A.5 Geräte, Mess- und Auswertemethoden

Nachfolgend werden Messgeräte, Mess- und Auswertemethoden vorgestellt, auf Grund dessen die im Bericht dargestellten Ergebnisse gewonnen wurden. Dabei erfolgt eine Unterteilung in folgende Abschnitte:

• Gewässerkundliche Mess- und Auswertemethoden
• Messmethoden des Peilwesens
• Auswertemethoden des Peilwesens
• Randparameter zum Peilwesen
• Messmethoden der terrestrischen Vermessung
• Auswertemethoden der terrestrischen Vermessung
• Randparameter der terrestrischen Vermessung
• Mess- und Auswertemethodik der Laserscanning-Befliegung

I. Gewässerkundliche Mess- und Auswertemethoden

Messparameter	Messmethodik	Auswertemethodik	Bemerkungen
Leitfähigkeit	Induktive Zelle	Berechnung des Salzgehaltes nach UNESCO Formel (15 ° C Referenztemperatur)/ Auswertung entsprechend PFB	Gerätetyp Aanderaa Instruments RCM 7, 8, 9
Temperatur	Thermistor	Temperatur in Grad Celsius / Auswertung entsprechend PFB	Gerätetyp Aanderaa Instruments RCM 7, 8, 9, WTR 9, WLR 7, 8, TR 7, 8
Trübung	optischer Back-Scatter Sensor	Bisher keine Anwendung	Gerätetyp Aanderaa Instruments RCM 9 (optional)
Sauerstoffgehalt	Qxyguard	Bisher keine Anwendung	Gerätetyp Aanderaa Instruments RCM 9 (optional)
Wasserstand / Meeresspiegel	Winkelcodierer	Entsprechend gültiger Pegelvorschrift	Gerätetyp Ott Tidepegel
Wellenhöhe	Drucksensor	Bisher keine Anwendung	Gerätetyp Aanderaa Instruments WTR 9
Strömungsgeschwindigkeitsstationäre Messung	Rotor / Doppler Prinzip	Entsprechend PFB	Gerätetyp Aanderaa Instruments RCM 7, 8, 9
Strömungsrichtung stationäre Messung	Compass (magnetisch)	Entsprechend PFB	Gerätetyp Aanderaa Instruments RCM 7, 8, 9
Strömungsgeschwindigkeitsdynamische Messung	ADCP	Systemsoftware Transect von RD Instruments /  Bisher keine Auswertesoftware	Gerätetyp RD Instruments ADCP
Strömungsrichtung Dynamische Messung	ADCP	Systemsoftware Transect von RD Instruments / Bisher keine Auswertesoftware	Gerätetyp RD Instruments ADCP
Dichte	radiometrische Dichtesonde	Dichteprofil über die Tiefe	Gerätetyp Dichtesonde

II. Messmethoden des Peilwesens

Methodik im Bereich des WSA Hamburg

Messparameter	Messmethodik	Messdaten	Datenselektion	Bemerkungen
Position	Syledis, DGPS, PDGPS, Polarortung	Gauss-Krüger-Koordinaten Rechtswert und Hochwert	Interpolation der Position am Ort der Tiefenmessung,
Tiefenwert (beschickt, siehe Randparameter)	Singlelotung	Tiefenwert	min/max Tiefen pro Zyklus & Tiefe am Zyklenort
Tiefenwert (beschickt, siehe Randparameter)	Fächerlotung	Tiefenwert pro Beam	Generierung eines regulären Rasters aus Originaldaten
Sonar	Fächerlotung, spezieller Modus	Sonarbild (Grau-/ Farbstufen )	keine Selektion	keine Standardanwendung
Side Looking Sonar	ungerichteter seitlicher Fächer	Sonarbild (Grau-/ Farbstufen )	keine Selektion	keine Standardanwendung

Methodik im Bereich des WSA Cuxhaven

Messparameter	Messmethodik	Messdaten	Datenselektion	Bemerkungen
Position	DGPS	Geographische Koordinaten bezogen auf das WGS84	Interpolation der Position am Ort der Tiefenmessung
Tiefenwert (beschickt, siehe Randparameter)	Singlelotung	Tiefenwert	Keine oder nach morphologischen Gesichtspunkten

