Bericht, pdf - Institute of Cartography

Rekonstruktion von 

Gletscher-Höhenmodellen 

Bericht zur Masterarbeit 

Autor 

Andreas Sidler 

Gschweighusweg 8 

CH-6403 Küssnacht 

asidler@student.ethz.ch 

Leitung 

Prof. Dr. Lorenz Hurni 

Institut für Kartografie und 

Geoinformation 

ETH Zürich 

Geomatik und Planung MSc 

Frühjahrssemester 2011 

Betreuung 

Samuel Wiesmann, IKG 

Dr. Andreas Bauder, VAW

Masterarbeit FS 2011 

Vorwort 

Die vorliegende Masterarbeit wurde während dem dritten Semester des Masterstudiengangs 

Geomatik und Planung am Institut für Kartografie und Geoinformation im Departement für 

Bau, Umwelt und Geomatik an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich geschrieben. 

Das Thema „Rekonstruktion von Gletscher-Höhenmodellen“ bildet eine schöne Symbiose und 

zugleich Abschluss meines Studiums. Es beinhaltet einerseits die Thematik der Kartografie in 

gedruckter Form, die in der Schweiz seit vielen Jahrzehnten Tradition ist und anderseits werden 

computergestützte Prozesse aus dem GIS-Bereich in der Verarbeitung der Daten eingesetzt. Die 

Zeit, die zwischen der Entstehung dieser zwei Thematiken liegt, ist wiederum auch im Karteninhalt 

von früher und heute sichtbar. Dieser Inhalt der Karte, der einst war und heute nicht 

mehr ist, bildet den Schwerpunkt dieser Arbeit. 

Der interdisziplinäre Charakter dieser Masterarbeit mit Kartografie und Glaziologie hat einen 

besonderen Reiz auf mich ausgeübt. Zudem ist es interessant, dass die aus dieser Arbeit hervorgehenden 

Daten von der Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie der 

ETH Zürich für ihre Forschungen und Analysen weiterverwendet werden. 

Einen herzlichen Dank möchte ich meinem Betreuer Samuel Wiesmann vom Institut für Kartografie 

und Geoinformation aussprechen. Er hat mich stets mit seinen Hilfestellungen und 

Ideen tatkräftig unterstützt. Für Antworten im Bereich der Glaziologie möchte ich mich bei Dr. 

Andreas Bauder von der Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie bedanken. 

Danke sagen möchte ich auch den sieben Expertinnen und Experten, die an der Expertenbefragung 

teilgenommen haben und mir ihre Erfahrung und Wissen anvertrauten. Ein grosses Merci 

geht an Roland Schenkel, Autor einer Bachelorarbeit zu diesem Thema, für die gute Zusammenarbeit 

und den Austausch. 

Zum Schluss bedanke ich mich beim Institut für Kartografie und Geoinformation unter der Leitung 

von Prof. Dr. Lorenz Hurni für das zur Verfügung stellen von einem Arbeitsplatz und allen 

Mitarbeitenden des Instituts, die mich während der Arbeit in irgendeiner Form unterstützten. 

I


Zusammenfassung 

Diese Masterarbeit befasst sich mit der Rekonstruktion von Gletscher-Höhenmodellen abgeleitet 

aus der Erstausgabe der Landeskarte 1:50'000. Die Arbeit wird in Zusammenarbeit mit der 

Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie der ETH Zürich (VAW) durchgeführt. 

Seit über vier Jahrzehnten werden Daten über die Gletscherveränderungen in den 

Schweizer Alpen von der Abteilung Glaziologie gesammelt und ausgewertet. 

Werden heutzutage Gletscher-DHMs erfasst, geschieht dies meist mittels Luftbildern oder Lidar 

aus dem Flugzeug. Wenn aber Gletscherstände von früheren Zeiten von Interesse sind, 

werden die Höheninformationen häufig aus alten Karten rekonstruiert. 

Ziel dieser Arbeit ist es, einen weiteren Gletscherstand zur Datensammlung der VAW hinzuzufügen, 

so dass die Daten für weitere Forschungszwecke zur Verfügung stehen. Der Fieschergletscher, 

der zweitlängste Gletscher der Alpen, inklusive Galmi- und Studergletscher 

werden digitalisiert und daraus ein Höhenmodell abgeleitet. 

Bis anhin wird die Erfassung der Höhenlinien bei der VAW manuell durch Punktabsetzung 

durchgeführt. Diese Arbeit zeigt ein Digitalisierungsverfahren auf, das eine Extraktion, Vektorisierung 

und Attribuierung der Höhenlinien mittels eines halbautomatischen Verfahrens ermöglicht. 

Zur Überprüfung und Kontrolle dieses neuen Verfahrens wird ein DHM des Glacier de Moiry als 

Testgebiet rekonstruiert. Dieser Gletscher eignet sich hierfür sehr gut, da er eine kleinere Fläche 

aufweist und die VAW bereits über ein DHM aus der Erstausgabe der Landeskarte 1:50'000 verfügt. 

Zeitgleich rekonstruiert Roland Schenkel in seiner Bachelorarbeit diesen Gletscher mit 

demselben Verfahren. Dies ermöglicht die beiden Verfahren unabhängig vom Operateur zu 

vergleichen und Genauigkeitsabschätzungen zu machen. Die Resultate dieser Vergleiche zeigen, 

dass das neue Verfahren durchaus für weitere Gletscher angewendet werden kann. 

Ein weiterer Teil dieser Arbeit widmet sich verschiedenen Visualisierungen im Gletschergebiet. 

Das rekonstruierte DHM aus der Landeskarte wird mit einem aktuellen DHM verglichen und die 

Höhenveränderungen ausgegeben. Diese Eisdickenab- und –zunahmen werden auf verschiedene 

Art und Weise präsentiert. Zudem wird ein interaktives Beispiel für einen Datenviewer basierend 

auf Web-Technologie entwickelt. 

Mit der Durchführung einer Expertenbefragung unter Experten aus den Fachgebieten Kartografie 

und Glaziologie werden die Visualisierungen evaluiert und Ableitungen genereller Aussagen 

zur Darstellung der Thematik Höhenveränderungen auf dem Gletschergebiet gemacht. 

II


Inhaltsverzeichnis 

1 Einleitung ..................................................................................................................................1 

1.1 Ausgangslage ............................................................................................................................................1 

1.2 Zielsetzung der Arbeit ............................................................................................................................1 

1.3 Aufbau der Arbeit .................................................................................................................................... 2 

2 Grundlagen, Methoden, Vorgehen ..................................................................................... 3 

2.1 Landeskarte der Schweiz ...................................................................................................................... 3 

2.1.1 Genauigkeit der neuen Landeskarten der Schweiz ........................................................ 4 

2.1.2 Zeichnungsgenauigkeit der Landeskarten ....................................................................... 6 

2.2 Digitale Höhenmodelle bei der VAW .............................................................................................. 6 

2.3 Verwendete Grundlagen und Methoden ....................................................................................... 7 

2.3.1 Geodaten-Grundlagen ............................................................................................................. 7 

2.3.2 Etappe 1: Testgebiet „Glacier de Moiry“ .............................................................................8 

2.3.3 Etappe 2: Studiengebiet „Fieschergletscher“ ...................................................................8 

2.3.4 Etappe 3: Visualisierung und Vergleiche des Studiengebietes ..................................8 

2.4 Vorgehen ................................................................................................................................................... 9 

2.4.1 Schritt 1: Bildbearbeitung und Farbseparierung ............................................................ 9 

2.4.2 Schritt 2: Vektorisierung von Rasterdaten zu Vektordaten ........................................ 9 

2.4.3 Schritt 3: Interpolation von Höhenmodellen .................................................................. 10 

2.4.4 Schritt 4: Visualisierungen und Vergleiche ..................................................................... 10 

2.5 Arbeitsmittel ........................................................................................................................................... 10 

3 Beschreibung der Aufbereitung der digitalen Grundlagen ........................................... 11 

3.1 Bildbearbeitung und Farbseparierung ........................................................................................... 11 

3.2 Vektorisierung von Rasterdaten zu Vektordaten ....................................................................... 12 

3.3 Attribuierung der Höhenlinien ......................................................................................................... 16 

3.3.1 Manuelles Attribuieren .......................................................................................................... 16 

3.3.2 Halbautomatisches Attribuieren mit Tool Contourline Attribution ...................... 17 

3.4 Interpolation ........................................................................................................................................... 18 

III


3.4.1 Unterschied zwischen Raster und TIN .............................................................................. 18 

3.4.2 Interpolationsmethoden ...................................................................................................... 20 

3.4.3 Interpolationswerkzeuge ..................................................................................................... 20 

3.4.4 Qualitätskontrolle .................................................................................................................... 21 

3.5 Visualisierung ......................................................................................................................................... 22 

3.5.1 Kartografie und Glaziologie ................................................................................................. 22 

3.5.2 Darstellungen von Veränderungen auf Gletschergebiet........................................... 23 

3.5.3 Farbe in vergleichenden Darstellungen .......................................................................... 24 

3.5.4 Farbe in der thematischen Kartografie ............................................................................ 25 

3.5.5 Begriffsdefinition 3D und 2.5D ........................................................................................... 26 

4 Testgebiet „Glacier de Moiry“ ............................................................................................ 27 

4.1 Glacier de Moiry ..................................................................................................................................... 27 

4.2 Von der Karte zum DHM .................................................................................................................... 28 

4.3 Vergleiche der Resultate vom Testgebiet .................................................................................... 29 

4.3.1 Legende der nachfolgenden Vergleiche .......................................................................... 30 

4.3.2 Vergleich DHM Schenkel (Linien) und DHM Sidler (Linien)...................................... 30 

4.3.3 Vergleich DHM VAW und DHM Sidler .............................................................................. 32 

4.3.4 Vergleich DHM VAW (Punktraster 25 m) und DHM Schenkel (Linien)................. 34 

4.3.5 Vergleich DHM Sidler (Linien) und DHM Sidler (Stützpunkte)................................. 35 

4.3.6 Vergleich der Raster aus Punkten zwischen Raster VAW und Raster Sidler....... 36 

4.3.7 Georeferenzierung der Kartengrundlage bei der VAW .............................................. 37 

4.3.8 Reklassifizierung der Differenzen ..................................................................................... 40 

4.3.9 Volumenberechnung der Differenzen ............................................................................. 42 

4.3.10 Qualitativer Konturlinien-Vergleich ................................................................................. 43 

4.3.11 Übersicht aller Vergleiche und Interpretation .............................................................. 44 

5 Studiengebiet „Fieschergletscher“.................................................................................... 45 

5.1 Fieschergletscher.................................................................................................................................. 45 

5.2 Erstellung der Gletscherumrandung ............................................................................................ 46 

5.2.1 Bestimmung der Fläche und Länge des Fieschergletschers .................................... 48 

5.3 Interpolation von Höhenmodellen ................................................................................................ 49 

IV


5.3.1 Verifizierung der Genauigkeit des DHM1927 ................................................................. 52 

5.4 Visualisierungen von Höhendifferenzen auf dem Fieschergletscher................................ 54 

5.4.1 Vergleiche verschiedener DHMs ........................................................................................ 54 

5.4.2 Zweidimensionale Darstellungen ..................................................................................... 54 

5.4.3 2D-Visualisierung mit Kreissymbolen.............................................................................. 58 

5.4.4 Dreidimensionale Darstellungen ....................................................................................... 61 

5.4.5 Gestaffelte Profile ................................................................................................................... 63 

5.4.6 Interaktives Beispiel ............................................................................................................... 64 

6 Evaluierung der Visualisierungen ...................................................................................... 67 

6.1 Experteninterviews.............................................................................................................................. 67 

6.2 Interviewablauf, Befragungsinhalt und Fachexperten........................................................... 67 

6.3 Auswertung der Experteninterviews ............................................................................................ 68 

6.4 Resultate und Interpretation der Expertenbefragung ............................................................ 69 

6.4.1 Frageblock 1: Farbgebung und Farbschema .................................................................. 69 

6.4.2 Frageblock 2: Basiskarte und Thematik ........................................................................... 70 

6.4.3 Frageblock 3: Grössenproportionale Kreise..................................................................... 72 

6.4.4 Frageblock 4: Gestaffelte Profile ......................................................................................... 73 

6.4.5 Frageblock 5: 2.5D-Visualisierungen ..................................................................................74 

6.4.6 Frageblock 6: Interaktives Beispiel .....................................................................................74 

6.4.7 Frageblock 7: Abschluss ........................................................................................................ 76 

6.4.8 Abschliessende Interpretation zu den Expertenbefragung ..................................... 78 

7 Ausblick und Fazit................................................................................................................. 79 

7.1 Ausblick .................................................................................................................................................... 79 

7.2 Fazit ........................................................................................................................................................... 79 

8 Literaturverzeichnis ............................................................................................................. 81 

Anhang .................................................................................................................................. A-1 

A 1 Karten ...................................................................................................................................................... A-1 

A 2 

Unterlagen Expertenbefragung .....................................................................................................A-5 

V


Tabellenverzeichnis 

Tabelle 1: Farbverwendung in den Landeskarten der Schweiz nach Knöpfli [1978] ............................ 4 

Tabelle 2: 

Tabelle 3: 

Transformationsparameter zwischen gescannter Karte von der VAW und der 

verwendeten georeferenzierten Karte der SWISSTOPO .............................................................. 38 

Unterschied zwischen den Differenzen vom nicht transformierten und vom 

transformierten Raster in [m] verglichen mit dem DHM Sidler (Linien) .......................... 38 

Tabelle 4: Kenngrössen der Differenzen aller angewendeten Transformationen in [m]............... 39 

Tabelle 5: Zusammenstellung einer Reklassifizierung eines Höhen-Differenzrasters ..................... 41 

Tabelle 6: Zusammenstellung aller Vergleiche der DHMs des Testgebiets „Glacier de Moiry“ ... 44 

Tabelle 7: Flächen-Differenz der Gletscherumrandung beim Fieschergletscher bei 

halbautomatischer und manueller Erstellung. Die Werte sind aus der Erstausgabe der 

LK50 mit Gletscherstand von 1927 abgeleitet. ............................................................................47 

Tabelle 8: Fläche und Länge des Fieschergletscher nach Quelle und Jahr ........................................... 49 

Tabelle 9: 

Tabelle 10: 

Mittelwerte und Standardabweichungen über 211 Koten in der Erstausgabe LK50, 

DHM1927 und DHM2008 im Gebiet des Fieschergletscher in [m]...................................... 53 

Vor- und Nachteile der Verwendung von GOOGLE EARTH und GOOGLE EARTH Plug-In für 

eine interaktive Applikation mit Einbindung eigener Daten. ............................................... 65 

Tabelle 11: Experten der Expertenbefragung ................................................................................................... 68 

VI


Abbildungsverzeichnis 

Abbildung 1: Umschreibung der Landeskarte 1:50’000 in einer Verfügung im Jahre 1936 ....... 4 

Abbildung 2: 

Höhenfehler der neuen Landeskarten 1: 50'000 im Blatt Rochers de Naye, mit 

zulässigem mittlerem Fehler und Durchschnittsfehler [Bertschmann, 1957] ...... 5 

Abbildung 3: Originalbild (links) und blauer Farbkanal extrahiert (rechts) ................................... 12 

Abbildung 4: Kanalberechnungen der Farbtöne Cyan, Magenta und Schwarz ........................... 12 

Abbildung 5: Verwendete Parameter in der Extension ARCSCAN für die Vektorisierung ........... 13 

Abbildung 6: ARCSCAN Vektorisierungsparameter INTERSECTION SOLUTION; Links: Median; 

Rechts: None .............................................................................................................................. 13 

Abbildung 7: 

Abbildung 8: 

Vektorisierung der braunen und schwarzen Höhenlinie. 1 Pixel entspricht 2.5 m 

in natura ...................................................................................................................................... 15 

Beispiel einer Vektorisierung; links: Blauer binärer Layer aufgrund des 

Koordinatengitters durchtrennte Vektoren (rot); rechts: manuell geschlossene 

und korrigierte Höhenlinie (grün) und gelöschte Vektoren bei 

Höhenlinienbeschriftung ...................................................................................................... 15 

Abbildung 9: Blaue Höhenlinien vektorisiert mit ARCSCAN und manueller Nachbearbeitung 16 

Abbildung 10: 

Abbildung 11: 

Zuordnung der Höhenlinien (rot) in Gletscherspalten ist häufig eine 

Schwierigkeit. Im Hintergrund Erstausgabe LK50. ....................................................... 17 

Gebiet des Fieschergletscher mit den Höhenlinien (rot) und den Hilfslinien 

(pink) zur halbautomatischen Attribuierung ................................................................. 18 

Abbildung 12: Kreiskriterium der Delaunay-Triangulation .................................................................... 19 

Abbildung 13: 

Abbildung 14: 

Gewöhnliche Triangulation und Delaunay-Triangulation [geoinformation.net, 

2003] ........................................................................................................................................... 19 

Vergleich zwischen den aus der Karte digitalisierten (rot) und aus dem DHM 

berechneten (grün) Höhenlinien im Bereich der Gletscherzunge des Glacier de 

Moiry ............................................................................................................................................. 22 

Abbildung 15: Darstellung der Höhenab- und zunahme mit der Verwendung von 

Differenzbändern aus Winter [2001] ................................................................................ 25 

Abbildung 16: Luftaufnahme des Glacier de Moiry [VAW, 2010a] ...................................................... 27 

Abbildung 17: Schritte von der Karte zur digitalen Höheninformation und Höhendifferenz .. 29 

Abbildung 18: Legende der Differenzen im Testgebiet Glacier de Moiry in [m] ........................... 30 

Abbildung 19: 

Unterschiedliche Technik der Vektorisierung von Schenkel (schwarz) und Sidler 

(rot)................................................................................................................................................ 31 

Abbildung 20: Differenzraster des Vergleichs DHM (Sidler) und DHM (Schenkel)........................ 32 

VII


Abbildung 21: 

Abbildung 22: 

Differenzraster des Vergleich DHM VAW (Punkraster 25 m) und DHM Sidler 

(Linien).......................................................................................................................................... 33 

Links: Histogramm des Differenzrasters des Vergleichs DHM VAW (Punktraster 

25m) und DHM Sidler (Linien); Rechts: Histogramm des Differenzrasters des 

Vergleichs DHM VAW (Stützpunkte) und DHM Sidler (Linien)............................... 34 

Abbildung 23: Differenzraster des DHM Sidler (Linien) und DHM VAW (Stützpunkte) ............. 34 

Abbildung 24: 

Abbildung 25: 

Abbildung 26: 

Abbildung 27: 

Abbildung 28: 

Vergleich des Differenzrasters des DHM VAW (Punktraster 25 m) und DHM 

Schenkel (Linien)....................................................................................................................... 35 

Vergleich des Differenzrasters des DHM Sidler (Linien) und DHM Sidler 

(Stützpunkte)............................................................................................................................ 36 

Vergleich des Differenzrasters des DHM VAW (Stützpunkte) und DHM Sidler 

(Stützpunkte)............................................................................................................................ 36 

Vektorisierte Stützpunkte der VAW (grüne Punkte) und Höhenlinien Sidler 

(rote Linien) ................................................................................................................................ 37 

Toolbox Georeferencing mit der Transformation Adjust, den Residuen und des 

RMSE; rechts im Bild ist ein Referenzpunkt zu erkennen .......................................... 40 

Abbildung 29: Verteilung der reklassifizierten Höhendifferenzen pro Klasse in [m] ................... 41 

Abbildung 30: 

Volumenberechnung aus dem Differenzraster zweier DHMs / Schrägansicht 

auf den Umriss des Glacier de Moiry von Südosten ............................................... 43 

Abbildung 31: Zwei Ausschnitte desselben qualitativen Konturlinienvergleichs mit 

berechneten Höhenlinien aus verschiedenen Interpolationen .............................. 43 

Abbildung 32: Luftaufnahme des Fieschergletschers in seinem Zungenbereich ......................... 46 

Abbildung 33: Halbautomatische Erstellung der Gletscherumrandung für den 

Fieschergletscher: (1) Blaue Höhenlinien; (2) 25 m-Buffer um jede Linie; (3) 

Zwischenflächen automatisch aufgefüllt; (4) manuelles Schliessen der Lücken 

und ausschneiden der Löcher; (5) Mit Dissolve wird ein fertiges Feature 

generiert; (6) Messlinie zur Längenbestimmung des Gletschers .......................... 48 

Abbildung 34: 

Abbildung 35: 

Abbildung 36: 

Abbildung 37: 

Ausschnitt eines Rasters generiert aus einem regelmässigen Punktraster. Die 

Werte sind die Höhen der Punkte resp. der Pixel in [m]. In der Mitte der 

Rasterzelle ist deren Höhe angegeben in [m]. .............................................................. 50 

Fieschergletscher Differenzraster der DHMs DHM1927 – DHM1927_VAW in [m]. 

A = Finsteraarhorn; B = Gross Wannenhorn ................................................................... 51 

Links die steilsten Gebiete um den Fieschergletscher in [°]; rechts: die grössten 

Differenzen der Interpolation in [m] ................................................................................. 52 

Vergleich zwischen den digitalisierten (rot) und aus dem DHM berechneten 

(schwarz) Höhenlinien im Bereich südlich des Finsteraarhorns auf dem 

Fieschergletscher ..................................................................................................................... 54 

VIII


Abbildung 38: Visualisierung der Höhendifferenzen zwischen 1927 und 2008 im 

Farbspektrum von Rot nach Blau mit Hintergrund der Erstausgabe der LK50 .. 55 

Abbildung 39 Visualisierung der Höhendifferenzen zwischen 1927 und 2008 im 

Farbspektrum von Blau nach Rot mit Hintergrund der Erstausgabe der LK50 . 56 


Farbspektrum von Rot nach Grün mit Hintergrund der Erstausgabe der LK50 . 57 


Farbspektrum von Grün nach Rot mit Hintergrund der Erstausgabe der LK50 . 57 


Farbspektrum von Rot nach Blau mit Hintergrund eines Orthofotos .................. 58 

Abbildung 43: Gletschergebiet mit klassierten proportionalen Kreissymbolen, die die 

Höhenveränderungen zwischen 1927 und 2008 in [m] mit den Farben Rot und 

Blau darstellen ..........................................................................................................................60 

Abbildung 44: Gletschergebiet mit proportionalen Kreissymbolen, die die 

Höhenveränderungen zwischen 1927 und 2008 in [m] mit den Farben Rot und 

Blau darstellen ..........................................................................................................................60 

Abbildung 45: 

Abbildung 46: 

Abbildung 47: 

Abbildung 48: 

Abbildung 49: 

Ausschnitt der Höhendifferenzen mit proportionalen Kreissymbolen zwischen 

1927 und 2008 mit schattiertem Relief und Höhenlinien in [m]............................. 61 

3D-Visualisierung der Höhenveränderungen vom Fieschergletscher mit einem 

Orthofoto aus dem Jahre 2008 .......................................................................................... 62 

3D-Visualisierung der Höhenveränderungen vom Fieschergletscher mit der 

LK50 (Erstausgabe) ................................................................................................................. 62 

Visualisierung vom Zungenbereich des Fieschergletschers. Links: DHM1927 mit 

LK50 (Erstausgabe); Rechts: DHM2008 mit LK50 (Jahr 2005) ................................. 63 

Gestaffelte Profile entlang der Gletscherfliesslinie. Die Zahlen neben den 

Profilen entsprechen der maximalen Höhenabnahme im Profil. .......................... 64 

Abbildung 50: Abbildungen zum interaktiven Prototyp mittels Google Earth. Oben: 

Screenshot der wichtigsten Elemente der Webseite; Links: Prismen-Layer in 3D; 

Rechts: Informationen zu einem Feature. ...................................................................... 66 

IX


1 Einleitung 

1.1 Ausgangslage 

Die Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie der ETH Zürich (VAW) betreibt 

Forschung in den entsprechenden Fachgebieten. Seit über vier Jahrzehnten werden Daten über 

die Gletscherveränderungen (Glacier Monitoring) in den Schweizer Alpen von der Abteilung 

Glaziologie gesammelt, ausgewertet und veröffentlicht. Durch diese Studien konnte die weltweit 

grösste und umfangreichste Datenbank über Gletscher-Variationen zur Verwendung in 

wissenschaftlichen Studien öffentlich zugänglich gemacht werden [VAW, 2011]. 

Liegen Höhendatensätze eines Gletschers in verschiedenen Zeitständen vor, ist es möglich, dynamische 

Analysen über die Veränderung des Gletschers zu machen sowie darüber Auskunft 

zu geben und anhand von Modellen Prognosen für künftige Jahrzehnte zu erstellen. 

Besonders interessant für die Forschung sind vollständige Höhendatensätze eines ganzen Gletschers. 

Diese Datensätze bestehen heutzutage in Form eines digitalen Höhenmodells (DHM). 

Üblicherweise werden diese Daten mittels Luftbildern oder Light detection and ranging (Lidar) 

aus dem Flugzeug akquiriert. Wenn aber Gletscherstände von früheren Zeiten von Interesse 

sind, werden die Höheninformationen häufig aus alten Karten rekonstruiert. 

Mit dieser Arbeit wird ein weiterer Gletscher zur Datensammlung der VAW hinzugefügt, so 

dass die Daten der VAW für weitere Forschungszwecke zur Verfügung stehen. 

Wurden Karten von der VAW bis heute manuell digitalisiert, soll diese Arbeit Methoden aufzeigen, 

die auf halb- und vollautomatischen Digitalisierungsverfahren basieren. So wird diese 

Masterarbeit in Zusammenarbeit mit der VAW und dem Institut für Kartografie und Geoinformation 

der ETH Zürich (IKG) durchgeführt. 

1.2 Zielsetzung der Arbeit 

Ziel dieser Masterarbeit ist es, den Fieschergletscher inklusive Galmi- und Studergletscher, basierend 

auf den gedruckten Erstausgaben der Landeskarten 1:50'000 der SWISSTOPO, zu digitalisieren 

und daraus ein Höhenmodell abzuleiten. Der Höhendatensatz beinhaltet das ganze hydrologische 

Einzugsgebiet obengenannter Gletscher. Der Fieschergletscher mit all seinen Nebengletscher 

weist heute eine Fläche von ca. 36.5 km 2 und eine Länge von ca. 15 km auf. Somit 

ist er der zweitlängste Gletscher in der Schweiz, respektive der Alpen. Der längste Gletscher ist 

der Grosse Aletschgletscher. 

In dieser Arbeit wird für die Herleitung der DHMs eine halbautomatische Vektorisierungsmethode 

angewendet. Das Tool, welches eine Erweiterung von ESRI ARCGIS ist, nennt sich 

ARCSCAN. Durch das Vektorisieren der Höhenlinien wird die Höheninformation des Gletschergebiets 

digitalisiert. Durch geeignete Interpolation kann eine kontinuierliche Oberfläche des 

Gebietes hergestellt werden. Die Vorgehensweisen und Resultate sind in diesem Bericht dokumentiert 

und abgefasst. 

1


In der ersten Phase der Arbeit wird zu Testzwecken ein kleinerer Gletscher, Glacier de Moiry, bearbeitet. 

Der Bearbeitungsprozess von der Karte zum DHM ist hier der gleiche wie in der zweiten 

Phase und bei beiden Gletschern gleich. Für den Glacier de Moiry stehen für Vergleiche bereits 

ein generiertes DHM der VAW zur Verfügung und dient als Verifizierung der Genauigkeit 

zur Erstellung des DHMs. 

In der zweiten Phase wird mit dem generierten Höhenmodell des Fieschergletschers ein Vergleich 

zu einem aktuellen Höhenmodell aus dem Jahre 2008 und zum DHM25 des Bundesamts 

für Landestopografie SWISSTOPO gemacht. Das rekonstruierte Höhenmodell, wie auch die Unterschiede 

zu einem neueren Höhenmodell, werden auf verschiedene Art und Weise in 2D und 3D 

visualisiert. Zudem werden vergleichende Analysen mit Mitteln aus der thematischen Kartografie 

durchgeführt, dargestellt und diskutiert. Eine Bewertung der Visualisierung wird anhand 

von Experteninterviews gewonnen. 

1.3 Aufbau der Arbeit 

Dieser Bericht ist in acht Kapitel unterteilt. Die ersten beiden Kapitel Einleitung und Grundlagen, 

Methoden, Vorgehen führen den Leser in die Thematik ein. 

Kapitel 2 beinhaltet die Beschreibung der verwendeten Datengrundlagen und der Verwendung 

von DHMs in der glaziologischen Forschung. Des Weiteren werden die angewendete Methode 

in Etappen und das Vorgehen von der Karte zum DHM beschrieben. 

Im Kapitel 3 wird die Aufbereitung der digitalen Grundlagen im Detail beschrieben. Es werden 

die Schritte Bildbearbeitung, Vektorisierung der Rasterdaten, Attribuierung und Interpolation 

und deren Qualitätskontrolle eingehend erläutert. Der Abschluss bildet ein Theorieblock zu den 

Visualisierungen, die in der Kartografie und Glaziologie, respektive Glazialkartografie Anwendung 

finden. 

Kapitel 4 beinhaltet die Resultate zum Testgebiet des Glacier de Moiry. Es werden Vergleiche 

zwischen verschiedenen DHMs aus diversen Interpolationen und Inputs aufgezeigt und dargestellt. 

