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Normalhöhen
in NRW: |
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Zum 01.01.2002 wurde in Deutschland einheitlich das Deutsche
Haupthöhennetz 1992 (DHHN92)
als neues Höhensystem eingeführt. Das Landesvermessungsamt
Nordrhein-Westfalen gibt ab diesem Zeitpunkt nur noch Höhenwerte
in diesem neuen System ab. Die bisherigen DHHN12-Höhen werden
nur noch bis Ende 2002 fortgeführt und auf Anfrage geliefert.
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Höhenbezugsflächen: |
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Um jeden Punkt der Erdoberfläche mathematisch einfach und
eindeutig definieren zu können (z.B. bei der Kartenherstellung)
ersetzt man die unregelmäßige, mathematisch kaum erfassbare
Erde durch ein Ellipsoid (z.B. in Deutschland Bessel, Hayford
oder Krassowski), dessen Figur durch seine Achsenparameter beschrieben
ist und dessen Lage zur Erdoberfläche durch weitere Festsetzungen
in Bezug gebracht wird.
In Bereichen, in denen die Schwerkraft die Messungsergebnisse
beinflusst, z.B. beim Nivellement oder bei GPS-Messungen, bezieht
man sich auf ein Niveauellipsoid, wobei gleiche Dichteverhältnisse
innerhalb dieser mathematischen Gestalt unterstellt werden. In
jedem Punkt der Oberfläche liegt das gleiche kinetische Potential
(Energie) vor. Für jeden beliebigen Punkt des Niveauellipsoides
kann ein Normalschwerewert berechnet werden. GPS-Höhen beziehen
sich z.B. auf das GRS80-Niveau) Ellipsoid.
Die breitengrad- und höhenabhängige, teils sogar lokal
unterschiedlich auftretende Schwerkraft beeinflusst jegliche Bewegung
und Kraftpotentiale. Deshalb wurde für vielerlei Anwendungen
in der Geodäsie eine eigene mathematische, physikalische
Erdgestalt geschaffen, das Geoid: Auf jedem Punkt seiner Oberfläche
ist die potentielle Energie gleich und die Schwerkraft steht in
jedem Punkt senkrecht zur entsprechenden Tangente (Abbildung rechts).
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Warum
löst das Höhensystem DHHN92
das bewährte Höhensystem DHHN12 ab?
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Zum Zeitpunkt der politischen Wiedervereinigung Deutschlands
1990 bestanden in beiden Teilen Deutschlands unterschiedliche
Höhensysteme. In den alten Bundesländern standen die
auf dem Amsterdamer Pegel bezogenen normalorthometrischen NN-Höhen
des DHHN12 zur Verfügung und sollten etwa zu diesem Zeitpunkt
durch ein neues System DHHN85 ersetzt werden. In den neuen Bundesländern
arbeitete man seit 1979 mit den Normalhöhen des Staatlichen
Nivellementnetzes 1976 (SNN76) im Niveau des Pegels Kronstadt
bei St. Petersburg mit einem ca. 15 cm höher als in Amsterdam
liegenden mittleren Meeresspiegel. (s.a. Höhensysteme
in Deutschland)
Gleichzeitig entstand im Zuge der europäischen Integration
auch der Gedanke, die vielen unterschiedlichen Höhenbezugssysteme
in den anderen europäischen Staaten durch eine gemeinsame
Grundlage zu ersetzen.
Das Plenum der AdV (Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen
der Länder der Bundesrepublik Deutschland) beschloss daher
im Oktober 1993, für das gesamte Gebiet der neuen Bundesrepublik
Deutschland das Deutsche Haupthöhennetz 1992 (DHHN92) einzuführen.
