QUELLTEXTE
Bücher:
· Wolfgang Linke - Orientierung mit Karte, Kompass, GPS
· Reinhard Kummer - Karte, Kompass GPS
· Harms/List - Mein Weltatlas
Internet:
· http://www.kfunigraz.ac.at/expwww/physicbox/gps/gps_kap4.html
· http://home.main-rheiner.de/hansjuergen.faust/index600.htm
Karten
Erste Karten zur Orientierung
Die aller ältesten Karten waren dazu bestimmt, Gebietsgrenzen oder die Verbindungsrouten von einem Platz zum anderen festzuhalten. Bevor aber wirklich genaue Karten hergestellt wurden, haben sich die Seefahrer mit Hilfe von Landmarken, Wohnplätzen, etc. zurechtgefunden. Sie mussten deshalb immer in Küstennähe fahren, da sie stets die Sicht zum Land brauchten. Sie konnten somit von Hafen zu Hafen fahren.
Die ältesten uns bekannten Seekarten sind von seefahrenden Völkern, die diese mit Hilfe von Knochen, Häuten, Muschelschalen und Zweigen hergestellt haben. Die erste "Weltkarte" wurde - angeblich - von Anaximander aus Milet (610-547 v. Chr.) hergestellt.
Dikaearch (350-329 v. Chr.), ein Schüler Aristoteles, forderte als erster eine Ost-West-Linie als Orientierungsbasis auf der Karte (~Aquator~). Eratosthenes (275-195 v. Chr.) wurde dadurch bekannt, dass er die erste Erdmessung und die Berechnung des Erdumfangs machte. Er verbesserte Dikaearch's Vorschlag durch Einbringung von mehreren Parallelkreisen auf der Karte. è Dies war der Erste Schritt in Richtung der Begriffe von geographischer Breite und Länge.
Marinus von Tyros beschrieb gegen Ende des 1 Jh. n. Chr. Eine Kartenabbildung, die es ermöglichte, das Gradnetz so darzustellen, dass eine Weltkarte entstand, die keine Überlappungen, Auslassungen oder Verzerrungen aufwies. Ptolemäus erstellte im 2 Jh. n. Chr. eine detaillierte Anleitung zur Verwendung von Koordinaten, verbunden mit einer Liste, von mehreren tausend Orte nach ihrer geographischen Lage.
Der Mittelmeerraum war das kulturelle Zentrum im frühen Mittelalter, und deshalb wurde dort auch die ersten europäischen Karten für die Seefahrt gezeichnet. In dieser Zeit wurden vom Land nur die Küstenlinien erfasst, da sich die Schifffahrt ja auf die Küstengewässer beschränkte. Im 11 Jh. brachten die Normannen den Magnetkompass mit, den sie selbst von den Wikingern übernommen hatten. Er wurde damals "Segelstein" genannt, mit dem man es schaffte, auch außer Sicht des Landes das Meer zu durchkreuzen, und dabei so gut und so lange wie möglich den gleichen Kurs zu halten. Folgendessen wurden sogenannte "Portulane" oder "Kompasskarten" erfunden. Auf diesen auf Pergament gefertigten Karten wurden sogenannte Kompasslinien (Loxodrome) eingezeichnet, die dem Seefahrer den Kurs zwischen verschiedenen Häfen angaben.
Im 13 Jh. lebte die Erkenntnis, die Erde sei eine Kugel wieder auf, und das deshalb eine Kompasslinie nicht unbedingt die kürzeste Verbindung zwischen zwei Punkten (Häfen) ist. Am Ende des 13 Jh. hatte sich die gewerbliche Kartographie so weit entwickelt, dass sie eine größere Nachfrage nach Karten befriedigen konnte.
Projektionen für See- und Luftfahrtkarten
· Die Mercatorprojektion
Gerardus Mercator - eigentlich Gerhard Kremer - hat 1569 eine Karte angefertigt: Die Mercatorkarte. Diese einzigartige Darstellung der Erde war in dieser Zeit für Seefahrer sehr beliebt, da sie die Möglichkeit bot, Loxodrome als Gerade einzuzeichnen. So waren die Peilungen zu Küsten- oder Seezeichen viel leichter abzulesen oder in sie zu übertragen. Die Mercatorkarte stellt ALLE Breitenkreise (oder "Parallelkreise") in der selben Länge dar, obwohl diese Breitenkreise zu den Polen hin zunehmend kürzer werden müssten. Zum Ausgleich dieser extrem Verzerrten Breitenkreise, hat Mercator die Meridiane auch dementsprechend verzerren müssen. Deshalb nimmt der Abstand zwischen den Breitenkreisen in der Mercatorkarte zu. Winkel zu den Meridianen (also z.B. Loxodrome) in der Mercatorkarte können deshalb mit Hilfe eines gewöhnlichen Winkelmessers entnommen werden. Dieser Umstand macht diese Kartenprojektion deshalb sehr beliebt für Seekarten. Eine Linie mit gleichbleibendem Kurs schneidet alle Meridiane unter stets dem gleichem Winkel, ist aber auf dem Erdball oder auf dem Globus nicht die kürzeste Verbindung zwischen zwei Punkten, da die Mercatorprojektion keine perspektivische Projektion ist. Diese Linie nennt man Loxodrome.