Kapitel 5 zeigt im Hauptteil Visualisierungen des Studiengebiets Fieschergletschers und seinen 

Nebengletscher auf verschiedene Art und Weise. Zudem wird die Erstellung der Darstellungen, 

wie aber auch die Entwicklung des interaktiven Datenviewers beschrieben. 

Im Kapitel 6 wird geschildert, wie die Durchführung der Evaluierung der Visualisierungen durch 

ein Experteninterview erfolgt. Zudem sind die Resultate und Interpretationen der Befragung 

ausführlich zusammengefasst. 

Das Kapitel 7 rundet mit einem Fazit die Arbeit ab. Der Ausblick weist dabei auf weiterführende 

Arbeiten zur Thematik hin. 

Kapitel 8 zeigt die verwendete Literatur zum Kontext dieser Arbeit. 

Im Anhang sind die Landeskartenausschnitte der Erstausgabe 1:50'000 der Gebiete Glacier de 

Moiry und Fieschergletscher abgebildet. Weiter sind die 24 verschiedenen Darstellungen, die 

für die Befragung der Experten verwendet werden, abgedruckt. 

2


2 Grundlagen, Methoden, Vorgehen 

2.1 Landeskarte der Schweiz 

Für die Rekonstruktion von Gletscher-Höhenmodellen dient für diese Arbeit die Erstausgabe der 

gedruckten Landeskarte der Schweiz im Massstab 1:50’000. Die Schweizerische Landesvermessung 

verwendet seit ihrer Einführung im Jahre 1903 die Schweizerische Kartenprojektion SWISS 

GRID. Es handelt sich dabei um eine schiefachsige, winkeltreue Zylinderprojektion [swisstopo, 

2010a]. 

Das Parlament erliess im Jahre 1935 nach langen öffentlichen Diskussionen das Gesetz zur Erstellung 

neuer Landeskarten der Schweiz in den Massstäben 1:25’000, 1: 50’000, 1: 100’000, 

1:200’000, 1:500’000 und 1:1’000’000. Das Ziel war es, kleinmassstäbliche Karten aus grossmassstäblichen 

abzuleiten. Aufgrund des absehbaren Zweiten Weltkriegs konzentrierte man 

sich auf den Massstab 1:50’000, der schneller realisierbar war. Diese sogenannte Armeekarte 

wurde vom Militär gefordert, was deren Herstellung zusätzlich beschleunigte. Die Karten wiesen 

eine hohe Inhaltsdichte auf, um das Fehlen des Massstabs 1:25’000 zu kompensieren 

[Oberholzer et al., 1995]. 

Die ersten Blätter erschienen im Jahre 1938 und bilden vor allem das Berner Oberland ab, genauer 

die Blätter Wildstrubel, Interlaken, Sustenpass-Westblatt und Jungfrau-Ostblatt. Bis die 

ganze Schweiz im Massstab 1:50’000 in der neuen Landeskarte abgedeckt wurde, dauerte es 

bis 1963. Von 1939 bis 1947, während der Kriegszeit, wurde die Publikation neuer Landeskartenblätter 

eingestellt [Götsch, 2003]. Die neuen Landeskarten haben damit die Dufour- und Siegfriedkarten 

abgelöst. 

Gegenüber der Siegfriedkarte wies die neue Landeskarte folgende Neuerungen auf: 

- veränderte Legende 

- Höhenbezugspunkt Pierre du Niton wurde um 3.26 m tiefer definiert 

- Äquidistanz von 20 m statt 30 m 

- Druck in acht Farben gegenüber drei Farben in der Siegfriedkarte 

- Die neue Projektion ist eine schiefachsige, winkeltreue Zylinderprojektion statt einer 

flächentreuen unechten Kegelprojektion sowie Verwendung des Ellipsoid Bessel 

1841 statt des Ellipsoid Schmidt 1828 [Oehrli & Rickenbacher, 2002]. 

Bei der Erstellung der älteren Karten wurde das Gelände mit dem Messtischaufnahmeverfahren 

punktweise vermessen. Die neuen Landeskarten wurden das erste Mal mittels Stereophotogrammetrie 

aufgenommen. So wurde es auch möglich, in ganz unzugänglichem Gelände 

Höhenschichtlinien zu bestimmen und Geländeformen detailliert darzustellen. In früheren Karten 

wurde der Karteninhalt in Kupfer oder polierten Stein gestochen. Für die neue Landeskarte 

gravierten die Kartografen eine dünne Schicht fotografisch bearbeitete Glasplatten. Für alle 

acht in der Karte vorkommenden Farben wurde ein Original graviert. Diese Bilder wurden dann 

photochemisch auf Druckplatten übertragen und im Offsetdruck nacheinander Farbe auf Farbe 

3


übereinander gedruckt [Knöpfli, 1978]. Tabelle 1 zeigt die acht in der Landeskarte verwendeten 

Farben. 

Farbe 

Schwarz 

Verwendung 

Verkehrswege 

Gebäude 

Fels 

Braun 

Dunkelgrün 

Höhenschichtlinien in erdiger Geländeoberfläche 

Waldränder 

Einzelbäume 

Hellgrün 

Dunkelblau 

Waldflächen 

Bäche 

Flüsse 

Uferlinien 

Hellblau 

Graublau und Gelb 

Seeflächen 

Geländemodellierung 

Tabelle 1: Farbverwendung in den Landeskarten der Schweiz nach Knöpfli [1978] 

In der Verfügung 510.621 des Eidgenössischen Militärdepartements betreffend Ausführungsplan 

für die Erstellung neuer Landeskarten vom 9. Dezember 1936 steht unter Artikel 29 zur 

Landeskarte 1: 50’000 geschrieben [EMD, 1936]: 

Abbildung 1: Umschreibung der Landeskarte 1:50’000 in einer Verfügung im Jahre 1936 

2.1.1 Genauigkeit der neuen Landeskarten der Schweiz 

In Bertschmann [1957] wurde die Genauigkeit der neuen Landeskarten der Schweiz empirisch 

untersucht. Ausgewählte Blätter wurden überprüft und dazu Messungen im Felde durchgeführt 

und mit den Angaben aus der Karte abgeglichen. 

Die von Bertschmann [1957] festgestellten Ungenauigkeiten können Ursprungs vieler Quellen 

sein. So sind zur Erstellung mehrere Aufnahmeverfahren und auch Operateure eingesetzt wor- 

4


den. Die Karten sind wie Mosaikteile von verschiedenen Feldaufnahmen, die zuerst auf einem 

Kartenblatt zusammengesetzt werden mussten. Aber auch die Massstabsreduktion hat ihren 

Einfluss, welche Generalisierungen und Genauigkeitsverluste nach sich zieht. Jedoch wurden in 

der Reproduktion von der Landestopografie neue Verfahren entwickelt, um die Fehlerquellen in 

der Vervielfältigung weitgehend herabzusetzen. 

Eines der untersuchten Gebiete im Massstab 1: 50’000 ist Rochers de Naye. Es umfasst eine Fläche 

von 85 km2 in den Waadtländeralpen mit stark bewegter Topographie und Höhenunterschieden 

bis zu 1400 m. Es wurden in dieser empirischen Untersuchung 330 Geländepunkte 

überprüft. Das Resultat ist in Abbildung 2 ersichtlich. 

Aufgrund theoretischer und praktischer Erwägungen hat Bertschmann [1957] die Toleranzformeln 

für die Karte 1: 50’000 mit zulässigem mittlerem Höhenfehler einer Horizontalkurve, respektive 

zulässigem mittlerem Lagefehler einer Horizontalkurve, aufgestellt: 

Höhe: mH = ± [1,5 + 10 tan α] Meter 

Lage: m L = ± [10 + 1,5 cot α] Meter 

Abbildung 2: 

Höhenfehler der neuen Landeskarten 1: 50'000 im Blatt Rochers de Naye, mit zulässigem 

mittlerem Fehler und Durchschnittsfehler [Bertschmann, 1957] 

Werden diese Formeln auf das Gebiet Glacier de Moiry angewendet, sieht es wie folgt aus. Wird 

überschlagsmässig das Durchschnittsgefälle des Gletschers berechnet, ergibt dies bei einer 

Gletscherlänge von rund 6’000 m und einem Höhenunterschied von ca. 1’400 m ein Durchschnittsgefälle 

von 13°. In einem Analogieschluss gemäss diesem Diagramm resultiert ein mittlerer 

Höhenfehler von ca. ±3.8 m. Für die Lage ergibt sich ein zulässiger mittlerer Lagefehler 

5


gemäss obenstehender Formel von ca. ±16.5 m für eine Horizontalkurve. Wie in Abbildung 2 

sichtbar ist, wurden die Toleranzen beim Blatt Rochers de Naye durchschnittlich eingehalten 

(gestrichelte Linien). Für diese Arbeit ist zusätzlich zu beachten, dass die Genauigkeit auf dem 

Gletscher oder in den Bergen allgemein als schlechter zu erwarten ist als im Untersuchungsgebiet 

Rocher de Naye. 

Als Randbemerkung: Gemäss DIN ISO 3534-1 Statistik wird der Begriff mittlerer Fehler in der 

mathematischen Statistik beziehungsweise Geodäsie nicht mehr verwendet. Der Begriff mittlerer 

Fehler wird durch Standardabweichung ersetzt [Ingensand, 2006]. 

2.1.2 Zeichnungsgenauigkeit der Landeskarten 

Die Punkte und Linien von der Landeskarte 1:50’000 liegen innerhalb eines Toleranzbandes von 

5–15 m in natura. Diese Genauigkeit ergibt sich aus der Zeichengenauigkeit der LK50, respektive 

der kartografischen Bearbeitungsgenauigkeit, welche zwischen 0,1 und 0,3 mm liegt. Grössere 

Abweichungen in der Lage ergeben sich ansonsten nur durch Verdrängung oder Generalisierung 

[swisstopo, 2010b]. Weitere Hintergrundinformationen zu den Landeskartenwerken der 

Schweiz sind unter swisstopo [2010c] abrufbar. 

2.2 Digitale Höhenmodelle bei der VAW 

Digitale Höhenmodelle werden in verschiedenen Anwendungen bei der VAW verwendet. 

Es können aufgrund der Kenntnis der Oberfläche und des Gletscherbettes Volumen berechnet 

werden. Sind mehrere DHMs eines Gletschers vorhanden, können zwischen verschiedenen 

Zeitständen Volumenunterschiede festgestellt werden. In Huss et al. [2010a] wird eine Anwendung 

gezeigt, wie Volumenänderungen zeitlich in Einzeljahresschritte aufgelöst werden. Dies 

wird mit der Massenbilanz ausgedrückt. Die Massenbilanz ist gleich dem Produkt von Volumen 

und Dichte. 

Nebst dem, dass mit mehreren Höhenmodellen die Vergangenheit eines Gletschers abgebildet 

werden kann, werden in Huss et al. [2010b] Resultate beschrieben, wie aus DHMs Prognosen 

bezüglich dem Gletscherverhalten für die Zukunft abgeleitet werden. Hierfür werden nebst Volumenänderungen 

auch monatliche Wasserabflüsse und lokale Klimaszenarien verwendet. So 

können Gletscherrückzüge parametrisiert und Gletscherfliessmodelle aus vergangenen Jahrzehnten 

aufgestellt und für bevorstehende Dekaden abgeschätzt werden. Die rekonstruierten 

oder neu aufgenommenen DHMs werden so auch als Kalibrierungsdaten verwendet, um entsprechende 

Modelle abzubilden, respektive anzupassen und auch Modelle zu validieren. Als 

weitere Literatur zu Gletscherentwicklungs- und Abflussmodellen wird auf Huss et al. [2008] 

verwiesen. 

In Huss et al. [2010a] sind 30 Gletscher in der Schweiz untersucht worden und deren Massenänderungen 

aufgrund von Auswertungen verschiedener DHMs zu verschiedenen Zeitständen 

aufgeführt. Der erste Stand für die untersuchten DHMs basiert meist auf der Erstausgabe der 

Landeskarte. So liegen z.B. für den Allalingletscher im Wallis über neun Höhenmodelle seit ca. 

1930 für Volumenuntersuchungen vor. 

6


2.3 Verwendete Grundlagen und Methoden 

Die Arbeit wird in ein drei Etappen eingeteilt. In der ersten Etappe werden mit einem kleineren 

Gletschergebiet, Glacier de Moiry, Erfahrungen erlangt und verschiedene Techniken getestet. In 

der zweiten Etappe wird das Hauptstudiengebiet Fieschergletscher, welches ca. eine sechsmal 

grössere Fläche aufweist, ins Auge gefasst. Die gemachten Erkenntnisse aus der ersten Etappe 

sollen dabei einfliessen und gewisse Schritte effizienter ausführen lassen. In der dritten Etappe 

werden aus den gewonnenen Daten der zweiten Etappe, Visualisierungen für Höhen- und 

Oberflächenveränderungen in Gletschergebieten hergestellt und diskutiert, respektive mit einem 

Experteninterview bewertet. 

2.3.1 Geodaten-Grundlagen 

Für die beiden ersten Etappen werden Karten von zwei verschiedenen Gletschergebieten verwendet. 

Bei den Karten handelt es sich um die gedruckte Erstausgabe der Landeskarte der 

Schweiz im Massstab 1:50'000. Herausgeber ist das Bundesamt für Landestopographie (heute 

SWISSTOPO). Die gedruckten Karten wurden von der SWISSTOPO gescannt und für diese Arbeit digital 

zur Verfügung gestellt. Beide Ausschnitte stehen einmal mit und einmal ohne Relief zur 

Verfügung. Die Bilddateien liegen im Format TIFF vor und sind mit einem Worldfile georeferenziert. 

Ein Pixel bildet eine Fläche von 2.5 x 2.5 m in natura ab. Beide Bilder haben eine Farbtiefe 

von 8 Bit. 

Für die erste Phase der Arbeit wird ein kleinerer Gletscher namens Glacier de Moiry bearbeitet. 

Das verwendete Kartenblatt trägt die Bezeichnung LK50 Blatt 283 und wurde 1946 herausgeben. 

Der Gletscherstand auf der Karte stammt aus dem Jahre 1932 [Mercanton, 1958]. Der Kartenausschnitt 

hat die Eckkoordinaten Top Left 808'000 / 109'000 und Bottom Right 615'000 / 

99'000. 

In der zweiten Etappe liegt der Fokus auf dem Fieschergletscher mit seinen Nebengletscher 

Studer- und Galmigletscher. Es handelt sich dabei um LK50 Blatt 264 und 265, welche in den 

Jahren 1939, respektive 1947 herausgegeben wurden. Der Fieschergletscher befindet sich grössten 

Teils auf dem Jungfrau-Ostblatt (Nr. 264) und der östliche Teil des Gletschers auf dem Blatt 

265 Nufenenpass Westblatt. Der Gletscherstand stammt aus dem Jahre 1927 [Mercanton, 1958]. 

Der Kartenausschnitt hat die Eckkoordinaten Top Left 647'000 / 157'000 und Bottom Right 

658'000 / 143'000. 

Für beide Gletscher steht nebst der Erstausgabe der Landeskarte auch einen Ausschnitt der Pixelkarte 

PK50 zur Verfügung. Die Pixelkarte des Glacier de Moiry wurde im Jahr 2001 und die 

die des Fieschergletschers 2005 nachgeführt. Die Karten weisen ebenfalls eine Pixelgrösse in 

natura von 2.5 m x 2.5 m vor und haben eine Farbtiefe von 8 Bit. Auch hier liegen die Karten mit 

und ohne Relief im Hintergrund vor. 

Für Visualisierungszwecke liegt ein Orthofoto des Fieschergletschers aus den Jahren 2008 und 

2009 vor [swisstopo, 2011]. Es stammt aus dem Orthofotomosaik SWISSIMAGE der SWISSTOPO. 

Es hat eine Bodenauflösung von 0.5 x 0.5 m pro Pixel. 

Für Vergleichszwecke liegt für das Gebiet des Fieschergletschers das DHM25 vor. Dieses Höhenmodell 

wurde von der SWISSTOPO zwischen 1984 und 1996 durch Digitalisierung der Höheninformation 

aus der Landeskarte 1:25’000 (LK25) und 1:50'000 (LK50) abgeleitet [swisstopo, 

7


2005]. Zudem liegt ein DHM vom Jahr 2008 vor, welches photogrammetrisch ausgewertet 

wurde. 

Die Landeskartenausschnitte der Erstausgabe der Gebiete Glacier de Moiry und Fieschergletscher 

sind im Anhang abgebildet. 

2.3.2 Etappe 1: Testgebiet „Glacier de Moiry“ 

Der Gletscher Glacier de Moiry bedeckt eine Fläche von rund 5 km 2 . Das aus der Karte abgeleitete 

Höhenmodell soll jedoch das ganze hydrologische Einzugsgebiet des Gletschers umfassen. 

Gleichzeitig wird dasselbe Gebiet in der Bachelorarbeit von Roland Schenkel [2011] bearbeitet. 

Die zwei unabhängig erstellten DHMs werden anschliessend miteinander verglichen. Aus diesem 

Vergleich soll die Erkenntnis gewonnen werden, ob die gleichen Resultate erzielt werden, 

wenn zwei verschiedene Operateure dieselben Daten bearbeiten. Anschliessend werden die 

gewonnen DHMs mit einem bereits bestehenden Modell, welches manuell von der VAW digitalisiert 

wurde, auf Konsistenz und Genauigkeit verglichen. 

In der ersten Etappe soll ein optimales Verfahren zur Farbseparierung, Attribuierung der Höhenlinien 

und eine gute Technik zur Interpolation von DHMs aus Höhenlinie gewonnen werden. 

Die Lernprozesse die in der ersten Etappe durchschritten werden, sollen dann in Etappe 2 

direkt angewendet werden können. 

2.3.3 Etappe 2: Studiengebiet „Fieschergletscher“ 

In der zweiten Etappe wird das Studiengebiet Fieschergletscher mit seinen Nebengletscher 

Studer- und Galmigletscher bearbeitet. Diese Etappe stellt die Hauptaufgabe der Arbeit dar. 

Hauptprodukt der zweiten Etappe ist ein DHM des Gebietes. Wiederum werden die Höhenlinien 

für das ganze Einzugsgebiet digitalisiert. Da für Massenbilanzen und Analysen des Verhaltens 

von Gletscher nebst DHMs auch Wasserabflussmessungen durchgeführt werden, ist es 

wichtig bei der Erfassung von digitalen Höhenmodellen aus topografischen Karten, dass jeweils 

das ganze hydrologische Einzugsgebiet digitalisiert wird. Denn häufig wird der Abfluss 

weit unterhalb der heutigen Gletscherzunge gemessen. Das DHM vom Fieschergletscher vom 

Stand der Erstausgabe der Landeskarte (Gletscherstand Jahr 1927) ist von grossem Interesse, 

denn dieser ist nach dem Grossen Aletschgletscher der zweitlängste Gletscher der Schweiz, respektive 

der Alpen. 

2.3.4 Etappe 3: Visualisierung und Vergleiche des Studiengebietes 

In dieser Etappe werden die Resultate aus der vorangegangenen Etappe visualisiert und dargestellt. 

Mit GIS-Software werden Vergleiche zwischen dem erstellten DHM, dem DHM25 und einem 

DHM aus dem Jahre 2008, welches mittels Autokorrelation photogrammetrisch ausgewertet 

wurde, erarbeitet. Dies erlaubt den direkten Oberflächen-Vergleich des rekonstruierten 

DHMs aus den Jahren 1927 und dem Stand von heute, respektive vom Jahr 2008. Die Differenzen 

der DHMs werden mit Techniken der thematischen Kartografie in 2D und 3D visualisiert. 

Zudem wird ein Prototyp für eine interaktive Anwendung und Datenpräsentation hergestellt. 

In einem weiteren Schritt werden Experteninterviews mit verschiedenen Fachleuten aus der 

Kartografie, Geoinformatik, Computer Visualisierung und Glaziologie durchgeführt. Es geht in 

8


diesen Interviews darum, eine Bewertung der vorgestellten Visualisierungen durchzuführen 

und die Vor- und Nachteile gewisser Darstellungen zu evaluieren und diskutieren. 

2.4 Vorgehen 

Das Ziel der Arbeit ist es, von einer gedruckten, respektive gescannten Karte mit Höhenlinien 

ein digitales Höhenmodell abzuleiten und zu visualisieren. Das Verfahren besteht aus vier 

Schritten. 

2.4.1 Schritt 1: Bildbearbeitung und Farbseparierung 

Der erste Schritt umfasst die Farbseparierung in einem Bildbearbeitungsprogramm. Die Landeskarte 

wurde mit acht Farben übereinander gedruckt. Durch das Einscannen und einer Farbtiefe 

von 8 Bit liegen in der digitalen TIFF-Datei 256 Farben vor. Für ein Gletscherhöhenmodell 

ist vor allem die Farbe Blau im Bild von Interesse, da die Höhenlinien auf Eismassen blau gezeichnet 

sind. Weiter sind aber auch die Farben Braun und Schwarz von Interesse. Die Höhenlinien 

werden generell braun und im Geröll schwarz gezeichnet. Es werden nebst den Höhenlinien 

auf dem Gletscher, auch die in seiner Umgebung, respektive die im ganzen hydrologischen 

Einzugsgebiet, digitalisiert. Höhenlinien über das Gebiet des Gletschers hinaus versprechen 

auch ein besseres Ergebnis in der Interpolation, da häufig an Rändern bei Interpolationen Fehler 

oder keine sinnvollen Ergebnisse resultieren. Zudem liegen die fixen Partien eines Gebietes 

häufig ausserhalb des Gletschergebiets. Mittels Referenzpunkte, welche über all die Jahre fix 

waren, können Vergleiche mit den aktuellen Ständen gemacht und quantitative Abschätzungen 

zur Genauigkeit gemacht werden. 

Ziel des Separierens ist das Auftrennen der drei gewünschten Farben. Aus dem Originalbild 

werden somit drei Bilder generiert: eines beinhaltet den Blau-, eines den Braun- und eines den 

Schwarz-Anteil. 

Die Farbsegmentierung ist ein wichtiger Bestandteil in der Kartografie, respektive in den Geoinformationswissenschaften, 

so sind historische Karten die einzigen zusammenhängenden Informationsquellen, 

bevor mit der Photogrammetrie flächendeckend Daten erfasst werden 

konnten. In Leyk & Boesch [2010] wird ein neuer Ansatz für Color Image Segmentation (CIS) 

vorgestellt, wo aus gescannten topografischen Karten aus dem 19. Jahrhundert gleichfarbige 

und zusammengehörige Information detektiert wird. Besonders bei älteren und von Hand hergestellten 

Karten können Inhomogenitäten in der Farbe, Strichstärke und so weiter auftreten, 

die Schwierigkeiten bei der Separierungen bereiten. In den Blättern der LK50, die in dieser Arbeit 

verwendet werden, können jedoch keine grosse Inhomogenitäten erkennt werden. 

2.4.2 Schritt 2: Vektorisierung von Rasterdaten zu Vektordaten 

Für die Weiterverarbeitung der Bilder mit einem GIS werden die Bilder in Binärbilder umgewandelt. 

Die Höhenlinien stellen die Information dar und der Rest des Bildes enthält somit keine 

Information mehr. Da die Bilder aus dem Bildbearbeitungsprogramm Rasterdateien sind, 

müssen die Rasterzellen von Rasterinformationen mit einem GIS in Vektoren umgewandelt 

werden, so dass die Höhenlinien als Linienelemente mit einer Höhe attribuiert werden können. 

9


2.4.3 Schritt 3: Interpolation von Höhenmodellen 

Nachdem dass die Höhenlinien in Schritt 2 vektorisiert und attribuiert sind, ist es möglich, mit 

geeigneten GIS-Werkzeugen ein DHM zu berechnen. Ein GIS-Softwarepaket unterstützt dabei 

verschiedene Interpolationsmethoden. Es werden in diesem Schritt die optimale Berechnung 

ermittelt und weitere Produkte für Vergleichszwecke mit anderen Zeitständen abgeleitet. 

2.4.4 Schritt 4: Visualisierungen und Vergleiche 

Die hergeleiteten DHMs und Produkte aus Schritt 3 werden in 2D und 3D mit GIS-Software visualisiert. 

Zudem werden Vergleiche mit dem generierten Gletscherhöhenmodell aus dem Jahr 

1927 und einem Gletscherhöhenmodell aus einem aktuellen Zeitstand (Jahr 2008) angestellt. 

Die Höhendifferenzen werden auf verschiedene Art und Weise visualisiert. Es wird versucht 

somit „Gleiches verschiedenartig darzustellen“. Um eine Alternative zu den gedruckten Abbildungen 

zu erhalten, wird ein Prototyp für ein interaktives Beispiel entwickelt. Eine Sammlung 

der verschiedenen Produkte wird mittels einer Expertenbefragung bewertet und die wichtigsten 

Erkenntnisse daraus abgeleitet 

2.5 Arbeitsmittel 

Unter dem Kapitel Arbeitsmittel wird die für die Arbeit eingesetzte Software erläutert. 

Für die Bildbearbeitung wird die Software ADOBE PHOTOSHOP CS3 eingesetzt. Dieses Programm 

verfügt über Funktionen, die geeignet sind, die gewünschten Höhenlinien der Farbe entsprechend 

zu separieren und vom unwichtigen Bildinhalt zu trennen. 

Liegen im Bild nur noch die gewünschten Linien vor, wird es in die GIS-Software ESRI ARCGIS 10 

importiert und weiterbearbeitet. ESRI ARCGIS 10 wird benötigt, um aus dem Rasterbild Vektorenobjekte 

zu generieren. Bestehen die Linien als Objekte, können sie mit ihrer jeweiligen Höheninformation 

attribuiert werden. Anschliessend ist es möglich mittels zur Verfügung stehenden 

Tools ein DHM, respektive ein Raster, zu generieren, das für weitere Analysen verwendet 

werden kann. Zudem wird die Software für Vergleiche zwischen verschiedenen Zeitständen 

eingesetzt. Mit ESRI ARCSCENE 10 werden die Daten in 3D, respektive 2.5D, visualisiert und auch 

analysiert. Dabei kann ein realitätsnaher Eindruck der Daten gewonnen und Zusammenhänge 

entdeckt werden, die in einer zweidimensionalen Abbildung vielleicht untergehen. 

Der Prototyp für das interaktive Beispiel basiert auf der Technik von GOOGLE EARTH API und KML. 

ADOBE PHOTOSHOP wie auch ESRI ArcGIS sind Softwarepakete, die in der Lehre im Studiengang 

Geomatik und Planung im Bachelor-, wie auch im Masterstudium an der ETH Zürich gelehrt 

und gelernt werden. 

10


3 Beschreibung der Aufbereitung der digitalen Grundlagen 

3.1 Bildbearbeitung und Farbseparierung 

Die Farbseparierung wird mit dem Bildbearbeitungsprogramm Adobe Photoshop CS3 gemacht. 

Da bereits Forschungen am IKG auf diesem Gebiet betrieben wurden, ist bereits Know-how bekannt, 

welches in dieser Arbeit angewendet werden kann. 

In Photoshop bestehen mehrere Möglichkeiten zur Verfügung, um Farbseparierungen vorzunehmen. 

Es wird hier die Technik erläutert, mit welcher die besten Resultate für nachfolgende 

Vektorisierung erreicht werden. 

Als Input dient die gescannte topografische Karte ohne Relief in insgesamt 256 Farben im TIFF- 

Format. Der Output mit den Höhenlinien sind drei TIFFs, in denen je nach Farbinhalt die Farben 

Blau, Braun und Schwarz enthalten sind. 

Als erstes wird in Photoshop der Farbraum des Bildes von RGB auf CMYK umgestellt. Anschliessend 

wird unter dem Reiter IMAGE die Funktion CALCULATIONS angewendet. Mit dieser Funktion 

können Kanalberechnungen vorgenommen werden. Um die blauen Höhenlinien aus dem Bild 

zu extrahieren wird unter CHANNEL 1 YELLOW und im CHANNEL 2 MAGENTA gewählt. Magenta wird 

auf INVERT gesetzt. Die beiden Kanäle werden mittels der Füllmethode ADD addiert. Das entstandene 

Resultat kann nun weiterbearbeitet werden, um die erhaltenen Linien stärker hervorzuheben. 

Das Hervorheben der Linien ist möglich, indem unter dem Reiter SELECT die Funktion COLOR 

RANGE gewählt wird. Hier werden nun nacheinander die Mitteltöne und die Tiefen (MIDTONES 

und SHADOWS) ausgewählt und unter EDIT mit FILL schwarz gefüllt. Dies wird bei allen Farbkanälen 

dreimal gemacht. Diese Vorgehensweise hat den Nebeneffekt, dass sich die Linien etwas 

verdicken, da Pixel mit schwarzer Farbe aufgefüllt werden. Durch die Kanalberechnungen gibt 

es unerwünschte Bildinformation, die aus wenigen Pixeln bestehen. Mit einem Median-Filter 

können noch diese restlichen unerwünschten Pixel und Artefakte eliminiert werden. Da nun die 

wichtigste Information, nämlich die Höhenlinien in tiefem Schwarz vorliegen, ist es möglich 

über eine invertierte Selektion, alles ausser schwarz zu löschen. 

