erstellt:           12. September 2001
überarbeitet:  19. Februar 2005

 

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Canadier und GPS Info - Seite
von Ralf Schönfeld

 

 

 

 

Rechtwinklige nationale Koordinatensysteme  -
Einsatz mit dem GPS-Gerät am Beispiel UTM-Gitter

 

 

 

 

Inhaltsübersicht:

 

 

 

Allgemeines

 

 

Schnelleinführung zum Umgang mit UTM-Koordinaten

 

 

Einsatz des UTM-Gitters mit einem Netzteiler

 

Einsatz des UTM-Gitters mit einem Ecklineal oder Planzeiger

 

Grundlagen des UTM-Koordinatensystems

 

Weitergehende Infos/ Das „GPS-Handbuch“

 

 

 

 

Allgemeines

 

Ein weit verbreitetes Koordinatensystem auf Landkarten ist das UTM-Gitter.
Neben dem Militär/ NATO wird es bei der Polizei, Feuerwehr, dem Katastrophenschutz und den diversen Rettungsdiensten eingesetzt.
Landkarten in Nordamerika (USA, Kanada) haben fast immer ein UTM-Gitter aufgedruckt oder angerissen.
Es findet sich meist auf Karten mit Maßstab 1 : 250 000 und größer.

Die prinzipielle Vorgehensweise bei der Handhabung des Gitters und dem Einsatz von Hilfsmitteln wie Netzteiler, Ecklineal und Planzeiger lässt sich auch auf andere weltweit anzutreffende Gitter übertragen, wie beispielsweise dem S42 mit den russischen Gauß-Krüger Koordinaten, oder auf die zahlreichen nationalen Koordinatensysteme wie z. B. das deutsche Gauß-Krüger-Gitter (German-Grid), Schweizer-Gitter (Swiss-Grid), Bundesmeldenetz Österreich, Swedish-Grid, u. v. m.).

Alle diese rechtwinklig-ebenen Gitter werden häufig auch als geodätische Gitter bezeichnet.
Wie auch das UTM-Gitter, sind diese nationalen Gitter bzw. das russische S42 mit den immer rechtwinkligen und gleich großen Quadraten so genannte Metergitter, d. h. es besteht ein unmittelbarer Bezug zum Metermaß. Das ist überaus praktisch.
Je nach verwendetem Maßstab entspricht dann die Gitterweite z.B. 100, 1000 oder 10 000 Metern bzw. 0,1 km, 1 km oder 10 km.

 

Bei geodätischen Gittern gilt, unabhängig von der Bezeichnung des Gitters, der jeweiligen Schreibweise der Koordinaten und dem Maßstab:

 

·        Die Gitterlinien werden grundsätzlich von links nach rechts (also West-Ost-Richtung) und von unten nach oben (also Süd-Nord-Richtung) gezählt.

·        Der „Rechtswert“ ist der Abstand eines Punktes von einer senkrechten Gitterlinie nach rechts auf der Karte (nach Osten).
Der „Hochwert“ ist der Abstand von einer waagrechten Gitterlinie nach oben auf der Karte (nach Norden).

·        Die Nummer der senkrechten Gitterlinie (für den Rechtswert) wird der oberen oder unteren Rahmenleiste der Karte entnommen.
Die Nummer der waagrechten Gitterlinie (für den Hochwert) der linken oder rechten Seite des Kartenrahmens.

·        Die Lage innerhalb des Gitterquadrats wird in Zehnteln des Gitterabstandes angegeben.
Die Zehntel können dann noch weiter unterteilt werden.

·        Keine anderen Koordinatensysteme erlauben eine solche Genauigkeit in der Beschreibung der Position (bis auf 1 Meter herunter).

·        Bei der Koordinatenangabe wird immer zuerst der „Rechtswert“ (West-Ost-Richtung), und dann der „Hochwert“ (Süd-Nord-Richtung) angegeben. Merkregel „Recht hoch“.

·        Beachten, dass nationale Gitter aufgrund ihrer Definition nur einen beschränkten Gültigkeitsbereich haben (z. B. German Grid, Swiss Grid; Swedish Grid), und dadurch nur in einem lokal begrenzten Bereich der Erde eingesetzt werden können (Ausnahme: UTM-Gitter und das russische S42).

·        Aber Achtung: Gauß-Krüger Koordinaten, oder Ortsangaben eines sonstigen nationalen Koordinatensystems, sind nicht mit den UTM-Koordinaten identisch.

