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Ortsbestimmung
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Die Positions- oder Ortsbestimmung ist die Ermittlung des eigenen Standpunktes in einem globalen oder regionalen Koordinatensystem. Ist die Position veränderlich (wie etwa bei der Navigation eines Fahr- oder Flugzeuges), so spricht man auch von Ortung.
Zur eindeutigen Festlegung eines Punktes auf der Erdoberfläche gibt es verschiedene Koordinaten- oder Bezugsysteme. Sie können
- relativ sein - sich also auf bekannte Objekte beziehen),
- geografisch - bezüglich der Erdkugel - bzw. geodätisch (Erdellipsoid),
- oder absolut - zum Erdkörper (Geozentrum) oder zum Sonnensystem (Baryzentrum).
Inhaltsverzeichnis |
Übliche Koordinatensysteme
In der Reihenfolge zunehmender Komplexheit werden zur Ortsbestimmung vor allem folgende Bezugsysteme verwendet:
Relative bzw. mentale Festlegung
Eine solche erfolgt andauernd - unbewusst, intuitiv oder ausdrücklich, ob zu Fuß oder in einem Fahrzeug:
- Lage bezüglich eines bekannten Objektes, z. B. „3 Meter rechts vom Eingangstor“
- Lage in einem Raster (geometrisch oder mental), z. B. „an der 3. Kreuzung links, 4. Haus rechts“
- Lage im Raum, z. B. „100 Meter oberhalb (hangaufwärts) der Berghütte“.
Polarkoordinaten
- Richtung und Entfernung von einem Vermessungspunkt, einer Kirche usw.
- Kurs und Distanz vom/zum nächsten Hafen
Geografische bzw. natürliche Koordinaten
- Geografische Breite und Länge, bezogen auf das System einer Landesvermessung („geodätisches Datum“ und Referenzellipsoid
- dasselbe in einem globalen System (bezüglich des mittleren Erdellipsoids), z. B. WGS84 oder ITRF
- Astronomische Breite und Länge (Richtung des natürlichen Lotes, d. h. bezüglich des Geoids)
Dreidimensional kartesisches System
- x, y, z in einem (räumlichen) Koordinatensystem bezüglich eines Nullpunktes (z.B. Maschinenraum)
- X, Y, Z im dreidimensionalen Koordinatensystem bezüglich des Erdzentrums (Satellitengeodäsie)
- dasselbe für Himmelskörper im Sonnensystem (Himmelsmechanik, Astronomie).
Standlinien bzw. Messungen
- z.B. Geradenschnitt (Kreuzpeilung, Schnitt zweier Baulinien oder Grenzen, Alignement)
- Schnitt zweier Kreise (Bogenschnitt, Höhenwinkelmessung, örtliche Einmessung durch Sperrmaße)
- Kombination von Gerade und Kreis (mit und ohne Höhendifferenz), z. B. Flughafen-Radar
- Hyperbelverfahren (Funknavigation, z. B. LORAN-C oder zwei Laufzeitmessungen)
- Kugelschnitt oder Hyperboloide (z. B. GPS und DGPS)
Wichtige Messmethoden der Ortsbestimmung
Aus dem vorstehenden ergibt sich von selbst die Art der in Frage kommenden Messungen:
Entfernungs-, Winkel- und Höhenmessung
- Entfernungsmessung: mit Maßstab, Messrad, Maßband, optische Entfernungsmessung (Scherenfernrohr, Skala eines Gefällsmessers, Distanzfäden im Theodolit usw.), EDM (Laser, Infrarot) und Laufzeitmessung
- Winkelmessung: mit Winkelmesser (Transporteur) oder Dreieck (3:4:5 = 30 °/90 °), Sextant, Peilscheibe und Diopter, Kartometrie, Messtisch, Theodolit und Tachymeter
- Richtungsmessung: mit Kompass oder Kreiselkompass, mit Funkpeilung, bezüglich Sonnenstand (Auf-, Untergang, Sonnenuhr) oder Polarstern, mit orientiertem Theodolit ("Richtungswinkel", bei astronomischer Orientierung Azimut)
- Höhenmessung: Barometrisch (Altimeter, Siedethermometer), Nivellement, trigonometrische Höhenmessung (Höhenwinkel), Funkhöhenmesser und Doppler-Radar, Satelliten-Altimetrie.
