Artikel Gerhard Mercator
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Tag der Geodäsie: 5. März 2012<br />
<strong>Gerhard</strong> <strong>Mercator</strong><br />
Kurzfassung<br />
<strong>Gerhard</strong> De Kremer, besser bekannt unter seinem latinisierten Namen <strong>Mercator</strong>, gilt als Begründer<br />
der Zylinderprojektion und damit auch als Vater des österreichischen Kartenwerks, das für die Abbildung<br />
des österreichischen Grundstückskatasters die transversale Zylinderprojektion verwendet wird.<br />
Der für die Abbildung verwendete Zylinder berührt die Erdkugel entlang eines Großkreises vom Nord-<br />
zum Südpol. Dieser Zylinder wird jeweils um 3° weiter gerückt und definiert die Meridianstreifen<br />
M28, M31 und M34 von Ferro. Der Bezugspunkt Ferro, auf den Kanarischen Inseln, liegt (gerundet)<br />
17° 40‘ westlich des Nullmeridians Greenwich in London.<br />
Diese Projektionsart wird auch Gauss-Krüger-Projektion genannt, bei der ein jeweils nur wenige Grad<br />
breiter Streifen, - in Österreich 3° -, auf die Zylinderfläche projiziert wird. Am Bezugsmeridian ist die<br />
Projektion verzerrungsfrei. Um die Verzerrungen klein zu halten, sind die Breiten der Projektionsbereiche<br />
auf 3° beschränkt.<br />
Allgemeines<br />
<strong>Gerhard</strong> <strong>Mercator</strong>, eigentlich <strong>Gerhard</strong> De Kremer, wurde am 05.03.1512 in Rupelmonde, in der Grafschaft<br />
Flandern, geboren. Er starb am 2.12.1594, im Alter von 82 Jahren, in Duisburg. Er war ein<br />
großartiger Mathematiker und begründete als Kartograph die Zylinderprojektion, die in vielen Ländern,<br />
so auch in Österreich, als transversale Zylinderprojektion zur Abbildung des Österreichischen<br />
Katasters in Verwendung steht.<br />
Kupferstich von Frans Hogenberg, 1574<br />
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Tag der Geodäsie: 5. März 2012<br />
Das Berufsleben <strong>Mercator</strong>s:<br />
Ab 1530 studierte <strong>Mercator</strong> an der Universität Löwen, wo er 1532 zum Magister artium promovierte<br />
und widmete sich anschließend dem Studium der Theologie, Philosophie und Mathematik mit deren<br />
praktischen Anwendungen bezüglich der Erfassung und Abbildung der Erde mit Karten und Globen.<br />
Die erste Karte „Amplissima Terrae Sanctae descriptio ad utriusque Testamenti intelligentiam“ schuf<br />
er im Jahr 1537. Die erste Weltkarte entstand 1538. Im Jahr 1541<br />
schuf <strong>Mercator</strong> seinen ersten Globus, der in großer Stückzahl<br />
verkauft wurde. 1551 entwarf er den ersten komplementären<br />
Himmelsglobus.<br />
1551 wurde <strong>Mercator</strong> an die neue Universität Duisburg als Professor<br />
für Kosmographie berufen. Von 1559 bis 1562 war er Professor<br />
für Mathematik und Kosmographie am Akademischen<br />
Gymnasium in Duisburg. Seine große Weltkarte „Nova et aucta<br />
orbis terrae descriptio ad usum navigantium“ entstand 1569 und<br />
verlieh ihm Weltruhm, denn die von <strong>Mercator</strong> entwickelte winkeltreue<br />
Projektion hat bis heute im Vermessungswesen, in der See-<br />
und Luftfahrt Gültigkeit.<br />
Neben seinem Wirken als Mathematiker und Kartograph ist auch<br />
auf sein bedeutsames Schaffen auf dem Gebiet der Theologie und<br />
Philosophie hinzuweisen.<br />
Viele seiner Werke sind heute im Kultur- und Stadthistorischen<br />
Museum der Stadt Duisburg zu besichtigen.<br />
<strong>Gerhard</strong> De <strong>Mercator</strong> war verheiratet mit Barbe Schellekens und hatte mit ihr sechs Kinder.<br />
Gerardus <strong>Mercator</strong>, Brüssel, Grand Sablon<br />
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Tag der Geodäsie: 5. März 2012<br />
Etwas Theorie - Wissenswertes zu Kartenprojektionen 1<br />
Kartenprojektionen versuchen die Oberfläche der Erde oder einen Teil davon auf einer ebenen Fläche<br />
abzubilden. Aufgrund der Krümmung der Erde ist diese Verebnung nur mit Einschränkungen<br />
möglich. Zum Verständnis: Auch die Schale eines Balls oder einer Orange lässt sich nicht einfach flach<br />
auf einem Tisch ausbreiten. Die Oberfläche einer Kugel wird immer auf irgendeine Art auf eine Ebene<br />
projiziert um sie abbilden zu können.<br />
Durch diesen Abbildungsprozess kommt es zu Verfälschungen der Konformität, der Entfernungen,<br />
der Richtung und/oder des Maßstabs. Manche Projektionen minimieren einige dieser Fehler auf Kosten<br />
anderer. Andere versuchen alle diese Eigenschaften nur mäßig zu verfälschen. Dies wird natürlich<br />
umso gravierender, je größer das Gebiet ist, über das sich die Karte erstreckt. Nachfolgend werden<br />
einige Eigenschaften aufgezählt, die Karten haben können. Man muss sich aber bewusst sein, dass<br />
bestenfalls ein Globus alle diese Eigenschaften auf einmal haben kann.<br />
Gleichförmig (konform)<br />
Man bezeichnet eine Kartenprojektion als gleichförmig, wenn der Maßstab an jedem Punkt der Karte<br />
in jeder Richtung identisch ist. Der Maßstab kann dann allerdings nicht überall der gleiche sein. Meridiane<br />
(Längengrade) und Parallele zum Äquator (Breitengrade) schneiden sich in rechten Winkeln.<br />
Formen bleiben auf gleichförmigen Karten lokal erhalten. Eine Karte kann nicht gleichzeitig formengetreu<br />
und flächengetreu sein.<br />
Entfernungstreu (äquidistant)<br />
Eine Karte wird als äquidistant bezeichnet, wenn sie Entfernungen vom Zentrum der Karte genauso<br />
wiedergibt, wie alle anderen Entfernungen auf der Karte. Unter äquidistant wird manchmal auch<br />
verstanden, wenn die Abstände im Netz der Längen- und Breitengrade auf der Karte gleich sind.<br />
Richtungstreu<br />
Eine Karte ist richtungstreu, wenn die Azimute (Winkel von einem Punkt auf einer Linie zu einem<br />
anderen Punkt) in allen Richtungen korrekt wiedergegeben werden. Eine <strong>Mercator</strong>karte ist richtungstreu.<br />
Maßstabstreu<br />
Eine Karte ist maßstabsgetreu, wenn das Verhältnis zwischen einer Entfernung auf der Karte und der<br />
gleichen Entfernung auf der Erde überall auf der Karte das Gleiche ist.<br />
Flächentreu<br />
Eine Karte ist flächentreu, wenn sie Flächen so darstellt, dass alle Flächen auf der Karte das gleiche<br />
Verhältnis zu den Flächen auf der Erde haben, die sie darstellen. Zur Flächentreue sei folgendes interessantes<br />
Beispiel gezeigt: Afrika hat als einer der größten Kontinente (zweitgrößter nach Asien) eine<br />
Fläche von 29 800 000 km², Grönland als größte Insel der Erde nur 2 175 600 km² (also eine Fläche<br />
die um das 13,7 fache kleiner ist). Auf einer Karte in <strong>Mercator</strong> Projektion sieht Grönland ebenso groß<br />
aus wie Afrika.<br />
Zylinderprojektionen<br />
Alle zylindrischen Projektionen kommen dadurch zustande, dass eine Kugelfläche auf einen Zylinder<br />
projiziert wird. Bei der tangentialen Zylinderprojektion berührt der Zylinder die Kugel an einem Großkreis<br />
(z.B. Äquator, Meridian). Die Projektion entsteht dadurch, dass eine Lichtquelle im Zentrum der<br />
Erdkugel die Kontinente auf der Zylinderoberfläche abbildet. Diese Projektion wird häufig (leider<br />
fälschlich) als <strong>Mercator</strong>projektion bezeichnet. Man muss bei der <strong>Mercator</strong>projektion dafür sorgen,<br />
dass der Maßstab in Nord-Süd-Richtung an jedem Punkt der gleiche ist wie in Ost-West-Richtung. Der<br />
Maßstab ändert sich bei der <strong>Mercator</strong>-Projektion also zwar vom Äquator her nach oben und unten<br />
1 Quelle: kowoma.de<br />
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Tag der Geodäsie: 5. März 2012<br />
kontinuierlich, ist aber für jeden Punkt in Horizontal- und Vertikalrichtung gleich. Dadurch ist die<br />
<strong>Mercator</strong>projektion keine physikalisch nachvollziehbare Projektion mehr, sondern nur mathematisch<br />
zu erzeugen. Von Edward Wright, der die <strong>Mercator</strong>projektion 30 Jahre nach <strong>Mercator</strong> (1599) nochmals<br />