·        Nationale Gitter sind meist an ein ganz bestimmtes nationales Karten-Bezugssystem (= Karten-Datum, Map-Datum) gekoppelt, z. B. German Grid an das Datum Potsdam, Swiss Grid an das Datum CH-1903, Bundesmeldenetz in Österreich an Austrian Datum, Swedish-Grid an RT 90 usw.

·        In Verbindung mit UTM können ganz unterschiedliche Karten-Bezugssysteme auftreten, wie beispielsweise WGS 84, ED1950, NAD27, ....
Erst in der Zukunft werden alle neuen topographischen Karten den Bezug zu WGS 84 haben.

·        Es empfiehlt sich daher stets die Angaben in der Legende der verwendeten Karte zu beachten!!!
Und immer daran denken, am GPS-Gerät das der Karte zugrunde liegende Karten-Datum einzustellen!!!

 

Das Übertragen von Koordinaten aus der Landkarte in das GPS-Gerät bzw. umgekehrt, wird durch so ein rechtwinkliges Metergitter sehr vereinfacht.
Die Übertragung von Koordinaten in eine Landkarte nur mit dem Geographischen Koordinatensystem Länge und Breite in Grad, Minuten und Sekunden ist dagegen weitaus aufwendiger und komplexer (siehe hierzu die extra Seite „Rechnerische Ermittlung von Koordinaten und Positionen auf einer Landkarte mit geographischem Gitter“).

 

Anmerkung:
Die Ausführungen basieren auf die hervorragenden Erklärungen zum UTM-Gitter von John Carnes in englischer Spache  http://www.maptools.com/. Ein Dank an John für diese Infos.
Unter der angegebenen URL können auch PDF-Vorlagen der angesprochenen Netzteiler und Ecklineale für unterschiedliche Kartenmaßstäbe kostenlos heruntergeladen (Free MapTools auswählen), oder aus strapazierfähigem Kunststoff erworben werden.
Zu empfehlen ist auch das Grundlagenbüchlein „Orientierung mit Karte, Kompass, GPS“ von Wolfgang Linke (erschienen im Delius Klasing Verlag; ISBN 3-512-03259-1; ca. 15,80 Euro; derzeit 11. überarb. Auflage).

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Schnelleinführung zum Umgang mit UTM-Koordinaten

Nehmen wir einmal an, wir stehen auf der, mit einem roten Stern gekennzeichneten Straßenkreuzung der unten abgebildeten topographischen Karte.

 

Karte mit UTM-Gitter

Karte mit UTM-Gitter

 

 

Ein GPS-Gerät, das auf das UTM/ UPS-Koordinatensystem eingestellt ist, wird dann folgende Positionsangabe im Display anzeigen:

                                    10 S 0559741
                                            4282182

Die 10 S repräsentiert die UTM-Zone in der man sich befindet. Die Angabe der Zone ist notwendig, um die Koordinaten auf der Erde eindeutig zuzuordnen.
Es ist immer eine ein- oder zweistellige Zahl mit einem Buchstaben dahinter.

Die obere Zahlenreihe  0559741  gibt die Messung für die Ost-West Position innerhalb der Zone in Metern an. Dieser Wert wird „Rechtswert“ genannt (engl. „Easting“).

Die untere Zahlenreihe  4282182  gibt die Messung für die Nord-Süd Position innerhalb der Zone in Metern an. Dieser Wert wird „Hochwert“ genannt (engl. „Northing“).

Die abgebildete Karte weist UTM-Gitterlinien in einem Abstand von jeweils 1 Kilometer bzw. 1000 Metern auf. Die senkrechten Gitterlinien beschreiben die Position in Ost-West Richtung, und die waagrechten Linien die Position in Nord-Süd Richtung.

Werfen Sie mal einen Blick auf die Beschriftung der senkrechten Netzlinien am unteren Rand der Karte:
559 (unten links) und 560 000mE (unten rechts).

Anmerkung:
Die Haupt-Nummern der Gitterlinien sind immer groß und/ oder fett 2-stellig angegeben (59; 60).
Und nicht verzweifeln, die vorangestellten „5“ sind sehr klein und auf der Abbildung leider nur schwer erkennbar.
„E“ beim Rechtswert bedeutet englisch East gleich Ost.