· Die Gnomonische Projektion
Bei einer Ozeanüberquerung sollte die kürzestmögliche Route eingehalten werden, die einem "Großkreis" folgt. Ein Großkreis ist jener Kreis, dessen Ebene den Erdmittelpunkt schneidet, und dessen Durchmesser dem Erddurchmesser entspricht. (Meridiane sind deshalb halbe Großkreise) Gnomonische Projektionen beruhen auf einer geometrischen Konstruktion. Auf dieser Karte befinden sich zwei beliebige Punkte auf derselben Ebene mit dem Erdmittelpunkt. Wenn man diese zwei Punkte auf der Erdoberfläche verbindet, erhält man einen Großkreis, der in der Gnomonischen Projektion jedoch als Gerade erscheint. Das heißt: In der Gnomonischen Projektion gibt eine Gerade die kürzeste Route zwischen zwei Punkten an. Diese Gerade schneidet aber - wie auch in Wirklichkeit - jeden Meridian unter einem anderen Winkel. Ein Kurs wird deshalb auf einer Gnomonischen Karte als gerade Linie eingezeichnet, muss aber dann stückweise auf die Mercatorkarte übertragen werden, damit man dann mittels eines Winkelmessers den Kompasskurs für jede Teilstrecke der Fahrtroute ablesen kann.
Um auf einer Karte Entfernungen zu messen, wird die Breitenskala verwendet. Jede Breitenminute entspricht ungefähr einer Seemeile (1Seemeile (SM) = 1852Meter). Da auf der Mercatorkarte die Breitenkreise aber zu den Polen hin zunehmend größer werden, gibt es Abweichungen, die aber für die Ozeannavigation nicht sehr relevant sind. Wenn z.B. ein Kurs über zwei Breitengrade geht (z.B. 52° und 54°) dann beträgt die Entfernung ~120 SM (Zwei mal Sechzig Minuten mal eine SM). Dies ist ein genügend genauer Wert für die Kursberechnung, egal wie weit der Kurs vom Meridianverlauf westlich oder östlich abweicht.
Gradnetz
Die Lage eines Punktes kann man am eindeutigsten, und einfachsten mit Zahlen beschreiben. Zahlen, die die Lage eines Punktes z.B. auf einer Karte angeben heißen Koordinaten. Für die Ortsangabe und die Orientierung gibt es drei verschiedene Arten von Koordinaten:
1. "Richtung" und "Entfernung" heißen Polarkoordinaten
Diese Koordinaten eignen sich besonders für Aufgaben, die sich auf EINEM Kartenblatt lösen lassen, denn schon der Übergang auf ein Nachbarblatt ist umständlich. Polarkoordinaten verwendet man hauptsächlich, wenn man von einem Punkt (In der Regel der eigene Standort) ausgehend, die Richtung und Entfernung zu einem anderen Punkt bestimmen will. Nachteil: Diese Koordinatenangaben lassen sich zwar leicht einer zweiten Person vermitteln, aber diese weiß eventuell nicht, von wo aus genau die Werte genommen wurden.
2. "Breite" und "Länge" sind die geographischen Koordinaten
Da die gesamte Erde von einem Gradnetz umspannt ist, ist es besonders für die großräumige See-, Flug- und Funknavigation geeignet. Auf Seekarten wird ausschließlich mit geographischen Koordinaten und Seemeilen gearbeitet. Für Ortsangaben im geographischen Netz wird zuerst die Breite, und dann die Länge genannt. Man schreibt die Gradzahl für die Breite zweistellig, und für die Länge dreistellig. Dann nennt man die Bogenminuten mit Dezimalzahl(en) (Bogensekunden entfallen). Hat man z.B. die geographischen Koordinaten [48°10,448'N 016°16,675'E] (N=nördliche Breite, E=östliche Länge) sind sogar noch benachbarte Einzelhäuser unterscheidbar. Die Buchstaben N O S W (Die Himmelsrichtungen) können bei der geographischen Koordinatenangabe natürlich auch vor den Ziffern stehen. Die verkürzte Schreibweise der Luftfahrt sieht dann z.B. so aus [N51 292 W000 279]
3. "Rechtswert" und "Hochwert" heißen Gitter-Koordinaten
Sie werden bevorzugt für die kleinräumige Orientierung auf dem Land verwendet, da Ortsangaben und die Arbeit mit dem Kompass im rechtwinklig-ebenen Gitter einfacher sind, denn der dargestellte Ausschnitt der Erdoberfläche wird im geodätischen Gitter als ebene Fläche behandelt. Der Nachteil: Man bleibt bei Berechnungen zu Kursen und Entfernungen immer auf einen Meridianstreifen beschränkt (Der in hohen Breiten immer schmäler wir).