veröffentlicht hat, gibt es wohl folgende Erklärung, wie man sich die Projektion vorzustellen hat:<br />
Man stellt sich die Erde als Luftballon vor und steckt diesen Luftballon in einen Glaszylinder, so dass<br />
der Äquator genau die Wand berührt. Jetzt pumpt man den Ballon auf. Die Bereiche weiter zu den<br />
Polen müssen stärker aufgepumpt werden, um die Zylinderwand zu berühren und somit verändert<br />
sich dort der Maßstab kontinuierlich und in beide Richtungen.<br />
Wie die <strong>Mercator</strong>-Karte konstruiert wird, verdeutlicht nachfolgende Grafik. Zur Verdeutlichung werden<br />
auf einer Kugel zwei Kreise eingezeichnet. Der erste Kreis bei 0°, also am Äquator, der zweite<br />
Kreis bei 60°. Wickelt man nun die Kugeloberfläche ab, so entstehen Zweiecke, die sich am Äquator<br />
berühren und nach oben hin immer weiter auseinanderlaufen. Skaliert man nun die Flächen so, dass<br />
keine Lücken mehr vorhanden sind, was für eine Karte durchaus nützlich ist, sieht man, dass der obere<br />
Kreis verzerrt wurde. Durch die Dehnung in x-Richtung wurde daraus eine Ellipse. Im letzten Schritt<br />
wird die Karte nun so gedehnt, dass alle Kreise wieder Kreise sind. Damit nehmen die Abstände zwischen<br />
den Breitengraden nach Norden und Süden hin zu. Diese starke Verzerrung führt auch dazu,<br />
dass <strong>Mercator</strong>karten nur bis 60° oder 70° Nord oder Süd reichen, die Polbereiche können so nicht<br />
dargestellt werden.<br />
Prinzipskizze der <strong>Mercator</strong>projektion<br />
<strong>Mercator</strong> Projektion (Quelle)<br />
<strong>Gerhard</strong> Kremer genannt <strong>Mercator</strong>, stellte die nach Ihm benannte Projektion 1569 das erste mal in<br />
Duisburg vor. Der große Vorteil der <strong>Mercator</strong>projektion ist, dass sie richtungstreu bzw. winkeltreu ist,<br />
Loxodrome (Kursgleichen; Linien mit konstanter Richtung) werden immer als Geraden wiedergegeben.<br />
Großkreise hingegen werden (mit Ausnahme des Äquators) als gekrümmte Linien wiedergegeben.<br />
Ein entscheidender Nachteil der <strong>Mercator</strong>projektion ist die extrem starke Größenverzerrung zu<br />
den Polen hin.<br />
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Tag der Geodäsie: 5. März 2012<br />
Plate Carée Projektion (Quelle)<br />
Ähnlich der <strong>Mercator</strong>projektion ist die äquidistante zylindrische Projektion. Hier wird die Projektion<br />
mathematisch so korrigiert, dass die Abstände der Breitengrade gleich sind. Diese Projektion ist daher<br />
auch unter dem Namen "Plate Carée" bekannt. Die Projektion ist beispielsweise an der Wand der<br />
NASA Mission Control (Apollo Missionen) zu sehen. In dieser Projektion werden die Gebiete Nahe der<br />
Pole nur in Ost-West-Richtung gedehnt und sind damit weniger verzerrt als bei der <strong>Mercator</strong>-<br />
Projektion.<br />
NASA control center (Quelle: NASA)<br />
Alle Meridiane (Längengrade) und Breitengrade sind gerade Linien.<br />
Eine weitere Variante der Zylinderprojektionen ist, dass der Zylinder die Kugel nicht in einem Großkreis<br />
sondern in zwei Kleinkreisen schneidet, der Radius des Zylinders also kleiner ist, als der der Kugel.<br />
Transversale Zylinderprojektion<br />
Für eine Zylinderprojektion muss der Zylinder die Kugel nicht am Äquator berühren. Es sind auch<br />
schiefwinklige Projektionen möglich. Wird der Zylinder gegenüber der Kugel um 90° gedreht, so gelangt<br />
man zur transversalen Zylinderprojektion. Im Bild die transversale <strong>Mercator</strong>projektion. Diese<br />
Projektionsart wird auch Gauss-Krüger-Projektion genannt. Viele bekannte Koordinatensysteme für<br />
Karten (Grids) verwenden diese Projektion. So das UTM-System, Gauß-Krüger (German Grid), British<br />
Grid, Irish Grid, Finnish Grid, Swedish Grid, Taiwan Grid und auch das Österreichische Landessystem.<br />
Für die Verwendung dieser Projektion auf Karten wird nicht von einer Lichtquelle in der Kugelmitte<br />
ausgehend alles projiziert sondern ein jeweils nur wenige Grad breiter schmaler Streifen (in Österreich<br />
3°). Die Meridiane, an denen sich Kugel und Zylinder berühren, nennt man Bezugsmeridiane (in<br />
Österreich M28, M31, M34 östlich von Ferro). Jeder der Streifen besitzt einen Bezugsmeridian, an<br />
dem die Projektion verzerrungsfrei ist. Dadurch, dass die Streifen nur sehr schmal sind, lassen sich<br />
die Verzerrungen minimieren.<br />
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Tag der Geodäsie: 5. März 2012<br />
Neben der Zylinderprojektion sind auch die Azimutale und die Kegelprojektion in Verwendung.<br />
Etwas zum Sprachgebrauch der Berufsbezeichnung<br />
(Zitat) Es ist über 20 Jahre her, da hat der frühere Chef der Hamburger Vermessungsverwaltung, Erster<br />
Baudirektor Dipl.-Ing. Harry Pahl, eine Philippika geritten gegen die oberflächliche Verwendung<br />
der Bezeichnung des „Vermessers“ für unseren Berufsstand, an die wir hier gerne wieder erinnern:<br />
„Wenn Geodäten die Darstellung ihrer durch Informations- und Bildverarbeitung entscheidend veränderten<br />
Wirkungsfelder auch heute immer noch sehr vernachlässigen, dann muss jeder einzelne als<br />
Persönlichkeit etwas dagegen tun. Wenn aber Geodäten – und ihnen nachplappernd andere Berufsgruppen<br />
– von „Vermessern“ sprechen, dann ist das schlichtes Unvermögen zur Einschätzung von<br />
Wert und Wirkung eines Wortes. Ich bekenne mich jederzeit gerne zum Landmesser, Geometer,<br />
Vermessungstechniker, Vermessungsingenieur oder umfassend zum Geodäten, aber: Vermesser …<br />
dieser Begriff ist sprachlich unrichtig, vom Inhalt unnötig und daher so schnell und so radikal wie<br />
möglich zu tilgen! Es ist schon verwirrend genug, wenn das Verb „vermessen“ zwar für unsere vornehmliche<br />
Tätigkeit steht (stand…), in der reflexen Form sowohl eine fehlerhafte Vermessung (sich<br />
vermessen) als auch eine anmaßende Haltung (sich zu viel zutrauen) beschreiben kann. Hilfsweise<br />
sollte man es als Adverb benutzen, um vermessen (kühn, dreist) genug zu sein, der eingerissenen<br />
Sprachverfälschung für die Bezeichnung eines Berufsstandes entgegenzutreten.“<br />
Was ist Geodäsie 2<br />
Geodäsie ist die Wissenschaft von der Vermessung und Aufteilung der Erde - in Flächen, Punkte,<br />
Markierungen. Damit wir als Bewohner wissen, wo unser Haus steht, wie weit es bis nach China und<br />
wie groß Grönland ist - und noch vieles mehr.<br />
Geodäten sind Wissenschaftler, die unsere Erde und das erdnahe Weltall erkunden, vermessen und<br />
anschließend grafisch darstellen. Aus ihren Daten entstehen Stadtpläne, Land- und Seekarten, 3D-<br />
Visualisierungen und ganze Navigationssysteme.<br />
Google Maps, OpenStreetMap und 3D-Modelle - all das basiert auf der Arbeit von Geodäten. Routenplaner<br />
im Internet, Geocaching mit GPS oder das Navigationssystem fürs Auto - wären ohne Geodäten<br />
undenkbar.<br />
Geodäten helfen mit, Katastrophen wie Überschwemmungen, Erdbeben oder Tsunamis vorherzusagen<br />
und so größere Schäden zu vermeiden. Sie arbeiten nach Verbrechen an Tatorten, wenn die Spuren<br />
der Täter ausgewertet werden müssen. Und sie sind daran beteiligt, durch Crashtests die Sicherheit<br />
von Fahrzeugen zu überprüfen.<br />
Das sind nur einige der spannenden Aufgaben, für die Geodäten gebraucht werden. Das könnte ein<br />
Beruf für dich sein? Dann erfährst du auf diesen Seiten, wie du ein Geodät werden kannst, was du<br />
dafür für Voraussetzungen brauchst und welche spannenden Projekte anschließend weltweit auf<br />
dich warten!<br />
2 Quelle: www.arbeitsplatz-erde.de<br />
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Tag der Geodäsie: 5. März 2012<br />
Aus Praxis und Alltag<br />
Laserscanning<br />
Tatort-Rekonstruktion mit modernen Vermessungsgeräten<br />
Laserscanner sind aus der modernen Tatort-Rekonstruktion nicht mehr wegzudenken. Die Technologie<br />