Die Beschriftung 560000mE wird als „Fünf-hundert und Sechzig-tausend Meter Ost gelesen“.
Die Beschriftung 559 ist eine Abkürzung für 559 000mE. Die beiden Gitterlinien haben einen Abstand von 1000 Metern zueinander (560000mE    559000mE  =  1000 m  =  1 km).
Die waagrechten Gitterlinien sind auf die gleiche Weise beschriftet (4281 000mN; 4282, 4283).
Die vorangestellten kleiner geschriebenen Zahlen sind beim Rechtswert 1-stellig, beim Hochwert 2-stellig.

Die UTM-Koordinatenanzeige unseres GPS-Gerätes    10 S 0559741
                                                                                            4282182
beschreibt also die Position der Straßenkreuzung auf der Erde eindeutig mit einer Genauigkeit von 1 Meter (die jeweils beiden letzten Stellen geben ja die Lage im Meterbereich an).

Üblicherweise ist der Rechtswert bei UTM immer 6-stellig, beim Hochwert 7-stellig.
Beim GPS-Gerät wird aber auch der Rechtswert 7-stellig angezeigt. Deshalb ist dort noch eine „0“ vorangestellt (0559741). Zumindest ist dies bei meinem Gerät so.
Im Bereich der Pole wird nämlich anstatt des UTM-Systems das verwandte UPS-System eingesetzt.
Deshalb auch die Anzeige von UTM/ UPS beim GPS-Gerät, wenn es auf UTM-Koordinaten eingestellt wird. Bei UPS erfolgt die Angabe des Rechtswertes 7-stellig.

 

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Einsatz des UTM-Gitters mit einem Netzteiler

 

Soll eine Position mit größerer Genauigkeit bestimmt werden, als es das Ablesen der Gitterlinien auf der Karte erlaubt, wird ein Hilfsmittel benötigt, welches das UTM-Gitterquadrat in kleinere Einheiten unterteilt.

Netzteiler

Netzteiler

Ein solches einfaches Hilfsmittel ist z. B. ein Netzteiler, der das Gitterquadrat nochmals in 10-er Schritte einteilt (siehe Abbildung).
Der transparente Netzteiler wird so über das UTM-Gitterfeld gelegt, dass sich die Kanten/ Außenlinien genau überdecken.

Dann kann die Position der Markierung mit Hilfe der zusätzlichen Linien des Werkzeuges sehr leicht und schnell bestimmt werden.
Die Genauigkeit lässt sich entweder durch abschätzen, oder der Verwendung eines Ecklineals/ Planzeigers mit noch feinerer Unterteilung weiter erhöhen.
Für die meisten Navigationssituationen an Land ist eine Genauigkeit von 100 m aber vollkommen ausreichend.
Die Handhabung des genaueren Ecklineals oder eines Planzeigers ist etwas komplizierter (siehe nächstes Kapitel).

Verfügt die Karte über kein durchgezogenes Gitternetz, d. h. das Gitter ist nur am Kartenrand bei der Bezifferung angerissen, empfiehlt es sich vor der Reise die Gitterlinien auf der Karte mit einem langen Lineal aufzutragen.
Sich dabei aber nicht irritieren lassen, dass die parallel verlaufenden Gitterlinien nicht exakt nach Ost-West oder Nord-Süd verlaufen. Nur die senkrechte Gitterlinie, die exakt auf dem Haupt-Meridian liegt, verläuft nach geographisch Nord.

 

Der abgebildete Netzteiler aus festem Kunststoff ist für die Maßstäbe 1:24 000 und 1:25 000 zum Preis von ca. 2 US-$ bei http://www.maptools.com/ erhältlich (der 1:25 000 kann auch für M 1:250 000 eingesetzt werden). Außen herum ist eine 360° Kompasseinteilung angebracht.
Dort steht zudem eine kostenlose Vorlage im PDF-Format unter „Free MapTools“ bereit.
Netzteiler gibt’s auch unter dieser URL:
http://www.unet.univie.ac.at/~a8603365/nt.html

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Einsatz des UTM-Gitters mit einem Ecklineal oder Planzeiger

 

Ein Ecklineal oder ein Planzeiger besteht aus zwei, im rechten Winkel angeordneten Messskalen. Er gestattet üblicherweise eine, um den Faktor 10 höhere Genauigkeit als mit dem Netzteiler.
Auf einer Karte im Maßstab 1:24 000 oder 1:25 000 kann so eine Position innerhalb eines Quadrates von 10 x 10 m bestimmt werden.
Nachteil ist, dass das Ecklineal oder ein Planzeiger in der Handhabung u. U. etwas umständlicher/ schwieriger ist.

