Geodätischer Raumbezug

Das Europäische Terrestrische Referenzsystem 1989 (ETRS89) ist die europäische Realisierung des Internationalen Terrestrischen Referenzsystems (ITRS). Das Geodätische Datum des ETRS89 ist an die Lage der europäischen Platte zur Epoche 1989.0 fixiert. Die Subkommission EUREF der International Association for Geodesy (IAG) für Europa realisiert das ETRS89 mit dem Europäischen Permanentstationsnetz (EPN). Das ETRS89 ist ein dreidimensionales geozentrisches Bezugssystem. Für den praktischen Gebrauch werden im Datum ETRS89 sowohl dreidimensionale kartesische Koordinaten als auch ellipsoidische und UTM-Koordinaten mit ellipsoidischen Höhen bereitgestellt. Als Bezugsellipsoid für das ETRS89 ist das von der Internationalen Union für Geodäsie und Geophysik (IUGG) empfohlene Geodätische Referenzsystem 1980 (GRS80) vereinbart. Es hat die folgenden geometrischen Parameter:

Große Halbachse   6 378 137 m
Abplattung              1 : 298,257 222 101

Die UTM-Koordinaten sind durch folgende Konventionen definiert:

• Transversale Mercatorabbildung in Bezug auf das GRS80-Ellipsoid
• Rechtwinklig kartesische Koordinaten in 6° breiten Meridianstreifen
• Mittelmeridian in Brandenburg: 15° (Zone 33) östlich Greenwich
• Der Maßstabsfaktor des Mittelmeridians beträgt 0,9996
• Die Abszissenachse erhält den Ordinatenwert 500.000 m
• Die Ordinate wird als Ostwert E (East), die Abszisse als Nordwert N (North) bezeichnet

Die Koordinaten der Referenzpunkte des ETRS89 werden regelmäßig neu berechnet. Derzeit bildet die Realisierung 2016 die Grundlage des amtlichen Lagebezugssystems. Der EPSG-Code für das amtliche Koordinatensystem in Brandenburg lautet 25833.

Seit dem 30.06.2017 ist das Deutsche Haupthöhennetz 2016 (DHHN2016) amtliches Bezugsystem der Höhe in Brandenburg. Es entstand in Folge einer kompletten Neuvermessung und Neuberechnung der Nivellementlinien der 1. Ordnung des bisherigen Bezugsrahmens DHHN92. Höhen im neuen amtlichen Höhenbezugsrahmen DHHN2016 werden als Höhen über NHN im DHHN2016 bezeichnet.
Das DHHN2016 ist Teil des integrierten Raumbezugs 2016, mit dem erstmals ein gemeinsames Ergebnis der integrierten Auswertung von terrestrischen und satellitengeodätischen Messungen auf Höhenfestpunkten und geodätischen Grundnetzpunkten eingeführt wird. Bei den Berechnungen wurden die bewährten theoretischen Grundlagen und Datumsfestlegungen nicht in Frage gestellt. Die neuen Koordinaten, Höhen- und Schwerewerte sind Resultat verfeinerter Mess- und Auswertetechniken.
Die Höhen im DHHN2016 weisen deutschlandweit gegenüber den Höhen im DHHN92 großräumige Unterschiede von +/- 3 Zentimetern auf, in Bodenbewegungsgebieten können auch größere Differenzen auftreten. In Brandenburg liegen die Differenzen zwischen -25 mm und +20 mm

Mit dem integrierten Raumbezug 2016 stand auch eine verbesserte Datengrundlage für die Berechnung einer verbesserten Version des German Combined QuasiGeoid (GCG) zur Verfügung. Das ebenfalls seit dem 30.06.2017 verfügbare GCG2016 ist konsistent zum DHHN2016, dem DHSN2016 und dem ETRS89/DREF91 und löst das bisherige GCG2011 ab. Es ermöglicht die Ableitung physikalischer Höhen im DHHN2016 aus GNSS-Messungen mit einer Genauigkeit von einem Zentimeter im Flachland, zwei Zentimetern in Gebirgsregionen und fünf Zentimetern im Meeresbereich.
Zur Vereinfachung der Umstellung vom DHHN92 zum DHHN2016 wurde das Transformationsmodell HOETRA2016 abgeleitet und im Internet als WebApplikation unter www.hoetra2016.nrw.de bereitgestellt. Das Modell berücksichtigt keine zeitlichen Höhenänderungen in Bodenbewegungsgebieten und kann eine strenge Neuberechnung oder Neumessung bei höchsten Genauigkeitsanforderungen nicht ersetzen. Es bietet aber Nutzern eine schnelle, unkomplizierte Möglichkeit zur Umrechnung ihrer Datenbestände.