Am Schluss resultiert ein Graustufenbild oder ein Binärbild (schwarz-weiss), das bereit für die 

Weiterverarbeitung in ARCGIS ist. In Abbildung 3 ist die Gegenüberstellung des Originalbildes 

und eines Graustufenbildes des blauen Kanals des Gebiets des Fieschergletschers dargestellt. 

Nebst den Höhenlinien sind auch Gletscherspalten, Schriftzüge und Höhenangaben ersichtlich, 

die bei der Vektorisierung ignoriert, respektive gelöscht werden. 

11


Abbildung 3: 

Originalbild (links) und blauer Farbkanal extrahiert (rechts) 

Für die Kanalberechnung und die Extrahierung der Farben Blau (CYAN), Braun (MAGENTA) und 

Schwarz (BLACK) werden folgende Angaben in Photoshop angewendet. Die nachfolgende Abbildung 

4 zeigt Screenshots der Maske CALCULATIONS in PHOTOSHOP, um Kanalberechnungen zur 

Farbseparierung der verwendeten Farben der Landeskarte durchzuführen. 

Cyan / Blautöne Magenta / Rottöne (Braun) Schwarz 

Abbildung 4: 

Kanalberechnungen der Farbtöne Cyan, Magenta und Schwarz 

3.2 Vektorisierung von Rasterdaten zu Vektordaten 

Seit 2003 und der Version ARCGIS 8.3 liegt für das ARCGIS DESKTOP ARCSCAN als Extension vor. 

ARCSCAN ist eine Toolbox, die es erlaubt Rasterdaten in Vektor-Features zu konvertieren. Es gibt 

dabei zwei Arten von Vektorisierung, nämlich eine manuelle durch interaktive Verfolgung der 

Rasterzellen oder einen automatischen Modus. Für eine grosse Rastervorlage mit homogenen 

Daten ist die automatisierte Erstellung sehr praktisch. Deshalb wird auch dieser Modus in dieser 

Arbeit für die topografische LK50 angewendet. 

Als Grundlage dient die Rasterdatei. Diese Datei darf nur zwei Farben beinhalten. Das heisst, 

die Vorlage besteht aus einer Hintergrundsfarbe und dem eigentlichen Thema in einer anderen 

Farbe. Es ist möglich vor dem Vektorisieren das Bild mittels Rasterbearbeitung zu manipulieren 

und Pixel zu löschen oder hinzufügen. In dieser Arbeit wird das Bild für die Vektorisierung 

hauptsächlich vor dem Import in ARCGIS aufbereitet. Zudem muss anfangs noch ein Template- 

Shapefile angelegt werden, um die neu erstellten Features in einer Datei abzuspeichern. 

12


Für die Vektorisierung können benutzerdefinierte Parameter festgelegt werden. Je nach Grundlage 

können bereits vordefinierte SETTINGS übernommen werden. Die folgende Maske (Abb. 5) 

wird verwendet, um Höhenlinien zu vektorisieren. Nachfolgend werden die Parameter gemäss 

ArcGIS-Hilfe [2011a] erläutert. 

Abbildung 5: 

Verwendete Parameter in der Extension ARCSCAN für die Vektorisierung 

Abbildung 6: 

ARCSCAN Vektorisierungsparameter INTERSECTION SOLUTION; Links: Median; Rechts: None 

13


Intersection 

Solution: 

Maximum 

Line Width: 

Noise Level: 

Compression 

Tolerance: 

Mit diesem Parameter wird festgelegt, was bei sich schneidenden Rasterobjekten geschehen 

soll. Als Alternativen kann der geometrische Schnittpunkt oder der Median 

der „Kreuzung“ gewählt werden. Von der ArcGIS-Hilfe [2011a] wird jedoch für Höhenlinien 

NONE empfohlen. Der Unterschied ist in Abbildung 6 ersichtlich. Im linken Bild 

ist die INTERSECTION SOLUTION auf MEDIAN und im rechten Bild auf NONE eingestellt. Da 

die Höhenlinie von einer Gletscherspalte geschnitten wird, gibt es mehrere Vektoren, 

doch die Höhenlinie wird durchgezogen. Mit NONE entsteht eine Auftrennung der Linien 

vor der „Kreuzung“. Die cyanfarbene Linie im rechten Bild wurde von Hand eingezeichnet, 

um die Höhenlinie zu schliessen. Zudem ist die manuell hinzugefügte Linie 

geometrisch genauer (rechts), als die automatisch generierte (links). 

Der Parameter für die „geometrische“ INTERSECTION, hier nicht abgebildet, kommt sogar 

teils neben den schwarzen Pixel zu liegen und ist je nach Schneidewinkel der 

Kreuzung sehr ungenau. 

Dieser Parameter wirkt wie ein Filter. So dass Linien, die dicker als x Pixel sind, nicht 

vektorisiert werden. Die dicksten Linien in der Rastervorlage sind die 200er- 

Höhenlinien, die bis zu 5 Pixel breit sind. 

Ist die Angabe, wie viel Prozent Rauschen in der Rastergrundlage ist. 

Dieser Wert gibt an, wie viele Stützpunkte bei einem Vektor gesetzt werden. Die 

Komprimierung ist ein Vektor-Nachbearbeitungsvorgang. Es wird zur Generalisierung 

ein Douglas-Peucker-Algorithmus mit einem maximal zulässigen Versatz als 

Eingabe verwendet. Je höher der Eingabewert, desto kleiner die Anzahl der Stützpunkte. 

Da die Linien in der Vorlage sehr verpixelt sind, wird hier ein etwas höherer 

Wert eingegeben. Der Genauigkeit der Geometrie schadet es nicht. 

Smoothing 

Weight: 

Gap Closure 

Tolerance / 

Fan Angle: 

Hole Size: 

Die „Glättungsgewichtung“ dient zur Linienglättung. Der Wert legt die Intensität der 

Gewichtung fest. 

Die Landeskarte, die als Grundlage dient, wurde mit einem Scanner digitalisiert. Bei 

der Bildbearbeitung wurde bereits festgestellt, dass nicht alle Pixel im gleichen Farbton 

erscheinen, sondern z.B. bei den blauen Linien von Hell bis Dunkelblau Farbwerte 

auftreten. In der Bildbearbeitung und in der Konvertierung des Bildes in binäre Farben 

ist es vorgekommen, dass gewisse Pixel wegfallen. Dies reisst Lücken in die Linien. 

Mit diesem Parameter wird dem genannten Effekt entgegengewirkt, indem eine 

Lücke überwindbar gemacht wird. 

Unter Fan Angel wird der Suchwinkel verstanden. Anhand des Winkels wird hier nach 

den Linien gesucht. Besonders bei geschwungen Linien mit Lücken ist dies nützlich. 

Die Lochgrösse beschreibt Löcher in der Linie, die z.B. ursprünglich aus schlecht gescannten 

Quelldokumenten entstanden sind. Diese spielt in der automatisierten Vektorisierung 

keine Rolle und in der Karte weisen die Höhenlinie aufgrund der Methode 

zur Farbeseparierung keine Löcher auf. 

Gemäss der ESRI ArcGIS-Hilfe [2011d] wird das Ergebnis der Vektorisierung durch Faktoren wie 

Bildauflösung, Rauschverhältnis und Inhalt der gescannten Dokumente beeinflusst. Die Vektorisierung 

ist für diese Arbeit ein sehr nützliches Tool. Doch bleibt trotz Automatisierung manuelle 

Nacharbeit bestehen. Denn durch die Bildbearbeitung und das vorliegen von verschiedenen 

14


Farbtönen in der Kartengrundlage ist ein lückenloses Vektorisieren nicht möglich. So werden 

die Lücken von Hand mit dem Editierwerkzeug geschlossen. Abbildung 7 zeigt einen Zusammenschluss 

von einer braunen und einer schwarzen Höhenlinie, die von Hand geschlossen 

wird. Da dann durch manuelles Ergänzen eine Höhenlinie aus mehreren Vektoren besteht, wird 

das Tool UNSPLIT LINE aus dem DATA MANAGEMENT TOOL verwendet, um Linien mit denselben 

Stützpunkten zu einem Objekt zusammenzuschliessen. Dies ist bei der Attribuierung der Höhe 

im nächsten Schritt wichtig, so dass nicht viele kleine Linien mit einer Höhe versehen werden 

müssen. Doch auch nach der Nachbearbeitung ist es nicht unbedingt der Fall, dass eine Höhenlinie 

durch nur einen Vektor abgebildet wird. Denn häufig sind Linien unterbrochen, z.B. durch 

Höhenangaben, Gebietsnamen, Bergspitzen oder Koordinatengitter (siehe Abb. 8). 

Abbildung 9 zeigt einen Ausschnitt des Resultats der Vektorisierung der blauen Höhenlinien 

auf dem Fieschergletscher. Die Gletscherspalten und die Beschriftungen sind nicht mehr vektorisiert, 

sondern nur noch die Höhenlinien. 

. 

Abbildung 7: 

Vektorisierung der braunen und schwarzen Höhenlinie. 1 Pixel entspricht 2.5 m in natura 

Abbildung 8: 

Beispiel einer Vektorisierung; links: Blauer binärer Layer aufgrund des Koordinatengitters 

durchtrennte Vektoren (rot); rechts: manuell geschlossene und korrigierte Höhenlinie 

(grün) und gelöschte Vektoren bei Höhenlinienbeschriftung 

15


Abbildung 9: 

Blaue Höhenlinien vektorisiert mit ARCSCAN und manueller Nachbearbeitung 

3.3 Attribuierung der Höhenlinien 

3.3.1 Manuelles Attribuieren 

Durch das Vektorisieren des Rasterinhalts liegen alle geometrischen Vektoren in einem Shapefile 

vor. Nun wird jedem Feature ein Attribut, nämlich seine Höhe, zugeteilt, dass dadurch später 

eine Interpolation für ein Höhenmodell berechnet werden kann. Für das Testgebiet des Glacier 

de Moiry wird diese Arbeit manuell erledigt. Im Hintergrund der Vektoren liegt der Layer 

der vektorisierten Landeskarte. Die manuelle Arbeit kann je nach Grösse und Komplexität des 

zu bearbeitenden Perimeters sehr aufwendig sein. Abbildung 10 zeigt als Beispiel ein schwieriges 

Gebiet, mit Gletscherspalten, für die Attribuierung. Manuell muss jeder Vektor selektiert 

und mit entsprechender Höhe aus der Karte versehen werden. Grösste Fehlerquelle ist hier das 

falsche eingeben von Zahlen oder sogenannte Zahlenverdreher. 

Nebst den Höhenlinien werden auch die Koten, die in den Landeskarten enthalten sind, als 

Punkte vektorisiert und mit der angeschriebenen Höhe attribuiert. Die Koten sind meistens als 

„x“ oder als „•“ in den Karten dargestellt. 

Als visuelle Kontrolle wird über ein Label beim Layer der Vektoren die eingetragene Höhe des 

Features angezeigt (Abb. 10). Für die abschliessende Qualitätskontrolle kann ein DHM berechnet 

werden und bei Vorliegen eines Referenz-DHMs die Höhen verglichen werden. 

16


Abbildung 10: 

Zuordnung der Höhenlinien (rot) in Gletscherspalten ist häufig eine Schwierigkeit. Im 

Hintergrund Erstausgabe LK50. 

3.3.2 Halbautomatisches Attribuieren mit Tool Contourline Attribution 

Für das Studiengebiet des Fieschergletschers steht ein Programm zur halbautomatischen Attribuierung 

der Höhenlinien zur Verfügung. 

Das Programm CONTOURLINE ATTRIBUTION wird von Samuel Wiesmann, Doktorand am IKG, zur 

Verfügung gestellt. Das Skript basiert auf der Programmiersprache Python. In ARCGIS 10 ist 

Python als zentraler Baustein für diverse Funktionen und Werkzeuge ausgebaut worden. Das 

Ziel des Programms ist das halbautomatische Attribuieren von Höhenlinien. Als Input benötigt 

es den Layer mit den Höhenlinien und einen zweiten Layer, der Hilfslinien enthält. Die Hilfslinie 

soll die zu attribuieren gewünschten Höhenlinien schneiden. Sie muss von der tiefstgelegenen 

Linie beginnen und bei der höchsten Linie enden. Ersichtlich ist der Verlauf der Linie in ARCGIS 

durch einen grünen Startpunkt und einen roten Endpunkt. 

Durch das Angeben einer ganzzahligen Zahl in Meter wird die Hilfslinie in kleinere Abschnitte, 

sogenannte Segmente, unterteilt. Der Algorithmus überprüft in einem ersten Schritt, ob sich 

die Boundingbox der Hilfslinie und die Boundingbox der jeweiligen Höhenlinien schneidet. Dies 

optimiert das Programm, indem sehr schnell nicht betroffene Höhenlinien ausgeschlossen 

werden können und das wiederum beschleunigt die Berechnung für die Attribuierung. Schneidet 

die Boundingbox eine Höhenlinie, wird sie in diese Segmente unterteilt. Diesen Segmenten 

wird aufsteigend eine Integerzahl zugewiesen und durchnummeriert. Wenn jede Höhenlinie 

durch die Hilfslinie in einem anderen Segment geschnitten wird, kann das Skript erfolgreich die 

Attribuierung abschliessen. Durch die Nummerierung der Segmente ist bekannt, in welcher 

Reihenfolge die Höhenlinien vorliegen. Mit der Eingabe der Höhe der untersten Höhenlinie als 

Attribut und der gewünschten Äquidistanz werden die Höhenlinien korrekt attribuiert. Optional 

kann, wenn bekannt, die Höhe der obersten Höhenlinie angegeben werden. Bei Eingabe 

17


dieses Werts überprüft das Tool automatisch die Berechnung über die Eingaben der untersten 

Höhe, der Äquidistanz und der Anzahl geschnittenen Höhenlinien. Sollte dies eine Inkonsistenz 

ergeben, wird eine Fehlermeldung ausgegeben. 

Abbildung 11 zeigt einen Ausschnitt des Gebiets des Fieschergletschers mit den Höhenlinien 

und den Hilfslinien, die zur halbautomatischen Attribuierung dienen. 

Das Programm ist sehr gut in der Anwendung und hat sich bei der Bearbeitung des Studiengebiets 

bestens erwiesen. Die hier beschriebene halbautomatische Attribuierung ist zeitlich einiges 

schneller als die manuelle und beugt der Vermeidung von Flüchtigkeits- und Tippfehlern 

vor. 

Abbildung 11: 

Gebiet des Fieschergletscher mit den Höhenlinien (rot) und den Hilfslinien (pink) zur 

halbautomatischen Attribuierung 

3.4 Interpolation 

3.4.1 Unterschied zwischen Raster und TIN 

Die Darstellung vom Gelände und deren Höhen in einer Karte erfolgen in der Regel durch Höhenlinien. 

Sollen jedoch Analysen und Auswertungen über die Geländeform gemacht werden, 

ist es unabdingbar, das ganze Gebiet in einer kontinuierlichen Oberfläche verwalten zu können. 

Denn ein Nachteil von Höhenlinien ist das Nichtvorhandensein von Informationen zwischen 

den Konturlinien. 

Die zwei wichtigsten Datentypen mit denen raumbezogene Daten kontinuierlich bearbeitet 

und dargestellt werden, sind das bekannte und übliche Raster (Grid) und das TIN (Triangulated 

Irregular Network). 

18


Ein TIN setzt sich aus Knotenpunkten, Kanten und Dreiecken zusammen. Die Repräsentation 

durch die Verbindung der Punkte ist trianguliert. Die Punkte sind unregelmässig (irregulär) verteilt 

und dementsprechend auch die Dreiecke. Jedes Dreieck enthält Informationen seiner 

Nachbarsdreiecke und bildet mit ihnen ein Netzwerk [Gäb, 2005]. Für die Erstellung wird oft die 

Delauney-Triangulation angewendet. Das Verfahren basiert auf dem Kreiskriterium, dass kein 

vierter Punkt im Umkreis eines Dreiecks liegt (siehe Abbildung 12). Wenn diese Bedingung nicht 

erfüllt ist, ergeben sich Dreiecke mit spitzen Winkeln (siehe Abbildung 13). Eine weitere Bedingung 

ist, dass bei der Delaunay-Triangulation in jedem Dreieck der kleinste Winkel maximal 

wird. 

Bei der Maske zur Interpolation mit CREATE TIN im 3D ANALYST in ARCGIS besteht die Möglichkeit, 

auszuwählen, ob die Bedingung von Delauney zur TIN-Generierung angewendet werden soll. 

schlechte Triangulation (nach dem Kreiskriterium) 

gute Triangulation (erfüllt das Kreiskriterium) 

Abbildung 12: 

Kreiskriterium der Delaunay-Triangulation 

Gewöhnliche Triangulation mit schleifenden Winkeln 

(schlechtes Dreiecksnetz) 

Delaunay-Triangulation mit minimalen Winkeln 

(gutes Dreiecksnetz) 

Abbildung 13: Gewöhnliche Triangulation und Delaunay-Triangulation [geoinformation.net, 2003] 

19


3.4.2 Interpolationsmethoden 

In dieser Arbeit werden DHMs aus alten Karten abgeleitet. Die einzige Höheninformation die 

daraus gewonnen werden kann, sind die Höhenlinien und die Koten, die mit einer Höhe versehen 

sind. Das heisst, aus diskreten Daten soll eine kontinuierliche Oberfläche generiert werden. 

Es ist somit viel weniger Information vorhanden als gewünscht. Dieser Vorgang, die Datenverdichtung 

und Vorhersage eines Attributs an einer nicht gemessenen Stelle, nennt man Interpolation. 

Das Ergebnis der Interpolation und deren Qualität hängen einerseits von der Genauigkeit, Anzahl 

und Verteilung der bekannten Punkte ab, aber auch davon wie gut die mathematische 

Funktion das abzubildende Phänomen modelliert [Bill, 1996]. Im Allgemeinen gilt, je höher die 

Punktdichte und gleichmässiger die Punktverteilung, desto besser ist das Ergebnis. Doch soll 

die mathematische Funktion die Eigenheit der Oberfläche so gut wie möglich annehmen, respektive 

sich anpassen. 

Es gibt viele Interpolationsmethoden, die für bestimmte Anwendungen geeignet sind. Zum 

Beispiel eine Abbildung von Temperaturen über ein Gebiet basierend auf einzelnen Messstationen 

wird mit einer glättenden Funktion berechnet. Wohingegen ein DHM über ein felsiges 

Gebiet mit einer Glättung zu keiner detailgetreuen Abbildung führt. 

Die bekannten Interpolationsmethoden, die auch in ARCGIS Anwendung finden, sind INVERSE- 

DISTANCE-WEIGHTING (IDW), NATURAL NEIGHBOR, SPLINE (RADIAL BASIS FUNCTION) und KRIGING. Dabei 

gibt es exakte und approximierte Interpolatoren. Exakte Interpolatoren geben den ursprünglichen 

Wert des Datenpunkts exakt wieder, wobei approximierende Verfahren sich dem Wert 

nur annähern. 

Für die Interpolation einer Oberfläche aus Höhenlinien, was in dieser Arbeit angewendet wird, 

steht in ARCGIS das Interpolationswerkzeug TOPO TO RASTER zur Verfügung [ArcGIS-Hilfe, 2011b]. 

TIN werden in dieser Arbeit nur zu Versuchs- aber nicht für die Analyse- und Visualisierungszwecken 

generiert. 

3.4.3 Interpolationswerkzeuge 

Das Interpolationswerkzeug TOPO TO RASTER ist eine Methode, die speziell für die Erstellung hydrologisch 

korrekter DHMs entwickelt wurde. Das Tool basiert auf dem Programm ANUDEM von 

Michael Hutchinson. Die aktuelle Version von ANUDEM, die in ARCGIS verwendet wird, ist 4.6.3. 

Mehr Informationen und Literaturangaben findet man in der ArcGIS-Hilfe [2011b]. 

TOPO TO RASTER ist der einzige ARCGIS-Interpolator, der speziell für das intelligente Zusammenwirken 

mit Konturlinieneingaben entwickelt wurde. Als Input für eine Berechnung einer Rasteroberfläche 

können jedoch Punkt-, Linien- und Polygondaten angegeben werden [ArcGIS- 

Hilfe, 2011c]. 

Konturlinien zu verarbeiten sind in der Interpolation die schwierigste Technik. Denn der Nachteil 

liegt in der Unterabtastung von Informationen zwischen den Konturen, vor allem in flacherem 

Gelände. Die Interpolationsmethode TOPO TO RASTER verwendet eine Methode der iterativen 

finiten Differenz an. Einerseits führt dies zu einer optimierten rechnerischen Effizienz, wie bei 

einem lokalen Interpolator wie IDW und berücksichtigt auch die Oberflächen Kontinuität, was 

globale Interpolationsmethoden, wie KRIGING und SPLINE, nicht vorsehen. Hinter TOPO TO RASTER 

steckt eine Art diskretisierte THIN-PLATE-SPLINE-INTERPOLATION [ArcGIS-Hilfe, 2011c]. 

20


Die VAW wendet für ihre Interpolationsaufgaben Routinen und Funktionen von GTGRID 2.0 der 

Firma GEOPHYSICAL TECHNIQUES in der Software PV-WAVE von VISUAL NUMERICS an. Sie wendet zur 

Interpolation Algorithmen an, die für hydrologische Berechnungen sich sehr empfehlen. Da in 

dieser Arbeit mit ARCGIS Interpolationen durchgeführt werden, sind die Resultate zu denen der 

VAW unterschiedlich. Es ist wichtig, wenn man Daten miteinander vergleichen will, dass immer 

dieselben Mittel eingesetzt werden. Nur so kann auch die Konsistenz innerhalb von Datenreihen 

erhalten bleiben. 

Das Fachgebiet Interpolation ist eine Wissenschaft für sich und jede Interpolation bedarf einer 

genauen Interpretation. 

3.4.4 Qualitätskontrolle 

Nach dem Interpolieren benötigt es immer eine Qualitätskontrolle und eine Überprüfung und 

Verifizierung der gerechneten Ausgabe. Die ArcGIS-Hilfe [2011b] schlägt gängige Methoden vor: 

- Konturlinien anhand der neuen Oberfläche mit dem Werkzeug Konturlinie zu 

erstellen und diese mit den Eingabe-Konturliniendaten zu vergleichen. 

- Visueller Vergleich mit den bekannten Wasserläufen und Bergrücken. 

- Ausschliessen eines Prozentsatzes der Eingabedaten aus dem Interpolationsprozess. 

Der reduzierte Datensatz wird wiederum interpoliert und mit der ersten Ausgabedatei 

verglichen. 

3.4.4.1 Vergleich der Konturlinien 

In ARCGIS ist es möglich mit dem Tool CONTOUR aus einer Oberfläche die Höhenlinien berechnen 

zu lassen. Die berechneten Höhenlinien sollten im Umkehrschluss ähnlich im Aussehen und 

gleich der Attribuierung sein wie die Höhenlinien, die als Input zur Generierung der Oberfläche 

dienten. 

Nach ausführlicher Überprüfung kann das Resultat dieses Vergleichs als befriedigend betrachtet 

werden. In Abbildung 14 ist der Vergleich beispielhaft im Zungenbereich des Glacier de Moiry 

dargestellt. Es wird festgestellt, dass die Linien mit weniger Stützpunkten abgebildet werden 

und somit der Verlauf der Linie stark vereinfacht wird. Dies sind jedoch Parameter, die nicht 

vom User festgelegt, sondern von der Funktion als Blackbox angewendet werden. 

21


Abbildung 14: 

Vergleich zwischen den aus der Karte digitalisierten (rot) und aus dem DHM 

berechneten (grün) Höhenlinien im Bereich der Gletscherzunge des Glacier de Moiry 

3.5 Visualisierung 

Ein Teil dieser Arbeit beinhaltet die Visualisierung der hergeleiteten Höheninformation aus der 

Karte in den oben beschriebenen Kapiteln. Hauptsächlich geht es darum, um Höhendifferenzen, 

respektive Eisdickenänderungen im Gletschergebiet darzustellen. 

3.5.1 Kartografie und Glaziologie 

Bei diesem Teil treffen die beiden Fachgebiete Kartografie und Glaziologie aufeinander. So beschäftigen 

sich Glaziologen hauptsächlich mit der Entstehung von Gletschern, deren Formen 

und Verbreitung sowie Wirkungsbeziehungen unter Gletschern. Es interessieren aber auch der 

Gletscherhaushalt, Oberflächenformen, Gletscherbewegung sowie Ablation und Akkumulation 

im Verlaufe der Zeit 1 . Um diese Eigenschaften der Gletscher festzuhalten werden sie seit Jahrzehnten 

kartiert. Wurden im Ausland im 19. Jh. eigenständige Gletscherkarten angefertigt, war 

dies in der Schweiz aufgrund der sehr genauen Karten der Landestopografie nicht notwendig, 

da diese den glaziologischen Anforderungen genügten [Brunner, 2006]. Werden Gletscher regelmässig 

kartiert, zeigen sie den direkten Vergleich auf, wie sich die Gletscher über die Jahre 

veränderten, respektive hauptsächlich zurückzogen. 

Hurni et al. [2000] berichten, dass bis zur Mitte des 19. Jahrhunderts die Gletscherkartierung 

noch Teildisziplin der Gletscherforschung war und erst später sich daraus ein eigenes Teilgebiet 

der Kartografie, die Glazialkartographie entwickelte. 

1 http://wissen.woxikon.de/glaziologie (Zugriff: 20.06.2011) 

22


Ziel ist es, die beiden Wissenschaften mit einer Darstellung zusammenzuführen und die Thematik 

übersichtlich darzustellen, die kartografischen, aber auch den glaziologischen Ansprüchen 

genügt. Als Hilfsmittel wird ein Geografisches Informationssystem (GIS) verwendet. Dies 

ist schon seit über 20 Jahren state-of-the-art in beiden Wissenschaftszweigen. So arbeiten heute 

Kartografen und auch die Glaziologen mit GIS-Software, um Auswertungen, wie auch Darstellungen 

zu generieren [Brunner, 2006]. 

3.5.2 Darstellungen von Veränderungen auf Gletschergebiet 

Brunner [2006] beschreibt in seinem Artikel, wie Karten den Rückzug der Gletscher seit 1850 

dokumentieren. Bei gedruckten Karten ist die Darstellung von raumzeitlichen Prozessen problematisch, 

da Karten statisch sind. Methoden, die sich in gedruckten Medien bewährt haben, 

sind Kartenreihen, Darstellungen mehrschichtiger Zustände und Diagramme, die Höhenänderungen 

darstellen. Bereits anfangs des 20. Jahrhunderts wurden Mehrfachkartierungen veröffentlicht, 

die die Zungenstände über mehrere Jahrzehnte in vielen einzelnen Kärtchen aufzeigten. 

Sind Mehrfachkartierungen vorhanden, ist es möglich Flächenvergleiche auch zahlenmässig 

anzustellen und darzustellen. Ein Nachteil von Einzelkarten bei Kartenreihen ist, dass ein 

quantitativer Vergleich nur schwer zu erreichen ist. Mehrschichtige Zustände erlauben die 

Übersicht mehrerer Zeitstände innerhalb einer Karte. Häufig wird diese Technik bei Gletscherzungen 

angewendet, die veranschaulicht, wenn der Gletscher stark zurück weicht. Noch interessanter 

für Glaziologen sind Volumen- und Höhenänderungen, doch sind diese mit analogen 

Karten aufwendig abzuleiten [Brunner, 2006]. Komplexere Visualisierungen von Gletscherveränderungen 

dieser Art sind Darstellungen von Flächen- und Höhenänderungen. Wegen der 

Lesbarkeit werden meistens nur zwei Zeitstufen gezeigt und diese in Farbe dargestellt. Zu viele 

Stände sind bei mehrschichtigen Zuständen der Übersicht nicht förderlich und lassen deshalb 

nur eine geringe Inhaltsdichte zu. 

Eine häufig angewendete Darstellung für Flächen- und Höhenänderungen ist die Einfärbung 

der Flächen zwischen den Höhenlinien aufgrund von Höhenzunahme oder -abnahme. Diese 

Methode wurde vermutlich erstmals 1966 für den Aletsch- und den Mattmarkgletscher angewendet. 

Ein weiteres Beispiel ist in Brunner & Rentsch [2002] zu finden. 

Seit dem Einzug von GIS wird flächendeckend über digitale Höhenmodelle von Gletschern verfügt. 

Dieser Fortschritt der Technik liess viele neue Möglichkeiten in der Analyse und Darstellung 

zu. So lassen sich mühelos Höhenänderungen für den ganzen Gletscher berechnen und 

mittels Methoden der thematischen Kartografie abbilden. In Kääb [1996] wird der Grubengletscher 

(VS) mit dieser anschaulichen Methode in gedruckter Version und als interaktive Animation 

in Isakowski [2003] gezeigt. 

Mit dem Vorliegen der digitalen Höhenmodelle und moderner Computertechnik lassen sich 

nebst 2D auch Visualisierungen in 3D sehr anschaulich erstellen. Dazu kann mit Farbe mehr Inhalt 

in eine Darstellung verpackt werden. Zudem ist es auch möglich, je nach Bedürfnis Information 

ein- oder auszublenden. So werden auch in Zukunft Animationen für die 3D- 

Darstellung dynamischer Prozesse im Gletschergebiet vermehrt eingesetzt. 

