zfv 1/2013

Die Deutsche Geodätische Kommission bei der Bayerischen Akademie der Wissenschaften e.V. (DGK e.V.) feierte 2012 ihr 60-jähriges Bestehen. Aus diesem Anlass widmet sich das vorliegende Themenheft der Geschichte, der Struktur und – natürlich vor allem – den heutigen Forschungsaktivitäten der DGK und ihrer Mitglieder.

Im folgenden Artikel wird die Geschichte der Deutschen Geodätischen Kommission bei der Bayerischen Akademie der Wissenschaften (BAdW) seit ihrer Gründung im Jahr 1952 gerafft dargestellt. Es wird erläutert, welches die Aufgaben und Ziele der Kommission und des ihr zugeordneten Deutschen Geodätischen Forschungsinstituts (DGFI) sind und wie sich ihre Struktur in Zusammenhang mit der raschen Fortentwicklung der Geodäsie über die vergangenen sechs Jahrzehnte entwickelt hat. Dies wird besonders an der zunehmenden internationalen Vernetzung der geodätischen Forschungsarbeiten und der wachsenden Vielfalt der geodätischen Disziplinen sichtbar. Skizziert werden die Chancen der nahen Zukunft, welche für DGK und DGFI Statusänderungen im Zuge einer möglichen Umgestaltung innerhalb der BAdW erbringen können.

Auf internationaler Ebene arbeitet die Group on Earth Observation (GEO) daran, ein Global Earth Observing System of Systems (GEOSS) aufzubauen, um den globalen Wandel in all seinen Facetten zu erfassen. Das Global Geodetic Observing System (GGOS) ist Teil von GEOSS und leistet mit den geodätischen Weltraumbeobachtungstechniken und dedizierten Satellitenmissionen wesentliche Beiträge zu diesem umfassenden System. Neben einem hochgenauen, stabilen Referenzrahmen stellt GGOS auch lange, homogene Zeitreihen mit essentiellen Informationen über die Gestalt und Deformation der Erde, die Atmosphäre, die sich ändernde Rotation der Erde und das Schwerefeld der Erde samt seinen zeitlichen Änderungen zur Verfügung. In diesen Größen manifestieren sich viele globale Prozesse wie Erdbeben, Vulkanismus, Überschwemmungen, Meeresspiegeländerungen, Grundwasseränderungen, globale Erwärmung und Abschmelzen der polaren Eiskappen.

Der Anstieg des mittleren Meeresspiegels ist sicherlich der prominenteste Indikator für den globalen Wandel, denn seine Auswirkungen sind für viele Millionen Menschen in Küstennähe von lebenswichtiger Bedeutung. Extremereignisse wie die Überflutung von New Orleans durch den Hurrikan Katrina oder der Tsunami 2004 in Südostasien unterstreichen die Notwendigkeit, die räumliche und zeitliche Variabilität des Meeresspiegels zu verstehen. Im vorliegenden Beitrag werden wir uns auf die geodätische Beobachtung des Meeresspiegels und die Analyse der wichtigsten daran beteiligten Prozesse konzentrieren. Dies soll zunächst am Beispiel des globalen Meeresspiegels und seiner raumzeitlichen Variabilität verdeutlicht werden. Anschließend werden wir Fallbeispiele (Golf von Thailand, Tropischer Atlantik) näher betrachten.

Für eine präzise Massenbilanz des grönländischen Eisschildes ist die Kenntnis über das dynamische Verhalten seiner großen Ausflussgletscher von entscheidender Bedeutung. Wir zeigen am Beispiel des Jakobshavn Isbræ, wie durch Kombination unterschiedlicher geodätischer und photogrammetrischer Verfahren wesentliche Fragen wie die nach Veränderungen von Frontlage, Geschwindigkeit und Oberflächenhöhe, aber auch die nach Wechselwirkungen mit dem Ozean und der festen Erde hochgenau beantwortet werden können. Geodäsie und Photogrammetrie erbringen auf diese Weise wertvolle Beiträge zur Erdsystemforschung.