Geodätische Gitter
1. Das UTM-Gitter
UTM ist die Abkürzung für Universale Transversale Mercatorprojektion. Es ist weltweit sehr stark verbreitet. Beim UTM Gitter wird die Erde in 60 Meridianstreifen unterteilt, die wiederum eine Ausdehnung von je 6 Längengraden hat. Diese Streifen (auch Zonen genannt) sind vom 180° Meridian nach Osten hin durchgehend nummeriert. Die Erde wird dann noch in 20 Breitenbänder (auch Felder genannt) eingeteilt. Sie befinden sich zwischen 80°S und 84°N mit einer Ausdehnung von je 8°. Die Felder werden vom Südlichsten bis zum Nördlichsten mit den Großbuchstaben C bis X bezeichnet. Aus diesen Meridianstreifen und Breitenbändern ergeben sich sogenannte "Zonenfelder". In
einer topographischen Karte wird das entsprechende Zonenfeld angegeben, wie z.B. 32U.
Jedes Zonenfeld wird in 100-Km-Quadrate unterteilt, die dann mit Doppelbuchstaben (z.B. NF) benannt werden. Die Polkappen werden mit der Verfahren UPS (Universal Polar System) als Kreise abgebildet. Deshalb liegen die Zonenfelder A & B in der Antarktis, und die Felder Y & Z in der Arktis. Die Feineinteilung erfolgt in Rechts- und Hochwerten. Der Rechtswert gibt den Abstand zum Hauptmeridian in Kilometern bzw. Metern wieder. Damit keine negativen Vorzeichen entstehen, hat jeder Hauptmeridian den Wert 500 km.
Z.B. Rechtswert 424 = Die Gitterlinie liegt 76 km westlich vom Hauptmeridian.
Rechtswert 680 = Die Gitterlinie liegt 180 km östlich vom Hauptmeridian.
Die hochgestellte Ziffer wird bei der Ortsangabe nicht benötigt, weil sie bereits Bestandteil des 100-km-Quadrates und des Zonenfeldes ist. Der Hochwert gibt im UTM Gitter die Entfernung zum Aquator in (Kilo)metern an.
Z.B. Hochwert 6484 = Der Ort liegt 6.484 km vom Aquator entfernt.
Auch hier werden die hochgestellten Ziffern, und der Zusatz Nord oder Süd bei der Ortsangabe nicht gebraucht, da diese Informationen bereits im 100-km-Quadrat und im Zonenfeld enthalten sind.
Eine Ortsangabe im UTM-System erfolgt in folgender Reihenfolge:
1. Zonenfeld
2. 100-km-Quadrat
3. Rechts- und Hochwert
Ein Ort könnte somit folgende UTM-Koordinaten haben:
Zonenfeld..32U
100-km-Quadrat.PF
Rechtswert01650
Hochwert00600
Oder in Kurzer Form zusammengefasst: 32UPF0165000600
2. Das Gauß-Krüger-Gitter
Das Gauß-Krüger-Gitter unterteilt ähnlich wie das UTM Gitter die Erde in Meridianstreifen. Sie sind jedoch 3° breit. Die Hauptmeridiane sind Vielfache von 3. Eine 100-km-Unterteilung wie beim UTM-System gibt es nicht. Beim (vierstelligen) Rechtswert gibt die erste Ziffer den Hauptmeridian an, wobei jeder Hauptmeridian den Wert 500 hat. Aus den dann folgenden Ziffern kann man wie beim UTM-Gitter die Entfernung zum Hauptmeridian errechnen.
Z.B. Rechtswert 3554
1. Ziffer: 3 (x3) è Der Hauptmeridian heißt 9°E.
2., 3., 4. Ziffer: 554
a. Der Wert ist größer als 500, d.h. die Gitterlinie liegt östlich des Hauptmeridians.
b. Sie liegt genau 54 km östlich des Hauptmeridians.
Den genauen Rechtswert eines Ortes kann so ermittelt werden:
1. Den Wert der nächsten linken senkrechten Linie ablesen.
2. Den Abstand des Ortes zu dieser Linie mit Zirkel oder Lineal messen.
3. Diesen in Punkt 2 ermittelten Abstand ist der Messwert im Kartenmaß, der mit Hilfe von der Maßstabsskala oder mit dem entsprechenden Kartenfaktor in ein Naturmaß umgerechnet werden muss.
Nun hat man den Rechtswert (z.B. 3586450)
Den genauen Hochwert in derselben Weise wie den Rechtswert errechnen.
Abbildungseigenschaften einer Karte
Es gibt grundsätzlich 3 verschiedene Grundanforderungen an eine Karte:
1. Längentreue (äquivalent) Karte:
In allen Himmelsrichtungen entsprechen gleiche Entfernungen auf der Erde gleich langen Strecken auf der Karte.
2. Flächentreue (äquidistant) Karte:
Gleich große Flächen auf der Erde erscheinen auf der Karte gleich groß
3. Winkeltreue (konform) Karte:
Jeder im Gelände gemessene Winkel zwischen zwei Richtungen erscheint auf der Karte ebenso groß.
Astronomische Navigation
Ein wichtiges Gebiet der Navigation ist das Verfahren der Standortbestimmung mit Hilfe von Sonne, Mond, Planeten und Sterne, oder anders gesagt: Ganz ohne Orientierungspunkte.