Eine Auswahl an verschiedenen Darstellungen im Gletschergebiet zeigen Hurni et al. [2000], 

Winter [2001] und Wiesmann [2009]. 

23


3.5.3 Farbe in vergleichenden Darstellungen 

Farbe in gedruckten Medien ist wichtiger denn je. Sind früher häufig auch Grafiken in schwarzweiss 

dargestellt worden, werden heute vermehrt Illustrationen attraktiv in Farbe präsentiert. 

Vor allem, wenn Inhalte nicht nur in gedruckter Form, sondern auch am Bildschirm gezeitgt 

werden. Der Bildschirm birgt aber auch grosse Gefahr. Da es möglich ist, fast jede Farbkombination 

darzustellen, muss beim Hersteller von Grafiken ein gewisses Farbverständnis vorhanden 

sein. Besonders bei der Herstellung thematischer Karten ist darauf zu achten, wie das Mittel 

Farbe eingesetzt wird, da bei solchen Darstellungen meistens schon eine farbige Karte als 

Basis vorhanden ist. 

Hurni et al. [2000] schildert die Phase vor 1950, die Pionierzeit der Gletscherkartografie, wo den 

Darstellungen von Gletschern noch keine allzu grosse Beachtung geschenkt wurde. Ab 1950 hat 

sich dies mit dem Einzug der modernen Glazialkartografie geändert. Es wurden in dieser Zeit 

auch vermehrt Daten über Gletscher akquiriert, was wiederum auch neue Thematiken im Zusammenhang 

mit Gletschern ermöglichte. Nebst der bekanntesten, der topografischenthematischen 

Karte, entstand auch die glaziologische Orthofotokarte oder Satellitenbildkarte. 

Auch manuell hergestellte kartenverwandte Darstellungen, z.B. Schrägansichten oder Panoramadarstellungen, 

werden seit einigen Jahrzehnten immer wieder eingesetzt. 

Mit der Entwicklung in der Informatik wurde auch die Datenhaltung massiv verändert und die 

Verarbeitung der Daten in GIS ermöglichte neue Anwendungen. So sind sogenannte Synthesekarten 

oder auch GIS-Karten entstanden, wo verschiedene glaziale Thematiken überlagernd 

dargestellt sind. Bis heute wird der Trend mit computergenerierten Darstellungen, Animationen 

und Visualisierungen fortgesetzt, die es erlauben interaktiv zwischen Mensch und Grafik 

zu kommunizieren. 

Dabei ist auffällig, dass in älteren Darstellungen die Farben eher spärlich und meistens nur in 

Form von Strichen eingesetzt wurden, dies auch wegen der Schwierigkeiten bei der Reproduktion 

solcher Grafiken. Mit Einsatz von Computergrafik ist Farbe ein sehr wichtiges Mittel, um 

einerseits die Aufmerksamkeit des Nutzers zu gewinnen und andererseits Inhalte von einander 

abzugrenzen oder Klassen zu bilden. 

Winter [2001] zeigt einige Darstellungen über verschiedene Jahrzehnte von Gletscherveränderungen 

in der Höhe. Doch eine einheitlich Farbgebung für dieselbe Thematik hat sich nicht 

durchgesetzt und konnte keine festgestellt werden. So schreibt auch Peters [2008], dass gleiche 

Farben sogar für entgegengesetzte Ausprägungen verwendet werden. Brunner und Pillewizer 

wenden in den Jahren 1977 und 1982 für Höhenzunahme-, respektive -abnahme die Farbe Rot 

und Blau an. Für Flächenabnahmen, respektive -zunahmen verwendete Pillewizer Gelb, respektive 

Braun. Kääb jedoch benützt im Jahre 1999 für eine Dickenabnahme Rot und für eine Zunahme 

Blau. In einer Karte von 1976, die von der Eidgenössischen Landestopographie, der Abteilung 

für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie an der ETH Zürich und der Gletscherkommission 

der Schweizerischen Naturforschenden Gesellschaft herausgegeben wurde, kommen die 

Farben Grün für eine Zunahme und Gelb für eine Abnahme zur Anwendung [Winter, 2001]. 

Diese Karte wird in Abbildung 15 gezeigt. 

Aufgrund des Ausgabejahres der Karten kann nicht auf einen zeitlichen Zusammenhang oder 

Entwicklung der Farbgebung geschlossen werden. Alle erwähnten Karten weisen eine unterschiedliche 

Art der Basiskarte, resp. Hintergrundskarte auf. So werden topografische Karten 

oder auch nur die Höhenlinie und Koten oder ein Orthofoto verwendet. Doch die Technik der 

24


Darstellung der Höhenänderungen der Gletscheroberfläche ist bei allen gleich. Durch das Überlagern 

der Höhenlinien zweier Zeitstände spannen sich Flächen bei einer Veränderung in der 

Höhe auf. Diese Differenzflächen werden Höhenlinienbänder genannt. Die negativen und die 

positiven Höhenveränderungsflächen tragen zwei verschiedene Farben, die eine Höhenzunahme 

oder –abnahme symbolisieren [Winter, 2001]. 

Abbildung 15: 

Darstellung der Höhenab- und zunahme mit der Verwendung von Differenzbändern aus 

Winter [2001] 

Die Interpretation einer Farbe kann so verschieden sein, wie deren Wahrnehmung. Brunner 

verwendet Rot für eine Höhenzunahme, weil er dies mit einer Aktivität auf dem Gletscher deutet. 

Kääb deutet die Farbe Rot für einen Höhenverlust. Rot bedeutet wahrnehmungspsychologisch 

warm, was auf dem Gletscher einer Eisschmelze gleichkommt. Blau interpretiert er als 

Höhenzunahme, da blau wahrnehmungspsychologisch für kalt steht und eine Eiszunahme bedeutet 

[Winter, 2001]. 

3.5.4 Farbe in der thematischen Kartografie 

Farbe in der Kartografie wird auch in der Literatur thematisiert, so schrieb auch Imhof [1972] 

darüber. Für gewisse Karten, wie topografische oder geologische Karten, sind gewisse Farben 

zur Gewohnheit geworden, doch ist „der Hersteller thematischer Karten in der farbigen Gestaltung 

frei. Guter Geschmack, guter Farbsinn und die Freude am Gestalten sind durch keine Fesseln 

eingeengt“ [Imhof, 1972]. 

Ob die Farbwahl angenehm, gut zusammenklingend oder harmonisch empfunden wird, folgen 

teils Regeln, welche doch auch kontrovers und stark voneinander abweichen. Angewöhnung, 

Schulung, psychische Veranlagung und augenblickliche seelische Verfassung spielen hierbei 

ebenso mit, wie ein mehr oder weniger vorhandener künstlerischer Sinn [Imhof, 1972]. 

25


Doch gelten trotzdem gewisse Regeln in der Farbenlehre, die auch Imhof [1972] untermalt. So 

wirken Farbpaare, die komplementär sind, als harmonisch und bei mehreren Farben sind es 

Farben, die nacheinander im Farbkreis vorkommen. Wenn die Flächen nicht gleichgross sind, 

dann ist die Farbabstimmung noch wichtiger. Extreme jeder Art sollten kleine Areale einnehmen. 

Beschränkt man sich auf kräftige, gewichtige, satte und reine Farben auf kleinflächige Extreme, 

so entstehen ausdrucksstarke und schöne Farbflächenmosaike. Doch wenn das Kartenbild 

als zu bunt erscheint, wirkt es ungeordnet, verwirrend und unschön 

Da häufig die Wahrnehmung von Farbe im Auge des Betrachters liegt, ist es von Vorteil in digitalen 

Medien mit interaktiven Legenden zu arbeiten, die es ermöglichen, eigene Farbgebungen 

einfliessen zu lassen und die Resultate anders darzustellen. Hier sei als Beispiel der Atlas der 

Schweiz 2 genannt, wo der Benutzer, die Legenden und deren Farbe selber definieren kann. 

3.5.5 Begriffsdefinition 3D und 2.5D 

In dieser Arbeit wird der Begriff 3D-Visualisierung verwendet. 3D ist die Abkürzung für dreidimensional. 

Dies bedeutet, es findet eine Abbildung in allen drei Raumdimensionen statt. Hier 

ist dies der Fall, indem die Koordinaten Y, X und dazu noch die Höhe Z abgebildet werden. 

Nebst 3D wird auch in der Literatur häufig der Begriff 2.5D verwendet. Dies ist ein Begriff aus 

der Geoinformationswissenschaft und ist die konventionelle Art Geländeoberflächen z.B. mit 

einem TIN oder Grid darzustellen. Da in GI-Systemen bisweilen die Lage von der Höhe getrennt 

gespeichert wird, hat sich dieser Begriff durchgesetzt für Angaben, wo einem Oberflächenpunkt 

genau eine Z-Koordinate zugewiesen wird. In einem konventionellen GIS ist es nicht 

möglich, dass ein Koordinatenpaar zwei Z-Koordinaten aufweist, so können z.B. überhängende 

Felswände etc. nicht dargestellt werden. In dieser Arbeit wird einfachheitshalber die 2.5D- 

Darstellung als 3D-Darstellung bezeichnet und interpretiert. 

Das Attribut Zeit wird in dieser Arbeit generell nicht als Dimension hinzugezählt, sondern ist 

Thema durch das Vergleichen zweier Zeitstände. 

2 Atlas der Schweiz: http://www.atlasderschweiz.ch 

26


4 Testgebiet „Glacier de Moiry“ 

4.1 Glacier de Moiry 

Der Glacier de Moiry, deutsch Moirygletscher, ist ein Gletscher im südlichen Talabschluss des 

Val de Moiry. Der Gletscher liegt im Kanton Wallis (CH) und weist heute eine Länge von ca. fünf 

Kilometer auf. Im Mittel ist er etwa einen Kilometer breit und bedeckt eine Fläche von ungefähr 

fünf km². 

Der höchst gelegene Punkt des Gebietes ist der Grand Cornier auf ca. 3800 m ü. M. Von dort 

fliesst der Gletscher nach Norden, flankiert von der Pointe de Bricola (3658 m ü. M.) und dem 

Tsa de l'Ano (3368 m ü. M.) im Westen sowie von den Bouquetins (bis 3627 m ü. M.) und der 

Pigne de la Lé (3396 m ü. M.) im Osten. 

Die Gletscherzunge liegt zurzeit auf einer Höhe von rund 2400 m ü. M. In den 1930er-Jahren lag 

die Gletscherzunge auf 2355 m [Mercanton, 1958]. Im Hochstadium der Kleinen Eiszeit in der 

Mitte des 19. Jahrhunderts weitete sich der Moirygletscher rund 1 km talabwärts aus. 

Hydrologisch speist der Moirygletscher die La Gougra, die im Lac de Moiry ca. 150 Höhenmeter 

tiefer als die Gletscherzunge gestaut ist und danach in die La Navisence mündet. Diese fliesst 

bei Sierre in die Rhone [wikipedia, 2010]. 

Abbildung 16: Luftaufnahme des Glacier de Moiry [VAW, 2010a] 

27


4.2 Von der Karte zum DHM 

Für das Gebiet wird die Methode gemäss Kapitel 3 angewendet. So kann nach der Bildbearbeitung 

und Farbseparierung mit dem Vektorisieren der Höhenlinien begonnen werden. Nach anschliessender 

Bereinigung der Vektoren und Attribuierung mit entsprechender Höheninformation 

wird aus den Höhenlinien ein DHM interpoliert. 

Für die Interpolation wird in ARCGIS das Tool TOPO TO RASTER verwendet. Das Tool eignet sich 

hervorragend, da nebst Linien auch Punkte als Input in die Berechnung mitgegeben werden 

können. Beim Glacier de Moiry sind die Koten in der Karte als kleine, kurze Linien digitalisiert. 

Beim Fieschergletscher (Kapitel 5) werden für die Koten bei der Digitalisierung Punkte abgesetzt. 

Aus Gründen der Konsistenz und Analysemöglichkeiten werden Raster generiert, da die VAW 

ihre weiterführenden Analysen basierend auf Rasterdaten durchführen und auch in ARCGIS 

stehen einige Tools Analysentools für Rasterdaten zur Verfügung im Gegensatz zu TINs. 

Die nachfolgende Abbildung 17 mit mehreren Bildern zeigt die einzelnen Produkte von der Karte 

bis zum Differenzen-Raster von einem zweiten Oberflächenmodell. Als Grundlage dient die 

Erstausgabe der Landeskarte. Mittels der Farbseparierung werden die jeweiligen Farbtöne 

(Blau, Schwarz, Braun) als binäre Raster gespeichert. Von der Karte werden halbautomatisch 

und teils manuell die Höhenlinien vektorisiert und mit ihrer Höheninformation attribuiert. Anschliessend 

wird mit dem Interpolationswerkzeug TOPO TO RASTER ein Raster generiert. Das Raster 

nimmt die Grösse der Boundingbox der Inputdaten an. Die gewonnene Oberfläche kann mit 

einer zweiten Oberfläche, die als Referenz dient, verglichen werden, indem die beiden Raster 

voneinander subtrahiert werden. Alle berechneten DHMs (Raster) und deren Differenzraster 

werden mit einer Zellgrösse von 25 m berechnet. Der Wert wird so gewählt, da er auch bei der 

VAW für DHMs so definiert wird und somit auf Erfahrung für Gletscheranalysen beruht. 

Für das Gletschergebiet wird nebst den Höhenlinien auch eine Gletscherumrandung digitalisiert. 

Diese Umrandung dient als Vorlage, um das Raster zu clippen. Mit dem Tool CLIP ist es 

möglich ein Dataset auf eine bestimmte Form zuzuschneiden. 

28


Abbildung 17: 

Schritte von der Karte zur digitalen Höheninformation und Höhendifferenz 

4.3 Vergleiche der Resultate vom Testgebiet 

Im Kapitel 4.3 werden Vergleiche zwischen verschiedenen DHMs im Testgebiet Glacier de Moiry 

gezeigt. Diese Vergleiche werden gemacht, um die angewendete Technik zur Rekonstruktion zu 

überprüfen. Zum einen werden Vergleiche mit dem DHM von Roland Schenkel und zum anderen 

mit dem manuell erstellten DHM der VAW gemacht. Mit verschiedenen Inputdaten wird 

zudem das Verhalten der Interpolationsmethode untersucht. 

In Kapitel 4.3.11 wird abschliessend eine zusammenfassende Übersicht aller hier aufgeführten 

Vergleiche über den Glacier de Moiry gegeben. 

29


4.3.1 Legende der nachfolgenden Vergleiche 

Für die nachfolgenden Vergleiche werden die Differenzen aus zwei Raster, respektive DHMs berechnet. 

Alle Werte entsprechen folgender Legende (Abb. 18). Die Legende weist sieben Klassen 

auf. Die Klassen werden mittels vier verschiedenen Farben dargestellt. Die extremen Klassen 

werden in Rot, die mittleren Klassen in Orangetönen und die Klasse mit den tiefsten Differenzen 

in einem hellgrün dargestellt. Somit werden die Beträge der Werte in der gleichen Farbe 

dargestellt. Denn primär ist nicht das Vorzeichen der Vergleiche entscheidend, sondern der 

Zahlenwert der Differenzen. Diese Einteilung wird ebenso durch die Verteilung der Differenzwerte 

begründet, da sie laut Histogramm einer Normalverteilung folgen. Das Aussehen dieser 

Legende ist ein Standard, der häufig so eingesetzt wird. 

Legende 

Differenzen in [m] 

< -20 

-20 - -5 

-5 - -1 

-1 - 1 

1 - 5 

5 - 20 

> 20 

Abbildung 18: 

Legende der Differenzen im Testgebiet Glacier de Moiry in [m] 

4.3.2 Vergleich DHM Schenkel (Linien) und DHM Sidler (Linien) 

Das Testgebiet Glacier de Moiry wird nebst vom Autor auch von Roland Schenkel ausgewertet. 

Die Bildbearbeitung und Vektorisierung können je nach Operateur und Methode unterschiedlich 

sein. Um diese Unterschiede zu beziffern, werden die beiden DHMs miteinander verglichen 

und die Ursache für Differenzen erläutert. 

Der Vergleich der beiden Raster kann basierend auf einer Subtraktion abgeleitet werden. Das 

Raster von Schenkel ist der Minuend und das Raster von Sidler ist der Subtrahend. Die Differenz 

ist in Abbildung 20 ersichtlich. 

Das Ergebnis aus der Rasterkalkulation sieht zufriedenstellend aus und entspricht den Erwartungen. 

Der grösste Teil der Fläche liegt im Bereich von ± 1 m (grüne Farbe). Die grössten Unterschiede 

treten vor allem in den Steilstufen des Gletschers auf. Dies rührt daher, dass die beiden 

Operateure bei der Vektorisierung und Nachbearbeitung der Vektoren unterschiedliche Strategien 

verfolgen. Während Sidler nur die deutlich als Höhenlinien erkennbaren Linien vektorisiert, 

versucht Schenkel, das Terrain zu lesen und die Linien gemäss Schraffenzeichnung, Gletscherspalten 

und Eisbalkonen zu interpretieren (siehe Abb. 19). Im ersten Fall entstehen dadurch Lücken 

in den Daten, das heisst, es werden in einem gewissen Gebiet keine Höhenlinien erfasst. 

Im zweiten Fall hat es die Bedeutung, dass zwar Daten erfasst werden, jedoch die Verifikation 

über die Richtigkeit der Information nicht gewährleistet ist. 

30


Abbildung 19: 

Unterschiedliche Technik der Vektorisierung von Schenkel (schwarz) und Sidler (rot) 

Da die Differenzen hauptsächlich im negativen Bereich liegen, wird das Ergebnis nun so interpretiert, 

dass der Interpolationsalgorithmus „Topo to Raster“ bei einem Abschnitt ohne Daten 

eher eine konvexe Form annimmt. Dies bedeutet, dass Volumen unter der Oberfläche zu gross 

ausgewiesen wird. Bei Angaben von Höhenlinien wird die interpolierte Oberfläche nach unten 

gezogen. Dies führt dazu, dass die grösste Differenz im negativen Bereich -77.2 m und im positiven 

Bereich bei 35.54 m liegt. Der Mittelwert liegt bei 0.87 m und die Standardabweichung beträgt 

4.47 m. Wenn alle Differenzwerte in einem Histogramm geplottet werden, nimmt die 

Form eine deutliche Normalverteilung an. 

Weiter hat es grössere Differenzen im Gebiet um die Pointe de Mourti und in der Mitte des östlichen 

Teils des Gletschers. Beide Unterschiede liegen beim Wert von ca. 20 m. Dies ist darauf 

zurückzuführen, dass an beiden Stellen durch einen Flüchtigkeitsfehler eine Höhenlinie um 

20 m falsch attribuiert wurde. Weiters hat es an den Rändern des Rasters und in den Löchern 

des Rasters, wo Felsgebiet ist, grössere Differenzen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass je 

nach Umgrenzung des Gletschergebiets teils der Interpolationsalgorithmus keine Daten in 

unmittelbarer Nähe verwendet und somit über die Fläche hinaus interpoliert hat. 

31


Abbildung 20: 

Differenzraster des Vergleichs DHM (Sidler) und DHM (Schenkel) 

4.3.3 Vergleich DHM VAW und DHM Sidler 

Der Vorteil des Testgebiets Glacier de Moiry besteht darin, dass die VAW bereits einen Datensatz 

und ein DHM aus der selbigen Karte generiert hat. Dieses DHM kann nun für Vergleiche 

bezüglich Qualität und Konsistenz der Daten herangezogen werden. 

Da im Hauptteil dieser Arbeit ein DHM des zweitlängsten Gletschers, dem Fieschergletscher, 

rekonstruiert wird, und zur Datengewinnung ein anderes Verfahren eingesetzt wird als bisher 

bei der VAW, möchte auch die VAW die Unterschiede bezüglich eines anderen Operateurs und 

Verfahren ermittelt haben. 

Gegenüber der VAW wird in dieser Arbeit ESRI ARCGIS eingesetzt. Die VAW setzt andere Software 

ein und digitalisiert, rektifiziert und georeferenziert Karten manuell. Der Interpolationsalgorithmus 

für ein DHM verwendet im Anschluss nur die Stützpunkte der Linien und benützt 

somit nicht die ganze Linieninformation. Im Gegensatz vom Verfahren mit Topo to Raster, wo 

Linien als Input verwendet werden. 

4.3.3.1 DHM VAW (Punktraster 25 m) und DHM Sidler (Linien) 

Im Differenzen-Vergleich wird das DHM von Sidler vom DHM der VAW subtrahiert. Die grössten 

Differenz-Werte werden wiederum in den Steilstufen sichtbar. Die VAW verwendet denselben 

Ansatz wie Sidler und digitalisiert nur die als Höhenlinien sichtbaren Linien. Jedoch ver- 

32


wenden sie nur die Punktinformation von den Linien zur Interpolation. Das Maximum der Differenzen 

beträgt 32.48 m und das Minimum -27.15 m. Der Mittelwert über alle Differenzen liegt 

bei 0.19 m. Die grossen Differenzen treten wiederum dort auf, wo aus einem Flüchtigkeitsfehler 

die Höheninformation in manueller Arbeit falsch attribuiert wurde. Zudem ist sehr auffällig, 

dass häufig in steilen Gebieten die Unterschiede grösser sind als in den flacheren Partien. Dies 

wird wohl eine Eigenheit aus den Interpolationsalgorithmen sein (siehe Abb. 21). 

Abbildung 21: 

Differenzraster des Vergleich DHM VAW (Punkraster 25 m) und DHM Sidler (Linien) 

4.3.3.2 DHM VAW (Stützpunkte) und DHM Sidler (Linien) 

Im oben genannten Vergleich wird das DHM von der VAW verwendet, welches bereits vorgängig 

einer Interpolation unterzogen wurde, indem dass die Höhenlinien in ein regelmässiges 

Raster interpoliert worden sind. Deshalb werden hier nur die Linienstützpunkte der Vektorisierung 

von der VAW verwendet. So wird die Differenz zwischen dem DHM VAW (Stützpunkte) 

und DHM Sidler (Linien) gebildet. Das Maximum liegt hier bei 25.63 m und das Minimum bei 

-33.80 m. Der Mittelwert hat einen Wert von -0.48 m und die Standardabweichung beträgt 

3.73 m. Wie die kleinere Standardabweichung 3.73 m statt 4.63 m andeutet, ist die Streuung etwas 

kleiner (Abb. 22). Dies ist im Differenzraster (Abb. 23) unter anderem ersichtlich, dass nicht 

mehr so viele und so grosse Zonen vorhanden sind, wo höhere Werte von Unterschiede zwischen 

± 20 bis 50 m resultieren. Auch an den Rändern sind die Unterschiede etwas kleiner. 

Es ist jedoch anzumerken, dass im ersten, vorangehenden Vergleich die Rasterpunkte von der 

VAW ein grösseres Gebiet abdecken als das des Gletschers. Für diesen Vergleich hier, wo die 

Stützpunkte der Linien verwendet wurden, liegt die Höheninformation nur gerade auf dem 

Gletscher vor. 

33


Abbildung 22: 

Links: Histogramm des Differenzrasters des Vergleichs DHM VAW (Punktraster 25m) und 

DHM Sidler (Linien); Rechts: Histogramm des Differenzrasters des Vergleichs DHM VAW 

(Stützpunkte) und DHM Sidler (Linien) 

Abbildung 23: 

Differenzraster des DHM Sidler (Linien) und DHM VAW (Stützpunkte) 

4.3.4 Vergleich DHM VAW (Punktraster 25 m) und DHM Schenkel (Linien) 

Ein weiter Vergleich kann zwischen dem DHM der VAW aus dem Punktraster und dem DHM 

von Schenkel aus Linien gemacht werden (Abb. 24). Das Resultat zeigt ein ähnliches Verhalten, 

wie beim Vergleich zwischen DHM VAW (Stützpunkte) und DHM Sidler (Linien). Jedoch im 

westlichen Teil des Gletschers hat es ein grösseres Maximum. Dieses Maximum ist ursprünglich 

von einer inkorrekten Attribuierung. Weiter ist erkennbar, dass es mehrere kleinräumige 

Flächen von Differenzen zwischen 5 – 20 m und hauptsächlich in den Steilstufen hat. Dies rührt 

daher, dass zur Herstellung der beiden Raster eine unterschiedliche Herangehensweise zur 

34


Vektorisierung angewendet wurde. So kommen die Unterschiede besonders in den Steilstufen 

zum Ausdruck. 

Abbildung 24: 

Vergleich des Differenzrasters des DHM VAW (Punktraster 25 m) und DHM Schenkel 

(Linien) 

4.3.5 Vergleich DHM Sidler (Linien) und DHM Sidler (Stützpunkte) 

Da die VAW nur mit Punkten bei der Interpolation arbeitet, werden auch hier zur Interpolation 

nur die Stützpunkte der vektorisierten Höhenlinien als Input verwendet. Mit einem Vergleich 

der Raster-Resultate, die aus der Interpolation mit Linien, respektive Punkten, entstehen, soll 

erkundet werden, wie das Resultat abhängig vom Input und der Berechnung der Interpolation 

von TOPO TO RASTER ist (Abb. 25). Da hier auch Vergleiche angestellt werden, die als Input Linien 

und Stützpunkte aufweisen, wird untersucht, ob der Input Punkt oder Linie überhaupt eine Rolle 

spielt. 

Das aus Höhenlinien gerechnete Raster ist der Minuend und das Raster aus Stützpunkten ist 

der Subtrahend. Die Differenz beträgt im Durchschnitt -1.34 m, die Standardabweichung 2.51 m 

und das Maximum, respektive Minimum liegen bei 14.98 m und -13.90 m. Obwohl der Input für 

die Interpolation der Punkte dieselbe Information enthält, wie die Höhenlinien, wird eine differente 

Oberfläche berechnet. 

Die Aussage dieses Vergleichs ist, dass es einen Unterschied ausmacht, ob TOPO TO RASTER mit 

Linien oder mit Stützpunkten gefüttert wird. Da jedoch TOPO TO RASTER hauptsächlich zur Interpolation 

von Oberflächen aus Höhenlinien empfohlen wird, werden auch Höhenlinien als Input 

verwendet [ArcGIS-Help, 2011b]. 

35


Abbildung 25: 

Vergleich des Differenzrasters des DHM Sidler (Linien) und DHM Sidler (Stützpunkte) 

4.3.6 Vergleich der Raster aus Punkten zwischen Raster VAW und Raster Sidler 

4.3.6.1 DHM VAW (Stützpunkte) und DHM Sidler (Stützpunkte) 

Aus Vergleichsgründen, dass auch dieselben Dateninputs miteinander verglichen werden, wird 

hier ein weiterer Vergleich gemacht. Es handelt sich hierbei um die Differenz zwischen einer 

Oberfläche von der VAW nur aus den Stützpunkten der Linien und ebenso aus einer Oberfläche 

nur aus den Stützpunkten der Höhenlinien von Sidler (Abb. 26). Die Differenzen zeigen folgende 

Kenngrössen. Das Maximum liegt bei 22.93 m, das Minimum bei -33.58 m und der Mittelwert 

bei -1.83 m und die Standardabweichung bei 4.06 m. Dies ist der einzige Vergleich, wo die beiden 

Inputs nur aus den Punkten bestehen. Die Differenzen im Mittelwert sind hier am grössten 

aller Vergleiche, jedoch bei den Minima und Maxima sind die Werte unterdurchschnittlich. 

Abbildung 26: 

Vergleich des Differenzrasters des DHM VAW (Stützpunkte) und DHM Sidler 

(Stützpunkte) 

36


4.3.6.2 DHM VAW (Punktraster 25 m) und DHM Sidler (Punktraster 25 m) 

Die VAW berechnet nach der Vektorisierung der Höhenlinien ein regelmässiges Punktraster aus 

den Stützpunkten der Höhenlinien. In diesem Abschnitt wird ein Homogenitätsvergleich angestrebt. 

Die Stützpunkte der Höhenlinien von Sidler werden von der VAW mit ihrem Interpolationsalgorithmus 

in ein 25 m Punkteraster gerechnet. Anschliessend werden die beiden Punkteraster 

in ARCGIS mit TOPO TO RASTER in Rasteroberflächen berechnet und anschliessend voneinander 

subtrahiert. Das Raster der VAW ist wiederum der Minuend. Folgende Kennziffern werden 

aus dem Differenzenraster berechnet. Der Mittelwert ist -1.56 m und die Standardabweichung 

ist 4.03 m. Das Minimum liegt bei -26.99 m und das Maximum bei 25.38 m. Der Mittelwert 

ist somit einiges grösser als bei den vorangegangen Vergleichen. Jedoch liegt auch dieser 

Wert immer noch in der Toleranz, respektive Genauigkeit des beschriebenen Verfahrens. 

4.3.7 Georeferenzierung der Kartengrundlage bei der VAW 

4.3.7.1 Helmert-Transformation 

Für die Digitalisierung der Karten werden bei der VAW die Karten selber gescannt und georeferenziert. 

Bei der Bearbeitung des Testgebietes Glacier de Moiry wurde festgestellt, dass es bezüglich 

der georeferenzierten Karte der SWISSTOPO zu einem Versatz von ca. vier Pixeln kommt. 

Vier Pixel im Kartenbild entsprechen zehn Meter in natura. Somit sind die vektorisierten Höhenlinien 

von einem Versatz betroffen (siehe Abbildung 27). 

