Geodätisches Datum
Das geodätische Datum ist eine Angabe, die die Abbildung von Positionen auf der unregelmäßig geformten Erdoberfläche auf ein Rotationsellipsoid parametrisiert. Die Auswahl eines bestanpassenden Ellipsoids und messtechnische Beschreibung von dessen Lagerung ist die Grundlage einer Landesvermessung.
Grundlagen
Das geodätische Datum bildet die Grundlage jeglicher Landesvermessung. Vielfach werden die Begriffe Datum (v. lat.: dare = geben; PPP: datum = Gegebenes) und Ellipsoid zur Beschreibung ein und des selben Sachverhaltes verwendet, was nicht korrekt ist.
Grundsätzlich muss man unterscheiden zwischen Datumsfestlegungen klassischer Art für lokale Landesvermessungen und internationalen Festlegungen, die sich auf das Erdmassenzentrum beziehen, sogenannte geozentrische Festlegungen.
Das Referenzellipsoid wird benötigt, um eine lokal bestangepasste geometrische Rechenfläche zu erhalten. Durch Gradmessungen wurde von Bessel im 19. Jhd. ein für Mitteleuropa bestangepasstes Ellipsoid ermittelt. Da Messungen auf der Grundlage dieses Ellipsoides erfolgen, muss man dafür Sorge tragen, dass die Abweichungen in einem größeren Gebiet zwischen örtlichen Messungen und den Berechnungen nicht zu groß werden. D.h. dass das Ellpsoid so gelagert werden muss, dass es diese Forderung bestmöglich erfüllt.
Nun ist nicht gesagt, dass, wenn man mit einem Lot eine Senkrechte ermitteln will, dies auch tatsächlich die Senkrechte auf dem Ellipsoid ist. Massenstörungen im Erduntergrund können messtechnisch erhebliche Lotabweichungen erzeugen. Für die deutsche Landesvermessung wurde in Potsdam ein Nullpunkt astro-geodätisch so festgelegt, dass er unter Berücksichtigung der Lotabweichungen tatsächlich senkrecht auf dem Ellipsoid stand. Damit war ein sogenannter Fundamentalpunkt festgelegt, an dem noch heute (2005) die gesamte Deutsche Landesvermessung hängt.
Die messtechnische Festlegung des Fundamentalpunktes und die Wahl des Referenzellipsoides legen das geodätische Datum fest. Das Bessel-Ellipsoid, gelagert im Fundamentalpunkt Rauenberg als Bezugspunkt der deutschen Landesvermessung bezeichnet man auch mit dem vom US-Militär eingeführten Begriff Potsdam Datum, abgekürzt PD. (Eine Eindeutschung als "Rauenberg-Datum" kam zu spät und hat sich durch die Einführung des WGS84 erledigt.)
Bei großer Ausdehnung der Landesvermessung und/oder starken Lotabweichungen können die Abweichungen zwischen Örtlichkeit und berechneten Koordinaten erhebliche Ausmaße annehmen. Hier können sogenannte Laplace-Punkte für deutliche Verbesserungen sorgen, indem das Ellipsoid nicht auf einen Punkt bezogen, sondern vermittelnd eingepasst wird.
Ein Problem der Geodäsie besteht darin, dass man einerseits geometrisch eine ebene Rechenfläche in Form des Ellipsoids benötigt, andererseits aber auf einem geophysikalischen Objekt namens Geoid arbeiten muss, welches die Verteilung der Massenanomalien berücksichtigt. Ein Satellit zeigt in Abhängigkeit von diesen Masseanomalien Bahnabweichungen, aus denen man das Massenzentrum der Erde, das Geozentrum, ableiten kann. Mit Hilfe der Unmengen an erfassten Daten lässt sich ein optimales Ellipsoid bezogen auf das Geozentrum einrechnen. Man hat also keinen eigentlichen Fundamentalpunkt klassischer Definition mehr, sondern eher ein System.
Mit dem Siegeszug der Satellitennavigation wurde durch die Amerikaner 1984 das World Geodetic System eingeführt, kurz WGS84. Der Begriff WGS84 umfasst dabei sowohl das geodätische Datum, als auch das Ellipsoid.
