Gauss Krüger und Breiten-/Längengrade konvertieren

Allgemeine Fragen zu GPS und verwandten Themen

Moderator: Roland

Gauss Krüger und Breiten-/Längengrade konvertieren

Beitragvon peterguy » 23.11.2009 - 00:12

N'Abend zusammen,

ich habe mal wieder ne Frage, an der ich mir jetzt den halben Abend die Zähne ausgebissen habe. :x :?

Und zwar schreibe ich gerade ein kleines Progrämmchen, mit welchem ich meine Orthophotos anzegen lassen kann um dann im zweiten Schritt die GPS-Daten drüberzuzeichnen.
Meine Orthophotos sind allerdings nach Gaus-Krüger referenziert (mit einer .tfw Datei), wogegen ich in den GPS Daten mit Längen- und Breitengraden zu tun habe.

Wie kann man die beiden Formate am einfachsten Verheiraten?
Erste Versuch über google was zu finden waren erstmal demotivierend. Anscheinend werden für die Umrechnung recht komplexe Formeln benötigt, die auch ein tiefes Verständnis der Materie voraussetzen. Bitte sagt mir, daß ich das falsch verstanden habe und es in wirklichkeit viiiiel einfacher funktioniert. Z.b. Mit einem kleinen Progrämmchen a la GPSBabel. :D
Eventuell gibts ja auch ein kleines Komandozeilen Tool, das ich in meine Anwendung integrieren kann?

Als Web-Tool habe ich schon was in der Richtung gefunden:
http://calc.gknavigation.de/

Viele Grüße,
Peter
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Re: Gauss Krüger und Breiten-/Längengrade konvertieren

Beitragvon Jörn Weber » 23.11.2009 - 01:29

Hallo Peter,
peterguy hat geschrieben:
Wie kann man die beiden Formate am einfachsten Verheiraten?


Sorry. Das Vorhaben ist nicht trivial und braucht viele Mannjahre. Verwende etwas fertiges, wie das GIS "GRASS" oder suche dir eine Lib mit fertigen Funktionen.

Die GPS-Daten müssen erst einmal vom Kartenbezugssytem WGS84 des GPS-Empfängers auf das Kartenbezugssystem Potsdam mathematisch umgesetzt werden. Danach musst du die immer noch räumlichen Koordinaten mit der Gauss-Krüger-Projektion in die Ebene transformieren.

Eventuell reicht es dir ja auch die Karten mit GlobalMapper einzulesen, zu rektifizieren (umverzehren) und mit WGS84 wieder zu speichern? Macnetz? Liest Du mit? Funktioniert das umsetzen von GK2 zu WGS84 mit GM sauber?

Gruss Joern Weber
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Re: Gauss Krüger und Breiten-/Längengrade konvertieren

Beitragvon ssquare_de » 23.11.2009 - 11:20

Hallo Peter,



du spielst mit den Orthophotos doch sicher auf die Aufnahmen des Vermessungsamtes an?

Die müssten dir doch auch das Kalibrierungsfile in einem anderen Format als GK zu Verfügung stellen können.
Maile denen doch mal.
Das wäre die beste, weil genaueste und einfachste Lösung für dich!



Stefan
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Re: Gauss Krüger und Breiten-/Längengrade konvertieren

Beitragvon macnetz » 23.11.2009 - 11:41

Jörn Weber hat geschrieben:Funktioniert das umsetzen von GK2 zu WGS84 mit GM sauber?
Hallo,

das Reprojezieren mit GlobalMapper oder einem GIS-Programm ist eine Lösungs-Möglichkeit.
Für heute übliche Ortofotos ist das ausreichend.
Letztlich ist es einfacher als alle geografischen Koordinaten (WGS84) in das Metergitter mit Kartendatum Potsdam umzurechnen. Google Earth/Maps geht auch diesen Weg.

Grüsse - Anton
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Re: Gauss Krüger und Breiten-/Längengrade konvertieren

Beitragvon peterguy » 24.11.2009 - 01:24

Hallo,

na das hört sich ja gut an, ein paar Mannjahre :shock:
Hatte mir ursprünglich das Konvertieren als leichtesten Part vorgestellt...