Die Entwicklung der Städte und Dörfer wird immer stärker durch Gleichzeitigkeit und räumliche Nachbarschaft von Wachstum und Schrumpfung geprägt. Der demografische und wirtschaftliche Strukturwandel sowie die andauernde Suburbanisierung mit der Folge der Funktionsentleerung zahlreicher Innenstadtbereiche werden dafür als maßgebliche Ursachen genannt. Verödung von Innenstädten und Ortskernen, strukturelle Gebäudeleerstände und Brachflächen sowie die Gefährdung der Daseinsvorsorge sind einige der oftmals kumulierenden Problemlagen. Die klassischen Strategien des Städtebaus mit wachstumsorientierten Ansätzen und angebotsorientierter Planung führen allein nicht mehr zum Erfolg. Der Umbau der Städte und Dörfer zeichnet sich daher schon seit mindestens zwei Jahrzehnten als zentrale Herausforderung und wichtige Daueraufgabe im Städtebau ab. Der Wechsel vom Wachstum zur Schrumpfung und die damit verbundenen neuen Aufgaben erfordern nicht nur innovative Strategien, sondern auch ein neues Planungsverständnis.

Viele Agglomerationsräume stehen nach wie vor unter Siedlungsdruck und sind dementsprechend mit anhaltender Bodenversiegelung konfrontiert. Die Sicherung städtischer und stadtnaher Grünflächen gilt daher weiterhin als zentrale Planungsaufgabe, wobei die Etablierung von Grüngürteln als Lösungsansatz fungieren kann. Anhand von fünf erfolgreichen Fallbeispielen im deutschsprachigen Raum wurde die Effektivität des Grüngürtelkonzeptes als Bodenschutzinstrument analysiert. Die für einen wirksamen quantitativen und qualitativen Bodenschutz erforderlichen Voraussetzungen werden im vorliegenden Beitrag diskutiert.

In diesem Artikel werden momentaner Ausbaustand sowie zukünftige Entwicklungen der neuen Satellitennavigationssysteme Galileo, Compass und QZSS sowie der hierfür notwendigen Empfänger und Antennen vorgestellt. Daten eines globalen Netzes von Multi-GNSS-Empfängern erlauben die Bestimmung von Satellitenbahn- und Uhrenparametern. Aufgrund der begrenzten Satellitenzahl dieser Systeme ist derzeit nur eine kombinierte Auswertung gemeinsam mit GPS-Beobachtungen möglich. Die Genauigkeit der so bestimmten Satellitenbahnen liegt im Dezimeterbereich. Da Compass in seinem Ausbau am weitesten fortgeschritten ist, lässt sich bereits heute eine präzise Einzelpunktbestimmung ausschließlich mit Compass-Beobachtungen durchführen. Die hierbei erzielten Genauigkeiten liegen im Bereich etlicher Zentimeter verglichen mit entsprechenden GPS-Resultaten.

Seit einigen Jahren wird intensiv an der Entwicklung von Systemen zur automatischen Positionsbestimmung in Gebäuden geforscht. Verschiedene Technologien wie Ultraschall, UWB, WLAN sowie hybride Lösungen werden zur Indoor-Positionierung aktuell untersucht. Viele der existierenden Systeme stoßen jedoch an ihre Grenzen in Innenräumen, ausgelöst durch Multipath-Effekte, Signalabschattungen oder ein erhöhtes Signalrauschen. In diesem Beitrag wird ein neuartiges Indoor-Positionierungssystem zunächst für die 1D- und 2D-Positionierung vorgestellt. Das auf künstlichen Magnetfeldern basierende System unterliegt keinen Multipath-Effekten und Abschattungen in Gebäuden, sodass eine Lokalisierung auch in schwierigen Innenraumumgebungen erfolgen kann.

