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| ► HOME ► Vermessungsgeräte und -methoden ► klassische und moderne Vermessungsgeräte ► Distanzmessung |
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Die älteste und einfachste Methode der Messung von Strecken bzw. Entfernungen ist neben dem Schrittmaß die Messung mit einer Schnur, einem Meßseil o.ä.
Mit einem Schnurstück kann man z.B. durch das Zählen des Vielfaches seiner Länge die unbekannten Strecken messen und mit anderen vergleichbar machen. Um die Messung noch genauer zu machen und auch Reststrecken besser zu ermitteln, wurden in gleichen Abständen Knoten in der Schnur geknüpft. Maßstäbe in Form von Ellen, Meßseilen und Meßstangen sowie Ruten bekannt in Babylonien wie in Ägypten schon um 3000 v. Chr.
Die Ägypter nutzten die Schnur zur Messung von Längen beim Bau ihrer monumentalen Bauwerke aber auch bei der Absteckung der Felder im Nildelta nach den Überschwemmungen.
Die ägyptischen Landvermesser konnten ferner mit Hilfe von Zwölfknotenschnüren sehr genau rechte Winkel vermessen. Das dabei verwendete Seil wurde durch Knoten (oder mit Farbmarkierungen) in 12 gleiche Teile unterteilt. Mit dieser Schnur bildeten sie dann ein rechtwinkliges Dreieck mit den Seiten 3:4:5 (sog. ägyptisches Dreieck).
Die nachfolgende Briefmarke zeigt die Vermessung von Feldern in einer ägyptischen Grabdarstellung (Grab des Mena in der Nähe des Tals der Könige). Das Land wurde in gleich große Vierecke geteilt. Die Ausmessung erfolgte mittels Meßschnüren, in denen in gleichem Abstand voneinander Knoten geknüpft waren, oder Mittels Latten in der Maßeinheit der altägyptischen Elle. Die Vermessung diente zur Vorausberechnung des Ernteertrags und wurde ausgeführt von einem "Strickträger", einem "Strickspanner" sowie von zwei "Feldschreibern" unter der Leitung eines "Katasterschreibers". Die Vermessungsbeamten wurden auch "Harpedonapten" genannt:
Die DDR-Briefmarke zum Monat der deutsch-chinesischen Freundschaft gewidmet ist der Bodenreform und zeigt Leute bei der Messung mit einer Messschnur (die Messschnur liegt tlw. am Boden, ein Mann schlägt in den Boden einen Pflock ein):
Ein anderes Hilfsmittel zur Streckenmessung war früher ein Feldzirkel. In der Landwirtschaft diente er zum Abteilen der Felder durch Umschlagen des Zirkels oder auch zum Abstecken einer Dränung in gleichen Abständen. Er bestand aus zwei miteinander verbundenen, durch eine Querleiste zusammengehaltenen Holzstreben mit einer Öffnung von meist 2 m:
Bei den seit dem ca. 17. Jh. aufkommenden topographischen Landesaufnahmen wurden häufig bis ins 20. Jh. hinein Messketten und Messlatten verwendet. Sie dienten überwiegend zu präzisen Streckenvermessungen von Basislinien aus Ausgang von Triangulationsnetzen. Aber auch bei den ersten Katasteraufnahmen in 19. Jh. wurden sie zu Gründstücksvermessungen verwendet. Die Messlatten waren i.d.R. 3 oder 5 m lang, und aus gut abgelagerten Kiefernholz hergestellt. Sie hatten ovalen, sich verjüngenden Querschnitt und stumpfe oder schneidenförmige Enden mit gegeneinander um 90 Grad versetzten Schneiden aus Stahl. Messlatten wurden stets paarweise benutzt.
