Mobile Geodatenerfassung mit Handheld-GPS-Empfängern - Probleme und Lösungsansätze
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
Mobile Geodatenerfassung mit Handheld-GPS-Empfängern
– Probleme und Lösungsansätze
Wilfried KORTH und Boris RESNIK
1 Einführung
Das GPS-Verfahren wird heute bei der Lösung von Vermessungs- und Ortungsaufgaben in
einem breiten Genauigkeitsspektrum eingesetzt. So werden z. B. vielfach Zentimeter- bzw.
Millimetergenauigkeiten bei der GPS-Anwendung in der Ingenieur-, Landes-, Liegen-
schaftsvermessung usw. gefordert. Solche Genauigkeiten sind nur bei Verwendung von
Trägerphasen, einer zuverlässigen Bestimmung der Phasenmehrdeutigkeiten und relativen
Positionierung möglich. Bei der Geodatenerfassung in Planung, Umweltbereich, Wasser-,
Land- und Forstwirtschaft, dem Katastrophenschutz usw. werden lediglich Genauigkeiten
des Raumbezugs im Meterbereich gefordert. Zur schnellen und gleichzeitig geometrisch
korrekten Geodatenerfassung und Ortung in allen diesen Bereichen können die GPS-Code-
messungen beitragen. Verschiedene sogenannte Code-Empfänger sind als separate Geräte
mit einer kleinen integrierten oder trennbaren Antenne und Anschlussmöglichkeiten über
die serielle Schnittstelle (Handheld-Empfänger) bzw. als Module in Form von PC-Karten
oder Compact Flash Karten inzwischen im Handel erhältlich. Die modernen GPS-Em-
pfänger dieser Klasse sind in den letzten Jahren wesentlich kompakter, leichter, schneller,
preiswerter und mit mehr „Intelligenz“ versehen worden. Ihre Handhabung ist sehr einfach:
bei einer Minimalkonfiguration von vier Satelliten zeigen sie wenige Minuten nach dem
Einschalten die aktuelle Position in einem frei wählbaren Koordinatensystem an, die dann
zusammen mit einer kurzen alphanumerischen Objektbezeichnung für die weitere Nutzung
gespeichert werden kann. Der Markt für Code-Empfängern entwickelt sich zurzeit so
stürmisch, dass es weder möglich noch sinnvoll ist, eine vollständige Übersicht zu geben.
Neben den üblichen Navigationsempfängern werden in den letzten Jahren zunehmend spe-
zielle Handheld-Messsysteme für die Zwecke der Geodatenerfassung angeboten. Der Markt
solcher spezieller Systeme ist wesentlich übersichtlicher und auf wenige Anbieter wie z. B.
Leica, Trimble, Sokkia, GEOsat begrenzt. Im Vergleich zu den preiswerten Navigations-
empfängern besitzen diese Geräte einen integrierten Korrekturdatenempfänger, einen we-
sentlich größeren Datenspeicher, einige spezielle vermessungstechnische Funktionen, me-
nügeführte Bedienung und Tastaturen mit hoher Funktionalität. Letztere sind gerade bei der
Geodatenerfassung von entscheidender Bedeutung, weil hier neben den rein geometrischen
auch umfangreiche objektbeschreibende Informationen registriert bzw. visualisiert werden
sollen. Die Ergebnisse der Datengewinnung können dabei unmittelbar auf dem kleinen
Bildschirm des Empfängers bzw. an einem feldtauglichen Pencomputer angezeigt und mit
bereits erfassten oder gescannten Daten überlagert werden.