Die Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen der Länder der Bundesrepublik Deutschland (AdV) hat auf der 93. Tagung im Oktober 1993 die Einführung des Deutschen Haupthöhennetzes 1992 (DHHN92) als Grundlage für die Nivellementpunktfelder in Deutschland beschlossen. Bis in das Jahr 2017 war das DHHN92 auch das amtliche Bezugssystem der Höhe im Land Brandenburg. Am 01.07.2017 wurde es durch das Deutsche Haupthöhennetz 2016 (DHHN2016) abgelöst.

Das DHHN92 bestand im Wesentlichen aus den Messelementen des Deutschen Haupthöhennetzes 1985 der Bundesrepublik Deutschland (DHHN85) und des Staatlichen Nivellementnetzes 1. Ordnung 1976 der neuen Länder (SNN76) sowie aus den Verbindungsmessungen zu Beginn der neunziger Jahre zwischen diesen beiden Netzen.

Ausgleichung des DHHN92

Die Ausgleichung des DHHN92 erfolgte zwangsfrei in geopotentiellen Koten unter Hinzunahme einiger anschließender außerdeutscher Nivellementlinien zur Stabilisierung. Geopotentielle Koten werden aus dem Produkt an der Erdoberfläche gemessener Schwerewerte und gemessener Höhenunterschiede erhalten. Das DHHN92 erhielt sein Niveau durch Anschluß an die geopotentielle Kote des Knotenpunktes Wallenhorst, die dieser im europäischen Nivellementnetz (Ausgleichung 1986) hat. Dadurch ist das DHHN92 an den Nullpunkt des Pegels Amsterdam angeschlossen.

Nivellement

Für die Nivellementpunkte des DHHN92 (NivP 1. Ordnung) und der NivP der niedrigeren Ordnungen wurden Normalhöhen nach der Theorie von Molodenski berechnet. Hierbei wurden die Parameter des Geodätischen Referenzsystems 1980 (GRS80) und Punktkoordinaten im Europäischen Terrestrischen Referenzsystem 1989 (ETRS89) verwendet. Bezugsfläche der Höhen im System des DHHN92 ist somit das Quasigeoid, das mit GRS80-Konstanten berechnet ist und das durch den Nullpunkt des Amsterdamer Pegels verläuft.

Normalhöhen im System des DHHN92 werden auch als Höhen über Normalhöhennull, kurz: Höhen über NHN bezeichnet. Normalhöhen sind unabhängig vom Nivellementweg.

Das Schwerefeld der Erde ist durch die unregelmäßig verteilte Masse der Erde und ihre Rotation gegeben. Der Betrag der Schwerkraft pro 1 kg Masse (Betrag der Fallbeschleunigung) in einem Punkt der Erdoberfläche heißt Schwere in diesem Punkt. Die Maßeinheit der Schwere ist m/s². Am Äquator beträgt die Schwere ungefähr 9,78 m/s², am Pol 9,83 m/s². Die Genauigkeit der Schweremessung erreicht heute wenige 0,01 µm/s².

Das Ministerium des Innern des Landes Brandenburg hat mit dem Runderlass III Nr.13/1996 vom 10. Mai 1996 als amtliches Bezugssystem der Schwere für das Land Brandenburg die Schwerewerte im System des Deutschen Schweregrundnetzes 1994 (DSGN94) festgelegt. Im Land Brandenburg wurden 4 Schweregrundnetzpunkte mit jeweils 2 Exzentren eingerichtet.

Das Deutsche Hauptschwerenetz 1996 (DHSN96) wurde an das DSGN94 angeschlossen und realisiert somit durch seine Festpunkte (SFP 1. Ordnung) neben den Grundnetzpunkten das System des DSGN94. Die Schwerefestpunkte des Schweregrundnetzes und des Schwerenetzes 1. Ordnung sind Bestandteil des homogenen, bundesweit einheitlichen Festpunktfeldes. Das Bezugsniveau und der Schweremaßstab des Deutschen Hauptschwerenetzes 2016 (DHSN2016) sind durch absolute Messungen der Schwerebeschleunigung auf den Punkten des übergeordneten Deutschen Schweregrundnetzes 1994 (DSGN94) festgelegt. Das Schweresystem ist durch Absolutschweremessungen in das internationale System der Einheiten (SI) eingebunden. Die für die Schwerefestpunkte ausgewiesenen Schwerewerte stellen jeweils den Betrag der Schwerebeschleunigung im Erdschwerefeld dar. Die Maßeinheit der Schwere ist [ms^-2].

Weitere Schwerefestpunkte

In den sechziger Jahren wurden in der ehemaligen DDR die Staatlichen Gravimetrischen Netze (SGN) angelegt. Die 1. bis 3. Ordnung wurde vermarkt, die 4. Ordnung blieb unvermarkt. Die Punktdichte beträgt 1 Gravimeterpunkt 1. bis 4. Ordnung auf 1,5 km². Viele Vermarkungen in der 1. bis 3. Ordnung sind heute durch Straßenbau zerstört. Für viele Zwecke (z. B. der Quasigeoidbestimmung) sind die Schwerewerte jedoch noch nutzbar, da die Koordinaten der Gravimeterpunkte digital vorliegen.