aus Hollywoodserien wie "CSI Miami" entspricht weitgehend dem heutigen kriminalistischen Alltag.<br />
Das Bundeskriminalamt und praktisch alle<br />
Landeskriminalämter in Deutschland setzen<br />
heute schon routinemäßig Laserscanner zur<br />
Rekonstruktion von Gewaltverbrechen und<br />
Verkehrsunfällen ein. Seit vielen Jahrzehnten<br />
werden Tatorte mit technischwissenschaftlichen<br />
Methoden erfasst und<br />
dokumentiert. Das Hauptziel ist nahe liegend:<br />
eine möglichst lückenlose und hypothesenfreie<br />
Rekonstruktion des Tathergangs.<br />
Zur Erfassung der Geometrie wurden früher<br />
primitive Werkzeuge wie Zollstöcke und<br />
Messbänder genutzt. Heute kommen die modernsten Messsysteme des Geodäten auch in der Kriminalistik<br />
zum Einsatz: Tachymeter, GNSS-Empfänger, Digitalkameras und vor allem terrestrische Laserscanner.<br />
Letztere bieten den großen Vorteil der schnellen und sehr detailreichen Erfassung komplexer<br />
Tatortszenen. Besonders wichtig dabei ist, dass das gesamte Verfahren berührungslos arbeitet<br />
und somit der Tatort selbst unverändert bleibt.<br />
Vermessungsspezialisten der Landeskriminalämter<br />
rekonstruieren im Anschluss an<br />
die Datenerfassung den Tathergang am<br />
Computer. So sind z.B. bei Schusswaffendelikten<br />
die Orte von großer Bedeutung, von<br />
denen aus die Schüsse abgegeben wurden.<br />
Endergebnisse sind CAD-Zeichnungen, perspektivisch-korrekte<br />
Ansichten oder 3D-<br />
Animationen, welche der Staatsanwaltschaft<br />
und dem Richter als wichtiges Beweismaterial<br />
zur Verfügung gestellt werden.<br />
Nahbereichsphotogrammetrie<br />
Müssen Gebäude, Kunstbauten, Felswände, Maschinen, Skulpturen und andere dreidimensionale<br />
Objekte geplant, berechnet oder dokumentiert werden, spielen die Geodäten eine tragende Rolle.<br />
Ihre 3D-Messverfahren sind unter anderem die Grundlage für Baubestandsaufnahmen, Fassadenpläne<br />
und den Denkmalschutz.<br />
Die Nahbereichsphotogrammetrie befasst sich mit Objekten in einem Größenbereich von wenigen<br />
Zentimetern bis zu rund 100 Metern. Es werden beliebige Aufnahmepositionen verwendet, wie sie<br />
entstehen, wenn man ein Objekt mit einer Handkamera aus mehreren Richtungen fotografiert. Häufig<br />
kommen auch Hebebühnen oder Teleskopmasten zum Einsatz, um die Objekte möglichst lückenlos<br />
zu dokumentieren. In der Regel benutzt man dazu heute hochauflösende Digitalkameras.<br />
Das Fachgebiet der Nahbereichsphotogrammetrie hat in den letzten Jahren durch den zunehmenden<br />
Einsatz der digitalen Bildaufnahme- und Verarbeitungstechnik an Bedeutung gewonnen und sich vor<br />
allem im industriellen Umfeld zu einem anerkannten und leistungsfähigen 3D-Messverfahren entwickelt.<br />
Die in vielen Teilen automatisierte Auswertung digitaler Messbilder erlaubt, häufig in Kombina-<br />
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Tag der Geodäsie: 5. März 2012<br />
tion mit CAD-Techniken, die wirtschaftliche und genaue Erfassung beliebiger dreidimensionaler Objekte.<br />
Die häufigsten Anwendungsfelder der Nahbereichsphotogrammetrie sind die industrielle Messtechnik,<br />
Medizin und Biomechanik sowie die Unfallaufnahme. In der Architektur und Archäologie nutzt<br />
man die Nahbereichsphotogrammetrie für die Bauaufnahme, also zur Dokumentation von Objekten<br />
als Grundlage von Umbauten und denkmalpflegerischen Maßnahmen.<br />
Ein wichtiges Nebenprodukt der Nahbereichsphotogrammetrie sind entzerrte Fotografien. Das sind<br />
Fotografien von nahezu ebenen Objekten wie Gebäudefassaden, die so auf eine Fläche projiziert<br />
werden, dass die Abstände im Bild über einen einfachen Maßstab in metrische Längen und Abstände<br />
umgerechnet werden können.<br />
In jüngster Zeit hat auch die moderne Kinematographie Techniken aus der Photogrammetrie übernommen.<br />
Im Film Fight Club wurden mit dieser Technik interessante Kamerafahrten ermöglicht.<br />
Überwachungsmessungen<br />
Damit alles in seiner Form bleibt<br />
Hochhäuser, Brückenbauwerke, Stauanlagen, Türme, Verkehrsanlagen, Maschinen- und Industrieanlagen<br />
teilen ebenso wie Hänge, Gletscher oder auch die Erdkruste ein gemeinsames Merkmal: Sie<br />
unterliegen im Laufe der Zeit Verschiebungen und Verformungen, die zu einem massiven Sicherheitsrisiko<br />
werden können (zB. Schiefer Turm in Pisa).<br />
Werden Beurteilungen zur Funktions- oder Standsicherheit eines<br />
Ingenieurbauwerkes oder eines natürlichen Objektes gefordert,<br />
sind geodätische Überwachungsmessungen unerlässlich. Bevor<br />
eine Staumauer gänzlich versagt, zeigen sich kleinste geometrische<br />
Veränderungen. Diese aufzudecken und zu interpretieren ist<br />
das Ziel von Überwachungsmessungen, denn nur so können<br />
rechtzeitig Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Die hierbei zur<br />
Auswertung zur Verfügung stehenden Methoden, Messtechniken<br />
und Modelle sind vielfältig und orientieren sich am jeweiligen<br />
Messobjekt. Wird beispielsweise periodisch die Standsicherheit<br />
von Brücken überprüft, messen und beurteilen Geodäten die<br />
Aus- und Wechselwirkungen von Verkehrslast, Temperaturänderungen<br />
sowie wechselnden Wasserständen - falls die Brücke im<br />
Wasser steht.<br />
Tunnelbau<br />
Von zwei Seiten auf einen Punkt zielen<br />
Tunnelbauten sind aus dem heutigen Verkehrs- und Transportwesen nicht mehr wegzudenken. Allgegenwärtig<br />
und vielfältig (Bergtunnel, Meerestunnel, Städtetunnel, Bergbautunnel) gehören einige<br />
von ihnen zu den imposantesten Bauwerken der Moderne.<br />
Der Tunnelbau ist ein interdisziplinäres Bauvorhaben. Er verlangt neben dem Einsatz von Bauingenieuren,<br />
Geologen, Ökologen, Städtebauern etc. vor allem auch die Beteiligung von Vermessungsingenieuren.<br />
Ihre Aufgabe besteht darin, eine am Reißbrett geplante Streckenführung genau auf die spätere<br />
unterirdische Tunnelführung zu übertragen. Sie bedienen sich dabei modernster Vermessungstechniken<br />
und visualisieren und verwalten die gewonnenen Daten in Geoinformationssystemen.<br />
Aktuellstes und prominentestes Projekt ist in Europa der St. Gotthard Tunnel, der mit 57 km der<br />
längste Eisenbahntunnel der Welt werden wird. In Österreich ist der Koralmtunnel zu nennen, der<br />
immerhin eine Länge von 32,5 km haben wird.<br />
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Tag der Geodäsie: 5. März 2012<br />
Die Vermessungsingenieure haben zunächst oberirdische<br />
Koordinatenfixpunkte geschaffen, um anhand<br />
dieser dreidimensionale Koordinaten unter<br />
der Erdoberfläche zu bestimmen. Somit ist eine<br />
genaue Ausrichtung der Tunnelbohrmaschinen<br />
möglich.<br />
Da die Strecke aufgrund ihrer besonderen geologischen<br />
und geographischen Beschaffenheit nicht<br />
ganz gerade verlaufen kann, muss die Vortriebsrichtung<br />
der Tunnelbohrmaschinen im Abstand weniger<br />
Meter ständig neu berechnet werden und der Laserstrahl,<br />
der die ermittelte Vortriebsrichtung<br />
sichtbar macht, neu eingestellt bzw. ausgerichtet werden. Jede dieser aktuellen Neuberechnungen<br />
orientiert sich an der jeweils letzten Position der Tunnelbohrmaschine.<br />
Forensik<br />
Den Tätern auf die Spur kommen<br />
Moderne 3D-Vermessungs- und Dokumentationsverfahren haben vor allem in der Schweiz in den<br />
letzten Jahren im Bereich Rechtsmedizin und Polizei Einzug in die forensische Arbeit gehalten und<br />
gewinnen mehr und mehr an Bedeutung. Digitale Photogrammetrie, Streifenlichttopometrie und<br />
Laserscanning dienen der Sicherstellung von Beweismaterial, im Sinne einer digitalen Asservierung,<br />
und sie liefern als Ergebnis 3D-Datensätze, die Grundlage für anschließende forensische Abklärungen<br />
und Rekonstruktionen sind.<br />
Die Rechtsmedizin hat die Aufgabe, medizinische<br />
Befunde von Lebenden und Verstorbenen für die<br />
Organe der Rechtspflege wissenschaftlich und verständlich<br />