Aus euren Beschreibungen entnehme ich, daß es grundsätzlich zwei Möglichkeiten gibt:
1. Konvertieren der GPS-Tracks von WGS84 zu Potsdam mit späterer Projektion auf die 2D Ebene.
2. Konvertieren der Luftaufnahme in das WGS84 Format, womit die GPS-Track direkt verwendet werden können

Lösung 2 hört sich für mich erstmal einfacher an, aber es stellt sich mir hier eine Frage: Wie kriege ich den Bezug von Pixel der Luftaufnahme zu der GPS-Position in Längen/Breitengraden (WGS84) hin? Das scheint mir bei Potsdam / GK dann doch einfacher.

Und direkt noch eine Frage zu Lösung 2: Muss ich nicht auch Verluste in der Genauigkeit in Kauf nehmen? Wenn ja, wie groß sind diese?

Gruß, Peter
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Re: Gauss Krüger und Breiten-/Längengrade konvertieren

Beitragvon Jörn Weber » 24.11.2009 - 01:50

peterguy hat geschrieben:Lösung 2 hört sich für mich erstmal einfacher an, aber es stellt sich mir hier eine Frage: Wie kriege ich den Bezug von Pixel der Luftaufnahme zu der GPS-Position in Längen/Breitengraden (WGS84) hin? Das scheint mir bei Potsdam / GK dann doch einfacher.

Und direkt noch eine Frage zu Lösung 2: Muss ich nicht auch Verluste in der Genauigkeit in Kauf nehmen? Wenn ja, wie groß sind diese?


Die Grundauflösung des Bildes definiert sich über Meter/pixel und sollte vom Hersteller geliefert werden. Die Koordinaten mindestens einer Ecke kennst du ja.

Die Verluste bei einer Rektifikation des Bildes kann man vernachlässigen, da sie im Zentimeterbereich liegen.

Gruss Joern Webre
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Re: Gauss Krüger und Breiten-/Längengrade konvertieren

Beitragvon peterguy » 26.11.2009 - 01:40

Hallo nochmal,

habe jetzt versucht, meine Luftaufnahme mit hilfe von GlobalMapper zu reprojezieren.
Allerdings muss ich zu meiner Schande gestehen, daß ich keinen entsprechende Option in dem Programm finden konnte.
Bild reinladen ist kein Problem, aber das exportieren scheint nicht ganz so intuitiv zu funktionieren...

Könnt ihr mir weiterhelfen und kurz niederschreiben, wie das mit dem Reprojezieren in Global Mapper funktioniert?

Gruß,
Peter
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Re: Gauss Krüger und Breiten-/Längengrade konvertieren

Beitragvon macnetz » 26.11.2009 - 09:38

Hallo Peter,

vielleicht hilft es zum Verständnis wenn dir klar ist dass GlobalMapper ein (Karten-)Bild niemals direkt darstellt sondern immer reprojeziert. Eine Änderung beim Reiter "Projection" unter "Tools : Configure..." ändert sofort die Darstellung auf dem Display.
Ein Bitmap-Export verwendet dann die in der Konfiguraltion gewählte Projektion und das dort gewählte Kartenbezugssystem (Kartendatum).

Grüsse - Anton
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Re: Gauss Krüger und Breiten-/Längengrade konvertieren

Beitragvon peterguy » 27.11.2009 - 01:26

Hallo,

also funktionsweise von Global Mapper habe ich jetzt zwar verstanden.
Aber nun habe ich das Problem, daß die freie Version von GM keinen Exports unterstützt :cry:

Lade mir grad GRASS runter, mal sehen ob man damit weiter kommt...

Gruß,
Peter
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Re: Gauss Krüger und Breiten-/Längengrade konvertieren

Beitragvon ssquare_de » 27.11.2009 - 10:27

Hallo Peter,



vielleicht mag dir da freundlicherweise ein GlobalMapper-Vollversionbesitzer kurzfristig weiterhelfen.
Das wäre sehr nett, denn obwohl GlobalMapper ein tolles Programm ist, für nur 1-2 Anwendungen ist der Erwerb der Lizenz doch etwas kostspielig.



