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Neuere Methoden in der Geodäsie
Neuere Methoden in der Geodäsie
A. Cansio
Die Fortschritte in der Elektronik haben im letzten Jahrzehnt auch auf die Geodäsie einen grossen Einfluss gehabt. Elektronische Distanzmessung und Computertechnik veränderten in kurzer Zeit das Bild der praktischen Vermessungsarbeit sehr stark.
Die elektronische Distanzmessung Die direkte Distanzmessung von Berggipfel zu Berggipfel mit Zentimetergenauigkeit ist immer ein Traum der Geodäten gewesen. Leider hat es bis vor wenigen Jahren keine Messmethode gegeben, die diesen Wunsch erfüllt hätte. Distanzen können mit Invar-Messbändern nur in der Ebene, entlang geradlinigen Strassen, bestimmt werden. Der Aufwand ist gross, und die Strecken sind auf ein paar Kilometer beschränkt. Noch kleiner sind die Entfernungen, die mit den optischen Geräten gemessen werden können; diese des Alpenraumes handelt oder ob nicht vielmehr das Mittelland und der Jurasüdfuss absinken. Die Fachleute aus der Geophysik sind allerdings der Meinung, dass eine Hebung der Alpen wahrscheinlicher sei. Trotzdem sind Spekulationen, wann das Fletschhorn wieder die 4000-Meter-Grenze erreichen wird, wenig sinnvoll...
Instrumente, welche die geometrischen Eigenschaften der Lichtstrahlen verwenden, haben eine auf 100 Meter beschränkte Reichweite. Erst seit ungefähr zwei Jahrzehnten sind elektronische Distanzmesser entwickelt worden, welche die physikalischen Eigenschaften des Lichts ( oder anderer elektromagnetischer Wellen ), insbesondere die Lichtgeschwindigkeit, ausnützen; sie haben Reichweiten von über 60 Kilometer und eine Genauigkeit von einem Millionstel der gemessenen Strecke ( d.h. einen mittleren Fehler von einem Millimeter pro Kilometer Distanz ).
Um die Entfernung zwischen zwei Punkten ( z.B. zwischen zwei Berggipfeln ) zu bestimmen, wird das Instrument aufden ersten Punkt gestellt, die Lichtquelle ( oder die Quelle von anderen elektromagnetischen Wellen ) eingeschaltet, und die Strahlen werden zum zweiten Punkt gerichtet, wo der Reflektor ( Spiegel ) aufgestellt ist. Die reflektierten Strahlen erreichen wiederum das Messgerät ( Photo 6b ). Die Entfernung wird nach der Zeit, die das Licht für Hin- und Rückweg gebraucht hat, berechnet. Die genaue Zeitmessung erfolgt indirekt durch Bestimmung der Phasendif-ferenz zwischen den ausgehenden und zurückkehrenden Wellenmodulationen.
Die Distanzmessequipe muss den meteorologischen Verhältnissen grosse Beachtung schenken. Die Lichtgeschwindigkeit hängt von der Dichte und der Zusammensetzung der Luft ab. Temperatur, Druck und Luftfeuchtigkeit müssen deswegen genau erfasst und in den Berechnungen berücksichtigt werden. Für grössere Distanzen wiegt die Gesamtausrüstung, die man braucht, um alle diese Werte messen zu können, mehr als ioo kg. Trotz Verwendung von Geländefahrzeugen und Helikoptern müssen die Geräte gerade in Berggebieten oft aufdem Rücken getragen werden; auch in der Zeit der modernen Technik ist also die Arbeit der Geodäten mit sportlichen Leistungen verbunden.
Die elektronischen Rechenanlagen Unterschiede zwischen theoretischen Kenntnissen und praktischen Anwendungen haben immer bestanden. Seit dem letzten Jahrhundert weiss man, dass die Lage der Triangulationspunkte viel genauer wäre, wenn für ihre Bestimmung alle Grossen berücksichtigt werden könnten, die in der Gegend gemessen worden sind. Die unvermeidliche Mess-Ungenauigkeit der Instrumente lässt kleine Widersprüche zwischen den Messungen entstehen. Die Beseitigung solcher Widersprüche durch optimale Verteilung ( Ausgleichung ) ist äusserst arbeitsintensiv und erst jetzt dank der elektronischen Rechenanlagen auch in Triangulationsnetzen mit mehr als ioo Punkten praktisch durchführbar. Die Berechnung eines Netzes mit ioo Punkten würde mit der Tischrechenmaschine 130000 Stunden dauern das bedeutet ungefähr 6o Jahre Arbeit. Ein moderner Computer kann die gleiche Berechnung in wenigen Minuten durchführen. Das ist der Grund, weshalb in der Vergangenheit die geodätischen Probleme mit einfachen Nähe-rungsverfahren gelöst wurden.
Dank der elektronischen Datenverarbeitung können heute seit langem bekannte Eigenschaften der Natur berücksichtigt werden, die früher wegen der zu teuren Rechenkosten vernachlässigt werden mussten. Darunter sind die Bestimmung und Verwendung der Lotabweichung in den geodätischen Berechnungen zu erwähnen. Die Lotabweichung wird von der unregelmässigen Verteilung der Massen auf und unter der Erdoberfläche verursacht. In der Schweiz ist dieses Phänomen besonders interessant, weil die Alpen mit ihren gewaltigen Massen die Schwerkraft merkbar ablenken. In der Eigernordwand wird ein 40 Meter langer Senkel so von der Bergmasse angezogen, dass die Ablenkung einen Zentimeter beträgt. Es handelt sich um nicht zu vernachlässigende Werte, wenn mit Präzisionsinstrumenten gearbeitet wird. Eine allgemeine Verbreitung der entsprechenden Berechnungen ist in den nächsten Jahren zu erwarten.
Wertvolle Informationen ergeben sich auch aus den neuesten Kenntnissen der mathematischen Statistik, die dank dem Computer Anwendung in der Geodäsie findet. Es werden so Angaben gewonnen über die Genauigkeit der Messungen und die Zuverlässigkeit der Resultate; eventuelle Messfehler können damit rascher entdeckt und korrigiert werden. Trotz all dieser Verbesserungen ist die Triangulationsberechnung heute um zwei Drittel billiger als früher.
Die Satellilengeodäsie Nach dem Abschuss des ersten Satelliten im Jahre 1957 wurde sofort die Möglichkeit erkannt, diese künstlichen Himmelskörper für die Lagebestimmung von Erdpunkten zu verwenden. Die Genauigkeit solcher Bestimmungen ist in der letzten Zeit so gestiegen ( mittlerer Lage- und Höhenfehler etwa 50 cm ), dass geodätische Anwendungen auf dem Niveau der Triangulation erster Ordnung auch für ein kleines Land wie die Schweiz besonders aktuell scheinen. Die Bestimmung der ganzen Triangulation mit Satelliten ist vorläufig allerdings noch Utopie. Die jetzigen Triangulationspunkte auf den höchsten und aussichtsreichsten Gipfeln werden also ihre Bedeutung für die Landesvermessung einstweilen behalten, und die Metallpyramiden, welche ihre genaue Lage signalisieren, werden noch viele Jahre den Besuch der Bergfreunde erwarten.