Rascher und genauer, als mit Messlatten, kann man mit Messbändern, insbesondere Rollmessbändern gemessen werden. Sie sind aber temperaturempfindlicher als Meßlatten und bedürfen wegen der Bruchgefahr guter Pflege und Behandlung. Die vor Jahrzehnten gebräuchlichen sog. Landmessbänder sind heute völlig den Rollmessbändern gewichen. Diese sind i.d.R. 10 m, 20 m, 25 m, 30 m oder 50 m lang und bestehen aus Stahl oder Kunststoff. Häufig werden kunststoffbeschichtete Stahlmessbänder und Glasfasermessbänder verwendet, die gegen Witterungseinflüsse (also auch temperaturbedingte Ausdehnung) unempfindlich sind. Das Band ist i.d.R. auf einem Aufrollrahmen mit Handgriff befestigt. Die folgende Briefmarke von St. Lucia zeigt u.a. ein heute gebräuchliches Rollmessband:
Streckenmessung mit Messrädern und Messwagen: Mit einem Messrad wird die zu ermittelnde Strecke aus der Zahl der Umdrehungen und dem Umfang des Rades berechnet. Heute dient es zum Kilometrieren von Straßen oder zur Streckenmessung durch die Polizei bei Straßenunfällen. Der mechanische Wegmesser oder Hodometer (Odometer) wurde bereits in der Antike erfunden. Erste Indizen der Existenz eines mechanischen Entfernungsmessers findet man bereits zur Zeit Alexander des Großen (reg. 336-323 v. Chr.) in Form der erstaunlich genauen Entfernungsangaben. Die ersten Beschreibungen eines Hodometers in der Literatur finden sich bei dem römischen Ingenieur Vitruvius (1.Jh. v.Chr.) und dem griechischen Erfinder Heron von Alexandria (1.Jh. n.Chr.): Ein Stift, der senkrecht auf einem Wagenrad oder der Welle angebracht war, griff bei jeder Umdrehung in ein Stirnrad; durch weitere Übersetzung drehte sich ein Rad nach Zurücklegung einer Meile einmal herum. Hierdurch fiel ein rundes Zählsteinchen in ein Metallgefäß im Inneren des Messwagens. Aus der Anzahl der Steinchen in dem Gefäß ließ sich die zurückgelegte Entfernung bestimmen. Heron von Alexandria beschreibt einen auf dem gleichen Prinzip basierenden Wegmesser zur Landvermessung, welcher die zurückgelegte Strecke jedoch mit einem Zeigerwerk anzeigte. Von Herons Streckenmesser fehlen heute jedoch genaue Angaben. Die griechische Briefmarke und Maximum-Karte zeigt einen Nachbau des Heron-Hodometers:
Die exakt vermessenen Römerstraßen mit ihren überlieferten Meilenangaben zwischen den einzelnen Orten in römischen Dokumenten lassen vermuten, dass Hodometer schon vor 2000 Jahren als amtliche Entfernungsmesser dienten. Das Hodometer wurde später auch im alten China, möglicherweise von dem Erfinder und Wissenschaftler Zhang Heng (78-139) aus der Han-Dynastie erfunden. Im dritten Jahrhundert, währen der Zeit der Drei Reiche, nannten die Chinesen das Gerät ji li gu che, d.h. Li-Aufzeichnungstrommelwagen. Nach chinesischen Berichten aus dem dritten Jahrhundert drehte sich eine hölzerne Figur einmal um ihre Achse während der Wagen ein Li zurücklegte und schlug dabei eine Trommel. Nach zehn Li schlug eine andere Holzfigur einen Gong oder eine Glocke. Trotz der Verknüpfung mit Zhang He gibt es auch geschichtliche Hinweise, dass die Erfindung des Odometers ein kontinuierlicher Prozess in der Han-Dynastie war, der sich um die Mitglieder des Hofstaats abspielte. Es gibt Vermutungen, dass im ersten vorchristlichen Jahrhundert, währen der westlichen Han-Dynastie, der Schlag der Trommeln und Gongs bereits automatisch funktionierte. Im Jahr 125 nach Christus, war der mechanische Odometerwagen in China allgemein bekannt, wie in einem Wandbild des Xiao Tang Shan Sarges dargestellt ist. Das Hodometer wurde auch in späteren Perioden der chinesischen Geschichte eingesetzt.
Ein anderer Messwagen wurde von dem sächsischen evangelischen Pfarrer und Kartographen, Adam Friedrich Zürner (1679-1742) konstruiert. Am 12. April 1713 erteilte ihm August der Starke den Auftrag, alle Ämter des Kurfürstentum Sachsen in gleicher Weise, wie die früher von ihm herausgegebenen Karten der Ämter Großenhain und Dresden, in geographischen Karten dfarzustellen. Zürner sollte damit die bereits 1586 begonnene und durch den Dreißigjährigen Krieg unterbrochene Vermessung des Kurfürstentums als zweite kursächsische Landesaufnahme zu Ende führen. Zürner, mit dem Titel "Land- und Grenzkommissar" ausgestattet, konnte im Spätherbst 1718 seine "Neue Chursächsische Post-Charte" vorlegen. Um diesen Auftrag zu erledigen, konstruierte er einen geografischen Messwagen, mit dem sehr genaue Vermessungen durchgeführt werden konnten. Dies war eine Kutsche, in der ein Gestänge die Umdrehungen des Hinterrades auf ein Zählwerk übertrug. Mit seinen Messwagen legte Zürner etwa 18 000 Meilen zurück. Im Ergebnis dieser Vermessung wurden die steinernen kursächsischen Postmeilensäulen in den sächsischen Städten und entlang der Poststraßen errichtet. Die auf den Säulen angegebenen Stundenangaben entsprechen den Entfernungen. Eine Wegstunde entspricht rund 4,5 km, also derjenigen Strecke, die man in einer Zeitstunde zu Fuß zurücklegt.
