Heft 2/2010

Kurzfassung
Koordinatenbezugssysteme für Vermessung, Kataster und Geo-Wissenschaften wurden in den letzten 25 Jahren durch die Einbeziehung von Satellitenmessungen gravierend verändert. Die globale Vernetzung und länderübergreifende Projekte machten die Einführung eines 3-D Referenzsystems erforderlich. Gemeinsam mit den meisten anderen europäischen Ländern hat das Bundesamt für Eich- und Vermessungswesen (BEV) beschlossen, das European Terrestrial Reference System 1989 (ETRS89) als nationales 3-D Bezugssystem zu nutzen. Mit der Fertigstellung des Echtzeitdienstes APOS (Austrian Positioning Service) ist die permanente Realisierung von ETRS89 in Österreich gewährleistet. Im Beitrag wird ein Überblick über die Realisierung von ETRS89 gegeben. Es versteht sich von selbst, dass neben der Realisierung ein permanentes Monitoring eine entscheidende Aufgabe darstellt, um die Qualität der Realisierung sicher zu stellen. Über die Vorgangsweise beim Monitoring, sowie die sich daraus ergebenden Konsequenzen in Hinblick auf die Stabilität der Koordinaten wird berichtet. Abschließend wird die Nutzung von ETRS89 in Zusammenhang mit der EU-Richtlinie INSPIRE dargestellt.

Abstract
The generation of coordinate reference systems for geodesy, surveying and geo-sciences has been strongly changed by the use of satellite measurements over the last 25 years. 3-D reference systems are necessary to provide a common base for regional and global projects. The Federal Office of Metrology and Surveying (BEV) decided to use ETRS89 (European Terrestrial Reference System 1989) as the official 3-D system. The newly established Austrian Positioning Service (APOS) is used to implement ETRS89 in Austria. This article intends to give a survey of the implementation process of ETRS89 in Austria. Once realized, permanent monitoring is necessary to secure quality standard. In this article the monitoring process will be described and the necessity of coordinate stability as well as the consequences of possible changes in coordinates will be discussed. Finally the use of ETRS89 data within INSPIRE, the EU directive, will be referred to.

Kurzfassung
Massenbewegungen treten insbesondere in gebirgigen Regionen verstärkt auf und stellen häufig eine Gefahr für Mensch und Infrastruktur dar. Für die Untersuchung solcher geodynamischen Prozesse werden heute oftmals numerische Modelle verwendet, die das Verhalten des Untergrundes simulieren. Die Anpassung solcher Modelle an in situ-Messdaten geschieht jedoch häufig durch unsicheres "trial and error". Einen Genauigkeitsgewinn und die statistische Beurteilung der Modellanpassung verspricht hier die adaptive Kalman-Filtertechnik. Diese erlaubt die optimale Schätzung des Zustands des Systems "Rutschhang" und kann auch zur Prädiktion des künftigen Hangverhaltens eingesetzt werden. Nachfolgend soll die Entwicklung eines adaptiven Kalman-Filters anhand einer noch simulierten Testböschung erläutert werden. Die Methode der Modellkalibrierung soll später auf das Modell eines realen Untersuchungsobjekts angewendet werden, und zusammen mit den erfassten Monitoringdaten die Grundlage für ein wissensbasiertes Alarmsystem für Massenbewegungen schaffen.

Abstract
Mass movements especially appear in mountainous regions and often cause dangerous situations for men and infrastructure. Today, the analysis of such geodynamic processes is commonly done by numerical modelling to simulate the behaviour of bedrock. The adjustment of such models with measured data is usually done by statistically non assured "trial and error" methods. Adaptive Kalman-filtering can be used to increase accuracy and enable the statistical evaluation of the adaptation results. The optimal estimation of relevant system quantities and the prediction of the future slope behaviour are possible. The application of an adaptive Kalman filter to a still simulated test slope is described below. The calibration method will be applied to a model of a real slope being the basis for a knowledge-based alarm system for mass movements.

