ind die kont inentalen
Geb irge , die Grabenbrüche und die mittelozeanis chen Schwellen .
B i s heute können Spannungen im Gebirge nur durch den Umweg über
Verformungsme ssungen best immt werden . Bei den am häufigsten ange ­
wandten Meßmethoden wird die elast i s che Ent spannung an B ohrkernen
geme s sen . Als erste s ges iche rt e s Ergebnis ze igten diese Mes sungen ho­
he horiz ontale Spannungen in kont inentalen Platt formen .
B e i der Interpretat ion de s Spannungsfelde s der Erde gelangt man
zu e iner Eint e ilung in gravitat ive Spannungen , t ekt onis che S pannun­
gen und Res t spannungen . Die gravitat iven Spannungen würden für s ich
allein wirkend e ine hydro stat ische Druckvert eilung herbe iführen . Die
t ekt onis chen Spannungen s ind für Geb irgsb ildung und Kont inentaldrift
verantwortl ich und s ie s chöpfen ihre Energie aus dem Wärmeres ervoir
des Erdinneren . Re s t spannungen s ind von frühe ren t ekt onischen oder
gravitat iven B elastungen im Gest ein gespeichert e Spannungen .
-
19 1
­
DEFINITION DES SPANNUNGSFELDES
B evor wir über da s Spannungsfeld der Erde sprechen wollen wir
uns den physikalischen Begriff " Spannungen" genauer vor Augen führen .
Eine Spannung ist definiert als e ine Kraft pro Flächene inhe it . Die
Kraft , die auf e ine Fläche wirkt , kann in e ine Normal - und in zwei
aufe inander senkre cht stehende Tangent ialkomponenten z erlegt werden .
Ent sprechend dieser Zerlegung spre chen wir auch von Normal- und Tan­
gent ial s pannungen . B e i den Normalspannungen kann e s s ich um Zug­
oder Druckspannungen handeln , die Tangent ial spannungen werden gele­
gent lich auch als S cher- oder Schubs pannungen b e z eichnet .
Durch e ine Normalspannung und zwe i Tangent ial spannungen können
wir die Spannungen , die auf eine Fläche mit e iner belieb igen Flächen­
normalen wirken , beschreiben. Um den gesamten Spannungezustand zu b e ­
s chreiben ordnen wir j eder durch die drei Raumrichtungen a l s Flächen­
normalen gekennze ichnet en Fläche eine Normal - und zwe i zu den beiden
übrigen Koordinatenachsen parallele Tangent ial spannungen zu . Die se
neun Größen bilden den Spannungstens or .
Tyx
Txy
Txz
ay
Tyz
"iz
y
Das Symbol
Das Symbol
a
bedeut et e ine Normalspannung , der Index ihre Richtung .
T wird für die Tangential spannungen verwendet , der erste
Index gibt die Richtung der Flächennorma.le an , entlang der die Tan­
gent ial spannungen in der durch den zwe iten Index gegebenen Richtung
wirken .
Aus den Gle iohgewioht sbe dingungen für die Drehmomente folgt
Tx y
Tyx
Txz
Tzx
Tyz
"""'
Der Spannungst ensor ist s omit symmetri sch und e s s ind nur 6 unabhän­
gige Grö ßen zu s e iner Be s chre ibung notwendig .
B e s onders ans chaul ich wird der Spannungst ens or durch die Trans ­
format ion auf da s Hauptachsensyst e m . In die ser Darstellung ver­
s chwinden s ämtl i che Tangent ial spannungen und der ge samt e Spannungs ­
zus tand wird durch die Normalspannungen in Richtung der dre i auf­
e inander s enkre cht s t ehenden Hauptachsen b e s chrieben .
B isher haben wir die Spannungen in e inem Punkt des Me diums b e ­
sprochen . Betracht en wir den Spannungst ens or a l s Funkt ion de s Ort e s ,
dann spre chen wir vom Spannungsfeld .
AKTUELLE WIRKUNGEN DES SPANNUNGSFELDES
Am 1 6 . April 1 972 um 1 01 0h ers chütt erte da s wahrsche inlich st ärk­
ste Erdbeben die s e s Jahrhundert s den Osten von Österre ich . Da s Epi­
zentrum lag im Ra um von Seebens t e in und Pitten , südl ich von Wiener­
Neustadt . In einem Gebiet von 1 00 km2 Ausdehnung e rre icht e die Beben­
intens it ät den Grad 7 na ch der Mercalli-Sieberg Skala . Zwei alte Ge ­
b äude stürt zten e in , Kirchtürme wurden bes chädigt , Ste inmauern er­
lit t en klaffende Ris s e , Giebe l und Schornst e ine fielen auf die Stra ­
ße . I n den Wohnungen öffneten s ich Kast entüren , Ge s chirr und Gl äser
zerbra chen in den Schränken , Va sen und Bücher stürt zten von den Re ­
galen .
Noch in der 6 0 km ent fernt en Bunde shaupt stadt konnt e e ine B ebenin­
tens i t ät vom Grade 6 b e obacht et werden . Die auffäll igst en Schäden
waren der Abs turz e iner Ballustrade vom Universität sgebäude und da s
Abbre chen de s Turmkreuze s von der St . Brigitta -Kirche . Die B odene r­
s chüt terungen l ös ten unt e r den Mens chen t e ilwe ise e ine panikart ige
Flucht aus den Wohnhäusern und Kirchen aus . Da s Ausmaß der B odenb e ­
wegungen wurde von den S e ismographen der Zent ralanstalt für Met e oro­
logie und Geodynamik auf der Hohen Warte geme s sen . Der größte Aus ­
schlag de s Fundament e s aus s e iner Ruhelage betrug dort 2 , 43 mm .
Die Fühlbarke it sgrenz e de s Bebens lag im Süd-We sten b e i Klagen­
furt und Villach , im We s t en bei Zell am See . B e s onders stark war die
Ausbre itung de s B ebens nach Norden . Neben vielen Meldungen aus der
-
1 93
-
T s che choslowake i langt en über 2 000 Wahrnehmungsmeldungen aus der
DDR und im bes onderen aus Dre s den ein .
Mit dem Erlebnis e ine s Erdbebens werden wir Zeugen der st ändigen
Wirksamke it de s Spannungsfelde s der Erde . Der Zusammenhang zwischen
Erdbeben und Spannung sfeld s oll kurz erl äut ert werden .
E in B eben kann als Bruchvorgang in den oberst en Schicht en der
Erde ge deutet werden . Um einen Bruch hervorzurufen , müs s en Kräfte im
Erdinneren wirksam sein , die die Ge ste insmas sen e iner Bela s tung aus ­
s e t z en und Spannungen hervorrufen . Die s e Spannungen deformieren die
Ge steine bis deren Fest igke it üb ers chrit ten wird . Es kommt zum Bruch
und die aufge spe ichert e Energie wird in Form se ismis cher Wellen ab ­
ge s t rahlt . Diese We llen werden bei ausre ichender Energie als Erdbe­
ben an der Erdoberfl äche wahrgenommen .
Wegen de s soeben beschriebenen engen Zusammenhange s von Erdbeben
und Spannungsfeld erhalt en wir aus dem Studium der Erdbeben wert ­
volle Aufs chlüs se über da s Spannungsfeld der Erde . Von b e sonderem
Int ere s s e s ind dab e i die Vert e ilung der Erdbebenherde , da s Ausmaß der
fre iwerdenden Energie und die Ab strahl charakterist ik der s e ismischen
Energie .