Abbildung 27: 

Vektorisierte Stützpunkte der VAW (grüne Punkte) und Höhenlinien Sidler (rote Linien) 

Mit einer Transformation kann dieser Offset behoben werden. Um die Transformationsparameter 

zu bestimmen, werden die Koordinatenkreuze aus beiden Kartengrundlagen abgegriffen 

und mit einer Helmert-2D-Transformation berechnet [Ingensand, 2011]. Die Berechnung wird 

mit elf Referenzpunkten durchgeführt. Die vier Transformationsparameter Translation delta X, 

delta Y, Rotation phi und Massstab stehen in Tabelle 2: 

37


Parameter 

Wert 

Drehung 0.02056° 

Massstab 0.9992951 

Shift Ost 

Shift Nord 

-5.0839 m 

5.3322 m 

Tabelle 2: 

Transformationsparameter zwischen gescannter Karte von der VAW und der 

verwendeten georeferenzierten Karte der SWISSTOPO 

Aufgrund dessen, dass festgestellt wird, dass die Vektorisierung der Höhenlinien nicht auf der 

selben Georeferenzierung basiert, werden die vier Parameter (2 Tanslation, 1 Rotation, 1 Massstab) 

auf das berechnete Raster, welches aus den Höhenlinien von der VAW berechnet wird, bestimmt. 

Das Raster wird in ARCGIS mit den Funktionen SHIFT, ROTATE und RESCALE unter DATAMA- 

NAGEMENT TOOLS und PROJECTIONS AND TRANSFORMATIONS mit der Angabe der Werte aus der Helmertransformation 

nacheinander transformiert. 

Anschliessend wird das transformierte Raster nochmals vom Raster – DHM Sidler (Linien) subtrahiert, 

was folgende Kennziffern der Differenzen ergibt. Das Maximum der Differenzen als 

Input mit transformiertem Raster liegt bei 32.50m, das Minimum ist 28.27 m und der Mittelwert 

beträgt 0.11 und die Standardabweichung 4.83 m. 

Differenz der Raster 

DHM VAW (Punktraster 

25 m) – DHM Sidler (Linien) 

Differenz der Raster 

DHM VAW transformiert (Punktraster 

25 m – DHM Sidler (Linien) 

Unterschied 

Minimum -27.15 –28.27 -1.05 

Maximum 32.48 32.50 +0.02 

Mittelwert 0.19 0.11 -0.08 

Standardabweichung 4.63 4.83 +0.2 

Tabelle 3: Unterschied zwischen den Differenzen vom nicht transformierten und vom 

transformierten Raster in [m] verglichen mit dem DHM Sidler (Linien) 

Aus der Tabelle 3 ist ersichtlich, dass sich die unterschiedliche Georeferenzierung der Grundlagenkarte 

auf die Differenzen der beiden Raster auswirkt. Zu erwarten von einer Transformation 

der Daten ist eine bessere Übereinstimmung der beiden berechneten Raster und somit eine 

Reduktion der Differenzen. Denn so sollten die Raster deckungsgleich sein und somit dieselben 

Datenpunkte im Raster voneinander berechnet werden. Diese Annahme ist anhand des Mittelwerts 

über das ganze Raster und dessen Verringerung auch bestätigt. Jedoch haben sich 

beide Extremwerte erhöht und die Standardabweichung hat sich vergrössert. Zudem muss gesagt 

werden, dass durch die Transformation die Rasterzellen nicht mehr deckungsgleich zu den 

anderen Rastern übereinander liegen. Dies kann wiederum zu Ungenauigkeit in der Subtraktion 

der verschiedenen Raster führen. 

4.3.7.2 Transformation mit der Georeferencing Toolbar 

Mit der GEOREFERENCING TOOLBAR steht in ARCGIS ein weiteres Tool zur Verfügung, um Rasterdaten 

zu georeferenzieren. In der Toolbar werden die Punktepaare angegeben, die von der einen 

38


zur anderen Lage transformiert werden sollen. Das heisst, es wird die Ist- und die Soll- 

Koordinate von mehreren Punkten angegeben. Als Referenzpunkte kommen wiederum dieselben 

elf Punktepaare zur Anwendung, wie zur Berechnung der Helmert-Transformation. Anschliessend 

stehen in der Art der Berechnung der Transformationen mehrere Algorithmen zur 

Verfügung. So werden zu Test- und Optimierungszwecken mehrere Transformationsvarianten 

ausprobiert. 

Die Affine Transformation ist eine Polynomiale Funktion 1. Ordnung. Mit dieser Transformation 

wird ein RMSE von 2.90 m angegeben. Mit der Adjust-Methode wird ein RMSE von 1.25 m erreicht 

und bei der Spline-Funktion ein RMSE von 0.00004 m. Der RMSE (Root Mean Square Error) 

zeigt die mittlere Lagegenauigkeit relativ zur Referenzvorlage, die mit der Georeferenzierung 

erreicht wird [ArcGIS, 2008]. Dieser Wert ist jedoch nicht gleich zusetzen mit der Qualität 

der Georeferenzierung. Denn häufig gewichten Funktionen, wie SPLINE, die einen sehr kleinen 

RMSE ausgeben, lokale Anpassungen sehr stark, so dass die Referenzpunkte sehr gut übereinstimmen. 

Doch bei einer Georeferenzierung werden grossräumige, globale Anpassungen gewünscht, 

die den ganzen Datensatz homogen transformieren. Die nachstehende Tabelle 4 

zeigt die Resultate der Kennwerte ohne Transformation, mit der Helmert-2D-Transformation 

und mit der Transformation der GEOREFERENCING TOOLBAR. 

Differenz der 

Raster 

DHM VAW 

(Punktraster 

25 m) – DHM 

Sidler (Linien) 

Differenz der 

Raster 

DHM VAW 

(Punktraster 

25 m) (transformiert) 

– 

DHM Sidler (Linien) 

[Helmert] 

Differenz der 

Raster 

DHM VAW 

(Punktraster 


– 


[Affine] 

Differenz der 

Raster 

DHM VAW 

(Punktraster 


– 


[Adjust] 

Differenz der 

Raster 

DHM VAW 

(Punktraster 


– 


[Spline] 

Minimum -27.15 –28.27 -29.43 -29.89 -29.21 

Maximum 32.48 32.50 33.36 33.88 34.23 

Mittelwert 0.19 0.11 0.32 0.42 0.57 

Standardabweichung 4.63 4.83 5.22 5.46 5.44 

RMSE -- -- 2.90 1.25 0.0004 

Tabelle 4: 

Kenngrössen der Differenzen aller angewendeten Transformationen in [m] 

39


Abbildung 28: 

Toolbox Georeferencing mit der Transformation Adjust, den Residuen und des RMSE; 

rechts im Bild ist ein Referenzpunkt zu erkennen 

Die Tabelle 4 zeigt auf, dass sich eine Rastertransformation auf das Differenzergebnis auswirkt. 

Doch sind nicht alle Resultate besser als vom Autor erwartet. Die Helmert-Transformation ist 

gegenüber ohne Transformation im Mittelwert über das ganze Raster etwas kleiner, doch ist 

der Wert der Standardabweichung etwas grösser. Die Transformationen über die GEOREFEREN- 

CING TOOLBAR bewirken keine Verbesserung der Kennwerte. Es ist schwierig abzuschätzen, ob 

und welche Transformation eine Steigerung der Qualität der Differenzen bewirkt. Denn einerseits 

sind die Kenngrössen Mittelwert, Standardabweichung, Minima und Maxima in derselben 

Grössenordnung wie bei den vorher beschriebenen Vergleichen. 

Nicht zu vergessen ist, dass die Abweichung in der Georeferenzierung im Verhältnis zur Zeichnungsgenauigkeit 

praktisch vernachlässigbar ist. So ist die Zeichnungstoleranz zwischen 5 – 

15 m, was in etwa auch der Versatz der Georeferenzierung (4 Pixel = 10 m) ist. Auch in einem visuellen 

Vergleich der beiden Raster fallen die Unterschiede nicht gross ins Gewicht. 

In allen oben beschriebenen Transformationen wird das berechnete Raster (DHM) aufgrund 

unterschiedlicher Georeferenzierung umprojiziert. Da bei einer Rastertransformation auch immer 

ungünstige Fehler und Verschiebungen im Raster auftreten, wäre es eventuell sinnvoller, 

wenn die Höhenlinien transformiert und im Anschluss das DHM nochmals berechnet werden 

könnte. Dies würde sicherlich ein genaueres Resultat der Differenzen erzielen. Denn ansonsten 

werden nebst der eigentlichen Transformation auch noch die Rasterzellen auf die neue Positionen 

transformiert und nochmals interpoliert. Dass jedoch Vektordaten in ARCGIS über Parameter-Eingaben 

transformiert werden können, ähnlich der GEOREFERENCING TOOLBAR für Rasterdaten, 

müsste die ARCGIS SURVEY ANALYST EXTENSION von ESRI erworben werden. 

4.3.8 Reklassifizierung der Differenzen 

Als Kennziffern der Differenzen dienen in den vorangegangen Vergleichen stets der Mittelwert, 

die Standardabweichung, das Maximum und Minimum. Zudem werden die Raster visuell über 

der topografischen Karte dargestellt. Das Differenzraster deckt zugleich immer die Fläche des 

40


Gletschergebietes ab und dies immer in derselben Klasseneinteilung. Mit der Farbwahl, dass 

die Werte zwischen -5- -1 m und 1-5 m, sprich die Beträge der Werte dieselben Farben tragen, 

vereinfacht die Abbildung, jedoch gehen dabei auch Informationen verloren. 

Mit einer Reklassifizierung der Daten können diese Klassen einzeln und übersichtlich dargestellt 

und analysiert werden. Die nachfolgende Tabelle 5 zeigt die Anzahl der Pixel in ihrer jeweiligen 

Klasse und die Verteilung in Prozent. Mit der Funktion RECLASSIFY in den SPATIAL ANALYST 

TOOLS in ESRI ARCGIS kann das Differenzenraster in eine andere Klasseneinteilung umgewandelt 

werden und zugleich wird die Anzahl der Pixel pro Klasse ausgewiesen. Über 75 % der Daten 

liegen in einem Bereich zwischen ±5 m Die Werte stammen vom Vergleich des Helmerttransformierten 

Rasters DHM VAW Punktraster 25 m (transformiert) und des Rasters DHM Sidler 

(Linien). Die nachstehende Abbildung 29 zeigt die Werte aus der Tabelle in einem Balken- 

Histrogramm. Die Verteilung der Werte über das ganze Differenzenraster folgt stark einer 

Normalverteilung und kommt mit dieser Abbildung gut zur Geltung. 

Klassen Klasseneinteilung Anzahl Pixel Verteilung in % 

1 -50 - -20 24 0.22 

2 -20 - -5 1034 9.42 

3 -5 - -1 2839 25.86 

4 -1 - 1 2903 26.44 

5 1 - 5 2937 26.75 

6 5 - 20 1214 11.06 

7 20 - 50 27 0.25 

Summe: 10978 100.00 

Tabelle 5: 

Zusammenstellung einer Reklassifizierung eines Höhen-Differenzrasters 

Abbildung 29: 

Verteilung der reklassifizierten Höhendifferenzen pro Klasse in [m] 

41


4.3.9 Volumenberechnung der Differenzen 

Wenn eine Oberfläche als DHM beschrieben ist, können in einem GIS Volumenberechnungen 

durchgeführt werden. In ARCGIS ist es möglich mit dem Tool SURFACE VOLUME in der Toolbox des 

3D-ANALYST den Volumeninhalt unter- oder oberhalb einer frei wählbaren Referenzebene zu 

bestimmen. 

Wie bereits in den dargestellten Vergleichen festgestellt, entstehen bei Raster-Subtraktionen 

der DHMs Höhendifferenzen. Die Kenngrössen bei den Vergleichen sind die Minima, Maxima, 

Mittelwerte und die Standardabweichungen. Bei einem Differenzraster ist anzunehmen, dass 

es negative und positive Werte gibt, da es sich um ähnliche Oberflächen handelt, die aus denselben 

Daten, respektive derselben Quelle, stammen. So sind die Werte der Interpolation von 

einem zum anderen DHM etwas höher und dann wieder tiefer. Optimal für das gesamte Raster 

wäre ein Mittelwert um 0. Da Differenzen im negativen, wie auch im positiven Bereich entstehen. 

Im hier durchgeführten Volumenvergleich wird die Referenzebene auf 0 gesetzt und jeweils 

der Volumeninhalt über- und unterhalb dieser Höhe bestimmt. Wenn die Differenz zwischen 

dem Inhalt unter und über der Ebene 0 m 3 ist, wäre dies ein optimales Ergebnis. Auch bezüglich 

der Interpolation, könnte gesagt werden, dass die Oberfläche im Mittel das Gebiet gut beschreibt 

und dass sie generell nicht zu hoch oder zu tief ist gegenüber den Stützpunkten, die 

für die Berechnung benutzt werden. 

Es wird hier für diese Volumenberechnungen der Vergleich der Differenzen von den Raster 

DHM VAW Punktraster 25 m (Helmert transformiert) – DHM Sidler (Linien) gemacht. 

Die Fläche des Gletschergebietes beträgt 6’968’785 m 2 . Über der Referenzebene bis zum Differenzraster 

beträgt das Volumen 10’345’878 m 3 und unter der Ebene 9’746’186 m3. Dies ergibt 

ein Differenzvolumen von 599’692 m 3 . Dies entspräche auf der ganzen Gletscherfläche eine gedachte 

Eisschicht von weniger als neun Zentimeter, respektive ± 4.5 cm auf der Oberfläche. 

Wird diese Volumenberechnung auf den Mittelwert statistisch zentriert 3 , wird die Referenzebene 

nicht auf 0 m, sondern auf den Mittelwert des Differenzrasters, nämlich auf 0.11 m (siehe 

Kapitel 4.3.7.1), definiert. Werden dieselben Berechnungen analog wie oben dargestellt, durchgeführt, 

führt dies auf eine „imaginäre“ Eisschicht von lediglich ± 2 cm auf der Gletscheroberfläche. 

Diese tiefen Werte der Rasterdifferenz der beiden DHMs bestätigen auch den Mittelwert von 

0.11 m (siehe Kapitel 4.3.7.1). Sie lassen auch die Aussage zu, dass der Interpolationsalgorithmus 

die berechnete Gletscheroberfläche gleichmässig berechnet, da die Differenzen über- respektive 

unterhalb der Referenzebene stark einer Normalverteilung folgen und dies um einen Mittelwert 

von 0 m herum. 

3 Zentrieren des Mittelwerts: Dient der Skalierung der Daten. Wird der Mittelwert von den Daten subtrahiert, wird 

dies als "Mittelwert-Zentrieren“ bezeichnet. Die Daten werden gegen den Mittelwert verschoben. Der Mittelwert der 

transformierten Daten ist danach gleich null: Y = X – μ 

http://www.statistics4u.info/fundstat_germ/cc_scaling.html (Zugriff: 06.05.2011) 

42


Fläche des Gletschers 

Höhe der 

„gedachten 

Eisschicht“ 

Abbildung 30: 

Volumenberechnung aus dem Differenzraster zweier DHMs / Schrägansicht auf den 

Umriss des Glacier de Moiry von Südosten 

4.3.10 Qualitativer Konturlinien-Vergleich 

Wie oben beschrieben können mit dem Tool CONTOUR aus einem DHM die Höhenlinien berechnet 

werden. Dies wird mit dem DHM Sidler (Linien), DHM VAW (Punktraster 25 m), DHM VAW 

Punktraster 25 m (Helmert transformiert) und DHM VAW Punktraster 25 m (Affin transformiert) 

gemacht. Die nachstehende Abbildung 31 zeigt zwei Ausschnitte über dem Gletschergebiet. Die 

Karte gilt als Referenz im Hintergrund. Man erkennt, dass alle Interpolationen eine gewisse 

Ungenauigkeit aufweisen. Diese ist unumgänglich, wenn bedenkt wird, dass die Resultate 

mindestens zweimal einer Interpolation unterliegen. Des Weiteren ist feststellbar, dass die 

Transformation in beiden Fällen, bei der Helmert-Transformation, wie auch bei der Affinen 

Transformation die Lagegenauigkeit der berechneten Höhenlinien sich verbessert hat. Im rechten 

Bild ist erstaunlicherweise ersichtlich, dass unterhalb (südlich) der Zahl 2570 sich die Linien, 

die aus dem Punktraster stammen, besser an der gegeben Situation anpassen als die rote Linie 

(DHM Sidler (Linien)). 

DHM VAW (Punktraster 25 m [Affin]) 

DHM VAW (Punktraster 25 m [Helmert]) 

DHM VAW (Punktraster 25 m) 


Abbildung 31: 

Zwei Ausschnitte desselben qualitativen Konturlinienvergleichs mit berechneten 

Höhenlinien aus verschiedenen Interpolationen 

43


4.3.11 Übersicht aller Vergleiche und Interpretation 

Bei Betrachtung dieser Zusammenstellung (Tab. 6) ist erkennbar, dass die Resultate der Vergleiche 

sehr variabel sind. Das beste Resultat erzielt der Vergleich des DHMs VAW (Punktraster 

25 m) und des DHM Sidler (Linien) aus Höhenlinien. Obwohl es zwei unterschiedliche Inputs 

sind. Wenn noch eine Helmert-2D-Transformation auf das Raster angewendet wird, passt das 

Ergebnis noch etwas besser, wenn der Mittelwert als Kenngrösse betrachtet wird. Es ist somit 

nicht einfach abzuschätzen, welches DHM das richtige Resultat ist. Es könnte auch sein, dass 

im Mittelwert sich die Fehler der DHMs und der Interpolation gegenseitig aufheben und ihn so 

verbessern. Wie so oft in der Statistik oder Datenanalyse lässt das Ergebnis viel Interpretationsspielraum. 

Abschliessend zu diesen verschiedenen Vergleichen kann gesagt werden, dass alle Ergebnisse 

zufriedenstellend sind, wenn der Mittelwert und die Standardabweichung über die Differenzraster 

als Bewertung herangezogen werden. Die Maxima und Minima sind nicht unbedingt 

aussagekräftig, so kann auf die ca. 11’000 Pixel pro Differenzraster auch 1 Pixel ein Ausreisser 

sein. 

Durch das Ausführen mehrerer Vergleiche mit verschiedenen DHMs wird auch erkannt, dass 

die Umrandung, die für das Clipping des Gletschergebiets verwendet wird, einen wichtigen 

Faktor ist, in der Berechnung des Mittelwertes. Vergleiche mit der Gletscherumrandung von 

Schenkel zeigen, dass eine andere Umrandung mehrere Dezimeter im Mittelwert ausmachen. 

Dies ist auch dadurch zurückzuführen, dass die grössten Differenzen und auch Unsicherheiten 

in der Interpolation an den Rändern der Gletscherumrandung liegen. 

Weitere Unsicherheiten sind im Prozess einer DHM-Generierung aus alten Karten vorhanden. 

Nebst Bildbearbeitung, Vektorisierung und Interpolation, bildet auch die Zeichnungsgenauigkeit 

der Karte eine Quelle von Ungenauigkeit sowie später auch das Scannen und die Georeferenzierung. 

Die Zeichnungstoleranz der 1:50’000 LK ist 5-15 m in der Lage und 10 m in der Höhe, 

wenn man die Faustregel zur Höhengenauigkeit einer halben Äquidistanz nimmt. So sind die 

erhaltenen Resultate (Mittelwerte) immer noch ein Zehnfaches genauer als die Toleranzen und 

somit sind alle Vergleiche akzeptierbar. 

Tabelle 6: 

Zusammenstellung aller Vergleiche der DHMs des Testgebiets „Glacier de Moiry“ 

44


5 Studiengebiet „Fieschergletscher“ 

5.1 Fieschergletscher 

Die Rekonstruktion des DHM vom Fieschergletscher inklusive seinen Nebengletschern bilden 

den Hauptteil dieser Masterarbeit. 

Der Fieschergletscher ist ein Talgletscher auf der Südseite der Berner Alpen im Kanton Wallis 

und liegt östlich des Grossen Aletschgletschers. Der Gletscher ist ca. 15 km lang und nach dem 

Grossen Aletschgletscher der zweitlängste Gletscher der Alpen. Im oberen Teil ist er etwa 1 km 

breit und im unteren Teil nur 500 bis 700 m. Mit seinen Seitengletscher Studergletscher, Galmi- 

und Triftgletscher weist er heute eine Fläche von ca. 36.5 km² auf. Der Studergletscher ist in 

alten Karten noch als Studerfirn bezeichnet. 

Der Fieschergletscher nimmt seinen Ursprung am Osthang des Gross Fiescherhorn auf 4000 m 

ü. M. In den oberen 2 km ist er relativ steil. Mit zunehmender Länge wird er im unteren Teil flacher. 

Flankiert wird der Gletscher von den höchsten Schweizer Bergen ausserhalb des Kantons 

Wallis. Im Westen liegt das Grünhorn (4044 m ü. M.) und Gross Wannenhorn (3906 m ü. M.), 

im Osten das Finsteraarhorn (4274 m ü. M.). Von beiden Seiten münden kleinere Hanggletscher 

in den Fieschergletscher. Am Südfuss des Finsteraarrothorns (3530 m ü. M.) treffen von Osten 

die fünf Kilometer langen Studer- und Galmigletscher zum Talgletscher. Von dort aus fliesst er 

weiter südlich durch das Fieschertal. Die Gletscherzunge befindet sich derzeit auf rund 1700 m 

ü. M. Im Jahre 1927 lag sie noch auf 1610 m [Mercanton, 1958]. Während der Kleinen Eiszeit (bis 

Mitte 19. Jahrhundert) war der Fieschergletscher rund zwei Kilometer länger und besass zwei 

voneinander getrennte Zungen. 

Der Fieschergletscher speist den Gletscherbach Wysswasser, welcher bei Fiesch in die Rhone 

mündet [wikipedia, 2011a]. 

Nördlich des Hinter- und Gross-Fiescherhorn befindet sich in der Karte ein Gletscher, der ebenfalls 

mit Fieschergletscher beschriftet wird. Dieser fliesst Richtung Grindelwald und wird deshalb 

auch Grindelwald-Fieschergletscher genannt und ist um ein Vielfaches kleiner als der Walliser-Fieschergletscher. 

In dieser Arbeit werden der Walliser-Fieschergletscher und seine Nebengletscher, 

Galmi- und Studergletscher, behandelt. 

45


Abbildung 32: Luftaufnahme des Fieschergletschers in seinem Zungenbereich [VAW, 2010b] 

5.2 Erstellung der Gletscherumrandung 

Für die Darstellung der Differenzen des Gletschers ist es von Nöten, die Umrandung eines Gletschers 

digital zu erfassen. Diese wird verwendet, um einerseits aus der interpolierten Fläche 

nur die gewünschte Eismasse auszuweisen und andererseits bei der VAW zur Interpolation, da 

im Randgebiet auf eine andere Art interpoliert wird. 

Bei der Erfassung der Umrandung werden in der Regel zwei Konzepte angewendet. Entweder 

wird die zusammenhängende einzelne Eismasse umfahren oder es werden alle Eismassen innerhalb 

eines Gebietes erfasst. Für diese Arbeit werden alle Eismassen innerhalb des ganzen 

hydrologischen Einzugsgebiets zum Gletschergebiet miteinbezogen. 

46


Für die beiden Gletschergebiete Moiry- und Fieschergletscher werden die Umrandungen manuell 

mit Editier-Werkzeugen von ARCGIS digitalisiert. Da dieser Arbeitsschritt sehr zeitintensiv 

ist, wird hier ein Versuch dargestellt, diesen Prozess halbautomatisch durchzuführen (Abb. 33). 

Für ein halbautomatisches Vorgehen müssen die Höhenlinien auf dem Gletschergebiet als Vektoren 

vorliegen. Dies kann mit ARCSCAN auf der Grundlage der Pixelkarte erreicht werden, wie in 

Kapitel 3.2 ausführlich beschrieben wird. Danach wird ein Buffer um jede Höhenlinie berechnet. 

In steileren Gebieten erreicht man damit, dass es zu Überlappungen der Buffer kommt. Der 

Buffer ist so definiert, dass er an den Enden der Linien einen flachen, geraden Abschluss bildet, 

alternativ könnte eine Abrundung gewählt werden. Mit dem Tool ELIMINATE POLYGON PART aus 

den DATA MANAGEMENT TOOLS kann in Prozent oder in Flächeneinheiten angegeben werden, dass 

sich Lücken unter einem Schwellwert schliessen sollen. Beim Fieschergletscher wird für den 

Buffer ein empirischer Wert von 25 m und für das Schliessen von Lücken 20 % angewendet. 

Durch diese zwei Schritte wird eine grosse Fläche des Gebiets zusammengeschlossen. Von 

Hand muss noch Feinarbeit geleistet und Gebiete, die nicht geschlossen sind, manuell bearbeitet 

werden. Dies gelingt mit dem Tool AUTO COMPLETE POLYGON, wo sich Lücken einfach schliessen 

lassen. Mit DISSOLVE aus den DATA MANAGEMENT TOOLS lassen sich die manuell verbesserten 

Features in ein zusammenhängendes Polygon umwandeln. 

Diese halbautomatische Vorgehensweise birgt gegenüber der manuellen Umfahrung des Gebietes 

eine Ungenauigkeit in sich, indem dass der Buffer um jede Linie das Gletschergebiet 

25 m erweitert, so kommt es an den Rändern zu einer flächenmässigen Vergrösserung des Gebietes. 

Doch in diesem Massstab, wo die Umrandung hergestellt wird, liegt dieser Wert nur 

knapp über der Toleranz der Genauigkeit. 

Als Illustration seien hier die Werte der Gletscherumrandung vom Fieschergletscher gezeigt 

(Tabelle 7). Die gesamte Gletscherfläche beträgt ca. 42'000'000 m 2 . Die Differenz zwischen der 

manuellen und halbautomatischen Technik zur Herstellung der Umrandung beträgt ca. 

800'000 m 2 . Dies ist eine Abweichung von unter zwei Prozent auf die gesamte Fläche. Jedoch 

ist die Zeitersparnis für die Generierung der Umrandung enorm. Es gilt nun abzuwägen, ob dies 

der Genauigkeit genügt oder nicht. Für diese Arbeit wird aber die manuell generierte Umrandung 

weiter verwendet. 

Fläche 

Umrandung (halbautomatisch) in [m 2 ] 42’707’473 

Umrandung (manuell) in [m 2 ] 41’883’194 

Differenz in [m 2 ] 824'279 (1.9%) 

Tabelle 7: Flächen-Differenz der Gletscherumrandung beim Fieschergletscher bei 

halbautomatischer und manueller Erstellung. Die Werte sind aus der Erstausgabe der 

LK50 mit Gletscherstand von 1927 abgeleitet. 

47


1 2 3 

4 5 6 

Abbildung 33: Halbautomatische Erstellung der Gletscherumrandung für den Fieschergletscher: (1) 

Blaue Höhenlinien; (2) 25 m-Buffer um jede Linie; (3) Zwischenflächen automatisch 

aufgefüllt; (4) manuelles Schliessen der Lücken und ausschneiden der Löcher; (5) Mit 

Dissolve wird ein fertiges Feature generiert; (6) Messlinie zur Längenbestimmung des 

Gletschers 

5.2.1 Bestimmung der Fläche und Länge des Fieschergletschers 

Mittels Digitalisierung der Umrandung des Gletschergebietes ist es möglich, Flächen zu generieren 

und diese zu quantifizieren. Nachstehende Tabelle 8 zeigt in verschiedenen Quellen gefundene 

Angaben über Fläche und Länge des Fieschergletschers. Die Abweichungen rühren 

häufig daher, dass nirgends festgehalten ist, welche eisbedeckten Flächen dazugezählt werden 

und welche nicht. Der Fieschergletscher weist verschiedene Nebengletscher und mehrere Arme 

auf, so ist nicht in jedem Fall klar, wie und wo die Länge des Gletschers gemessen wird. Doch 

häufig wird der Gletscherfliesslinie entlang gemessen. Hilfreich ist, wenn die Messlinie auf einer 

Karte eingezeichnet wird sowie die Quelle, respektive das Jahr vermerkt ist (siehe Abb. 33, 

Bild 6). 

48


Attribut Grösse [km2] [km] Quelle Jahr 

Fläche 34.21 [VAW, 2010b] 1973 

Fläche 41.88 Autor Gletscherstand 1927 

Fläche 36.54 Autor Gletscherstand LK50 2005 

Fläche 33.00 [wikipedia, 2011a] --- 

Länge 15.35 [VAW, 2010] 1973 

Länge 16.00 Autor Gletscherstand 1927 

Länge 15.00 Autor Gletscherstand LK50 2005 

Länge 16.00 [wikipedia, 2011a] --- 

Tabelle 8: 

Fläche und Länge des Fieschergletscher nach Quelle und Jahr 

5.3 Interpolation von Höhenmodellen 

Die Bildbearbeitung, Vektorisierung und halbautomatische Attribuierung werden beim Fieschergletscher 

wie in den vorangegangen Kapiteln beschrieben durchgeführt. So wird hier mit 

der Beschreibung der Interpolation weitergefahren. 