zu dokumentieren, zu analysieren und zu<br />
erläutern. Die forensische Molekulargenetik (DNA)<br />
und forensische Chemie/Toxikologie haben dabei<br />
den Schritt zum Einsatz von High-Tech-Methoden<br />
bereits vollzogen.<br />
Im Zentrum für Forensische Bildgebung und Virtopsy<br />
(www.virtopsy.com) am Institut für Rechtsmedizin<br />
der Universität Bern wird, unter der Leitung von Prof.<br />
Dr. med. M. Thali, in einem Team von Rechtsmedizinern, Radiologen, Vermessungsingenieuren und<br />
Informatikern die Anwendung moderner Techniken für die Dokumentation von forensischen Befunden<br />
und für Analysen im Rahmen einer virtuellen Autopsie mit minimal-invasiven Eingriffen erforscht.<br />
Für die Dokumentation der Befunde des Körperinneren werden die bildgebenden Verfahren<br />
Computertomographie (MSCT) und Magnetresonanztomographie (MRI) eingesetzt. Für die Erfassung<br />
der Körperoberfläche mit allen äußeren Befunden sowie für die Digitalisierung mutmaßlicher Tatinstrumente<br />
kommt das hochpräzise optische 3D-Oberflächenscanning zum Einsatz.<br />
Mit Hilfe der erhobenen digitalen 3D-Daten des Körperinneren und der Körperoberfläche werden<br />
forensische Rekonstruktionen durchgeführt. Unter Einbezug aller<br />
erhobenen Daten sind so maßstäbliche 3D-Rekonstruktionen von<br />
Unfall- oder Tathergängen möglich.<br />
Die Digitalisierung von Körperoberflächen und die 3D-<br />
Rekonstruktion von Unfall- und Tathergängen sind am Institut für<br />
Rechtsmedizin in Bern zu einem bedeutenden Arbeitsbereich geworden,<br />
der noch hohes Entwicklungspotenzial bietet. Der Einsatz<br />
moderner Messmethoden wie Oberflächen- und Laserscanning<br />
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Tag der Geodäsie: 5. März 2012<br />
verbessert die Analysemöglichkeiten eines Forensikers. So werden die Methoden für immer wieder<br />
neue Aufgaben eingesetzt, beispielsweise die Gesichtserkennung, den Formspurenvergleich und die<br />
Blutspurenanalyse.<br />
Jenseits der klassischen Tätigkeitsbereiche in der Geodäsie - wie Landesvermessung, Ingenieurvermessung<br />
oder Geoinformationssysteme - eröffnen sich für Vermessungsingenieure, Geomatiker oder<br />
Geoinformatiker in der Forensik spannende, interessante und vielseitige Aufgabenfelder.<br />
Klima und Umwelt<br />
Was passiert wo, wenn es weiter wärmer wird? Was, wenn sich eine Kontinentalplatte weiter auf<br />
eine andere schiebt? Wie ändern sich unsere Lebensbedingungen, wenn wir so weiter machen - oder<br />
etwas ändern? Geodäten geben messbare Antworten.<br />
Geodynamik<br />
"Und sie bewegt sich doch"<br />
Diesen Satz soll der Mathematiker, Astronom und Physiker Galileo Galilei 1633 geäußert haben, weil<br />
er der Überzeugung war, dass das System Erde dynamisch sei. Weil Kräfte auf die Erde wirken, ist<br />
unser Lebensraum ständigen Veränderungen unterworfen. Die Beobachtung dieser Kräfte und ihrer<br />
Auswirkungen fasziniert und beschäftigt Laien und Forscher seit Jahrhunderten und ist heute inhaltlicher<br />
Schwerpunkt vieler geodätischer Teildisziplinen.<br />
Der Planet Erde bewegt sich im Sonnensystem um die Sonne.<br />
Wie wir heute wissen, hatte Galileo Galilei mit seiner<br />
Aussage Recht. Die Erde steht unter dem ständigen variablen<br />
Einfluss äußerer und von innen wirkender Kräfte. Dabei<br />
sind die feste Erde, die Lufthülle der Erde und die Hydrosphäre<br />
- also das Wasser - Teile des komplexen Systems<br />
Erde und verhalten sich zueinander in ständiger Wechselwirkung.<br />
Die genaue und kontinuierliche Erfassung der wirkenden<br />
Kräfte durch Messgrößen wie Schwerebeschleunigung<br />
oder Positionsänderungen und die Erstellung von Modellen<br />
(z.B. Plattentektonik) ist notwendig, um die Funktionsweise<br />
des Systems Erde zu verstehen. Dabei spielen im<br />
Weltraum (z.B. Schwerefeldmissionen) und auf der Erdoberfläche<br />
(z.B. Pegel, GPS-Stationen) befindliche geodätische Sensoren wichtige Rollen. Die Geodäsie<br />
beschäftigt sich insbesondere damit, verbesserte Sensoren zu entwickeln, vorhandene Daten auszuwerten<br />
und zu analysieren sowie die Analyseergebnisse interdisziplinär zu interpretieren.<br />
Katastrophenschutz<br />
Planen für den Notfall<br />
Die dynamische Lebendigkeit und Verletzlichkeit unseres Lebensraums Erde wird uns in dramatischer<br />
Form bei Naturkatastrophen wie Vulkanausbrüchen, Jahrhundertstürmen, Hochwassern, Erdbeben<br />
oder Tsunamis vor Augen geführt. Die Geodäsie leistet wichtige Beiträge im Rahmen eines vorausschauenden<br />
Katastrophenmanagements.<br />
Die Erde ist stetigen Veränderungen unterworfen; manche davon (wie der Klimawandel) vollziehen<br />
sich langsam, andere abrupt (z.B. Erdbeben). Verursachen solche Veränderungen hohe Verluste an<br />
Menschenleben, Sachwerten oder Umweltgütern sprechen wir von Katastrophen. Die Geodäsie trägt<br />
in dem interdisziplinären und transnationalen Arbeitsfeld des Katastrophenschutzes gemeinsam mit<br />
Ingenieuren anderer Disziplinen (z.B. aus dem Bauwesen) sowie Geo-, Kommunikations- und Wirtschaftswissenschaftlern<br />
zu Risikoanalysen bei. Basierend auf der zuverlässigen, genauen und eindeutigen<br />
Erfassung und Darstellung der raumbezogenen Einheitsgrößen kann ein im Ernstfall gut funktionierendes<br />
Krisenmanagement entwickelt und kommuniziert und gleichzeitig auch präventiv gearbeitet<br />
werden. Wichtige Arbeiten zur erfolgreichen und nachhaltigen Erhaltung unseres Lebensraums<br />
Erde sind die Entwicklung und Umsetzung von Frühwarnsystemen, die Durchführung von Nachhaltigkeitsanalysen<br />
oder die Erstellung von koordinierten und robusten Notfallplänen.<br />
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Tag der Geodäsie: 5. März 2012<br />
Sonne oder Regen?<br />
Das GPS als Wettersensor<br />
Die Positionsbestimmung mit globalen Satellitennavigationssystemen wie dem amerikanischen GPS<br />
ist aus unserem Alltag nicht mehr weg zu denken. Das russische GLONASS und das im Entstehen befindliche<br />
europäische GALILEIO komplettieren die in Europa nutzbaren GNS-Systeme. Da die GPS-<br />
Signale auf ihrem Weg von den in 20.000 Kilometern Höhe fliegenden Satelliten zu uns auf die Erde<br />
auch die Erdatmosphäre durchqueren, nutzt eine innovative geodätische Disziplin diese Signale, um<br />
Wettervorhersagen zuverlässiger und schneller zu machen.<br />
Wie wird das Wetter? Wird es Regen geben? Diese Fragen<br />
beschäftigen uns oft, wenn wir beispielsweise Freizeitaktivitäten<br />
planen. Wir informieren uns dann anhand<br />
der Prognosen von Wetterdiensten, die oft den Tatsachen<br />
entsprechen - aber manchmal eben auch nicht.<br />
Dieses Defizit kann mittels GPS-Beobachtungen verringert<br />
werden. Da Wetterprognosen von realen Messdaten<br />
wie Druck, Temperatur und Feuchtigkeit der Luft<br />
gestützt werden, beeinflusst die räumliche und zeitliche<br />
Auflösung der Messsensoren die Qualität der Vorhersagen.<br />
Permanent operierende GPS-Empfangsstationen sind heutzutage weit verbreitet. Prognosen rechnen<br />
mit ca. 10.000 Stationen für das Jahr 2012, die mit einer zeitlichen Auflösung von mindestens einer<br />
Sekunde Signale von globalen Satellitennavigationssystemen automatisch registrieren. Dies stellt -<br />
auch für die Wettervorhersage - ein sehr großes Potenzial dar, da aus jeder GPS-Beobachtung der<br />
Einfluss der Erdatmosphäre auf die Laufzeit und die Richtung des Signals bestimmbar ist, wodurch<br />
wiederum Aussagen und Modelle der physikalischen Eigenschaften der Erdatmosphäre abgeleitet<br />
werden können.<br />
Wann kommt die Flut? <br />
Geodäsie und Hochwasserschutz<br />
Klimatische Einflüsse sowie die zunehmende Nutzung von gewässernahen Bereichen machen nachhaltigen<br />
Hochwasserschutz immer wichtiger. Die Geodäsie trägt dazu bei, den Lebensraum Erde zu<br />
sichern und die Folgen von Hochwasser zu minimieren.<br />
Aus naturwissenschaftlicher Sicht stellen Hochwasser<br />