Vom t ägl ichen Leben de s Mens chen unb emerkt , ab er mit den verfe i­
ne rt en Me thoden de s Geodät en me s sbar , s ind langsame Hebungen und
Senkungen von Erdkrustent e ilen , die da s Ausmaß ganzer Länder oder s o ­
gar Subkont inent e erfas sen . Im Durchs chnitt werden B ewegungsraten von
5 mm pro Jahr beoba chtet . Die grö ßt en Hebungsbeträge werden in Skan­
dinavien und Nordame rika mit 1 0 mm pro Jahr geme s sen . Teile von
Frankreich we isen den größt en Ab senkungsbetrag mit 2 6 mm pro Jahr
auf . In Öst erre ich ergab der Vergl e ich zwischen mehrmal s im Tauern­
tunne l durchge führt en Nivellement s e ine Hebung de s Südportales gegen­
üb er dem Nordportal um 7 , 8 mm in den let z t en 2 0 Jahren .
Nicht nur Hebungen und Senkungen s ondern auch horiz ontale Ver­
s chiebungen können durch ge odät i s che Me ßmethoden erfaßt werden . Ein
b e s onders int eres sant e s Geb iet ist hierb e i der B ere ich um die San
Andre as Verwerfung in Ka lifornien. Die San Andrea s Verwerfung t rennt
mit e iner Länge von über 1 000 km die nordame rikanis che Platt e von
der pa z ifischen . E e im Erdbeben von San Franzisco im Jahre 1 906 ve r­
s choben s ich die gegenüberliegenden Krustente ile ent lang e iner
Strecke von 400 km bis zu 6 m Die sem und ähnlichen bei Erdbeben auf­
t re t enden Rucken überlagert s ich e ine kont inuierl iche Krie chbewegung
von etwa 5 cm/Jahr .
E in we it erer akt iver B ere ich i st die Mit telat lant ische S chwell e .
In Island , e iner auf die ser Schwelle gelegenen Insel wurden Dehnungs ­
beträge von
1
cm/Jahr geme s sen .
Dem Tunnelbauer und B ergmann s ind die Wirkungen des Spannungsfel ­
de s der Erde unt er dem Namen Gebi rgsdruck aufs engst e vertraut . Beim
Bau von St ollen , Schächt en und Kavernen tre t en durch die t e chni s chen
Eingriffe Spannungsumlagerungen im angrenzenden Fel s auf . Das Geb ir­
ge drängt von allen Seiten in den künstl ich ge s chaffenen Hohlraum .
E s ent steht eine Aufl ockerungsz one und e s müs sen gee igne t e t e chni ­
s che Maßnahmen getroffen werden , dem natürl ichen Streben de s Geb ir­
ge s , den Hohlraum wieder zu s chlie ßen , entgegenzuwirken . Für die
richt ige Anwendung die ser Ma ßnahmen ist dab e i die Kenntnis de s Ver­
hältni s s e s von Seit endruck zu Vert ikaldruck be s onders wicht ig .
Neben die sem allmählichen Here indrängen de s Geb irge s in den
künst l ichen Hohlraum kommt e s auch zu pl öt zl ichen Entladungen der
durch den t e chni s chen Eingriff induz ierten Spannungen . Es s ind die s
die B ergschl äge , bei denen , oft durch e inen Knall begleit e t , Fel s ­
plat t en in den unt erirdischen Hohlraum here inbre che n . Ein Bergs chlag
kann als ein Erdbeben im kle inen aufgefaßt werde n .
SICHTBARE SPUREN DES SPANNUNGSFELDES DER ERDE
Die s ichtbaren Spuren de s Spannungsfeldes der Erde finden wir in
den Verformungen der Ge s t e ins s chicht en . Obwohl in der Natur alle Über­
gänge beobachtet werden können , wollen wir e ine Eint e ilung in b ild­
same und in bre chende Verformung vornehmen .
Am augens cheinl ichsten ze igen s ich uns die bil dsamen Verformun­
gen in der Ausb ildung von Flexuren und Falten . Be im näheren Studium
der Falten gelangt man zu e iner E int eilung in vers chiedene Falt en­
typen , die durch b e st immt e ge ometrische Eigens chaften gekennze ichnet
sind . Die Abb ildungen 1 und 2 ze igen e inige Be ispiele hiervon .
- 195 -
Um die Ausb ildungs form der Falten mit dem Spannungs feld , durch
das s ie ent standen s ind in E e z iehung zu s e t z en , wurden s owohl
re chneris che , als auch experimentelle Unt ersuchungen vorgenommen .
Als e infachste s Mo dell für die re chneris che Erkl ärung von Falten­
b ildungen kann die elastische Platte , die in e in viskö s e s Medium
e ingebettet ist , ange sehen werden . Die s e s Modell e rgibt e ine durch
E e obachtungen b e s t ät igt e E e z iehung zwischen der Mächt igke it der ge ­
falteten S chicht und der Wellenl änge der Falt en . E ine Erwe iterung er­
fuhr diese The orie durch die E et rachtung von Schichten mit stark un­
terschiedl icher Visko s it ät und schl ießlich durch die Unt ersuchung e i ­
ne s anisotropen viskös en Mediums .
Während die re chnerischen Ans ät ze zume ist auf kle ine Verformungen
begrenzt bleiben , eröffnen Modellversuche die Mögl ichke it , die
spe z iellen Ausb ildungs formen der Falten in Abhängigke it von den Ma ­
t e riale igens chaften und den aufgebrachten Spannungen zu studieren .
Hierb e i ist e ine ausge ze ichnete Übereinst immung zwischen Modell und
Natur erz ielt worden .
Zeugen der bre chenden Verformung , die die Erdkruste erlitt en hat
und noch immer erle idet finden wir in den Klüften . Ihr Größenbere ich
re icht von fe inen Ris s en im Gestein , die nur b e i näherem Hinsehen
e rkennbar sind und deren Ab stand vone inander manchmal weniger als
e inen Zentime t er beträgt , b i s zu gro ßen St örungen de s Geste insver­
bande s , die auf Luftbildern oder Satellit enb ildern erkennbar s ind .
Ee i s piele von Klüft en sind in Abb . 3 ge ze igt . Alle die se Klüft e ,
Versetzungen , Verwerfungen und Störungen s ind als Erüche de s Ge steins
oder ganzer Erdkrustenteile unt er der E elaetung de s Spannungsfelde s
zu verst ehen . Ihr Ent stehen kann zume ist durch die Mohr ' sche Eruch­
the orie bes chrieben werden . Die se The orie stellt e ine Verb indung
zwis chen den räuml ichen Winkeln zwe ier zur gle ichen Z e it ent stande ­
ner konjugierter Kluft e charen und der Orient ierung der Hauptachsen
de s sie erzeugenden Spannungsfelde s her . S ie hat in vielen Lab ora ­
t oriumsuntersuchungen ihre E e s t ät igung ge funden .
S o klar die E ru.chbedingungen im unge st örten Ge stein bere it s for­
mul iert s ind , so s chwierig wird die Analyse der Vielfalt von Klüft en ,
die durch fort s chre it ende De format ion und die B eanspruchung durch ver­
schie dene Spannungsfelder ent st ehen .
