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2023 | Buch

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Vermessung im Bauwesen

Eine Einführung für Bauingenieure und Architekten

verfasst von: Monika Jarosch

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

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Über dieses Buch

Die Lektüre soll den Einstieg des fachfremden Neulings in die Welt der Vermessung von heute ermöglichen. Ein Grundverständnis für die physikalischen und geometrischen Zusammenhänge wird hergestellt. Im Rahmen der Vermessung werden Raumdaten erzeugt. Ziel ist es, den geeigneten Einsatz der etablierten Instrumente und Verfahren sicherzustellen. Die Auswertung erzielter Messergebnisse und die Beurteilung deren Qualität sind auf das notwendige Maß reduziert und werden anhand von Beispielen nachvollziehbar vermittelt. Mit minimalem Aufwand soll ein umfassendes Verständnis eines Bauingenieurs oder Architekten für den Einsatz moderner Messautomaten entwickelt werden. Die zweckorientierte Auswahl des besten Verfahrens ebenso wie die Möglichkeiten moderner Instrumente stehen im Vordergrund.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einführung

Zusammenfassung

Vermessungskunde für Bauingenieure wird motiviert. Mit der Erläuterung und Einordnung verschiedener Fachbegriffe werden elementare Grundlagen für ein Verständnis im Umgang mit Geodaten geschaffen. Zur Erfassung und Beschreibung des Raumes finden Geometrie und Physik zusammen. Der Zusammenhang zwischen Erdmessung, Landesvermessung und Detailvermessung wird hergestellt. Vermittelt wird die Bedeutung räumlicher Bezugssysteme in Lage und Höhe für den Umgang mit Raumdaten. Unterschiedliche Bezugsflächen werden vorgestellt. Schließlich wird der normative Rahmen beschrieben. Die Entwicklung und der aktuelle Stand verschiedener Festpunktfelder werden vorgestellt. Die benötigten Maßsysteme wie der Maßstab, Steigungsmaße und Winkelmaße werden definiert. Einfachste Instrumente werden in ihrer Bauart und Funktionsweise mit verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten und geeigneter Handhabung eingeführt. Schon hier ist abschließend eine vollwertige Flächenaufnahme mit verschiedenen Aufnahmeverfahren möglich.

Monika Jarosch

2. Mathematische Grundlagen

Zusammenfassung

Die benötigten mathematischen Grundlagen sind der einfachen Geometrie zuzuordnen. Längen, Flächen und Volumen sind zu beschreiben. Hierzu gehören unterschiedliche Maßeinheiten ebenso wie Konstanten. Der Unterschied von Mathematik und Geodäsie prägt sich in der Winkelzählung und der Orientierung von Koordinatensystemen aus. Es erfolgt eine Einführung in die Planimetrie. Verschiedene Dreieckstypen und die dazugehörigen Lehrsätze werden in Theorie und mit praktischen Beispielen vorgestellt. Für einfache geometrische Grundformen folgen alternative Möglichkeiten zur Flächenberechnung. Auf die Vektorrechnung wird mit einer Anwendung der Geometrie Bezug genommen.

Monika Jarosch

3. Bestimmung von Höhenunterschieden

Zusammenfassung

Die Bedeutung der Bestimmung von Höhenunterschieden im Bauwesen wird betont. Unterschiedliche mögliche Verfahren werden vorgestellt und klassifiziert. Auf das Prinzip des geometrischen Nivellments als direkte Methode zur Messung von Höhenunterschieden wird in Theorie und Anwendung detailliert eingegangen, ebenso auf die benötigten Instrumente, die Nivelliere und deren Überprüfung. Insbesondere werden der Meterriss und das Streckennivellement erläutert und mit Auswertebeispielen praktisch umgesetzt.

