Längenmessung: Direkte und indirekte Methoden

Instrumente der Längenmessung

• Instrumente zur Distanz- oder Streckenmessung werden vorgestellt.

Direkte Längenmessung

• Direkte Längenmessungsinstrumente umfassen Messrad/Teleskopmaßstab, Setzlatten und Messbänder.
• Messrad und Teleskopmaßstäbe sind geeignet für Innenräume, Aufmaß von Bauleistungen mit einer Messdistanz von 6-8m.
• Setzlatten werden für die Profilaufnahme bei Bauprojekten (Quer- und Längenprofile) mit einer Messdistanz von 3-5m verwendet.
• Messbänder, z.B. aus Stahl oder Glasfaser (Länge 20-50m), sind vielseitig einsetzbar für Bauprojekte, Kartierungen und Polygonzüge mit einer Messdistanz von 15-20m.

Indirekte Längenmessung

• Indirekte Längenmessungsinstrumente umfassen optische Distanzmesser, elektrooptische Infrarotdistanzmesser, Ultraschall- und Laserdistanzmesser.
• Optische Distanzmesser (Theodolite, Nivelliergeräte) ermöglichen Absteckung, Aufnahme von Polygonzügen, Bauprojekte und Geländeüberwachung (500-200m Messdistanz, 20-200mm Messgenauigkeit).
• Elektrooptische Infrarotdistanzmesser (in Theodoliten integriert) werden in der Grundbuchvermessung und bei größeren Bauprojekten eingesetzt (1000-15.000m Messdistanz, 1-5mm Messgenauigkeit).
• Ultraschalldistanzmesser werden für Gebäudeaufnahmen genutzt (7m Messdistanz, ca. 300mm Messgenauigkeit).
• Laserdistanzmesser sind geeignet für Kartierungen, Stichprobenerhebung und Polygonzüge (100m Messdistanz, 1-3mm Messgenauigkeit).

Weitere Instrumente zur Distanzmessung

• Optische Distanzmessungsinstrumente beinhalten Reichenbachsche Distanzstriche in Theodoliten.
• Elektronische Distanzmessung basiert darauf, dass das Instrument ein Signal aussendet, das reflektiert und ausgewertet wird.
• Reflektorlose Distanzmessungen mit Laser ermöglichen Messungen auf festen oder flüssigen Oberflächen ohne Reflektor, z.B. bei Handlaserdistanzmessern.

Verfahren zur Höhenbestimmung

• Höhen können durch direkte Messungen wie mit einem Messband an einer Fassade bestimmt werden.
• Photogrammetrische, GPS- und barometrische Methoden sind auch möglich.
• Die Reihenfolge der nachfolgenden Kapitel kennzeichnet die Genauigkeit und den Arbeitsaufwand der Verfahren.
• Das barometrische Verfahren ist die Ausnahme, da es eine geringe Genauigkeit im Vergleich zum Arbeitsaufwand aufweist.

Hydrostatische Höhenbestimmung

• Der Höhenunterschied wird mit Wasserstand in verbundenen Glaszylindern, genannt Schlauchwaage, bestimmt.

Geometrische Höhenbestimmung

• Höhenunterschiede werden mit einer horizontalen Ziellinie bestimmt.
• Die Messung erfolgt mit einem Nivellierinstrument.

Trigonometrische Höhenbestimmung

• Höhenunterschiede werden durch Vertikalwinkel (=Zenitwinkel) und Distanzen zum Zielpunkt bestimmt.
• Die Messung erfolgt mit Theodolit oder Tachymeter.

Barometrische Höhenbestimmung

• Höhenunterschiede werden aus Luftdruckdifferenzen bestimmt.
• Genauigkeit bei kleinen Gebieten: ±1m bis ±2m, mit Präzisionsbarometern ±0,3 bis ±0,8m.

Instrumente für die Höhenbestimmung

• Zu den Instrumenten für die Höhenbestimmung gehören Gefällemesser, Setzlatten, Nivelliergeräte und Theodolite.
• Gefällemesser dienen zur Absteckung der Linienführung bei Straßen und zur Aufnahme der Geländeneigung (Messdistanz bis 50m).
• Setzlatten werden für die Profilaufnahme im Bauwesen eingesetzt (Länge 3-5m).
• Nivelliergeräte sind wichtig in der amtlichen Vermessung (Messdistanz 50-100m).
• Theodolite werden für Absteckungen im Bauwesen sowie in der Grundbuch- und Ingenieurvermessung verwendet (Messdistanz 50-15.000m).

Nivellierinstrumente

• Nivellierinstrumente messen Höhenunterschiede mit horizontalen Ziellinien.
• Sie dienen zur Höhenbestimmung von einem Standpunkt, der Höhenübertragung über lange Strecken (Liniennivellement) oder über Ebenen (Flächennivellement).
• Zu den festgelegten Achsen am Nivellierinstrument gehören Zielachse, Stehachse, Kippachse und Libellenachse.

Einteilung der Nivelliergeräte nach Bauart

• Es gibt Libellen-, Kompensator-, Digital- und Lasernivelliergeräte.
• Libellennivelliergeräte nutzen eine Röhrenlibelle zur Horizontierung der Ziellinie und sind robuster gegenüber Erschütterungen.
• Kompensatornivelliergeräte, auch "The Automatic Level" genannt, horizontieren die Ziellinie selbsttätig durch einen Neigungskompensator, sind aber erschütterungsempfindlicher.
• Kompensatornivellierer besitzen einen Mechanismus mit Prismen oder Spiegeln und einem Pendel, um eine horizontale Referenz zu geben.
• Wichtige Teile des Kompensators sind das Objektiv, die Ziellinie, die Röhrenlibelle und Justierschrauben.

