Von DHDN/GK nach ETRS89/UTM ... - con terra GmbH

Uta Griwodz, MünsterVon DHDN/GK nach ETRS89/UTM –formatunabhängige KoordinatentransformationEinleitungIn Deutschland vollzieht sich derzeit derUmstieg von DHDN/Gauß-Krüger (DHDN/GK) zum amtlichen BezugssystemETRS89/UTM (European Terrestrial ReferenceSystem 1989 mit UniversalTransversal Mercator Projection). Basisist der Beschluss der Arbeitsgemeinschaftder Vermessungsverwaltungender Länder der Bundesrepublik Deutschland(AdV) vom Mai 1991 zur Einführungdes ETRS89 als Bezugssystem inDeutschland. Dieser Beschluss wurdevon der AdV nach sorgfältiger Prüfung1995 noch einmal bestätigt und UTM alsverebnete Darstellung für groß- undkleinmaßstäbige Karten festgelegt.Vorrangiges Ziel ist die Vereinheitlichungder heute heterogenen geodätischenGrundlagen der Geobasisdaten.Mit der Vereinheitlichung der Vielzahl vongeodätischen Lagebezugssystemen inDeutschland soll u. a. eine Grundlage füreine zukunftsfähige, europaweite Geodateninfrastrukturgeschaffen werden.Unterschiede DHDN/GKund ETRS89/UTMBezugssystem DHDN/GK ETRS89/UTMBezugsellipsoid Bessel 1841 GRS80LagerungAbbildungMaßstabsfaktor amMittelmeridianAusdehnung der Meridianstreifenbzw. -zonenMeridianstreifen bzw.-zonen in DeutschlandBezeichnung derKoordinatenwerteFalse EastingVerzerrungenGeodätischeLagebezugssysteme„Potsdam Datum“, ZentralpunktRauenbergGauß-Krüger: TransversaleZylinderprojektion(konforme Abbildung),BerührzylinderTabelle 1: Unterschiede DHDN/GK und ETRS89/UTM1 0,99963° 6°2, 3, 4, 5R(echts), H(och)2.500.000 m (2. Streifen)3.500.000 m (3. Streifen)4.500.000 m (4. Streifen)5.500.000 m (5. Streifen)Bis zu 12,4 cm pro kmStreckung am StreifenrandDHDN LS100, S42/83,RD83, PD83, Netz 77,PrLA, Netz 88, …Geozentrische LagerungUTM: transversale Zylinderprojektion(konformeAbbildung), Schnittzylinder32, 33(per Definition keine 31)E(ast), N(orth)500.000 mggf. 2.500.000 (Zone 32)und 3.500.000 (Zone 33)oder 32.500.000 (Zone 32)und 33.500.000 (Zone 33)Bis zu 40 cm pro km Stauchungin der ZonenmitteETRS89Das alte Bezugssystem DHDN/GK unterscheidetsich in mehreren Punkten vomneuen Bezugssystem ETRS89/UTM. In Tabelle1 sind die wesentlichen Unterschiedegegenübergestellt.Entscheidend im Umgang mit den Koordinatensind die Nutzung unterschiedlicherAbbildungen in die Ebene und die unterschiedlichenStreifenbreiten. Im alten BezugssystemDHDN/GK wird ein Berührzylinderzur Abbildung in die Ebene genutztund Deutschland in 3° breite Streifen unterteilt.Für das neue ETRS89/UTM wurde dieUniversale-Transversale-Mercator-Projetion(UTM) als Abbildung festgelegt. Hierwird ein Schnittzylinder zur Abbildung in dieEbene genutzt und Deutschland nicht in 3°sondern in 6° breite Zonen unterteilt.Beim DHDN/GK wird der Mittelmeridianverzerrungsfrei abgebildet und die Verzerrungennehmen zu den Rändern hin zu.Hierbei werden die Längen bis zu 12,4 cmpro km am Streifenrand gestreckt. Im SystemETRS89/UTM werden die Schnittmeridianeverzerrungsfrei abgebildet, am Mittelmeridianergibt sich die größte Verzerrung.Da außerdem die Streifen- bzw. Zonenbreitevon 3° auf 6° erhöht wurde, ergibtsich nun eine Verkürzung von Strecken amMittelmeridian um bis zu 40 cm pro km. Vonbesonderer Bedeutung ist die Änderung fürdiejenigen Anwender, die bisher mit Koordinatenam Mittelmeridian (9° oder 15°) gearbeitetund Strecken sowie Flächen direktaus der Karte abgegriffen bzw. aus