Kurzfassung
Durch die Analyse von historischen Bild- und Fotoquellen lässt sich feststellen, dass alpine Kulturlandschaften einem stetigen Wandel unterliegen. Diese Kulturlandschaftsdynamik lässt sich so aber nur qualitativ beschreiben, um quantitative Aussagen über Veränderungen treffen zu können kann man auf Methoden der Fernerkundung und Geoinformatik zurückgreifen. Im Rahmen der hier vorgestellten Arbeit wurde auf Basis von Luftaufnahmen beginnend mit dem Jahr 1954 in 11 alpinen Untersuchungsgebieten mit einer Größe von 1x1 km2 bzw. 2x2 km2 eine Zeitreihealyse der Landbedeckung durchgeführt. Es wurden dabei je nach Verfügbarkeit der Luftaufnahmen für jedes Testgebiet manuell aus den Referenzjahren 1954, 1962-67, 1975-78, 1983, 1992-97, 2002 und 2006 Kartierungen durchgeführt, bei denen die Landbedeckungsklassen Wald, Freifläche, Siedlung, Gewässer und Ödland berücksichtigt wurden. Die Ergebnisse wurden auf mehreren Ebenen mit Hilfe von GIS-basierten Methoden analysiert, um dadurch Rückschlüsse auf die Triebkräfte, die für diese Entwicklungen verantwortlich sind zu finden. Als Ergebnis liegt ein Modell vor, das die Entwicklung alpiner Kulturlandschaften beschreibt. Auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse sollen mögliche Zukunftsszenarien der Struktur alpiner Kulturlandschaften entworfen werden.

Abstract
Historical pictures and photos describe the consistent change of alpine cultural landscapes. With these data sources only a qualitative change can be described, for quantitative predications remote sensing methods in combination with GIS analysis can be applied. Within this research a time series of land cover maps based on aerial images starting from the year 1954 have been implemented in eleven test sites with an area of 1x1 km2 resp. 2x2 km2. Depending on the availability of aerial images, land cover maps for the reference years 1954, 1962-67, 1975-78, 1983, 1992-97, 2002 and 2006 with five land cover classes forest, open land (meadow and pasture), settlement, water and wasteland were processed. The mapping results where analyzed by GIS techniques to get an idea of the driving forces behind the dynamics and to create a model of alpine cultural landscapes. Based on the outcome of this research, possible future scenarios for the development of alpine landscapes will be created.

Kurzfassung
Seit 2007 untersucht der FWF-Spezialforschungsbereich HiMAT – History of Mining Activities in Tyrol – der Universität Innsbruck den Einfluss des Bergbaues im alpinen Raum und die dadurch entstehenden substantiellen Veränderungen für Kultur und Umwelt. An der Erforschung der Bergbaugeschichte sind zwölf Universitätsinstitute aus verschiedenen Fachbereichen der Geistes-, Natur- und Ingenieurswissenschaften, sowie internationale Experten der Universitäten Basel, Frankfurt, Tübingen und dem Deutschen Bergbau-Museum Bochum beteiligt. Das Großprojekt ist auf zehn Jahre konzipiert und wird u.a. vom österreichischen Fonds zur Förderung wissenschaftlicher Forschung (FWF) sowie den Bundesländern Tirol, Salzburg und Vorarlberg sowie der Autonomen Provinz Bozen-Südtirol gefördert [1]. Die Vermessung ist ein unerlässlicher Begleiter jeder archäologischen Grabung. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit der Archäologen und Vermessungsingenieure des SFB HiMAT versucht bewährte Methoden mit neuen Techniken der Dokumentation zu ergänzen und somit den Arbeitsablauf effizienter zu gestalten. Die berührungslose und zerstörungsfreie Datenerfassung sensibler und komplizierter Objekte ist nicht der einzige Vorteil einer dreidimensionalen und flächendeckenden Aufnahme mittels eines Laserscanners. Durch die hohe Auflösung und schnelle Datenverarbeitung moderner Geräte ist eine exakte 3D-Dokumentation mit einer hochauflösenden Texturierung realisierbar. Die Anzahl an exakt vermessenen Details erhöht sich im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren beträchtlich. Das Einsatzgebiet derartige Vermessungsgeräte ist z.B. in der Staudammüberwachung oder der Qualitätssicherung im Flugzeug- und Maschinenbau. Weitere Anwendungen mit hohem Potential finden sich aber zunehmend auch in der Archäologie und im Denkmalschutz.