Die Schwerewerte wurden ursprünglich im Potsdamer Schweresystem berechnet und im Jahre 2000 durch das Bundesamt für Kartographie und Geodäsie in das Niveau und den Maßstab des DHSN96 eingerechnet. Die in der Datei ebenfalls vorliegenden Freiluftanomalien im Sinne von Molodenski mit Reliefkorrektion (Fayeanomalien) und die Bougueranomalien wurden in der Landesvermessung und Geobasisinformation Brandenburg im System des DHSN96 und bezüglich der Normalschwereformel des GRS80-Ellipsoides berechnet.

Im Land Brandenburg sind diese Bezugssysteme seit Ende der 1990er Jahre als amtliches Bezugssystem definiert. Details regelt der Raumbezugserlass des Ministerium des Innern und für Kommunales (MIK) vom 16.07.2021. Die örtliche Realisierung und ihre Genauigkeit zeigt folgende Übersicht.

Bezugssystemrealisierung und Genauigkeiten

Lage

SAPOS-EPS (0,3 - 0,8 m) / SAPOS-HEPS (1-2 cm) / SAPOS-GPPS (≤ 1 cm) / SAPOS-GPPS-PrO (≤ 1 cm - in Abhängigkeit von Messdauer und Anzahl der Wiederholungen)
Geodätische Grundnetzpunkte (GGP) (< 1 cm)
Trigonometrische Punkte (TP) 1.-4. Ordnung (< 3 cm)

Höhe

SAPOS-EPS (0,5-1,5 m) / SAPOS-HEPS (2-3 cm) / SAPOS-GPPS und GPPS-PrO (1-2 cm)
Geodätische Grundnetzpunkte (GGP) (< 1 cm)
Höhenfestpunkte (NivP) 1.-4. Ordnung (< 1 cm)

Schwere

Geodätische Grundnetzpunkte (GGP) (± 12µGal)
Schwerefestpunkte (SFP) des Deutschen Schweregrundnetzes - DHSN 1. Ordnung (± 5µGal)

Alle Geobasisdaten des Raumbezuges werden grundsätzlich in den amtlichen Bezugssystemen abgegeben. Auf Wunsch können Transformationen in historische Bezugssysteme durchgeführt werden.

Die Realisierung des Raumbezuges berücksichtigt aktuelle technische Entwicklungen. So verschiebt sich die Nachfrage seit Jahren stetig zugunsten des Satellitenpositionierungsdienstes SAPOS. Die Erhaltung des Trigonometrischen Festpunktfeldes und der Höhenfestpunkte der 2. - 4. Ordnung erfolgt nur noch bedarfsorientiert in geringem Umfang.
Der Geodätische Raumbezug besteht aus:

• den Geodätischen Grundnetzpunkten
• den Höhenfestpunkten 1. Ordnung
• den Schwerefestpunkten des Schweregrundnetzes und des Schwerenetzes 1. Ordnung
• den Referenzstationspunkten des Satellitenpositionierungsdienstes der deutschen Landesvermessung (SAPOS^®) www.sapos.de

Bei den Festpunkten und den Festpunktfeldern handelt es sich im Regelfall um vermarkte Festpunkte, deren Lage, Höhe und Schwere auf der Erde bestimmt sind und die im amtlichen Nachweis registriert werden. Daneben definiert der Satellitenpositionierungsdienst SAPOS in seiner Gesamtheit den Raumbezug. Er wird von der deutschen Landesvermessung über moderne Kommunikationsmethoden den Nutzern angeboten.

Lagefestpunkte 1.-4. Ordnung

Die Lagefestpunkte der Grundlagenvermessungen werden heute noch überwiegend als Bodenpunkte durch eine unterirdische Platte mit einem daraufgestellten Pfeiler vermarkt. Wegen der früher vorherrschenden Meßmethode werden die Punkte als Trigonometrische Punkte (TP) bezeichnet. Die Lagekoordinaten der TP sind mit höchster Genauigkeit bestimmt

Höhenfestpunkte 1.-4. Ordnung

Die Vermarkung der Höhenfestpunkte erfolgt fast ausschließlich durch Mauer- oder Pfeilerbolzen. Höhenfestpunkte werden wegen des vorherrschenden Vermessungsverfahrens im Höhenfestpunktfeld als Nivellementpunkte (NivP) bezeichnet. Die Höhe der NivP ist mit höchster Genauigkeit bestimmt.

Schwerefestpunkte 1.-4. Ordnung

Schwerefestpunkte (SFP) werden i.d.R. nicht separat vermarkt. Es werden vielmehr geeignete NivP oder TP ausgewählt, für die mithilfe von Gravimetern die Schwerebeschleunigung mit höchster Genauigkeit bestimmt wird.