III. Auswertemethoden des Peilwesens

Methodik im Bereich des WSA Hamburg

Ausgangsgrößen	Auswertestandard	Auswertemethode	Produkt	Bemerkungen
X,Y,Z-Tripel	Tiefenpunkte	Freistellung von Tiefenzahlen	Tiefenpunkteplot
X,Y,Z-Tripel	Tiefenlinien	Glättungsfunktion	Isolinienplan
X,Y,Z-Tripel	Profilberechnung	Stationsberechnung auf Profil	Quer-/Längsprofildarstellung
X,Y,Z-Tripel	Volumenberechnung	Massenbilanz zur Solltiefe	Auftragsfläche und Volumen
X,Y,Z-Tripel	DGM	Reguläres Raster	DGM	keine Standardberechnung
Sonardaten	geokodierte Sonardaten	Mosaikstreifen	geokodierte Sonarkarte	keine Standardberechnung

Methodik im Bereich des WSA Cuxhaven

Ausgangsgrößen	Auswertestandard	Auswertemethode	Produkt	Bemerkungen
Y,X,Z-Tripel	Tiefenpunkte, Digitale Geländemodelle, Tiefenlinien	Freistellung von Tiefenzahlen, Reguläres DGM	Kombinierter Tiefenzahlen- und Linienplot
Y,X,Z-Tripel	Profilberechnung	Stationsberechnung auf Profil oder frei definiertes Profil	Quer-/Längsprofildarstellung
Y,X,Z-Tripel	Volumenberechnung	Massenbilanz zur Solltiefe, ggf. mit Baggertoleranzen	Auf- oder Abtragsfläche und Volumen

IV. Randparameter des Peilwesens

Verwendete Parameter für den Bereich des WSA Hamburg

Parameter	Messmethodik	Korrektur	Art der Korrektur	Bemerkungen
Frequenz des Echolotes	definiert durch Hersteller	keine (Bandbreite 15 – 300kHz)	keine
Öffnungswinkel	definiert durch Hersteller	Keine	keine	evtl. Hangneigungskorrektur
Wasserschallgeschwindigkeit	Temperatur & Salzgehalt	Tiefe	Online/Offline-Korrektur
Roll	Neigungssensor	Position / Tiefe	Online-Korrektur	Fächersonarsysteme
Pitch	Neigungssensor	Position / Tiefe	Online-Korrektur	Fächersonarsysteme
Heave	Heavesensor	Tiefe	Online-Korrektur
Beschickung	Pegel, Pegelgruppe, (PDGPS)	Tiefe	Offline/Online-Korrektur	PDGPS <= Geoidmodell
Tiefgang	Schiffsspezifisch	Tiefe	Offline/Online-Korrektur
Squat/Settlement	Schiffsspezifisch	Tiefe	i.d.R. vernachlässigt

• Die Berücksichtigung der aufgelisteten sowie etwaiger weiterer Randparameter obliegt den ausführenden Stellen. Die plausibilisierten beschickten Tiefen und Lagedaten, die an die Datensammelstelle Cuxhaven übergeben werden, entsprechen den Anforderungen des IHO-Standards for Hydrographic Survey Special Publication No. 44 für den Bereich von Critical Channels, berthing areas, harbours with minimum underkeel clearences. Daraus ergibt sich eine Lagegenauigkeit von besser ± 2 m und eine Tiefengenauigkeit von besser ± 0,20 m (5 m Wassertiefe) - 0,25 m (20 m Wassertiefe).

Verwendete Parameter für den Bereich des WSA Cuxhaven

Parameter	Messmethodik	Korrektur	Art der Korrektur	Bemerkungen
Messfrequenz des Echolotes	Abhängig vom Gewässergrund	keine (Bandbreite 15 – 100 kHz)	keine
Öffnungswinkel	Abhängig vom Rollverhalten	keine	keine	evtl. Hangneigungskorrektur
Wasserschallgeschwindigkeit	Temperatur & Leitfähigkeit	Tiefe	Online-Korrektur
Hub	Schätzung	Tiefe	Offline-Korrektur
Beschickung	Wasserstand an mehreren Pegeln	Tiefe	Offline-Korrektur	Köves-Verfahren oder Digitales Wasseroberflächenmodell
Tiefgang	Schiffsspezifisch	Tiefe	Online-Korrektur
Vertrimmung	Schiffsspezifisch	Tiefe	vernachlässigbar
Position	DGPS	Transformation in Gauß-Krüger-Koordinaten bezogen auf das Potsdamer Datum	Online-7-Parameter-Transformation	DREF

• Die Berücksichtigung der aufgelisteten sowie etwaiger weiterer Randparameter obliegt den ausführenden Stellen. Die plausibilisierten beschickten Tiefen und Positionsdaten, die an die Datensammelstelle Cuxhaven übergeben werden, entsprechen den Anforderungen des Planfeststellungsbeschlusses. Daraus ergibt sich eine Positionsgenauigkeit von besser 10 m und eine Tiefengenauigkeit von besser 0,3 m.