Astronomische, Funk- und Satellitenortung
- Astronomische Längen- und Breitenbestimmung mit Sonne oder Sternen (Theodolit, Zenitkamera, Universal-, Meridian- bzw. Passageninstrument, Radioteleskop (VLBI) => siehe Astrogeodäsie
- Funknavigation (Funkfeuer NDB, VOR oder HiFix, Langstreckennavigationmit LORAN, Decca, Omega usw.) => siehe Funkfeuer und Hyperbelnavigation
- Satellitenortung: GPS (Global Positioning System) und das russische Glonass, künftiges Galileo-System, Laser-SLR, Satellitenaltimetrie
Sonstiges
- Nautische Verfahren: Fahrtmessung (Loggen) und Koppelnavigation (Addition von Wegstücken), Lotung (Tiefenmessung) in Küstennähe, kontrollierte Steuerung im Fahrwasser (mit Baken, Tonnen, Leuchttürme usw.), Meilenlaufen (Teststrecken), Deckpeilung vor der Hafeneinfahrt.
- Auto- und Flugnavigation (siehe dort), Ortung entlang Luftstraßen und Flugrouten, Odometer und digitale Straßenkarten, DGPS, Radar- und Inertialnavigation.
- Schätzung: Auch ohne Instrumente sind relative Ortsbestimmungen auf 1-10 Prozent der zurückgelegten Distanz möglich: Winkel mit Daumensprung oder Handspanne, Entfernung durch Abschreiten oder Fuß (Schuhgröße), Schätzung von Intervallen, Schätzung der Gehzeit usw.
Die Höhenschätzung ist allerdings schwieriger (Hauskante, Horizont oder Wasserflasche, Lotschnur, Schätzung der Straßensteigung usw.)
- Geodätische Spezialmethoden: Polarmethode (siehe oben, bis etwa 500 m), Polygonzug (je Messpunkt etwa 100 m), Vorwärts- und Rückwärtsschnitt, Vermessungsnetze (Triangulation), Distanznetze (Trilateration), Methoder der freien Stationierung (mittels identer, 2-3fach eingemessener Punkte).
Algorithmen zur Ortsbestimmung
- Angulation: Position des Zielobjekts ist durch die Winkel mind. zweier Fixpunkte zum Objekt gegeben, siehe auch Peilung und Vorwärtsschnitt
- Standlinien und Bogenschnitt: dasselbe durch mind. 2 Distanzen, räumlicher Bogenschnitt mind. 3 Distanzen
- Proximity Sensing: Das Verfahren beruht auf der einfachen Idee mehrerer verteilter Empfänger, deren Positionen bekannt sind. Die Position des zu ortenden Objekts ist dann annähernd dieselbe, wie die Koordinaten der nächststehendsten Empfangsantenne. Diese Verfahren bietet die Grundlage der Positionierung alle Zellen-basierten Systeme, die standortbezogene Dienste wie Mobilfunk anbieten z. B. GSM, UMTS)
- (zirkuläre/ hyperbolische) Lateration: Approximation der Koordinaten des Zielobjekts durch Vergleich der Signallaufzeiten beim Endgerät, gegeben mehrere Sender. Im 2D Raum benötigt man zur eindeutigen Positionsbestimmung 3 Signalgeber, im 3D Raum sind min. 4 Sender nötig, um die Position exakt berechnen zu können. Dieses Verfahren wird von Satellitennavigationssystemen wie GPS und Galileo eingesetzt.)
- Dead Reckoning (Koppelnavigation): Sind Anfangskoordinaten des eigenen Fahrzeugs (Schiff, Flugzeug) bekannt, kann mit Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung (Kurs) die Position zu jedem Zeitpunkt ermittelt werden. Verwendung in Systemen mit mobilen Endgeräten, die permanent ihre Position ändern (z. B. Flugüberwachung, OBU2, GIS-Messfahrzeuge)
- Komplexe geodätische Software:
- Schnittverfahren, Polygonzug, Netzausgleichung, Fehlerfortpflanzung, Absteckung, GIS-Module usw.
- Analytische Fotogrammetrie, Bündelblockausgleichung
- Überbestimmung und Kombination der obigen Methoden erlaubt Aussagen zu Genauigkeit und Zuverlässigkeit (siehe auch Netzdesign).
Resümee
- Die Methoden der Ortsbestimmung sind so vielfältig wie die Fachgebiete, die sie benötigen
- Die Reichweite geht von einigen cm (Kartometrie) bis zu 100 km (Navigation) und 30.000 km (GPS)
- Die Messmethoden sind vor allem Entfernungen, Winkel, Richtungen, Höhen und Laufzeiten
- Die Koordinaten sind 2D (polar, geografisch), 3D (räumlich), bei Zeitreihen auch 4D
- Die resultierende Position kann relativ sein, regional (auf eine Landesvermessung bezogen) oder absolut (Erdellipsoid, Erdzentrum oder anderer Himmelskörper).
Siehe auch
- Bezugssystem, Festpunkt, Position, Messgeräte
- Erdmessung, Ingenieurgeodäsie, Geotechnik, Messtechnik
- geotechnische Navigation, Sichtflug, Geschichte der Navigation
- Magnetsinn der Tiere
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