Mobile Geodatenerfassung mit den Handheld-GPS-Systemen wird heutzutage beim GIS-
Aufbau bzw. bei der -Fortführung meistens dort eingesetzt, wo aktuellste Informationen
benötigt werden, die Anwendung anderer, wirtschaftlicher Erfassungsverfahren wie Digita-
lisieren der analogen Datenbestände und Fernerkundung aufgrund besonderer Umstände
2 W. Korth und B. Resnik nicht möglich ist und die klassischen vermessungstechnischen Verfahren zu zeit- und kos- tenintensiv sind. Die satellitengestützte Geodatenerfassung wird von vielen Anwendern folglich als eine zeitsparende Möglichkeit angesehen, ohne besondere vermessungstechni- sche Kenntnisse im Gelände die erforderlichen Sachdaten mit Raumbezug zu erfassen. Es wird ebenfalls erwartet, dass die Integration von solchen Daten in das GIS, d.h. die Ver- schneidung mit anderen vorhandenen raumbezogenen Informationen, keine Probleme be- reitet. Allerdings kann der ungeübte Anwender bei den Feldmessungen auf diverse Hinder- nisse stoßen, die die spätere Integration und Interpretation der Daten erheblich erschweren können. Dieser Artikel zeigt an Hand von Testmessungen und praktischen Beispielen die Grenzen der GPS-gestützten Datenerfassung im mittleren Maßstabsbereich und Möglich- keiten, Probleme bei der Positionsbestimmung für GIS-Anwendungen zu umgehen. 2 Genauigkeit der Geodatenerfassung Aus den Satellitenbeobachtungen abgeleitete Koordinaten gewinnen ihre vollständige Aus- sagekraft erst dann, wenn bekannt ist, mit welchen realen Abweichungen von der Sollposi- tion dabei zu rechnen ist. Eine solche Information ist immer statistischer Natur, d.h. die Aussagen über die Position können nur mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit mit der Rea- lität übereinstimmen. Zu bedenken ist, dass einerseits digitale Daten oftmals eine hohe Prä- zision durch praktisch unbegrenzte Anzahl der Nachkommastellen vermitteln, die nicht zwangsläufig vorhanden ist, und es andererseits unwirtschaftlich ist, in teure GPS- Empfänger, Korrekturdienste und Software zu investieren, wenn eine entsprechende Ge- nauigkeit nicht erforderlich ist. Bei der Geodatenerfassung sind in diesem Zusammenhang im Voraus zwei Fragen zu beantworten: wie genau die Datenerfassung erfolgen soll und welche reale Genauigkeit durch die gewählte Mess- und Auswertetechnik zu erreichen ist. Um die Lage eines Geoobjektes (Bodenprobe, Baum. Kanaldeckel usw.), seine Achsen (Wasserleitung, Weg usw.) oder seine Begrenzungslinien (Biotop, Teich usw.) in Koordi- natenform zu erfassen, können theoretisch alle bekannten Vermessungsmethoden als direk- te Datenlieferanten eingesetzt werden. Da die Erfassung jedoch so wirtschaftlich wie mög- lich erfolgen soll, wird die Genauigkeit des Raumbezuges stets im Zusammenhang mit der Schärfe betrachtet, mit der die Geoobjekte abgrenzbar sind. Die Genauigkeitsanforderungen ergeben sich dabei im Wesentlichen aus dem Maßstab der erstellten GIS, wobei der Begriff „Maßstab“ ausschließlich im Bezug auf die Generalisierungsstufe der Objekte zu verstehen ist. Das Maßstabsspektrum der GIS-Anwendungen reicht inzwischen vom großmaßstäbli- chen (1:500 – 1:10.000) bei einigen Land- und Netzinformationssystemen über den mittle- ren Maßstabsbereich (1:10.000 – 1:100.000) bei den meisten Umweltinformationssystemen usw. bis hin zu kleinen Maßstäben (1:100.000 – 1:1.000.000) einiger Rauminformations- systeme. In der konventionellen Geodäsie werden Genauigkeiten der Punktbestimmung von etwa 0,1 mm im Kartiermaßstab verlangt. Dieses Prinzip kann auch auf die Geodatenerfas- sung übertragen werden. Dementsprechend muss die Genauigkeit des Raumbezuges von 0,1 m bei Erstellung z.B. eines Leitungs-GIS im Maßstab von 1:1.000 gewährleistet wer- den. Im Gegensatz zu solchen Anwendungen können z.B. für ein Grünflächenkataster im Maßstab 1:25.000 Standardabweichungen in der Objektposition von ca. 3 m akzeptiert werden.