Abstract
In early 2007 the special research program HiMAT – History of Mining Activities in Tyrol – was established at the University of Innsbruck. The aim of this international research is the analysis of the impact of mining activities on the environment and human society. Under the broad auspices of the research program, 12 university institutes and international experts from the Universities of Basel, Frankfurt, Tübingen and as well as the Deutschen Bergbau- Museum in Bochum, participate in a total of 14 subprojects. The project with a duration of then years is generously supported by the Austrian Science Fund as well as by the province governments of Tyrol, South Tyrol, Vorarlberg, Salzburg and the Autonomous Province of Bolzano-South Tyrol, Italy. [1]. Surveying is an important partner for every archaeological excavation.The advantage of a laser scanner is the three dimensional and comprehensive recording and the non destructive way of acquiring geometric data of sensitive and complex objects. The high resolution of modern equipment allows an accurate spatial documentation with a corresponding texturing. In comparison to conventional methods, the quantity of exact surveyed details could be increased at the same time. The typical use for these measurement systems is e.g. monitoring of dams or quality control of aircrafts and engine construction. But increasingly it is also used for archaeology and cultural heritage various applications.

Kurzfassung
Glasfasern sind in der Telekommunikation weit verbreitet und ermöglichen hohe Datenraten und Übertragungsgeschwindigkeiten. Licht spielt dabei die zentrale Rolle des Übermittlers. Die Verwendung von optischen Fasern in der Sensorik und deren Anwendungen, insbesondere in der Ingenieurgeodäsie, gewinnt zunehmend an Bedeutung. Der Einsatz einer einfachen Glasfaser als Sensorelement für den Prototyp eines Neigungssensors ist ein Beispiel dafür, wie Licht und die mechanischen Eigenschaften der Faser für die Messung von Neigungen in zwei Achsen nutzbar gemacht werden können. Dabei wird das aus einer Glasfaser gefertigte Sensorelement einseitig eingespannt. Das freie Ende des Elements erfährt bei Neigung des Sensors Auslenkungen, die aufgrund der Biegung des Sensorelements entstehen. Wenn Licht in der Faser geführt wird, entsteht am freien Ende ein mit einem positionsempfindlichen Detektor messbarer Punkt. Aus den so bestimmten Faserauslenkungen können anschließend die Neigungswinkel berechnet werden, wofür die Faser als schlanker Balken modelliert wird. Sensorentwicklung, Kalibrierung und Signalverarbeitung sind Themen dieses Beitrags, wobei auch der Einsatz bei statischen und kinematischen Anwendungen besonders behandelt wird. Die Arbeit steht an der Schnittstelle von Mechanik, Sensorik und Ingenieurgeodäsie und zeigt, wie geodätisches Wissen sowohl bei der Sensorentwicklung, als auch bei der Datenauswertung genutzt werden kann.

