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Koordinaten- und Bezugssysteme - Eine Übersicht

Navigationstaugliche Karten verfügen über aufgedruckte Koordinatengitter. Im Kartengitter ist die zweidimensionale Abbildung der dreidimensionalen Erdoberfläche in Form eines Koordinatensystems realisiert. Historisch bedingt werden in allen Ländern der Welt viele unterschiedliche Koordinatensysteme verwendet.

Die Erde ist keine Kugel sondern ein mathematisch nicht definierbarer Geoid, dessen Form sich am Besten durch einen Ellipsoid beschreiben lässt. Um eine genaue Abbildung einer Region in einem Koordinatensystem zu gewährleisten, wird an die darzustellende Region ein dort möglichst gut passender sogenannter Bezugsellipsoid angelegt. Der Bezugsellipsoid ist mathematisch definiert, so dass auf ihn ein Koordinatensystem abgebildet werden kann. So kommt es, dass in allen Ländern der Welt verschiedene und oft mehrere klein- oder großräumige Bezugssysteme verwendet werden.

Traditionelle Systeme

Jedes Land hat oder hatte bisher sein eigenes Koordinaten- und Bezugssystem (geodätisches Datum). In vielen Ländern konkurrierten oder konkurrieren immer noch mehrere Systeme miteinander. Am Beispiel der Bundesrepublik Deutschland soll dieser Zustand aufgezeigt werden:

DHDN (alte Blöcke)
In den alten Bundesländern und im wiedervereinigten Deutschland wurde und wird das Potsdam-Datum (DHDN) bezogen auf das Bessel-Ellipsoid verwendet. Die Abbildung erfolgt in der Regel in einem geographischen Koordinatensystem oder in einem Gauß-Krüger-Koordinatensystem mit drei Grad breiten Meridianstreifen. Kleinmaßstäbige Karten werden auch in verschiedenen Lambert-Koordinatensystemen dargestellt.

S42/83
In der ehemaligen DDR kam das System S42/83 auf dem Krassowskij-Ellipsoid mit Abbildung in einem Gauß-Krüger-Koordinatensystem mit sechs Grad breiten Meridianstreifen zum Einsatz.

RD83 / PD83
In einigen neuen Bundesländern werden das Rauenberg-Datum (RD83) und das Rauenberg-Datum (PD83) bezogen auf das Bessel-Ellipsoid benutzt. Die Abbildung erfolgt einheitlich zu den alten Bundesländern im geographischen Koordinatensystem oder im Gauß-Krüger-Koordinatensystem mit drei Grad breiten Meridianstreifen.

DHDN90
Am Tag der Deutschen Einheit, dem 3. Oktober 1990, erarbeiteten Vertreter der Grundlagenvermessung der alten und neuen Bundesländer einen Entwurf, der ein einheitliches geodätisches "Bezugssystem" im vereinten Deutschland zum Ziel hatte. Dies konnte nur per Definition geschehen, indem man die oben beschriebenen, historisch gewachsenen Bezugssysteme DHDN, S42/83, RD83 und PD83 zum neuen DHDN90 zusammenführte. Das DHDN90 kann als ein kombiniertes Koordinatenreferenzsystem (engl. Compound Coordinate Reference System, CCRS) angesehen werden.

ED50
Das militärische Geowesen verwendet den europäischen NATO-Standard mit dem Europäischen Datum ED50 auf dem Internationalen Ellipsoid von Hayford mit Abbildung im UTM-Koordinatensystem oder im UTM-Meldesystem (MGRS).

WGS84
International und natürlich auch innerhalb der Bundesrepublik Deutschland gewinnt durch die vielseitige Verwendbarkeit des amerikanischen Satellitennavigationsverfahren Navstar-GPS (Global Positioning System) das 1984 festgelegte weltweit gültige WGS84 (World Geodetic System ) immer mehr an Bedeutung. Eine noch höhere Akzeptanz ist durch die größere Genauigkeit gegeben, da die aus militärischen Gründen künstlich auf das GPS-Signal aufgebrachte Ungenauigkeit ab dem Monat Mai 2000 aufgehoben worden ist.

