Fernerkundung/Geometrische Bildverbesserung
Geodätische Bezugssysteme
Kugel
und Ellipsoid sind mathematische Erdmodelle mit Näherung an die Erde. Für
Gebiete bis ca 10 mal 10 km² reicht es aus eine Ebene als Bezugsfläche in der
horizontalen Abbildung zu nehmen. Für größere Gebiete muss die Erdkrümmung
mitberücksichtigt werden.
Bei
Verwendung der Kugel als Bezugsfläche sollten nur kleine Flächen, ca. 100 m
Umkreis genutzt werden.
Bestens
geeignet ist das Rotationsellipsoid.
Es
bietet eine bessere Approximation der Erdform. Es wird durch 2 Halbachsen (a
ist die große und b die kleine) unterteilt.
Beim
Rotationsellipsoid unterscheidet man zwischen
Mittlerem
Erdellipsoid und
Referenzellipsoid.
1.)
Mitterles Erdellipsoid:
Der Mittelpunkt des Ellipsoids liegt im
Massenzentrum der Erde.zB. WGS84
2.)
Referenzellipsoid:
Ein begrenztes Stück der Geoidfläche wird durch
ein Ellipsoid dargestellt. Die Lage des Ellipsoids befindet sich nicht im
Massenzentrum der Erde. Verwendet werden verschiedene Ellipsoide, nämlich die,
die von der Krümmung her am besten geeignet sind. Wichtig beim
Referenzellipsoid ist das geodätische Datum, welches die Form, Größe,
Position und Orientierung des Ellipsoids angibt.
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Durch die
eingeschränkten Möglichkeiten, technisch gesehen, im letzten Jahrhundert fällt
der Mittelpunkt der Erde bei den meisten Datums mit dem Schwerpunkt der Erde
zusammen.
Erst durch
Satellitenvermessung wurden weltweit einheitliche Systeme möglich. zB. durch
das WGS84, welches durch GPS Messungen entwickelt wurde.
Kartenprojektionen
Sind
notwendig um ebenes Abbild der Erde zu erstellen. Sie erlauben Anwendung der
Gesetzte der Geometrie und Trigonometrie zum Berechnung der Winkel, Distanzen
usw.. Der Nachteil ist jedoch, dass sie geometrisch verzerrt sind.
Kartenprojektion
ist Abbildung aus zwei Oberflächen (vom mathematischen Erdmodell auf die
Abbildungsfläche). Die Gauß’schen Fundamentalgrößen sagen daher, das
eine Abb. auf der Ebene ohne Verzerrung im Bezug auf Distanzen, Flächen, Winkel
und Richtungen nicht möglich ist.
Abbildungsflächen
Um
Verzerrungen klein zu halten oder zu vermeiden werden Abbildungsflächen
verwendet. Man unterscheidet zwischen:
Kegel
Auf
einen entlang des Breitenkreises tangential berührenden Kegel, entlang des Meridians
aufschneiden und abwickeln.
Breitenkreise
werden zu komzentrischen Kreisen und Meridiane als gerade Strahlen aus dem
Zentrum
Winkeltreue
Projektion und entlang des Breitenkreises längentreu, Verzerrungen nehmen zu
Nord und Süd zu
Schnittkegelprojektionen
sind
durch zwei Bezugsbreitenkreise definiert.Insgesamt können
jedoch
die Verzerrungen für ein größeres Gebiet geringer gehalten werden, als bei der
tangentialen Projektion.
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Zylinderprojektionen
scheiden ebenfalls entlang eines Großkreises. Die wohl bekannteste ist die
Mercator-Projektion, die gewöhnlich
entlang
des Äquators schneidet.
Die
Projektion ist winkeltreu und entlang des Äquators auch längentreu.
Jedoch
kann sie nur bis maximal etwa 80° nördlicher , bzw. südlicher
Breite
angewandt werden, da sonst die Verzerrungen zu stark werden.
Transversale
Mercator-Projektion
für
die der Zylinder um 90° gedreht wird und entlang eines Meridien schneidet.
Hier
wird der Bezugsmeridian längentreu wiedergegeben. Sowohl das
österreichische
Gauß-Krüger-Koordinatensystem als auch das UTM
(Universal
Transvers Mercator)-Sytem basieren auf transversalen
Mercator-Projektionen.
