Earth Experience

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.