Earth Experience

In dieser betreffenden Einheit behandelten wir praktisch und theoretisch das Satellitenortungssystem GPS. Fangen wir mit der Theorie an:

Das Global Positioning System ist ein satellitengestütztes System zur Ortung eines jeden Punktes auf der Erdoberfläche. Es wurde ursprünglich von der amerikanischen Regierung für militärische Zwecke entwickelt. Mittlerweile ist es aber auch zivil nutzbar. Das weniger Schöne daran: Das amerikanische Militär ortet immer mit. Schade, aber bald soll ja Galileo fertig sein.

Momentan gibt es 24 Satelliten, welche die Erde in 20.200 km Höhe bei einer Inklination von 55 ° (von der Äquatorebene) in 6 Bahnebenen umkreisen. Ein Umlauf benötigt knapp 12 Stunden. Bodengestützt werden die Satelliten von 11 Stationen gesteuert, die sich größerenteils in der Nähe des Äquators befinden. Für eine Positionsbestimmung ist das Signal von mindestens vieren dieser Satelliten notwendig. Je mehr Satelliten für die Ortung verwendet werden, desto genauer ist die Positionsbestimmung möglich. Es gibt gewisse tageszeitliche Schwankungen in der Satellitenerreichbarkeit: So sollte man z.B. im Gebiet Salzburg gegen sechs Uhr morgens oder zehn Uhr vormittags nicht die Intention haben, sehr genaue Messungen durchzuführen, da das Signal dann relativ schlecht ist. Ist für Studenten natürlich nicht zu schlimm, da sie in diesem Moment gerade in der Tiefschlafphase zu sein pflegen. Die momentan erreichte Genauigkeit von Messungen liegt bei ca. 1-5 m. GPS-Empfänger bewerten die Genauigkeit anhand des PDOP-Wertes: Je ähnlicher die Auftreffwinkel des optischen Signals der Satelliten sind, desto besser der PDOP-Wert und desto besser die ermittelte Genauigkeit. Eine weitere Möglichkeit, die Genauigkeit zu verbessern ist die Nutzung des differentiellen GPS: Dabei werden von fest installierten Stationen (angeblich befindet sich eine davon in der NaWi) Korrekturdaten genutzt und die Genauigkeit stark erhöht.

Eine kleine Einführung gab es in die Speicherung und Ablesung von GPS-Daten. Dazu gibt es mittlerweile spezielle Formate die allgemeinen Standards genügen (z.B. .gpx-Format; damit lassen sich einzelne Wegpunkte, deren Verknüpfungenin Form von Routen oder tatsächlich zurückgelegte Wege speichern).

Nach der theoretischen Einführung bestand der zweite Teil der Übung in einer Feldarbeit: Wir wurden mit tragbaren GPS-Empfängern ausgestattet und sollten ein so genanntes Geocaching-Spiel (von französisch cacher - verstecken) mitmachen: Bei Geocaching werden kleine Dinge, sogenannte "Schätze" an Orten versteckt und die genaue Position bspsw. auf einer Internetseite veröffentlicht.Menschen mit einem GPS-fähigen Gerät haben dann die Möglichkeit, diese versteckten Gegenstände zu finden und unter Umständen den Inhalt (z.B. eine Murmel) gegen einen ähnlichwertigen Gegenstand auszutauschen sowie einen Eintrag im Logbuch vorzunehmen. Das ganze macht natürlich keinen direkten Sinn, aber dafür u.U. Spaß und das ist doch das wichtigste!

Wir hatten zwei Geocaches zu finden, wobei der eine (in der Nähe des NaWi-Teichs) anscheinend entwendet worden ist. Sehr schade. Der zweite Cache befand sich bei den Linden im Freisaal. Es handelte sich um eine Brotdose mit einem Stein und einigen Murmeln und einem Logbuch. Wir verzichteten darauf, uns in das Logbuch einzutragen und waren froh, doch noch einen Schatz gefunden zu haben. Obwohl die Übung Spaß gemacht hat, speziell auch durch ihren interaktiven Feldarbeitsteil, waren wir alle ganz schön durchgefroren und dann doch nicht furchtbar traurig, wieder ins Gebäude hineingehen zu müssen.

Die Übungsleiterin machte und abschließend auf einen sogenannten Festpunkt aufmerksam: Dies ist ein kleiner Betonstein mit einer Aufschrift, der an einer festen Koordinate gelagert ist und genaue Positionsbestimmungen erlaubt.

Theorie

Luftbilder sind Heute die Grundlage für jede topographische Karte die erstellt wird.

Luftbilder werden aus Flugzeugen aufgenommen. Um ein größeres Gebiet zu fotografieren fliegt das Flugzeug  über einem Gebiet hin und her und macht Fotos, die durch hohe Auflösung, hohe Genauigkeit und kurze Belichtung gekennzeichnet sind. Bereits seit einigen Jahren gibt es keine Analogen Fotographien mehr, sondern es wird nur noch mit Digitaltechnik gearbeitet.