Mobile Geodatenerfassung mit Handheld-GPS-Empfängern 3 Bei der Abschätzung der erreichbaren Messgenauigkeiten mit den Handheld-GPS- Empfängern orientieren sich potentielle Anwender meistens an Herstellerangaben, obwohl es schon aus anderen Bereichen der Elektronikindustrie bekannt ist, dass die Datenblätter der Firmen bei solchen Abschätzungen oft nur eine zweifelhafte Hilfe leisten können. Die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Positionsberechnung mit den gängigen Handheld- Codeempfängern und Korrekturdatendiensten wurde in den letzten Jahren von den Autoren bei umfangreichen Tests überprüft. Ergebnisse solcher Testmessungen wurden mehrfach veröffentlicht (Resnik 2001, 2002, Jackisch&Naumann 2001, Suhrbier&Kossert ). In Un- terschied zu üblichen Testmessungen bei optimalen Messbedingungen, wurden dabei ge- zielt solche Kontrollpunkte ausgewählt, die eine Abschattung durch Hauswände und Vege- tation aus verschiedenen Richtungen im breiten Spektrum aufweisen. Aus den Testmessun- gen wurde ersichtlich, dass sich die Standardabweichungen der Lagebestimmungen mit un- terschiedlichen Handheld-Empfängern ohne Korrekturdaten im Bereich zwischen 3 und 20 m je nach Gerät und Abschattungssistuation bewegten. Bei den DGPS-Positionierungen wurden etwa zwei bis drei Mal bessere Genauigkeiten erreicht. Auch weitere für den Nut- zer interessante Unterschiede in Bedienungsfreundlichkeit, Weiterverarbeitungsmöglichkei- ten, Stabilität des Empfanges usw. sind dabei in Erscheinung getreten. Nachfolgend werden einige neue Erkenntnisse zu diesen Testmessungen präsentiert. Da sich der Empfängermarkt zurzeit sehr schnell entwickelt, wurden auch nach Ab- schluß der oben genannten Untersuchungen exemplarisch einige neue Modelle getestet. So erfolgten z. B. in Jahren 2002 – 2003 weiteren Testmessungen mit den sog. GPS-Handheld- Aufsätzen (Abbildung 1). Diese jackettähnli- chen GPS-Erweiterungsmodule werden mit den üblichen kleinformatigen Organizer (PDA) eingesetzt. Die PDA haben heute übli- Navman 500 GPS-Companion cherweise mit einer Displayauflösung von 240×320 Pixel sehr limitierte graphische Abb. 1: Getestete GPS-Aufsätze Möglichkeiten, die jedoch bei den zahlreichen mobilen GIS-Anwendungen mit den eher Auskunftsfunktionalitäten völlig ausreichend sein können. Somit können sie in Kombination mit den GPS-Modulen als eine preiswerte Alter- native zu den speziellen kommerziellen Erfassungssystemen angesehen werden. Bei den Testmessungen wurden die PDA-Aufsätze „Navman 500“ (Navman) und „GPS- Companion“ (Magellan) eingesetzt. Das erste Gerät speist seinen Betrieb aus dem Akku des PDA’s, was sich nachteilig auf die Gesamtnutzungsdauer des Systems (etwa 2 Stunden) auswirkt. Der wichtige Vorteil des zweiten Gerätes ist die interne Stromversorgung, so dass ein Betrieb des Gesamtpaketes bei den Testmessungen bis zu 12 Stunden möglich war. Die Genauigkeiten der beiden Sensoren unterscheiden sich dagegen nur geringfügig und er- reichten mittlere Punktfehler in der Innenstadt (mittlere Abschattung von 25%) von etwa 6 m und bei Waldmessungen (mittlere Abschattung von 55%) von etwa 15 m. Um aussage- kräftige Ergebnisse zu bekommen, wurden parallele Vergleichsmessungen mit dem bereits früher getesteten Empfänger Garmin II Plus durchgeführt. Sie ergaben einen entsprechen- den mittleren Punktfehler von 6 bzw. 20 m. Durch diese Messanordnung konnten die Ge- nauigkeitsabschätzungen aus den relativ kleinen Messreihen (etwa 100 Punktbestimmun- gen) bei der Auswertung auf die „mittleren“ Bedingungen korrigiert werden. Da die Ver-
4 W. Korth und B. Resnik
wendung von Korrekturdiensten und Postprocessing bei den getesteten GPS-Aufsätzen
nicht vorgesehen sind, können die genannten Genauigkeitswerte kaum verbessert werden.