· Das "Schiessen" der Sonne
Die Sonne war und ist noch immer ein wichtiger Teil der Astronomischen Navigation, da man sie (fast) überall auf der Erde täglich sehen kann. Da die Erdachse um 23°27' geneigt ist, befindet sich die Sonne im Laufe eines Jahres auf einem Punkt 23°27' nördlicher Breite und 23°27' südlicher Breite jeweils einmal im Zenit. Der Höhenwinkel der Sonne kann nun mit Hilfe eines Sextanten zu einem bestimmten Zeitpunkt gemessen werden. Diesen Höhenwinkel nennt man Deklination, und diesen Vorgang nennt man "Schiessen" der Sonne. Mit dieser Messung des Deklinationswinkels zum Sonnenhöchststand kann auf sehr einfache Weise die geographische Breite des Standortes ermittelt werden. Natürlich ist diese Breitengradangabe nicht sehr genau, da verschiedene Faktoren eine Rolle für die Genauigkeit spielen. Wie z.B. die Höhe des Beobachters über dem Meeresspiegel oder die Messgenauigkeit des Sextanten usw.
Um jedoch den Längengrad zu bestimmen, auf dem man sich befindet, bedarf es etwas an Rechenarbeit. Denn die geographische Länge wird aus dem Zeitunterschied zwischen der Ortszeit und der Greenwicher Zeit ermittelt. Dies war früher ein Problem, da die Uhren auf den Schiffen (Schiffschronometer) nie wirklich genau gingen. Aber dank der heutigen Technologien (wie z.B. die Quarzuhr) kann man den Längengrad schon ziemlich genau bestimmen. Da sich die Erde innerhalb von 24 Stunden einmal um ihre eigene Achse dreht (=360°), bewegt sich jeder Punkt pro Stunde um 15° nach Osten, oder alle 4 Minuten 1°. Wenn sich nun ein Punkt auf 30° westlicher Länge befindet, dann "hinkt" die Uhrzeit auf diesem Punkt 2 Stunden der Greenwicher Zeit hinterher. Das heißt, dass wenn der Schiffschronometer 12 Uhr Greenwicher Zeit angibt, dann ist es auf diesem Punkt bei 30° westlicher Länge erst 10 Uhr.
· Das Anpeilen des Mondes
Man kann nun wie auch bei der Sonne den Deklinationswinkel des Mondes Messen. Diese Messung verläuft also ungefähr so wie beim Schissen der Sonne, aber der Zeitraum, an dem der Mond und der Horizont klar zusammen sichtbar sind, ist kurz bemessen. Deshalb muss man bei der Zeitnahme noch sorgfältiger sein, als bei der Sonne. Einen abnehmenden Mond kann man auch noch am frühen Morgenhimmel zusammen mit der Sonne sehen. Werden so die Daten beider Gestirne ermittelt, ist so eine präzisere Ortsbestimmung möglich. Die Auswertung der Messdaten des Mondes entspricht denen der Sonne, aber weil sich der Mond näher an der Erde befindet, muss man zusätzlich Korrekturfaktoren beachten.
· Navigation nach dem Polarstern
Da der Polarstern ziemlich genau über dem Nordpol liegt, dient er als guter Wegweiser zum Nordpol. Man kann mit ihm den Breitengrad bestimmen, auf dem man sich befindet. Steht der Polarstern z.B. 10° hoch über dem Horizont, dann ist der Beobachter auf dem zehnten Breitengrad. Da es leider am Südhimmel keinen solchen Stern gibt, ist die Navigation dort ein wenig schwieriger.
Kompass
Eigenschaften und Merkmale
Die Magnetische Kompassnadel richtet sich nach den magnetischen Feldlinien aus. Diese magnetischen Feldlinien verlaufen aber nicht geradlinig von Pol zu Pol, sondern schwingen weit aus, oft sogar auch mit örtlichen Unregelmäßigkeiten.
Ein Kompass, der zur Navigation verwendet wird, sollte folgende Merkmale besitzen:
· Lange Anlegekante,
damit man ohne eine Hilfslinie zu zeichnen, zwei Punkte auf einer Karte verbinden kann.
· Kompassdose durchsichtig, drehbar mit Nordlinien am Boden ("Dosengitter"), damit die Nordlinien der Karte durch die Dose sichtbar sind, und Winkel von der Karte ins Gelände und umgekehrt übertragen werden können.
· Magnetnadel stabförmig,
damit man das Dosengitter danach ausrichten kann.
· Flüssigkeitsdämpfung der Nadel,
damit diese auch dann ruhig steht, wenn man den Kompass in der Hand hält.
Kreisteilung
Bei einem Kompass und bei den Angaben zur Missweisung ist mit drei Arten von Kreisteilungen zu rechnen: 360 Grad, 400 Gon und 6000 (oder mehr) Strich.
· Grad:
Bei der Einheit Grad teilt man einen Kreis in 360 Teile, wobei jeder Teil 1° (Grad) ist. Diese Kreisteilung wird vor allem in der Schiff- und Luftfahrt verwendet. Man zählt die Grade von 0° im Uhrzeigersinn bis 360°, wobei 0° Norden ist, 90° Osten, 180° Süden, 270° Westen und im Norden fallen 360° und 0° zusammen. Der Nachteil dieser Teilung ist, dass sie sich mit ihrer Unterteilung eines Grades in 60 Minuten und einer Minute in 60 Sekunden nicht in das Dezimalsystem einfügt und man deshalb erst umrechnen muss, wenn von Bruchteilen eines Grades die Rede ist. Zb 15' = (15/60)° = 0,25°
0,5° = (0,5*60)' = 30'
Sie sind außerdem für Laien anfangs ziemlich unanschaulich.