Digitalnivelliergerät

• Das Digitalnivelliergerät ermittelt die Ablesung automatisch von codierten Nivellierlatten, wobei auch eine optische Ablesung möglich ist.
• Es arbeitet mit dem sichtbaren oder infraroten Anteil des Tageslichts.

Lasernivelliergerät (Rotationslaser)

• Lasernivelliere nutzen einen rotierenden Laserstrahl, dessen Höhenlage durch einen optischen Laser oder einen Empfänger für Infrarot-Laser registriert wird.
• Die Rotationshöhe des Laserstrahls entspricht der Zielachshöhe eines herkömmlichen Nivelliergerätes.
• Die Laserstrahlebene kann als Bezugsebene für weitere Messungen verwendet werden, z.B. um bei Fundamentarbeiten die Höhe der Betonbodenoberkante zu prüfen.

Einteilung der Nivellierinstrumente nach Verwendung und Genauigkeit

• Bau-Nivelliergeräte haben einen mittleren Fehler von 2,5-5,0 mm pro km Doppelnivellement und ca. 20x Fernrohrvergrößerung für einfache Höhenmessungen am Bau.
• Ingenieur-Nivelliergeräte haben 1,5-2,5 mm/km und 25x Vergrößerung für alle Bauvermessungen.
• Präzisions-Nivelliergeräte erreichen 0,2-0,7 mm/km und 30-40x für Landesnivellement, Deformations- und tektonische Bewegungsmessungen.

Instrumente für die Richtung- bzw. Winkelmessung

• Zu den Instrumenten für die Richtung- bzw. Winkelmessung gehören Winkelprisma, Bussole, Wyssen-Kompass, und Theodolit.
• Winkelprismen dienen zur Absteckung rechter Winkel, z.B. bei Straßenprojektierungen (Messdistanz <50m, Messgenauigkeit ca. 0,2 gon).
• Der Theodolit ist ein Präzisionsinstrument zur Messung von Horizontal- und Vertikalwinkeln.
• Es gibt analoge und digitale Theodoliten, die sich im Aufbau unterscheiden.
• Hauptbestandteile eines Theodoliten sind der Dreifuß, Unterbau, der Oberbau und das Fernrohr.
• Der Fernrohrträger trägt das Fernrohr, den Vertikalkreis und die Libellen; bei optischen Theodoliten die Ableseeinrichtung, bei elektronischen ein Display.
• Die Alhidade ist eine Kreisscheibe, die die Winkelablesevorrichtung trägt und sich mit dem Fernrohrträger über dem Horizontalkreis um die Stehachse dreht.
• Ein Fernrohr besitzt ein Fadenkreuz (mit Reichenbachschen Distanzstrichen) und einen Diopter.
• Das Objektiv entwirft ein reelles, verkleinertes Bild; das Okular betrachtet dieses Bild virtuell, vergrößert und umgekehrt.
• Beim astronomischen Fernrohr ist das Bild reell, vergrößert und umgekehrt; beim terrestrischen Fernrohr virtuell, vergrößert und aufrecht.
• Die Parallaxe wird durch Scharfstellen des Strichkreuzes mit dem Okular und Fokussieren des Ziels mit dem Fokussierring beseitigt.
• Wesentliche Fernrohreigenschaften sind Vergrößerung, Gesichtsfeld (Öffnungswinkel y) und Zielgenauigkeit (mittlerer Zielfehler).
• Dosenlibellen dienen zur Grobhorizontierung, Röhrenlibellen zur Feinhorizontierung.
• Ein Kompensator dient als Zusatzeinrichtung für die Vertikalwinkelmessung und bezieht die Ablesung am Vertikalkreis automatisch auf die Lotrichtung am Beobachtungsort.
• Die Instrumentenhöhe i ist die Distanz von der Zentrumsmarkierung eines Bodenpunktes bis zur Kippachse ist.
• Wichtige Achsen eines Theodoliten: Vertikalachse (VV), Kippachse (KK), Ziellinie (ZZ) und Libellenachse (LL).
• Die Stehachse ist die Drehachse des Instruments, die lotrecht stehen soll.
• Die Kippachse trägt den Höhenkreis und ermöglicht das Kippen des Fernrohres.
• Die Zielachse verläuft durch den Fadenkreuzmittelpunkt und den Objektivmittelpunkt (bei Einstellung auf ∞).
• Bei den Achsen des Theodolits müssen Normalitätsbedingungen eingehalten werden zwischen: Zielachse und Kippachse, Kippachse und Stehachse, Stehachse und horizontaler Ebene.
• Exzentrizitätsfehler umfassen Exzentrizität der Alhidade und der Zielachse; sie werden durch Beobachtungen in beiden Kreislagen und Mittelung der Messergebnisse beseitigt.

Tachymeter

• Ein Tachymeter ist eine Weiterentwicklung des Theodoliten zur polaren räumlichen Aufnahme (

Die Lektion behandelt Instrumente zur direkten und indirekten Distanz- oder Streckenmessung. Es werden Messrad, Teleskopmaßstab, Setzlatten und Messbänder für die direkte Messung vorgestellt. Optische, elektrooptische Infrarot-, Ultraschall- und Laserdistanzmesser werden für die indirekte Messung erläutert.