Ortsbestimmung
Die Positions- oder Ortsbestimmung ist die Ermittlung des eigenen Standortes in Bezug zu einem gewissen Bezugspunkt (Bezugssystem). Die Bestimmung der Position eines fernen Objekts nennt man Ortung. Die Bestimmung einer Linie durch einen Ort nennt man Peilung.
- Die Methoden der Ortsbestimmung sind so vielfältig wie die Fachgebiete, die sie benötigen
- Die Reichweite geht vom Nanobereich (Physik) über einigen Zentimeter (Kartometrie) über 100 km (Navigation), 30.000 km (GPS) bis zu vielen Lichtjahren (Astronomie)
- Die Messmethoden sind vor allem Entfernungen, Winkel, Richtungen, Höhen und Laufzeiten
- Die Koordinaten sind 2D (polar, geografisch), 3D (räumlich), bei Zeitreihen auch 4D
- Die resultierende Position kann relativ sein (Ortung), oder absolut (Ortsbestimmung)
Die Trennung der Begriffe Ort (Position durch Koordinatenangabe) und Lage (Position mit Koordinaten und Lagewinkeln im Raum) ist vielfach unscharf. Die Peilung erfasst nicht den Ort, sondern einen Winkel mit einem Schenkel durch einen Ort. Die Ortung erfasst nur den Ort, aber nicht die Lage. Auch die terrestrische Navigation definiert vielfach nur Orte. Die Inertialnavigation misst hingegen zur Feststellung des Ortes generell auch die Lage und die Bewegung. Die Änderung der Position eines Objekts in Ort und Lage nennt man Positionierung.
Geodäsie: Ortsbestimmung auf der Erde
Die Ortsbestimmung im technischen Sinn der Geodäsie bedeutet die Bestimmung der Position oder des Ortes z. B. auf der Erdkugel (genauer auf dem Erdellipsoid) oder in einem Koordinatensystem der Geodäsie.
Zur eindeutigen Festlegung eines Punktes auf der Erdoberfläche in einem globalen oder regionalen Koordinatensystem gibt es verschiedene Koordinaten- oder Bezugsysteme. Sie können
- relativ sein (sich also auf bekannte Objekte beziehen)
- regional (auf eine Landesvermessung bezogen)
- geografisch (bezüglich der Erdkugel) bzw. geodätisch (Erdellipsoid)
- oder absolut – zum Erdkörper (Geozentrum) oder zum Sonnensystem (Baryzentrum)
Übliche Koordinatensysteme
In der Reihenfolge zunehmender Komplexität werden zur Ortsbestimmung vor allem folgende Bezugsysteme verwendet:
Relative bzw. mentale Festlegung
Eine solche erfolgt andauernd – unbewusst, intuitiv oder ausdrücklich, ob zu Fuß oder in einem Fahrzeug:
- Lage bezüglich eines bekannten Objektes, z. B. „3 Meter rechts vom Eingangstor“
- Lage in einem Raster (geometrisch oder mental), z. B. „an der 3. Kreuzung links, 4. Haus rechts“
- Lage im Raum, z. B. „100 Meter oberhalb (hangaufwärts) der Berghütte“.
- Richtung und Entfernung von einem Vermessungspunkt, einer Kirche usw.
- Kurs und Distanz vom/zum nächsten Hafen
Geografische bzw. natürliche Koordinaten
- Geografische Breite und Länge, bezogen auf das System einer Landesvermessung („geodätisches Datum“ und Referenzellipsoid)
- dasselbe in einem globalen System (bezüglich des mittleren Erdellipsoids), z. B. WGS84 oder ITRF
- Astronomische Breite und Länge (Astrogeodäsie: Messung der Richtung des natürlichen Lotes, d. h. bezüglich des Geoids)
Dreidimensional kartesisches System
- x, y, z in einem (räumlichen) Koordinatensystem bezüglich eines Nullpunktes (z. B. Maschinenraum)
- X, Y, Z im dreidimensionalen Koordinatensystem bezüglich des Erdzentrums (Satellitengeodäsie)
- dasselbe für Himmelskörper im Sonnensystem (Himmelsmechanik, Astronomie).
