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G P S - Global Positioning System
Erdvermessung mit Satellitenunterstützung

US-Behörden haben Satelliten rund um die Erde in Position gebracht, deren Daten genau bekannt sind. Ihre Signale sind fast überall zu empfangen. Der militärische Nutzen steht im Vordergrund, deshalb kann ein ziviles Gerät ohne Zusatzausrüstung nur Signale empfangen, deren Meßergebnis einen gewissen, sich ständig verändernden Fehler aufweist. Die damalige UdSSR hat ein vergleichbares System aufgebaut, GLONASS genannt. Der zivile Markt nimmt immer größeren Raum ein, was im 21. Jahrhundert zu einer deutlichen Verringerung des absichtlichen Fehlers Anlaß gab. Im Jahr 2007 lassen sich folgende Genauigkeitsklassen benennen:

Sämtliche Geräteklassen liefern dreidimensionale Koordinaten. Jedoch sind die Höhenangaben meistens mit einem größeren Fehler behaftet; etwa um Faktor zwei. Alle GPS-Geräte bestimmen die Position nach WGS 84, dem `World Geographic System´. Diese Koordinaten können dann in andere Koordinatensysteme umgerechnet werden.

Faszinierende Möglichkeiten in allen GPS-Geräteklassen bietet die `Linienfunktion´, was Dauermessen in der Bewegung meint, und die `GO-TO-Funktion´, also ein Verfahren, sich durch das Gerät zu einem bestimmten Punkt leiten zu lassen. Die `Linienfunktion´ kann aber nur voll ausgeschöpft werden, wenn eine anschließende Darstellung am Computerbildschirm möglich ist.

Die Anschaffungskosten für Meßgeräte liegen etwa zwischen 130,- und 50.000,- Euro. Infolgedessen muss vorher eine gründliche Wirtschaftlichkeitsanalyse erfolgen. Entscheidend ist der Kartenmaßstab, der Zielmaßstab, in dem die Meßergebnisse eingetragen und bewertet werden sollen. Für topographische Karten bis herunter zum Maßstab 1:10.000 reichen die Handgeräte aus. (10 m in der Natur entspricht in diesem Fall 1 mm auf der Karte). Deutsche Grundkarte M. 1:5.000 und Katasterpläne M. 1:2.000 lassen sich mit Handgerät und Korrektursender der einfachen Art bedienen; s.o. Jeder Feldbegeher wird damit eine Fundkonzentration im nächsten Frühjahr wieder finden.

Die größten Anforderungen werden an den GPS-Vermesser in Waldgebieten gestellt. Große Bäume schirmen Satellitensignale ab, wie es in Straßenschluchten der Städte geschieht. Der schlimmste, schwierigste Auftrag besteht aus einer Kombination von engem Tal und Hochwald. Hier bedarf es eines größeren Aufwandes. Der sog. `Satellitenalmanach´, zu betrachten im angeschlossenen tragbaren Computer oder aus dem Internet zu holen, läßt erkennen, wann optimale Meßbedingungen herrschen. Optimal meint, wann die größtmögliche Anzahl Satelliten über dem Messgebiet zu erwarten ist. In diesem engen Zeitfenster sollten mehrere Einzelmessungen eine Mittelwertbildung zulassen. Sind die Unterschiede zu groß, muss die Linienfunktion (s.o.) zur Anwendung kommen. Von einer bekannten Struktur ausgehend wird sozusagen im Dauerfeuer das Ziel durch Umlaufen eingefangen und zur Sicherheit geht es wieder zurück. Die in der Karte nachzuvollziehende bekannte Struktur kann ein Forstweg sein, eine Grenzsteinlinie, eine Felsklippe. Eine andere Möglichkeit ist, im Gelände mit gutem GPS-Empfang eine definierte Strecke abzustecken, z.B. 100 m, und von dort mit Linienfunktion das Ziel anzugehen. Liegt ein Punkt im Sendeschatten, kann eine Lösung sein, einen großen Kreis drumherum zu markieren und dann langsam mit Linienfunktion abzuschreiten. Auch wenn etliche Störungen wirken und der Kreis von der Linienfunktion als grob gezahntes Sägeblatt auf den Bildschirm gelangt, läßt sich von dieser Figur der Mittelpunkt bestimmen. Mit anderen Worten, dem Kreativen steht immer eine Lösung offen.

Der Traum vieler Ausgräber in der Archäologie, während einer archäologischen Untersuchung täglich viele Befunde und Funde mit GPS einzumessen und zu registrieren, wäre heutzutage möglich, aber nicht ratsam. Die Satellitensignale stehen nicht jederzeit in gleich bleibender Güte zur Verfügung. Wenn die Prioritäten auf Zeitersparnis, Personalkostenreduzierung und Flexibilität liegen, bietet sich die hohe Investition in die neuartigen Gerätekombinationen an, wie "SmartStation" oder "SmartPole" von Leica-Geosystems; siehe oben.