Ein Großteil der deutschen Landesvermessungen verwendet das Bessel-Ellipsoid mit dem Gauß-Krüger-Koordinatensystem als Abbildungsvorschrift zur Berechnung von ebenen metrischen Koordinaten. Daneben gilt aber auch noch in Mecklenburg-Vorpommern und Sachsen-Anhalt das System der ex-DDR mit einer Gauß-Krüger-Abbildung auf dem Krassowski-Ellipsoid und in Berlin die Soldner-Abbildung auf dem Besselellipsoid
Auf europäischer Ebene wurde das Europäische Datum 1950 (ED50) definiert; es nutzt das Internationale Ellipsoid von 1924. UTM-Koordinaten werden auch unter Bezug auf das ED50 berechnet.
Um auf europäischer und internationaler Ebene über eine einheitliche und moderne Rechenfläche zur verfügen, stellen die Vermessungsbehörden der Länder in Deutschland zur Zeit die Bezugssysteme um. Man verwendet als Datum das Europäische Terrestrische Referenz-System 1989 (ETRS89) unter Verwendung des Ellipsoids Geodetic Reference System 1980 (GRS80). Die Umstellung von Gauß-Krüger-Koordinaten auf UTM-Koordinaten geht mit dem Datumswechsel von PD auf ETRS89 einher.
Bezug zum Geoid
In Österreich liegt wegen des Einflusses der Alpen das Geoid 43 bis 52 Meter über dem durch das Datum WGS84 definierten Ellipsoid. Das Datum Austria, das auf dem 596 Meter, 87 Meter, und 473 Meter in x-, y-, bzw. z-Richtung verschobenen Bessel-Ellipsoid beruht, weicht dagegen nur etwa -2,5 bis 3,5 Meter vom Geoid ab. Für Deutschland passt das um 606 Meter, 23 Meter, 413 Meter verschobene Bessel-Ellipsoid am besten und ergab das "Potsdam Datum". In der Schweiz gibt es die Schweizer Landeskoordinaten mit dem Datum CH1903.
Literatur
[1] Heckmann, Bernhard: Einführung des Lagebezugssystems ETRS89/UTM beim Umstieg auf ALKIS; in: Mitteilungen des DVW Hessen-Thüringen, 1/2005; S.17ff.
[2] NIMA - National Imagery And Mapping Agency: Department of Defense World Geodetic System 1984; Technical Report, TR 8350.2, 3rd edition; January 2000.
[3] Defense Mapping Agency: The Universal Grids - Universal Transverse Mercator (UTM) and Universal Polar Stereographic (UPS); DMA Technical Manual, DMATM 8358.2; September 1989.
[4] Strehmel, Ralf: Amtliches Bezugssystem der Lage - ETRS89; Vermessung Brandenburg, 1/1996; PDF.
[5] Heck, Bernhard: Rechenverfahren und Auswertemodelle der Landesvermessung; Karlsruhe, 1987.
Liste wichtiger Datumsdefinitionen
(siehe auch: Referenzellipsoid#Häufig_verwendete_Referenzellipsoide oder Geodäsie#Geodätische_Referenzsysteme)
- PD – Potsdam Datum
- RD – Rauenberg-Datum (identisch mit PD)
- CH1903 – Schweizer Datum 1903
- Datum Austria
- ED50 – Europäisches Datum 1950
- ED77 – Europäisches Datum 1977
- ED79 – Europäisches Datum 1979
- ETRS89 – Europäisches Terrestrisches Referenzsystem 1989
- NAD27 – Nordamerikanisches Datum 1927
- NAD83 – Nordamerikanisches Datum 1983 (identisch mit WGS84)
- WGS 60 – World Geodetic System 1960
- WGS 64 – World Geodetic System 1964
- WGS 72 – World Geodetic System 1972
- WGS84 – World Geodetic System 1984
Weblinks
- [1] - Parameter für über 200 Kartenbezugssysteme
- MapRef - Europäische Referenzsysteme und Kartenprojektionen
- [2] - Aktuelle Zusammenfassung europäischer Referenzsysteme (CRS-eu)
- [3] - EUREF-Links. EUREF is responsable for definition, realization and maintenance of the European Reference Frame.
- http://earth-info.nima.mil/GandG/geotrans/ - Download des NGA-Umrechnungsprogramms GEOTRANS