und Überflutungen, die z.B. durch lang anhaltenden<br />
oder starken Regen entstehen, mit all ihren<br />
Begleiterscheinungen (z.B. Hangrutschungen) im<br />
Ablauf der Erdgeschichte eine natürliche Regelmäßigkeit<br />
dar. Fragen nach dem Wo und Wann des<br />
Auftretens solcher Ereignisse waren schon immer<br />
schwer zu beantworten. Rasche Änderungen des<br />
Klimas sowie die natürliche Entwicklung von Fließgewässern<br />
machen die Prognosen ebenso unsicher<br />
wie die Eingriffe des Menschen in den Naturhaushalt,<br />
z.B. durch die Versiegelung der Erdoberfläche oder die Umwandlung von Grünland in Ackerland.<br />
Das gemeinsame Erforschen des Wasserkreislaufs mit Unterstützung von Hydrologen, Meteorologen,<br />
Geologen und Geophysikern stellt für Risikoabschätzungen und sichere Vorhersagen eine wichtige<br />
Grundlage dar. Gleichzeitig ist es unser Ziel, die Erde - insbesondere die Erdoberfläche - mit verschiedensten<br />
geodätischen Techniken (z.B. Satellitengeodäsie und Fernerkundung) detailreich und kontinuierlich<br />
zu erfassen und darzustellen, um statistisch zuverlässige und aussagekräftige Modelle zu<br />
11
Tag der Geodäsie: 5. März 2012<br />
generieren, die sowohl einen bestmöglichen Hochwasserschutz garantieren können als auch die Erstellung<br />
von Notfallplänen stützen.<br />
Hydrographie<br />
In die Tiefe gehen - Vermessung unter Wasser<br />
Wie viele Geheimnisse - seien es Berge unter Wasser, Riffe, wandernde Sanddünen, Schiffs- und<br />
Flugzeugwracks und andere Unterwasserhindernisse - sind noch in dem dunklen Blau des Meeres<br />
verborgen? Die Hydrographie hat die Vermessung und die Kartierung der Welt unter Wasser zur Aufgabe.<br />
Eine der wichtigsten Lebensgrundlagen ist das Wasser: Die Erde ist zu über 70 Prozent von Ozeanen<br />
überdeckt. Und doch sind Meeres-, See- und Flussgrund deutlich lückenhafter erfasst als beispielsweise<br />
die Oberfläche des Mondes oder des Mars. Von enormer Wichtigkeit sind diese Informationen<br />
nicht nur für die Schifffahrt, die den weltweit größten Teil des Warentransports über Meere und<br />
Flüsse abwickelt.<br />
Schiffsunfälle (z.B. Costa Concordia) können einen immensen, irreversiblen Schaden an Natur und<br />
Umwelt, an Leib und Leben anrichten. Die Erfassung, die Vermessung des Bodens unter der Wasseroberfläche<br />
ist die wichtigste Grundlage für eine sichere Navigation der Schiffe. Früher wurden Seekarten<br />
wie Staatsgeheimnisse behandelt, heute kann sie jeder kaufen oder in geringer Auflösung in<br />
Google Earth betrachten.<br />
Die Vermessung erfolgt mit hoch spezialisierten und<br />
teuren Instrumenten (meist präzise Echolote in Verbindung<br />
mit Satelliten-Positionierungsverfahren und<br />
inertialen Messverfahren) auf Booten mit wenigen<br />
Metern Länge auf Flüssen und Seen, und auf Schiffen<br />
bis etwa 100 Meter Länge auf Ozeanen und im Eismeer.<br />
Die daraus abgeleiteten Seekarten werden<br />
elektronisch oder gedruckt zur Verfügung gestellt.<br />
Oder nehmen wir zum Beispiel die Windparks auf<br />
der Nord- und Ostsee. Hydrographische Vermessungen<br />
bilden die Grundlage für die Planungen: Wo ist<br />
der Untergrund am besten geeignet? Hierfür werden Instrumente verwendet, die mit akustischen<br />
Signalen in den Boden eindringen können um die Beschaffenheit und Strukturen unter dem Seegrund<br />
zu bestimmen. Wracks im Untergrund, Unterseekabel, archäologische Relikte? Auch Störungen im<br />
Erdmagnetfeld können erfasst werden, die Aufschluss darüber geben, ob sich dort etwas Metallisches<br />
verbirgt.<br />
Die Ergebnisse der Vermessungen bilden die Basis für Projekte in Schifffahrt, Küstenschutz, Pipelines,<br />
Windkraftanlagen- und Brückenbau, aber auch zur Ressourcengewinnung aus dem Meer. Ein spannendes<br />
Arbeitsfeld, in dem es einen großen Bedarf an Nachwuchs gibt. In vielen Fällen bietet sich für<br />
"Globetrotter" die Möglichkeit, sich auf allen Weltmeeren zu tummeln und internationale Projekte zu<br />
organisieren und zu leiten. Lokal gebundene Hydrographen gehen den Geheimnissen der Flüsse und<br />
Seen auf den Grund oder organisieren die Vermessungen vom Land aus und erstellen die Karten.<br />
Aus der Grube in die Dose<br />
Stromerzeugung<br />
Fernsehen, Spaghetti kochen, Telefonieren und im Internet surfen haben eins gemeinsam: Für all das<br />
benötigen wir Strom. Der kommt aus der Steckdose, klar. Aber wie kommt er dort hinein?<br />
Die für unsere Energieversorgung wichtigsten Rohstoffe sind Steinkohle, Braunkohle, Uran, Erdöl und<br />
Erdgas. Alle diese Rohstoffe sind vorhanden. Aber immer mehr dieser Energierohstoffe werden aus<br />
fremden Ländern importiert. Hierfür gibt es mehrere Gründe. So übersteigt z.B. der Verbrauch von<br />
Erdöl und Erdgas die eigene Förderung und im Fall der Steinkohle ist die ausländische Förderung billiger<br />
als die im eigenen Land.<br />
12
Tag der Geodäsie: 5. März 2012<br />
Die Rohstoffe werden im Bergbau gesucht, erschlossen, gewonnen und für die Weiterverarbeitung,<br />
z.B. für die Stromerzeugung, aufbereitet: Kohle, Öl und Erdgas, weiterhin Erze, Salze, Steine und Erden<br />
der verschiedensten Art. Bevor Lagerstätten wirtschaftlich und sicher erschlossen und ausgebeutet<br />
werden können, sind umfangreiche Erkundungen und Gutachten nötig. Feste Stoffe werden je<br />
nach Art der Lagerstätte im Tage- oder Untertagebau gewonnen, flüssige und gasförmige werden<br />
durch Bohrungen erschlossen und gefördert. Hierfür werden aufwändige technische Anlagen errichtet<br />
und eingesetzt, deren Organisation, Betrieb und Überwachung Hauptaufgaben der Bergingenieure<br />
und -ingenieurinnen sind. Auch der Umweltschutz,<br />
das Erstellen von Gutachten und die Planung von Untertagedeponien<br />
gehören zu ihren Aufgaben.<br />
Das Markscheidewesen beschäftigt sich mit dem Vermessen<br />
und Berechnen des Vorrats an Lagerstätten,<br />
dem Darstellen von Grubenräumen und Tagebauen<br />
sowie dem Erfassen von Schäden an der Erdoberfläche,<br />
die durch den Abbau unter Tage entstehen. Markscheider<br />
sind dementsprechend auf den Bergbau spezialisierte<br />
Vermessungsingenieure.<br />
Radarinterferometrie<br />
Sicherheit aus dem Weltall<br />
Im Juli 1998 geschah das Grubenunglück in Lassing in der Steiermark, im Juli 2009 riss ein gewaltiger<br />
Erdrutsch im ehemaligen Braunkohleabbaugebiet Nachterstedt in Sachsen-Anhalt ganze Häuser in<br />
einen See. Mit Hilfe von Geodäten soll die Gefahr solcher Katastrophen künftig frühzeitig erkannt<br />
werden.<br />
Unter dem Begriff Radarinterferometrie versteht man ein Fernerkundungsverfahren, mit welchem<br />
Veränderungen der Erdoberfläche über lange Zeiträume festgestellt werden. Dafür stattet man Satelliten<br />
mit Radarsensoren aus, die kurze Signale auf die Erde senden. Beim Auftritt auf die Erde werden<br />
diese Radarpulse reflektiert und von der Antenne empfangen, die sie aufzeichnet und so eine Abbildung<br />
der Erdoberfläche schafft. So können sogar Bodensenkungen von wenigen Millimetern in einer<br />
Bergbauregion ermittelt werden. Das ist wichtig, um Absenkungen ganzer Stadtteile durch Bergbau,<br />
Baumaßnahmen oder Grundwasserentnahme frühzeitig erkennen und die Bevölkerung warnen zu<br />
können. Dies gilt auch für Gebiete, die durch Erdbeben<br />
und Vulkanausbrüche gefährdet sind.<br />
Auch in der Landwirtschaft soll dieses Verfahren in Zukunft<br />
verwendet werden. Radar-Satelliten und Daten<br />
aus dem Erdreich unter den Feldern sollen Bestimmungen<br />
zu Biomasse, Feuchtigkeit und Wuchshöhe von<br />
Pflanzen liefern und könnten so für ertragreiche Ernten<br />
sorgen.<br />
Mit der Kraft der Sonne<br />
Solarenergie für den Klimaschutz<br />
"Wir müssen auf unseren Planeten aufpassen." Ein Satz,<br />
der mit zunehmenden Diskussionen um den Klimawandel<br />
immer lauter wird. Warum also nicht mit Hilfe von<br />
