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Geodäsie

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Die Geodäsie (altgriech. Geo(γη) = Erde, däsie(δαιζω) = ich teile) ist nach der klassischen Definition von F.R. Helmert die "Wissenschaft von der Ausmessung und Abbildung der Erdoberfläche". Dies umfasst die Bestimmung der geometrischen Figur der Erde (Geoid, Gelände), ihres Schwerefeldes und der Orientierung der Erde im Weltraum (Erdrotation).

In der wissenschaftlichen Systematik stellt die Geodäsie einerseits das Bindeglied zwischen Astronomie und Geophysik dar, andererseits sind viele ihrer Verfahren den Ingenieurwissenschaften zuzuordnen. Besonders deutlich wird dies an Technischen Hochschulen, wo die Geodäsie oft nicht den Naturwissenschaften, sondern dem Bauingenieurwesen zugeordnet ist. Im englischen Sprachraum wird dem durch eine Unterscheidung zwischen Geodesy und Surveying Rechnung getragen.
In der Mathematik verwendet man den Begriff "geodätisch" für die theoretisch kürzeste Verbindung zwischen zwei Punkten auf gekrümmten Flächen - die Geodätische Linie, welche auf der Erdkugel einem Großkreis (Orthodrome) entspricht.

Inhaltsverzeichnis

Gliederung der Geodäsie

Die Geodäsie wurde bis etwa 1930 in zwei Bereiche unterteilt - die Höhere Geodäsie (im Sinne von Mathematik/Physik/Astronomie, siehe auch Erdmessung) und die Niedere Geodäsie (Bau- und Katastervermessung), die mit ebenen Rechenflächen auskommt. Die Landesvermessung zählte ebenso wie die astronomischen Methoden zur Höheren Geodäsie, während man später statt Niedere auch Allgemeine Geodäsie sagte und heute meist Ingenieurgeodäsie.

Um 1950 etablierte sich die Luftbildmessung als eigenes Fach unter dem Namen Photogrammetrie und ab 1958 die Satellitengeodäsie. Seit den 1990ern wird Erstere meist mit der Fernerkundung als Doppelfach gesehen, während sich die Datenbanken der Landes- bzw. Katastervermessung zu Geo-Informationssystemen (GIS oder LIS) weiterentwickelten. Alle diese Teilfächer sind jedoch meist in einem Hochschulstudium - üblicherweise als "Vermessungswesen" - vereint, das oft auch Teile der Kartografie umfasst. In Nordamerika (und der englischen Fachliteratur) wird jedoch zwischen Geodesy und Surveying unterschieden, die in dortigen Studienplänen kaum mehr zusammenhängen. Die Bezeichnung Surveying (oder allgemeiner Survey) entspricht unserem Wort Vermessung - der Haupttätigkeit eines Vermessungsingenieurs.

Diese in Europa akademisch ausgebildeten Fachleute sind neben den o.a. Aufgaben oft auch in Grundstücksbewertung, Bauwesen, EDV, Kartografie, Navigation und den raumbezogenen Informationssystemen tätig, während in der Immobilienwirtschaft - mit Ausnahme des Katasters - eher andere Ausbildungen vorherrschen. Die geodätisch tätigen Zivilingenieure (österr., in Deutschland ÖbVI genannt) haben neben dem Liegenschaftswesen auch das Recht, in technischen Bereichen der Geophysik tätig zu sein.

Kurze Geschichte der Geodäsie

Ihren Ursprung hat die Geodäsie in der Notwendigkeit, Land aufzuteilen, Grundstücks- und Eigentumsgrenzen zu definieren und Landesgrenzen zu dokumentieren. Die Geschichte der Geodäsie reicht bis in das alte Ägypten zurück, wo der Beruf des Geodäten alljährlich nach der Nilüberschwemmung für einige Wochen zum wichtigsten des Landes wurde.

Bemerkenswert war die Gradmessung des hellenistischen Gelehrten Eratosthenes zwischen Alexandria und Syene (heutiges Assuan) um 240 v. Chr.. Sie ergab den Erdumfang zu 252.000 Stadien, was dem wahren Wert trotz der unsicheren Entfernung (Schätzung 5.000 Stadien) auf etwa 10 Prozent nahekam. Der Wissenschafter und alexandrinische Bibliotheksdirektor schätzte den Erdumfang aus dem um 7,2° unterschiedlichen Sonnenstand.
Wie in Ägypten waren auch die vermessungstechnischen Leistungen der Maya erstaunlich, wo die Geodäsie offenbar stark mit Astronomie und Kalenderrechnung zusammenhing. Auch schwierige Tunnel-Vermessungen sind aus dem 1. Jahrtausend v. Chr. überliefert, wie etwa ein fast 1 km langer Wasserstollen in Israel.

Wichtige Marksteine der antiken Geodäsie waren auch die ersten Weltkarten aus Griechenland, die Sternwarten im Mittleren Osten und diverse Messinstrumente an einigen Zentren des östlichen Mittelmeeres. 1023 ermittelte Abu Reyhan Biruni - ein Universalgelehrter der damaligen islamischen Welt - mit einem von ihm erfundenen neuen Messverfahren den Radius der Erdkugel zu 6339,6 km. Der Radius am Äquator der Erde beträgt tatsächlich 6378,1 Kilometer. Somit errechnete Biruni den Radius der Erde am Ufer von Kabulfluß, damals Indus genannt, (beinahe am Äquator) mit 6339,6 km ziemlich genau. Einige Jahrhunderte nach der Eroberung des Nahen Ostens wurden im Arabien des 11. Jahrhunderts der Bau von Sonnenuhren und Astrolabien zu höchster Blüte getrieben, worauf ab 1300 auch europäische Wissenschafter wie Peuerbach aufbauen konnten. Mit dem Aufbruch in die Neuzeit sorgten die Bedürfnisse von Kartografie und Navigation für einen erneuten Entwicklungsschub, beispielsweise in der Uhren- und Geräteproduktion von Nürnberg oder den Mess- und Rechenmethoden der Seefahrer Portugals. In diese Epoche fällt auch die Erfindung der Winkelfunktionen (Indien und Wien) und der Triangulation (Snellius um 1615). Neue Messinstrumente wie der Messtisch (Prätorius, Nürnberg 1590), das "Pantometrum" des Jesuiten A.Kircher und von Fernrohr/Mikroskop ermöglichten der Geodäsie die ersten wirklich präzisen Landesvermessungen.