Monika Jarosch

4. Flächen- und Massenberechnung

Zusammenfassung

Die Bedeutung der Flächen- und Massenberechnung im Bauwesen wird betont. Die konventionelle Volumenmodellierung mit horizontalen oder vertikalen Grundflächen in vorgegebenen Abständen wird ebenso vorgestellt wie die aktuelle Prismenmethode. Zunächst wird die Flächenberechnung als notwendige Vorinformation für die Volumenberechnung behandelt. Unterschiedliche Verfahren zur Ermittlung von Flächen werden theoretisch vorgestellt und mit praktischen Beispielen vertieft, so die Zerlegung in geometrische Grundformen oder die Flächenberechnung aus Koordinaten nach der Gauß’schen Trapez- oder Dreiecksformel. Nach dem Rückblick auf ein Polarplanimeter als mechanisches Integrationsinstrument der Vergangenheit und dessen Wertung im Zeitalter der Digitalisierung wird das Prinzip der Volumenberechnung erläutert. Unterschiedliche Varianten der Volumenberechnung nach dem Querschnittsverfahren werden vorgestellt, so die Prismenformel, die Prismatoidformel oder auch die Pyramidenstumpfformel. Schließlich wird als Auswertung einer Quadratnetzaufnahme oder eher zukunftsweisend mit der Verfügbarkeit von digitalen Geländemodellen DGMs in die Volumenberechnung nach dem Prismenverfahren eingeführt.

Monika Jarosch

5. Horizontal- und Vertikalwinkel

Zusammenfassung

Es wird in das Messprinzip eines Theodoliten eingeführt, um Horizontal- und Vertikalwinkel zu beobachten. Der Zusammenhang zwischen dem dreidimensionalen Raum und den Richtungs- und Streckenbeobachtungen wird hergestellt. Die Voraussetzungen des fehlerfreien Instruments und der korrekten Aufstellung mit Horizontierung und Zentrierung werden beschrieben. Die Auswertung der Richtungsbeobachtungen liefert als Grundlage für die Koordinatenberechnung unmittelbar Horizontalwinkel. Es erfolgt eine Klassifikation nach Genauigkeit und Leistungsspektrum der Geräte. In die Besonderheit der Vertikalwinkelmessung wird eingeführt. Die gerätespezifische Indexabweichung wird begründet und korrigiert. Die verbesserte Zenitdistanz steht danach für die Horizontierung der beobachteten Schrägstrecke bereit.

Monika Jarosch

6. Strecken und Höhenunterschiede

Zusammenfassung

Ziel ist die Messung von Horizontalstrecken. Die Abhängigkeit vom Bezugshorizont wird erläutert. Es werden unterschiedliche Verfahren der Streckenmessung vorgestellt, insbesondere Details der elektronischen und lasergestützten Distanzmessung. Der Zusammenhang der Messung von Schrägstrecke und Zenitdistanz mit einem Tachymeter wird hergestellt. Neben der Horizontalstrecke wird als Ergebnis der Beobachtung über die trigonometrische Höhenbestimmung auch die Information zum Höhenunterschied zwischen Standpunkt und Zielpunkt verfügbar. Die trigonometrischen Höhenbestimmung kommt auf kurze Entfernung als Turmhöhenbestimmung in unterschiedlichen Varianten zum Einsatz und wird auf große Entfernungen mit Berücksichtigung des Einflusses von Erdkrümmung und Refraktion behandelt. Als Anwendung folgt das Beispiel einer Geländeaufnahme über Längs- und Querprofile. Hier werden in der Auswertung kombiniert Richtungs- und Streckenmessung sowie die trigonometrische Höhenbestimmung eingesetzt.