Azimutalebenen
projezieren auf eine tangentiale oder
schneidende Ebene, wobei die Berührung entweder polar, äquatorial oder in einem
beliebigen Punkt (schiefachsig) erfolgen kann.
Meridiane erscheinen als Strahlenbündel und
schneiden sich im Pol
unter dem Winkel ihres tatsächlichen
Längenunterschiedes.
Wenn die Projektion aus dem Erdmittelpunkt
erfolgt spricht man von
einer gnomonischen,
vom gegenüberliegenden Pol stereographischen,
und aus dem Unendlichen (Parallelprojektion) orthographischen
Projektion
Lage der Abbildungsfläche
Da
es verschiedene Möglichkeiten gibt, wie eine Kugel, ein Zylinder oder eine
Ebene die
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Abbildungsflächen:
·
normal oder polständig (Achse parallel zur Erdachse)
·
transversal oder äquatorständig (Achse parallel zur Äquatorebene)
· schief (Achse durchstößt das
Sphäroid an einem beliebigen Punkt)
Verzerrungseigenschaften
Die
"inneren" Eigenschaften einer Kartenprojektion werden beschrieben
durch die
Verzerrungseigenschaften
oder auch Abbildungstreue.
Diese
Eigenschaften stimmen für jeden Punkt, der "projiziert" wird.
Kartenprojektionen
sind (gegenseitig ausschließend)
·
winkeltreu (konform)
·
flächentreu (äquivalent)
·
partiell längentreu (äquidistant)
· vermittelnd (Mischform)
Längentreue
kann niemals in alle Richtungen erreicht werden, Verzerrung wird immer größer,
je weiter ich von der Berührungslinie, punkt weggehe.
Flächentreue
kann im gesamten oder im Einzelnen gegeben sein.
Winkeltreue
kommt entweder nur im Berührungspunkt oder in ebenfalls in allen Teilen vor.
Flächen
und Winkeltreue sind mit gewisser Längentreue kombinierbar.
Hängt
immer von Größe des Maßstabs ab.
Maß
der Verzerrung an einem Punkt wird durch Tissot’sche Indikatrix
beschrieben.
Diese
ist ein Abbild eines infinitesimal kleinen Kreises im Urbild und ist eine
Ellipse:
·
Winkeltreu: Die Ellipse ist in allen Punkten ein Kreis.
·
Flächentreu: Die Fläche der Ellipse ist für alle Punkte gleich groß.
·
partiell längentreu: Für ausgewählte Linien (z.B. Meridiane oder
Breitenkreise) ist die
Länge (Schnitt mit der T.I.) gleich.
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Anzahl
ist sehr groß, Verwendung basiert auf Anwendungszweck
·
Für topographische Karten großen bis mittleren Maßstabes werden hauptsächlich
winkeltreue
Abbildungen verwendet.
·
Für thematische Karten werden sehr oft flächentreue Karten verwendet.
·
In der Navigation werden zumeist winkeltreue und azimuttreue Karten verwendet
(z.B.
Mercator)
Winkeltreue
Projektionen
·
Mercatorprojektion - normaler Zylinder
·
Gauß-Krüger, Gauß-Boaga, transversale Mercator, UTM - transversaler Zylinder
Flächentreue
Projektionen
·
Lambert'sche flächentreuer Kegelentwurf
·
Lambert'scher flächentreuer Azimutalentwurf
Längentreue
Projektionen
·
Längentreuer Azimutalentwurf
Gauß-Krüger-Projektion
In
Österreich und Deutschland in der amtlichen Kartographie verwendete Projektion.
Ist eine
tangentiale
konforme transversale Mercator Projektion
Es
werden Streifen verwendet (in Österreich 3 Grad breite Streifen), M28, M31, M34
Zonenbreite
ist um Hauptmeridian gelagert
Damit
Koordinaten nicht negativ werden: False Easting: somit werden dem Rechtswert
500 km addiert
Geographische
Längen werden von Ferro aus gezählt
Durch
das BEV festgelegt
UTM-Projektion
Die
Universale Transversale Mercatorprojektion (UTM) ist ein über beinahe die ganze
Erde
verteiltes
Zonensystem auf der Basis der konformen Transversal-Merkator Projektion.
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