Dachflächen den privaten Strombedarf decken? Das gibt<br />
es schon für Gebäude, aber noch nicht für Autos. Richtig,<br />
aber nicht überall.<br />
Anlässlich der Intergeo 2008 in Bremen wurde erstmals der "GIS Best Practice Award" vergeben. Er<br />
zeichnet Projekte aus Geoinformation, Umwelt- und Klimaschutz aus. Die Wahl fiel auf das Forschungsprojekt<br />
Sun Area, das eine vollautomatische Berechnung und Darstellung zur Ermittlung des<br />
13
Tag der Geodäsie: 5. März 2012<br />
solaren Energiepotenzials von Städten bzw. Regionen entwickelte. Das Prinzip ist einfach: Durch die<br />
Anwendung Geografischer Informationssysteme (GIS) werden mit Hilfe von hochauflösenden flugzeuggetragenen<br />
Laserscannerdaten alle Dachflächen, die für die Gewinnung von Solarenergie optimal<br />
geeignet sind, ermittelt. Während des Fluges misst der Laser die Entfernung zu allen Objekten an<br />
der Oberfläche zum Erdboden. Dabei sind der höchste Punkt (first pulse) z.B. eines Hausdaches und<br />
der tiefste Punkt auf dem Erdboden (last pulse) entscheidend. Gleichzeitig wird das ausgesandte<br />
Signal über eine Laufzeitmessung in Koordinaten übertragen.<br />
Heutige Laserscanner führen bis zu 100.000 Entfernungsmessungen in der Sekunde aus und erzeugen<br />
so digitale Höhenmodelle mit einer Abweichung von nur 0,5 Meter. Dieses Vorgehen bezeichnet man<br />
als Airborne-Laserverfahren. Laut Sun Area sind in Mitteleuropa ca. 20 Prozent der Dachflächen für<br />
die Nutzung solarer Energie geeignet. Diese 20 Prozent würden für den Bedarf an privatem Strom<br />
ausreichen!<br />
Für die Berechnung der Einstrahlungsenergie auf den<br />
Dachflächen wird der Globalstrahlungswert des Wetterdienstes<br />
(ZAMG) herangezogen, der für jeden<br />
beliebigen Ort die mittlere monatliche Tagessumme<br />
der Sonnenstrahlung berechnet.<br />
Als erste Stadt, die an der Entwicklung des Projektes<br />
maßgeblich beteiligt war, veranlasste Osnabrück<br />
2005 eine Bemessung per Laserbefliegung mit einer<br />
Aufnahmedichte von vier Punkten pro Quadratmeter.<br />
Osnabrück war Ende 2007 die erste deutsche Stadt, die ein Flächen deckendes Solarpotenzial-<br />
Dachkataster hatte. Die Einwohner können nun im Internet nachschauen, ob und wie sich ihr Dach<br />
für die Energiegewinnung eignet. Andere Städte wollen dem Beispiel Osnabrücks folgen.<br />
Mit Sun Area ist es gelungen, ein Solarpotenzial vollautomatisch für große Gebiete zu erfassen. Das<br />
Projekt hat somit Möglichkeiten aufgezeigt, wie ein wichtiger Beitrag für den Klimaschutz geleistet<br />
werden kann.<br />
Grund und Boden<br />
Jeder hat schon Geodäten gesehen. Autofahrer bremsen, weil sie an (auffällige) Radarkontrollen<br />
glauben. Kinder bleiben stehen und wollen von ihren Müttern auch eine grellbunte Sicherheitsweste<br />
haben. Aber was machen wir da überhaupt?<br />
Wertermittlung<br />
Mein Haus, mein Land, mein Garten - Immobilienmanagement und Grundstückswertermittlung<br />
Grundstücke, Gebäude, Immobilien: Alles hat seinen Wert. Längst werden Immobilien auch global<br />
gehandelt - und entsprechend wichtig sind präzise Wertermittlungen. Auch hier bringen Geodäten<br />
ihr Wissen ein.<br />
Insbesondere heimische Immobilien gelten als sehr wertbeständig, die Nachfrage ist gut. Allerdings<br />
muss der abstrakte Begriff "Wert" mit Inhalt gefüllt werden. Gesucht sind nachvollziehbare Zahlen<br />
und eindeutige Daten. Um Käufern und Verkäufern eine möglichst genaue Grundlage zu bieten, wird<br />
häufig das Wissen von Sachverständigen hinzugezogen. Sie bringen die erforderliche Transparenz auf<br />
den Immobilienmarkt. Vor allem Ingenieure in Gutachterausschüssen für Grundstückswerte sind mit<br />
ihrem Fachwissen in Experten-Gremien aus den Bereichen Bau, Bewertung und Planung vertreten.<br />
Hier werden aus verschiedensten Daten genaue Werte errechnet. So spielt die Lage eines Grundstücks<br />
ebenso eine Rolle wie seine Nutzung oder auch die vorhandene Infrastruktur. Erst aus unzähligen<br />
Einzeldaten (so genannten "Geodaten") ergibt sich ein Gesamtbild.<br />
Liegenschaftsvermessungen<br />
Grundstücke und ihre Grenzen<br />
Vielerorts trifft man Vermessungstrupps mit Messinstrumenten auf gelben Stativen und rot-weißen<br />
Stäben. Fast jeder ist neugierig und fragt sich: Was gibt es gerade an dieser Stelle zu vermessen? Vor<br />
14
Tag der Geodäsie: 5. März 2012<br />
allem dann, wenn keine Großbaustelle in Sicht ist. Hier handelt es sich um den Bereich des Vermessungswesens,<br />
der für die Sicherung des Eigentums an Grund und Boden einen besonderen Stellenwert<br />
einnimmt und bei dem man am ehesten Kontakt mit der Vermessung bekommt: die Liegenschaftsvermessung.<br />
Liegenschaften - was sind das? Im Wesentlichen geht<br />
es um Grundstücke und Gebäude, also Immobilien.<br />
Aber warum werden sie vermessen? Unsere Welt verändert<br />
sich ständig. Es werden überall neue Gebäude<br />
errichtet oder baulich verändert oder es entstehen<br />
neue Baugebiete. Jemand, der ein Grundstück kauft,<br />
möchte wissen, wie weit sich sein Eigentum erstreckt.<br />
Wenn eine Grundstückseinfriedung (Mauer, Zaun)<br />
errichtet werden soll, muss die genaue Lage der Grenze<br />
erkennbar sein. Was aber macht der Eigentümer,<br />
wenn die Grenzsteine schief stehen oder fehlen oder<br />
gar vermutet wird, sie stünden nicht an der richtigen<br />
Stelle? Wie kann man den Streit zwischen zwei Grundstücksnachbarn<br />
über den genauen Verlauf der gemeinsamen<br />
Grenze lösen? Was ist zu tun, wenn jemand einen Teil seines Grundstücks verkaufen möchte?<br />
Immer dann, wenn sich der Gebäudebestand verändert, wenn bei einer Grundstücksteilung neue<br />
Grenzen gebildet oder Unklarheiten über bestehende Grundstücksgrenzen beseitigt werden sollen,<br />
sind Vermessungsingenieure und ihre Mitarbeiter vor Ort. Bei Grenzvermessungen werden die Grenzen<br />
genau so, wie sie in einem öffentlichen Register - dem Grundstückskataster (DKM) - nachgewiesen<br />
sind, in die Örtlichkeit übertragen. Damit die Grenzen auch in Zukunft erkennbar sind, werden<br />
die Grenzpunkte mit Grenzmarken, Grenzsteinen oder anderen nachhaltig erkennbaren Markierungen<br />
gekennzeichnet. Ingenieurkonsulenten aus dem Vermessungswesen (IKV) als vom Staat beliehene<br />
Freiberufler oder Vermessungsbehörden (VA, Land, Kommune, ABB) führen diese Arbeiten als<br />
unabhängige Sachverständige durch und tragen somit wesentlich zum Erhalt des Grenzfriedens bei.<br />
Neu errichtete oder baulich veränderte Gebäude müssen ebenfalls eingemessen werden (s. BANU).<br />
Mit moderner Messtechnik werden Gebäudeecken und Grenzmarken hochgenau bestimmt. Vielerorts<br />
kommen dabei auch GPS-Empfänger zum Einsatz, die ähnlich wie ein Navigationsgerät Satellitensignale<br />
zur Positionsbestimmung nutzen, jedoch um ein Vielfaches genauer sind. Neben dem<br />
technischen Teil der eigentlichen Vermessung sind aber auch umfangreiche Rechtsfragen zu beachten<br />
vom Nachbarrecht über Bauplanungs- und Bauordnungsrecht bis zum Grundstücksrecht des Bürgerlichen<br />
Gesetzbuches (ABGB) und der Grundbuchordnung.<br />
Sowohl Grenz- als auch Gebäudevermessungen werden in die Digitale Katastermappe (DKM) übernommen.<br />
Erst durch diese Dokumentation und Archivierung ist eine aktuelle und nachhaltig gesicherte<br />
Auskunft über die Lage und Ausdehnung der Liegenschaften möglich.<br />
Dies ist die Basis für gesichertes Eigentum an Grund und Boden, für Grundstücksgeschäfte und Beleihungsmöglichkeiten<br />
sowie für Planungs- und Verwaltungsaufgaben.<br />
Landentwicklung/Flurneuordnung<br />
Ländlicher Raum hat Zukunft<br />
Unsere ländlichen Räume unterliegen permanenten Veränderungen. Demographischer Wandel, Ausbau<br />
der technischen Infrastruktur und Schutz der Natur- und Kulturlandschaften sind aktuelle und<br />
kontrovers diskutierte Themen. Als Vermittler zwischen den unterschiedlichen Interessen sind Geodäten<br />
