Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes


Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Emden

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Inhalt: Seevermessung

Die Seevermessung


Aufgabe der Seevermessung ist es, den unter Wasser liegenden, nicht einsehbaren Teil der Erdoberfläche zu erfassen und darzustellen. Die Durchführung dieser Messungen wird auch als "Peilen" bezeichnet. Beim "Peilen" werden die Wassertiefen gemessen die Positionen bestimmt, an denen die Messungen vorgenommen wurden und die dazugehörige Zeit registriert.
Zur Durchführung von Peilungen sind Vermessungsschiffe erforderlich. Für das WSA Emden sind die Vermessungsschiffe "Weekeborg“, „Paapsand“ und „Norderney“ im Einsatz. Das Vermessungsboot „Weekeborg“ misst monatlich die Wassertiefen in der Unterems, das Vermessungsschiff „Paapsand“ ist hauptsächlich im dem Bereich von Oldersum bis zur „Nordsee im Einsatz und das Vermessungsschiff „Norderney mit der Peiljolle Juist“ kontrolliert und vermisst die Fahrwassertiefen zwischen dem Festland und allen ostfriesischen Inseln.

 

Bild 1: Vermessungsschiff "Paapsand", Sturmfahrt

 

Weekeborg, © Foto:  Arendt

Bild 2: Vermessungsboot "Weekeborg"

 

 

VS "Norderney", Foto: © Arendt

Bild 3: Vermessungsschiff "Norderney"

 

Peiljolle, Foto: © Arendt

Bild 5: Peiljolle

Diese vier Vermessungseinheiten haben insgesamt eine Besatzungsstärke von 10 Mann, davon 8 Mann mit der Zusatzausbildung zum Seevermessungstechniker. Diese insgesamt 26-wöchige Zusatzausbildung liegt in der Verantwortung des "Bundesamtes für Seeschifffahrt und Hydrographie" (BSH).

 

Aufgaben der Seevermessung

Insbesondere in der Fahrrinne unterliegt der morphologische Zustand der Gewässsersohle dauernden Änderungen durch Einwirkung von natürlichen Einflüssen, wie z.B. Gezeiten, Oberwasser, Strömung. Um die Verkehrssicherungspflicht zu erfüllen, müssen die Wassertiefen im Fahrwasser mit genügender Häufigkeit überprüft und bekannt gegeben werden. Bei der Feststellung von gefährlichen Untiefen ist die Schifffahrt zu warnen. Das nautische Büro, die Revierzentrale, das Baggerbüro und die Lotsen erhalten ständig die neuesten Peilpläne in digitaler Form als pdf- Datei.

 

Verkehrssicherungspeilung

Bild 4: Verkehrssicherungspeilung

 


Sind die vorgegebenen Solltiefen in der Fahrrinne nicht vorhanden, ist ein Baggereinsatz erforderlich. Die Baggerarbeiten werden durch Peilungen gesteuert, begleitet und kontrolliert.


F ür die Planung und Beurteilung von Ausbaumaßnahmen (Beweissicherung) von Bundeswasserstraßen als auch für die wirtschaftliche Gestaltung der Unterhaltungsmaßnahmen sind gewässerkundliche Peilungen erforderlich. Da die Veränderungen der Wassertiefen innerhalb eines Fahrwassers unter Umständen ganz wesentlich von den Veränderungen der anschließenden Randgebiete und im Bereich des äußeren Reviers auch von den Veränderungen auf den Watten und in den Prielen beeinflusst werden, ist es notwendig, für die gewässerkundlichen Untersuchungen weiträumige Gebiete zu erfassen.

Zur Erhaltung der für die Schifffahrt erforderlichen Wassertiefen sind Strombauwerke in Form von Leitdämmen und Buhnen errichtet worden. Diese Bauwerke liegen ebenso wie die Seezeichen, Messstationen, Pegel u.a. ständig im Angriff von See und Strömung. Daher ist laufend zu prüfen, welche Veränderungen an ihren Unterwasserteilen und in ihrer näheren Umgebung eintreten.
Auch zur Errichtung von Bauwerken im Gewässer ist eine genaue Aufnahme der Gewässersohle erforderlich.
Jährlich sind im Revier des WSA Emden durchschnittlich 14.000 Peilkilometer aufzunehmen, zu verarbeiten und darzustellen.

 

Tiefenmessung durch Echolotung

Allen Echolotsystemen liegt das Prinzip der Laufmessung eines Schallsignals zugrunde. Der Sender (Schwinger) des Echolotes strahlt einen Ultraschallimpuls aus. Die Schallwellen werden an der Gewässersohle reflektiert und von dem Schwinger, der auch gleichzeitig als Empfänger dient, wieder empfangen. Die Laufzeit der Schallwellen wird gemessen und bei bekannter Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls durch Wasser kann die Wassertiefe ermittelt werden.