Standlinien bzw. Messungen
- z. B. Geradenschnitt (Kreuzpeilung, Schnitt zweier Baulinien oder Grenzen, Alignement)
- Schnitt zweier Kreise (Bogenschnitt, Höhenwinkelmessung, örtliche Einmessung durch Sperrmaße)
- Kombination von Gerade und Kreis (mit und ohne Höhendifferenz), z. B. Flughafen-Radar
- Hyperbelverfahren (Funknavigation, z. B. LORAN-C oder zwei Laufzeitmessungen)
- Kugelschnitt oder Hyperboloide (z. B. GPS und DGPS)
Wichtige Messmethoden der Ortsbestimmung
Aus dem Vorstehenden ergibt sich von selbst die Art der in Frage kommenden Messungen:
Entfernungs-, Winkel- und Höhenmessung
- Entfernungsmessung: mit Maßstab, Messrad, Maßband, optische Entfernungsmessung (Scherenfernrohr, Skala eines Gefällsmessers, Distanzfäden im Theodolit usw.), EDM (Laser, Infrarot) und Laufzeitmessung
- Winkelmessung: mit Winkelmesser (Transporteur) oder Dreieck (3:4:5 = 30°/90°), Sextant, Peilscheibe und Diopter, Kartometrie, Messtisch, Theodolit und Tachymeter
- Richtungsmessung: mit Kompass oder Kreiselkompass, mit Funkpeilung, bezüglich Sonnenstand (Auf-, Untergang, Sonnenuhr) oder Polarstern, mit orientiertem Theodolit („Richtungswinkel“, bei astronomischer Orientierung Azimut)
- Höhenmessung: Barometrisch (Altimeter, Siedethermometer), Nivellement, trigonometrische Höhenmessung (Höhenwinkel), Funkhöhenmesser und Doppler-Radar, Satelliten-Altimetrie.
Astronomische, Funk- und Satellitenortung
- Astronavigation mit Sextanten (z. B. Mittagshöhe der Sonne, Standlinien mit Sternpaaren)
- Astronomische Längen- und Breitenbestimmung bzw. von Längendifferenzen und Lotabweichungen durch Winkelmessung zu Gestirnen
- mit transportablen Instrumenten: mit Theodolit (z. B. Sterneck- oder Embacher-Methode), mit Ni2- und anderen kleinen Astrolabien oder mit Zenitkameras → siehe auch Astrogeodäsie
- mit fest aufgestellten Instrumenten: Universal-, Meridian- bzw. Passageninstrument, Zenitteleskop oder PZT, Radioteleskop → siehe Astrometrie und VLBI
- Sichtnavigation – durch Augenschein oder mit Karten-Gelände-Vergleich, Sichtflug
- Koppelnavigation
- Terrestrische Navigation – durch Einmessung von Fixpunkten, Landmarken usw.
- Funknavigation (Funkfeuer NDB, VOR oder HiFix, Langstreckennavigationmit LORAN, Decca, Omega usw.) → siehe Funkfeuer und Hyperbelnavigation
- Satellitenortung/Satellitennavigation: GPS (Global Positioning System) und das russische GLONASS, künftiges Galileo-System, SLR (SatellitenLaser), Satellitenaltimetrie, Satellitentriangulation
Sonstiges
- Nautische Verfahren: Fahrtmessung (Loggen) und Koppelnavigation (Addition von Wegstücken), Lotung (Tiefenmessung) in Küstennähe, kontrollierte Steuerung im Fahrwasser (mit Baken, Tonnen, Leuchttürme usw.), Meilenlaufen (Teststrecken), Deckpeilung vor der Hafeneinfahrt.
- Auto- und Flugnavigation (siehe dort), Ortung entlang Luftstraßen und Flugrouten, Odometer und digitale Straßenkarten, DGPS, Radar- und Inertialnavigation.
- Schätzung: Auch ohne Instrumente sind relative Ortsbestimmungen auf 1–10 Prozent der zurückgelegten Distanz möglich: Winkel mit Daumensprung oder Handspanne, Entfernung durch Abschreiten oder Fuß (Schuhgröße), Schätzung von Intervallen, Schätzung der Gehzeit usw.
Die Höhenschätzung ist allerdings schwieriger (Hauskante, Horizont oder Wasserflasche, Lotschnur, Schätzung der Straßensteigung usw.) - Geodätische Spezialmethoden: Polarmethode (siehe oben, bis etwa 500 m), Polygonzug (je Messpunkt etwa 100 m), Vorwärts- und Rückwärtsschnitt, Vermessungsnetze (Triangulation), Distanznetze (Trilateration), Methoder der freien Stationierung (mittels identer, 2- bis 3-fach eingemessener Punkte).
- meteorologische Navigation
- Echoortung
- geotechnische Navigation
- in der Geophysik: Felsmutung, die Ortsfeststellung von Gestein im Gegensatz zur Lage, dem Verlauf der Gesteinseinheit.