als Landentwicklungsspezialisten stark gefragt.<br />
Landwirtschaft, Naturschutz, Gemeinden, Forstwirtschaft, Verkehrsinfrastruktur, Wasserwirtschaft -<br />
eine Vielzahl von Akteuren prägt die ländlichen Räume. Zweierlei ist ihnen gemeinsam: Flächenbeanspruchung<br />
und Eingriffe in die bestehenden Eigentumsstrukturen. Mit ihrer Kenntnis der Instrumente<br />
der integrierten ländlichen Entwicklung und insbesondere der Bodenordnungsverfahren nach dem<br />
15
Tag der Geodäsie: 5. März 2012<br />
Flurbereinigungsgesetz stehen den Geodäten Lösungsmöglichkeiten zum Interessenausgleich zur<br />
Verfügung.<br />
Dabei ist das bottom-up-Prinzip oberstes Gebot. Dieses<br />
kommt z.B. in einem Flurbereinigungsverfahren durch<br />
den Zusammenschluss der Grundstückseigentümer zu<br />
einer Teilnehmergemeinschaft mit weitreichenden<br />
Mitwirkungsrechten und -pflichten zum Ausdruck. Die<br />
behördliche Leitung liegt bei den Flurbereinigungsbehörden.<br />
In vielen Bundesländern haben sich die Teilnehmergemeinschaften<br />
zu Verbänden zusammengeschlossen.<br />
Landgesellschaften oder Ingenieurbüros<br />
unterstützen die Behörden bei ihrer Arbeit. An all diesen<br />
Stellen werden Geodäten benötigt. Diese sind ausgewiesene<br />
Bodenordnungsspezialisten, sind aber aufgrund<br />
der engen Verzahnung der Instrumente der Landentwicklung auch in anderen Bereichen wie<br />
der Dorferneuerung und -entwicklung oder dem Regionalmanagement gefragte Fachleute.<br />
Das Besondere an den Verfahren nach dem Flurbereinigungsgesetz ist, dass Planung, Ausführung und<br />
Eigentumsregelung in einer Hand vereint sind. Zunächst wird ein Wege- und Gewässerplan mit landschaftspflegerischem<br />
Begleitplan aufgestellt, der es ermöglicht - je nach dem Zweck des Verfahrens -<br />
gestalterisch tätig zu sein. Anschließend wird über den Flurbereinigungsplan das Grundeigentum neu<br />
geordnet, was enge Kontakte zu allen Beteiligten vor Ort erfordert. Durch diese Bandbreite erwerben<br />
die hier tätigen Geodäten auch erhebliche Kenntnisse in anderen Fachgebieten wie Agrarwirtschaft,<br />
Landespflege, Melioration und Tiefbau.<br />
Standortplanung<br />
Leben und Arbeiten sinnvoll miteinander verknüpfen<br />
Landwirtschaft braucht fruchtbare Böden, Industrie den Zugang zu Rohstoffen, Dienstleister suchen<br />
Kundennähe und alle wollen erstklassige Internetanbindungen. Gleichzeitig sind die Ansprüche ans<br />
Wohnen äußerst vielfältig. Die Standortplanung versucht, alles unter einen Hut zu bringen.<br />
Gerade in Produktion und Dienstleistung wächst die Komplexität. Hier geht es um so vielfältige Faktoren<br />
wie die zur Verfügung stehende und benötigte Fläche, Wegebeziehungen zu den Zulieferern<br />
und die Nähe zu den Absatzmärkten, vor allem dort, wo es um verderbliche Waren geht. Zwar profitieren<br />
auch Dienstleister theoretisch von der Nähe zu ihren Kunden (ein auf Banken spezialisierter IT-<br />
Dienstleister plant meist sich dort niederzulassen, wo er auf zahlreiche Banken stößt), noch wichtiger<br />
aber sind heute qualifiziertes Personal, gute Verkehrsanbindungen und gute "weiche Standortfaktoren"<br />
wie das Wohnungs-, Freizeit- und<br />
Kulturangebot einer Stadt oder einer Region.<br />
Geodäten übernehmen mit der Unterstützung<br />
bei Standortsuche und -wahl wichtige Aufgaben,<br />
indem sie durch verschiedenste GISbasierte<br />
Methoden den jeweils optimalen<br />
Standort - oder Alternativen - ermitteln. Ein<br />
anderes wichtiges Anliegen ist die Netzoptimierung<br />
- ganz gleich, ob es sich um Versorgungs-,<br />
Verkehrsnetze oder Datenautobahnen handelt.<br />
Und auch in der Verkehrs- und Mobilitätsplanung übernehmen sie eine ganze Reihe von Aufgaben.<br />
Demografischer Wandel<br />
Die dynamische Gesellschaft als Herausforderung<br />
Wir werden "weniger, älter und bunter" - und das hat viele Folgen. An manchen Orten können aufgrund<br />
mangelnder Einwohner Schulen und Krankenhäuser nicht mehr betrieben werden. Immer we-<br />
16
Tag der Geodäsie: 5. März 2012<br />
niger Menschen müssen eine immer teurere technische Infrastruktur finanzieren. Geodäten helfen,<br />
Lösungen zu finden.<br />
Weniger Kinder werden geboren und ganze Regionen verlieren große Teile der Bevölkerung, weil die<br />
Menschen vor Ort keine Arbeit finden. Das sind nur zwei Gründe für den demografischen Wandel. So<br />
sorgt die umfassende und moderne medizinische Betreuung für eine immer höhere Lebenserwartung.<br />
Eine sehr gute schulische und berufliche Ausbildung, ein Studium, die starke Individualisierung<br />
sowie der gesellschaftlich anerkannte Wunsch nach Selbstverwirklichung konkurrieren mit der klassischen<br />
Familiengründung. Daher müssen in Zukunft immer weniger Berufstätige für ein kostenintensiveres<br />
Renten- und Gesundheitssystem aufkommen. Gleiches gilt für die aus Steuermitteln finanzierte<br />
technische Infrastruktur. Der demografische Wandel wirkt sich vor allem negativ auf die soziale Infrastruktur<br />
in vielen ländlichen Gebieten aus. Schulen, Krankenhäuser, kulturelle Einrichtungen u.v.m.<br />
werden geschlossen, da sie sich an Einwohnerzahlen orientierten, von denen heute keine Rede mehr<br />
sein kann. Besonders dramatisch ist für diese Regionen, dass vor allem die jungen Menschen - auf der<br />
Suche nach Arbeitsplätzen - abwandern.<br />
An Konzeptionen und Anpassungsstrategien, die diese Folgen zumindest abschwächen und die Daseinsvorsorge<br />
für die meisten Menschen weiterhin garantieren zu können, arbeiten maßgeblich auch<br />
Geodäten und Geoinformatiker. Sie entwickeln zum Beispiel Verkehrsinfrastruktur- und Mobilitätskonzepte<br />
und analysieren die Wohnumfelder, um sie attraktiver zu machen. Der Bedarf an Gesundheits-,<br />
Schul-, Sport- und Freizeitversorgung, öffentlicher Verwaltung und Einzelhandel wird ermittelt<br />
und es werden Konzepte erstellt, die etwa eine Zusammenarbeit mit Nachbargemeinden fördert.<br />
Außerdem sind Geodäten als Wirtschaftsförderer oder im Regionalmarketing tätig, um mit der Entwicklung<br />
von Regionalmarken oder mit aktiver Tourismusförderung die vorhandenen Potenziale zu<br />
stärken.<br />
Navigation und Mobilität<br />
Früher meinte der Fahrlehrer nur "Bei der nächsten Gelegenheit rechts ab". Das genügt heute keinem<br />
mehr. Sackgassen, neue Kreisel, Abfahrten, Gebäude - ein modernes Navi weiß einfach alles.<br />
Aber nur durch die Geodäten...<br />
Google Earth und Google Maps<br />
In einer Stunde durch Europa<br />
Europa in fünf Tagen zu durchreisen, ist das Ziel mancher Touristen. Aber es geht sogar noch schneller:<br />
in einer Stunde - mit Google Earth. Beides kann man sicher hinterfragen, aber wer hätte vor zehn<br />
Jahren gedacht, dass Bilder der Erde in solcher Qualität jedem im Internet zur Verfügung stehen? Mit<br />
Google Earth wird jeder zum Fachmann für Geodäsie. Bleibt nur die Frage: Was bedeutet eigentlich<br />
53º 33' 23" N und 13º 14' 41" E?<br />
Warum stellt eigentlich eine Text-Suchmaschine<br />
wie Google Luft- und Satellitenbilder und Karten<br />
ins Internet, völlig kostenfrei und frei von Werbung?<br />
Die Idee stammt von einer kleinen Firma,<br />
die von Google 2004 gekauft wurde. Google<br />
Earth hat eine enorme weltweite Detailauflösung,<br />
auch wenn sie in Wüsten und der Antarktis<br />
geringer ist als in Großstädten wie New York,<br />
Berlin oder Wien. Sogar die Meeresoberfläche<br />
oder der Mond lassen sich betrachten. Ganz<br />
gleich wo man in Österreich wohnt, hier kann<br />
jeder sein Haus finden.<br />
Sucht ihr nach bestimmten Orten, Städten, Adressen, einer Hochschule, einer Firma oder dem nächsten<br />
Café? Bei Google Earth werdet ihr sie leicht und schnell finden. Ihr könnt sie markieren und euren<br />
Freunden senden. Der Download und die Benutzung sind einfach. Zur Navigation werden Steuerele-<br />
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Tag der Geodäsie: 5. März 2012<br />