Bei der Single-Beam-Echolotung wird der Gewässergrund unter dem Schiff mit einem lotrecht ausgesandten Einzelstrahl abgetastet. Da die gemessenen Wassertiefe von der Wasserschallgeschwindigkeit abhängig ist, muss sie vor jeder Messung ermittelt und am Echolot eingestellt werden. Sie ist in erster Linie von Temperatur und Salzgehalt abhängig und bewegt sich zwischen 1400m/sec und 1550 m/sec.
Um bessere Aussagen über den Untergrund und dessen Beschaffenheit machen zu können, werden Echolote eingesetzt, die mit zwei Frequenzen arbeiten (DESO 15 -Lot: 210 KHz und 33 KHz). Die hohe Echolotfrequenz (210 KHz) reflektiert an Schichten geringerer Dichte als die niedrige Frequenz (33 KHz). Die hohe Frequenz (210 KHz) ergibt also bei nicht eindeutig definiertem Untergrund (z.B. Schlick) wegen Reflexion an der oberen Schicht geringere Tiefen als die niedrige Frequenz (33 KHz). Es ist allerdings nicht möglich mit Hilfe der Echolotmessung einen bestimmten Dichtehorizont nachzuweisen. Der sog. "Nautische Horizont" als schiffbare Tiefe ist nicht eindeutig mit dem Echolot messbar.
Bei der Single-Beam-Lotung werden anhand vorgegebener Profile Linien in Längs- und Querrichtung abgefahren. Der Linienabstand wird je nach Aufgabenstellung so gewählt, dass ein Peilgebiet mit vertretbarem Aufwand abgearbeitet werden kann.

Im Bereich des Wasser- und Schifffahrtsamtes Emden wird wegen der hohen Suspension im Wasser i.d.R. kein Fächerlot eingesetzt.


Die zur Tiefenmessung zugehörige Positionsbestimmung erfolgt mit dem Satellitensystem GPS (Global Positioning System). Die erforderlichen hohen Genauigkeiten können nur mit PDGPS (Präzises Differenzielles GPS) erzielt werden. Hierzu wird der Satellitenpositionierungsdienst (SAPOS) der deutschen Landesvermessung genutzt. SAPOS besteht aus einem Netz von Referenzstationen, die permanent Satellitensignale des Global Positioning Systems auswerten. Es werden Daten bereitgestellt, mit deren Hilfe durch differentielle Methoden Fehlereinflüsse, die auf die GPS-Signale wirken, eliminiert oder modelliert werden können.
Als SAPOS-Dienst wird HEPS (Hochpräziser Echtzeit Positionierungs-Service) genutzt. Die SAPOS-Korrekturdaten werden im 1 Sekunden-Takt über Mobilfunk (GSM) oder Funk (UHF-2m Band) empfangen. Mit SAPOS-HEPS werden Genauigkeiten von 2 cm in der Lage und 5 cm in der Höhe erzielt. Als GPS-Empfänger dient der Trimble 5700.

Die zu einem beliebigen Zeitpunkt gemessenen Tiefen müssen noch auf einen gemeinsamen Horizont bezogen werden. Hier spricht man von Beschickung. Dieser gemeinsame Horizont ist an der deutschen Nordseeküste und den in sie mündenden Flüssen aus nautischer Sicht (Verkehrssicherung) das Seekartennull (SKN). Das SKN ist kein einheitlicher Bezugshorizont wie das in der Landvermessung übliche Normalhöhennull (NHN). Das SKN entspricht seit dem 01.01.2005 dem Niveau des niedrigstmöglichen Gezeitenwasserstandes (Lowest Astronomical Tide, LAT).
Mit diesem SKN ist gewährleistet, dass die für die Schifffahrt verfügbare Wassertiefe nur selten die in der Karte angegebene Tiefe unterschreitet.
Bei bautechnischen oder auch bestimmten gewässerkundlichen Messungen wird i.d.R. NHN als Bezugshorizont gewählt.

Die wasserspiegelunabhängige Beschickung erfolgt über die dreidimensionale Ortung mit PDGPS.
Mit PDGPS wird die absolute Höhe der GPS-Antenne über dem Bezugsellipsoid (ETRS 89 = European Terrestrial Reference System) direkt bestimmt. Zur Transformation in das physikalisch definierte Höhensystem NHN (Normalhöhennull) wird das Geoidmodell GCG05_nord09 (German Combined (Quasi)Geoid 2005) in der Erfassungssoftware verwendet.

