Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes


Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Tönning

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Inhalt: Seevermessung

Allgemeines
Geschichte
Messverfahren
Datenerfassung auf dem Schiff
Datenweiterverarbeitung
Vermessungsergebnis
Qualitätsmanagement

Allgemeines

Die Seevermessung ist eine Vorbedingung für die sichere Navigation.

Gerade im Bereich des WSA Tönning ist es für die Sicherheit und Leichtigkeit der Schifffahrt erforderlich, auf den Nordsee-Flachwassergebieten mit instabiler Bodentopographie häufige und systematische Kontrollmessungen durchzuführen. In diesen Gebieten mit zum überwiegenden Teil sandigem Meeresboden treten durch Stürme, Eis und Gezeitenströmungen ständige Veränderungen auf, die erheblichen Einfluß auf die Seeschifffahrtsstraßen haben.

Um diese Veränderungen des Meeresbodens und damit der Wassertiefen zu erfassen, müssen jährlich etwa 7000 Peilkilometer gemessen werden.

Die Ergebnisse werden in Form von Peilkarten und als digitale Werte den Nutzern zur Verfügung gestellt. Des weiteren erhält das Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) die Daten als Grundlage für das Seekartenwerk.

Die Seevermessung ist Grundlage für Verkehrssicherungsmaßnahmen, wie die Festlegung und Betonnung der Seeschifffahrtsstraßen und der Gefahrenstellen, sowie auch für gewässerkundliche Fragestellungen.

Geschichte

Unter Seevermessung versteht man die topographische Aufnahme des Meeresbodens.

Der Ursprung der modernen Seevermessung steht in direktem Zusammenhang mit dem Untergang der "TITANIC". Der deutsche Physiker Alexander Behm arbeitete auf grund dieser Katastrophe im Jahre 1912 an einem Verfahren, das Eisberge frühzeitig erkennen sollte, um Schiffsunfälle dieser Art zu vermeiden. Die Untersuchungen basierten auf der Idee herauszufinden, ob sich Schallimpulse im Wasser ebenso ausbreiten wie in der Luft. Die Entwicklung der Entfernungsmessung mit Schallsendern zur Horizontal-Ortung von Eisbergen erwies sich als nicht praktikabel. Das Prinzip jedoch erlangte schnell weltweite Bedeutung für die Wassertiefenmessung. Somit ist das Echolot zu einer der wichtigsten Navigationseinrichtungen für die Schifffahrt geworden.

Messverfahren

Im Laufe der Zeit wurde die Arbeitsweise von Echographen durch verbesserte Elektronik und Computertechnik weiterentwickelt. Das Prinzip der elektronischen Tiefenmessung änderte sich aber nur wenig. Das Echolot misst die Zeit zwischen dem Aussenden eines Impulses und dem Eintreffen seines Echos. Die Ausbreitung des Schallsignals ist abhängig von der Wassertemperatur und dem Salzgehalt des Wasser. Ein Schallsignal legt im Wasser etwa 1500 Meter pro Sekunde zurück.

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Echolot, Prinzipienskizze

Die heutigen Vermessungsechographen arbeiten mit Ultraschallfrequenzen von 100 und 200 kHz bzw. 15 und 33 kHz , wobei die Lotfolge etwa mit 10 Impulsen pro Sekunde erfolgt.

Bei der Tiefenaufnahme an Bord wird das Tiefenprofil auf einem Lotstreifen (Echogramm) aufgezeichnet und gleichzeitig der Tiefenwert digital gespeichert.

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Beispiel eines Echogramms

Die zur Tiefenmessung zugehörige Positionsbestimmung erfolgt heutzutage mit dem satellitengestützten Differential Global Positioning System (DGPS). Mit Hilfe der aufgezeichneten Meßzeiten werden die Schiffspositionen den entsprechenden Wassertiefen zugeordnet.

Die Erfassung der Seewasserstraßen erfolgt in der Regel durch eine linienhafte Aufnahme mit einem Einstrahlecholot. Zu einer definierten Segmentlinie werden hierzu rechtwinklige Linien gefahren, die je nach Revierbeschaffenheit einen vorgegebenen Parallelabstand von 25m bis zu 150m haben.

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Beispiel einer Linienpeilung

Eine weiteres Peilverfahren ist die Fächerecholotpeilung. Hierbei handelt es sich um eine flächenhafte Abdeckung des Peilgebietes, wobei hier fächerförmig mehrere Messstrahlen ausgesendet und wieder empfangen werden. Für eine Korrektur der fächerförmig ausgesendeten Messstrahlen in der Vertikalen ist es unbedingt notwendig die Schiffsbewegungen mit zu erfassen. Ein Bewegungssensor der die Hub-, Roll- und Stampfbewegungen des Schiffes ermittelt ist in das Messsystem integriert. Mit einer Prüfsonde wird die Schallgeschwindigkeit im Wasser für eine genaue Datenerfassung bestimmt.