Entfernungsmessgeräte (optische, elektronische und elektrooptische Distanzmesser): Bei der optischen Streckenmessung wird die Strecke rechnerisch (auf geometrischem Wege) aus einem sog. parallaktischen Dreieck mit der bekannten Basis und dem ihr gegenüberliegenden, gemessenen parallaktischen Winkel bestimmt. Die Höhe dieses Dreiecks ist die gesuchte Entfernung. Hinsichtlich der Lage der Basis werden die optischen Streckenmessgeräte eingeteilt in solche mit Basis im Ziel (vom Scheitelpunkt des parallaktischen Winkels aus werden z.B. mit einem Theodoliten die Enden einer horizontal aufgestellten Basislatte angezielt und der Winkel dazwischen gemessen) oder mit Basis im Instrumentenstandpunkt (von den Basisenden aus wird der Scheitelpunkt des parallaktischen Winkels im Ziel angezielt). Hinsichtlich des Messprinzips unterscheidet man zwischen optischen Streckenmessgeräten mit fester Basis und veränderlichem parallaktischem Winkel, mit veränderlicher Basis und festem parallaktischem Winkel und mit veränderlicher Basis und veränderlichem parallaktischem Winkel. Als ein optischer Distanzmesser mit Basis im Ziel kann auch jeder Theodolit oder jedes Nivellier mit einem Fernrohr dienen, das parallel zum horizontalen Mittelstrich des Fadenkreuzes zwei sog. Reichenbach'sche Distanzstriche besitzt, die im bekannten Abstand aufgetragen sind und den konstanten parallaktischen Winkel festlegen. Zur Mesung wird im Zielpunkt vertikal eine Nivellierlatte aufgestellt. Mit dem an den beiden Distanzstrichen abgelesenen Lattenabschnitt und dem bekannten Strichabstand kann anhand des parallaktischen Dreieck die gesuchte Strecke ermittelt werden (Tachymeter-Prinzip; sehe auch Theodolite und Tachymeter). Mit der Nutzung elektromagnetischer Wellen zur Streckenmessung begann eine neue Ära der Vermessungsgeräte. 1923 wurde eine Methode zur hochgenauen Messung von Strecken mit Hilfe von Lichtinterferenzen entwickelt (benutzt später zum Eichen von Latten und Invardrähten). 1936 wurde in der Sowjetunion das erste elektrooptische Streckenmessgerät gebaut. Praktische Bedeutung erlangten diese Geräte 1948 mit dem von der schwedischen Firma AGA gebauten Geodimeter. Seit Anfang der 50er Jahre entwickelten zahlreiche Hersteller elektronische und elektrooptische Streckenmessgeräte großer Reichweite (30-60 km), ab ca. 1965 auch Kurzstreckenmessgeräte (3-5 km). Im Bereich der elektronischen Entfernungsmessung begann eine starke Entwicklung mit der Konstruktion eines Mikrowellenentfernungsmessers im Jahre 1959 durch den Südafrikaner Dr. Trevor Lloyd Wadley (1919-1980) - einen Mitarbeiter des Telekomunikations-Forchungslabors im südafrikanischen Council for Scientific and Industrial Research (CSIR). Das von ihm gebaute Tellurometer leitete die Ära der Mikrowellenstreckenmessung ein, die bis ca. 1980 dauerte. Der Tellurometer erlangte schnell große Verbreitung in der Geodäsie - in den ersten 10 Jahren wurden ca. 6000 Geräte verkauft. Mit Hilfe der Mikrowellenstreckenmessungen wurden in den 50er bis 70er Jahren die klassischen Triangulationsnetze überprüft und entscheidend verbessert. Die auf folgenden Briefmarken dargestellten Tellurometer arbeiteten nach dem Prinzip der Phasendifferenzmessung mit Hilfe von Radiowellen (Mikrowellen). Zur Mikrowellenstreckenmessung sind eine Hauptstation (Master) und ein aktiver Reflektor (Remotestation) erforderlich. Zum Senden und Empfangen der Mikrowellensignale dient eine Parabol- oder Hornantenne. Der Tellurometer strahlt eine frequenzmodulierte elektronische Welle aus; die entfernte Remotestation strahlt dann die eingehende Welle mit einer entsprechend geänderten Frequenzmodulation wieder zurück zur Masterstation. Aus den daraus resultierenden Phasenverschiebungen in der Master- und Remotestation kann die gemessene Entfernung berechnet werden. Der Tellurometer besaß eine normale Reihweite von 30 bis 50 km, die aber bis zu 70 km erweitert werden konnte.
