G. Stangl

1. G. Stangl Entstehung und Verwendung von Referenzsystemenin Österreich

2. VU Denkmalschutzgrabungen WS2012/13 Wozu Referenzsysteme? Erde als natürliches Bezugssystem Karten als 2D-Abbildung der Erde haben sich vor 2000 Jahren durchgesetzt Impliziert Bezugssytem Allgemein akzeptierte Referenz sichert Information ? ?

3. VU Denkmalschutzgrabungen WS2012/13 Zwang zu Referenzsystem • Richtlinien für Archäologische Maßnahmen des BDA (2012) • 3 Vermessung • Die Qualität einer Grabungs- und Prospektionsvermessung ist nicht nur abhängig von ihrer „inneren“ Genauigkeit /Stimmigkeit, sondern mindestens ebenso sehr von der Genauigkeit ihrer Einpassung in übergeordnete Lage- und Höhensysteme („äußere“ Genauigkeit). Nur bei guter „äußerer“ Genauigkeit lassen sich z. B. eventuell notwendige Folgemaßnahmen nahtlos anschließen. Die Lage- und Höheneinpassung ist so eindeutig zu dokumentieren, dass sie nachvollzogen werden kann. • Der Lage- und Höhenanschluss ist in einem in Österreich gültigen Koordinatensystem im Subdezimeterbereich (< 10 cm) herzustellen und in einem Messprotokoll zu dokumentieren. Die Fixpunkte, die zur Einpassung verwendet wurden, müssen in einem Kartenausschnitt gekennzeichnet und in einem Koordinatenverzeichnis nachgewiesen werden. Höhen müssen immer als Höhen über Adria angegeben werden. Die Referenzen bezüglich der verwendeten Bezugspunkte sowie alle weiteren Vermessungsunterlagen sind der Grabungsdokumentation beizufügen. (Bei GPS-Vermessung sind gegebenenfalls die Referenzpunkte, das Messverfahren und die Transformationsparameter anzugeben.) • Werden aus dem Lage- und Höhenanschluss abgeleitete Vermessungspunkte für die Grabungsdokumentation gesetzt, sind diese in Form eines Koordinatenverzeichnisses inklusive angeschlossener Topografien in den Vermessungsunterlagen anzuführen.

4. VU Denkmalschutzgrabungen WS2012/13 Referenz-relevante Dokumentation • Richtlinien für Archäologische Maßnahmen des BDA (2012) • 4 Anzufertigende Dokumentationen • 4.1 Planunterlagen : • Aktuellen Katasterplan mit Grundstücksgrenzen und –nummern • ( Impliziert Zuordnungsmöglichkeit der eigenen Aufnahme zum gültigen Referenzsystem des Katasters) • • Maßnahmenpolygon/Grabungsgrenzen • ( Korrekte Verschneidung mit Grundstücksgrenzen sind Vorbedingung für rechtliche und finanzielle Maßnahmen) • • alle verwendeten Vermessungspunkte und abgeleiteten Fixpunkte, die für die Dokumentation der Grabung herangezogen wurden • ( Aktuelle Punkte und Koordinaten können sich im Laufe der Zeit ändern, wichtig für Langzeitdokumentation) • • Koordinatenrahmen und/oder Netzspinnen mit dem zur Lageeinpassung verwendeten, in Österreich gültigen Koordinatensystem . • ( Es können aber auch mehr sein, falls erlaubt )

5. VU Denkmalschutzgrabungen WS2012/13 Abbildung der Erdoberfläche Bezug Erde 2D: Erdoberfläche prinzipiell nicht ohne Verzerrung abbildbar Stilisierte Erdoberfläche als Kugelfläche mathematisch nach verschiedenen Kriterien (abstandstreu, flächentreu, winkeltreu) verzerrt abgebildet Globaler Bezug Erde 3D: Jeder Punkt im Raum durch kartesische (X,Y,Z) oder geographische (φ,λ,h) Koordinaten angegeben Ursprung Erdschwerpunkt, XY-Ebene in Äquatorebene, XZ-Ebene schneidet stilisierte Erdkugel ->Nullmeridian per Definition Gestückelte lokale Abbildung Globale Abbildung

