Topographie & Vermessung: Grundlagen, Methoden und Anwendungen

Die Topographie ist eine Wissenschaft, die Verfahren zur Bestimmung der relativen Positionen von Punkten auf und unter der Erdoberfläche umfasst. Dies geschieht durch die Kombination von Messungen der drei Raumelemente: Entfernung, Höhe und Richtung.

Geodäsie: Vermessung großer Landstriche

Geodäsie ist die Wissenschaft der Vermessung großer Landstriche, beispielsweise zur Erstellung geografischer Karten eines Landes, zur Festlegung von Staats- und Binnengrenzen oder zur Vermessung von Küstenlinien und Seen. Diese Vermessungen berücksichtigen die wahre Gestalt der Erde und erfordern höchste Präzision.

Photogrammetrie: Karten aus Luft- & Bodenbildern

Photogrammetrie ist die Disziplin, die Fotografien zur Erstellung von Geländekarten nutzt. Photogrammetrische Vermessungen umfassen die Datenerfassung und präzise Messungen von Aufnahmen des Geländes, die mit speziellen Kameras und anderen Sensoren gemacht werden. Dies kann entweder von Flugzeugen aus (Luftbildphotogrammetrie) oder von erhöhten Punkten am Boden (terrestrische Photogrammetrie) erfolgen und findet breite Anwendung in der Topographie.

Flache Topographie: Vermessung kleinerer Gebiete

Die Flache Topographie, auch als Planimetrie bekannt, verfolgt ähnliche Ziele wie geodätische Vermessungen, unterscheidet sich jedoch in Umfang, Präzision und den angewandten Methoden. Dieser Bereich befasst sich mit der Vermessung kleinerer Flächen und Gebiete, die auf eine horizontale Ebene projiziert werden, wobei die Auswirkungen der Erdkrümmung vernachlässigt werden.

Grundlagen der Flachen Topographie

Der Schwerpunkt dieser Richtlinien liegt auf der flachen Topographie, da die meisten topographischen Vermessungen auf die Berechnung von Flächen, Volumina, Entfernungen und Richtungen sowie die Darstellung der im Gelände erfassten Daten in entsprechenden topographischen Karten abzielen.

Planimetrie: Horizontale Kontrolle & Flächenmessung

Die Planimetrie berücksichtigt nur die Projektion des Geländes auf eine gedachte horizontale Ebene (Draufsicht). Diese Projektion, oft als Bezugsebene bezeichnet, dient als Grundlage für die Messung horizontaler Distanzen und die Berechnung von Flächen.

Altimetrie: Vertikale Kontrolle & Höhenmessung

Die Höhenmessung (Altimetrie) ist für die Bestimmung von Höhen oder Höhenunterschieden zwischen verschiedenen Punkten eines Geländes zuständig. Hierbei werden die vertikalen Abstände von einer horizontalen Bezugsebene gemessen.

Kombinierte Planimetrie & Altimetrie: Die Topographische Karte

Die Kombination aus Planimetrie und Altimetrie ermöglicht die Erstellung einer vollständigen topographischen Karte, die sowohl die horizontale Position als auch die vertikale Ausdehnung der verschiedenen Geländeteile darstellt. Die Höhen oder Höhenunterschiede werden durch Höhenlinien (Isolinien) dargestellt. Dies sind Linien, die freihändig auf dem Grundriss gezeichnet werden und Punkte gleicher Höhe miteinander verbinden. Höhenlinien dienen dazu, das Relief oder die Geländestruktur visuell darzustellen.

Aktivitäten im Vermessungswesen

Die für eine Vermessung erforderlichen Tätigkeiten oder Maßnahmen lassen sich grundsätzlich in zwei Arbeitsbereiche unterteilen: Feldarbeit und Büroarbeit.

Feldarbeit & Operationen vor Ort

• Entscheidungshilfen für die Auswahl der Vermessungsmethode, der Instrumente und der Ausrüstung, deren Prüfung und Korrektur, um die erforderliche Präzision zu gewährleisten.
• Bestimmung der optimalen Lage der Eckpunkte eines polygonalen Basis- oder Referenznetzes (offen, geschlossen oder verzweigt), das das Grundgerüst der Vermessung bildet.
• Positionierung und Kennzeichnung von Referenzpunkten zur Abgrenzung, Markierung von Grenzen, Festlegung von Sollwerten sowie zur Führung und Kontrolle von Bauvermessungen.

Höhe, Kote oder Geländehöhe eines Punktes

Die Höhe eines Punktes ist der vertikale Abstand, gemessen von einer Bezugsebene, oft dem mittleren Meeresspiegel. Wird der vertikale Abstand von einer anderen beliebigen Ebene gemessen, spricht man üblicherweise von einer Kote oder relativen Höhe.