mente benutzt. Besonders nützlich sind so genannte Overlays, das sind Metadaten wie Markierungen<br />
zu Hintergrundinformationen, Icons, Detailfotos und 360º-Panoramabilder oder Links.<br />
Beispielsweise verweist das Overlay "Globales Denken" auf Orte, die von Umweltkatastrophen getroffen<br />
worden oder von solchen bedroht sind. Gebiete, denen wir unsere besondere Aufmerksamkeit<br />
widmen sollten, sind mit Landmarks fixiert. Es ist unmöglich, den gesamten Funktionsumfang<br />
von Google Earth in wenigen Absätzen zu beschreiben. Hier findet man auch einen Flugsimulator,<br />
Google Sky, Sonnenstandsfunktionen und 3D-Ansichten von Gebäuden und einzelnen Städten.<br />
Für Google Street View fahren zurzeit viele PKW mit Kameras durch die Städte, um ganze Straßenzüge<br />
im Web abzubilden. Mit ein wenig Übung könnt ihr das auch: Zeichnet mit SketchUp ein dreidimensionales<br />
Gebäude und stellt es in Google Earth ein. Das ist das Wesen des Web 2.0! Der Unterschied<br />
zwischen Google Earth und Google Maps liegt in der Darstellung der Rauminformation als<br />
Satellitenbilder oder als Karten. Alle Daten sind frei verfügbar, aber nicht frei nutzbar. Ein ähnlicher<br />
Service wie Google Earth ist zum Beispiel Nasa World Wind, Open Street Map oder Bing Maps.<br />
Und 53º 33' 23" N und 13º 14' 41" E? Das sind die geographischen Koordinaten in der Einheit Grad.<br />
Ganz unten auf dem Fenster von Google Earth könnt ihr die Firmen finden, die die Urheberrechte an<br />
den Bildern der Fernerkundung besitzen, dazu die aktuelle Sichthöhe und das Aufnahmedatum.<br />
Sind jetzt noch Fragen offen? Dann erfahrt ihr alles weitere in einer Vorlesung der Geodäsie oder<br />
Geoinformatik!<br />
OpenStreetMap<br />
Von wegen Datenschutz - Daten für alle<br />
Wikipedia kennt jeder. Jeder kann und soll mitmachen, das ist die Philosophie von Web 2.0. Warum<br />
aber das Wissen auf das Medium Text beschränken? Wir erfassen die Erde und machen unsere eigenen<br />
Karten - das ist OpenStreetMap (OSM).<br />
Im Gegensatz zu anderen ähnlichen Diensten wie Google Earth können die Daten bei OpenStreetMap<br />
frei eingesetzt und beliebig weiterverarbeitet werden. Das Projekt OpenStreetMap will die Abhängigkeit<br />
von den Anbietern kommerzieller Daten beenden. Die meisten Mitglieder der OSM-Community<br />
sammeln Daten mit ihrem GPS-Gerät und stellen sie in OSM ein. Andere digitalisiere Karten, stellen<br />
zusätzliche Daten zur Verfügung oder programmieren an der Datenbank, an den Editoren oder an der<br />
kartographischen Software. Wiederum andere decken Fehler auf und korrigieren diese. Jeder wird<br />
ein Teil der Community. Damit man nicht nur allein Daten sammelt, trifft man sich hin und wieder auf<br />
einem "Mapping Weekend".<br />
Alle Mitglieder können die Daten als Rohdaten oder<br />
als On- oder Offline-Karten in der Grafik von<br />
OpenStreetMap nutzen. Mit den Rohdaten kann man<br />
seine eigenen Karten produzieren und auch verkaufen.<br />
Dazu muss man nur die freie Lizenz, ähnlich der<br />
GPL (General Public License) anerkennen.<br />
Bei OSM machen nicht nur unterschiedlich motivierte<br />
Einzelpersonen mit. Auch Behörden wie Landesvermessungsabteilungen<br />
sind dabei und stellen eigene<br />
Daten in Form von Orthofotos (entzerrte Luftbilder),<br />
ALS od.ä. bereit. Yahoo unterstützt OSM finanziell und nutzt OpenStreetMap, um die Fotos von<br />
Flickr zu verorten.<br />
3D-Stadtmodelle<br />
Stadtplan + Höhenangabe = 3D-Stadtmodell?<br />
Große Pläne und Karten bei Wind und Wetter auseinanderfalten war früher, heute navigiert man<br />
bequem auf mobilen Geräten in virtuellen 3D-Stadtmodellen. Toll, aber ist das wirklich besser? 3D-<br />
Stadtmodelle erfüllen andere Zwecke als Karten - und man kann sich in ihnen auch nicht verlaufen.<br />
Das menschliche Auge ist durch seine Sehgewohnheiten im Fernsehen, Kino oder bei Computerspielen<br />
verwöhnt. Fiktive animierte Welten sollen deshalb so real wie möglich erscheinen. Zweidimensi-<br />
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Tag der Geodäsie: 5. März 2012<br />
onale Karten sind den Nutzern meist zu abstrakt. Schließlich fällt es nicht jedem leicht, die Welt auf<br />
ihr Abbild in Form von Punkten, Linien und Flächen zu reduzieren oder sogar durch Signaturen,<br />
Schrift und Diagramme zu ergänzen.<br />
3D-Stadtmodelle erzeugen auf dem Monitor oder dem<br />
Handy ein virtuelles Bild der urbanen Umgebung. Die<br />
ersten Städte in der Welt, die sich fast vollständig in 3D<br />
präsentierten, waren Berlin, Dresden und Hamburg. Modern<br />
ist, was gefällt - jetzt wollen es alle anderen auch.<br />
Um solch ein 3D-Stadtmodell zu erstellen, braucht man<br />
unterschiedlichste Daten, nicht nur geodätische, sondern<br />
auch Daten anderer Fachdisziplinen mit Raumbezug,<br />
denn die Visualisierung ist nur ein Nutzungszweck von<br />
vielen.<br />
Digitale Geländemodelle, 3D-Gebäudedaten, Informationen<br />
über Verkehrswege, Vegetation und vieles mehr<br />
liefern die Datenbasis für die 3D-Stadtmodelle. Diese<br />
werden für die Stadtplanung, den Katastrophenschutz und natürlich für die Navigation benötigt. Je<br />
nach Zweck und Aufgabe liegen sie in fünf unterschiedlichen Stufen der Detaillierung (Level of Detail,<br />
LoD) vor. Die niedrigste Stufe (LoD 0) beinhaltet das digitale Geländemodell, das auf ein Satelliten-<br />
oder Luftbild oder eine Karte drapiert ist. Die höchste Stufe (LoD 4) stellt ein detailliertes Gebäudemodell<br />
mit Innenräumen dar.<br />
Es gibt verschiedene Software zur Erstellung von 3D-Stadtmodellen, zum einen die aus der Geoinformatik,<br />
und zum anderen jene aus dem Bereich der Computergrafik sowie die Adaptionen aus anderen<br />
Bereichen, z.B. den Game-Engines. Dazu existieren verschiedene Datenformate, mittlerweile<br />
auch ein Datenaustauschformat und ein internationaler Standard. Dieser Standard, genannt CityGML,<br />
wurde von Geodäten für die OGC (Open Geospatial Consortium) erarbeitet.<br />
Stau-Umfahrung<br />
Per Handy aus dem Stau<br />
Wenn der Verkehr auf der Straße zum Stehen kommt, liegen die Nerven vieler Autofahrer blank.<br />
Moderne Navigationsmöglichkeiten können helfen, Staus zu umfahren oder gar nicht erst entstehen<br />
zu lassen.<br />
Um der dadurch ständig zunehmenden Verkehrsdichte Herr zu werden, sind Informationen über die<br />
Verteilung der Autofahrer im Straßennetz von größter Bedeutung. Und je genauer diese Informationen<br />
sind, desto umfassendere Möglichkeiten gibt es, den Verkehr entsprechend zu steuern: zum<br />
einen können Staus gezielt umfahren oder gar vermieden werden, zum anderen könnte man die<br />
allgegenwärtige Verfügbarkeit der Fahrzeuge besser nutzen.<br />
Ersteres ist schon Wirklichkeit geworden. Mittels Handyortung<br />
können Navigationsdienstleister feststellen, ob sich<br />
die Handynutzer (in ihren Autos) auf den Straßen bewegen,<br />
ob sie stehen oder sich nur stockend fortbewegen.<br />
Letzteres wäre ein Hinweis für einen Stau und kann direkt<br />
in Navigationsanweisungen integriert werden.<br />
Wie Zukunftsmusik klingt es hingegen, den privaten Verkehr<br />
quasi als öffentliches Verkehrsmittel nutzen zu können<br />
- im Sinne einer Online-Mitfahrzentrale: Fahranbieter<br />
und mögliche Mitfahrer können über lokale Kommunikation<br />
ihrer Handys zusammenfinden und prüfen, ob sie ein gemeinsames Fahrziel haben. Ist dies der<br />
Fall, kommt ein Vertrag zustande, von dem anschließend beide profitieren.<br />
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Tag der Geodäsie: 5. März 2012<br />
Grundlegende Voraussetzung für diese Anwendungen sind genaue Positionierungs- und Kommunikationsmöglichkeiten,<br />
genaue Kartendaten, intelligente Software sowie begeisterte Menschen, die<br />
diese neuen Anwendungen entwickeln!<br />
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