Monika Jarosch

7. Koordinatenberechnung und Koordinatentransformation

Zusammenfassung

Nachdem Instrumente und Messverfahren zur Bestimmung von Höhenunterschieden, Richtungen, Zenitdistanzen und Strecken erläutert wurden, folgt nun die Anwendung dieser Beobachtungsgrößen. Die Hauptaufgaben der Geodäsie behandeln zwei Grundaufgaben. Zum einen werden aus Richtungen und Strecken Koordinaten in einem ebenen Koordinatensystem berechnet. Hier ist es das Ziel, ausgehend von zwei Punkten mit gegebenen Koordinaten, Koordinaten für Neupunkte bereitzustellen. Zum anderen werden umgekehrt aus Koordinaten die erforderlichen Beobachtungen für eine Absteckung der entsprechenden Punkte ermittelt. Besonderes Augenmerk wird auf die Bedeutung und mit der Quadrantenbetrachtung auf die Berechnung der Richtungswinkel gerichtet. Nach der Koordinatenberechnung wird in verschiedene Varianten der Koordinatentransformation eingeführt. Die Koordinatentransformation beschreibt mit einer Rotation und einer Translation sowie ggf. einer Maßstabsänderung den Zusammenhang zwischen zwei Koordinatensystemen, einem lokalen Koordinatensystemen und dem übergeordneten Landessystem. Die Transformationsformeln werden allgemein hergeleitet und an einem Beispiel praktisch eingesetzt.

Monika Jarosch

8. Abbildung der Realität in Karten

Zusammenfassung

Karten ermöglichen es, den Raumbezug topografischer Details und einer Vielzahl von Informationen unterschiedlicher Thematik zu visualisieren und damit zu kommunizieren. Die Beschreibung des Raumbezugs wird von der Historie bis heute skizziert. Geografische Koordinaten werden für verschiedene mathematische Näherungsfiguren der Erde eingeführt. Der Zusammenhang der Handlungsfelder der Fachdisziplinen Geodäsie und Kartografie wird hergestellt. Die Einführunvg in Koordinatenreferenzsysteme, die Vorstellung von Referenzellipsoiden und die Beschreibung der genauen Lage und Orientierung eines Referenzellipsoids relativ zum Erdkörper führen zur 7-Parameter-Transformation. Es erfolgt eine Übersicht unterschiedlicher Kartenprojektionen, welche die gekrümmte Erdoberfläche auf eine ebene Karte abbilden. Verschiedene Abbildungstypen und unterschiedliche mathematische Abbildungsvorschriften existieren. Beginnend vom Gauß-Ellipsoid als Näherungsfigur der Erde, über Gauß-Krüger-Koordinaten wird zum UTM-Koordinatensystem als europaeinheitliches Bezugsystem übergeleitet. Es wird auf die Verzerrungen eingegangen, die bei jeder Kartenabbildung als Reduktionen für Strecken und Höhen zu berücksichtigen sind. Abschließend werden verschiedene Nordrichtungen vorgestellt.

Monika Jarosch

9. Systematische Einteilung von Karten

Zusammenfassung

Die systematische Einteilung von Karten kann nach verschiedenen Kriterien erfolgen. Für einen gezielten Zugriff werden Karten zunächst nach Aufgabe und Zielgruppe unterschieden in private, amtliche und historische Kartenwerke. Für die amtlichen Kartenwerke wird die Geodateninfrastruktur Deutschland (GDI-DE) als gemeinsames Vorhaben von Bund, Ländern und Kommunen vorgestellt, die in die europäische Geodateninfrastruktur (INSPIRE) eingebunden ist. Unterschiedliche Kartentypen werden in Maßstab und Inhalt zugeordnet und zuständige Institutionen der Länder werden benannt. Historische Karten sind mit Beispielen angesprochen. Der Zusammenhang zwischen Darstellungsgenauigkeit und Kartenmaßstab wird hergestellt. Kartenwerke werden nach dem Kartenmaßstab in große, mittlere und kleine Maßstäbe unterteilt. Sie sind in einer Maßstabsreihe organisiert. Schließlich werden Kartenwerke nach Maßstab und Blattschnitt unterschieden. Die Organisation topografischer Karten, der amtlichen Basiskarte und der internationalen Weltkarte wird erläutert. Abschließend wird auf die Sprache der Karte eingegangen, die jeder Kartenlegende zu entnehmen ist.