Grüsse
Stefan
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Re: Gauss Krüger und Breiten-/Längengrade konvertieren

Beitragvon peterguy » 30.11.2009 - 23:24

Guten Abend,

ich habe mich gestern nochmal mit beiden Möglichkeiten (Reprojezieren des Orthophotos oder Umrechnung der Tracks von WGS84 zu Potsdam/GK) beschäftigt und habe leider nur kleine Schritte vorwärts machen können.
Zur Reprojektion:
- Habe mir das Tool GRASS installiert (von hier: http://grass.itc.it/grass64/binary/mswindows/)
- Tool gestartet
- ca. 30 min alle Optionen durchgespielt, auf der Suche nach einer Möglichkeit, mein Orthophoto zu importieren
- aufgegeben :(

Zur Umrechnung WGS84 -> Potsdam GK:
- Sehr viel recherchiert im Netz
- Proj4 in der Windowsversion heruntergeladen (von hier: http://trac.osgeo.org/proj/)
- Im DOS Fenster ausprobiert und über Umrechnungen mit hilfe des in der README angegebenen Beispiels "proj.exe -I +proj=utm +zone=11 +ellps=WGS84" gefreut
- Versucht die Funktionsweise wenigstens im Ansatz zu verstehen.
- Versucht in der Anleitung (die leider für die Unix Version ist)bekannt Schlagworte wie Bessel, GausKrüger, WGS oder Potsdam zu finden
- Verzweifelt aufgegeben :(

Ich habe allen ernstes das Gefühl, je weiter man in die Materie versucht einzusteigen, desto weniger versteht man.

Im Moment trete ich auf der Stelle und würde mich riesig freuen, wenn mir jemand einen Schubs (vorzugsweise in die richtige Richtung) geben könnte.
Also, wenn mir jemand bei einem der mir unklaren Punkte hier helfen kann wäre das super!
- Bedienung GRASS Software (Import meines GK/Potsdam referenzierten Luftbildes und Export einer reprojektion in WGS84)
- Freie LIB oder DLL oder Kommandozeilentool zur Konvertierung WGS84 -> GK/Potsdam(egal was, hauptsache ich kann das irgentwie in meine C# Anwendung integrieren)
- Bedienung Proj4 unter Windows, alternativ Doku über die mitgelieferte DLL (proj.dll)


Viele Grüße,
Peter
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Re: Gauss Krüger und Breiten-/Längengrade konvertieren

Beitragvon Azim.Ele » 01.12.2009 - 23:11

Hallo Peter,

Die Koordinaten-Transformation zwischen bei uns gebräuchlichen Ortsbezugssystemen (z.B. UTM mit WGS-84 und Gauß-Krüger mit Potsdam-Datum) ist heutzutage auch für Laien kein Problem.
Die meisten GPS-Handhelds können das und auch im Internet gibt es etliche Seiten zum umwandeln.
Die Google-Suche z.B mit "Datum Potsdam" führt wahrscheinlich zu einigen passenden Treffern. (Unter Datum ist keine kalendarische Angabe gemeint, sondern Angaben über das Kartenbezugssystem).
Aber Achtung: nicht alle Programme und alle GPSR wandeln richtig (Programm-Fehler oder falsche Parameter für das Kartenbezugssystem).
Und wenn richtig, dann wandeln manche Programme und alle mir bekannten GPSR ungenau, wenn es sich wie beim Potsdam-Datum oder beim österr. MGI (BMN) um "schwierige" Lagerung des verwendeten Ellipsoids mit Berücksichtigung von Drehwinkeln und Maßstabszahl handelt. Grund ist, daß sie nicht die aufwendigere Helmert-Transformation (7-Parameter-Methode) verwenden, sondern nur 3 Parameter und die immer zusätzlich erforderlichen 2 der Ellipsoid-Achsen.

Auch ein unbedarfter Laie in Sachen Kartografie und Geodäsie (wie ich es war) kann ein Umwandlungsprogramm selbst erstellen, das bei verfügbaren korrekten (kleinräumigen)Parametern cm-genaue Werte liefert. Literatur, Internetforen, Wikipedia etc. machen es möglich.
Voraussetzungen:
1: Grundlagen erarbeiten - z.B. Geoid, Geoid-Undulation = Differenz zwischen der orthometrischen (See-) Höhe und der rein rechnerische ellipsoidischen Höhe, Ellipsoide, Lagerung der Ellipsoide, Projektion, kartesische Koordinaten, Gittersysteme.
2: Zusammenhänge erfassen.
3: Formeln für die Umwandlungsschritte beschaffen.
4: Parameter der zu verwendenden Kartenbezugssysteme und Gitter beschaffen.
5: Computernutzung mit Programmiersprache oder Programm das viele mathematische Funktionen (hauptsächlich trigonometrische Formeln, aber auch Iteration und Drehmatrix) sowie Logik-Funktionen verwenden kann. (Ich habe keine Kenntnis in Programmiersprachen und deshalb Excel genutzt).
6: Kontrolle der Ergebnis-Plausibilität des eigenerstellten Programms (GPSR, Internet, Karten).

