Beate Metzler

Untersuchungen zur Arbeitsweise und Genauigkeit eines automatischen Tiefenlotmesssystems

Die Aufnahmemethoden im Vermessungswesen werden immer stärker durch die automatische Datenerfassung und Weiterverarbeitung optimiert. Ein Spezialgebiet ist die weitgehend automatische Aufnahme des Untergrunds von Seen und Talsperren, sowie von Gewässern, die nicht schiffbar sind und daher von den zuständigen Dienststellen des Bundes und der Länder vermessungstechnisch nicht betreut werden. Stellvertretend seien an dieser Stelle die Baggerseen, Kiesgruben und die nach dem Braunkohlentagebau rekultivierten Flächen mit einer Vielzahl neu entstandener Seen genannt.
Die im Rahmen der Sanierungsarbeiten stattfindenden Flutungsprozesse, Sprengungen und Baggerarbeiten in Tagebaurestlöchern können zu Veränderungen im Untergrund führen. Plötzlich auftretende Rutschungen, Senkungen und schlimmstenfalls damit verbundene Flutwellen stellen eine Gefahr für jede Person dar, die sich auf bzw. direkt am Wasser befindet. Es ist daher aus sicherheitstechnischen Gründen verboten, bestimmte Tagebauseen oder Teile davon bemannt zu befahren und zu vermessenäus diesem Grund wurde im Rahmen eines Forschungsprojektes von der Firma eta-AG ein funkferngesteuertes automatisches Tiefenlotmesssystem entwickelt, welches ein unbemanntes Befahren des Gewässers ermöglicht und Probenentnahmen, Tiefenlotung und Positionierung von Land aus steuert.
Im Rahmen der Diplomarbeit fanden Untersuchungen zum Einsatz der Kombinationen Geodimeter/Zweifrequenzecholot und GPS-RTK/Zweifrequenzecholot sowie der Kombination beider Ortungssysteme statt. An Hand der Messwerte erfolgte eine Genauigkeitsbetrachtung, die sich primär auf die erreichbaren Genauigkeitender Lagekomponenten der Sonarergebnisse bezieht. Die Auswertung der relativen Lagegenauigkeit von GPS- und Tachymetermessung erfolgte nach verschiedenen Methoden:
1. statische Messung im RTK- bzw. zielverfolgenden Modus
2. Auswertung der Koordinaten über die Zeit (X(t), Y(t))
3. kürzester Abstand zwischen GPS- und Tachymeterkurve als Wert für die mittlere Lageabweichung
4. Bestimmung der mittleren Lageabweichung aus dem Flächeninhalt zwischen beiden Kurven und der mittleren Streckenlänge
5. Bestimmung des mittleren Positionsfehlers der Tachymeterkoordinaten auf Grund der nicht synchronen Winkel- und Streckenmessung und der Fahrtgeschwindigkeit
Die statische Positionierung ergab für beide Systeme eine Lagestandardabweichung aus den Einzelmessungen von +/-1 cm. Es ist zu erwarten, dass sich die Genauigkeit der GPS-Messung im Gegensatz zur Polarortung mit zunehmender Entfernung von der Referenzstation und auf Grund der Bewegung nicht verschlechtertäuf dieser Grundlage wurden die GPS-Koordinaten für die weitere Vermessung als Soll-Koordinaten herangezogen und die Abweichungen entsprechen einer relativen Lagegenauigkeit zwischen beiden Ortungssystemen. Die Auswertung über die Zeit ergab f ür die kinematischen Messungen sehr hohe, unrealistische Beträge für die Abweichunbgen, weshalb dieses Verfahren nicht weiter vertieft wurde.
Die Auswertung nach Punkt 3 und 4 ergab eine mittlere relative Lagegenauigkeit zwischen GPS- und Tachymeterortung von +/-16 cm. Dieser Betrag beruht hauptsächlich auf dem Positionsfehler der Tachymeterkoordinaten, der sich aus der Bewegungsgeschwindigkeit des Schwimmkörpers und der zeitlichen Verzögerung zwischen Winkel- und Streckenmessung berechnet. Der Positionsfehler erklärt auch die hohen Beträge der Abweichungen aus der Auswertung nach der Zeit. Die Koordinaten setzen sich danach aus den zu verschiede-nen Zeitpunkten gemessenen Strecken und Winkeln zusammen und entsprechen somit nicht dem angegebenen Messzeitpunkt.
Im Zusammenhang mit der Genauigkeit der Tiefenlotung von +/-10 cm und einer Interpolation der Koordinaten in ein 10x10 bzw. 20x20m-Raster und des damit ohnehin verbundenen Genauigkeitsverlustes ist ein Einsatz des zielverfolgenden Tachymeters zu vertreten. Durch die Implementierung eines Korrekturmodells zur Berücksichtigung der zeitlichen Verzögerung oder durch den Einsatz eines Tachymeters mit (annähernd) synchroner Winkel- und Streckenmessung können Ortung durch Zielverfolgung und Ortung durch GPS als gleichwertig betrachtet werden.
Unter den gegebenen Bedingungen ist jedoch für eine Positionierung mit dem Ziel höchster Genauigkeit die Positionierung mittels GPS-RTK der Zielverfolgung durch das Geodimeter vorzuziehen, zumal diese eine höhere Flexibilität hinsichtlich Vorbereitung und Messbedingung besitzt (direkte Sichtverbindung nicht zwingend, größere Reichweiten möglich, wetterunabhängig).