Monika Jarosch

10. Systematik der Koordinatenberechnung

Zusammenfassung

Der systematische Zusammenhang der Koordinatenberechnung ist über die geforderte Genauigkeit der Punktbestimmung und über die räumliche Ausdehnung gegeben. Die verschiedenen Möglichkeiten der direkten Punktbestimmung werden mit der einfachen Punktbestimmung der Detailvermessung einerseit und der trigonometrischen Punktbestimmung in übergeordneten Netzten andererseits durch das Verfahren der polygonometrischen Punktbestimmung als verbindendes Glied verknüpft. Der Vorwärtseinschnitt als Methode der trigonometrischen Punktbestimmung wird in verschiedenen Varianten situationsabhängig vorgestellt. Die polygonometrische Punktbestimmung wird als Methode und in der Anwendung eingeordnet, in unterschiedlichen Ausprägungen skizziert und jeweils in der Qualität der Punktbestimmung beurteilt. Die Feldarbeiten zur Vermarkung der neuen Festpunkte und die erforderlichen Richtungs- und Streckenbeobachtung werden beschrieben. Die Polygonzugberechnung wird schließlich theoretisch und anhand eines praktischen Beispiels für einen lage- und richtungsmäßig angeschlossenen Polygonzug durchgeführt. Abschließend wird die Methode der freien Standpunktwahl vorgestellt, die auch als freie Stationierung bezeichnet, die Möglichkeit bietet, flexibel den idealen Standpunkt für eine Totalstation zu wählen.

Monika Jarosch

11. Genauigkeit von Beobachtungen

Zusammenfassung

Die Fehlerbetrachtung im Bauwesen bezieht sich im Allgemeinen auf die Bewertung und den Umgang mit Fehlern und Ungenauigkeiten in den verschiedenen Phasen eines Bauprojekts. Im Speziellen werden hier geforderte und realisierte Genauigkeiten von Beobachtungen der Vermessung betrachtet. Es erfolgt zunächst eine Einordnung der Begriffe des Fehlers und der Abweichung in verschiedenen Fachdisziplinen und in den einheitlichen Anforderungen der DIN-Normen. Es wird die Bedeutung der Statistik zur Beurteilung von Messabweichungen herausgestellt. Auftretende Fehler werden als grobe Fehler, systematische Abweichungen und zufällige Abweichungen klassifiziert. Die Schätzung des wahrscheinlichsten Wertes einer Messung und der mechanische Hintergrund des arithmetischen Mittels werden beschrieben. Zur Beschreibung der Genauigkeit einer Messung werden die Standardabweichung und die durchschnittliche Abweichung eingeführt. Für die Berechnung der Genauigkeit einer Funktion verschiedener Messwerte wird das Varianzfortpflanzungsgesetz vorgestellt. Für die Beurteilung der Qualität einer Messung werden Genauigkeit, Exaktheit, Auflösung und Richtigkeit verwendet. Abschließend wird das Prinzip von Aufwand und Genauigkeit in der Bauvermessung diskutiert.

Monika Jarosch

12. Trassierung

Zusammenfassung

Aufgabe der Trassierung ist es, den Verlauf einer Trasse mit den Trassierungselementen Gerade, Kreis und Klothoide kontinuierlich lücken- und ruckfrei zu konstruieren. Die Kreisgeometrie wird mit den klassischen Sätzen, dem Mittelpunktswinkelsatz und dem Sehnentangentenwinkelsatz im Detail vorgestellt. Die Kreiskonstruktion folgt mit Vorgabe der Lage der begleitenden Tangenten und des Kreisradius. Exemplarisch werden die klassische Kreisbogenabsteckung mit zugänglichem Tangentenschnittpunkt, die Radienbestimmung für einen vorgegebenen Zwangspunkt sowie die Stationierung und Koordinierung einer Beispieltrasse, bestehend aus Kreisbögen und Geradenstücken, gezeigt. Die Betrachtung des Kreises als Konstruktionselement schließt mit der Behandlung des Korbbogens ab. Es folgt eine Einführung in die Geometrie der Klothoide als Übergangsbogen zwischen Kreis und Gerade. Die Wirkung der Klothoide wird anschaulich am Krümmungsbild verdeutlicht. Die allgemeine Herleitung der Bestimmungsgleichungen der Klothoide liefert die Darstellung der rechtwinkligen Koordinaten eines beliebigen Punktes der Klothoide als Funktion seiner Bogenlänge im Tangentensystem. Die Darstellung schließt mit den Richtlinien für das Trassierungselement Klothoide.