V. Messmethoden der terrestrischen Vermessung

Die Vermessungen zur Nullmessung wurden im Bereich des WSA Hamburg zu etwa 40 % von Fremdfirmen mit GPS-Technik ausgeführt und können hier nicht näher beschrieben werden. Nachfolgend wird die vom WSA angewendete Methodik beschrieben:

Bis Mai 1998 wurde die Aufnahme der Punktdaten konventionell durch Verwendung von Tachymetrie und Nivelliergerät durchgeführt. Das bedeutet:

• Einrichten der Standpunkte: Für die Aufnahme der Profilpunkte mit einer konventionellen Totalstation (Tachymeter) wurden größtenteils Instrumentenstandpunkte im Schnittpunkt der Deichkrone mit der jeweiligen Profillinie vermarkt, da vom Deich das Vorland am besten eingesehen werden kann. Ein zweiter Punkt zur Definition der Richtung des Profils wurde in einiger Entfernung zum Standpunkt in der Linie abgesteckt und während der Messung als Zielrichtung verwendet. Zur Absteckung der Profilpunkte wurde das örtlich vorhandene Festpunktfeld verwendet. Die Höhenbestimmung des Standpunktes erfolgte durch geometrische Nivellements, ausgehend von örtlichen Höhenpasspunkten, die eine hohe Genauigkeit zu gewährleisten. Nachher wurde der Instrumentenstandpunkt als neuer Profilnullpunkt eingeführt.
• Aufnahme der Detailpunkte mit Totalstation Geodimeter 620: Zur Aufnahme der Profilpunkte wurde die Totalstation auf dem vermarkten Standpunkt eingerichtet und die Richtung über den zweiten Punkt eingestellt. Die Aufnahme der Detailpunkte erfolgte durch einfaches Polares anhängen. Die Punkte wurden nach Punktnummer gekennzeichnet. Eventuelle Punktcodes wurden im Feldbuch handschriftlich vermerkt und später den elektronisch gespeicherten Datensätzen hinzugefügt. Die geschätzte System-Messgenauigkeit pro Punkt beträgt ca. +/- 1 cm, die absolute Genauigkeit, je nach Bodenrauhigkeit, ca. +/- 2 – +/- 5 cm.

Ab Mai 1998 wurde die Aufnahme der Punktdaten zu 90 % mit GPS, zu 10 % konventionell durchgeführt. Das bedeutet:

• Definition eines "Projektes": Die Profile, die zu einem Uferabschnitt ca. 8 km Länge gehören, wurden in einem Projekt zusammengefasst, d.h. ein Bereich der von einer lokalen Referenzstation funkmäßig abgedeckt werden kann und innerhalb dessen bestimmte Parameter gültig sind.
• Kalibrierung im Projekt: Durch Verwendung der RTK-Aufnahmemethode mit eigener Referenzstation war es möglich ein komplettes Projektgebiet mit dem Funksender der Referenzstation abzudecken. Daher wurde vor Beginn der Profilaufnahme für das Projekt eine Kalibrierungsmessung unter Verwendung des amtlichen Lage- und Höhennetzes durchgeführt. Durch das Einbeziehen von vorhandenen Höhenpunkten in die Ausgleichung wurde das Messsystem an den örtlichen Höhenhorizont angepasst, so dass stets eine Kontrolle mit nivellierten Höhen möglich war. Wegen der Nähe zu den Kalibrierungspunkten und der Anpassung an die lokalen Passpunkte konnte auf die Verwendung eines Geoidmodells verzichtet werden.
• Aufnahme der Detailpunkte mit RTK-System Trimble 4800: Zur Aufnahme der Profilpunkte wurde die jeweilige Profillinie im Real-Time-Kinematic Modus aufgesucht. Anschließend war eine ständige Navigation auf der Linie mit hoher Genauigkeit möglich. Die Profilpunkte wurden an ausgewählten Stellen auf der Linie durch Datensammlung von mindestens 5 sec. (5 Datensätze) gemessen und durch Vergabe von Punktnummer und Punktcode (entsprechend der Topographie) vor Ort gekennzeichnet. In den Uferbereichen, die von Bäumen, oder anderen Hindernissen abgeschattet sind, konnte GPS nicht eingesetzt werden. Hier wurde konventionell vermessen.
• Die geschätzte System-Messgenauigkeit pro Punkt beträgt ca. +/- 1 cm, die absolute Genauigkeit, je nach Bodenrauhigkeit, ca. +/- 2 – 4 cm.