3 Besonderheiten bei GPS-Messungen im Wald
Für den ungestörten Empfang von GPS-Signalen muss sogenannte „Sichtverbindung“ zu
den empfangenen Satelliten bestehen. Diese kann aber durch Vegetation oder Bebauung
erheblich eingeschränkt werden. Dabei muss man im allgemeinen zwischen Abschattung
durch vollständig reflektierende Flächen (Häuser etc.) und Abschattung durch Pflanzen
(Bäume etc.) unterscheiden. Bei GPS-Messungen im Wald haben die Strukturen von Ästen
und Baumstämmen sowie die Belaubung einen direkten Einfluß auf die Messgenauigkeit.
Es handelt sich bei den GPS-Signalen um elektromagnetische Wellen, welche die Eigen-
schaft besitzen, bestimmte Materialien durchdringen zu können. Während Stämme und di-
cke Äste die Ausbreitung der GPS-Signale völlig blockieren können, werden sie durch Be-
laubung und dünne Äste genau wie durch Nebel, Regen oder Schnee nicht vollständig re-
flektiert sondern nur unterschiedlich stark gedämpft bzw. gebeugt oder verzerrt. Bei frühe-
ren umfangreichen Testmessungen (Resnik 2001) wurde nachgewiesen, dass bei der Verar-
beitung von schwachen Satellitensignalen im Wald durch herkömmliche Code-Empfänger
mit einer deutlichen Genauigkeitsverschlechterung von 20 bis zu 200% im Vergleich zu
bebauten Messgebieten zu rechnen ist. Um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit kurzzeiti-
ger statischer GPS-Messungen in Abhängigkeit von der Vegetationsperiode zu überprüfen,
wurde bei den neuen Untersuchungen ein spezielles Testnetz in einem zum Teil sehr dich-
ten Waldstück mit hohen Laub- und Nadelbäumen im Winter und Sommer mit einem
Handheld-GPS-Empfänger mehrfach eingemessen (Abbildung 2). Bei der Auswertung die-
ser Daten wurde festgestellt, dass bei der Geodatenerfassung in der blätterlosen Vegetati-
onsperiode mit 15 - 20% Genauigkeitsvorteilen zu rechnen ist. Diese Tatsache kann durch-
aus als Argumentation für Verschiebung solcher Geodatenerfassungen in die günstigere
Wintermonate angesehen werden.