Entsprechend Bild 6 ergeben sich folgende Beziehungen:


h GS = h – Hs – Tm ( ellipsoidische Höhe)


H GS = Tm – h + Hs + Z ( NHN Höhe)


T SKN = Tm – h + Hs + Z – D ( SKN-Tiefe )

 

Beschickung

Bild 6: Beschickung

Die Genauigkeit der wasserspiegelabhängigen Beschickung liegt zwischen 10cm und 25cm (in Abhängigkeit vom Abstand zum Pegel). Durch die direkte Höhenmessung mit PDGPS fallen die Fehleranteile des Wasserspiegelbezugs wie Eintauchtiefe, Squat, Pegelmessung und Beschickung weg. Mit PDGPS wird eine Genauigkeit bezogen auf NHN von 5 cm erreicht. Die hohe PDGPS Genauigkeit geht beim Übergang auf SKN (~ 10 cm) teilweise verloren, da das SKN-Niveau d.h. die Systemdifferenz D zwischen SKN und NHN (Bild: 6 ) nicht hinreichend genau bekannt ist.
Im Revier des WSA Emden wird grundsätzlich bei allen Peilungen PDGPS eingesetzt.


Mit der von der BfG entwickelten Software HyDAP, (Hydrografische Datenauswertung und Präsentation) erfolgt die weitere Bearbeitung. Mit HyDAP ist es möglich, eindeutige, wiederholbare Qualitäten, sowie durchgreifende Qualitätsnachweise zu erzeugen. Der Auswerteprozess ist in hohem Maße automatisiert.

Auf der Grundlage der bereinigten Messwerte werden Digitale Geländemodelle (DGM) erzeugt. Geländemodelle stellen eine vereinfachte Form von Geländeoberflächen in digitaler Form dar. Bekannte Verfahren lassen sich grob in 2 Klassen unterteilen:

das reguläre DGM (GRID) (Gitter) und das irreguläre DGM (TIN)

Bei einem Grid-Modell (Gitter) wird ein regelmäßiges Raster über die Messwerte gelegt. An den Schnittpunkten (Stützpunkten) wird mit Hilfe einer festzulegenden Funktion eine repräsentative Tiefe berechnet. Bei einem TIN (Triangulated Irregular Network) werden die Messwerte nach bestimmten Kriterien in Dreiecken vermascht. Es werden zusammenhängende dreieckige Flächen beschrieben, von denen kein Messwert weiter als die definierte Ober- und Untergrenze abweicht. Bei den Stützpunkten handelt es sich nicht um "künstlich" berechnete Punkte wie beim GRID, sondern um ausgewählte originäre Messwerte.
Bei flächenhaft vorliegenden Daten wird i. d. R. ein GRID berechnet. Die Maschenweite ist abhängig von der Bodenstruktur. Bei Aufnahmen mit dem Vertikallot ist die Berechnung eines TIN sinnvoll.
Das Digitale Geländemodell ist die Grundlage für alle Produkte.

 

Zum 01.06.2005 wurde in der Seevermessung aller Wasser- und Schifffahrtsämter im Küstenbereich gleichzeitig das "Angewandte Qualitätsmanagementsystem aQua Stufe I verbindlich eingeführt.

Durch aQua werden einheitliche Standards für alle Abläufe der Gewässervermessung in den teilnehmenden Wasser- und Schifffahrtsämtern eingeführt, von der Datenaufnahme über die Auswertung der Daten bis zur Produkterstellung.

Durch aQua erhält der Kunde die Sicherheit, dass die Produkte der Gewässervermessung mit belegbarer Qualität erzeugt wurden.

Durch aQua werden alle Prozesse der Gewässervermessung eindeutig und umfassend beschrieben und die Verantwortungsbereiche klar festgelegt.
Das Prinzip einer umfassenden Qualitätssicherung sieht ergänzend zu den Prüfungen in der Produktion eine übergreifende Analyse, Steuerung und Verbesserung der Produzenten- Kunden- Beziehung vor. Die folgende Graphik (Bild 7)zeigt die Wertschöpfung von der Auftragsvergabe bis zur Produktrealisierung mit einem roten Pfeil.

 

aQua Regelkreis

Bild 7: Modell eines prozessorientierten QM-Systems für die Gewässervermessung

 

Stufe II des Qualitätsmanagementsystems ist als zusätzlicher Kreislauf dargestellt, der die Prozesse der Produktion sowie die Kundenzufriedenheit systematisch analysiert, verantwortliche Maßnahmen der Leitung anstößt und die Prozesse koordiniert. Die daraus gewonnenen Informationen ermöglichen so erst eine ständige Verbesserung des Gesamtsystems. Im Ergebnis sind beispielsweise neben der Verbesserung der Produzenten- Kunden- Beziehung die Vermeidung von Mehraufwand durch Fehlerminimierung zu erwarten. Die Einführung der Stufe II ist am 1.10.2009 erfolgt.


enthält einen Produktkatalog, der alle für den Nutzer (Kunden) verfügbaren Produkte exemplarisch enthält. Der Produktkatalog gliedert sich in 4 Produktgruppen:
Profilansichten, Karten, 3D-Ansichten und Digitale Daten

 

Beispiele

Bild 8.: Produktbeispiele

 

Nähere Informationen erhalten Sie bei folgender Kontaktadresse:

Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Emden
Tel.: 04921-802 326