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Prinzip der Fächerecholottechnik

Dieses Verfahren wird überall dort eingesetzt, wo eine höhere Datendichte notwendig ist, wie z.B. bei Bauwerkspeilungen, Hafen- und Baggerpeilungen oder für Detailaufnahmen.

Datenerfassung auf dem Schiff

Die Seevermessungsaufgaben im Amtsbereich des WSA Tönning werden mit zwei Schiffen wahrgenommen.

Seezeichenmotorschiff "Wulf Isebrand"

Vermessungsschiff "Uwe Jens Lornsen"

Alle Schiffe sind für das Prinzip der Einstrahllotung ausgerüstet, die "Uwe Jens Lornsen" hat zusätzlich noch ein Fächerecholotsystem.

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Sensoren und Komponenten "Uwe Jens Lornsen"

Zur Verarbeitung der riesigen Datenmengen besteht der Arbeitsplatz auf der Brücke des Vermessungsschiffes aus modernster Rechnertechnik mit entsprechender Seevermessungssoftware.

Der Schiffsführer hat auf seinem Fahrstand einen zusätzlichen Monitor mit einer "Rechts- Linksanzeige", womit es ihm ermöglicht wird, das vorgegeben Linienprofil mit exaktem Kurs zu fahren.

Schiffsführer "Uwe Jens Lornsen"Seevermessungstechniker "Uwe Jens Lornsen"

Bei einer Fächerecholotaufnahme ist es nicht mehr notwendig auf vorgegebenen Linien zu fahren. Hier wird ein Peilgebiet flächenmäßig erfaßt.

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Fächerecholotaufnahme

Datenweiterverarbeitung

Die auf dem Vermessungsschiff gesammelten Daten werden auf Datenträger überspielt und mit den Echogrammaufzeichnungen in das Peilbüro beim WSA Tönning gegeben, wo die Datenauswertung vorgenommen wird.

Zunächst müssen die von Bord kommenden Daten, die die gemessenen Wassertiefen an einer bestimmten Position enthalten, auf einen einheitlichen Horizont reduziert werden.

In der Seevermessung richtet sich diese Bezugsfläche nach dem in der Seefahrt allgemein gebräuchlichen Seekartennull (SKN). Im Gegensatz zu dem in der Landvermessung üblichen Normalnull (NN), ist das SKN kein konstanter Horizont, sondern von Ort zu Ort unterschiedlich. Das SKN ergibt sich aus langfristigen Pegelbeobachtungen und richtet sich nach dem Springniedrigwasser. Ab 2005 gilt als neuer Bezug das niedrigste astronomische Niedrigwasser (Lowest Astronomical Tide =LAT).

Für die Reduktion der gemessenen Wassertiefen auf den Bezugshorizont SKN (Beschickung) werden die Wasserstände an einem Pegel benötigt, der sich im Messgebiet befindet. Über die Zeitzuordnung lässt sich nun jede Wassertiefe programmunterstützt korrigieren.

Ein weiterer Arbeitsschritt ist die Plausibilisierung der aufgenommenen Daten. Dabei muss geprüft werden, ob alle Sensoren richtig gearbeitet haben. Auftretende Fehlmessungen, die z.B. durch Lufteinschluß im Wasser entstehen, müssen eliminiert werden.

Aus den so bereinigten Daten wird ein Geländemodell errechnet.

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3D-Darstellung Geländemodell

Vermessungsergebnis

Die zur Zeit übliche Darstellung einer Seevermessung für die Schifffahrt ist ein Tiefenzahlenplan des Vermessungsgebietes mit Niveaulinien der einzelnen Wassertiefen. Für eine rechnergestützte Weiterverarbeitung verwendet man auch ASCII-Datensätze.

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Qualitätsmanagement

Mit dem angewandten Qualitätsmanagement (aQua) werden einheitliche Standards für alle Abläufe in der Gewässervermessung der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung eingeführt.

Eine eigene Internetdarstellung über aQua in der Gewässervermessung finden Sie unter www.aqua.wsv.de


Wenn Sie an weiteren Informationen interessiert sind, wenden Sie sich bitte an:

Dipl.-Ing. Petra Freers,Tel. : 04861 / 615 - 351 e-mail: Petra.Freers@wsv.bund.de