- • vu -
S ichtbare Spuren de s Spannungs felde s der Erde gl obalen Ausma ße s
finden wir in den Grab enb rüchen , den kont inent alen Fal t e ngebirgen
und den mit t e l o z eanis chen S chwe llen . Ein Verst ändnis der zusammen­
hänge zwis chen die sen S t rukturen l i e fe rt da s Konz e pt der Platt entek­
t onik . Die Vors t e l lungen der Platt e ntekt onik ent standen aus der Er­
kenntnis , da ß s ich die t ekt oni s che Akt ivität auf die s e rela t iv s chma ­
len S trukturen b e s chränkt . Auf die s e B ereiche konzent riere n s ich auch
fa st aus s chl ießlich die s e i smische und vulkani s che Akt ivit ät . Man
nimmt an , da ß die s e akt iven Gürt e l durch Relat ivbewegungen von ver­
hältnismäßig wenigen , gro ßen s tarren Erdkrustent e ilen verursacht wer­
den . Da s B e obachtungs ma t e rial , das zum Konz e pt der Platt entekt onik
führt e , l i e fert e da s Studium der Erdbeben , die Pal äoma.gne t ik , T i e f ­
seeb ohrungen und ge ologi s che und kl imat i sche Korre lat ionen übe r Kont i­
nent e hinweg , wie s ie b e re it s ALFRED WEGENER vorgenonim.e n hat .
MES SUNGEN DE S SPANNUNGSFE LDE S
Wir hab en b i s j e t z t e ine Fülle von Naturers che inungen kennenge ­
lernt , aus denen wir Rücks chlü s s e auf die B e schaffenheit de s Span­
nungs felde s der Erde z iehen können . Ke in e inz ige s Phänomen abe r er­
laub t uns e ine direkt e B e s t immung der Größen , die da s Spannungs fe l d
charakt eri s ieren . E s b e s t eht s omit der Wuns ch , das Spannungsfeld di­
rekt durch Me s sung zu b e s t immen . Zwe i prinz ipielle Ers chwernis se ge ­
genüb er der Me s sung ande rer ge ophysikal i scher Fel de r , wie etwa dem
S chwerefeld oder dem Magne t fe l d , t re t en uns bei der Me s sung de s
Spannungsfelde s entgegen . Erst ens müs sen wir in e inem Punkt der Erd­
krust e zur vollen B e s t immung de s Spannungsfeldes s e chs unabhängige
Größen me s s en . Zum zwe i t en s ind die Spannungen an da s si e b eherber­
gende Me dium gebunden und können im Außenraum nicht b e obacht e t wer­
den . Wir müs s en uns zur Me s sung also in das Innere de s Geb irge s b e ­
geben .
In den l et zten 1 5 Jahren wurden Verfahren entwickelt , die die
Me s sung de s Spannungs felde s in B ohrl öche rn mögl i ch ma cht en . Die Me s ­
sungen b eruhten auf dem Prinz ip , daß Spannungen in dem von ihnen er­
fa ßt en St offen Ve rformungen hervorrufen . Wird e ine unt e r Spannung
s t ehende Ge s t e insprobe durch e ine Kernb ohrung aus dem Geb irgsve r ­
- 1 97 -
band herausge l ö s t , wo wird sie vom E influß des Spannungs feldes b e ­
fre it und hat da s B e s t reben , die erl itt enen Deforma t i onen wieder
rückgängig zu ma chen . Die b e i der Ent s pannung auftret enden Dehnungen
können geme s sen werden und daraus kann auf die im Ge s t e insverband
he rrs chenden Spannungen ge s chl o s sen werden . Von gro ßer :B e deutung b e i
.
die s e m Me ßve rfahren ist aber d i e Kennt nis de s Formänderungsverhal­
t ens der Ge ste ine . Je na ch Ausma ß und Ge s chwindigke it der :B eanspru­
chung z e igen die Ge s t e ine ela s t i s che s , pla s t i s che s oder auch vis­
kö s e s Verhalten und wir nennen die Summe die ser E igenschaften die
Rhe ol ogie der Geste ine .
Der Meßvorgang der Spannungen ze igt uns al s o , daß wir zur Erfor­
s chung de s Spannungsfeldes der Erde auch die Rhe ol ogie der Ge ste ine
und de s Geb irge s erforschen müs s en . Kenntnis vom Spannungsfeld der
Erde können wir nur durch den Umweg über die Rhe ol ogie erlangen .
Die s e s Prinzip gilt auch für die Int e rpreta t i on aller auf da s Span­
nungsfeld zurückführbaren Ers che inungen .
I m Rahmen de s Internationalen Ge o dynamik Pro j ekt e s werden vom In­
st itut für Ge ophysik der Te chni s chen Hochs chule in Wien Spannungs ­
me s sungen durchgeführt . Die dab e i angewandte " Do orst opperme thode "
s oll nun näher b e s chrieben werde n .
Von e inem St ollen aus wird mit Diamantb ohrkronen e in Loch gebohrt ,
da s b i s üb er den da s Spannungsfeld verfäl s chenden E influß de s S t o l ­
lens hinaus re i cht . In der gewüns chten Tiefe wird der :B ohrlo chgrund
mit ent spre chenden Kronen gegl ät t e t . S o dann wird mit e inem E inbau­
werkz eug die Me ßzelle - der " Do orst opper " - in das :B ohrl o ch e inge ­
bra cht und am geglät t e t en :B ohrl o chgrund angeklebt . Während die s e s
Vorgange s i s t der " Do orst opper" über e ine S t e ckverb indung und e in
Kabe l mit e iner Me ßbrücke verbunden . Na ch Erhärt en de s Klebers wird
für die dre i in der Me ßzelle enthaltenen Dehnungsme ßstre ifen e in
Nullabgl e i ch durchgeführt . Die S t e ckverb indung zum " Do orst opper"
wird ge l ö s t und E inbauwerkz eug und Kabe l werden abge z ogen . Dana ch b e ­
ginnt da s Überkernen . Hierb e i wird der Kern , an dem der " Do orst opper"
kl eb t , aus der Eins pannung im Geb irge herausge l ö s t und es t rit t e ine
Ent spannung e in . Mit Hilfe de s Kernrohre s wird der Kern aus dem B ohr­
loch heraus geholt . Die S t e ckverb indung zur Me ßbrücke wird wie derher­
ge s t ellt und der B e t rag der durch die Ent spannung erfolgten Dehnung
de s Kerne s wird geme s sen . Mit Hilfe der ge s ondert zu best immenden
elastischen Konstanten können aus die sen Dehnungen die Spannungen
bere chnet werden . Zur voll s t ändigen Best immung de s Spannungstensors
sind Me s sungen in dre i vers chieden orient iert en Bohrlöchern notwen­
dig . In Abb ildung 4 s ind B ohrkern , "Doorst opper" -Me ßzelle und Ein­
bauwerkzeug ge z e igt .