Messmethoden

Messparameter	Messmethodik	Messdaten	Datenselektion	Bemerkungen
Position	Realtime-Kinematic GPS	GK-Koordinaten	Keine
Position	Polaraufnahme	GK-Koordinaten	Keine
Höhe	Realtime-Kinematic GPS	NN-Höhe	keine
Höhe	Polaraufnahme, Nivellement	NN-Höhe	keine
Objektcodes	Realtime-Kinematic GPS, Polaraufnahme	Objektcodes	keine	Codes zur Identifizierung der Objektart

VI. Auswertemethoden der terrestrischen Vermessung

Digitalisierung vorhandener Altprofile

Bei der Planung der Vermessungen wurde entschieden, dass aus Sicht der Beweissicherung ein Vergleich der neu zu messenden Geländeprofile mit vorhandenen, zum 12m- (1965) und 13,5 m-Ausbau (1974) der Fahrrinne gemessenen Profile, von großem Interesse ist, da auf diese Weise auch längerfristige Veränderungen im Uferbereich erkennbar werden. Da die Altprofile im gesamten Uferbereich des WSA Hamburg einen durchschnittlichen Abstand von ca. 200 m aufweisen, wurden grundsätzlich diese Linien verwendet und somit auf eine starre Neufestlegung im Abstand von genau 200m verzichtet.

Auf diese Weise entstand eine Querprofilplanung mit unregelmäßigen Abständen von 70 - 270 m, der jedoch dem Sinn nach der Forderung aus dem Planfeststellungsbeschluss entspricht. Bei der Entscheidung für diese Vorgehensweise wurde der Nachteil in Kauf genommen, dass die Profile weder durchgängig sind (gegenüberliegende Profile treffen sich nicht), noch einen Bezug zu den Peillinien der aquatischen Vermessung haben.

Zur Digitalisierung der Altprofile war es meistens nötig, die Koordinaten der Anfangs- und Endpunkte aus den älteren Uferkarten abzugreifen und anschließend vom damals verwendeten Michaelissystem (mit Nullpunkt Hamburger Michel) nach Gauß-Krüger zu transformieren. In einigen Fällen konnte auch auf vorhandene Koordinaten zurückgegriffen werden. Bei der Digitalisierung bzw. Transformation ist infolge des Darstellungsmaßstabes der Urkarten (1:2000) und durch Netzspannungen zwischen beiden Uferseiten mit Lageungenauigkeiten von bis zu 1 m zu rechnen.

Namensproblematik der Profile

In der Vergangenheit wurden die Profilnamen teilweise nach aufsteigenden Nummern, teilweise nach Kilometerbezeichnungen vergeben. Um Namenskonflikte zu vermeiden und ein einheitliches Format zu erhalten, wurden alle Profile nach ihrer Lage zum Stromkilometer neu benannt. Für den Namen wurde dabei der Kilometer verwendet, der sich aus dem Schnittpunkt der Verlängerung des Profils zur Stromkilometer-Achse ergibt. Der alte Name wurde weiterhin als Ordnungskriterium geführt.

Projektaufteilung

Zur besseren Übersichtlichkeit der Arbeiten wurde die Gesamtheit aller Profile im Bereich des WSA Hamburg in Projekte aufgeteilt, die sich möglichst an den bisherigen Nummerierungsbereichen orientieren, so dass eine leichtere Zuordnung eines Profils zu seinem jeweiligen Vorgänger möglich ist.

Auswertemethoden

Ausgangsgrößen	Auswertestandard	Auswertemethode	Produkt	Bemerkungen
Winkel und Entfernung	3D-Punktkoordinaten	Koordinatenberechnung	Geländeprofil
GPS-RTK Daten	3D-Punktkoordinaten	Realtime-Kinematic Datenprocessing	Geländeprofil

VII. Randparameter der terrestrischen Vermessung

Parameter	Messmethodik	Korrektur	Art der Korrektur	Bemerkungen
Spannungen im Lagefestpunktfeld	Realtime-Kinematic o. Postprocessing GPS	Kalibrierung, örtliche Anpassung	Autom. Korrektur über Helmert-Transformation
Spannungen im Höhenfestpunktfeld	Realtime-Kinematic o. Postprocessing GPS	Kalibrierung, örtliche Anpassung	Autom. Korrektur über bestanpassende Ebene
Opt. Winkelmessung	Justierungsprogramm	Im Instrument	rechnerisch
Entfernungsmessung	Justierungsprogramm	Im Instrument	rechnerisch
GPS-Daten	Im Empfänger	Statistische Tests	rechnerisch

VIII. Mess- und Auswertemethodik der Laserscanning-Befliegung

Die Mess- und Auswertemethodik ist auf der beigefügten Materialien-CD (Laserscanning-Befliegung) beschrieben.

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