Höhenangaben bei Prismenstab, GPS-Stab und Stativ

Aktualisiert am 16.10.2020 (3996)

Intro

Der Unterschied zwischen einem Prismenstab und einem GPS-Stab (Roverstab) ist üblicherweise auf den ersten Blick nicht erkennbar, die Auswirkung einer Verwechslung aber kann fatal sein: Wenn z.B. auf einen GPS-Stab statt des GPS-Empfängers ein Prisma montiert wird, entsteht u.U. ein Höhenfehler bis zu 10cm und mehr.

Ursache ist der unterschiedliche Höhenbezug der Stäbe bzw. – bei Teleskopstäben – der “0-Punkt” der Skalierung auf dem herausziehbarem Stabstück. Nochmals komplizierter wird es bei kombinierter Anwendung von GNSS und Totalstation (Hybrid-Verfahren), bei dem der GNSS-Empfänger über dem Prisma angebracht wird.

Keine Panik – im “normalen”, eingeübten Betrieb passieren kaum Fehler. Aber wehe, es gibt ähnlich aussehende Stäbe im Betrieb, mehrere Vermessungsgeräte, diverse Prismen, ein paar Adapter, mehrere Mitarbeiter*innen oder es muss wie immer schnell gehen.

Hier ein paar Hinweise zur Klärung:

Der “GPS-Stab”

  • Die Bezugshöhe des Stabs ist die Oberkante des ausziehbaren Stabteils. Werden auf der Skala “1.80” abgelesen, ist der Stab genau 1.80m hoch ausgezogen – also 180cm von der Spitze unten bis zur Oberkante. Diese 180cm werden in der Vermessungssoftware als Stabhöhe (Vertical Height) eingetragen und kann zu jedem Messpunkt separat angepasst werden.
  • Üblich beträgt die Standard-Stabhöhe “2m”, die in der Grundkonfiguration der Software vorgegeben wird und dort auch nur geändert werden sollte, wenn grundsätzlich mit anderen Stabhöhen gearbeitet wird.
  • Der Ort, an dem quasi die per GNSS ermittelte Position “entsteht”, ist das sogenannte Phasenzentrum, ein Punkt (eigentlich eher ein Bereich, abhängig von der GNSS-Frequenz) ungefähr auf der Höhe des Antennenelements. Dieser Höhenoffset (Antennenoffset) wird von der Unterseite des Gehäuses (ARP = Antenna Reference Point) gemessen und ist modellspezifisch. Er wird in der Vermessungssoftware automatisch berücksichtigt, sobald ein bestimmtes Antennen- oder Empfängermodell ausgewählt wird. Im üblichen RTK-Vermessungsablauf wird dieser Höhenoffset intern verarbeitet und tritt nach außen hin nicht in Erscheinung. Beim Postprocessing, das oftmals mit Software eines Drittherstellers durchgeführt wird, muss dieser Antennenoffset üblicherweise separat eingegeben werden.
  • Das Ergebnis der  Positionsberechnung nach Berücksichtigung von Offset und Stabhöhe bezieht sich also immer auf den Stabfußpunkt.

Der GPS-Stab mit fester Höhe

Produktbeispiel

Vorteile/Nachteile GPS-Stab mit fester Höhe (bestehend aus 2 Meterstücke, üblicherweise Carbon)

  • + Bequem transportierbare und versendbare Meter-Stücke (oftmals gemeinsam in einer Tragehülle)
  • + Immer die selbe Höhe => Höhenfehler werden vermieden, keine Änderungen in der Software erforderlich
  • + Passen in einen handelsüblichen Stativsack (ev. gemeinsam mit montierter Rechnerhalterung und Empfänger, Sack polstern!)
  • + Je nach Körpergröße des Anwenders können Halter für Controller o.ä. auch am oberen Teil angebracht werden
  • – Verlängerbar nur mit 50cm/1m-Stücken

Produktbeispiel

Vorteil/Nachteil GPS-Teleskopstab:

  • + Nur 1 Stabteil
  • + Einstellung unterschiedlicher Höhen möglich
  • + GPS-Empfänger leichter aufschraubbar
  • – Verwechslungsgefahr mit Prismenstab
  • – große Transportlänge (z.B. 1.40 m)

GNSS-Messung auf Stativ

  • Beispiel Topcon HiPer SR: Messung der Höhe vertikal (auf Stab) bzw. schräg (auf Stativ)

    Wird ein GNSS-Empfänger auf einem Stativ montiert, ist die senkrechte Entfernung zum Bodenpunkt schwer zu messen. Man misst daher mit einem Maßband die “Schrägdistanz” (Slant Height) vom Bodenpunkt zu einer gut erreichbaren Höhenmarke am Rand des Empfängers (SHMM – Slant Height Measurement Mark). Diese Markierung kann, muss aber nicht mit der Lage des Antennenphasenzentrums übereinstimmen.  Diese Schräghöhe wird in der Vermessungssoftware eingegeben. Die senkrechte Höhe über dem Fußpunkt berechnet die Software automatisch (Pythagoras).