ERGEBNI S SE DER SPANNUNG SMES SUNGEN
Me ssungen de s Spannungsfeldes sind bisher vor allem in Skandina­
vien , Nordamerika , Südafrika und in der Sowietunion durchgeführt wor­
den . Das Ziel der Messungen war zume ist die Klärung bergmännischer
und fel sbaulicher Fragen. Betrachtet man j e doch die Gesamthe it die ­
ser Me s sungen aus ge ophysikalischer S icht , so ze igt sich al s erstes
ge s ichertes Ergebnis die Exi st enz unerwart et hoher horiz ontaler Druck­
spannungen in alten kontinentalen Plattformen . Die se betragen an der
2
Oberfläche im Mittel 90 kp/cm und s ie nehmen mit der Tiefe stärker
zu , als man es auf Grund der Überlagerung annehmen würde . Die Haupt ­
achsen de s Spannungstens ors s ind entweder senkrecht oder parallel zur
Erdoberfläche orient iert . Die s be sagt , daß in vert ikalen Ebenen ke i­
ne vert ikalen Tangent ial spannungen und in horiz ontalen Ebenen über­
haupt ke ine Tangent ial spannungen vorhanden s ind . Da die be iden hori ­
z ontalen Haupt spannungen oft jedoch s ehr unters chiedlich s ind , tre ­
t en oft sehr große horiz ontale Tangent ial spannungen in vertikalen
Ebenen auf .
Gegen die Erdoberfläche gene igt e Haupt spannungsachsen findet man
in den Randgeb ieten der kont inentalen Platt formen . Entgegen geolo­
gisch begründet en Erwartungen wurden auch in Island und im B ere ich
de s Osta.frikanisohen Grabensyst ems horiz ontale Druckspannungen ge ­
me ssen .
Trotz der vielen , bereit s vorl iegenden Me s sungen bedarf e s noch
vieler weiterer Arbeit , um zu einem globalen Überblick über aktuelle
Spannungen in der Erdkruste zu ge langen . Eine Favorisierung der Kon­
trakt ionsthe orie der Erde auf Grund der vorl iegenden Dat en s che int
noch verfrüht .
-
1 99
-
INTERPRETATI ON DES SPANNUNGSFELDES
Die s chwierigst e , aber auch intere s sant e s t e Frage ist j ene nach
der Herkunft und dem Ent s tehen de s Spannungsfelde s der Erde .
Eine erste Ursache finden wir im S chwerefeld der Erde . Die Schwer­
kraft greift in j e dem Ma s s enpunkt der Erde an und ihre Wirkungslinie
b e s t immt die Lotrichtung . Sie ist im we sentl ichen für den Überlage ­
rungs druck in den St ollen der B ergwerke verantwort lich . Würde von
heute an nur mehr die Schwerkraft auf die Erde e inwirken , so würde
s ich ähnl ich wie in den Ozeanen auch in der Erdkruste e in hydrosta­
t i s ches Gle ichgewicht ausb ilden . Die Ze it , b i s dieser Zustand er­
reicht wäre , würde nur von der Fl ießbere i t s chaft des Geb irge s , als o
s e iner Rhe ologie , abhängen . Der auf die S chwerkraft zurückführbare
Ante il des Spannungsfeldes der Erde ist s omit s i cherlich von großer
B edeutung . Er hat e ine ordnende und Unterschiede ausgl e ichende
Funk ­
t ion . Die Mannigfalt igke it der an der Erdoberfläche b eobachtbaren Er­
s che inungen kann er aber nicht erkl ären .
Wollen wir die ge ologi schen Ere ignis se wie die Gebirgsb ildungen ,
das Aufreißen von Gräben und das Ause inanderfließen der o z eanis chen
Kruste verstehen , s o müs sen wir das Wirken t ekt onischer Kräft e an­
nehmen . Das Energiereservo ir für dies e Kräfte b il det die Wärme , die
im Erdinneren gespe ichert ist . Der Mechanismus , wie die Erde Wärme
in B ewegung umset zt , ist bis heute unbekannt und b ildet den Ansat z ­
punkt für viele Hypothesen . Wie die se Kräfte und das aus ihnen fol ­
gende t ektonis che Spannungsfeld auch zustandekommen mögen , ihre Wir­
kungen
in der geologischen Vergangenheit s ind uns allen s ichtbar und
e s besteht ke in Grund , an ihrem We it erwirken in der Gegenwart zu
zweifeln .
Neben den gravitat iven und den t ekt onis chen Spannungen haben wir
aber noch eine dritt e Komponente de s Spannungefeldes der Erde . Es
s ind die s die Restspannungen . S ind im We chsel de s geologischen Ge ­
s chehens Geb irgsmas sen e inmal gravitat iven oder t ekt onis chen Span­
nungen ausge setzt und hernach wieder entlastet worden , s o vermag das
Geb irge die ihm aufgeprägten Spannungen nicht zur Gänze und sofort
abzubauen . Es bleiben die Re stspannungen im Geste insverband zurück .
Die ser S:pa.nnungsante il iet wieder ganz we s entlich durch die Rheolo­
gie d e s Geb irge s b e st immt . Die Re s t spannungen s ind s o zusagen der im
Ge dächt nis de s Geb irge s zurückgeb l iebene Ant e i l frühe r e inma l wirk­
sam gewe s ener gravitat ive r o de r t ekt oni s cher Spannungen .
-
20 1
-
Abb il dung
4
13 ohrkern , "Doorst opper" und E inbauwerkz eug
13 or "1".'kern mit angekl eb t e m ":O oorst o-pper"
- 202-
Abb ildung
Konjugiert e Klüft e
3
Dur ch Hangb ewegungen z er­
legt e r Kluftkörperverband
1
I\:>
0
w
1
- 204-
Geow i s s. M i t t . 1
1 97 3, 20 5 - 2 1 6
ELEKTRONI SCHE BEREC HNUNGEN I M S T RASSEN BAU
DURCH DEN G EODÄ TEN
von
G. Pa l fi nge r
( Vo rt rag geha l ten a m 6 . Jun i 1 97 3
im
Rahmen des Ko l l oqui ums d e r As s i s tente n
d e r Studi enr i ch tur1g Ve rme s s ungswesen)
D i p l . - I ng. Ge r h a rd Pa l f i nge r, Hochsch u l a s s i s te n t am I ns t i tu t für
A l l ge m e i n e Geodäs i e de r Te chn i sc hen Hoc hschu l e W i en
1 O'+O, G u ß ha us s t ra ße 27 - 29
ZUSAMMENFASSUNG
Der S t ra ßenbau i s t eng ve r bunden m i t ve rmes s ungs techn i schen Arbe i ­
ten. Der Geodät s te l l t P l anungsunte r l agen z u r Genere l len- und Detai l ­
p l anung he r , a rbe i te t a n we s en t l i chen Schr i t ten der Entwurfsbea rbe i ­
t ung m i t und i hm o b l i eg t sch l i e ß l i ch d i e Ve rfa s s ung von Te i l ungsp l änen
z u r He r s te l l ung der G rundbuchso rdn ung nach Ba ua bsch l u ß.
Di e Erfa ss ung von Ge l ändeda ten e rfo l g t noch we i tgehend nach den
k la s s i schen Aufnahmeme t hoden. D i e En tw i ck l ung der e l ekt roop t i schen
Entfe rnungsmes s e r sow i e der O r t hoprojekto ren e r öffne t Me ßme t hoden
m i t hohem Automa t i s i erungseffe k t . Um d i e M ög t i chke i ten der EDV z u r
Ausw e r t ung d e r Me ß da ten ra t ione l l e r nützen zu können, we rden d i e M e ß ­
w erte a uf d i g i ta l en Da ten t rä ge rn reg i st r i e r t . Auch neue Verfah re n d e r
Ge l ändebes chrei bung, w i e das d i g i ta l e Ge l ändemode l l , so l l en e i ne i n te ­
g r i erte Da tenve ra rbe i t ung e r l e i ch te r n .