Des Weiteren kam hinzu, dass das DHHN12 schon seit Längerem
nicht mehr dem Stand der Technik entsprach und die Landesvermessungsämter
der alten Bundesländer auf Beschluss der AdV zwischen 1980
und 1985 das DHHN neu beobachtet und in einem Guss ausgeglichen
hatten. Die zwangsfreie Ausgleichung wurde an den NivP Wallenhorst
(nördlich von Osnabrück) mit seiner Höhe aus dem
Jahre 1928 angehängt. Dieses Ergebnis heißt Deutsches
Haupthöhennetz 19985 (DHHN85). Die orthometrischen Höhen
des DHHN85 haben damit einen direkten Bezug zum Amsterdamer Pegel.
In Nordrhein-Westfalen ist das DHHN85 amtlich nicht eingeführt
worden, da sich bereits im Frühjahr 1990, dem Zeitpunkt einer
beabsichtigten Einführung, die politische Vereinigung Deutschlands
und damit auch die Notwendigkeit der Schaffung eines gesamtdeutschen
Höhennetzes abzeichnete. Lediglich die DHHN85-Höhen
der NivP 1. Ordnung wurden in den Nachweis übernommen, Folgeberechnungen
für die NivP 2. und 3. Ordnung unterblieben jedoch.
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Geschichtlicher
Rückblick |
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1974-1976
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Neueinmessung
des Staatlichen Nivellementnetzes 1. Ordnung (SNN76) in der ehemaligen
DDR |
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1980-1985 |
Durchführung
von Wiederholungsnivellements und Schweremessungen auf den Linien
der 1. Ordnung in den alten Bundesländern zur Erstellung des
Deutschen Haupthöhennetzes 1985 |
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1990 |
Wiedervereinigung
Deutschlands |
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1993 |
Beschluss
der AdV (93. Tagung): Einführung des neuen, bundesweit einheitlichen
Höhenbezugssystems DHHN92 |
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1994 |
Gesamtausgleichung
eines deutschen Nivellementnetzes 1. Ordnung |
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ab 1995 |
Anrechnung
niederer Ordnungen in den Landesnetzen durch die jeweiligen Landesvermessungsämter
der Bundesländer |
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Was
ändert sich durch die Einführung des DHHN92? |
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Die Systemumstellung vom DHHN12 mit den NN-Höhen auf das
DHHN92 mit den NHN-Höhen kann bei höhenstabilen Punkten
in Nordrhein-Westfalen Höhenwertänderungen von + 55
mm im Westen (Raum Aachen) bis - 20 mm im Osten (Kreis Lippe und
Höxter) des Landes bewirken.
Die beiden Höhensysteme DHHN12 und DHHN92 sind zueinander
nicht homogen; die Nutzer von Höhen der Festpunkte müssen
deshalb stets auf das verwendete Höhensystem achten und in
einem Projekt jeweils nur die Höhen eines einzigen Systems
konsistent verwenden. Die Höhensysteme des DHHN12 und des
DHHN92 sind zur besseren Unterscheidung durch unterschiedliche
Höhenstatus (HST) gekennzeichnet: Die normalorthometrischen
Höhen des DHHN12 haben den HST 100 und die Normalhöhen
des DHHN92 den HST 160.
Mit dem Wechsel des Höhensystems ist auch ein Wechsel der
Höhenart verbunden. Statt der bisherigen normalorthometrischen
Höhen wird zukünftig mit Normalhöhen, bei denen
die Auswirkung
der Schwerkraft auf das Nivellementergebnis berücksichtigt
wird, gearbeitet. Im Nachweis der Festpunkte wird deshalb für
jede amtliche Höhe im System DHHN92 auch ein gemessener oder
interpolierter Schwerewert im Schwerestatus 182 (Schweresystem
des Deutschen Hauptschwerenetzes 1982) in der Gebrauchseinheit
mGal (Gal nach Galilei) geführt. Diese Schwerewerte werden
bei der Berechnung von Normalhöhen im NivP-Feld der Landesvermessung
zur Anbringung der Normalhöhen-Reduktion (NR) benötigt.