Abstract
Optical fibers are widely used for telecommunication and allow high bandwidths and data transfer rates. In the transfer process light plays the central role of the transmission. In sensor technology and its applications, especially in engineering geodesy, the use of optical fibers gains constantly in importance. The use of a simple optical fiber as a sensing element for the prototype of a fiber optic tiltmeter is an example of how light and the mechanical properties of the fiber can be used for biaxial tilt determination. The sensing element consists of an optical fiber which is clamped at one side. The free end of the emerging element experiences deflections as soon as the sensor is tilted. When light is guided within the fiber, the cantilever deflections can be measured using an optical detector. From the fiber deflections, the tilt angles can be calculated based on modelling the optical fiber as a cantilever using equations of structural mechanics. Sensor development, prototype calibration and signal processing will be treated in this article. Also selected aspects of static and kinematic applicability will be addressed. The work can be viewed at the interface between mechanics, sensor technology and engineering geodesy and shows how geodetic knowledge can be applied for sensor development and data processing.

Kurzfassung
Die Nachfrage nach aktuellen, detailreichen Landbedeckungskarten ist groß. Die Fernerkundung kann einen wesentlichen Beitrag zur Bereitstellung solcher Datensätze leisten. In diesem Artikel wird anhand von zwei aktuellen Beispielen demonstriert, wie die k-nearest-neighbour Methode in Kombination mit Satellitenbildern für die Landbedeckungskartierung eingesetzt werden kann. Im ersten Beispiel werden ausgehend von terrestrisch erhobenen Stichprobendaten der Österreichischen Waldinventur flächendeckende Waldkarten erzeugt. Im zweiten Beispiel wird gezeigt, wie aus stark generalisierten und teilweise veralteten Landbedeckungskarten (CORINE) aktualisierte und räumlich verfeinerte Karten mit Hilfe von multisaisonalen Satellitenbildern erstellt werden.

Abstract
There is a great demand for up-to-date and detailed land cover maps. Remote sensing is a fundamental tool to make this kind of information available. In this article, it is shown how the k-nearest-neighbour method can be used in combination with satellite images for land cover mapping. Two recent studies are presented. In the first one, field data from the national forest inventory of Austria are used to map forest parameters. In the second study, it is shown how land cover maps that are rather out-dated and that have a high level of generalisation (CORINE) serve as valuable reference data to compile up-to-date land cover maps using multi-seasonal satellite images.

Kurzfassung
Die Laserstation Graz – Lustbühel misst seit 1982 Entfernungen zu Satelliten mit kurzen Laserpulsen; seit 2004 als einzige Station weltweit mit 2 kHz. Dies hat nicht nur enorme Vorteile für diese Messungen selbst (z.B. Genauigkeiten im sub-mm-Bereich), sondern ermöglicht auch eine ganze Reihe von innovativen Zusatz-Applikationen. Die routinemäßig gemessenen Entfernungen ermöglichen eine extrem genaue Bestimmung der Spin-Daten von Satelliten; parallel zu diesen Entfernungsmessungen können Seeing-Werte der Atmoshäre erfasst werden; die kHz Laserpulse werden zusätzlich für LIDAR-Zwecke verwendet; eine Übertragung bzw. Vergleich von Zeitskalen im sub-ns-Bereich, sowie eine Übertragung von Daten mit Hilfe der kHz Laserpulse ist im Aufbau.

Abstract
Since 1982, the laser station Graz – Lustbuehel measures distances to satellites using short laser pulses; since 2004 as the only station with 2 kHz. This is not only an enormous advantage for these distance measurements (e.g. sub-mm accuracies), but also allows several additional and innovative applications. The routinely measured distances allow an extremely accurate determination of spin parameters of satellites; in parallel, atmospheric seeing measurements are evaluated and registered; the kHz pulses are additionally used for LIDAR purposes; a transmission of, and comparison between time scales in the sub-ns range, as well as a data transmission concept using kHz laser pulses is in development.