Abschattung in Winter (mp = 7,3 m) Abschattung im Sommer (mp = 7,8 m)
Abb. 2: Genauigkeit der Positionsbestimmung mit dem Empfängers Garmin II Plus
Grundsätzlich muss aber bei Messungen im Wald immer mit einer großen Genauigkeits-
einbuße und einer großen Zahl von groben Fehlmessungen gerechnet werden. Außerdem
Mobile Geodatenerfassung mit Handheld-GPS-Empfängern 5 kann es größere Zeitabschnitte geben, in denen der Signalempfang so schlecht ist, dass es zu Ausfällen der Positionierung kommt. Die sogenannte „zeitliche Verfügbarkeit“ kann zu- sätzlich zum Genauigkeitsverlust stark zurückgehen. Die Abbildung 3 zeigt ein typisches Beispiel mit mehr als 10% Ausfall der Positionsbestimmungen (die Zeiten, in denen keine Messungen möglich waren, sind durch rote Striche dargestellt). Dabei wird deutlich, dass es unvorhersehbare Zeitabschnitte gibt, wo eine relativ durchgehende Messung möglich ist und solche, in denen nahezu keine Messung erfolgen kann. Es können im Wald bei einzel- nen Code-Empfängertypen auch deutlich höhere Ausfallzeiten auftreten. Abb. 3: Verfügbarkeit von Positionsbestimmungen mit einem Leadtek-Code-Empfänger Abgesehen vom schlechteren Empfang der Satellitensignale wird man bei den Waldmes- sungen mit häufigen Störungen und Unterbrechungen des Korrektursignals konfrontiert, was sich in einem wesentlich höheren Zeitaufwand auswirkt. Die Nutzung von Korrektur- daten, also die Anwendung des DGPS-Verfahrens ist im Wald aufgrund der festgestellten nur bescheidenen Genauigkeitssteigerung von ca. 20% aus wirtschaftlichen Gründen meist nicht zu rechtfertigen. Die Ursache dafür liegt in der extrem lokalen Charakteristik der Stö- rungen durch Bäume, die sich durch die Vergleichsdaten einer Referenzstation ohne Sig- nalbeeinträchtigung nicht korrigieren lassen. Das Genauigkeitsniveau, das im Wald er- reichbar ist, liegt etwa bei einer Standardabweichung von etwas mehr als 2 Metern. Auch mit DGPS ist dieser Wert nicht wesentlich zu senken. In stark abgeschatteten Messgebieten lassen sich bessere Ergebnisse mittels Postprocessing der Daten erzielen. Dabei ist dann allerdings keine endgültige Koordinatenbestimmung in Echtzeit (z.B. zum Auffinden von vorgegebenen Probepunkten) vor Ort möglich und es sind spezielle, relativ teuere Empfänger mit Aufzeichnungsmöglichkeit der Rohdaten von- nöten. Diese Tatsache kann daher auch als Rechtfertigung der wesentlich höheren Preise für diese Geräte gelten. Die Leistungsfähigkeit moderner Handheld-Empfänger geht über die Grundfunktion “Posi- tionsanzeige” weit hinaus. Mit diesen Geräten können z. B. die Koordinaten aus mehreren Epochen automatisch gemittelt werden. Ob solche verlängerte Messungen die Genauig- keitsvorteile bei den Waldmessungen versprechen können, wurde ebenfalls untersucht (Resnik 2001). Wie aus diesen Ergebnissen ersichtlich wurde, wird die Genauigkeit durch eine Erhöhung der Beobachtungsdauer bis zu einigen Minuten in der Regel kaum verbes- sert. Dieser Widerspruch ist auf der Einfluss von systematischen Effekten bei Positionsbe- stimmungen mit GPS zurückzuführen, der sich im Unterschied zur unregelmäßigen (zufäl- ligen) Streuung einseitig auf das Ergebnis auswirkt und sich durch Mittelung aufeinander- folgender Beobachtungen nicht minimieren lässt.