Zb Sind 275° nördlicher oder südlicher als genau West?
Welche Gradzahl entspricht genau Südost?
· Gon
Bei der einheit Gon (früher auch Neugrad genannt) teilt man einen Kreis in 400 Teile, wobei jeder Teil 1 Gon ist. Diese Kreisteilung wird u.a. auf topographischen Karten einiger Länder verwendet (zb Norwegen, Frankreich). Man zählt (ähnlich wie bei den Grad) von 0 Gon im Uhrzeigersinn bis 400 Gon, wobei 0 Gon Norden ist, 100 Gon Osten, 200 Gon Süden, 300 Gon Westen und im Norden fallen 400 Gon und 0 Gon zusammen. Vorteile:
· der rechte Winkel genau 100 Gon hat
· die Haupthimmelsrichtungen sind stets volle Hunderter
· die Zwischenwerte für Nordost, Südost, Südwest und Nordwest enden auf 50
· Zahlenwerte lassen sich schneller und leichter in Richtungen übersetzen
· Strich
Bei der Einheit Strich teilt man einen Kreis in 6000 (oder mehr) Teile, wobei jeder Teil 1 Strich ist. Diese Kreisteilung wird vom Militär, aber besonders von der Artillerie verwendet. Man zählt die Strich ähnlich wie die Grad und die Gon. Diese Kreisteilung ist deshalb bei den Militärs so beliebt, weil man mit dem Winkelwert gleichzeitig ein Maß für seitliche Abstände bekommt. Der Umfang eines Kreises ist immer das 3,14 fache seines Durchmessers. Deshalb muss man einen Kreis in 6280 Teile teilen, wenn ein Teil in 1000 Meter Entfernung einen seitlichen Abstand von 1 Meter haben soll. Der Winkelwert dieses Teils wird als Strich (in manchen Ländern auch als mil) bezeichnet. Das Zeichen dafür ist ein hochgesetzter waagrechter Strich. Zb 6280 mils = 6280¯. Für den einfachen Gebrauch ist jedoch eine einfachere Zahl wichtiger, als Zentimetergenauigkeit bei den seitlichen Abständen. Deshalb haben einige Benutzer des Strich-Systems die Zahl entweder auf- oder abgerundet. Zb In der Schweiz und bei der NATO: 6400¯; in Schweden: 6300¯; in Finnland: 6000V (nach dem finnischen Wort "viiva" für Strich)
Anzeigefehler
Es kann bei Kompassen natürlich vorkommen, dass sich die Magnetnadel umpolt, sodass die Nordmarke nach Süden zeigt, und die Südmarke nach Norden. So etwas kann aber nur passieren, wenn der Kompass zum Beispiel einem starken Magnetfeld ausgesetzt wurde. Nur durch das Lagern eines Kompasses kann der Magnetismus der Magnetnadel nicht beeinflusst werden, da die heutigen Kompasse aus sehr guten Legierungen angefertigt sind. Eine kleine Luftblase in der Kompassdose ist nicht weiter schlimm, da sie die Anzeige nicht stört. Sie entsteht bei niedrigem Luftdruck oder niedriger Temperatur und verschwindet meist von selbst wieder.
Andere Anzeigefehler:
1. a. Verkanten
Dieser "selbstverursachende" Fehler tritt bei Kompassen dann auf, wenn die Magnetnadel am Boden der Dose schleift, und so nicht mehr frei schwingen kann. So ein Anzeigefehler tritt vor allem in den Bergen auf, wenn zb ein Zielpunkt höher oder niedriger liegt als der eigene Standort
1. b. Inklination
Wenn man zb einen Kompass in Österreich (Nordhalbkugel) kauft, und den Kompass dann in der Nähe vom Südpol verwenden will (zb Südafrika, Südamerika,) dann schleift die Magnetnadel am Boden der Dose, auch wenn man ihn waagrecht hält. Denn auf der Nordhalbkugel wird das Nordende der Kompassnadel nach unten gezogen, und auf der Südhalbkugel das Südende. Je weiter man mit einem Kompass Polwerts geht, desto stärker wird die Nadel auf den Boden gedrückt. Am magnetischen Nord- oder Südpol zeigt die Magnetnadel in keine Himmelsrichtung mehr, sondern stellt sich senkrecht.
Um dieser Kippwirkung entgegenzuwirken haben die Hersteller von Kompassen das andere Ende der Nadel schwerer zu machen, als das andere. Wenn man nun zb einen Kompass in Nordamerika kauft, dann wird das Südende der Kompassnadel schwerer gemacht als das Nordende.
Eine neue Lösung dieses Problems wurde von den Firmen RECTA und SUUNTO vorgestellt: Ein Kompass, der Neigungen bis 20° ausgleichen kann.
2. Reibungselektrizität (elektrostatische Aufladung)
Bei dieser Störung "klebt" eine der Nadelspitzen am Boden fest, obwohl sich der Kompass in waagrechter Lage befindet. Sie wird durch die elektrostatische Ladung der Dose dort festgehalten. Reibungselektrizität wird zb hervorgerufen wenn man den Kompass an trockenem Stoff reibt. Sie verschwindet meistens von selbst durch die Feuchtigkeit der Hand.