Di e a n d i e Berechnungen a n s ch l i e ßende g raph i s che Da tenve ra rbe i tung
m i t te l s a u to ma t i s ch e r Ze i c henmaschi nen hoher P räz i s ion i s t e i n w e i te­
res a k t u e l l e s Mi t te l zur Ra t i ona l i s i e rung.
- ',J ü ( -
E I NLE I TUNG
Für den Ausbau und d i e Erha l tung des ös te rre i ch i schen S t ra ßenne tzes
we rden du rch Bund, Länder und Gemei nden be t räch t l i ehe M i t t e l a ufge­
wende t . Durch zum Te i l zwe ckgebunden e Steuern , w i e di e Bunde s m i ne­
ra l öl s te ue r, w i rd de r dafür n öt i ge Abgabener t rag ges iche r t. Bis zum
Z e i tpunkt de r Vo l l mo to r i s i e rung, e twa Ende d i eses Ja hrhunde r t s , w i rd
m i t e i ne r we i teren S te i ge rung des S t ra ße n ba u s zu rechnen s e i n . I nw i e ­
we i t de r I nd i vi dua l ve rkehr durch entsp rechenden Ausbau der Massen­
verkehrs m i t te l e inge s chränkt we rden w i rd, kann zu r Ze i t s chwe r a bge­
s chä tzt werden.
Di e En tw urfs bea rbe i tung im Stra ßenba u i s t eng ve rbunden m i t ve rmes­
s ungs techn i schen Aufga ben. N i c h t z u l e t z t durch d i e o p t i ma l e E rfü l l ung
di ese r Arbe i ten w i rd e i n exakter und ra t i on e l l e r Ab l a uf de r P l anung ge­
währ l e i s te t .
Wesent l i che S ch r i t te bei d e r Entw urfs bea rbe i tun g s i n d unte r a n de rem
die
- E r s te i l ung von P la nungsgrun d l agen (P l äne , P rofi l e e tc. )
- Fes t l egung der Stra ßenachse i m G rund- u n d Aufri ß
- E rdma s s ene rmi tt l ung
- E rfa ss ung des G rundbuchs- und Katas te r s tan de s .
Vor Baube g i nn e rfo l gt di e Abs teckung de r S t ra ß enachse nach Lage
und Höhe. Daran s ch l i e ß t di e Ba uüberwachung und Bauabre c hn ung a n
sow i e d i e He rste l l ung der G rundbuchso rdnung nach Bauabs ch l u ß, An
a l l e n di esen Arbe i tsgängen ha t de r Geodät w e s en t l i chen Ante i l o de r
führt e inze l ne davon a l l e i ne a u s .
D i e momen tane Phase der Entw u rfsbea rbe i tung i s t gekennz e i chnet
durch e i ne n s ta rk ve rmeh rten E i n sa t z de r E DV in Ve rbi ndung m i t a uto­
ma t i schen Ze i chenma s c h i nen hohe r P r äz i s io n . Dam i t w i rd e i n hohe r
Ra t iona l i s i e rungseffekt e rz i e l t . D i e da,zu e rfo rde rl i che Softwa re i s t
z u m Te i 1 e ra rbe i te t o de r wi rd l a ufend e n tw i cke l t.
-?Oe-
Auch n e ue Me thoden de r geodä t i schen Ge l ändeerfa ssung s i nd aufgrund
i ns t rumente l l e r Entw i ck l u n ge n - e l e k troop t i sche Entfe rnungsme s se r ode r
Orthoproj e k to ren - ans te l l e der b i sher i gen ge t re te n oder we rden i n ver­
me h r t e m Ma ße a ngewende t. Für den Geodäten bedeute t d i e s , s i ch l aufen d
umfa ssend über den aktue l l en Entwi ck l ungs s tand a m Ge rätesekto r zu i n­
for m i e ren. Hiebe i i s t neben e in e r opt i ma l en Da tene rfassung be i i ngen i ­
e urgeodä t i schen Mes s ungen oder photogramme t i schen Auswe r tungen
e i ne
EDV-ge rech ten Da tenaufbe re i t ung sehr wesen t l i ch.
E RFASSUNG DER GEL Ä NDEDATEN
D i e heute angewendeten Ve rfahren zur Ge l ändeerfassung s in d d i e
Pho to g ra mme t r i e und d i e Tach yme t r i e . Se i de Me t ho den ges t a t te n e i ne
inte g r i e r te Datenve ra rbe i t ung i m Zuge de r Entw u rfsbe a rbe i tung. D i e
bekannten Ve rfah re n der photogra mme t r i s chen P l anerste l l ung m i t te l s
Ana l ogge räten ( Stereoausw e r tegerä te ) e rge ben du rch Abfahren der
Ste reomode l l e m i t e i ne r räum l i chen Meßma rke und angesch l o ssenem
Ka r t i e rge rät Lage p l äne, Sch i ch tenp l äne, P rofi l e etc. Ve rbunden m i t
L u f taufnahme
Terre s t r i sche Vermes sung
E DVA
Te r re s t r i s che E rgtinzung
P ro f i l e
----' S te rcoauswe r tung
Sch i ch te n
P rof i l e
Koo r d i na ten
EDVA
Orthop roj e k to r
Orthophoto
Orthop ho topl an
S t ri chp l an
Abbi l dung 1
-209-
tach yme t r i s chen E rgänzungsmessungen i st dam i t ein bew ä h r tes und
ausgere iftes Auswe rteverfa hren gegeben. I m Zuge de r pho togramme­
t r i schen Auswe rtung i s t d i e Reg i s t r i e rung von Koo rdi naten und P ro­
fi l e n m ög l i ch.
E i n ve re i nfach tes Ab l aufs chema zei g t Abbi l dung 1 . Der e i ge n t l i che
Ausw e r t e vo rgang, näm l i ch das räum l i che Abtasten des Mode l l s , e rfo l gt
durch e i nen Ope ra teur. Den ange s t rebten a u toma t i s i e rten Auswe rtevor­
gang e r m ög l i cht die Orthopho to te chni k . Dabe i w i rd da s Luftbi l d i n
k l e i ne B i l dausschn i t te e i nge te i l t und st re i fen- oder zonenwe i se du rch
d i ffe ren ti e l 1 e Entze r rung umge b i 1 de t.
Im Gegensatz z u r g ra p h i schen Ausw e rtung nach Punkten und L i n i en
e n t hä l t de r so ents tandene B i l dp la n d i e vo l l e Info rma t i on des Luftbi l de s .
D i e H öhensch i ch te n ! i n i e n können i n Or thophotos e i nkop ie r t we rden,
nachdem s i e en tweder m i t S te reoauswe rtege rä ten
rm i t te l t oder rech­
ne r i sch über d i e reg i s t r- ie r ten Höhen für d i e d i ffe ren t i e l l e Entze r rung
i nte rpo l i e rt w urden. Neben e i ne r rat ione l l en Auswe r t ung s i n d s ta rk
ve r r i nge rte Ze i chena rbei ten i m Ve r g l e i ch z u r S t r i chausw e rtung z u e r­
b r i ngen.