Kurzfassung
Range imaging bezeichnet die bildweise, geometrische Erfassung des Objektraums durch range cameras mittels simultaner Laufzeitmessungen optischer Signale. Diese aufkommende Technik verbindet und ergänzt wesentliche Stärken von Photogrammetrie und Laserscanning, zweier heute weit verbreiteter Methoden zur automatisierten Massenpunktbestimmung. Range cameras werden in einer bestimmten Bauweise mittlerweile zwar kostengünstig in Serie produziert, die rohen Distanzbeobachtungen weisen jedoch noch große zufällige, und vor allem systematische Fehler auf. Der vorliegende Beitrag beschreibt diese, zusammen mit den am IPF der TU Wien entwickelten Kalibriermethoden. Weiters wird eine erste geodätische Anwendung vorgestellt, bei welcher ein Teil einer Einkaufspassage aufgenommen und modelliert wird

Abstract
Range imaging denotes the image-wise, geometric capture of object space performed by range cameras using simultaneous time-of-flight measurements of optical signals. This emerging technique combines and supplements essential strengths of photogrammetry and laserscanning, nowadays two of the most popular methods for automated bulk point acquisition. A certain type of range cameras is manufactured cost-effectively in mass production today, but the raw range observations still feature high noise levels and, above all, large systematic errors. This article describes these errors and the respective calibration methods developed at IPF (TU Vienna). Furthermore, it presents a first geodetic application, which captures and models parts of a shopping arcade.

Kurzfassung
Die Transformation zwischen einem himmelsfesten und einem erdfesten Koordinatensystem ist von essentieller Bedeutung nicht nur für die geodätischen Weltraumverfahren, sondern generell für alle präzisen Positionierungs- und Navigationsaufgaben. Der Übergang von einem System in das andere erfordert eine gute Kenntnis der so genten Erdorientierungsparameter (EOP). Die EOP beschreiben die Lage einer Referenzachse im Raum und relativ zum Erdkörper und den momentanen Winkel der Erdrotation, also die Verdrehung eines Bezugsmeridians. In diesem Artikel wird erläutert auf welche Weise die Verbindung zwischen zälestischen und terrestrischen Positionen nach aktuellen Konventionen herzustellen ist und wie die zugehörigen Transformationsparameter definiert sind. Zudem werden die wichtigsten äußeren und geophysikalischen Einflüsse, die Schwankungen der EOP hervorrufen, und ihre Handhabung behandelt. Im Detail wird auf die Effekte der Gezeiten der festen Erde, der Ozeane und der Atmosphäre auf die Orientierung der Erde eingegangen. Als Einblick in aktuelle Erdrotationsforschung wird eine Studie vorgestellt, welche die Überprüfung eines konventionellen Modells für die Auswirkungen langperiodischer fester Erdgezeiten und Ozeangezeiten auf die Weltzeit durch Vergleich mit Beobachtungen der Very Long Baseline Interferometry (VLBI) zum Ziel hatte. Die Untersuchung ergab Abweichungen zwischen Modell und Beobachtung von mehr als 40 Mikrosekunden, was in etwa 2 cm an der Erdoberfläche entspricht.

Abstract
The transformation between space-fixed and Earth-fixed coordinate systems is of significant importance not only for space geodetic techniques but in general for all precise applications of positioning and navigation. The transition from one system to the other requires an adequate knowledge of the so called Earth orientation parameters (EOP). The EOP specify the attitude of a reference axis in space and with respect to the Earth and the instantaneous Earth rotation angle, which is actually the phase of a prime meridian. This article deals with the mode of establishing the connection between celestial and terrestrial positions according to present conventions and the definition of the respective transformation parameters. Furthermore the most important external and geophysical causes, which induce EOP variations and their handling is examined. Effects of solid Earth tides, ocean tides and atmospheric tides on Earth orientation are discussed in more detail. To give an insight into recent Earth rotation research an investigation is presented, the purpose of which was the revision of a conventional model for the impact of long periodic solid Earth tides and ocean tides on universal time by means of comparison to observations of Very Long Baseline Interferometry (VLBI). The investigation revealed discrepancies between model and observation of more than 40 microseconds, corresponding to approximately 2 cm on the Earth surface.