3. Ablenkung (Deviation)
Auch wenn sich die Kompassnadel frei drehen kann, könnte sie durch die Umgebung beeinflusst werden. Solche "Störungsquellen" sind zb:
· Magnetisch wirksame Gesteine im Boden (Eisenerz, Basalt)
· Elektrische Anlagen und Gleichstrombahnen (500m)
· Eisenbetonbauten und Gittermasten (200m)
· Liftanlagen und Seilbahnen
· Fahrzeuge (50m)
· Waffen, Messer, Axte, Armbanduhren, Stahlbrillen (5m)
· Eiserne Fels- und Karabinerhaken, Eispickel, Steigeisen
· Alle batteriebetriebenen Geräte
In den Klammern stehen die sehr hoch angesetzten Mindestabstände.
4. Kompassdrehfehler
Bei Magnetkompassen in Fahrzeugen, schnellen Booten und Flugzeugen wirkt sich außer der Längs- und Querneigung und der Beschleunigung auch noch der Kompassdrehfehler auf die Anzeige aus. Bei einer Kurvenfahrt folgt die Kompassnadel nämlich nur mit Verzögerung.
Kompassarbeit ist reine Winkelmessung
Gemessen wird immer der Winkel zwischen Nordrichtung und Zielrichtung, wobei für die Zielrichtung die Anlegekante verwendet wird, und für die Nordrichtung auf der Karte die Nordmarke der Dose und im Gelände das Nordende der Magnetnadel. Man überträgt einen Kartenwinkel ins Gelände, oder umgekehrt. Für den Kartenwinkel wird das Dosengitter nach den Nordlinien der Karte ausgerichtet, für den Geländewinkel nach der Magnetnadel.
Arbeiten mit Karte und Kompass
1. Einordnen der Karte
1. Die Kompassdose muss solange gedreht werden, bis 0° (N) an der Ablesemarke anliegt. è Die Nordrichtung ist nun fixiert.
2. Eine der Anlegekanten des Kompasses an eine senkrechte Gitterlinie der Karte anlegen.
3. Danach dreht man sich mit Karte und Kompass so lange, bis das Nordende der Magnetnadel mit der eingestellten Nordmarke übereinstimmt.
4. Nun sind die Karte, der Kompass und ihr Blick nach Norden ausgerichtet.
5. Nun sind auf der Karte und im Gelände die Himmelsrichtungen bekannt, und man kann die Landschaft mit der Karte (oder umgekehrt) vergleichen.
2.1 Kursbestimmung in der Karte
1. Der eigene Standort A (als Ausgangspunkt) ist bekannt.
2. Der gewünschte Zielort Z wird festgelegt, wobei A und Z nicht zu weit auseinanderliegen sollten, da es besser ist, den Kurs öfter neu zu bestimmen.
3. Nun den Kompass mit einer Anlegekante auf die Strecke A-Z legen, wobei der Richtungspfeil in Richtung Z zeigen muss.
4. Mit der linken Hand den Kompass und die Karte über der gewünschten Strecke fixieren.
5. Jetzt mit der rechten Hand die Kompassdose so lange drehen, bis die Nordmarke parallell zu den senkrechten Gitterlinien liegt. è Die Nordmarke zeigt nun nach Norden.
2.2 Übertragung des Kurses ins Gelände
1. Den Kompass waagerecht direkt vor den Körper halten, wobei der Richtungspfeil vom Körper weg zeigt.
2. Nun den ganzen Körper mit dem Kompass so lange drehen, bis das Nordende der Magnetnadel in der vorher eingestellten Nordmarke ruht.
3. Nun zeigt der Richtungspfeil zum Zielort, und somit in die Richtung des zu gehenden Weges.
3.1 Peilung eines Objektes
1. Zuerst sucht man ein eindeutig erkennbares, nicht zu weit entferntes Objekt in der Landschaft (Zb Berggipfel, Turm, Landnase im See,)
2. Dieses Ausgesuchte Objekt muss nun in der Karte deutlich identifiziert werden.
3. Man peilt (Peilen = Die Richtung ermitteln) im Gelände das Objekt mit dem Kompass an, wobei der Richtungspfeil in Richtung des Objekts zeigt.
4. Der Richtungspfeil muss so gut und genau wie möglich auf das Zielobjekt zeigen.
5. Nun dreht man die Kompassdose, bis das Nordende der Magnetnadel in der Nordmarke ruht! Jetzt ist der Peilungswinkel fixiert.
3.2 Übertragung der Peilung in die Karte
1. Jetzt eine Anlegekante des Kompasses an das Peilobjekt legen. (Der Richtungspfeil zeigt zum Objekt! Die Nordmarke zeigt nach "Norden"!)
2. Damit die Nordlinien mit den Gitterlinien der Karte parallel laufen, muss man den Kompass um das Peilobjekt drehen, bis dies der Fall ist.
3. Somit hat man die Peilung an der Anlegekante, mit der man vorher das Zielobjekt anvisiert hat. Jetzt kann man mit einem Bleistift die Standlinie in die Karte einzeichnen. Irgendwo auf dieser Standlinie befindet man sich jetzt.