In Ö s t e r re i ch steht d i e Anwendung der O rthopho tote chn i k noch in i hren
Anfängen und i s t Gegens tan d von Fos c hungsvo rhabe n . Repräsenta t i ve
E rfah rungswe r te aus E rgebn i ssen der E n t w u rfsbea rbe i tung für den
S t ra ßenba u l i egen a uch a us dem Aus l and n i ch t vor .
Nach w i e vo r s in d b e i der k l a s s i s chen G e l ände e rfas s ung durch De­
ta i l a ufnahme und Tachyme t r i e d ie b i s h e r üb l i chen Aufnahme me t hoden
verbre i te t . Die ra sche Entw i ck l ung de r E l e k t ro n i k w i rkt s i ch h i e r vo r
a l l e m i n zwe i Be rei chen a u s . So w u r de d i e i nd i rekte Stre ckenmessung
du rch den Bau e l ek t roop t i sche r En tfernungs me s s e r in Anwendungsbe­
rei ch , Wi rtschaft l i chke i t und Gena u i gke i t w e se n t l i ch ve rbe s s e r t . Abe r
a u ch d i e a u toma t i sche Regi s t r i e rung von Me ßda ten i m Fe l d i s t , wenn
a uch noch seh r a ufwen d i g , auf Lochs t re i fe n und Magne tband a l s Da te n­
t räge r m ög l i ch.
E l e k t roopt i sche Entfe rnungsmesser ge s ta tten - be i w i rtschaft l i cher
G e rä t e i nve s t i t i o n - di e ra t io ne l l e Anwendung komb i n i e r te r Me ßme thoden
(W i nke l - und Sei tenme s s ung) z u r Bes t i mmung von Fes tpunkten. E i ne
Rei he von t heore t i s chen und p ra k t i s chen Unte rsuchungen l ie g t daz u vo r.
Von besonde rem I n te re s s e dabe i i s t die Gew i chtsbes t i m mung von W i nke l ­
und Sei tenme ssungen für d i e Ausg l e i chung. Lassen s i ch po l a re Aufnah­
men und Abs teckungen übe r g r öße re Entfernungen beque m du rchfüh ren,
so rücken a uch di e Me t hoden des t r i gonomet r i s chen Ni ve l l ements w i e de r
mehr i n den Vordergrund. So i s t be i wese nt l i ch ge r i ngere m Fe l dauf­
wand a l s be i m geome t r i schen N i ve l l emen t vo r a l l e m in topograph i sch
schw i e ri ge m Ge l ände e in e z um i n de s t g l e i che G e na u i gke i t z u e rre i chen.
So
kann z . B. a u ch di e Bes t i m mung von Höhenpa ßpunkten m i t te l s e l ek­
t roop t i s che r Entfe rnung s me s s e r s e h r ra t ione l 1 vorgenomme n werden.
W i rd ein e l ekt ro n i sc he r Entfe rnungsmesse r m i t e i nem W i nke l me ßgerät
komb i n i e r t , spricht man von e i ne m e l e k t ron i schen Tach yme ter. H i e be i
i s t j e nach G e rä t d i e Opt i k von S t re ckenme ß tei 1 und Theodo l i t koaxi a l
oder d i e opt i schen Achsen s i n d pa ra l l e l zue ina nde r. Oi e W i nk e l messung
e rfo l gt i n ü b l i cher W e i se durch Ab l e s ung an Hori zonta l - und Ve r t i ka l ­
k re i s oder m i t codi erten Te i l k re i se n und e lek t roni schem Kre i sabgr i ff.
Bei e i n i ge n e l ekt ro ni schen Tac h yme t e rn ist e i n e l ekt ro ni scher Re chne r
sow i e e i ne Regi s t r i e re in r i c tung zu·r a u toma t i s chen E rfas s ung der Me ß­
da ten angesch lossen. Zur Kont ro l l e e rsche i nen d i e Me ßwerte i n d i g i ­
ta l e r Anzei ge und k önnen nac h e n tsprechender Codi erung reg i s t r i e r t
werden. M i t dem e l ek t ro n i s chen Rechne r l as se n s i ch e i nfache Aufgaben
zur Reduk.t ion de r M e ßwerte ( Ho r i zonta l en tfe rnung und Höhenun te r­
s c h i e d ) oder zur
Bes t i mmung von Abs tecke l ementen a m Fe l d vo rzu­
nehmen. E l e k t ron i sche Tac h ym e t e r m i t koax i a l e r Ano rdnung und Reg i s­
t ri e re i n r ichtung e rfo rdern e in e n hohen I n ve s t i t ionsaufwand, d e r e ine
spez i e l l e Aufgaben s te l l un g ve r l angt, um w i rtschaft l i che Effekte zu
e rz i e l e n .
-? 1 1 ­
VERARBE I TUNG DER GELÄNDEDATE N
W urden d i e Ge l ändeda ten durch Tachyme t r i e bes t i mmt und di e Mes sungs­
da ten in e i n Fe l dbuc h e i nge t ra gen , so e rfo l gt de ren Auswe rtung in der
Rege l m i t H i l fe von K l e i nrechnern und An l agen der MDV. Di ese e l e k t ro­
n i schen Rechner bes i tzen e i ne Da tenta s ta tu r zur d i rekten E i ngabe von
Da ten. H i e r i s t a l so k e i n e i gener Da tenträger e rforde r l i ch. D i e vorhan­
dene Softwa re e rm ög l i ch t die Be rechnung der da be i a uft re tenden Auf­
g a be n i n e i nze l ne n Sch r i tten. Nach den k l as s i s chen Gesi ch tspunkten w i e
K l e i n t r iangu l i e rung, Po l ygonzug, Deta i l punkte, Ni ve l l ement, T r i gono­
m e t ri s c he Höhenmes s ung, Tachyme t r i e e t c . geo rdne t , l i egen entspre­
c h en de Anwende rsoftwa repakete vor . Je nach Typ de r Rechena n l age be­
s te h t d i e M ög l ichke i t der Spe i cherung von Zw i schene rgebn i ssen. Vo r
a l l e m d i e Koordi na ten we rden häufi g i n Arbe i tss pe i che rn ode r pe r i p h e ren
Spe i c h e rn a bges te l l t. Für we i te re Be rechnungen s te hen di ese Werte
durch d i rekten oder sequen t i e l l en Zugr i ff z u r Ve rfügung. D i e durch Rech­
nung e rm i t te l te n Da ten we rden m i t den Ausgangsw e r te n und Mes s ungsda­
ten in e i ne r Ergebn i s ! i s te a us gegeben. Auch die Ausgabe übe r Da ten trä­
ge r w i e Lochs t re ifen , Lochka rte und Magnetband s i nd mög l i ch . D i e
g ra p h i sche Wei te rve ra rbe i tung l i efert e i ne S t r i chauswertung (Lage­
und H öhenp l an, P rofi l e ) .
S i nd k e i n e e i ge nen Rechena n lagen z u r Hand, kann m i tte l s Da tenfern­
vera r be i tung und d i rek te r Datene in gabe m i t G ro ß re ch e nan l agen gea rbe i­
te t we rden. D i e P ro b i emfo rmu l ie rung ha t i n E i ;; ze l sch r i tten zu e rfo l gen.