Ab etwa 1700 verbesserten sich die Landkarten erneut durch exakte Rechenmethoden (Mathematische Geodäsie) und die beginnende großräumige Erdmessung, die 1740 mit der Bestimmung der ellipsoidischen Erdradien durch die Franzosen Bouguer und Maupertuis einen ersten Höhepunkt erlebte. Um die Ergebnisse verschiedener Projekte und Landesvermessungen besser kombinieren zu können, entwickelten Roger Joseph Boscovich, Carl Friedrich Gauß und andere schrittweise die Ausgleichsrechnung, die seit etwa 1850 auch der Etablierung präziser Bezugssysteme und der Vermessung des Weltraums (Kosmische Geodäsie) zugute kam.

Für die Geodäsie des 19. und 20. Jahrhunderts waren die wichtigsten Stationen:

Grundlagen und Teilgebiete

Die Geodäsie liefert mit ihren Vermessungsergebnissen (z. B. aus Kataster- und Landesvermessung, Ingenieurgeodäsie, Photogrammetrie und Fernerkundung) die Grundlagen für zahlreiche andere Fachgebiete und Tätigkeiten:

Die so genannte Höhere Geodäsie (Mathematische Geodäsie, Erdmessung und Physikalische Geodäsie) beschäftigt sich unter anderem mit der mathematischen Erdfigur, präzisen Referenzsystemen und der Bestimmung von Geoid und Erdschwerefeld. Zur Geoidbestimmung werden verschiedene Messverfahren verwendet: Gravimetrie, geometrische und dynamische Methoden der Satellitengeodäsie und die Astrogeodäsie. Die Kenntnis der Schwere ist nötig, um ein genaues Höhensystem zu etablieren - z.B. bezüglich der Nordsee (NN, Amsterdamer Pegel) oder der Adria. Das wichtigste Höhensystem in Deutschland ist das Haupthöhennetz DHHN.

Das Geoid (bzw. sein Gradient, die Lotabweichung) dient auch zur Definition und Reduktion lokaler Messungen und Koordinaten auf der Erdoberfläche. Zur Triangulierung und für längere Verbindungslinien nähert man den Meeresspiegel durch ein Referenzellipsoid an und berechnet sie mittels "geodätischer Linien, die auch in der Mathematik (Differentialgeometrie), der Navigation und beim Aufspannen leichter Gewölbe Anwendung finden. Das Geoid und Schwerefeld sind ferner für die Angewandte Geophysik und zur Berechnung von Satellitenbahnen wichtig.

Ebenfalls der Höheren Geodäsie ist jener Bereich der Landesvermessung zuzuordnen, bei dem es um regionale Vermessungen und ihre Bezugssysteme geht. Diese Aufgaben wurden früher terrestrisch gelöst, nun aber zunehmend mit dem GPS und anderen Satellitenmethoden.
Eine interessante Anwendung von Geodäsie ist auch die Geodätische Kuppel, bei der man die Kugeloberfläche in Dreiecke unterteilt, um dadurch effiziente und stabile architekturale Kuppeln zu bauen.

Die so genannte Niedere oder Allgemeine Geodäsie widmet sich vor allem der Aufnahme von Lageplänen und digitaler Modelle für technische Projekte. Dazu gehören auch Bauplanung und Dokumentation, die Aufnahme des Geländes, die Katastervermessung und Bereiche des Facility Management.

Wenn sich im Laufe der Zeit die Eigentumsverhältnisse der Grundstücke verkompliziert haben (durch Teilung beim Kauf und Verkauf oder Vererbung), dann wird eine sog. Bodenordnung notwendig. Ihr wichtigstes Instrument ist die Flurbereinigung, in Österreich Melioration genannt.

Mit Ingenieurvermessung bezeichnet man die technische, nicht amtliche Vermessung (z.B. Gebäudeabsteckungen, Ingenieurnivellements, Einrichtung von Großmaschinen etc.)

Bei der Erfüllung geodätischer Aufgaben im Untertage- und auch Übertage-Bergbau spricht man von Markscheidewesen oder Bergvermessung.

Zu den Spezialgebieten der Geodäsie zählen auch die Seevermessung und hydrografische Profile von Flüssen, die ozeanografische Altimetrie mit Satelliten sowie Kooperationen im Bereich der Navigation.

Geodätische Referenzsysteme

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(siehe auch : Häufig verwendete Referenzellipsoide oder Liste wichtiger Datumsdefinitionen)

Mess- und Rechenmethoden der Geodäsie

Messverfahren im Detail (alphabetisch)

Rechenverfahren und Rechenhilfsmittel der Geodäsie

Messinstrumente, Geräte und Ausrüstung

wichtige Instrumente und Geräte

Spezial- und Hilfsgeräte

Ergebnisse geodätischer Arbeiten

Organisationen für die amtliche Vermessung

Bedeutende Geodäten

siehe Geodät

Literatur

Weblinks

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Geodätische Institute im deutschsprachigen Raum

Institute für Markscheidewesen (Geodäsie im Bergbau) im deutschsprachigen Raum

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