Koordinatenerrechnet haben. An diesen Meridianentreten nun die höchsten Verzerrungenauf, sodass die Genauigkeit beim Abgreifenoder Errechnen aus Koordinaten ggf.nicht mehr ausreichend ist (Bild 1).Beim Umstieg ist im besonderen Maßedie Definition des False Easting zu beachten.Beim DHDN/GK ist es üblich, nebender Additionskonstante 500.000 m für denRechtswert, dem Rechtswert auch die Streifenkennziffervoranzustellen.Für die UTM-Projektion ist allgemein einFalse Easting von 500.000 m üblich, sodassder gesamte Wertebereich des Rechtswerts– durchgehend positiv und sechsstellig– zwischen 100.000 und 900.000 liegt.In Deutschland gibt es dennoch Gründe, diedafür sprechen, den Koordinaten im Rechtswerteine Zonenkennung voranzustellen.Häufig findet man daher in Deutschland einFalse Easting von 32.500.000 für die Zone32 und 33.500.000 für die Zone 33. Da abernicht alle Formate (z. B. EDBS) und nichtalle Datenbanken Koordinaten mit achtStellen aufnehmen können, findet man auchdie Definition des False Easting 2.500.000492 VDVmagazin 6/09 l Von DHDN/GK nach ETRS89/UTM – formatunabhängige Koordinatentransformation

Bild 1: Darstellung von Streckenverzerrungenfür die Zone 32 und False Easting 3.500.000für die Zone 33. Laut Definition der AdV istdas False Easting 500.000; die Zonenkennungkann aber beim Rechtswert der Koordinatezur Präsentation ergänzt werden.In den meisten Programmsystemen wirddiese Ergänzung direkt im False Easting abgebildet,da es in den Systemen in der Regelkeinen zusätzlichen Parameter für dasErgänzen von Ziffern beim Rechtswertgibt.Transformationsansätze zumBezugssystemwechselBei der Transformation von Daten von einemBezugssystem in ein anderes sind zweiunterschiedliche Schritte notwendig. Für dieUmrechnung unterschiedlicher Projektionenund Koordinatendarstellungen kannman auf strenge mathematische Formelnzurückgreifen. Es bestehen direkte algebraischeBeziehungen.Für den Wechsel von einem geodätischenDatum, d. h. von einem Ellipsoid ganzbestimmter Lagerung zu einem anderen Ellipsoidmit dessen Lagerung, können keinedirekten algebraischen Beziehungen aufgestelltwerden. Eine solche Umformung istnur möglich, wenn Stützpunkte für die Koordinatenin beiden Bezugssystemen vorliegen.Die Transformationsparameter derTransformationsgleichungen werden aufBasis von Stützpunkten ermittelt.Es gibt verschiedenste Ansätze um solcheUmformungen durchzuführen, darunterMehrparameteransätze (3-Parameter,Molodjenski, 7-Parameter, Bursa/Wolf, …)sowie Grid-basierte Ansätze (NADCON,HARN, NTv2, …) und weitere. Die Genauigkeitder erzielten Ergebnisse hängt in weitgrößerem Maße von der Anzahl, Verteilungund Genauigkeit der verwendeten Stützpunkteab als von der Wahl des Transformationsverfahrens.Im Folgenden sollen die für den Bezugssystemwechselin Deutschland gebräuchlichstenVerfahren kurz vorgestellt werden.7-Parameter-TransformationZwei verschiedene geodätische Bezugssystemelassen sich in folgenden Punkten unterscheiden:●●Lage des Ursprungs des Referenzellipsoids●●Ausrichtung der Koordinatenachsen X,Y, Z des Referenzellipsoids●●Maßeinheit der metrischen KoordinatenUm diese Unterschiede nachzubilden, isteine 7-Parameter-Transformation besondersgeeignet. Die sieben Parameter stehenhier für:●●3 Translationen●●3 Rotationen●●1 MaßstabsfaktorDie sieben Parameter können auf Basis vonStützpunkten berechnet werden, die in beidenSystemen vorliegen. Das Bundesamtfür Kartographie und Geodäsie (BKG) hatfür Deutschland mehrere 7-Parametersätzeberechnet und auch auf seiner Internetseiteveröffentlicht (http://www.crs-geo.eu/nn_124396/crseu/DEN/CRS__Description/crs-national__node.html?