Prismenstab

Bei einem Prismenstab befindet sich die Bezugshöhe auf der Mitte des Prismas, also auf Höhe der Kippachse des Prismenhalters bzw. bei Rundumprismen in der Mitte des zusammengesetzten Glaskörpers. Liest man auf der Skala “1.80” ab, so muss sich das Prisma mit seiner Kippachse resp. geometrischem Zentrum exakt auf 180cm Höhe, gemessen vom Fußpunkt, befinden. Dies hat nun verschiedene Konsequenzen:

  • Prismen haben unterschiedliche Größen und Halter, meistens herstellerspezifisch. Daher haben Hersteller von Totalstationen üblicherweise immer einen “eigenen” Prismenstab im Sortiment, dessen Skalierung exakt zum eigenen Standardprisma passt.
  • Prismen haben, ähnlich wie GNSS-Antennen (s.oben), eine feste Kippachshöhe in Abhängigkeit vom Hersteller. In der Vermessungssoftware ist diese Höhe in einer Datenbank hinterlegt, ähnlich des GNSS-Antennenoffsets (s.o.).
  • Möchte man daher einen anderen als den herstellereigenen Prismenstab verwenden, muss man entweder die Prismenhöhe mit einem unter dem Prisma angebrachten Höhenadapter anpassen oder – nicht zu empfehlen – die Prismenkonfiguration in der Software manipulieren.
  • Ein Primenstab ist immer “kürzer” als ein GPS-Stab. Zieht man beide gemäß der Skala auf 1.80m aus, ist der GPS-Stab exakt 180cm lang, der Prismenstab – je nach Marke – z.B. 165cm.
  • Ein Prismenstab ist – mit Hilfe des passenden Adapters – immer in einen GPS-Stab umzuwandeln.
  • Umgekehrt ist ein GPS-Stab nur über den Umweg der Konfiguration der Vermessungssoftware in einen Prismenstab umzuwandeln => nicht zu empfehlen!

Hybrid-Messungen

Beim kombinierten GNSS/optischen Messverfahren wird es kompliziert – was dankenswerterweise von der Vermessungssoftware intern geregelt wird. Fehler passieren nicht – vorausgesetzt Sie verwenden den Prismenstab des Herstellers… Denn nun gilt es folgende Höhenangaben zu berücksichtigen (hier am Beispiel Topcon Hybrid):

  • Die Stabhöhe => wird an der Skala abgelesen und in der Software eingegeben
  • Die Kombination aus den Einzelhöhen von
    • Prismenzentrum => richtige Auswahl des Prismentyps (ATP1)
    • GNSS-Antennenphasenzentrum => richtige Auswahl der Antenne oder des Empfängermodells (z.B. HiPer VR)
    • Hybrid-Adapter (wird zwischen Prisma und Empfänger angebracht) => erfolgt automatisch bei Aktivierung von “Hybrid” in MAGNET Field

Was soll man machen, wenn man mit der Hybrid-Ausrüstung “nur mal schnell” eine GNSS-Messung machen möchte, ohne Totalstation? Dafür haben Sie 3 Möglichkeiten und 1 absolute Verbot:

  1. Schrauben Sie NICHT den GNSS-Empfänger direkt auf den Prismenstab, sondern…
  2. Verwenden Sie das selbe Equipment wie bei der Hybrid-Methode (außer Totalstation), also den Prismenstab mit Prisma ATP1 und HiPer, nutzen allerdings nur das GNSS-Profil. Nicht vergessen “Hybrid” zu aktivieren, ansonsten werden Höhen nicht korrekt korrigiert.
  3. Verwenden Sie einen separaten GPS-Roverstab. Wir empfehlen einen zweiteiligen 2m-Stab, da man diesen nicht so einfach mit dem Teleskop-Prismenstab verwechselt…. Als Profil verwenden Sie das selbe GNSS-Profil, das auch bei Hybrid eingesetzt wird. Aktivieren Sie Hybrid NICHT!
  4. Verwenden Sie einen Adapter auf dem Prismenstab. Beachten Sie, dass die aktuellen Prismenstäbe von Topcon bereits einen kleinen schwarzen Adapter von 27 mm Höhe tragen, um das Prisma ATP1 auf die zur Skala passenden Höhe zu bringen. Für GPS-Einsatz wird ein weiterer Adapter von 50mm benötigt. Die gesamte Höhe der Verlängerungen beträgt also 77 mm.

Beispiel Topcon Stäbe