Bei kleinräumigen örtlichen Netzen kann die Berechnung
der NR entfallen, da diese dort i.d.R. im Rahmen der Messgenauigkeit
vernachlässigbar klein ist. Darüber hinaus kann sie
dort auch deshalb vernachlässigt werden, weil die Schwerewerte
in den Anschlusspunkten berücksichtigt sind und sie somit
durch den Höhenanschlusszwang kompensiert wird. Zur Abschätzung,
ab welchen Höhenunterschieden innerhalb eines Messverfahrens
eine Berücksichtigung der NR erforderlich ist, dient diese
Überschlagsrechnung: Wenn man von einem konstanten Wert für
die Freiluft-Schwereanomalie (-0,3086 mGal / Meter Höhenunterschied)
ausgeht, dann bewirken 10 mGal Schwereänderung eine Veränderung
der Normalhöhe um ca 1 mm. 10 mGal Schwereänderung ergeben
sich demnach bei einem Höhenunterschied von ca. 30 m.
In örtlichen Netzen ohne Anschlusszwang an das Landesnetz
kann ein für die Region repräsentativer pauschaler Schwerewert
zur Normalhöhen-Reduktion verwendet werden. Dieser Schwerewert
ist die Summe von einem breiten- und höhenabhängigen
Normalschwerewert und der vorherschenden durchschnittlichen Schwereanomalie.
Die Schwereanomalie kann der "Karte der Schwereanomalien
in NRW" entnommen werden, die beim LVermA NRW voraussichtlich
ab März 2002 vorgehalten wird. Die Formel zur Berechnung
des Normalschwerewertes ist auf der Karte aufgedruckt.
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Möglichkeiten
der Umstellung von NN-Höhen nach NHN-Höhen |
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Die
Genauigkeit, mit der NN-Höhen in NHN-Höhen umgerechnet
werden, sollte auf die Genauigkeit abgestimmt sein, mit der die
umzurechnenden NN-Höhen ursprünglich gemessen und berechnet
worden sind. Entsprechend der gewünschten Umrechnungsgenauigkeit
sind nachfolgend aufgeführte Berechnungsarten mit absteigender
Genauigkeit möglich: |
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Neuberechnung
der Höhen im HST 160 unter Verwendung vorhandener Messungselemente,
z.B. mit der beim LVerma NRW zu beziehenden Programmsammlung HOEHE
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Programmtechnische
Interpolation
der Systemunterschiede zwischen dem DHHN12 und dem DHHN92 als Zuschlagswerte
für vorliegende NN-Höhen. |
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NHN
- Die deutschen Höhen im europäischen Umfeld |
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Wie die Abbildung (Bezugspegel) zeigt, haben die europäischen
Länder zwar unterschiedliche Bezugspegel, die teilweise stark
differieren, jedoch sieht man in der Abbildung (Höhensysteme),
dass in West- und Osteuropa überwiegend die Höhenarten
Normalhöhen und Orthometrische Höhen verbreitet sind.
Durch die Realisierung des EUVN (European Vertical Reference Network)
sind diese Höhennetze miteinander verknüpfbar. Bei der
Anlage des EUVN wurden 195 Punkte, 79 Punkte des einheitlichen
europäischen Referenzsystems EUREF (European-Reference-Frame),
53 Knotenpunkte der Nivellements von Ost- nach Westeuropa und
63 Normalpegel mit GPS-Verfahren gemessen und in 3-dimensionalen
Koordinaten im System des ETRS89 (European Terrestrial Reference-System
1989) bestimmt.
Eine Verknüpfung der einzelnen Ländernetze ist durch
Transformation jederzeit möglich. Die Anlage des EUVN ist
ein Meilenstein zu einem integrierten Bezugssystem, bei dem räumliche
Koordinaten, schwerefeldbezogene Höhen und Meeresspiegelbeobachtungen
in einem kontinentalen System vereinigt sind.
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