__nnn=true).Diese sind jeweils mit Genauigkeitsangabenversehen. Für Deutschland finden sichhier●●DE_DHDN (Whole Country, 1995) toETRS89, Genauigkeit ca. 5 m●●DE_DHDN (Whole Country, 2001) toETRS89, Genauigkeit ca. 3 m●●DE_DHDN (North) to ETRS89, GenauigkeitSubmeterbereich●●DE_DHDN (Middle) to ETRS89, GenauigkeitSubmeterbereich●●DE_DHDN (South) to ETRS89, GenauigkeitSubmeterbereichsowie jeweils ein Parametersatz für dieTransformation vom RD83 (Sachsen) insETRS89 und PD83 (Thüringen) insETRS89.Es gibt diverse weitere Parametersätze.Auch einige Katasterämter stellen auf Anfrage7-Parametersätze mit Genauigkeitsangabenfür ihre Gebiete zur Verfügung.Diese können für lokale Gebiete auch Genauigkeitenim Zentimeterbereich gewährleisten.Die meisten gängigen Geoinformationssysteme(GI-Systeme) unterstützen 7-Parameter-Transformationen.In der Regel sindein oder mehrere Parametersätze für dieTransformation des gesamten Bundesgebietshinterlegt. Weitere Parametersätzekönnen in der Regel zugefügt und dann zurTransformation ebenfalls genutzt werden.NTv2: BeTA2007 „BundeseinheitlicheTransformation für ATKIS”Bei der Transformation mit BeTA2007 handeltes sich um ein Grid-basiertes Verfahrenzur Datumstransformation.Bei einem Grid-basierten Verfahren wirdein Gitter, ein sog. Grid, über das Gebietgelegt, das transformiert werden soll. Fürdie Eckpunkte des Gitters werden Koordinatenin jeweils beiden Systemen bestimmt(Stützpunkte). Die Koordinaten der zu trans-Von DHDN/GK nach ETRS89/UTM – formatunabhängige Koordinatentransformation l VDVmagazin 6/09493

formierenden Punkte werden dann jeweilsdurch Interpolation zwischen diesen Gitterpunktenermittelt.NTv2 steht für National Transformationversion 2 und hat seinen Ursprung in derkanadischen Landesvermessung. Bei NTv2wird eine bilineare Interpolation genutzt, umdie Zwischenpunkte zu berechnen.Im September 2006 hat die AdV beschlossen,dieses Verfahren bundeseinheitlichfür die Transformation geotopografischerDaten nach ETRS89 einzusetzen. Dasbundeseinheitliche Gitter, das den Erhaltder zwischen den Bundesländern bereitsharmonisierten ATKIS-Landesgrenzen berücksichtigt,wird kostenlos zur Verfügunggestellt und steht unterwww.adv-online.debzw. im Informationssystem CRS-EU http://crs.bkg.bund.de/crseu/crs/descrtrans/BeTA/de_dhdn2etrs_beta.phpzum Download zur Verfügung.BeTA2007 steht dabei für „BundeseinheitlicheTransformation für ATKIS“. DieGenauigkeit wird von der AdV mit Submetergenauigkeitangegeben. Da für topografischeDaten eine Genauigkeit vonbesser als 3 m vorgegeben ist, ist die Submetergenauigkeitfür diese Daten ausreichend.Das Verfahren der Umformung nachNTv2 steht auch als Open-Source-Verfahrenzur Verfügung. In den meisten gängigenGI-Systemen wird das NTv2-Verfahren alsTransformationsverfahren angeboten. Zudemist in den aktuellen, in Deutschlandgängigen Systemen in der Regel auchBeTA2007 bereits integriert.Amtliche Lösungen derBundesländerFür die Transformation der Daten des Liegenschaftskatastersist eine Genauigkeit imSubmeterbereich nicht ausreichend. Aufgrundder heterogenen Ausgangslage inden verschiedenen Bundesländern, sowohlwas die organisatorischen