Es wird im Studiengebiet Fieschergletscher dieselbe Interpolation wie bereits im Testgebiet 

Glacier de Moiry angewendet. Als Input dienen die Höhenlinien auf dem Gletscher und im hydrologischen 

Einzugsgebiet. Zusätzlich werden die angrenzenden Höhenlinien mit berechnet, 

um an den Rändern des Gletschers möglichst viel Höheninformation für die Interpolation zu 

erhalten. Nebst den Höhenlinien werden auch die Koten, die in der Karte als Kreuze oder Punkte 

eingezeichnet und mit einer Höhenangabe versehen sind, als Punktfeature in die Interpolation 

miteinbezogen. Im Tool TOPO TO RASTER in ARCGIS können gleichzeitig Punkt- und Linienfeature 

interpoliert werden. Insgesamt sind dies 5841 Linienfeatures und 211 Punktfeatures (siehe Anhang). 

Das daraus berechnete DHM mit Rastergrösse von 25 m x 25 m wird nachfolgend als 

DHM1927 bezeichnet. 

Zu Vergleichszwecken werden die vektorisierten Höhenlinien von der VAW mit ihrem Softwarepaket 

prozessiert, wie es bei ihr üblich ist. Aus den Höhenlinien wird ein regelmässiges 

Punktraster von 25 m x 25 m berechnet. Anschliessend wird mit TOPO TO RASTER eine kontinuierliche 

Oberfläche berechnet. Das auf diese Weise berechnete DHM, ebenfalls mit Pixelgrösse 

von 25 m x 25 m wird nachfolgend als DHM1927_VAW bezeichnet. Die VAW verwendet für ihre 

Zwecke ein Raster mit einer Maschenweite von 25 m. Abbildung 34 zeigt, dass TOPO TO RASTER 

bei einem Input von Punkten, die in einem Raster angeordnet sind, die Rasterzelle nicht jeweils 

um einen Punkt berechnet, sondern zwischen den Rasterpunkten interpoliert wird. Das bedeutet, 

die Rasterzelle übernimmt nicht die Höhe eines Input-Punktes an, sondern sie wird interpoliert. 

Die Abbildung zeigt die Höhenwerte der Input-Eckpunkte und den Pixelwert, wie er nach 

TOPO TO RASTER gespeichert wird. Es ist anzunehmen, dass nicht nur die lokalen Punkte um das 

Pixel einen Einfluss auf dessen Wert nimmt, sondern auch die benachbarten Punkte. 

49


3333.91 

3347.49 

3320.39 

3317.81 

3336.80 

Abbildung 34: 

Ausschnitt eines Rasters generiert aus einem regelmässigen Punktraster. Die Werte sind 

die Höhen der Punkte resp. der Pixel in [m]. In der Mitte der Rasterzelle ist deren Höhe 

angegeben in [m]. 

Wie bereits beim Glacier de Moiry wird auch hier ein Vergleiche mit verschiedenen DHMs gemacht. 

Es wird hier ein Vergleich zwischen dem obengenannten DHM1927 und dem DHM1927_ 

VAW gezeigt. Beide DHMs basieren grundsätzlich auf denselben Inputdaten (Höhenlinien und 

Koten), jedoch werden sie unterschiedlich interpoliert. DHM1927 wird aus Höhenlinien und Koten 

und mit Topo to Raster generiert. Das DHM1927_VAW besteht aus demselben Input, wird 

aber mit den Algorithmen der VAW berechnet. Das Differenzrasterbild mit der Subtraktion 

DHM1927 minus DHM1927_VAW ist in Abbildung 35 ersichtlich. 

Es ist auffällig, dass in den flacheren, zusammenhängenden Gebieten die Unterschiede am geringsten 

sind. In cyanischer Farbe entspricht dies ±2 m. Weiters sind die Differenzen eher positiv 

in der Region westlich ums Finsteraarhorn (Buchstabe A) und negativ im Gebiet nördlich des 

Gross Wannenhorns (Buchstabe B). Die grösseren Differenzen ab ±10 m sind nur kleinräumig, 

wenige Pixel gross und an den Rändern. Dies lässt darauf schliessen, dass diese Differenzen von 

der Interpolation stammen aufgrund sehr weniger Inputdaten. 

Statistisch lässt sich sagen, dass ca. 87 % der Gletscherfläche innerhalb von ±10 m Höhendifferenz 

liegen. 

50


A 

B 

Abbildung 35: 

Fieschergletscher Differenzraster der DHMs DHM1927 – DHM1927_VAW in [m]. 

A = Finsteraarhorn; B = Gross Wannenhorn 

Zur Illustration werden in Abbildung 36 ein Vergleich der steilsten Stellen des Gebietes und die 

grössten Differenzen der beiden DHM-Interpolation gezeigt. Nebst der Steilheit ist auch ersichtlich, 

dass die Interpolationsunterschiede je nach Exposition negativ oder positiv sind. Ob 

diese Tatsachen aufgrund der doppelten Interpolation der Höhenlinien in regelmässige Punktfeature 

und dann in eine Rasterdatei auftreten oder andere Gründe haben, kann an dieser Stelle 

nicht gesagt werden. 

51


Abbildung 36: 

Links die steilsten Gebiete um den Fieschergletscher in [°]; rechts: die grössten 

Differenzen der Interpolation in [m] 

5.3.1 Verifizierung der Genauigkeit des DHM1927 

Bei dieser Arbeit interessieren in erster Linie die Höhenveränderungen auf dem Gletscher. Um 

die Genauigkeit des digitalen Höhenmodells abzuschätzen, werden dazu die fixen Partien um 

den Gletscher vom DHM1927 mit dem DHM2008 verglichen. Der Vergleich findet durch Stichproben 

statt. Die Punkte, die zum Vergleich ausgewählt werden, sind die Koten, die in der Erstausgabe 

der LK50 mit einer Höhe versehen sind. Diese Koten liegen meistens in fixen Partien 

und meisten auf Fels. Der Vergleich eignet sich gut, denn diese Punkte dienen als Input für die 

Berechnung der Oberfläche fürs DHM1927, aber für die Erstellung des DHM2008 wurden diese 

Koten nicht explizit eingesetzt, denn das DHM2008 wurde photogrammetrisch ausgewertet. 

Für diesen Vergleich werden die 211 digitalisierten Punkte mit den jeweiligen DHMs verschnitten, 

respektive Abfragen über die Koordinaten gemacht. Dies wird mit einem Tool der GEOSPATI- 

AL MODELLING ENVIRONMENT (GME) gemacht, weitere Informationen zu diesen Tools werden im 

Kapitel 5.4.3.1 gegeben. Diese Verschneidung ergibt uns die Höhe in beiden DHMs, bei jedem 

gewünschtem Punkt. Tabelle 9 zeigt den Mittelwert der Höhenunterschiede aller 211 Punkte der 

beiden DHMs und der Karte. 

Der Mittelwert der Höhenunterschiede zwischen der Karte LK50 und des berechneten DHMs 

beträgt 8.7 m und die Standardabweichung 17.4 m. Dieser Wert erscheint sehr gross, doch erklärbar 

wird er dadurch, dass diese Koten häufig isoliert von Höhenlinien auf Bergspitzen liegen. 

Das Interpolationswerkzeug TOPO TO RASTER scheint dem Input Höhenlinien viel mehr Ge- 

52


wicht zu schenken als dem Input von Punkten. Dies zeigt sich dort, wo Linien und Punkte nahe 

beieinander liegen. 

Eine ähnliche Höhendifferenz ergibt die Subtraktion von der Karte LK50 und dem DHM2008 

mit einem Mittelwert von 8.5 m und einer Standardabweichung von 10.6 m. So ergibt dies bei 

einem Vergleich unter den 211 Punkten im festen Gelände zwischen dem DHM1927 und dem 

DHM2008 einen Unterschied von gerade mal 0.2 m und einer Standardabweichung von 18.3 m. 

Werden diese 20 cm auf die 81 dazwischen liegenden Jahre aufgeteilt, beträgt dieser Betrag ca. 

2.5 mm pro Jahr. Wenn man in Betracht zieht, dass sich die Alpen pro Jahr bis zu 1.5 mm heben 

[Kahle, 2008], könnte gesagt werden, dass diese Hebung mit diesem Vergleich sogar bestätigt 

wird. Abgesehen davon, dass dabei keine Erosion stattfindet und das Resultat eher auf einem 

Zufall basiert. 

Es ist hier anzufügen, dass zudem das DHM2008 eine bessere Genauigkeit aufweist als das 

DHM1927 aus der LK50 aufgrund seiner Entstehung. Schliesslich zeigen beide Ergebnisse, dass 

sie in der Toleranz der Kartengenauigkeit der LK50 liegen. 

Höhenunterschied 

Karte LK50 - DHM1927 


Karte LK50- DHM2008 


DHM1927 - DHM2008 

Mittelwert 8.7 8.5 -0.2 

Standardabweichung 17.4 10.6 18.3 

Tabelle 9: 

Mittelwerte und Standardabweichungen über 211 Koten in der Erstausgabe LK50, 

DHM1927 und DHM2008 im Gebiet des Fieschergletscher in [m] 

5.3.1.1 Visuelle Qualitätskontrolle des DHM1927 

Für die Qualitätskontrolle des berechneten DHMs wird zusätzlich ein visueller Vergleich zwischen 

den aus der LK50 digitalisierten (rot) und den aus dem DHM berechneten (schwarz) Höhenlinien 

gemacht (Abb. 37). Es ist auf den ersten Blick ersichtlich, dass die Linien sehr gut zueinander 

korrespondieren. Jedoch verlaufen die schwarzen Linien eckiger als die roten Linien. 

Felspartien, die keine Höhenlinien beinhalten, sind nun mit regelmässigen Linien bedeckt (z.B. 

unten in der Mitte und oben rechts). Rechts in der Mitte der Abbildung ist eine grosse Schlaufe 

in der Höhenlinie ersichtlich, die in der Karte eher spitz verläuft. Doch aufgrund des flachen Terrains 

ist dies wohl auf den Interpolationsalgorithmus zurückzuführen. 

Der Ausschnitt ist so gewählt, dass er flache und steilere Partien beinhaltet. Seitens der Genauigkeit 

sind keine markanten Unterschiede zwischen den beiden Partien ersichtlich. 

53


Abbildung 37: 

Vergleich zwischen den digitalisierten (rot) und aus dem DHM berechneten (schwarz) 

Höhenlinien im Bereich südlich des Finsteraarhorns auf dem Fieschergletscher 

5.4 Visualisierungen von Höhendifferenzen auf dem Fieschergletscher 

5.4.1 Vergleiche verschiedener DHMs 

Ziel der Visualisierungen in diesem Abschnitt ist es, Resultate, die in den vorangegangen Kapiteln 

erzielt wurden, kartografisch darzustellen und teils auf eine andere, neue Art in der Thematik 

von Gletschern darzustellen. Wiederum sind die Daten über verschiedene DHMs hergeleitet 

worden. Zur Verfügung steht das DHM25, ein DHM aus dem Jahr 2008 und zwei Versionen 

des selbsterstellten DHM aus der Erstausgabe der Landeskarte 1:50'000 mit Gletscherstand 

von 1927. Es wird darauf hingewiesen, dass die Resultate, die dargestellt werden, nicht offiziell 

anerkannt sind, sondern für diese Arbeit generiert werden. Für offizielle Auskünfte müssten die 

Daten mit den Algorithmen der VAW prozessiert werden. Im Hauptaugenmerk liegt bei dieser 

Arbeit, wie die Daten, z.B. Höhenänderungen, im Gletschergebiet dargestellt werden können. 

Abschliessend werden die Darstellungen mittels einer Expertenbefragung bewertet (siehe Kapitel 

6). 

5.4.2 Zweidimensionale Darstellungen 

Die klassische 2D-Darstellung wird in Abbildung 38 dargestellt. Es handelt sich hierbei um eine 

Darstellung mit zwei Layern. Als Basiskarte wird die Erstausgabe der LK50 gewählt. Das Thema 

54


sind die Höhendifferenzen der Gletscherstände zwischen 1927 und 2008. Es wird als eingefärbtes 

auf das Gletschergebiet von 1927 geclipptes Pixelraster auf der Karte überlagert. Die Farbskala 

wird im Spektrum zwischen den Farben Rot und Blau gewählt. Die Werte, die eine Abnahme 

symbolisieren sind rot und eine Zunahme wird blau dargestellt. Die Intervalle der Klasseneinteilung 

sind aufgrund einer natürlichen Einteilung gemäss ARCGIS festgelegt, welche anschliessend 

manuell unter CLASSIFY… in der SYMBOLOGY auf die Zehner Meter gerundet werden. 

Ein ähnliches Beispiel der Datenpräsentation ist in Wiesmann et al. [2011] zu finden, wo ein geclipptes 

Raster über einem schattierten Relief dargestellt wird. 

DHM2008 - DHM1927 


< -150 

-150 - -100 

-100 - -50 

-50 - -20 

-20 - -10 

-10 - 0 

0 - 20 

> 20 

Abbildung 38: 

Visualisierung der Höhendifferenzen zwischen 1927 und 2008 im Farbspektrum von Rot 

nach Blau mit Hintergrund der Erstausgabe der LK50 

Diese Darstellung wird zu Testzwecken in der Farbwahrnehmung mit anderen Farbskalen illustriert. 

Es werden dieselben Daten dargestellt, doch ist bei Abbildung 39 die Skala in der Farbe 

invers zur Abbildung 38 dargestellt. Somit entspricht Rot einer Höhenzunahme und Blau einer 

-abnahme. 

Eine weitere Skala ist die sogenannte Ampeldarstellung, die Höhendifferenzen im Spektrum 

zwischen Rot und Grün darstellt (Abb. 40). Die inverse Farbskala von Grün nach Rot bewirkt 

55


beim Betrachter eine grosse Veränderung in der Wahrnehmung, trotzdem dass dieselben Daten 

visualisiert werden (Abb. 41). Die Farben Rot und Grün in Kombination haben den Nachteil, 

dass ca. 10 % aller Menschen von einer Rot-Grün-Sehschwäche oder -Blindheit betroffen sind. 

Bei den hier gezeigten Rot-Grün-Darstellungen ist zu beachten, dass die Farben einen harmonischen 

Farbverlauf darstellen, jedoch nicht farblich dem Nullwechsel der Skala angepasst sind. 

Mit einer Variation der Basiskarte werden weitere Darstellungen hergestellt. Abbildung 42 zeigt 

die Differenzen über einem Orthofoto abgebildet. Die Farbskala ist dieselbe wie in 

Abbildung 38. 

Die Differenzen dieser Abbildungen zeigen die Höhenveränderungen auf dem Gletscher über 

80 Jahre. Da zwischen 1927 und 2008 einige Dekaden liegen, welche die Höhe des Gletschers 

stark reduzierten, nimmt die Fläche der Zunahme ein sehr kleines Gebiet bezogen auf die gesamte 

Gletscherfläche. Zudem kann angenommen werden, dass die ausgegebenen Dickenzunahmen 

aus Interpolationsfehlern stammen. Es sind auch keine zusammenhängende Flächen, 

die eine grössere Zunahme aufweisen, sondern eher vereinzelte kleine Pixelhaufen und besonders 

an den Rändern, wo nur wenige Inputdaten für die Interpolation vorhanden sind. 

DHM2008 - DHM1927 


< -150 

-150 - -100 

-100 - -50 

-50 - -20 

-20 - -10 

-10 - 0 

0 - 20 

> 20 

Abbildung 39 

Visualisierung der Höhendifferenzen zwischen 1927 und 2008 im Farbspektrum von Blau 

nach Rot mit Hintergrund der Erstausgabe der LK50 

56


DHM2008 - DHM1927 


< -150 

-150 - -100 

-100 - -50 

-50 - -20 

-20 - -10 

-10 - 0 

0 - 20 

> 20 

Abbildung 40: 


nach Grün mit Hintergrund der Erstausgabe der LK50 

DHM2008 - DHM1927 


< -150 

-150 - -100 

-100 - -50 

-50 - -20 

-20 - -10 

-10 - 0 

0 - 20 

> 20 

Abbildung 41: 

Visualisierung der Höhendifferenzen zwischen 1927 und 2008 im Farbspektrum von 

Grün nach Rot mit Hintergrund der Erstausgabe der LK50 

57


DHM2008 - DHM1927 


< -150 

-150 - -100 

-100 - -50 

-50 - -20 

-20 - -10 

-10 - 0 

0 - 20 

> 20 

Abbildung 42: 


nach Blau mit Hintergrund eines Orthofotos 

5.4.3 2D-Visualisierung mit Kreissymbolen 

Eine ganz andere Art zur Darstellung der Höhenveränderung wählte Kääb [1996]. Er bildet die 

Höhendifferenz mittels Kreissymbolen über das Gletschergebiet ab. Die Symbole werden in der 

Grösse proportional zur Veränderung angegeben. Das bedeutet, je grösser der Kreis, desto 

grösser der Betrag der Veränderung. Mit der Farbe des Kreises wird angegeben, ob es sich um 

eine positive oder negative Veränderung handelt. 

5.4.3.1 Erstellung der grössenproportionalen Kreissymbole 

Für die Erstellung der Darstellung mit grössenproportionalen Kreissymbolen wird ein regelmässiges 

Raster benötigt. Danach muss für jede Position die Höhenveränderung aus dem Raster 

der Differenzen DHM2008 – DHM1927 abgefragt werden. 

58


Für beide Aufgaben, die Punktrastergenerierung und auch die Abfrage der Höhendifferenz der 

Punkte wird die GEOSPATIAL MODELLING ENVIRONMENT (GME) 4 von der Spatial Ecology verwendet. 

Die GME ist eine Umgebung für die Analyse und Modellierung von raumbezogenen Untersuchungen. 

Diese Umgebung verwendet die statistische Software R 5 zusammen mit ARCGIS [Spatial 

Ecology, 2010]. Das Programm wird unabhängig von ESRI ARCGIS bedient. Für die Prozessierung 

der Daten werden die gewünschten Dateien mittels Kommandozeilenfenster bearbeitet. 

Für die Erstellung eines Punktrasters wird folgendes Statement angegeben: 

genregularpntsinpolys(in="C:\temp\gletscher_umrandung.shp", uidfield="FID", 

xdist=250, ydist=250, rot="0", out="C:\temp\raster250.shp"); 

Der Befehl startet mit einem Command-Aufruf, anschliessend wird das Shapefile angegeben, in 

welchem Bereich dieses regelmässige Raster berechnet werden soll. Anschliessend wird die 

eindeutige ID der Feature angegeben. Mittels XDIST und YDIST können die Rasterpunktabstände 

angegeben und mit dem Parameter ROT eine allfällige Rotation hinzugefügt werden. Im OUT 

wird der Output gespeichert. 

Für die Wertabfrage in einer Rasterdatei über bestimmte Punkte aus einem Punkte-Shapefile 

gilt folgendes Statement: 

isectpntrst(in=" C:\temp\raster250.shp ", raster="C:\temp\DHM2008- 

DHM1927", field="Differenz_2008-1927"); 

Der Befehl startet wiederum mit dem Command-Aufruf mit anschliessender Angabe des Punktefiles 

im IN. Unter RASTER wird das abzufragende Raster-DHM angegeben. Der Name des neuen 

Attributs, wo der Wert gespeichert wird, steht unter FIELD. 

Für die Darstellung der Werte wird in ARCGIS unter SYMBOLOGY die Darstellung PROPORTIONAL 

SYMBOLS IN QUANTITIES gewählt. Von Vorteil ist es, wenn die negativen und positiven Höhendifferenzen 

in zwei getrennten Layern dargestellt werden. So kann nebst der Grösse proportional 

zum Wert auch die Farbe des Symbols verschieden gewählt werden. 

Um etwas Übersicht zu schaffen, werden in einer anderen Darstellung die proportionalen Kreise 

zu Klassen zusammengefasst. Diese Klassierung wird mittels GRADUATED SYMBOLS in QUANTI- 

TIES erzielt. 

Die nachfolgenden Abbildungen 43, 44 und 45 zeigen das Resultat basierend auf den obigen 

Ausführungen. Einerseits mit proportionalen und klassierten Symbolen und andererseits in der 

Farbe variiert mit Blau und Rot. 

4 Spatial Analysis Software: http://www.spatialecology.com/ 

5 R Project for Statistical Computing: http://www.r-project.org/ 

59


Zunahme 

< 10 

10 - 20 

20 - 40 

40 - 60 

> 60 

Abnahme 

< 10 

10 - 20 

20 - 40 

40 - 60 

> 60 

Abbildung 43: Gletschergebiet mit klassierten proportionalen Kreissymbolen, die die 

Höhenveränderungen zwischen 1927 und 2008 in [m] mit den Farben Rot und Blau 

darstellen 

Zunahme 

1 

10 

25 

50 

100 

Abnahme 

1 

10 

25 

50 

100 

Abbildung 44: 

Gletschergebiet mit proportionalen Kreissymbolen, die die Höhenveränderungen 

zwischen 1927 und 2008 in [m] mit den Farben Rot und Blau darstellen 

60


Zunahme 

Abnahme 

Abbildung 45: 

Ausschnitt der Höhendifferenzen mit proportionalen Kreissymbolen zwischen 1927 und 

2008 mit schattiertem Relief und Höhenlinien in [m] 

5.4.4 Dreidimensionale Darstellungen 

Nebst den 2D-Visualisierungen in den vorangegangenen Kapiteln wird hier die Thematik in 3D 

abgebildet. Hierzu wird die Software ARCSCENE von ESRI verwendet. In diesem Programm können 

sehr einfach Darstellungen von DHM, Basiskarte und weiteren Layern aus verschiedenen 

Blickwinkeln erstellt werden. 

Abbildung 46 zeigt das DHM des Fieschergletschers mit einem Orthofoto aus dem Jahre 2008 

und den Höhendifferenzen drapiert. In Abbildung 47 wird die LK50 auf das DHM projiziert. 

Durch das Darstellen der Höhen zusammen mit der Basis erkennt man die Geländeformen des 

Gebietes sehr gut. Doch weist diese Abbildungsart einige Nachteile auf, z.B. Verzerrungen in 

der Perspektive, Verdeckungen im Sichtschatten etc. Diese Nachteile bestätigen auch die Experten 

(siehe Kapitel 6.4.6) bei der Befragung. 

In Abbildung 48 werden zwei Ausschnitte des Zungenbereichs vom Fieschergletscher gezeigt. 

Die Darstellungstechnik ist dieselbe wie in den beiden vorangegangenen Abbildungen. Jedoch 

werden von derselben Beobachtungsposition zwei verschiedene DHMs und Basiskarten betrachtet. 

Auf der linken Seite ist das DHM1927 mit der LK50 der Erstausgabe abgebildet. Auf der 

rechten Seite ist das DHM2008 mit der Pixelkarte aus dem Jahre 2005 gezeigt. Die Unterschiede 

sind aus diesem Blickwinkel gut zu erkennen. Wird eine Darstellung nur für diesen Ausschnitt 

und zum Aufzeigen der qualitativen Veränderung der Höhe auf dem Gletscher gebraucht, 

weist diese Darstellungsart einen anschaulichen Charakter auf. 

Als weiterer Schritt wäre es möglich, diese beiden Bilder für eine Animation zu gebrauchen und 

die beiden Stände ineinander fliessen zu lassen. Eine viel aufwendigere Methode wäre anhand 

61


der zugrunde liegenden Daten ein Morphing zwischen beiden Ständen zu berechnen, indem 

mehrere Zwischenstände interpoliert würden. 

Abbildung 46: 

3D-Visualisierung der Höhenveränderungen vom Fieschergletscher mit einem Orthofoto 

aus dem Jahre 2008 

Abbildung 47: 

3D-Visualisierung der Höhenveränderungen vom Fieschergletscher mit der LK50 

(Erstausgabe) 

62


Abbildung 48: 

Visualisierung vom Zungenbereich des Fieschergletschers. Links: DHM1927 mit LK50 

(Erstausgabe); Rechts: DHM2008 mit LK50 (Jahr 2005) 

5.4.5 Gestaffelte Profile 

Um Höhendifferenzen zwischen zwei Oberflächen darzustellen, wird eine Staffelung von Profilen 

hergestellt. Die Profile sind senkrecht zur Mittellinie des Fieschergletschers angelegt und 

erstrecken sich über 14 km in Fliessrichtung. Die Länge eines Profils beträgt 2 km und der Abstand 

auf der Fliesslinie je 1 km. In dieser Darstellung werden nicht nur die Höhendifferenz wie 

bis anhin gezeigt, sondern auch die beiden DHMs, respektive ihre Oberflächen in den Profilen 

(Abb. 49). 

Zur Herstellung wird ein 3D-Shapefile angelegt. Mittels der ArcToolbox 3D ANALYST kann unter 

FUNCTIONAL SURFACE mit INTERPOLATE SHAPE die Höhenwerte einer Linie interpoliert werden. Als 

Grundlage dienen das DHM1927 und das DHM25. 

Anschliessend werden die Profile manuell so aneinandergereiht, dass die Fliesslinie einer Geraden 

entspricht und die Profile senkrecht zur Linie stehen. Die Profile werden bis auf eine Höhe 

von 1500 Meter extrudiert und verschiedenfarbig dargestellt. Die grünen Profile stellen den 

Stand des DHM25 dar und die roten Profile den Stand von 1927. Der Übersicht halber wird die 

Darstellung aus ARCSCENE exportiert und mit weiteren Informationen in einem Desktop Publishing 

Programm ergänzt. Es werden die Höhen, die maximale Differenz pro Profil auf der rechten 

Seite des Profils, eine Legende und eine Übersichtskarte in der linken oberen Ecke hinzugefügt. 

Um die Höhen besser zu erkennen, werden die Profile mit einem Faktor 1.5 überhöht. 

Nachteil dieser Darstellung ist, dass die roten Flächen eine Eisabnahme suggerieren, jedoch 

könnte dies auch als Gesteinsabtragung interpretiert werden, weil die Gletscherumrandung 

aus den Profilen nicht ersichtlich ist. Ein weiterer genereller Nachteil ist, dass es schwierig ist, 

einen Höhenzuwachs mit dieser Darstellung abzubilden. Verbessert würde diese Darstellung, 

wenn bekannt wäre, wie das Profil des Gletscherbetts aussehen würde. Jedoch würde durch die 

Überlappung der einzelnen Profile diese Linie verdeckt werden. Für die Farbwahl ist zu beachten, 

dass Darstellungen mit Rot und Grün ein Problem für Menschen mit einer Rot-Grün- 

Sehschwäche oder –Blindheit sind. Als letzter negativer Punkt ist hinzuzufügen, dass mit der 

Zentralperspektive von ARCSCENE die Profile und deren Abstände gegen hinten immer kleiner 

werden, was der Übersicht nicht förderlich ist und eine gewisse Verzerrung verursacht. 

63


C 

B 

A 

C 

B 

A 

Abbildung 49: 

Gestaffelte Profile entlang der Gletscherfliesslinie. Die Zahlen neben den Profilen 

entsprechen der maximalen Höhenabnahme im Profil. 

5.4.6 Interaktives Beispiel 

Nebst dem, dass die Resultate in gedruckter Version dargestellt werden, wird ein Prototyp für 

eine interaktive Applikation entwickelt. So können die Höhendifferenzen zwischen 1927 und 

2008 in 2D und 3D interaktiv am Bildschirm betrachtet werden. Aufgrund der vielen Vorteile, 

die GOOGLE EARTH (GE) bietet, wird der Prototyp basierend auf GE aufgebaut. Nachfolgende Tabelle 

10 zeigt die Vor- und Nachteile von GE insbesondere mit der Möglichkeit, dass mittels 

Plug-In GE auch in einem Browser lauffähig ist. 

64


Vorteile: 

Nachteile: 

+ Jedes Gebiet verfügt über DHM - Keinen Einfluss auf DHM (Stand etc.) 

+ Jedes Gebiet abgedeckt mit Orthofoto - Keinen Einfluss auf Projektionsart 

+ Offene Schnittstelle für eigenen Datenimport - Keinen Einfluss auf Genauigkeit der Daten 

+ Offen für eigene Programmierung über API - Keinen Einfluss auf Steuerung und Navigation 

+ Feature-Abfragen 

+ Browserlauffähig über Plug-In 

+ Earthviewer mit grosser Bekanntheit 

+ Grosse Community 

+ Kostenlos 

Tabelle 10: 

Vor- und Nachteile der Verwendung von GOOGLE EARTH und GOOGLE EARTH Plug-In für eine 

interaktive Applikation mit Einbindung eigener Daten. 

5.4.6.1 Funktionsprinzip 

Wie bereits erwähnt basiert die Applikation auf GE. Mittels Plug-In kann die Anwendung in einem 

Webbrowser angezeigt und eine Internetseite rund um die Karte nach Belieben gestaltet 

werden. Mittels dem Google Earth APPLICATION PROGRAMMING INTERFACE (API) und JavaScript ist es 

möglich, eigene Layer und Themen mittels KML und Overlay in GE einzubinden. 

Die Layer stammen aus ARCGIS und wurden mittels TO KML exportiert. Die Farben der Layer 

werden automatisch in KML, respektive KMZ übernommen. Da KML und Google Earth stets im 

geodätischen Referenzsystems WGS84 vorliegen, wird auch die Projektion von Swiss Grid in 

WGS84 beim Export automatisch transformiert. 