Unterscheiden kann man Zwischen Schrägluftbildern und Senkrechtluftbildern.
Schrägluftbilder werden normalerweise nur für Übersichtszwecke produziert, sie können weder für topografische Karten, noch für streoskopie eingesetzt werden. Schrägluftbilder können in einem beliebigen Winkel zum Grund aufgenommen werden.

Im Gegensatz dazu werden Senkrechtluftbilder möglichst in einem Winkel von 90° aufgenommen. Schwankungen bis zu 3° entstehen durch Turbulenzen in der Luft. Am Rand der Luftbilder sind verschiedene Indizes angegeben, die als ergänzung zum Luftbild dienen.


Jeder Punkt muss auf mindestens zwei Fotos zu sehen sein. Um dies zu Gewährleisten, werden die Bilder mit 60-90% Längsüberlappung aufgenommen und 15-20% seitlicher Überlappung.
Anhand dieser Überlappung kann ein Bereich später stereoskopisch betrachtet werden und somit Luftbilder besser interpretiert.

Für die Stereoskopie werden zwei Bilder nebeneinander gelegt und mit einer entsprechenden Vorrichtung betrachtet. Es sieht also das eine Auge den selben ausschnitt aus einer anderen Perspektive als das andere.
Da dies dem Natürlichen 3D sehen entspricht, sieht man nun den überlappenden ausschnitt aus dem Bild dreidimensional.



Da es sich bei Luftbildern um Zentralbilder handelt, ist nur der Punkt genau in der Mitte unverzerrt dargestellt. Weiter zum Rand sind die Bilder immer mehr verzerrt.
Um aus dem Luftbild eine Karte zu erzeugen wird deshalb ein unverzerrtes Orthophoto generiert.

Praktisches Arbeiten

Um den Themen der letzten Stunden auch in der Praxis etwas näher zu kommen, arbeiteten wir auf vier verschiedenen Stationen zu folgenden Themen:

1. Auswertung von Luftbildern mit dem Stereoskop
2. Flächenhafte Luftbildaufnahme
3. Luftbild und topographische Karte im Vergleich
4. Topographische Karten von Österreich, Schweiz und Deutschland im Vergleich

Heute war es soweit - wir hatten zum ersten Mal Kontakt mit Topographischen Karten.


Zunächst mussten einige Grundfragen geklärt werden, zum Beispiel, was ist eigentlich Kartographie und was sind Karten?

Kartographie bedeutet die Darstellung von Räumlichen Informationen auf einem Wiedergabemedium.
Karten sind also genau genommen das Ergebnis der Kartographie. Sie sind ein Modell eines bestimmten Gebietes zu einem bestimmten Zeitpunkt, sind generalisiert (verallgemeinert), interessensbezogen und maßstabsgegliedert.

Es können, um ein großes Gebiet gut lesbar und detailliert darzustellen, ganze Kartenwerke entstehen. Diese Kartenwerke haben einen einheitlichen Maßstab, ein einheitliches geodätisches Datum und ein Rasternetz zur einheitlichen Darstellung von Gebieten. Man unterscheidet hier zwischen amtlichen und zivilen Kartenwerken. In Österreich gibt es Amtliche Karten von nur einer Institution, dem Bundesamt für Eich-und Vermessungswesen.

• ÖK 25v: Sie ist eine Vergrößerung der ÖK50-Karte (genau doppelt so groß) und wird in zwei Hälften unterteilt, die Ost- und Westhälfte. 
• ÖK 200: aus der ÖK50 generalisiert und für Darstellung von Bundesländern verwendet. 
• ÖK 500: wird für die Österreichkarte verwendet und weißt als einzige eine Kegelprojektion nach Lambert auf, während die anderen Karten eine UTM-Projektion aufweisen. 

In Übungseinheit am 19. Oktober 2012 behandelten wir Räumliche Koordinatensysteme. Es ging um mehrere Aspekte, die bei der Darstellung von räumlichen Daten beachtet werden müssen. Diese Veranstaltung war eher theoretischer Natur, weswegen ich mich auf die Erläuterung einiger wesentlicher Begrifflichkeiten konzentriere:

Eine geometrisch korrekte Abbildung der Erdoberfläche benötigt...

… ein Modell der Erde.
Hier muss man auswählen, ob man eine Kugelmodell, ein Ellipsoidmodell oder das Geoid zugrunde legt: Die Kugel hat den Charme, dass es sich um ein für Rechenoperationen recht einfaches Gebilde handelt. Dieses Modell ist aber zu simpel, da es sich bei dem Planeten Erde nicht um eine “echte” Kugel handelt: Durch die Rotation ausgelöst ist die Erde stattdessen an den Polen etwas abgeflacht, sie ist also “breiter als hoch”. Ein auf diesem Gedanken wurzelndes Rotationsellipsoidmodell ist etwas näher dran an der (höchst unregelmäßigen) Form der Erde als das Kugelmodell.
Für eine eindeutige Referenz zur Messen von Höhen nutzt man das Modell des Geoids. Auch dies spiegelt nicht die echte Oberfläche wieder (über dem Meer klappt das aber sehr gut), sondern ist ein physikalisches Modell der Erdobefläche. Es ist dadurch bestimmt, dass jeder Punkt auf dem Geoid senkrecht zum Lot steht, ist also auf das Schwerefeld der Erde bezogen (das wiederum wird durch die Plattentektonik bestimmt.... aber da gehe ich jetzt nicht näher drauf ein).
Je nach Anwendungsgebiet muss man sich also zwischen einem horizontalen (Ellipsoid) oder vertikalen (Geoid) Koordinatensystem entscheiden.