Legen Sie deshalb auf Ausgrabung, wie gewohnt, ein örtliches Meßnetz an und lassen dann davon lediglich drei bis vier Punkte sorgfältig durch `Ingenieur-GPS´ bestimmen. Das ist kostengünstig für die Gerätebeschaffung, weil mit einem `Ingenieur-GPS´ viele Grabungsstellen nacheinander in übergeordnete Koordinatensysteme eingebunden werden können. Das Gerät steht danach für andere Kartierungsaufgaben zur Verfügung, wie zum Beispiel Prospektion neuer Fundstellen oder Kartierung von Geländedenkmälern.

Linienfunktion:

Jedes GPS-Gerät bietet die sogenannte Linienfunktion, das heißt, die Fähigkeit zu Dauerempfang und Dauerregistrierung. In anspruchsvolleren Geräteklassen kann das Ergebnis über CAD am Computerbildschirm dargestellt und zeichnerisch bearbeitet werden. Dies ist eine unschlagbar schnelle Methode zur Aufnahme von Geländestrukturen, Koordinaten inbegriffen.
Im gezeigten Beispiel sind die GPS-Rohdaten einer Notgrabung im Steinbruchgelände dargestellt. Geraden bedeuten Steinbruchkanten, unregelmäßige Linien markieren archäologische Befundgrenzen. Absichtlich ist ein feiner Darstellungsmaßstab gewählt worden, um die gestörten Meßpunkte erkennen zu können. Im praktischen Einsatz sind solche Schnellvermessungen für Katasterpläne M. 1:1000 und M. 1:2000 gedacht. Stehen die Satelliten günstig- siehe Erläuterung "Almanach"- können befriedigende Eintragungen auch in Plänen M. 1:500 gelingen.

Satellitenalmanach:

Nach 15 Min. aktiver Zeit kann das professionelle GPS-Gerät über Laptop-Anschluß den aktuellen Satellitenalmanach anzeigen, die aktuelle Satellitensituation mit den unterschiedlichen Empfangsqualitäten zu verschiedenen Uhrzeiten.
Hier zwei unterschiedliche Beispiele aus verschiedenen Monaten. Von links nach rechts sind die Uhrzeiten ersichtlich, von unten nach oben die Anzahl der zu empfangenden Satelliten. Der Profi fängt mit weniger als sechs Satelliten garnicht erst an. Die Graphik zeigt, daß meistens 6 - 7 Satelliten zur Verfügung stehen, was gut ist für unbeeinträchtigte Freilandvermessungen. Die Lücken der Graphik sind identisch mit einzuplanenden Arbeitslücken. Hier wären etwa Mahlzeiten einzunehmen o.ä.
Im Wald oder Gebirge wie auch in engen Straßen der Stadt müssen es schon 8 - 9 Satelliten sein, damit wenigstens sechs verschiedene Signale an der teilabgeschatteten Stelle ankommen. Die schwierigsten Fälle stellen Vermessungen zwischen Hochhäusern und in bewaldeten Gebirgstälern dar. Hier ist erträgliches Arbeiten nur zu den Spitzenzeiten mit neun Satelliten möglich. Das kann sich manchmal auf 30 Minuten täglich beschränken.......

Lasso-Methode:

Neben Hochhausschluchten sind Vermessungen in bewaldeten Gebirgstälern das Schwierigste für die GPS-Vermesser. Nur bestimmte Uhrzeiten mit der höchsten Satellitenkonzentration taugen dazu- siehe Erläuterung Almanach. Aber selbst acht Satelliten über der ausgewählten Region können so stark im angesprochenen Gelände abgeschattet werden, daß stark unterschiedliche Meßergebnisse die Folge sind. Da hilft die "Lasso-Methode" unter Benutzung der Linienfunktion des GPS-Gerätes. Das auf Dauerempfang und Dauerregistrierung eingestellte GPS-Gerät empfängt beim Marsch des Vermessers zwar viele abweichende Signale, die aber bei Betrachtung des Gesamtergebnisses ausgemerzt werden können. Im gezeigten Beispiel marschierte der Vermesser eine Waldschneise entlang, die neben den Koordinaten eine zusätzliche Möglichkeit zur Plausibilitätsprüfung, dem Abgleich von Natur und Kartenbild bietet. An geeigneter Stelle drang der Kollege in den dichten Wald ein, umkreiste den einzumessenden Hügel und kehrte an anderer Stelle auf die Waldschneise zurück. Im CAD-Bild sind zwar dramatische Fehlmessungen zu erkennen, aber die ovale Form des Hügels ist klar erkennbar. Es versteht sich, daß im Begehungsprotokoll zur Kontrolle die Maße vor Ort notiert worden sind. Nun kann mittels Schablone, sei es im CAD-Bild, sei es im Katasterplan, der Hügel koordinatendefiniert vermerkt werden. Die Linienfunktion des GPS gestattete unter Extrembedingungen trotz einzelner enorm abweichender Meßpunkte einen ordentlichen Karteneintrag, weil der Hügel mit unserem "GPS-Lasso" sich gleichsam hat einfangen lassen.
Thema Meßfehler: Denken Sie immer an den geforderten Kartenmaßstab.

Zu den Abbildungen: Vermessungen mit GPS Leica GS 50

Norbert Fischer


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www.grabungswoerterbuch.de © Norbert Fischer, Doris Fischer