Nur wenn die exportierten KML-Dateien auf einem Server, der über das Internet abrufbar ist, 

gespeichert sind, können die Daten in der Google Earth API über ihre URL aufgerufen werden. 

5.4.6.2 Funktionen des interaktiven Prototyps 

Abbildung 50 zeigt einen Screenshot der wichtigsten Elemente des interaktiven Prototyps. 

Hauptteil ist das Kartenfenster, welches den Earthviewer und die Daten präsentiert. Der Seiteninhalt 

ist beliebig gestaltbar z.B. mit HTML. Bereits standardmässig eingeblendet sind die Layer 

der 2D-Abbildung der Differenzen zwischen 1927 und 2008 auf dem Fieschergletscher. Mittels 

Checkboxen können die einzelnen Layer, respektive Klassen, ein- und ausgeblendet werden. Die 

Buttons “Terrain ein“ und “Terrain aus“ ermöglichen es, das Gelände anzuzeigen oder als ebene 

Karte darzustellen. 

Mittels Checkboxen ist es möglich, die Differenzen in 3D klassenweise als Prismenkarte darzustellen. 

Für die Herstellung dieser Prismen werden die Flächen extrudiert. Dies wird erreicht, indem 

in der KML-Datei an den Features manuell Änderungen angebracht werden. Zwei Tags 

1 und relativeToGround 

müssen in der Geometrie hinzugefügt und bei den Koordinaten der Stützpunkte die Höhe auf 

den gewünschten Wert angegeben werden. Der dritte Tag 1 

wird bereits beim Export aus ARCGIS ins KML geschrieben. Im 3D-Layer wird die Höhe auf das 

100-fache der oberen Klassengrenzen der Höhendifferenz gewählt. Als Beispiel der Klasse 20 – 

50 m wird die Fläche auf 5000 m angehoben. Da Google Earth für 3D-Objekte eine bestimmte 

65


Beleuchtung vorsieht, erhalten die Objekte eine etwas andere Farbgebung. Deshalb wir eine 

zweite Legende für die 3D-Objekte angezeigt. 

Bei einem Mausklick auf ein Feature werden weitere Informationen zur Klasse angezeigt. Dabei 

erscheint eine Sprechblase, ein sogenannter Ballon, der die Informationen beinhaltet. Dieser ist 

mittels HTML beliebig gestaltbar. 

Abbildung 50: 

Abbildungen zum interaktiven Prototyp mittels Google Earth. Oben: Screenshot der 

wichtigsten Elemente der Webseite; Links: Prismen-Layer in 3D; Rechts: Informationen 

zu einem Feature. 

66


6 Evaluierung der Visualisierungen 

6.1 Experteninterviews 

Zur Evaluierung der oben gezeigten Visualisierungen und Ableitung genereller Aussagen über 

die Darstellung der Thematik wird die Methode der Expertenbefragung eingesetzt. Als Experten 

gelten nach Atteslander [2008] Personen, die „über den Forschungsgegenstand besondere 

und umfassende Erfahrungen haben“. Expertenbefragungen werden eher selten in der Kartografie 

eingesetzt. Häufiger werden sogenannte Nutzertests für Beurteilungen durchgeführt. 

Als weitere Beispiele bezüglich des Einsatzes von Experteninterviews in der Kartografie seien 

Häberling [2003] und Papandreou [2009] genannt. Eine Einführung und Anleitung zum Experteninterview 

findet sich im Skript von Mieg & Näf [2005]. 

Um die Interviews und die Fragestellungen immer im selben Rahmen durchzuführen, wird ein 

strukturierter Gesprächsablauf schriftlich erstellt. Das Interview wird als ein Einzelgespräch 

mündlich mit dem Experten durchgeführt. Dieser Ablauf lässt besonders von der Seite des Interviewers 

Abweichmöglichkeiten, je nach Situation mit dem Experten. 

Bei der Befragung werden vom Experten nebst qualitativen Aussagen auch quantitative Bewertungen 

erwartet. Der eingesetzte Fragenkatalog beinhaltet Entscheidungs- und Beurteilungsfragen. 

Jedoch sollten die einzelnen Fragen keine Beeinflussung auf nachfolgende Fragen haben. 

Der Vorteil der Expertenbefragung ist der direkte Kontakt zwischen Interviewer und Befragtem. 

So kann der Interviewer Einfluss nehmen, um zum Beispiel weitere Erläuterungen zu einer 

Antwort zu fordern [Flick et al., 2010]. Und zugleich kann der Experte seine Standpunkte in eigenen 

Worten umfassend beschreiben. Ein gewichtiger Nachteil des Experteninterviews ist die 

Einmaligkeit der Befragung. Die Reproduzierbarkeit der Situation und des Moments ist in keinem 

Fall gegeben, da das Gespräch nie gleich gestaltet werden kann [Flick et al., 2010]. 

In dieser Masterarbeit wird der Einfachheit halber nur die männliche Form des Experten verwendet. 

Die weibliche Form ist immer mit eingeschlossen. 

6.2 Interviewablauf, Befragungsinhalt und Fachexperten 

Das Interview umfasst 7 Frageblöcke zu verschiedenen Darstellungen und einem interaktiven 

Beispiel am Laptop zur Thematik der Höhenveränderungen auf dem Gletscher. Alle Abbildungen 

zeigen dieselben Datengrundlage in verschiedenen Darstellungstypen und mit verschiedenen 

gestalterischen Variablen wie der Farbe. Insgesamt werden 24 Abbildungen in der Grösse 

von DIN A4 gedruckt vorgelegt. Das Gespräch dauert ca. 60 Minuten und wird schriftlich vom 

Interviewer mit dem Gesprächsleitfaden dokumentiert. 

Vor dem Interview wird dem Fachexperten eine kurze mündliche Einführung zum Thema mitgegeben 

und der Gesprächsablauf geschildert. Bei den Fragestellungen werden die Daten vom 

Fieschergletscher präsentiert. Die Inhalte des Kartenthemas sind die Höhendifferenzen im Gebiet 

zwischen 1927 und 2008. 

67


Die Frageblöcke beinhalten folgende Themen: 

- Frageblock 1: Farbgebung und Farbschema 

- Frageblock 2: Basiskarte und Thematik 

- Frageblock 3: Grössenproportionale Kreise 

- Frageblock 4: Gestaffelte Profile 

- Frageblock 5: 2.5D-Visualisierungen 

- Frageblock 6: Interaktiver Prototyp 

- Frageblock 7: Abschlussfragen 

Insgesamt werden sieben Fachexperten befragt. Zwei Experten stammen vom Gebiet der Glaziologie 

und fünf aus dem Gebiet der Kartografie, respektive der Computergrafik. Alle Befragten 

sind somit grosse Kapazitäten in ihren Bereichen und spezialisiert auf das befragte Thema. 

Nachfolgende Tabelle 11 nennt die befragten Fachexperten. Im Folgenden werden alle Experten 

des IKG als Kartografen bezeichnet und die der VAW als Glaziologen, unabhängig von ihrer tatsächlichen 

Ausbildung. Andreas Bauder wird einerseits als Experte befragt und andererseits ist 

er Betreuer dieser Arbeit. Es ist hier jedoch anzufügen, dass er für die Erarbeitung dieser Experteninterviews 

nicht in die Planung einbezogen wird und unbefangen an dieser Befragung teilnimmt. 

Experte 

Juliane Cron 

Dr. Christian Häberling 

Thomas Koblet 

Anne-Kathrin Reuschel 

Oleggini Lorenzo 

Gabbi Jeannette 

Dr. Andreas Bauder 

Fachbereich 

Institut für Kartografie und Geoinformation (IKG), ETH Zürich 

IKG, ETH Zürich 




Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie & Glaziologie (VAW), ETH Zürich 

VAW, ETH Zürich 

Tabelle 11: 

Experten der Expertenbefragung 

Der komplette Interviewablauf ist auf dem beigelegten Datenträger einzusehen. 

6.3 Auswertung der Experteninterviews 

Um eine Interpretation zu den Expertenmeinungen abzugeben, müssen die Kerngedanken aus 

den Gesprächen ausgewertet werden. Da die Fragen nicht nur quantitativer Art sind und Antworten 

auch qualitativ abgegeben werden, wird versucht die Hauptaussagen zu extrahieren 

und anzugeben. Zuerst wird mit einer Zusammenstellung der Antworten pro Frage eine Übersicht 

geschaffen. Diese ist in vollständiger Länge in digitaler Form auf dem beigelegten Datenträger 

einsehbar. Anschliessend folgt eine Interpretation aufgrund der zentralen Grundfragen 

und Aussagen der Experten. 

68


Die Zahlen- und Buchstabenkombination, z.B. (1A), ist der Code, welcher die verschiedenen Darstellungen 

bezeichnet. Im Anhang sind alle Visualisierungen inklusive des Codes abgedruckt. 

6.4 Resultate und Interpretation der Expertenbefragung 

Die Nachvollziehbarkeit dieses Kapitels 6.4 wird erleichtert, wenn gleichzeitig der Fragebogen 

zur Orientierung vorliegt. Dieser ist ebenfalls auf dem beigelegten Datenträger einzusehen. 

6.4.1 Frageblock 1: Farbgebung und Farbschema 

6.4.1.1 Ablauf und Resultate Frageblock 1 

Im Frageblock 1 ist Gegenstand der Befragung, welches Farbschema zur Dickenab- und zunahme 

auf dem Gletschergebiet geeignet ist. Hierzu werden Darstellungen im Farbbereich von 

Grün nach Rot und von Rot nach Blau, wie auch jeweils invers, gezeigt. Wie bereits im Kapitel 

3.5 beschrieben, tauchen in der Literatur verschiedene Arten der Farbdarstellung dieser Thematik 

auf. Farbe ist die Gestaltungsvariable, die die grösste Aufmerksamkeit auf sich zieht. Dabei 

kann sie verschiedene Assoziationen und Bedeutungen in sich tragen. 

Es ist anzumerken, dass die Skala-Einteilung in den Grün-Roten-Abbildungen bewusst „falsch“ 

gewählt ist, so dass der Farbverlauf schön aussieht, jedoch der Farbwechsel der Skala nicht bei 

Null liegt. 

Bei der ersten Frage wird den Experten eine Abbildung gezeigt (1A), die Abnahmen in der Farbe 

Grün und Zunahmen in Rot darstellt. Die Legende ist abgedeckt und für den Experten nicht 

sichtbar. Gemäss Experten zieht die grösste Aufmerksamkeit die markante Zunge auf sich. Das 

Bild wird aufgrund der Farbgebung als ungewohnt bezeichnet. Weiter seien die verschiedenen 

Grüntöne im Druck schlecht unterscheidbar. Entsprechend fällt die Bewertung auf einer Skala 

von 1 (schlecht) bis 5 (sehr gut) aus und liegt im Mittel bei einer 3. 

Bei der inversen Farbdarstellung (1B) liegt die Benotung deutlich höher. Sie wird durchscnittlich 

mit 4 Punkten bewertet. Die grösste Aufmerksamkeit fällt wiederum hauptsächlich auf den 

Zungenbereich, jedoch trägt er hier die Farbe Rot statt Grün wie bei 1A. Als weitere Nennungen 

werden die grosse orange Fläche und die grünen Ränder an den Kämmen genannt. 5 der 7 Experten 

favorisieren diese zweite Darstellung. 

In einer nächsten Darstellung wird Rot für eine Abnahme und Blau für eine Zunahme verwendet 

(1C). Die Aufmerksamkeit zieht hier wiederum die rote Zunge, aber auch die gelben Flächen 

an den Hängen und die Randgebiete, auf sich. Hier fällt die Bewertung im Mittel auf 3 Punkte. 

Dass der Farbverlauf nicht graduell und der Kontrast gegenüber der Karte in den Blautönen 

eher schlecht ist, wird am häufigsten kritisiert. Zudem fliesst der Farbverlauf von Rot über Gelb 

zu Blau. Es wäre harmonischer, wenn Rot und Blau nur in diesen beiden Farbtönen ineinander 

fliessen würde. 

Bei der inversen Darstellung (1D), so dass Blau eine Abnahme und Rot eine Zunahme darstellt, 

wird festgestellt, dass die orangen Flächen stark in Erscheinung treten. Falls dies nicht gewünscht 

ist, erzeugt die Darstellung eine falsche Wirkung. Als Favoriten wählen die Experten 

im gleichen Verhältnis wie bei den ersten beiden Darstellungen die Darstellung (1C) mit Rot für 

eine Abnahme und Blau für eine Zunahme. 

69


Der Favorit dieser ersten vier Darstellungen, immer noch ohne Kenntnis der Legende, ist die 

Darstellung 1C mit 3 Stimmen. Gefolgt von 1B mit 2 Stimmen und 1A und 1D mit je 1 Stimme. 

In einem zweiten Schritt sind die Legenden der Abbildungen aufgedeckt. Jetzt wird zwischen 1A 

und 1B die Abbildung 1B einstimmig als besser und zwischen 1C und 1D ebenso einstimmig die 

Abbildung 1C besser bewertet. Dies zeigt unabhängig von der Legende, dass die Favoriten in 

beiden Fällen die gleichen bleiben. 

Die Experten teilen mit Kenntnis der Legende diese vier Abbildungen in eine Rangordnung ein. 

Auf Platz 1 liegt 1C knapp vor 1B. Auf den 3. Platz wird 1D knapp vor 1A gewählt. Die Experten haben 

hier besonders auf den korrekten Wendepunkt der Legende beim Übergang von einer Abzu 

einer Zunahme Wert gelegt. Der Farbverlauf in 1B gefällt allen Experten gut, jedoch vermittelt 

das Bild eine falsche Vorstellung der Daten. 

Als Verbesserungsvorschläge für diese Darstellungen werden eine geringere Anzahl Klassen 

und eine lineare Klasseneinteilung erwähnt. Einmal wird von einem Glaziologen geäussert, 

dass es üblich ist, dass in der Legende die Null innerhalb einer Klasse zentriert wird, so dass Ungenauigkeiten 

von der Messmethode oder der Interpolation mit dem Wert der Standardabweichung 

abgegrenzt werden. 

6.4.1.2 Interpretation Frageblock 1 

Die dargestellten Resultate aus den Darstellungen der Thematik Höhenveränderungen auf 

dem Fieschergletscher lassen einen gewissen Spielraum für eine Interpretation offen. Die Experten 

sind sich über die Wichtigkeit der Gestaltungsvariable Farbe und deren grossen Wirkung 

auf das menschliche Auge bewusst. Ohne Legende und unabhängig von Werten wird vermehrt 

auf ein harmonisches Farbbild geachtet und dies als positiv gewertet. Grundsätzlich lässt sich 

aufgrund der Interpretationen der Experten bei Betrachtung der Abbildungen darauf schliessen, 

dass alle Experten erwarten, wenn die Signalfarbe Rot auf dem Gletscher eingesetzt wird, 

dass dies einer Abnahme der Eisdicke entspricht. Dies im Sinne eines Indikators z.B. für Klimawandel, 

dass der Gletscher an dieser Stelle schmilzt und somit an Eisdicke verliert. Besagt die 

Legende eine Eisdickenzunahme für die Farbe Rot, ist der Experte häufig verwirrt. 

Die Haupterkenntnis aus dem Frageblock 1 ist, dass die Farbe Rot auf dem Gletscher sehr geeignet 

für die Darstellung von Abnahmen ist. Bei der Legende ist darauf zu achten, dass der 

Farbwechsel generell bei Null gewählt wird. Die beiden Farben, die eingesetzt werden, sollten 

zudem nicht zu stark voneinander divergieren, sondern harmonisch ineinander laufen. Wenn 

die Klasseneinteilung nicht linear ist, sollte dies entsprechend in der Legende optisch gekennzeichnet 

sein. Je nach Aussage sollten zudem die einzelnen Klassen, die in Erscheinung treten 

sollen, farblich deutlich sichtbar gezeigt werden. Wenn zudem durch die Klasseneinteilung 

grosse, zusammenhängende Flächen entstehen, muss die Farbwahl besonders in gedruckten 

Medien mit Bedacht bestimmt werden. 

6.4.2 Frageblock 2: Basiskarte und Thematik 


In der Regel wird in der Kartografie thematische Information auf einer Basiskarte dargestellt. 

Im Frageblock 2 werden Aspekte zur Basiskarte berücksichtigt. So wird zum Beispiel der Frage 

nachgegangen, ob die Thematik im Kontext eher mit einer topografischen Karte oder mit ei- 

70


nem Luftbild gezeigt werden soll. Oder wird mit der Variation der Transparenz der Thematik 

oder der Basiskarte mehr oder weniger Gewicht gegeben. 

In der ersten Frage 2.1 hat sich der Experte zwischen drei Möglichkeiten einer Basiskarte zu entscheiden. 

Als Auswahl steht die Erstausgabe der Landeskarte 1:50'000, ein Orthofoto oder nur 

die Thematik ohne Basiskarte zur Verfügung. Er soll seine Entscheidung in Form einer Rangliste 

abgeben. Alle Fachexperten der Kartografie wählen als erste Priorität die topografische Karte, 

danach das Luftbild und als letztes die Thematik ohne Basiskarte. Die Experten der Glaziologie 

betrachten das Orthofoto als gute Grundlage. Ebenso beurteilen sie die leere Thematik zu ergänzenden 

Zusatzinformationen wie Höhenlinien, als genügend Information zur Interpretation. 

Mit der nächsten Frage 2.2 wird erörtert, wie die Experten den Einsatz von Transparenz einstufen. 

Gesetzt ist als Basiskarte die topografische Karte. In der ersten Darstellung sind die Karte 

und die Thematik opak gezeigt (2A), in der zweiten ist die Thematik opak und die Karte leicht 

transparent (2D) und in der dritten Abbildung wird die Thematik etwas zurückgenommen und 

die Karte opak gezeigt (2E). Als klarer Favorit geht die Darstellung (2E) mit opaker Basiskarte 

und leicht transparenter Thematik hervor. 5 von 7 Experten wählen diese auf den ersten Rang. 

Die anderen beiden Darstellungen liegen im Ranking nahe beieinander. 

Die nächste Frage 2.3 wird analog zur Vorangegangen gestellt, anstatt der topografischen Karte 

als Basis liegt aber das Orthofoto vor. Alle Kartografen wählen die Darstellung (2G) mit leicht 

transparenter Thematik analog zu (2E) als beste Variante. Die Glaziologen favorisieren die Abbildung 

mit opaker Thematik und leicht transparentem Orthofoto (2F). Praktisch alle finden, 

dass opake Thematik kombiniert mit ebenfalls opaker Basis (2B) keine gute Wahl ist. 

In der Frage 2.4 wird die Bestvariante aller sieben Auswahlmöglichkeiten ermittelt. 4 Kartografen 

entscheiden sich für die Abbildung (2E) und 1 für die 2D. Aus glaziologischer Sicht wird die 

Abbildung 2F und 2G als Favorit ausgewählt. 

Auf die Frage 2.5, welche Verbesserungsmöglichkeiten in den gezeigten Darstellungen vorliegen, 

wird erwähnt, dass die beiden Layer, Thematik und Basiskarte, leicht transparent dargestellt 

werden sollen. So wirke die Abbildung auch leichter. Zudem wäre der Kontrast zwischen 

Thematik und Hintergrund besser und die dunklen Farben könnten besser unterschieden werden. 

Um die Klassen besser voneinander zu trennen, wird empfohlen, um jede Klasse eine Kontur 

zu zeichnen. Weiter soll zur besseren Orientierung die Beschriftung aus der Karte als oberster 

Layer über die Thematik gedruckt werden. Sind die Höhenlinien durch die Thematik hindurch 

sichtbar, sollten diese ausgedünnt und jede 100er-Höhenlinie leicht stärker dargestellt 

werden. 


Die Antworten zeigen auf, dass der Hintergrund der Thematik eine wesentliche Rolle spielt. Die 

Basiskarte dient einerseits zur Orientierung und andererseits zur Interpretation der Darstellung. 

Das Mittel der Transparenz wird von vielen geschätzt, um der Thematik oder der Basiskarte 

mehr Gewicht zu verleihen. Die topografische Karte wird von den Kartografen vermehrt als 

Basis gewünscht. Die Glaziologen bevorzugen eher eine Orthofotokarte, sagen aber auch, dass 

diese einiges mehr an Geländekenntnis benötigt, respektive die Karte bereits abstrahierte Information 

beinhaltet und einfacher für die Interpretation ist. 2 Experten sagen aber auch, wenn 

z.B. in einem wissenschaftlichen Paper immer vom selben Gletschergebiet die Rede ist, dann 

71


kann auch nur die Thematik mit einzelnen Orientierungsangaben abgebildet werden. Die richtige 

Wahl der Basis hängt somit stark vom Zielpublikum und Zweck ab. 

6.4.3 Frageblock 3: Grössenproportionale Kreise 


In den ersten beiden Frageblöcken werden die Dickenänderungen auf dem Gletscher mit Flächenfarben 

visualisiert. Im Frageblock 3 werden die Änderungen mittels diskreten Symbolen in 

einem regelmässigen Raster gezeigt. Diese Darstellungsvariante wird auch in glaziologischer 

Fachliteratur angewendet [Kääb, 1996]. Anhand dieses Frageblocks wird eine Beurteilung zu 

dieser Darstellungsart und deren Farbgebung von Seiten der sieben Experten verlangt. 

In der Frage 3.1 entscheidet der Experte, welche Darstellung er bevorzugt. Zur Auswahl steht als 

erste Variante eine Abbildung mit grössenproportionalen Kreisen. Dies bedeutet, je grösser eine 

Abnahme oder Zunahme, desto grösser der dargestellte Kreis (3B). In der zweiten Variante werden 

ebenfalls grössenproportionale Kreise abgebildet, jedoch sind diese in je fünf Klassen eingeteilt. 

4 Experten bevorzugen die klassierte Variante (3A). Einerseits sind die Werte zuordenbarer 

und andererseits sei die Grössenverteilung besser erkennbar. 3 Experten wählen die grössenproportionale 

Darstellung (3B) als Favorit. Es wird jedoch angefügt, dass die Überlappung 

im Zungenbereich unschön und viel Information verdeckt ist. Doch sei (3B) besser, um einen 

Einzelpunkt abzuschätzen. 

In der Frage 3.2 wird aufgegriffen, welche Farbgebung für eine Zunahme oder eine Abnahme 

auf dem Gletschergebiet optimal ist. Alle Experten sehen für eine Abnahme die Farbe Rot und 

für eine Zunahme die Farbe Blau als geeignet. Rot wird hauptsächlich mit etwas Negativem 

verbunden, eine Gefahr, etwas Dramatisches oder mit „Achtung! hier geht etwas vor sich“ und 

löst Aufmerksamkeit aus. Weiter wird Rot auch mit einen Temperaturanstieg verbunden, weil 

Rot warm bedeutet und somit das Eis schmilzt. Im Gegenteil dazu die Farbe Blau. Diese symbolisiert 

Kälte, was eine Eisdickenzunahme bedeutet. Als Alternative zu Rot/Blau würden die Experten 

die Farben Rot/Grün oder Orange/Lila (einmal genannt) befürworten. Dies auch z.B. um 

in einer Kiesgrube Auf- und Abtrag darzustellen, unabhängig von einer Temperatur oder Klimabewusstsein. 

Bei dieser Frage wird von zwei Experten hinzugefügt, dass sie eine Höhenzunahme 

ausserhalb des Gletschergebiets nicht immer mit grüner Farbe darstellen würden, z.B. 

bei einem Murgang oder einem Bergsturz. Auch bei einer Lawine ist ein Höhenauftrag nicht 

positiv zu werten und würde eher mit Rot statt Grün dargestellt. Ein Experte hat aber angefügt, 

dass die grüne Farbe häufig Schwierigkeiten aufweist, wenn sie gedruckt werden soll. Somit ist 

Rot/Grün besser am Bildschirm als in einem Ausdruck geeignet. 

Bei den weiteren Fragen des Blocks 3 geht es um Hilfsmittel in der Darstellung zur Orientierung. 

Es wird ein Ausschnitt der oben erwähnten Darstellung verwendet (3E und 3F). Als Zusatzinformation 

werden eine Übersichtskarte und Höhenlinien auf dem Gletschergebiet gezeigt. 

Alle Experten sind sich einig, dass die Übersichtskarte bei guter Ausführung ein sehr hilfreiches 

Mittel zur Orientierung ist. Ebenso werden die Höhenlinien als sehr hilfreich eingestuft. Den 

meisten Experten reicht es, wenn nur jede 100er-Linie oder diese in einer grösseren Strichstärke 

gezeichnet ist. Die gezeigte Schriftplatzierung der Höhenangaben ist noch überarbeitungsbedürftig 

und stand deshalb nicht im Mittelpunkt der Interviews. 

72



Dass Dickenänderungen auf dem Gletscher auch mit Symbolen dargestellt werden, befürworten 

alle Experten. Ob die Kreissymbole klassiert oder grössenproportional eine grössere Aussagekraft 

darstellen, kann aufgrund der gegebenen Antworten nicht eindeutig gesagt werden. 

Wichtig erscheint den Experten, dass die Darstellung interpretiert und quantifiziert werden 

kann. Deshalb wird die Überlappung von den Kreissymbolen als sehr negativ bewertet. In der 

Farbwahl bevorzugen alle Experten Rot für eine Abnahme und Blau für eine Zunahme. Rot wird 

als Gefahr oder als dramatisch eingestuft, löst aber auch ein Temperaturempfinden wie Wärme 

aus, was einer Schmelze auf dem Gletscher gleichkommt. Blau wird mit Kälte verbunden, 

was einem Eisdickenzuwachs entspricht. Die Farben Rot und Grün sind als Alternative einsetzbar. 

Es ist jedoch zu unterscheiden, ob der Höhenzuwachs einen qualitativ positiven oder negativen 

Effekt aufweist. Z.B. bei einem Hangrutsch oder einer Lawine gilt ein Höhenzuwachs als 

etwas Negatives und wird mit der Farbe Rot assoziiert. Die Farbe Grün wird laut einer Glaziologen-Aussage 

aber auch auf dem Gletschergebiet eingesetzt, um ein neutrales Verhalten des 

Gletschers darzustellen, also weder Höhenzuwachs noch -abnahme. 

6.4.4 Frageblock 4: Gestaffelte Profile 

6.4.4.1 Ablauf und Resultate und Interpretation Frageblock 4 

Bis anhin sind in dieser Expertenbefragung Darstellungen, die die Höhendifferenzen zweier 

Gletscherstände verschiedener Jahre zeigten, diskutiert worden. Im Frageblock 4 liegt den Experten 

eine Darstellung vor, die versucht, gleichzeitig zwei Höhenmodelle des Gletschers aufzuzeigen. 

Es handelt sich dabei um gestaffelte Querprofile senkrecht zur Fliessrichtung des 

Gletschers. Zum einen wird das DHM von 1927 und zum anderen das DHM25 gezeigt. In dieser 

Darstellung wird zugleich ermöglicht, dass die Höhenveränderung in der richtigen Achse, nämlich 

der Z-Achse, dargestellt werden kann. 

Den Experten wird dieser Entwurf vorgelegt und nach Beurteilung und möglichen Verbesserungsvarianten 

gefragt. 

Die Antworten fallen weitgehend positiv aus, da es eine Darstellung ist, welche die Experten so 

noch nie gesehen haben und sie im ersten Augenblick einen interessanten Charakter aufweist. 

Sie zeigt qualitativ gut die Veränderung der Höhe besonders im Zungenbereich. In den Profilen, 

die höher oben liegen und optisch in der Grafik weiter entfernt sind, hat die Perspektive jedoch 

einen grossen Einfluss und es wird schwierig, die Höhenveränderung abzuschätzen. Zudem ist 

der Fieschergletscher in seinem oberen Teil breiter als die gewählte Profillänge, somit kann mit 

der vorliegenden Profilserie nicht die ganze Gletscherausdehnung abgebildet werden. Von einem 

Experten wird ausserdem bemängelt, dass mit dieser Darstellung nicht gleichzeitig allfällige 

Höhenzunahmen dargestellt werden können. 

Als Verbesserungsvorschläge werden genannt, dass die Darstellungsrichtung der Profile in der 

Fliessrichtung des Gletschers gezeigt werden soll. Zwei Experten empfehlen die Höhenlinien in 

den Profilen darzustellen und ein anderer Experte empfiehlt die Höhenveränderungen wie eine 

Art Band in den Profilen abzutragen und einzufärben. 

Ein Glaziologe erwähnt, dass er einzelne Profildarstellungen herstellt. Jedoch wird nur ein Profil 

gezeichnet und dies jeweils mit verschiedenen Ständen gezeigt. Als Zusatzinformation wird 

73


auch häufig das Gletscherbett, die Sohle des Gletschers, abgebildet, um nicht nur die Veränderungen, 

sondern auch die gesamte Eisdicke zu zeigen. 

6.4.5 Frageblock 5: 2.5D-Visualisierungen 


Im Frageblock 5 wird geklärt wie sinnvoll die Darstellung der Thematik in 3D generell ist. Auf einer 

Skala von 1 (nicht sinnvoll) bis 5 (sehr sinnvoll) beurteilen die Experten diese Darstellungsmöglichkeit 

mit einer knappen 3. Sie sagen, dass es sehr vom Zielpublikum abhängt, ob eine 

solche Darstellung geeignet ist. Die Vorteile sind, dass das Gebiet plastisch aussieht und man 

sich gut orientieren kann. Zudem ist ein 3D-Bild für die breite Öffentlichkeit sehr anschaulich 

und es müssen keine Höhenlinien interpretiert werden zur Auffassung der Topografie. Für die 

Experten überwiegen jedoch die Nachteile die Vorteile stark. So wird gesagt, dass eine 3D- 

Darstellung häufig weniger wissenschaftlichen Gehalt in sich trägt als eine Darstellung in 2D. 