6. VU Denkmalschutzgrabungen WS2012/13 Von der Antike zur Neuzeit Änderungen der Neuzeit: • Trennung in kleinmaßstäbliche (z.B. Atlanten) und großmaßstäbliche (z.B. Kataster) Karten mit verschiedenen Abbildungen • Lokale Abbildungen um Verzerrungen zu minimieren • Realisierung der Parameter (Ursprung, Ausrichtung, Maßstab) in nationaler Hand (Nationales Bezugssystem), mehrere hundert Bezugssysteme • Höhenbezug Antike Festlegungen: • Geographische Koordinaten (φ,λ) auf Äquator und Nullmeridian bezogen • Rechts/Hoch positive Werte bei Karten • Abbildung am besten in mittleren (nördlichen) Breiten

7. VU Denkmalschutzgrabungen WS2012/13 Österreich: Karten und Kataster Kataster: • Finanzpolitisch (Grundsteuer) bedingt • Bezug Franziszeische Landesaufnahme (1:2 880, Festpunkte für Aufnahme verdichtet) • Grundstücksgrenzen, Nutzungsarten, Namen der Eigentümer • Kein Höhenbezug • 7 Ursprünge für die Kronländer (exklusive Ungarn) Landesaufnahmen: • Militärisch bedingt • 1. Josephinische (1:28 800), 2. Franziszeische (1:28 800), 3. Francisco-Josephinische (1:144 000 mit Höhenschichtlinien),4. (ÖK 1:50 000) • Topographische Merkmale (Relief, Gewässer, Siedlungen, Vegetation) Trotz aller Unterschiede ein einheitliches Bezugssystem !

8. VU Denkmalschutzgrabungen WS2012/13 MGI-System MGI = Militärgeographisches Institut (Österreich-Ungarn) • (Derzeit noch) Bezug für Karten und Kataster • Erdfigur Ellipsoid von Bessel • Ursprung durch Identität Astronomische Breite/Länge = Ellipsoidische Breite/Länge HabsburgwarteHermannskogel • Orientierung Astronomisches Azimut zu Hundsheimer Berg = Ellipsoidisches Azimut • Maßstab höhenreduzierte Länge der Basis Josefstadt = Länge auf dem Ellipsoid • Zusätzlich Realisierung des Höhensystems durch Höhe = 0 = Pegelstand in Triest (Adria)

9. VU Denkmalschutzgrabungen WS2012/13 MGI-Kataster Kataster als thematische Karte der Grundstücksgrenzen etc. • Bezugsrahmen Blatt einer Karte im MGI-System • 7 Ursprünge (z.B. Schöckl) aus den MGI-Messungen bestimmt • Wie topographische Karten im System Gauß-Krüger (winkeltreu) abgebildet • Nullmeridian Ferro (Kanarische Inseln), Meridianstreifen 3°(Österreich Meridiane 28°, 31°, 34°östlich von Ferro) • Kein Höhenbezug • x-Koordinate nach Norden, y-Koordinate nach Osten positiv

10. VU Denkmalschutzgrabungen WS2012/13 Vermessungszeichen Rechtlich geschützte Vermessungspunkte des BEV • Stützpunkte für wiederholte Messungen und Anschlussmessungen • Realisierung des Bezugssystems in der Landschaft • Versehen mit Koordinaten • Dienen zur Einbindung von Detailvermessungen • Hierarchisch gegliedert (1. – 5. Ordnung) mit Distanzen von 1-50 km

11. VU Denkmalschutzgrabungen WS2012/13 Punktkarte MGI • Enthält Vermessungspunkt plus allfällige Nebenpunkte • Verzeichnis der aktuellen Koordinaten (Lage, meist auch Höhe) • Topographische Skizze (nicht maßstabsgetreu) mit Angaben zur Auffindung Trotz aller Unterschiede ein einheitliches Bezugssystem !

12. VU Denkmalschutzgrabungen WS2012/13 Defizite des MGI Realisierung des 19. Jh.: • Fehlerfortpflanzung durch Triangulierung, Messfehler, falsche Reduktionen • „Kurzwellige“ Fehler durch ständige Einpassungen oder fehlende Verbindungen (Polygonzüge in Tälern) • Widersprüche sind signifikant bei modernen Katastermessungen • Problem bei Einmessung von Grundstücksgrenzen und Einpassung in Katastralmappe

13. VU Denkmalschutzgrabungen WS2012/13 Von der Insel nach Europa • MGI-System nur in Österreich • Grenzübergreifende homogene Abbildung wurde seit 1950 vordringlich • Vollständige Neuvermessung von keinem Staat wegen zu hoher Kosten realisiert • Zwei Ziele in Österreich: Reduktion der Inhomogenität, Übergang zu internationalen Bezugssystemen • Entscheidungen: • Beibehaltung von MGI als Basis für den Kataster (vorerst) • Neurechnung des gesamten Triangulationsnetzes und Beseitigung der systematischen und menschlichen Fehler • Verbesserung des Netzes durch gezielte Neumessungen (z.B. mit GPS) • Transformation von MGI in das europäische Bezugssystem ETRS89 (3D) bzw. EVRS (Höhe) • Digitalisierung des Katasters für zukünftige Transformationen

