zfv 4/2014

Die Geodäsie ist eine messende Wissenschaft. Es gehört zum Standard geodätischen Arbeitens, die erzielten Ergebnisse mit der dazugehörigen Genauigkeit und Zuverlässigkeit darzustellen. Diese Sorgfalt erklärt die anerkannte Rolle des Geodäten als Notar der Erde. Raumfahrt, Automatisierung und neue Messverfahren haben die Möglichkeiten der Geodäsie fundamental erweitert. Man könnte diese Entwicklung als »Eroberung der Dimension Zeit« zusammenfassen. Der Wandel der Kartographie von der reinen Geländedarstellung zu hochmobilen personalisierten Karten, die Rolle moderner Zeitmessverfahren in der astronomischen Geodäsie oder die Erweiterung der Aufgaben der ordnenden Geodäsie zum Land- und Stadtmanagement sind Belege dieser Entwicklung. Mit den modernen Werkzeugen entstanden neue Aufgaben und Möglichkeiten. Man denke an die aktuellen und sehr wichtigen Beiträge der Geodäsie bei der Erforschung des Klimawandels, z.B. die Bilanzierung des Eismassenverlusts der Antarktis und Grönlands oder die Quantifizierung des Meeresspiegelanstiegs, und gleichermaßen an das drastisch erweiterte Aufgabenspektrum der ordnenden und planerischen Geodäsie, national wie global. Gerade in den Entwicklungs- und Schwellenländern ist der gesicherte und geordnete Zugang zu Grundeigentum ein Schlüsselthema der Zukunftsvorsorge. Eine Neubesinnung auf die gemeinsamen Grundlagen unseres Faches ist eine wichtige Voraussetzung, die Breite und Tiefe der neuen Anforderungen an die Geodäsie zu bewältigen.

Zuverlässige Versorgungsinfrastrukturen für Strom, Gas, Wasser und Fernwärme sind im Alltag eine Selbstverständlichkeit. Im Katastrophenfall – ausgelöst etwa durch extreme Naturereignisse – können sie sich aufgrund gegenseitiger Abhängigkeiten und Beeinflussungen jedoch als besonders anfällig erweisen. Die Krisenmanager der Betreiber sind Spezialisten für ihr jeweiliges Netz. Sobald jedoch mehrere Versorgungssysteme betroffen sind, besteht selbst bei kleineren Defekten die Gefahr von Domino- oder Kaskadeneffekten, d.h. Ausfälle in einzelnen Systemen können sich gegenseitig bedingen und verstärken, weshalb die Reaktionen der Betreiber aufeinander abgestimmt sein müssen. Die Folgen der wechselseitigen Beeinflussung sind nicht nur schwer zu erfassen noch existieren angemessene Kommunikationswege für den Krisenfall. Eine erfolgreiche Koordination zwischen den Betreibern jedoch stellt unter Zeitdruck und sich ständig ändernden Rahmenbedingungen eine enorme Herausforderung dar. Die Erfahrung zeigt, dass auch bei kleineren Schadensfällen gerade an den Schnittstellen zwischen den Betreibern folgenreiche Probleme entstehen können, z.B. wenn Eindämmungsbemühungen an anderer Stelle krisenverstärkend wirken. Vor diesem Hintergrund wurden im durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projekts SIMKAS 3D – Simulation von Kaskadeneffekten beim Ausfall von Versorgungsinfrastrukturen – auf der Basis von Havarieszenarien bei Berliner Infrastrukturbetreibern die Wechselwirkungen und Kaskadeneffekte analysiert, die sich zu Krisen ausweiten und damit zu massiven Gefahren für die Bevölkerung werden können. Ziel war es, eine GIS-basierte Simulationsanwendung zu entwickeln. Diese soll Entscheidern ein sektorenübergreifendes Lagebild ermöglichen, um Folgewirkungen systemexterner Entscheidungen auf das eigene System abzuschätzen, zu kommunizieren und ggf. erneut abzustimmen. Das Projekt SIMKAS 3D hat im Jahr 2013 den DVW Best Practice Award erhalten.

During the last years the information systems of national mapping and cadastre were focusing demands for three-dimensional applications, e. g. environment protection, planning, energy supply and disaster management. The basic request of coverage and actuality was defined for the third dimension. In 2009, the Working Committee of the Surveying Authorities of the States of the Federal Republic of Germany (AdV) came up with the following decision: “The collection, data modelling and quality management of buildings for the geo-topographical surveying and for the cadastre are main tasks of the official German cadastre. This also includes the third dimension”. This paper will focus on this process and will show benefits and applications.

The Total Least-Squares (TLS) adjustment with multiple constraints (including a quadratic constraint, e.g.) has seen increased attention in Geodetic Science over the last five years. We only refer to the contributions by Schaffrin and Felus (2009) and by Fang (2013) who both provided different algorithms for such cases as long as the dispersion matrices involved are proportional to identity matrices (homoscedastic case), or happen to be positive-definite (weighted, resp. structured case). Here, a new algorithm is presented that tolerates positive-semidefinite dispersion matrices as well, provided that a certain rank condition is fulfilled to guarantee the uniqueness of the constrained Weighted TLS solution.

Die Maßkontrolle im Hochbau ist von großer praktischer Bedeutung und die Missachtung von Toleranzen die Ursache vieler Streitigkeiten. Die Eignung eines Messverfahrens zur Toleranzprüfung ist wesentlich von der erreichbaren Genauigkeit der zu bestimmenden Istmaße abhängig. Es kann über Kovarianzfortpflanzung (Gauß-Verfahren) gezeigt werden, dass die mittels Tachymetrie, Nivellement und Laserscanning zu gewährleistenden Genauigkeiten im Allgemeinen ausreichend sind, um Prüfungen nach den Vorgaben der DIN 18202 und der DIN 18710-1 durchzuführen. Dabei ist es wichtig, die Aussagen so bereitzustellen, wie es der Systematik der Toleranzarten der DIN 18202 entspricht. Die Norm sieht als zu prüfende Merkmale Maße, Winkel, Abweichungen aus der Flucht und Abweichungen von der Ebenheit vor. Die in der DIN 18202 angegebenen Toleranzen sind im Bereich Hochbau anzuwenden, soweit nicht andere Genauigkeiten vertraglich vereinbart werden.

Die Wahl unterschiedlicher GPS-Observablen und die Durchführung von Antennenwechseln in GPS-Referenzstationen können zu scheinbaren Koordinatenänderungen führen, d.h. zu Variationen der Koordinaten, obwohl die Antenne am identischen Ort verbleibt. Um ihre Beschreibung zu erleichtern und das Verständnis zu verbessern, werden die Ursachen in mathematische und physikalische Effekte eingeteilt. Anhand eines umfassenden realen Datensatzes mit neun unterschiedlichen Antennentypen werden die Effekte quantifiziert und ausführlich diskutiert. Anschließend erfolgt die Übertragung der so gewonnenen Erkenntnisse auf die Koordinatendiskrepanzen in den Local Ties des ITRF (International Terrestrial Reference Frame) und es wird eine Empfehlung zum Entgegenwirken dieser Problematik gegeben.