Standortbestimmung mit Karte und Kompass
1. Kreuzpeilung
Zur Kreuzpeilung benutzt man 2 Peilobjekte, die etwa 90° auseinander liegen, und die in einer Karte deutlich identifiziert werden können. Nun Peilt man Objekt A an, und überträgt die Standlinie in die Karte. Dasselbe macht man auch mit Objekt B. Dort wo sich dann die zwei Standlinien Kreuzen, ist der gesuchte Standort. Natürlich kann man auch drei, oder noch mehr Standlinien verwenden.
Nachteile: ●Bei einem zu spitzem oder zu stumpfen Winkel ist der Standort jedenfalls zweifelhaft.
●Bei einer Kreuzpeilung mit drei Standlinien kann sich ein sogenanntes "Fehlerdreieck" entstehen. Wenn die Seiten dieses Fehlerdreiecks nur wenige Millimeter lang sind, dann spielt das bei der Standortbestimmung kaum eine Rolle, da man in diesem Fall einfach die Mitte des Dreiecks als Standort annimmt. Ist dieses Dreieck jedoch größer, dann sollte man die Messung lieber wiederholen.
2. Peilung und Kartenstandlinie
Zuerst sucht man sich auf der Karte eine markannte Linie, die man auch im Gelände finde kann. (Das sind zb Uferlinien, Bachläufe, Straßen, Eisenbahnen, Böschungen, Hochspannungsleitungen, Waldgrenzen, usw.) Solch ein Streckenverlauf dient sehr gut als Standlinie zur Standortbestimmung. Nun begiebt man sich zu dieser Linie (zb eine Strasse). Nun weiss man, dass man sich irgendwo auf dieser Strasse befindet. Man könnte nun auf dieser Strasse so lange entlanggehen, bis diese eine andere Standlinie schneidet (zb eine Hochspannungsleitung). Dort wo sich dann die beiden schneiden hat man den gesuchten Standort. Man kann aber auch statt der Hochspannungsleitung einfach eine Peilung vornehmen, und dann auf der Karte die gepeilte Standlinie mit der Strasse schneiden. Dann hat man eine Peilung mit einer Kartenstandlinie.
Nachteil: ● Man sollte keine veraltete Karte verwenden, da vielleicht Strassen oder Waldgrenzen nicht mehr ganz stimmen.
Missweisung
Die Missweisung sollte bei den vorangegangenen Kompassarbeiten ab einer Größe von 5° beachtet werden, da man sonst zu extrem falschen Positionsangaben kommt. Die Missweisung ergibt sich aus den drei verschiedenen Nordrichtungen:
1. Geographisch-Nord (GeN)
GeN ist die "echte" Nordrichtung, die zum Nordpol und (ungefähr) zum Polarstern führt. Unsere topographischen Karten sind alle polwerts ausgerichtet (alle Meridianlinien weisen nach GeN). In Deutschland und in Österreich (aber nicht in der Schweiz) sind auch die Kartenränder nach GeN ausgerichtet. In der Seefahrt wird GeN als "rechtweisend Nord" bezeichnet.
2. Magnetisch-Nord (MaN)
MaN ist auf die magnetischen Pole der Erde bezogen. Sie sind nicht ortsfest und stimmen nicht mit GeN überein. Die Abweichung zwischen GeN und MaN wird sehr genau vermessen und auf topographischen Karten angegeben. Diese Angabe gilt immer für das jeweilige Jahr, und einer "Vorschau" für die folgenden Jahre. In der Seefahrt wird MaN als "missweisend Nord" bezeichnet.
3. Gitter-Nord (GiN)
GiN bezieht sich auf die Richtung, die die parallelen senkrechten Linien in einem Gitter (Zb UTM- oder Gauß-Krüger-Gitter) angeben.
Die drei Nordrichtungen bilden miteinander diese Winkel:
· Von GeN nach MaN die Deklination
· Von GiN nach MaN die Nadelabweichung
· Von GeN nach GiN die Meridiankonvergenz.
GPS
Global Positioning System (zu deutsch: "Weltweite Standortbestimmung"; kurz GPS) ist ein Gerät zur Positionsbestimmung in der heutigen, modernen Navigation. Es wurde in den achziger Jahren vom amerikanischen Verteidigungsministerium (Department of Defense DoD) aufgebaut, und kostete rund 10 Milliarden Dollar. Im ersten Sinn war das GPS vor allem für die Verteidigung entwickelt worden, und ist deshalb gegen Störungen von außerhalb parktisch immun. Mit einem GPS-Empfänger kann man heute die Navigationsprobleme zu Wasser, zu Lande und in der Luft lösen. GPS eignet sich ausserdem auch zu vermessungstechnischen Aufgaben, bei denen freie Sicht zum Himmel herrscht. Das System wird natürlich ständig weiterentwickelt.