Der Höhenunterschied zwischen zwei Punkten ergibt sich aus der Differenz ihrer Höhenlagen oder Koten.

Höhenlinien (Konturen)

Höhenlinien sind Linien, die auf topographischen Plänen das Relief oder die Topographie des Geländes darstellen. Eine Höhenlinie verbindet Punkte gleicher Geländehöhe und repräsentiert somit den Schnittpunkt des Geländes mit einer horizontalen Ebene. Der Abstand zwischen den Höhenlinien auf dem Plan stellt den horizontalen Abstand im Gelände dar, während der vertikale Abstand oder das Höhenintervall durch den Vergleich der Höhenwerte abgeleitet wird. Die Höhe einer Höhenlinie entspricht der Höhe der horizontalen Ebene, die sie schneidet.

Vermessungspunkte: Eckpunkte, Stationen & Absteckungen

Ein Eckpunkt (Vertex) entsteht an der Kreuzung zweier Linien und bildet einen Winkel, beispielsweise in einer offenen oder geschlossenen Traverse. Wenn bei Vermessungsarbeiten wiederholt direkt an einem solchen Eckpunkt gearbeitet wird, wird dieser Punkt als Station bezeichnet. Eckpunkte, Stationen und andere Hilfspunkte, die für Feldoperationen relevant sind, sollten dauerhaft oder temporär im Gelände markiert werden, insbesondere dort, wo topographische Geräte wie ein Theodolit aufgestellt werden.

Temporäre Vermessungspunkte

• Tacos Transit (oder Vermessungsnägel): Dies sind kurze Pfähle von 8 bis 12 cm Länge und etwa 5 cm Durchmesser, die zur Kennzeichnung von Theodolit-Stationen verwendet werden. Ein Nagel wird oben angebracht und bündig mit dem Boden eingeschlagen. Bei sehr lockerem Boden können längere Pfähle von etwa 30 cm erforderlich sein.
• Absteckpfähle (Chaflan Stakes): Diese werden im Gelände verwendet, um Punkte zu markieren, von denen aus Erdarbeiten (Aushub oder Auffüllung) für ein Ingenieurbauwerk beginnen sollen. Es sind ebenfalls Pfähle von etwa 30 cm Länge mit zwei bearbeiteten Seiten, auf denen der Abstand vom Eckpunkt zu einer Bezugsachse und die Höhe der Böschung oder Schnitttiefe vermerkt werden. Ein Absteckpunkt stellt den Schnittpunkt des natürlichen Geländes mit einer für Bauarbeiten konzipierten Böschungsfläche dar.
• Natürliche Punkte: Dies sind im Gelände vorhandene Punkte, wie Flussuferkreuzungen, Autobahnen, Straßen, Felsen, Geröll oder markante Hügel.
• Künstliche Punkte: Dies sind vorgefertigte Betonquader oder in situ gegossene Monolithe (oft als PRS bezeichnet), die dauerhaft im Boden verankert werden. Sie können entweder etwa 5 cm über der Oberfläche herausragen oder vollständig mit einer Schutzschicht bedeckt sein. Bei sehr lockerem Boden wird zusätzlich eine Stange zur Fixierung angebracht. Auf dem Monolithen sind oft Bronzeplatten eingelassen, die Informationen über den Monolithen und seine relative Position (Koordinaten und Höhe) enthalten.

Topographische Punktbestimmung

Dies sind die im Gelände vorgenommenen Abstands- und Winkelmessungen, die von einem bekannten Punkt (oder Eckpunkt/Station) ausgehen, um die relative Position eines stabilen und dauerhaften Punktes zu definieren. Diese Messungen dienen dazu, den Punkt bei Verlust wiederzufinden.

Nivellierungseinstellung: Fehlerkorrektur

Bei der Nivellierung müssen Fehler korrigiert werden, um präzise Höhen zu erhalten. Dies kann auf zwei Arten erfolgen:

• Nach Weglänge: Der Nivellierfehler wird durch die gesamte Weglänge geteilt, um einen konstanten Korrekturfaktor zu erhalten. Dieser Faktor wird dann mit den Teilstrecken multipliziert, um die Korrektur für jede einzelne Strecke zu bestimmen.
• Nach Anzahl der Instrumentenstandpunkte: Der Nivellierfehler wird durch die Anzahl der Instrumentenstandpunkte geteilt, um eine Konstante zu erhalten. Diese Konstante wird dann mit 1, 2, 3, 4...n multipliziert, um die kumulative Korrektur für jeden Standpunkt zu berechnen.