Das Wichtigste ist das Grundprinzip der Koordinaten-Transformation zwischen Ortsbezugssystemen zu kennen:
Es werden immer die 3-dimensionalen kartesischen Koordinaten XYZ gewandelt, egal ob von Lokalsystem zu WGS-84, von WGS-84 zu Lokalsystem oder von Lokalsystem über WGS-84 zu anderem Lokalsystem.
Beispiel für die Schritte zur Transformation von GK-Koordinaten (Potsdam) zu UTM (WGS-84):
1: Ermittlung der ellipsoidischen Höhe des Koordinaten-Punktes
2: Wandlung von der Ebene zum Ellipsoid
3: Wandlung in die lokalen 3-dimensionalen kartesischen Koordinaten
4: Transformation in die 3-dimensionalen kartesischen WGS-84-Koordinaten
5: Wandlung in die geografischen Koordinaten (Breite und Länge) sowie Höhe (WGS-84-Ellipsoid)
6: Wandlung vom Ellipsoid in die Ebene (geodätische Koordinaten)

Viel Erfolg bei Deiner Arbeit. Die Programmerstellung ist ein sehr interessantes Thema. Aber zu aufwendig wenn es nur um die Wandlung von ein paar Koordinaten von Ortho-Fotos geht. Da ist Wandlung über GPSR oder Internet bzw. Info durch LVA viel viel viel einfacher.

Grüße
Azim.Ele
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Re: Gauss Krüger und Breiten-/Längengrade konvertieren

Beitragvon Azim.Ele » 02.12.2009 - 13:39

Hallo Peter,

noch ein paar Infos für Deine Überlegungen.
Ich habe vor mehr als 15 Jahren mittels Excel eine
Transformationsmöglichkeit von Ortsangaben zwischen verschiedenen Ortsbezugssystemen - die ein Bedarfsträger für internationale Kooperation benötigte - erstellt.
Potsdam-Datum war nicht dabei.
Bis zu diesem Zeitpunkt waren dem Bedarfsträger keine praktikablen Transformationsprogramme zugänglich und auch die getesteten GPS-Empfänger konnten damals einige der benötigten Koordinatensysteme nicht verarbeiten. Selbst wenn die Einstellung User-Datum und User-Grid möglich war konnten Parameter mit negativem Vorzeichen oder zu hohen Werten nicht eingegeben werden.
Mittels der Excel-Applikation war es nun möglich ein Eingabe-Koordinatensystem auszuwählen, die Objekt-Werte einzugeben und die transformierten Werte gleichzeitig in allen verwendeten Kartenbezugssystemen abzulesen.
Die mathematischen Ergebnisse waren millimetergenau.
Aber die mathematische Rechengenauigkeit und die Genauigkeit der Koordinaten sind 2 Paar Stiefel.
Maßgeblich sind die zur Verfügung stehenden Transformationsparameter. Diese werden durch Vergleichsmessungen bestimmt. Da die alten Landesvermessungen teilweise beträchtliche Klaffungen aufweisen (auf große Entfernungen und bei schwieriger Topografie im 2-stelligen m-Bereich) können mittels GPS- Messungen und Ausgleichsrechnung die Transformationsparameter nur kleinräumig genau bestimmt werden. Natürlich versucht man mit Meß-Kampagnen brauchbare Transformationsparameter für das Gesamtgebiet zu bekommen. Die veröffentlichten Parametersätze weisen in den Einzelkomponenten oft beträchtliche Unterschiede auf (bei Verschiebevektoren 2-stelliger m-Wert), sind aber im Ergebnis des Gesamtsatzes meist nicht allzu unterschiedlich.
Für die Kartenarbeit mit topographischen Karten 1:50000 sind (durch die Lage-Ungenauigkeit der eingezeichneten Objekte) die Ungenauigkeiten der veröffentlichten Parameter meist nicht relevant. Bei höheren Genauigkeitsansprüchen muß man aber auf durch kleinräumigee Ausgleichsmessungen ermittelte Parameter zurückgreifen (LVA).