Die belgische Briefmarke zum 10jährigen Jubiläum des Antarktischen Abkommens zeigt auch ein Entfernungsmessgerät (EDM) auf dem Stativ (möglicherweise ein Tellurometer oder Wild Distomat DI-50 ?)
Bei der elektrooptischen Streckenmessung wird die Entfernung zweier Punkte aus der Laufzeit oder der Phasendifferenz von elektromagnetischen Wellen (im Bereich zwischen Infrarot und sichtbarem Licht) zwischen dem Instrument (Sender und Empfänger) und einem Reflektor ermittelt. Ein im Anfangspunkt der Strecke aufgestellter Sender sendet dabei eine sich mit konstanter Geschwindigkeit fortpflanzende Welle bzw. einen Impuls aus, die bzw. der im Endpunkt durch ein Prisma reflektiert und im Anfangspunkt wieder aufgefangen wird. Grundsätzlich unterscheidet man also zwischen dem Impulsverfahren und Phasenvergleichsverfahren. Beim Impulsverfahren wird die Laufzeit eines Laserimpulses vom Sender zum Reflektor und wieder zurück zum Empfänger gemessen. Die gesuchte Strecke wird direkt aus der Laufzeit und der bekannten Lichtgeschwindigkeit abgeleitet. Bei genügend hoher Energie des Laserimpulses kann auf einen Reflektor im Endpunkt verzichtet werden. Dies wird von allem bei modernen Tachymetern zur reflektorlosen Streckenmessung genutzt. Beim Phasenvergleichsverfahren wird die Strecke anhand der Phasendifferenz der im Anfangspunkt kontinuierlich abgestrahlten und nach der Reflexion im Endpunkt wieder empfangenen harmonischen elektromagnetischen Schwingung bestimmt. Zur Bestimmung der Strecke müssen die Ausbreitungsgeschwindigket der elektromagnestischen Wellen bei den während der Messung vorhandenen meteorologischen Bedingungen, die Frequenz und die Phasendifferenz zwischen Bezugs- und Messignal bekannt sein. Neben der Phasendifferenzmessung (zur Bestimmung des Reststückes der Strecke) muss zur Eindeutigkeit der Streckenmessung auch die Anzahl der vollen Wellenlängen bestimt werden. Dazu verwendet man mehrere Messfrequenzen. Die Weihnachtsinsel-Briefmarke zeigt einen Geodäten bei der Messung mit einem Theodoliten mit aufgesetzten Entfernungsmessgerät (EDM). Bei dem orangenen Gerät im oberen Teil des Theodoliten handelt es sich wahrscheinlich um das elektrooptische Kurzstreckenmessgerät Distomat DI 3S der Firma Wild, das nach dem Phasenvergleichsverfahren arbeitet. Unterhalb des Theodoliten befindet sich eine rechteckige Steuereinheit des EDM-Gerätes:
Auch auf dem österreichischen Stempel ist ein modernes elektronisches Theodolit mit einer Bedieneinheit mit Tastatur dargestellt, auf dem ein Entfernungsmessgerät (mit zwei Fernrohren) aufgesetzt ist (möglicherweise auch ein Produkt der Firma Wild): 
Die Briefmarke aus Thailand zeigt einen Vermessungsingenieur bei der Messung mit einem Theodoliten, auf dem ein elektrooptischer Entfernungsmessgerät aufgesetzt ist:
Für die Messung mit elektrooptischen Entfernungsmessgeräten werden im Ziel spezielle Reflektoren (verspiegelte Prismen) aufgestellt (wenn nicht reflektorlos mit Laserimpulsen gemessen wird). Die nachfolgende Briefmarke zeigt im Vordergrund einen auf dem Stativ aufgestellten dreiteiligen Reflektor. Die größere Anzahl der Prismen erhöht die Reichweite des Instruments. Der Absenderfreistempel zeigt im rechten Teil der Abbildung eine Zieltafel für die Richtungsmessung mit einem Theodoliten und darüber einen Prismenreflektor für die elektrooptische Streckenmessung:
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