Monika Jarosch

13. Einsatz moderner Technologien

Zusammenfassung

Moderne Technologien erweitern die konventionelle Vermessungstechnik mit der Nutzung verschiedenster Satellitensysteme, dem Einsatz der Lasertechnologie und der Verfügbarkeit unbemannter Flugobjekte. Der Einsatz von Satelliten wird nach der Art der Nutzung klassifiziert und ist in Diensten zu unterschiedlichen Konditionen organisiert. Im Überblick werden globale Satellitennavigationssysteme GNSS mit Sendefrequenzen, der historischen Entwicklung und ihrer speziellen Systemkonfiguration vorgestellt. Stellvertretend wird das US-amerikanische GNSS NAVSTAR GPS detailliert erläutert, bestehend aus dem Weltraumsegment, dem Kontrollsegment und schließlich dem Nutzersegment, also der Vielzahl der Empfänger weltweit. Eingeführt wird in das GPS-Messprinzip mit dem Uhrenfehler, die unterschiedlichen Möglichkeiten der Berechnung der Position auf der Erde und mögliche Fehlereinflüsse. Es folgt eine Einführung in das Messverfahren des terrestrischen Laserscannings TLS mit Beispielen zu aktuellem Equipment, zur sachgerechten Handhabung und notwendigen Reichweitentests. Die Aufnahme eines komplexen Industriegebäudes mit anschließender Auswertung unterstreicht die Leistungsfähigkeit des TLS. Abschließend wird an einem Messprojekt der Workflow eines Drohneneinsatzes vorgestellt.

Monika Jarosch

14. BIM & GIS

Zusammenfassung

BuildingInformationModeling BIM mit dreidimensionalen semantischen Bauwerksmodellen für Gebäude oder Infrastruktur triff auf Geoinformationssysteme GIS als Standard zur Erfassung, Bearbeitung, Organisation, Analyse und Visualisierung von Geodaten. Die Bedeutung und Aufgaben von BIM&GIS, der gegenseitige Zusammenhang und die Verknüpfung zur Digitalisierung werden vorgestellt. Unterschiede in der Modellierung drücken sich im Bottom-up-Ansatz von GIS und dem Top-down-Ansatz von BIM aus. Auch die Raumbezüge der digitalen Modelle sind verschieden. Die Zuständigkeiten von BIM& GIS auf der Baustelle werden skizziert. Ausführlich wird auf BIM& GIS im Verlaufe der Zeit eingegangen. Mit der Zielsetzung der Interoperabilität von Softwareapplikationen wird die Standardisierung vorangetrieben. Institutionen der BIM& GIS-Standardisierung ebenso wie weitere Akteure national und international werden angesprochen. Abschließend werden zum Zwecke der GIS-BIM-Integration die Datenaustauschstandards IFC& GML beschrieben. Die Zusammenarbeit zwischen den verschiedenen Akteuren in der Stadtplanung und im Bauwesen wird hiermit wesentlich verbessert.

Monika Jarosch

Backmatter

Titel: Vermessung im Bauwesen
verfasst von: Monika Jarosch
Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden
Electronic ISBN: 978-3-8348-2118-8
Print ISBN: 978-3-8348-1517-0
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-8348-2118-8