Und zum Schluß:
Alles ist relativ. Besonders die Genauigkeit bei GPS und Karten. Aber auch der Aufwand für ein interessantes Projekt.
Ich habe mir den sehr hohen Arbeitsaufwand für das o.a. Excel-Projekt nur angetan, weil der Bedarfsträger auf meine Hilfe angewiesen und das für mich vollkommen neue Thema reizvoll war. Ohne Möglichkeit der Internet-Recherche war schon die Informationsbeschaffung (Uni-Skripten, Bücher) mühevoll.
Das Internet bietet heut nicht nur Infos auf diesem Gebiet, sondern auch Seiten zum Transformieren.
Es gibt GPS-Empfänger und viele Programme, die "so nebenbei" diese Umrechnungen durchführen können.

Ist das Ergenis das Ziel, dann nimm eine fertige Lösung.
Ist der Weg das Ziel (also Herausforderung eigenes Programm für unbekanntes Sachgebiet zu erstellen), dann tu es.

So oder so wünsche ich Dir viel Erfolg.

Grüße
Azim.Ele
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Re: Gauss Krüger und Breiten-/Längengrade konvertieren

Beitragvon peterguy » 03.12.2009 - 01:32

Hallo Azim.Ele,

vielen Dank für deine ausführliche Erläuterung.
Ich habe großen Respekt vor der Leistung, ohne Internet + Suchmaschine einen solchen Konverter entwickelt zu haben!

Die Konvertireungsalgorithmen selbst umzusetzen hatte ich bei meinem Projekt (eigentlich) nicht vor. Wenn es keine Alternative gibt, würde ich diesen Schritt natürlich machen, aber ich schätze mal daß mich das Ganze über einen Monat binden würde. Falls nicht sogar länger... Eine andere große Sorge bei der Eigenentwicklung ist auch die Ungewissheit, ob alle Algorithmen korrekt umgesetzt wurden.
Deswegen wäre mir eine frei erhältliche, bereits fertige Alternative das Liebste. Für mich ist also definitiv das Ergebnis das Ziel :D

Die fertigen Programme und Websites, die ich bisher gefunden habe waren entweder unbedienbar oder aber Sie können nicht in meine Applikation integriert werden. Ist echt verhext im Moment :?

Naja, ich werde das Thema erstmal ein paar Tage sacken lassen, vielleicht tut sich ja noch eine einfach umzusetzende Lösung auf!

Gruß,
Peter
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Re: Gauss Krüger und Breiten-/Längengrade konvertieren

Beitragvon jkunz » 26.12.2009 - 22:05

peterguy hat geschrieben:- Proj4 in der Windowsversion heruntergeladen (von hier: http://trac.osgeo.org/proj/)
- Im DOS Fenster ausprobiert und über Umrechnungen mit hilfe des in der README angegebenen Beispiels "proj.exe -I +proj=utm +zone=11 +ellps=WGS84" gefreut
- Versucht die Funktionsweise wenigstens im Ansatz zu verstehen.
- Versucht in der Anleitung (die leider für die Unix Version ist)bekannt Schlagworte wie Bessel, GausKrüger, WGS oder Potsdam zu finden
- Verzweifelt aufgegeben :(
Ja. Proj4 ist etwas kompliziert in der Bedienung. Es ist halt ein leistungsfähiges Programm, das für Experten gedacht ist... Ich hab auch etwas gebraucht bis ich dahinter kam. Ich kann dir nicht die Auseinandersetzung mit der Dokumentation abnehmen. Aber ich geb dir gern meine Scripte mit denen ich GK-Umrechnungen mache:

GK nach WGS84 Länge / Breite:
cs2cs +proj=tmerc +datum=potsdam +lon_0=9d0E +lat_0=0 +x_0=500000 +to +proj=latlong +datum=WGS84

GK nach WGS84 UTM:
cs2cs +proj=tmerc +datum=potsdam +lon_0=9d0E +lat_0=0 +x_0=500000 +to +proj=utm +zone=32 +datum=WGS84

UTM nach WGS84 Länge / Breite
cs2cs +proj=utm +zone=32 +datum=WGS84 -f '%f'

Spiel mal mit dem -l Parameter. -ld gibt dir z.B. eine Liste aller vordefinierten Daten aus. Dort findest du auch die von dir angefürten Schlagworte.
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