Algorithmen zur Ortsbestimmung
- Angulation: Position des Zielobjekts ist durch die Winkel mind. zweier Fixpunkte zum Objekt gegeben, siehe auch Peilung und Vorwärtsschnitt
- Standlinien und Bogenschnitt: dasselbe durch mind. zwei Distanzen, räumlicher Bogenschnitt mind. drei Distanzen
- Proximity Sensing: Das Verfahren beruht auf der einfachen Idee mehrerer verteilter Empfänger, deren Positionen bekannt sind. Die Position des zu ortenden Objekts ist dann annähernd dieselbe, wie die Koordinaten der nächststehendsten Empfangsantenne. Diese Verfahren bietet die Grundlage der Positionierung alle Zellen-basierten Systeme, die standortbezogene Dienste wie Mobilfunk anbieten z. B. GSM, UMTS)
- (zirkuläre/ hyperbolische) Lateration: Approximation der Koordinaten des Zielobjekts durch Vergleich der Signallaufzeiten beim Endgerät, gegeben mehrere Sender. Im 2D Raum benötigt man zur eindeutigen Positionsbestimmung 3 Signalgeber, im 3D Raum sind min. 4 Sender nötig, um die Position exakt berechnen zu können. Dieses Verfahren wird von Satellitennavigationssystemen wie GPS und Galileo eingesetzt.)
- Dead Reckoning (Koppelnavigation): Sind Anfangskoordinaten des eigenen Fahrzeugs (Schiff, Flugzeug) bekannt, kann mit Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung (Kurs) die Position zu jedem Zeitpunkt ermittelt werden. Verwendung in Systemen mit mobilen Endgeräten, die permanent ihre Position ändern (z. B. Flugüberwachung, OBU2, GIS-Messfahrzeuge)
- Komplexe geodätische Software:
- Schnittverfahren, Polygonzug, Netzausgleichung, Fehlerfortpflanzung, Absteckung, GIS-Module usw.
- Analytische Fotogrammetrie, Bündelblockausgleichung
- Überbestimmung und Kombination der obigen Methoden erlaubt Aussagen zu Genauigkeit und Zuverlässigkeit (siehe auch Netzdesign).
Personenortungsanlagen
Es gibt Transponder (Sendeanlagen, zumeist in Kleidung eingenäht) für Personen. Diese funktionieren in Verbindung mit der Infrastruktur einer Personenortungsanlage.
Die Sender lösen bei Verlassen z. B. von Pflegeeinrichtungen durch den Betreuten ein Signal aus. Es ist unmöglich, Sender unter die Haut einzubauen da das Sendesignal durch den Wassergehalt der Haut geschwächt wird.
Umstritten ist die Zulässigkeit der Ortung von Personen, die unter curativer oder rechtlicher Betreuung stehen. Das Abwägen von Schutz- und Kontrollinteressen gegenüber dem informationellen Selbstbestimmungsrecht ist am Einfachsten durch willentliche Zustimmung des Trägers zu sichern. In allen anderen Fällen soll eine neutrale oder eine autorisierte Instanz die entsprechenden Entscheidungen fällen.
Die Auffassung der Vormundschaftsgerichte zur Zulässigkeit und Genehmigungsbedürftigkeit als freiheitsentziehende Maßnahme (§ 1906 BGB) ist unterschiedlich. Bejaht wurde diese Frage u. a. durch AG Hannover, BtPrax 1992, 113; AG Bielefeld, BtPrax 1996, 232; AG Stuttgart-Bad-Cannstatt FamRZ 1997, 704. In einer neuen Entscheidung spricht sich das OLG Brandenburg gegen die Genehmigungspflicht des Senderchips als solchen aus; genehmigungspflichtig sei es, wenn klar sei, dass tatsächlich freiheitsbeschränkende Maßnahmen in der Einrichtung getroffen werden (OLG Brandenburg FamRZ 2006, 1481).
Die offene politische Diskussion zu diesem Thema hinkt in Deutschland spät hinter dem gesellschaftlichen Diskurs in Nachbarländern hinterher. In Österreich ist die Verwendung von kleinen Transpondern an allen Liftanlagen üblich. In den USA wird zunehmend jeder Patient im Krankenhaus mit einem Transponder gekennzeichnet. Die Vorteile zur Sicherheit für Betrieb, Behandlung und Rettung sind vielfältig.
Geräteortungsanlagen
Es gibt Transponder (Sendeanlagen, zumeist versteckt angebracht) für Geräte. Diese funktionieren in Verbindung mit der Infrastruktur einer Geräteortungsanlage für den Diebstahlsschutz.
Die Sender lösen bei Entfernen z. B. von Geräten aus dem zulässgen Verwendungsbereich durch missbräuchlichen Transport (Diebstahl, unerlaubte Leihe, unbezahlter Kauf sachfremde Verbringung) ein Signal aus. Es ist unmöglich, Sender unter Metalloberflächen einzubauen, da das Sendesignal durch die Metallschicht geschwächt wird.