Derzei t i s t a be r da s P re i s-Le i s tungsve r hä l tn i s da bei e he r ungüns t i g .
Für e i ne i n te g r i e rte Da tenve ra rbe i tung i m Zusamme nhang m i t Ent­
w urfsberechnungen i s t es e rforde r t i ch , d i e Me ßwer te a uf d i g i ta l e n Da ­
ten t rä ge rn zu spei chern. Die He r s t e l l un g e i ne s für d i e W e i te rve ra rbe i ­
tung o p t i ma l en Da tent rägers kann vom Fe l dbuch und von maschi n les­
ba ren Be l egen e rfo l gen. Di e d i rekte Reg i s t r i e rung ana loge r Me ß da ten
in d i g i ta l e r Fo rm im Zuge der Mes s ung am Fe l d s te l l t den de rzei t h öch­
s ten Entw i ck l ung s s tand da r . Z u r Ze i t w i rd abe r d i ese Mög l i chke i t noch
durch hohen fi nanzi e l l e n Aufwand e rkauft. Abbi l dung 2 ze i gt e i ne Übe r­
s i eht zur E rs t e i l un g von d i g i ta l en Da tent rägern. Geme i nsam m i t den
e i gent l i chen Me ßw e r te n s i nd f ü r di e Orga n i sa t ion des Da tenspe i che rs
sow i e für d i e Ausw e r tung der Messungen entspre chende Sch l üsse l za h l en
m i t z u reg i s t r i e ren . D i e s e Sch l üs se l za h l en e r s e tzen d i e Fe l dsk i zze und
so l l en da he r a uch d i e e n t sprechenden I nforma t i onen b i s hin z u r g raph i ­
s chen Da tenve ra rbe i tung {a utoma t i s ches Ze i chnen) bes i tzen. Bei Ge räten
m i t Reg i s t r i e rung a m Fe l d s i n d d i e Sch l üs s e l za h l e n vom Beo ba ch te r nach
de r jew e i 1 i gen Messung e i nz u s t e l l en und m i tzureg i s t r i e ren. Al l e rd i ngs
sche i nen die bis j et z t e ra rbe i te te n S ys teme der Sch l üs se l zah l en n i ch t
geei gne t , e i ne opt i ma l e Da tenorga n i s a t i on z u e r m ög l i chen. E i ne e i nhe i t­
l i che Fo rmu l i e rung de r Punktbeze i chnungen i s t e l ne vo rdri ng l i che noch
zu 1 ösende Aufgabe.
Fe l dbuch
Be lege
handgesch r i eben
Meßwe rte und
masch i n e n l esbar
Codi e rung
r-----+----'- --;--�-----4!-- -- - - -
Reg i s tr i e rung
E i n t ragung i n
a m Fe l d
Lochvo r l agen
Ab lochen
EDVA
Da t e n auf
Da tenträger
form a l e
Nachmessung
Software fü r
Auswe r t un
EDVA
Ausgangswe r t e
Feh l e rgrenzen
Ergebn i s l i s t e
E rgebn i sse
auf
Da t en t räger
Abb i l dung 2
-t' 1 5 -
Der Da tent räge r m i t den Ori g i na l me ßw er t e n i s t für d i e e l ek t ro n i s che
W e i terve ra rbe i tung n u r be d i ngt ge e i gn e t . Es s i n d fo rma l e Übe rprüfun­
gen h i n s i e h t ! i ch der Sch l üs se l za h l en und de r Vo l l s tändi gke i t und Les­
barke i t de r Da ten vorzunehmen. Abe r a u c h di e Me ßwe rte se l bs t we rden
vor den Be rechnungen verbes s e r t . Der E i nf l u ß de r I ns trumentenfe h l e r
w i rd dabei rechne ri sch e l i mi n i er t . Mehrfac hmessungen we rden gem i t te l t
und m i t den Feh l e rg renzen ve rg l i chen. Al l e a uftre tenden W i dersp rüche
und Feh l e rme l dungen w e rden p ro toko l l i e r t und ve ran l assen den Bea rbe i ­
te r z u e i ne r Übe rprüfung. Dabe i e rgeben s i ch entsp rechende Be r i cht i ­
gungen und fa l lw e i se Nachmes sungen. Al s E rgebn i s w i rd e i n forma l
r i ch t i ge r Datent räger (me i s t Lochs t re i fen) anges t re b t . Di es e r Da ten­
t räge r e n t hä l t Sch l üs se l zah le n m i t Punktnummern, Ho ri zonta l w i nke l ,
Zeni td i s tanz und St recken m i t den bere i ts ve rbe s s e r ten Me ßwe r ten.
Die ansch l i e ße n den Be rechnungen der Koo rd i na te n und Höhen e rfo l g t
i n de r Rege l nach den k l as s i schen Me thoden. D i e Aufnahmes tandpunkte
der e l ek t ron i schen Tac hyme te r müssen n i ch t unbe di n g t koor d i na ten­
m ä ß i g be kann te Punk te s e i n. Übe r i de n te Punkte k önnen di e e i nze l nen
Standpunkte angesch l ossen w e rden, wobe i e i n herköm m l i ehe r Po l ygon­
zug n i ch t e rforde r l i ch i s t. Der l a ge - und h öhenmäß i ge Zusammensch l u ß
kann a1...1 c h durch e i ne Lage- und Höhe n b l ockaus g l e i chung e rfo l gen. Dabe i
e rgeben s i ch d i e H öhen und Koo rd i na te n genauer a l s be i de r konven t i o­
ne l l en Tachyme t ri e. Di e durch B locka us g l e i chung e rha l tenen Koo rdi na ­
ten s i nd ü berdi es homogene r a l s be i der ü b l i chen Auswe r t ung.
Al s E rgebn i s e i n e r photogramme t r i schen o d e r tach yme t r i s chen Ge l än­
deaufnahme w i rd a l s P roj e k t i e rungsunte r l age me i s t e i ne ana l oge p l an ­
1 i che
Da rs te l l ung d e s Ge l ä n des e rs te l l t. Pa ra l l e l dazu k önnen d i e das
Ge l ände beschre i benden Punk te i n di g i ta l e r Fo rm ( Koordi na ten und Hö­
hen) reg i s t r i e r t we rde n .
D i e Fes t l egung von S t ra ßenachse n i n G rund- und Aufri ß e rfo rdert d i e
E rm i t t l ung von L ängen- u n d Que rp rofi l en . Di ese a chsbezogenen P rofi l e
w erden manue l 1 aus P l änen ode r Ste reo l uftbi t de rn bes t i mm t . De r g ra ph i ­
sehe Entw u rf de r Tra s s e w i rd dann ge t rennt nach G rund- und Aufri. ß
geodä t i sch e i nge rechne t . D i e s geschi eh t m i t EDV-An l agen nach den b i s­
her üb l i chen Me thoden. Nach e rfo l gte r graphi sche r F l ächen e rm i t t l ung
der Que rs chn i t tsf l ächen kann d i e Mas s enbe rechnung angesch l os se n wer­
den. I n d i es e r Vo rgangswe i s e w echse l n a l so manue l l e und a u toma t i s i e r­
te Arbe i ts gänge . Oi e Anwende rsofwa re z u r Tra ssenfe s t l egung g l i ed e r t
s ich i n
Achsberechnung von fre i e n Tra s s en und Ansch l u ßs te l l en
Be rechnungen zw i schen zwe i Achsen
Abs teckungsbe r echnungen
G rad i entenbe rechnungen
Fahrbahndeckenbuch
Be rechnung von P rofi ! punkten und Querschn i t tsf l ächen
Massene rm i t t l ung
Bau a b re chnung
H i l fsprogramme ( Transfo rm a t ionen e tc. ) .