Das gesamte GPS-System ist in 3 Hauptsegmente eingeteilt:
1. Das Weltraumsegment
Die eigentliche Funktion des GPS liegt in den Satelliten, von denen Positionsdaten zu exakt vorgegebenen Zeiten zur Erde gesendet werden. Die Umlaufbahnen der Satelliten über der Erdoberfläche beträgt rund 20200 km. Jeder dieser Satelliten umrundet die Erde in 11 Stunden 58 Minuten. Das heisst, dass jeder Satellit die Erde 2 mal am Tag umrundet. Momentan werden 24 Satelliten für die Navigation verwendet, wobei dies keine fixe Zahl ist. Um eine GPS-Position zu bekommen, braucht man mindestens 3 Satelliten gleichzeitig. (Der Grund dafür wird später erläutert) Die Satelliten bewegen sich auf 6 Bahnen mit einer Neigung von 55° (Inklination) gegen den Aquator. Jeder dieser ~24 Satelliten hat einen Sender, einen Empfänger, eine Antenne und mehrere Atomuhren (Cäsium- oder Rubidiumuhren). Die Satelliten haben deshalb so viele Uhren, da die genaue Uhrzeit im GPS-System eine entscheidente Rolle spielt. Die Atomuhren in den Satelliten haben eine Genauigkeit von bis zu 10E-14 (è Die Atomuhr geht in rund 3 Millionen Jahren nur 1 Sekunde falsch).
Die Satelliten strahlen ununterbrochen 2 verschiedene Trägerfrequenzen aus (L1 & L2). L1 ist für die zivile (C/A-Code) und militärische (P-Code) Benutzung; L2 ist nur für die militärische. Der Unterschied zwischen C/A-Code (è"Coarse/Acquisition") und P-Code (è"Precision") ist, dass der zivile Benutzer eine geringere Auflösung hat als der militärische.
2. Das Kontrollsegment
Das Kontrollsystem ist einzig und alleine in der Hand der US Armee. Es wird gebildet von der "Master Kontroll Station" (befindet sich in Colorado Springs), und vier weiteren Stationen: ● Hawaii
● Ascension Island
● Diego Garcia
● Kwajalein
Die von den Monitorstationen gesammelten Daten werden von der Master Station abgerufen die dann aus diesen Daten die Ephemeriden (=Daten über die Umlaufbahn) und das zukünftige Verhalten der Satellitenuhren berechnet. Diese berechneten Daten werden zu einem Datensignal zusammengestellt und anschliessend mit Bodenantennen alle 8 Stunden an die entsprechenden Satelliten geschickt.
3. Das Benutzersegment
Es besteht aus einem Empfänger und einer Antenne. Von allen Satelliten die sich über dem Horizont bewegen empfängt die Antenne Signale, die vom Empfänger identifiziert, und eventuell gespeichert werden. Aus diesem Datenmaterial wird schlussendlich die Entfernung zwischen dem Standpunkt und den Satelliten berechnet. Anders gesagt ist der GPS-Empfänger eigentlich nur ein Radio, da man mit ihm nur eine Frequenz empfangen kann. Zwar ist die Umwandlung der Daten etwas aufwendigere Technik, doch ein Fachmann findet nichts extrem Aufwendiges daran. Deshalb sind die heutigen GPS-Empfänger (relativ) billig und robust.
Funktion
Jetzt drängt sich jedoch die Frage auf: "Wie kann ein GPS-Empfänger seine Position mit Hilfe der Satelliten bestimmen?" Die Antwort ist jedoch ziemlich einfach, weil die Ortsbestimmung des Empfängers einem einfachem physikalischen Prinzip folgt:
Da sich die elektromagnetischen Wellen mit Lichtgeschwindigkeit (C-2,99792458 x 108 m/s) ausbreiten, und man die Zeit weiß, die ein Signal von einem Satellit bis zum Empfänger braucht, kann man sich mit einer einfachen Gleichung die Entfernung ausrechnen:
Weg = Geschwindigkeit x Zeit
Vom Satellit muss daher ein Signal gesendet werden, dass die Startzeit und auch seine genaue Position enthält. Da die Lichtgeschwindigkeit jedoch sehr groß ist, muss für eine gute Positionsbestimmung eine sehr genaue Uhrzeit vorhanden sein. Die Uhrzeit in den Satelliten wird immer auf 10 ns synchronisiert, denn bereits ein Fehlgang der Uhr von nur 1 Mikrosekunde würde einen Positionsfehler von ~300 m zur Folge haben. Eine so genaue Uhrzeit erreicht man aber nur mit Atomuhren.
Wenn man aber nur die Entfernung zu einem Satelliten hat, dann könnte man sich überall auf einer Kugeloberfläche (mit der gemessenen Entfernung als Radius) um diesen Satelliten befinden. Wenn man aber zwei Satelliten benutzt, dann erhällt man einen Schnittkreis der beiden "Entfernungskugeln". Dieser Schnittkreis gibt also noch immer keine genaue Position des Empfängers. Erst bei dem Empfang eines dritten Satelliten erhält man als Schnittergebnis den Standpunkt.
Da man aber im GPS-Empfänger keine Atomuhr hat (da diese viel zu groß und zu teuer wäre), und Quarzuhren aufgrund der hohen Lichtgeschwindigkeit viel zu große Fehler machen, ist das Problem am einfachsten mit einem vierten Satelliten zu lösen. Mit diesem vierten Satelliten (und seiner zusätzlichen Messung) kann der Zeitfehler eliminiert werden, und man erhält eine Position auf ca 5 bis 10 Meter genau.
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