Deformationsmessungen zur Überwachung von großen Ingenieurbauten und natürlichen Phänomenen gehören zu den Kerngebieten der Ingenieurgeodäsie. Die komplexen Zusammenhänge zwischen Einflussgrößen und auftretenden Deformationen können jedoch nur durch interdisziplinäre Zusammenarbeit von Experten unterschiedlicher Fachrichtungen gewinnbringend untersucht werden. Dies trifft insbesondere auf die Überwachung von gravitativen Massenbewegungen wie Hangrutschungen zu. Eine erfolgreiche Zusammenarbeit ist das Gradenbach-Observatorium zur Überwachung der Hangrutschung Gradenbach. Anhand dieses Beispiels werden die Komplexität moderner Überwachungssysteme, die erreichbaren Genauigkeiten und ausführlich der Beitrag der Ingenieurgeodäsie aufgezeigt.

Seit 2007 versorgt der deutsche Radarsatellit TerraSAR-X täglich Wissenschaftler und kommerzielle Kunden mit Radaraufnahmen der Erdoberfläche mit bis zu 1 m Auflösung. Durch diese enorme Verbesserung gegenüber früheren Satelliten mit 5 bis 20 m Pixelraster können heute nicht nur regionale Strukturen, sondern sogar einzelne Gebäude in ihren Details aufgelöst werden. Ende 2010 wurde TerraSAR-X durch den Schwestersatelliten TanDEM-X zu einer Radar-Interferometer-Formation ergänzt. Seitdem wird die gesamte Erde in bisher unerreichter Auflösung (12 m) und Höhengenauigkeit (2 m, 90 %) topografisch vermessen. Erste Ergebnisse der zirka drei Jahre dauernden TanDEM-X-Mission bestätigen bereits die angestrebte Genauigkeit. Der Beitrag gibt einen Überblick über den Einsatz der Satelliten TerraSAR-X und TanDEM-X im Bereich der Vermessung und erläutert die aktuell erreichten Genauigkeiten.

Durch den Ausbau der Geodateninfrastruktur und der selektiven Verwendung von Geodaten kommt dem geometrischen Abgleich dieser Daten eine wachsende Bedeutung zu. Mit Zuordnungsverfahren und einem semantischen Abgleich können korrespondierende Objekte gefunden werden, die aneinander angepasst werden müssen. Für die geometrische Anpassung ist ein Ausgleichungsansatz nach bedingten Beobachtungen besonders geeignet. Hiermit können neben der Forderung nach Korrespondenz der Punkte auch noch weitere Bedingungen integriert werden, die für die Objektgeometrien gelten müssen. Zur automatischen Identifikation korrespondierender Geometrien werden verschiedene Kriterien vorgestellt. Die Möglichkeiten der Methode werden an realen Beispielen aufgezeigt.

Die Qualität der Ergebnisse (Produkte) im vorgestellten Anwendungsfall von Geodaten in Netzinformationssystemen, wird nicht nur von den verwendeten Quellen und Aufnahmeverfahren, sondern auch maßgeblich durch die für die Produktion der Daten verwendeten Prozesse beeinflusst. Die Betrachtung und Optimierung dieser Prozesse ist in anderen Anwendungsbereichen, beispielsweise dem Maschinenbau, seit langem ein zentrales Thema und wird unter dem Begriff des »Prozessorientierten Qualitätsmanagements« (PQM) zusammengefasst. Neben der Produktqualität steht somit die Prozessqualität im Fokus der Betrachtungen. In diesem Beitrag wird eine Praxisstudie vorgestellt, in der Kennzahlen zur Beschreibung der Produkt- und der Prozessqualität entwickelt und über einen längeren Zeitraum betrachtet werden. Ziel dieser Vorgehensweise ist die Darstellung der Prozess- und der Produktqualität, die Aufdeckung von Mängeln und Schwächen der Prozesse sowie der quantitative Nachweis der Wirksamkeit von Veränderungen der Prozesse.