O i e Software b i e t e t i m Rahmen i h res sequen t i e l l en Aufbaus z u me i s t d i e
M ög l i chke i t , d i e für d i e w e i te ren Be re chnungen benöt i g ten Zw i schenwe r­
te zu s p e i che rn. Säm t l i che E i nga ben und E rgebn i s se we rden p ro toko l ­
l i e r t und be i entsp rechender pe r i p he re r Aus s ta t t ung d e r Rechena n l age
im Ansch l u ß an die Be rechnungen g ra p h i sch da rge s te l l t . D i e s e rfo l gt
durch automa t i sche Zei chenma s c h i ne n hohe r P rä z i s ion. Dam i t i s t es
m ög l i ch , Lage p l än e , Längen- und Que rp rofi l e m i t oder o hne Besch r i f­
tung ra t i one l 1 he rzus t e l l en . O i e z u r S teuerung von a u toma t i schen Ze i ­
c henmas ch i ne n benö t i g te Sys tem- u n d Anwende rsoftwa re i s t ä u ße rst um­
fa ngre i c h un d nu r z u m Te i l e ra r be i t e t . D i es g i l t
vor
a l l em
für
die
Steu­
e rung der Ze i chenmas c h i nen du rch M DV-An l age n .
I m H i nb l i ck auf d i e E n tw i ck l un g der EDV und e i ne n kont i n u i e r l i chen
Da tenf l u ß be i der e l ek t ron i s chen Entw u rfs bea rbe i t ung we rden neue EOV­
gerechte Verfa hren der G e l ände besch re i bung en tw i cke l t und g e t e s te t .
Un t e r dem Beg r i ff des d i g i ta l e n Ge l ände mo de l l s ( DGM ) ve rs teht man e i ne
Menge von Ge l ändepunkten , d i e e i ne be s t i mm te G e l ändeobe rf l äche da r­
-
1 'J -
s te l l t. D i e s e Ge l ände da ten können fü r ve rsch i edens te Aufgaben na ch
e n t s p re chenden ma t he ma t i schen Verfah ren a usgew e r te t we rden. Für den
S t ra ßenba u w i rd heute vo r a l l e m d i e M ög l i chke i t de r a utoma t i s chen P ro­
f i l erm i tt l ung durch I n t e rpo l a t i on angewende t . D i e ve rsch i e denen l n te rpo­
l a t i onsverfahren benöt i gen z u r op t i ma l en L ös ung e i nen e n t s p re chend o r­
gan i s i e r t e n Da tenspe i c he r . D i e g ro ße Anza h l von Ge l ände da ten f i nde t
i m K ernspe i che r n i cht me h r P l a tz und m u ß auf exte rne Spe i ch e r a ufge­
te i l t we r den. D i e i m Zuge der Berechnungen e rforde r l i chen Da ten t rans­
porte ve rursachen hohe Rechenkos te n und m üs sen mög l i c h s t m i n i ma l ge­
ha l ten we rden. Das ge sch i eh t e i n ma l durch Beschränkung a uf e i nen m ög­
l i chs t s chma l e n I n te res sens t re i fe n sow i e durch e i ne achsabhän g i ge Da­
tenanordn ung. Dam i t i s t d i e P rof i l e rm i t t l ung m i t te l s punktwe i se r I n te r­
po l a t ion wesent l i ch e r l e ichtert, d i e Al l gemei ngü l t i gke i t des DGM a be r
e ingeschränkt. I n Zukunft w i rd di e ras t e rförm i ge Ano rdnung d e r G e l än­
depunkte ohne Be rück s i cht i gung der Morpho l og i e vo rhe rrsche n . De r Da­
tenspei che r i s t durch den reg e l mä ß i ge n Ras te r e i nfach zu organ i s i e ren
und durch d i e Gese tzmä ß i gke i t zw i sc hen den Koo r d i n a ten e rübri gt s i ch
deren Spe i che rung. D i e notwendi ge hohe Punkt d i c h te w i rd i n Zukunft
vor a l l e rn durch d i e fo r tsch rei tende Automa t i s i e rung der Pho togramme­
t r i e ra t i one l l zu e rz i e l e n s e i n.
E in e i ntegri e rte We i te rve ra rbe i tung i m Zuge der Entw u rfsbea rbe i tung
w i rd zur Ze i t n i ch t vorgenommen, da h i efür noch umfangrei che P ro­
gramme n tw i ck l ungen no twendi g s i nd. D i e i n te re s s a n t e n Mög l i chke i ten
der Opt i m i e rung de r Entw u rfsbea rbe i tung im DGM, w i e e tw a de r Erd­
massena usg l e i ch , können noch n i ch t gen ü tz t we rden , e i ne rse i ts wegen
feh le nde r P rogramme abe r a uch w e i l der da z u e rfor de r l i che P re i s dem
P lanung s i ngen i e u r n i cht zuges tanden w i rd. Di e Vers uche i n Ös t e r re i ch ,
das DGM z u r Entwurfs bea rbe i tung he ranzuz i e he n , k önnen n i c h t z u e i ne r
ge rechten Beu rte i l ung der neuen P l anungsve rfa h re n h e rangezogen we r­
den, da n a t u rgem ä ß e i ne Re i he von Anfangss chw i e r i gke i te n a uf t ra ten.
Ve rfa h ren zur a u toma t i schen Be rechnung von Höhensch i ch ten ! i n i en
durch I n te rpo l a t i on wu rden i n j üngs te r Zei t e n tw i cke l t und s te l l en i n Ve r­
b indung m i t a u to ma t i sche n Ze i chenmaschi nen e ine w e i te re Mög l i chke i t der
Ra t i o na l i s i e rung da r.
L 1 TERA TURVE RZE 1 CHNI S
SENNER E . : Das d i g i ta l e G e l ändemode l l - Beg r i ff und Anwendungen
i m S t ra ßen- und I ngeni eurbau.
Vor t ragsku rzfa ss ung.
S t u ttgar t 1 972.
I BM Deutsch l ana: P rogramm s ys tem Stra ße nbau für I BM Sys tem/ 360 und
I BM 1 1 30.
S t u t t g a r t 1 969.
KNOOP H. :
W i rtschaf t l i che r Ei nsa tz von e l ektroni s chen Tachyme tern.
X I I I . I n t e rna t i ona l e r Kongre ß der Vermessungs i ngen i eu re .
Ban d 5 , 5 0 1 . 4 .
W ie s b a de n 1 97 1 .
KRAUS K. :
Ra t i ona l i s i e rung de r tachyme t r i s chen G e l ändea ufnahme
und Automa t i s i e rung der We i te rve ra rbe i tung zur g ro ß ma ß ­
s tä b i ge n Ka rte.
AVN 1 97 3, Heft 1 .
-·