6 W. Korth und B. Resnik In Abbildung 4 ist ein Beispiel für eine entsprechende Messung mit einem einfachen Code- Empfänger und AMDS-Korrekturdatenempfang dargestellt. Die Schwankungen der Einzel- positionen um die Kurve der gleitenden Mittelwerte (Intervall 1 Minute) können oft we- sentlich geringer sein, als die absoluten Abweichungen von einem Sollwert. Die Berech- nung der Standardabweichung aus einem Minutenintervall, wie sie dem Nutzer von vielen GPS-Empfängern angezeigt wird, würde einen viel zu optimistischen Wert ergeben. Darin sind auch die mitunter sehr optimistischen Genauigkeitsangaben begründet, die sich bei Experimenten ohne Sollwerte ergeben. Der Effekt tritt auch bei Messungen im Freiland auf, ist dort aber in der absoluten Größe geringer. Abb. 4: Beispiel für eine Positionsbestimmung im Wald mit einminütiger Mittelung Es lässt sich also feststellen, dass es bei Messungen im Wald sowohl zu größeren Ausfall- zeiten der Positionsbestimmung oder des Korrekturdatenempfangs kommen kann (leider oft zu verschiedenen Zeiten) und dass zeitweise und unvorhersagbar die Einzelpositionen und auch die Mittelbildungen über kurze Intervalle erhebliche Abweichungen von mehreren Metern von der wahren Position aufweisen können. 4 Erfassung der Sachdaten Den geometrischen Informationen (Positionen) werden im Laufe der Geodatenerfassung bestimmte Eigenschaften (Attribute, Sachdaten) zugeordnet. Sie werden in der Regel durch alphanumerische Zeichen erfasst und mit entsprechenden geometrischen Objekten in Ver- bindung gebracht. Solche Daten in einem kommunalen GIS sind z.B. beschreibende Daten von Betriebsmitteln (Hersteller, Alter, Wartungsdatum usw.) oder von Grünflächen (Art, Zustand, Pflegedatum usw.). Sind diese Sachdaten einmal erfasst, ist ihre ständige Aktuali- sierung unabdingbar. Da die Anwendung von Fernerkundungsverfahren bei kleinräumigen
Mobile Geodatenerfassung mit Handheld-GPS-Empfängern 7 Anwendungen wenig Erfolg versprechend ist, wird eine solche Fortführung auch zukünftig meistens mit einer Ortsbegehung verbunden sein. Eine allgemeingültige Empfehlung, wel- che technische Lösung sich dabei eignet, ist nicht möglich. Diese Frage kann nur in Abhän- gigkeit von der Komplexität der Aufgaben und Häufigkeit der Anwendung im Gelände be- antwortet werden (Resnik 2002). Als Anhaltspunkt lässt sich feststellen: je regelmäßiger und komplexer die Geodatenerfassung ist, desto sinnvoller erscheint ein spezieller Feld- computer. Diese Aussage kann mit den folgenden Beispielen bekräftigt werden. Das Altlastenmanagement ist eine zentrale Aufgabe großer Kommunen. Erster Schritt beim Aufbau eines solchen GIS ist die Erfassung der altlastverdächtigen Flächen. Bei einer der- artigen Felderfassung stehen zunächst nur geometrischen Informationen wie z. B. die Eck- punktkoordinaten der verdächtigen Flächen im Vordergrund. Zusätzlich sind lediglich we- nige beschreibenden Informationen wie z.B. Art und Nummer der Fläche von Interesse. Obwohl bei der Anwendung von einfachen GPS-Navigationsempfängern neben Koordina- ten auch diese kurzen alphanumerischen Attribute intern abspeichert werden können, ist eine solche Eingabe erfahrungsgemäß bei der üblichen Tastatur mit Mehrfachbelegungen oft mit Problemen verbunden. Die relativ einfachen beschreibenden Informationen bei der Erstellung eines Altlastenkatasters können folglich wesentlich schneller auf einem Karten- ausschnitt handschriftlich vermerkt und zu einem späteren Zeitpunkt im Büro zur Nachbe- arbeitung in Computer eingegeben werden (Abbildung 5). Abb. 5: Kartenausschnitt mit Flächenbeschreibung Koordinaten der Begrenzungslinie Der Umgang mit komplexen Datenmengen kann bei der Sachdatenerfassung wesentlich er- leichtert werden, wenn der Datenbestand dem Anwender im Feld auch in graphischer Form zur Verfügung steht. Der Anspruch, graphische Daten lesbar darzustellen, erfordert jedoch größere bzw. farbfähige graphische Displays und entsprechend leistungsfähigere Feldcom- puter. Obwohl sich einige kommerzielle, robuste Notebooks auch für den Außendienst eig- nen, ist in den letzten Jahren vor allem mit kleinformatigen tastaturlosen Pencomputern ein nennenswerter Durchbruch bei der Geodatenerfassung erzielt worden. Diese Feldcomputer von der Größe eines Buches und mit Bildschirmdiagonalen von immerhin 10-12", verbin- den Robustheit mit einer relativ hohen Qualität der grafischen Darstellung bei Tageslicht. Bei Aufgaben, die eine weniger anspruchsvolle Grafik erfordern, kann die neue Generation relativ preiswerter, kleinformatiger und tastaturloser Organizer (PDA) eingesetzt werden. Da die mit Pensoftware mögliche Schrifterkennung bisher noch unzureichend ist und sich
8 W. Korth und B. Resnik
Versuche mit Sprachsteuerung noch in den Anfängen befinden, bietet sich als Hilfslösung
eine eingeblendete bzw. eingebaute Tastatur an. Um die zeitaufwändige Eingabe der alpha-
numerischen Zeichen zu reduzieren, wird in der Regel eine Auswahl aus individuell gestal-
teten Listen bevorzugt. Sachdaten werden dabei in vorbereitete Masken eingetragen und
später über eine integrierte Datenbank verwaltet (Abbildung 6).