Zudem sind einige Partien des Geländes aufgrund der Topografie im Sichtschatten verdeckt. 

Durch die Perspektive der Darstellung ist es häufig schwierig, Abschätzungen zu machen, z.B. 

wie breit der Gletscher an einer bestimmten Stelle ist. 

So entscheiden sich alle Experten im Falle einer wissenschaftlichen Präsentation des Themas 

für eine 2D-Darstellung anstatt einer 3D. Doch die Kombination, bei der die 3D-Abbildung mit 

einer 2D-Darstellung abgebildet wird, würden 6 von 7 Experten bevorzugen. 

Wenn 3D-Abbildungen in gedruckter Version oder in einem PDF gezeigt werden, bewerten dies 

die Experten mit 3 Punkten. Dies begründen sie mit den Vor- und Nachteilen, die oben geschildert 

sind. 

Bei der Frage konkret zum gezeigten Bild, wie wichtig der Hintergrund erscheint, sagen die Experten, 

dass er wichtig ist, muss aber gut gewählt sein. So wird genannt, dass z.B. ein schattiertes 

Relief oder nur ein Gitter genügt, um die Form des Geländes wiederzugeben. Die gezeigte 

topografische Karte war allen Experten zu informativ und für den Druck einer 3D-Darstellung 

ungeeignet. 


Alle Experten sind der Meinung, dass das Thema durchaus in 3D visualisierbar ist. In gedruckter 

Version raten die meisten davon ab. Wenn die breite Öffentlichkeit das Zielpublikum darstellt, 

ist es als Anschauungszweck geeignet oder an einem Vortrag sinnvoll. Jedoch ist der Informationsgehalt 

in 3D viel kleiner als in einer 2D-Abbildung. Zudem kann 3D durch die Perspektive 

und Verdeckung zu Fehlinterpretationen führen. 

6.4.6 Frageblock 6: Interaktives Beispiel 


Nachdem dass in den vorangegangen Blöcken gedruckte Produkte die Thematik darstellten, 

wird im Frageblock 6 ein Prototyp gezeigt, welcher dieselben Daten interaktiv am Bildschirm 

präsentiert. Dieser ist auf dem beigelegten Datenträger aufrufbar. 

74


Im Prototyp werden die Daten mittels Google Earth und KML dargestellt. Die Steuerung erfolgt 

mit der Maus und verfügt über Zoom und Pan. Mittels Mausklick in den Themenlayer werden 

die Klasse und weitere Informationen angezeigt. Rechts neben dem Kartenfenster besteht die 

Möglichkeit mittels Button das Terrain in 2D und 3D ein- und auszublenden. Weiter können die 

Layer in 2D und extrudiert als Prismenkarte in 3D betrachtet werden. Für eine detailliertere Beschreibung 

des Prototyps siehe Kapitel 5.4.6. 

Die Frage 6.1 befragt die Experten bezüglich ihrer Erfahrung mit Google Earth. Zwischen 1 (keine) 

und 5 (sehr viel) wird diese Frage im Mittel mit einer 4 beantwortet. 3 Experten haben die 

Zusatzfrage verneint, ob sie bereits wissen, dass Google Earth mit Plug-In in einem Webbrowser 

lauffähig ist. 

Auf die Frage, ob es wichtig ist, dass das interaktive Beispiel über das Internet abrufbar ist, wird 

mit einer guten 4 geantwortet. Besonders geschätzt wird, dass die Verbreitung der Daten ohne 

grosse Hürden geschieht. Hauptsächlich für die Information und Sensibilisierung der Bevölkerung 

könnte dieses Medium eingesetzt werden. 

Dass der interaktive Prototyp als Mehrwert bezeichnet wird, bestätigt ebenfalls die Bewertung 

einer guten 4. Doch wird er eher als Ergänzung zu einer gedruckten Karte betrachtet. Wissenschaftlich 

könnte er in dieser Form kaum zum Einsatz kommen, deshalb wird er von einem Glaziologen 

als Spielerei bezeichnet. 

Ebenfalls im selben Rahmen fällt die Bewertung für die Abfragemöglichkeit der Klassen mittels 

Mausklick aus. Besonders gefällt, dass noch mehr Infos angezeigt werden und zum Vergleich 

nicht die Legende konsultiert werden muss. Dass diese Funktion die absoluten Werte einer Zelle 

anzeigen würde, wäre aus der Perspektive eines Glaziologen nicht notwendig. 

Dass die Prismenfunktion in 3D ein Mehrwert zum 2D-Layer darstellt, wird bei den meisten Experten 

verneint. Die negative Kritik basiert hauptsächlich in der Skalierung der grossen Säulen. 

3 Personen sagen, es sei ein Mehrwert, weil es eine spannende Darstellung ist oder weil sie Daten 

bis jetzt noch nie so aufbereitet gesehen haben. 

Der Ansichtswechsel des Terrains zwischen 2D und 3D wird nur von zwei Experten als sinnvoll 

bezeichnet. Denn wenn die Darstellung interaktiv ist, dann gibt es keine Verdeckungen und 

somit ist diese Funktion unnötig. Zudem ist die Vogelperspektive auch in 3D einstellbar und erzielt 

denselben Effekt. Ein Button, der die Ansicht automatisch in die Vogelperspektive wechselt, 

wäre eine gute Idee laut einem Experten. 

Die Frage, ob der User die Option haben sollte, einen anderen Hintergrund anzeigen zu lassen, 

haben alle bejaht. Am häufigsten wünschten sich die Experten ein Relief als Hintergrund ähnlich 

der Ansicht wie beim Atlas der Schweiz im Panoramamodus. Aber auch einen Beschriftungslayer, 

Höhenlinien und Koten oder aber auch die topografische Karte werden von zwei 

Experten gewünscht. 

Ob der User die Farbe der Legende selber ändern können soll, wird mit einer 2 bewertet. Es 

scheint nicht so wichtig eine eigene Farbgebung zu wählen, wenn die Default-Legende gut gewählt 

ist. Ein Experte meint als Kompromiss, dass es eventuell sinnvoll ist, vier verschiedene 

Farbskalen zur Verfügung zu stellen, aus welchen der User auswählt. Viel mehr wird von den 

Experten jedoch eine Funktion gewünscht, die es erlaubt die einzelnen Layer leicht transparent 

darzustellen 

75


Bei der Frage 6.10 werden drei Screenshots vom Rhonegletscher von drei verschiedenen Zeitständen 

in gedruckter Version gezeigt. Die Frage dazu lautet, wie sinnvoll es ist, dass diese drei 

Stände fliessend ineinander dargestellt werden, z.B. mit einer Animationstechnik wie 

Morphing. 4 Experten bewerten diese Möglichkeit als sehr sinnvoll mit einer 5, und je 1 Experte 

gibt 4, respektive 3 und 2 Punkte. Positiv wird bewertet, dass eine Animation für Aufklärungszwecke 

zum Klimawandel und als Anschauungsobjekt sehr gut geeignet ist. Der grösste Kritikpunkt 

ist, dass ein Morphing die Zeitstufen zwischen zwei Ständen interpoliert und somit Daten 

gezeigt werden, die nicht empirisch aus der Landschaft stammen. 

Zur Abschlussfrage wird ein 3D-PDF mit einem Gletscher gezeigt. Alle Experten haben noch 

wenig Erfahrung damit und noch nie eines erstellt. Dass das Format existiert und plattformunabhängig 

Geodaten in kleinster Datengrösse versendet werden können, schätzen alle Experten 

als sehr wertvoll ein. 


Mit dem Frageblock 6 wird von den Experten ihre Meinung zur 3D-Datenpräsentation in einem 

interaktiven Beispiel verlangt. Die meisten Experten finden diese Darstellung interessant und 

vor allem für die breite Bevölkerung ein gutes Informationsmedium. Dass das Beispiel über Internet 

abrufbar ist, wird geschätzt, muss aber nicht zwingend sein. Es stellt sicherlich einen 

Mehrwert zu einer gedruckten Karte dar. Sehr geschätzt wird, dass der User die einzelnen Klassen 

abfragen kann und die Daten nicht mit der Legende herauslesen muss. Von grossem Vorteil 

wäre, wenn der User die Basiskarte wechseln könnte. Auf diese Weise wird die Darstellung individuell 

und je nach Bedürfnis angepasst. Die Experten empfinden es aber als wenig sinnvoll, 

wenn der Benutzer Einfluss auf die Farbgebung der Legende hat. Falls mehrere DHMs gleichzeitig 

angezeigt werden, betrachten die Experten dies gerne als Animation, um die Veränderungen 

über eine gewisse Zeitspanne fliessend zu visualisieren. Dies würde sicherlich auch gut zur 

Aufklärung der Bevölkerung genutzt werden können. Dass ein plattformunabhängiges Austauschformat 

wie 3D-PDF existiert wird von den Experten sehr geschätzt. Jedoch kommt es 

auch in ihrem Arbeitsalltag bis jetzt noch nicht zum Einsatz. 

6.4.7 Frageblock 7: Abschluss 


Im letzten Block 7 geht es um das genaue Lesen von verschiedenen Darstellungen und um Abschätzungen 

zu einzelnen Werten zu äussern. Zudem werden abschliessende Fragen zur Thematik 

gestellt und um bereits im Gespräch mit den Experten erwähnte Punkte nochmals aufzugreifen. 

Es wird nach der attraktivsten und der schlechtesten der gezeigten Darstellungen 

gefragt. 

Bei der Frage 7.1 muss der Experte aus einer flächendeckenden Darstellung (7A) anhand einer 

kontinuierlichen Skala die Höhenveränderung an einem definierten Punkt bestimmen (markiert 

mit einem Kreuz). 1 Experte hat den Wert bis auf 3 Meter genau geschätzt, ein weiterer innerhalb 

von ±10m. Die 5 weiteren Experten haben sich zwischen 40 und 60 m verschätzt. In der 

zweiten Frage wird die gleiche Darstellung mit einer klassierten Einteilung (7B) nochmals gezeigt. 

Allen Experten gelingt es, anhand der Legende die richtige Klasse zu bestimmen. 

76


Die zweite Abschätzfrage zeigt die Darstellung mit der grössenproportionalen Darstellung (7C). 

Bei einem gekennzeichneten Kreis schätzen die Experten die Höhenabnahme. Allen Experten 

gelingt die Schätzung innerhalb von ±5 m. Der gleiche Kreis soll in der klassierten Darstellung 

geschätzt werden. Alle Experten haben auch hier die richtige Klasse erkannt. Welche einfacher 

zum Abschätzen ist, haben alle, ausser einem Experten, die klassierte Variante angegeben. 

Auf die Frage, welche die attraktivste aller gezeigten Abbildungen ist, werden diverse genannt. 

Mit drei Nennungen wird die Darstellung mit den gestaffelten Profilen(4A) als Attraktivste gewertet, 

weil sie eine neuartige und interessante Illustration zur Thematik darstellt. Die topografische 

Karte mit der leicht transparenten Thematik (2E) wird zweimal als attraktivste gewählt. 

Einzelnennungen sind die grössenproportionalen Kreissymbole (3B) und die Abbildung mit dem 

Orthofoto (2G). Diese Angaben sind wiederum stark vom Zielpublikum abhängig, so die Experten. 

Auch das interaktive Beispiel wird hier mehrmals als sehr attraktiv genannt. 

Als Darstellung, die den Inhalt am besten zeigt, werden wiederum diverse genannt. Als einzige 

zweimal wird die Abbildung (2E) gewählt. Weiters erwähnt werden (2B), (2D), (2G), (3A) und 

(3B). 

Den Inhalt am schlechtesten zeigt die Darstellung (1A), da die Farbwahl den Kartenleser sehr 

verwirrt. Sie wird dreimal als schlechtestes Beispiel genannt. Zweimal genannt wird (7A), da aus 

dieser Abbildung die Werte nicht richtig schätzbar sind. Weiter werden auch die (3F) und die 

(3D) mit den grössenproportionalen Kreisen gewählt. 

Ähnlich sieht es bei der Frage zur unattraktivsten Darstellung aus. (1A) wird hier zweimal gewählt, 

aber auch (3D) mit den grössenproportionalen Kreissymbolen mit der Farbe Blau als Abnahme. 

(3F) und (2C) werden ebenso erwähnt. Ein Experte bezeichnet keine der gezeigten Darstellungen 

als sehr unattraktiv. 

Die zweitletzte Frage ergründet, wie wichtig die Gestaltungsvariable Farbe für die Thematik der 

Höhenveränderungen auf dem Gletscher ist. 4 Experten bewerten diese als sehr wichtig mit einer 

5 und 3 Experten bewerten es mit einer 4. Die Farbe hat die grösste Kraft aller Variablen, so 

die Meinung aller Experten. Sie bekommt eine grosse Aufmerksamkeit in allen Darstellungen. 

Formen können die Thematik nie so aufgelöst darstellen wie die Farbe. Ein Glaziologe erwähnt, 

dass einige Paper nur in schwarz/weisser Farbe gedruckt werden. Somit stellt er auch Visualisierungen 

in Graustufen dar. Trotzdem ist für ihn die Farbe ein wichtiges Instrument in der 

Darstellung. 

Die letzte Frage ist eine offene, die die Experten frei beantworten. Hier soll der Experte schildern, 

wie er die Thematik mit seiner Erfahrung und Wissen darstellen würde. Es werden einige 

Varianten genannt, die ihren Ursprung in einer der gezeigten Abbildungen finden. Einige tendieren 

auf eine 2D-Darstellung mit topografischer Karte, ein anderer versucht nur mit einer 

Outline-Karte des Gletschers, sowie Flächenfarben in der Thematik und Zusatzinformationen 

zur Orientierung zu arbeiten. Zudem würde einer die gezeigten Daten noch stärker generalisieren. 

Ein Experte aus dem Bereich der Kartografie würde das Thema nur interaktiv in 3D darstellen 

wollen und ein anderer mit einer kartenverwandten Darstellung anhand einer diskreten 

Säulenkarte, ähnlich der gezeigten Prismenkarte im interaktiven Beispiel. Beide Glaziologen 

würden mittels eines Orthofotos ihre Thematik präsentieren. 

Alle Experten weisen darauf hin, dass die Darstellung stark vom Zielpublikum und der Aussage, 

die vermittelt werden soll, abhängt 

77



Der Frageblock 7 weist gemischte Fragen auf. Einerseits gilt es Abschätzungen von Werten aus 

den Karten anzugeben, andererseits werden Bestvarianten aus den Abbildungen erkoren. 

Die meisten Experten schätzen die Werte relativ genau, ausser bei der Darstellung mit der kontinuierlichen 

Legende. Bei den klassierten Legenden stossen die Experten auf keine Probleme. 

Daraus lässt sich schliessen, dass diese Visualisierungen einfach zu interpretieren sind und die 

Thematik angemessen wiedergeben wird. 

Bei den attraktivsten, den Inhalt am besten, den Inhalt am schlechtesten und bei den unattraktivsten 

Darstellungen sind die Antworten der Experten sehr divers. Häufig war der Standpunkt 

zu hören, dass es keine allgemeingültigen Kriterien gibt, die es erlauben eine perfekte Visualisierung 

zur Thematik zu gestalten. Vielmehr ist es vom Zielpublikum abhängig und der Aussage, 

die man mit der Kartendarstellung verfolgt. Wird die Thematik mehrmals in einer wissenschaftlichen 

Arbeit wiederholt dargestellt, darf die Karte anders aussehen, als wenn sie zu illustrativen 

Zwecken, z.B. in einer Tageszeitung, abgedruckt wird. 

Aus den Expertenvoten kann eruiert werden, dass in den gezeigten Abbildungen interessante 

Darstellungen hervorgegangen sind, jedoch auch noch Optimierungspotenzial vorhanden ist. 

Die Grundbasis und die Daten liegen vor, um Karten für jedes Zielpublikum und jeden Zweck zu 

gestalten. 

6.4.8 Abschliessende Interpretation zu den Expertenbefragung 

Diese Expertenbefragung untersucht die Thematik der Höhenveränderungen auf dem Gletscher 

und deren Visualisierung. Mit gezielten Fragestellungen werden die Kernpunkte zu Farbgebung, 

Farbschema, Darstellungsart und Gestaltung von Experten ermittelt und festgehalten. 

Eine Befragung von sieben Experten erlaubt keine statistisch korrekte und repräsentative Aussage 

zum Thema. Die Befragung von Experten ist auch eine qualitative Erfassungsmethode. 

Vielmehr werden diese Experteninterviews als ein erster Schritt zur Beurteilung dieser interessanten 

Fragestellung und Thematik angesehen. Aufgrund dieser erstmaligen Durchführung ist 

es möglich, anhand der Erkenntnis aus den Angaben der Experten und den daraus gezogenen 

Interpretationen, weitere vertiefte Evaluierungen für zukünftige Arbeiten durchzuführen. 

78


7 Ausblick und Fazit 

7.1 Ausblick 

Diese Arbeit und die Thematik beinhaltet reichlich Potential, um in einzelne angesprochene Aspekte 

weiter einzudringen. Doch wird mit dieser Arbeit ein begehbarer Weg aufgezeigt, in welche 

Richtung die Forschungen und weiterführende Arbeiten gehen könnten. 

So verbirgt sich in den beschriebenen Arbeitsschritten im halbautomatischen Verfahren von 

der Karte zum DHM einiges Potential, um die Rekonstruktion weiter zu automatisieren. 

Als weitere zukünftige Arbeit könnte der interaktive Prototyp basierend auf GOOGLE EARTH API 

und KML weiter ausgebaut werden. Eine erste Evaluierung wurde mit der Expertenbefragung 

im Sinne eines evolutionären Prototyping durchgeführt. Es besteht z.B. die Möglichkeit, weitere 

Layer einzublenden, wie die Landeskarte 1:50'000 oder ein schattiertes Relief. Zudem könnten 

weitere spezifische und interessante Informationen zu den Klassen abgefragt werden. Wenn 

noch mehr Daten und DHMs vorhanden sind, könnte man auch noch weitere Gletscherstände 

integrieren. Als weiterer Schritt stünde offen, weitere Gletscher aus der Datensammlung der 

VAW mit ähnlichem Informationsgehalt in die Applikation einzubinden. Da das Kartenfenster 

in eine konventionelle HTML-Seite integriert ist, kann auch diese beliebig übersichtlich und mit 

verschiedenen Inhalten gestaltet werden. 

Bezüglich Visualisierungen stehen auch nach Ausführung dieser Arbeit einige Möglichkeiten 

offen. Die Darstellungen in dieser Arbeit sind auf der Grundlage zweier DHMs aus den Jahren 

1927 und 2008 erstellt. Diese könnten nun für animierte Visualisierungen verwendet werden, 

z.B. mit Morphing, wo Gletscherstände zwischen den Zeiträumen interpoliert sind. 

Mit der Durchführung von Experteninterviews wurde eine erste Sondage zur Thematik Höhenveränderungen 

auf dem Gletschergebiet durchgeführt und die Resultate stehen für weitere Arbeiten 

zur Verfügung. Aufgrund der Expertenkommentare besteht noch grosses Potential, um 

die diversen Visualisierungen aus dieser Arbeit dem Zweck und je nach Zielpublikum entsprechend 

zu optimieren. 

7.2 Fazit 

Mit dieser Masterarbeit konnte das DHM der ganzen hydrologischen Einheit vom Fieschergletscher 

inklusive Studer- und Galmigletscher mit dem Gletscherstand von 1927 aus der Erstausgabe 

der Landeskarte 1:50'000 rekonstruiert werden. Somit kann dieser Datensatz zur Datensammlung 

der VAW hinzugefügt werden und steht für weitere Forschungszwecke zur Verfügung. 

Es ist gelungen, ein halbautomatisches Verfahren aufzuzeigen, welches erlaubt, aus der Karte 

die Höheninformation mittels Bildbearbeitung zu extrahieren und durch den Einsatz eines GIS 

ein DHM herzustellen. Mittels verschiedenen Vergleichen mit anderen DHMs konnte gezeigt 

79


werden, dass diese Methodik in der Genauigkeit ebenso gut oder gar besser ist als die bisher 

angewendete manuelle Variante. 

Ob die halbautomatische Variante von der Karte zum DHM vom Zeitaufwand hier in der Ausführung 

kleiner als in der manuellen Variante ist, kann nicht gesagt werden, da der direkte Vergleich 

in dieser Arbeit nicht gemacht werden konnte. Zudem ist zu erwarten, dass es stark von 

der Grösse und der Komplexität des Gletschergebiets abhängt. Die blaue Höheninformation 

aus der Karte wird sehr gut mit diesem Verfahren detektiert und vektorisiert, einzig die Gletscherspalten 

und die Beschriftung sind störende Elemente. Die braunen Höhenlinien sind aufwendiger 

in der Extrahierung aus der Karte, da die Linien verschiedene Farbtöne aufweisen. Mit 

einer indexierten Bildvorlage könnte die Extrahierung eventuell noch besser gelingen. Der 

schwarze Layer benötigt am meisten Zeit, um die Höheninformation schliesslich vektoriell im 

GIS zu verwalten. Einerseits hat es im schwarzen Layer, nebst den Höhenlinien, Beschriftung 

und andererseits vor allem Felszeichnungen und -schraffen, die keine quantitative Höheninformation 

aufweisen. So muss bei dieser Farbe viel Aufwand betrieben werden, um nur die gewünschte 

Information zu erhalten. 

Der Vorteil zum manuellen Vorgehen liegt darin, dass schliesslich die Höhenlinien in exakter 

Geometrie aus der Karte und nicht nur punktweise generalisiert vorliegen. Somit ist der Ansatz 

dieses Verfahrens sehr interessant und kann weiterhin rationalisiert und optimiert werden. Am 

meisten Potential liegt sicherlich in der Selektion zwischen benötigter und nicht benötigter Information, 

sprich zwischen Höhenlinien und anderen Kartenelementen. 

Durch das halbautomatisierte Verfahren zur Attribuierung der Höhenlinien mittels eines Tools 

liegt eine effiziente Methode vor, die nur mit sehr viel Aufwand noch weiter automatisiert werden 

kann. 

Mit dem Herstellen verschiedener Darstellungen wird gezeigt, dass die Thematik auf diverse 

Art und Weise dargestellt werden kann. Mit der Evaluierung der Abbildungen anhand einer 

Durchführung von Experteninterviews mit sieben Experten werden erste Aussagen zur Abbildung 

von Höhenveränderungen auf dem Gletschergebiet gemacht. Die Expertenbefragung liefert 

in dieser Form erste Erkenntnisse, die für weitere Untersuchungen als Ausgangslage verwendet 

werden können. 

80


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http://www.swisstopo.admin.ch/internet/swisstopo/de/home/topics/survey/sys/refsys/projections.html, 

(Zugriff: 17.03.2011). 

[swisstopo, 2010b] 

Bundesamt für Landestopografie swisstopo, Georeferenzierung, Bedeutung und Merkmale, Historische 

Geodaten, Geodaten, 2010. 2010 


key_dat/geo_ref.html (Zugriff: 20.04.2011). 

84


[swisstopo, 2010c] 

Bundesamt für Landestopografie swisstopo, Landeskarten Hintergrundinformation, Kartensammlung, 

Historische Geodaten, 2010. 2010 


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[swisstopo, 2011] 

Bundesamt für Landestopografie swisstopo, SWISSIMAGE Produktion, Orthobilder, Bilder, 2011. 

http://www.swisstopo.admin.ch/internet/swisstopo/de/home/products/images/ortho/swissima 

ge_production.html (Zugriff: 02.06.2011). 

[VAW, 2010a] 

Schweizerisches Gletschermessnetz, Fieschergletscher – Fieschertal (VS), Versuchsanstalt für Wasserbau, 

Hydrologie und Glaziologie (VAW), ETH Zürich, 2010. 2010 

http://glaciology.ethz.ch/messnetz/glaciers/moiry.html, (Zugriff: 24.05.2011). 

[VAW, 2010b] 

[VAW, 2011] 

Schweizerisches Gletschermessnetz, Fieschergletscher – Fieschertal (VS), Versuchsanstalt für Wasserbau, 

Hydrologie und Glaziologie (VAW), ETH Zürich, 2010. 2010 

http://glaciology.ethz.ch/messnetz/glaciers/fiescher.html, (Zugriff: 24.05.2011). 

Glaziologie, Abteilungen, Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie, ETH Zürich, 

2011. http://www.vaw.ethz.ch/divisions/gz/index_DE. (Zugriff: 17.03.2011). 

[Wiesmann, 2009] 

Wiesmann, S.: Glacier Visualation Methods – An Overview, 2009. 2010 

http://wiesmann.cartography.ch/visualizations_overview/index.htm, (Zugriff: 29.04.2011). 

[Wiesmann et al., 2011] 

Wiesmann, S., Hurni, L., Christen, M.: A concept for highly interactive temporal and non-temporal 

3D animation of glacier evolution scenarios on the Internet, Institut für Kartografie und Geoinformation, 

ETH Zürich, 2011. 

[wikipedia, 2010] 

Moirygletscher, http://de.wikipedia.org/wiki/Moirygletscher, 2010. (Zugriff: 29.04.2011). 

[wikipedia, 2011a] 

Fieschergletscher, http://de.wikipedia.org/wiki/Fieschergletscher, 2011. (Zugriff: 29.04.2011). 

[Winter, 2001] 

Winter, R.: Entwicklung geeigneter Ansätze und Methoden zur kartographischen Visualisierung 

mehrdimensionaler glaziologischer Prozesse, Diplomarbeit, Institut für Kartographie der TU Dresden, 

Dresden, 2001. 

Copyright und Quelle der in der Arbeit verwendeten Geodaten 

Reproduziert mit Bewilligung von swisstopo (JA100120). Bundesamt für Landestopografie swisstopo 

(Art. 30 GeoIV): 5704 000 000. 

85


Anhang 

A 1 

Karten 

A 1.1 Glacier de Moiry 

Abbildung 51: 

Glacier de Moiry in der Erstausgabe der Landeskarte 1:50'000 (ohne Relief, nicht 

massstabsgetreu) 

A-1


Abbildung 52: 

Glacier de Moiry in der Erstausgabe der Landeskarte 1:50'000 mit den vektorisierten 

Höhenlinien für die Rekonstruktion (ohne Relief, nicht massstabsgetreu) 

A-2


A 1.2 Fieschergletscher 

Abbildung 53: 

Fieschergletscher in der Erstausgabe der Landeskarte 1:50'000 (ohne Relief, nicht 

massstabsgetreu) 

A-3


Abbildung 54: 

Fieschergletscher in der Erstausgabe der Landeskarte 1:50'000 mit den vektorisierten 

Höhenlinien und Koten für die Rekonstruktion (ohne Relief, nicht massstabsgetreu) 

A-4


A 2 Unterlagen Expertenbefragung 

A 2.1 Fragestellung 

Der komplette Fragebogen und Interviewablauf ist auf dem beigelegten Datenträger abgelegt. 

A 2.2 Abbildungen zur Expertenbefragung 

Aus Platzgründen werden hier alle Abbildungen aus dem Experteninterview in einer verkleinerten 

Grösse abgedruckt. Die Originalbilder in höherer Auflösung sind auf dem beigelegten Datenträger 

abgelegt. 

1A 

1B 

A-5


1C 

1D 

2A 

2B 

A-6


2C 

2D 

2E 

2F 

A-7


2G 

3A 

3B 

Akkumulation 

1 

10 

25 

Akkumulation 

0.139893 - 10.000000 

10.000001 - 20.000000 

20.000001 - 40.000000 

40.000001 - 60.000000 

60.000001 - 140.000000 

Ablation 

0.139893 - 10.000000 

10.000001 - 20.000000 

20.000001 - 40.000000 

40.000001 - 60.000000 

60.000001 - 140.000000 

50 

100 

Ablation 

1 

10 

25 

50 

100 

A-8


3C 

3D 

Akkumulation 

1 

10 

25 

50 

Akkumulation 

0.139893 - 10.000000 

10.000001 - 20.000000 

20.000001 - 40.000000 

40.000001 - 60.000000 

60.000001 - 140.000000 

Ablation 

0.139893 - 10.000000 

10.000001 - 20.000000 

20.000001 - 40.000000 

40.000001 - 60.000000 

60.000001 - 140.000000 

100 

Ablation 

1 

10 

25 

50 

100 

3E 

3F 

A-9


4A 

5A 

A-10


6A 

A-11


7A 

7B 

D 

7C 

7D 

Akkumulation 

1 

10 

25 

50 

100 

Ablation 

1 

10 

25 

50 

100 

Akkumulation 

0.139893 - 10.000000 

10.000001 - 20.000000 

20.000001 - 40.000000 

40.000001 - 60.000000 

60.000001 - 140.000000 

Ablation 

0.139893 - 10.000000 

10.000001 - 20.000000 

20.000001 - 40.000000 

40.000001 - 60.000000 

60.000001 - 140.000000 

A-12

Bericht, pdf - Institute of Cartography - ETH Zürich

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