Strukturen alsauch die Historie, Genauigkeiten und Spannungender jeweiligen Netze betrifft, wurdenfür die hochgenaue Transformation unterschiedlicheVerfahren in den einzelnenBundesländern festgelegt.Da den verantwortlichen Stellen bewusstist, dass auch Geofachdaten, diesich auf die Geobasisdaten des Liegenschaftskatastersbeziehen, auf dieselbeArt umgerechnet werden müssen, um diegeometrischen Identitäten zu erhalten,stellen sie ihre Ansätze in der Regel zurVerfügung. Dies geschieht zumeist einerseitsüber Programme zur Umrechnungvon Punktdaten, andererseits aber auchüber sog. Dynamic Link Libraries (DLLs)zur Integration der amtlichen Ansätze inSoftwareprogramme Dritter.In allen Bundesländern arbeiten die damitbeauftragten Ämter derzeit am Bezugssystemwechsel.Einige Bundesländer habenihre Programme, DLLs und Stützpunkteschon veröffentlicht, andere sind in der Umsetzungbzw. in der Planungsphase.Die con terra GmbH hat die derzeit verfügbarenDLLs zur Transformation von Geodatenmit den Verfahren des Liegenschaftskatastersund damit der amtlichen Verfahrenin die formatunabhängige DatendrehscheibeFeature Manipulation Engine (FME)integriert und plant, weitere – durch die Vermessungsverwaltungender Bundesländerzur amtlichen Transformation bereitgestellte– DLLs in FME zu integrieren. Somit stehendie landesspezifischen Lösungen den Nutzernaller gängigen GI- und CAD-Systemesowie aller räumlichen Datenbanken zu Verfügung.FME-TechnologieFME (Feature Manipulation Engine) ist einleistungsfähiges, universelles Werkzeug zurGeodatenprozessierung und Konvertierungräumlicher Informationen der kanadischenSafe Software Inc. FME ermöglicht den Zugriffund die Verarbeitung von über 250 Datenquellen,d. h. CAD- und GIS-Formate,Datenbanken und Dienste.Initial werden innerhalb der FME Prozesse(sog. Mappingfiles) beschrieben, welche dieKonvertierung und Qualitätssicherung derBild 2: SHTransReprojector für Schleswig-HolsteinDaten fachlich und funktional beschreiben.Diese Mappingfiles sind später automatisiertoder per Prozessaufruf nutzbar und dienenso als Grundlage für Stapelverarbeitungenund Massendatenprozessierung.Für die funktionale Beschreibung derProzesse stehen eine Vielzahl von Werkzeugen,sog. Transformer, zur Verfügung,um Geodaten mit externen Sachinformationenanzureichern, sie in andereRaumbezugssysteme zu transformieren,Datensätze oder Objekte zusammenzufügenetc.Die Integration von DLLs z. B. zurTransformation von Daten in FME kannüber die FME-Plug-in-Developer API derFME erfolgen. Auf diese Art wurden voncon terra kostenpflichtige Zusatzprodukte,sog. Custom Transformer, fürFME entwickelt, welche die Transformationenmit den amtlichen Lösungenermöglichen. Über die Integration alsCustom Transformer stehen die amtlichenTransformationslösungen innerhalbder FME-Workbench wie jede andereFME-Funktionalität zur Verfügung.Lösungen für den Lagebezugssystemwechselim LiegenschaftskatasterZurzeit stehen noch nicht für alle BundesländerDLLs zur Integration zu Verfügung,daher werden im Folgenden beispielhaft nurzwei Bundesländer betrachtet, um landestypischeUnterschiede in den Lösungenaufzuzeigen.Landeslösungen am Beispiel vonSchleswig-Holstein und NRWSchleswig-HolsteinIn Schleswig-Holstein werden die Datendes Liegenschaftskatasters mit einer Trans-494 VDVmagazin 6/09 l Von DHDN/GK nach ETRS89/UTM – formatunabhängige Koordinatentransformation