Konventionelles Erfassungsformular Erfassungsmaske im Feldcomputer
Abb. 6: Geodatenerfassung für Alleenkataster
Die Vorteile eines Feldcomputers werden besonders bei der Erfassung der sehr komplexen
und umfangreichen Sachdaten ersichtlich. So spielt z. B. beim Aufbau bzw. Fortführung
des Alleenkatasters die Erfassung des Raumbezugs erfahrungsgemäß eine untergeordnete
Rolle. Die einzelnen Abschnitte bzw. die Einzelbäume entlang der Straße können sowohl
mit einem einfachen Handheld-Empfänger als auch mit einem Messrad ohne Komplikatio-
nen stationiert werden. Der Umfang der zu erfassenden thematischen Informationen ist da-
gegen beträchtlich, da etwa 20 verschiedene Informationen bei der üblichen Felderfassung
festgestellt werden müssen. Bei der handschriftlichen Sachdatenerfassung müssen diese In-
formationen später im Büro über die Tastatur eingegeben werden. Eine erhebliche Arbeits-
beschleunigung bei der mobilen Erfassung ergibt sich erst durch den Einsatz eines Feld-
computers und vorbereiteten Eingabemasken. Eine erhöhte Wirtschaftlichkeit ergibt sich
dabei aus geringerer Nachbearbeitung im Büro und durch die Reduzierung von auf-
wändigen Nachmessungen.
5 Fallbeispiele
Obwohl es sich beim Einsatz der Hadheld-GPS-Empfänger in vielen Anwendungsbereich-
en z. Zt. meistens um Pilotprojekte handelt, die noch weit vom geplanten Ausbauzustand
entfernt sind, wurde die prinzipielle Vorgehensweise vielfach im breiten Anwendungs-
spektrum gezeigt (Resnik 2002). Die mobile Geodatenerfassung mit den Handheld-GPS-
Empfängern bereits als sinnvolle Ergänzung der anderen Technologien im Rahmen des
Vorhabens ATKIS sowie beim Aufbau der Landschaftsinformationssysteme eingesetzt. In
Forst- und Landwirtschaft wurde durch mobilen GIS-Einsatz vielfach eine verbesserte
räumliche Planung des Maschinen- und Personaleinsatzes und die präzise Dokumentation
langfristiger Maßnahmen erreicht. Ebenfalls bei Versorgungsunternehmen findet diese
schnelle, relativ einfache und zuverlässige Erfassungstechnologie immer breitereMobile Geodatenerfassung mit Handheld-GPS-Empfängern 9
Verwendung. In Rahmen von verschiedenen Pilotprojekten im Bereich des Katastrophen-
managements dienen mobile GIS als Notiz und Skizzenbücher zur Schadensbeschreibung.