Mit Galileo, dem europäischen Satellitennavigationssytem, das Ende 2010 betriebsbereit sein soll, und dem dann modernisierten Navstar-GPS-System (GPS III), wird die Entwicklung der modernen Satellitennavigation fortgeführt.

Ein modernes System

Durch die vielen unterschiedlichen Koordinaten- und Bezugssysteme der einzelnen Länder wurden und werden länderübergreifende raumbezogene Projekte erheblich erschwert. Andererseits werden durch die Verbreitung der GIS-Technologien, durch den vermehrten Einsatz von GPS und durch die Internationalisierung von Handel, Politik und Umweltschutz immer mehr staatsübergreifende Geodaten benötigt. Eine wesentliche Voraussetzung dafür ist ein einheitliches Koordinatensystem mit einem einheitlichen Bezugssystem. Für die Abbildung eignet sich das weltumspannende, in 60 Meridianstreifen unterteilte UTM-Koordinatensystem (Universale Transversale Mercatorprojektion). Für Europa ist das durch die Kombination mehrerer moderner Navigationsverfahren realisierte ETRF89-Datum (European Terrestrial Reference Frame 1989) als Grundlage für das europäische Bezugssystem ETRS89 (European Terrestrial Reference System 1989) gemessen und ausgewertet worden.

ETRS89
Die Vermessungsverwaltungen der meisten europäischen Länder haben in den 90-ger Jahren für alle Aufgabenbereiche des Vermessungs- und Katasterwesens die Einführung des Koordinatensystems UTM und des Bezugssystems ETRS89 beschlossen. Dabei wird das GRS80-Ellipsoid (Geodetic Reference System 1980) zugrundegelegt. Für die Abbildung in Karten wird das UTM-Koordinatensystem verwendet.

Die Umstellung des Koordinaten- und Bezugssystems bietet einen weiteren großen Vorteil. Die Daten des amerikanischen Satellitennavigationssystems GPS werden normalerweise im Bezugssystem WGS84 (World Geodetic System ) angegeben. WGS84 weicht nur geringfügig vom ETRS89 ab, wodurch mit nur sehr geringen Abweichungen die direkte Verwendung von GPS-Daten in modernen topographischen Karten möglich ist.

Genaue Datumsübergänge von DHDN90 in das modernere ETRS89 können seit 2008 auch mit Hilfe von Gitterdateien nach dem  NTv2-Standard durchgeführt werden.

Bereitstellung von Transformationssoftware zur Umrechnung raumbezogener Daten

Im Bereich der Planung und Ausführung wirtschaftlicher und wissenschaftlicher Projekte, im Vermessungs- und Katasterwesen und in den öffentlichen Verwaltungen werden topographische Unterlagen, Karten, Pläne und digitale Daten benutzt, die große Mengen von projektbezogenen Lagepunkten und Koordinaten enthalten. Die Umstellung dieser raumbezogenen Daten von den alten nationalen Koordinaten- und Bezugssystemen in moderne europa- und weltweite Systeme wird einen längeren Zeitraum erfordern, in dem die alten Systeme neben dem neuen verwendet werden müssen. In der Übergangsphase werden deshalb häufig Koordinatentransformationen mit geodätischem Datumswechsel von den alten Systemen in das neue System und zwischen den alten Systemen in großen Mengen notwendig werden. Für die Umstellung, Pflege und Aktualisierung der raumbezogenen Daten wird mit dem Programm TRANSDAT eine Software zur Verfügung gestellt, die europaweit zwischen den verschiedenen Koordinatensystemen und Bezugssystemen umrechnen kann. Das Programm ist einfach zu handhaben, kann große Koordinatenmengen mit hoher Genauigkeit in kurzer Zeit umrechnen und vermag dank seiner hohen Flexibilität viele Anwenderwünsche abzudecken.