… die Beschreibung der Größe und Auflösung dieses Modells = das geodätische Datum.
Das geodätische Datum beschreibt das für die Messung eines Punktes herangezogene Koordinatensystem. Früher hat man eher lokale geodätische Daten genutzt, die für eine bestimmte Region oder ein Land geringstmöglich von der “echten Position” abweichen. Für heute weitaus verbreitetere globale geodätische Daten (z.B. WGS84) werden Koordinatensysteme verwendet, die z.B. auf den Mittelpunkt eines bestimmten Referenzellipsoiden bezogen sind und darum den selben Bezug zu jedem Punkt auf der Erde haben (=global gültig sind). Das Geodätische Datum ist, wie das verwendete Modell der Erde, in der Regel weder richtig noch falsch, sondern muss situativ gewählt werden.

… die Beschreibung der verwendeten Koordinaten.
Hier wird zwischen Geographischen Koordinatensystemen und Kartesischen Koordinatensystemen unterschieden. Geographische Koordinatensysteme spannen von einem (Referenz)Erdmittelpunkt aus ein Koordinatensystem in Richtung Polen und Äquator auf. Die auf der Erdoberffläche verlaufenden Verbindungslinien zwischen Äquator und Pol (Längenkreise oder Meridiane, die Benennung erfolgte willkürlich von Greenwich aus als Nullmeridian) bestimmen zusammen mit zum Äquator parallelen Breitenkreisen die Position eines beliebigen Punktes auf der Erde. Kartesische Koordinatensysteme dagegen spannen von einem (beliebigen) Ursprungspunkt aus ein dreidimensionales, geometrisches Koordinatensystem auf und bestimmen eine Koordinate über x-, y- und z-Wert.

… die Projektion
Bei der Abbildung der Erdoberfläche auf einem zweidimensionalen Medium treten zwangsläufig Verzerrungen auf. Die Art der Projektion bestimmt, welche Verzerrungen in Kauf genommen werden: Je nach Blattschnittgröße und Anwendungszweck kann aus einer unübersehbaren Anzahl an Projektionen gewählt werden. Manche sind dabei mathematisch-geometrisch begründet, andere willkürlich erstellt. Auch hier gilt wieder: Es gibt kein richtig oder falsch.

Abgabe von Thilo:


Meine letzte Reiseroute auf einer größeren Karte anzeigen

Abgabe von Julian:
Meine letzte Reise führte mich unter anderem nach Argentinien und Chile. Hier ist ein Teil der Reise beschrieben und visualisiert


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Abgabe von Florian:
Nun zu meiner Reise: Als Reise für die Erstellung der Hausübung entschied ich mich für den Besuch Roms im letzten Jahr, da ich hier besonders viele Eindrücke in kürzester Zeit gewinnen konnte. Die Karte beschreibt die Anreise und in etwa unseren ersten Tag in Rom.

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Abgabe von Christoph:


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Aufgabe von Michael:

Hier habe ich eine kleine Rundreise rund um mein Heimatgebiet gemacht. 
Road Trip auf einer größeren Karte anzeigen
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Einführung zur Uebung "Einführung topographische Kartographie und Luftbild" statt.

Die Einheit begann mit der Vorstellung der Vortragenden Frau Petra Füreder, sowie Frau Antonia Osberger. Der Tutor dieser UE Martin Payrhuber war nicht anwesend. Danach wurden kurz die Themenfelder der Topographischen Kartographie vorgestellt und durch besprochen und die verwendete Software vorgestellt.

Nachdem die Beurteilungskriterien klar gestellt wurden, bildeten wir in der Pause die Gruppen, die bis zum Ende der UE gleichbleibend sind. Unsere Gruppe besteht aus folgenden 5 Mitgliedern:
Julian Kasper
Michael Kuess
Florian Rätzer
Christoph Steiner
Thilo Vogeler

Wir entschieden uns für den Gruppennamen Earth Experience, weil die Kartographie ein wichtiges Hilfsmittel für das Entdecken und Erfahren der Erde ist.

Auf der Seite jedes Teilnehmers sind seine Vorstellung und die Reiseroute zu finden.

Einführung Google Maps

Grundsätzliches

Google Maps ist ein Service von Google, der leistungsstarke und nutzerfreundliche Karten sowie Informationen zu Unternehmen und Dienstleistern vor Ort bietet. Unternehmensstandorte, Kontaktinformationen und Routenpläne können ebenfalls abgerufen werden. Mit Google Maps stehen Ihnen einzigartige Funktionen zur Verfügung.       - Google 

Kritik

Weitere Programme

ArcMap Version 10 von ESRI