14. VU Denkmalschutzgrabungen WS2012/13 ETRS89 und ETRF ETRS89: • European Terrestrial Reference System 1989 • Basiert auf ITRS (International Terrestrial Reference System), Koordinatenursprung im Erdschwerpunkt, X-Achse in Richtung Schnittpunkt Äquatorebene und Meridian von Greenwich, Y-Achse positiv im rechten Winkel nach Osten • Rotation der Eurasischen Platte abgezogen (ca. 2.8 cm/y) • ETRF: • Realisierung von ETRS89 durch Netz von GPS-Stationen • Soll stabile Koordinaten für alle nationalen Koordinaten liefern • Genauigkeit europaweit ca. 5 mm . Seite15 • 3VERMESSUNG DieQualitäteinerGrabungs-undProspektionsvermessungistnichtnurabhängigvonihrer„inneren“Genauigkeit /Stimmigkeit,sondernmindestensebensosehrvonderGenauigkeitihrerEinpassunginübergeordneteLage-und Höhensysteme(„äußere“Genauigkeit).Nurbeiguter„äußerer“Genauigkeitlassensichz.B.eventuellnotwendige Folgemaßnahmennahtlosanschließen.DieLage-undHöheneinpassungistsoeindeutigzudokumentieren,dass sienachvollzogenwerdenkann. DerLage-undHöhenanschlussistineineminÖsterreichgültigenKoordinatensystemimSubdezimeterbereich (<10cm)herzustellenundineinemMessprotokollzudokumentieren.DieFixpunkte,diezurEinpassungverwendet wurden,müssenineinemKartenausschnittgekennzeichnetundineinemKoordinatenverzeichnisnachgewiesen werden.HöhenmüssenimmeralsHöhenüberAdriaangegebenwerden.DieReferenzenbezüglichderverwende- tenBezugspunktesowiealleweiterenVermessungsunterlagensindderGrabungsdokumentationbeizufügen.(Bei GPS-VermessungsindgegebenenfallsdieReferenzpunkte,dasMessverfahrenunddieTransformationsparameter anzugeben.) WerdenausdemLage-undHöhenanschlussabgeleiteteVermessungspunktefürdieGrabungsdokumentationge- setzt,sinddieseinFormeinesKoordinatenverzeichnissesinklusiveangeschlossenerTopografienindenVermes- sungsunterlagenanzuführen

15. VU Denkmalschutzgrabungen WS2012/13 ETRS89 in Österreich • Realisierung in ETRF2000 • Update und check jedes Jahr • Derzeit Koordinatenänderungen nur für Einzelpunkte (Stationen) • Koordinaten der Triangulierungspunkte durch Anbindemessungen oder Transformation • Koordinaten für Grenzpunkte noch in Diskussion • Unterschied zu WGS84 (World Geodeticsystem 1984): • Globale Genauigkeit ±5 mm statt ± 500 mm • Homogenität ± 10 mm saisonal statt ± 1-5 m von Punkt zu Punkt . Seite15 • 3VERMESSUNG DieQualitäteinerGrabungs-undProspektionsvermessungistnichtnurabhängigvonihrer„inneren“Genauigkeit /Stimmigkeit,sondernmindestensebensosehrvonderGenauigkeitihrerEinpassunginübergeordneteLage-und Höhensysteme(„äußere“Genauigkeit).Nurbeiguter„äußerer“Genauigkeitlassensichz.B.eventuellnotwendige Folgemaßnahmennahtlosanschließen.DieLage-undHöheneinpassungistsoeindeutigzudokumentieren,dass sienachvollzogenwerdenkann. DerLage-undHöhenanschlussistineineminÖsterreichgültigenKoordinatensystemimSubdezimeterbereich (<10cm)herzustellenundineinemMessprotokollzudokumentieren.DieFixpunkte,diezurEinpassungverwendet wurden,müssenineinemKartenausschnittgekennzeichnetundineinemKoordinatenverzeichnisnachgewiesen werden.HöhenmüssenimmeralsHöhenüberAdriaangegebenwerden.DieReferenzenbezüglichderverwende- tenBezugspunktesowiealleweiterenVermessungsunterlagensindderGrabungsdokumentationbeizufügen.(Bei GPS-VermessungsindgegebenenfallsdieReferenzpunkte,dasMessverfahrenunddieTransformationsparameter anzugeben.) WerdenausdemLage-undHöhenanschlussabgeleiteteVermessungspunktefürdieGrabungsdokumentationge- setzt,sinddieseinFormeinesKoordinatenverzeichnissesinklusiveangeschlossenerTopografienindenVermes- sungsunterlagenanzuführen