Die mobile Geodatenerfassung mit Handheld-GPS-Empfängern in Kombination mit der
Luftbildauswertung bildet z. B. eine optimale Basis für die derzeit bei verschiedenen kom-
munalen Verwaltungen im Aufbau befindlichen Grünflächen-Informationssysteme (Abbil-
dung 7). In einem GIS dieser Art ist jede zu erfassende Fläche als ein Kostenträger in der
Form von Pflegeeinheiten mit bestimmten Haushaltskennziffern zu betrachten. Da für das
zuständige Vermessungsamt bei der Flächenabgrenzung dagegen die Anwendungen und
Besitzverhältnisse in Vordergrund stehen, können die vorhandenen amtlichen Datenbestän-
de (z. B. ALK- oder ATKIS-Daten) nicht ohne weiteres für diese Zwecke eingesetzt wer-
den. Könnten bei der Geodatenerfassung vorhandene analoge Pläne der entsprechenden
Verwaltungseinheiten durch Digitalisierung übernommen werden, würden die Kosten nur
einen Bruchteil im Vergleich zu einer Vermessung vor Ort betragen. Da man jedoch früher
meistens darauf verzichtete, die Geometrie der Pflegeeinheiten zu erfassen, stehen z. Zt.
lediglich alphanumerische Daten zur Verfügung. Somit fehlt für den Aufbau des geplanten
Grünflächen-Informationssystems die notwendige und aktuelle Datenbasis. Die erheblichen
Investitionskosten bei einer flächendeckenden Neuerfassung bilden einen Engpass bei der
Realisierung von derartigen Vorhaben, sind jedoch absolut unvermeidbar.
Luftbildauswertung Feldvergleich mit Feldvergleich mit Feldvergleich mit ei-
einem konventionel- einem GPS-System nem GPS-System und
len Ausrüstung und Datenlogger Feldcomputer
Abb. 7: Geodatenerfassung bei Erstellung von Grünflächen-Informationssystemen
Die höchste Genauigkeit bei der Neuerfassung bietet die vermessungstechnische terrestri-
sche Aufnahme, allerdings auch zu den mit Abstand höchsten Kosten. Da es ohnehin kaum
möglich ist, die Grenze z.B. einer Strauchpflanzung auf den Zentimeter genau zu bestim-
men, kommt es bei der Geodatenerfassung nicht auf hohe geometrische Genauigkeit an,
sondern eher auf die inhaltliche Differenzierung der Daten. Vor diesem Hintergrund wird
bei der Datenerfassung meistens der Luftbildvermessung der Vorzug gegeben. Die bereits
gesammelten Erfahrungen zeigen allerdings, dass das Verfahren keine allumfassende Pro-
blemlösung für eine solch komplexe Aufgabe darstellen kann. Da die Luftbilder durch die
perspektivische Verzerrung und Schatten unsichtbare Bereiche und je nach Alter der10 W. Korth und B. Resnik Luftbilder bestimmte Unterschiede zum tatsächlichen Zustand der Grünflächen aufweisen, scheint vielmehr erst die gezielte Kombination mit den terrestrischen GPS-Messungen mit oder auch ohne Feldcomputer eine effektive und somit kostengünstige Arbeit zu ermöglichen. Literatur 1. Resnik, B.: Praktische Untersuchungen zur Genauigkeit und Zuverlässigkeit der mobi- len Geodatenerfassung mit Freihandmesssystemen. AVN - Allgemeine Vermessungs- Nachrichten, Heft 7, S. 246 - 253, Heidelberg, 2001. 2. Resnik, B.: Mobile Geodatenerfassung im kommunalen Umfeld. In: Bill, R. etc. (Hrsg) Geo-Informationssysteme im kommunalen Umfeld. Wichmann Verlag, S. 331 - 344, Heidelberg, 2002. 3. Resnik, B.: Praktische Untersuchungen zur Genauigkeit von Flächenermittlungen mit Handheld-GPS-Empfängern. AVN - Allgemeine Vermessungs-Nachrichten, Heft 10, S. 346 - 351, Heidelberg, 2002. 4. Kossert, G. & P. Suhrbier: Untersuchungen zum Einsatz von GPS-Code Empfängern im Wald. Diplomarbeit, TFH-Berlin, 2003. 5. Jackisch, M. & M. Naumann: Untersuchungen zum Einsatz des GPS-Einsatzes für GIS- Anwendungen in der Forst. Diplomarbeit, TFH-Berlin, 2001.
Sie können auch lesen