16. VU Denkmalschutzgrabungen WS2012/13 Punktkarte ETRS89 • Geographische Koordinaten geozentrisch, bezogen auf Ellipsoid GRS80 • Höhe über Ellipsoid minus Geoidhöhe ergibt etwas Ähnliches wie „Seehöhe“ • Lagekoordinaten in UTM (Rechts/Hoch) • Eventuell Koordinatenveränderungen . Seite15 • 3VERMESSUNG DieQualitäteinerGrabungs-undProspektionsvermessungistnichtnurabhängigvonihrer„inneren“Genauigkeit /Stimmigkeit,sondernmindestensebensosehrvonderGenauigkeitihrerEinpassunginübergeordneteLage-und Höhensysteme(„äußere“Genauigkeit).Nurbeiguter„äußerer“Genauigkeitlassensichz.B.eventuellnotwendige Folgemaßnahmennahtlosanschließen.DieLage-undHöheneinpassungistsoeindeutigzudokumentieren,dass sienachvollzogenwerdenkann. DerLage-undHöhenanschlussistineineminÖsterreichgültigenKoordinatensystemimSubdezimeterbereich (<10cm)herzustellenundineinemMessprotokollzudokumentieren.DieFixpunkte,diezurEinpassungverwendet wurden,müssenineinemKartenausschnittgekennzeichnetundineinemKoordinatenverzeichnisnachgewiesen werden.HöhenmüssenimmeralsHöhenüberAdriaangegebenwerden.DieReferenzenbezüglichderverwende- tenBezugspunktesowiealleweiterenVermessungsunterlagensindderGrabungsdokumentationbeizufügen.(Bei GPS-VermessungsindgegebenenfallsdieReferenzpunkte,dasMessverfahrenunddieTransformationsparameter anzugeben.) WerdenausdemLage-undHöhenanschlussabgeleiteteVermessungspunktefürdieGrabungsdokumentationge- setzt,sinddieseinFormeinesKoordinatenverzeichnissesinklusiveangeschlossenerTopografienindenVermes- sungsunterlagenanzuführen

17. VU Denkmalschutzgrabungen WS2012/13 UTM-System • Abbildung Universal Transverse Mercator (winkeltreu) • Nullmeridian im Pazifik (180°), Streifen mit 6°Länge • Breitenabstand 8° mit Buchstaben • Rechtswert = Abstand vom Mittelmeridian + 500 000 m (false Easting), immer positiv • Hochwert = Abstand vom Äquator • In Österreich für Karten, (vielleicht) später für Kataster

18. VU Denkmalschutzgrabungen WS2012/13 Höhen Adria-Amsterdam Geometrische Höhen: Höhen über dem Ellipsoid = Ellipsoidische Höhe Physikalische Höhen: Höhen über dem Geoid/Quasigeoid, Höhen über dem Meeresspiegel, Seehöhen Europäische Seehöhen: Mehr als 20 je nach verwendetem Ausgangspunkt (Pegel) EVRS (European Vertical Reference System) als Abhilfe, zuerst Pegel Amsterdam, seit 2010 Mittel aus 20 Pegeln und Höhen (Österreich Hutbiegl) Österreich: Neues Höhensystem seit 5 (!) Jahren in Begutachtung, Differenz ca. 20 cm, statt Höhe über Adria (=Triest, 6 weitere Adriapegel als Referenz verschiedener Staaten) EVRF2007 (European Vertical Reference Frame 2007 = Amsterdam) oder EVRF2010 (=Mittel aus 20 Stationen) Es gibt (noch) kein globales Bezugssystem für Meereshöhen !

19. VU Denkmalschutzgrabungen WS2012/13 Zusammenfassung • Es gibt keine ideale Abbildung der Erde und daher kein ideales Bezugssystem • Jedes Bezugssystem ist eine willkürliche Annahme (Definition), am besten geeignet (anschaulich) sind erdbezogene Systeme (Äquator, Nullmeridian, Norden) • Jede Grabung benötigt ein Bezugssystem • Jede Realisierung des gewählten Bezugssystems ist so gut wie Ihre Messung! • Danke! ☺ ?