 

a.) Ecklineal
Beim Ecklineal sind die beiden Messskalen an der Außenseite der beiden Schenkel angebracht.
Zunächst die obere rechte Ecke des Ecklineals an die, im SW liegende Ecke des UTM-Gitterquadrats anlegen, indem sich die gesuchte Position/ Markierung befindet..
Die Schenkel des Ecklineals müssen nach Westen und Süden zeigen.
Um nun die UTM-Koordinaten einer bestimmten Position/ Markierung auf der Karte zu ermitteln, das Ecklineal in dem Gitterquadrat solange nach Norden und Osten verschieben, bis sich dessen obere rechte Ecke über dem zu messenden Punkt befindet.
Die Werte der UTM-Koordinate können jetzt an den Startlinien des betreffenden Gittersquadrates abgelesen werden.

Um eine bestimmte UTM-Koordinate auf die Karte zu übertragen, das Ecklineal so lange in dem, in Frage kommenden Gitterquadrat nach Norden und Osten verschieben, bis die gesuchten Entfernungen an den Gitterlinien angezeigt werden.

Eine durchsichtige Vorlage aus Kunststoff, auf der Ecklineale für verschiedene Maßstäbe aufgedruckt sind, kann unter http://www.maptools.com/ für ca. 7 US-$ erworben werden.

 

 

b.) Planzeiger

Ein Planzeiger ist vom Prinzip ähnlich wie ein Ecklineal, allerdings sind dort die Messskalen an der Innenseiten der beiden Schenkel angebracht.
Rechts- und Hochwert werden ebenfalls in einem Arbeitsgang ermittelt.
Der Planzeiger wird dazu mit dem senkrechten Schenkel und dessen Teilung an den betreffenden Geländepunkt, und mit dem waagrechten Schenkel und dessen Teilung an die untere waagrechte Gitterlinie des Gitterquadrates gelegt, in dem sich der Geländepunkt befindet.
Der Rechtswert wird dann an der senkrechten Gitterlinie abgelesen, der Hochwert an dem Geländepunkt selbst.

Hervorragende präzise Planzeiger für den Maßstab 1:50 000, 1:80 000 und 1:100 000 stehen direkt hier zum Download bereit:
1:50 000 ; 1:80 000 ; 1:100 000
Diese hat mir dankenswerterweise Dirk Köhler zur Verfügung gestellt!!!
Anmerkung:
Beim M 1:50 000 musste Dirk die Skalenbeschriftung teilweise nach innen verlegen, um einen Ausdruck auf DIN A4 zu ermöglichen.
Bei diesem Maßstab vorsichtshalber überprüfen, ob der Druck maßstabsgerecht erfolgt (jeweils Länge der beiden Schenkel checken).

 

 

„AV-Planzeiger“ des DAV/OEAV

Von den Kartographen des Deutschen Alpenverein (DAV) und Österreichischen Alpenverein (OEAV) gibt es als Neuauflage (nun in 5-ter Auflage) den sehr praktischen „AV-Planzeiger“ aus solider wetterfester transparenter Folie im Format 12 x 20 cm mit ausführlicher Benutzer-Anleitung.

Er ist ausgelegt auf die Kartenmaßstäbe 1:25 000 und 1:50 000.

 

Auf diesem „AV-Planzeiger“ sind u. a. Netzteiler (= Quadrat-Planzeiger), Planzeiger (= Winkel-Planzeiger), Winkelmesser mit Peilfaden, Maßstabsleisten für Entfernungsmessungen und Neigungsmaßstab enthalten.

Der Winkelmesser mit Peilfaden ist zudem sehr praktisch bei der Nutzung von Karten ohne Gitter, wie es sehr ausführlich im Band 1 des GPS-Handbuches erläutert wird.

Der AV-Planzeiger kostet 3,90 Euro und ist beim DAV-Shop http://www.dav-shop.de/, sowie in Buchhandlungen erhältlich (zumindest dort, wo es die AV-Karten vom Alpenverein gibt).

 

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Grundlagen des UTM-Koordinatensystems

 

Die Universal Transverse Mercator Projection (UTM) und das UTM-Koordinatensystem wurde 1947 von der US-Armee entwickelt, um auf großmaßstäbigen Miltitärkarten rechtwinklige Koordinaten zu erhalten.
Letztendlich ist es aus dem Gauß-Krüger-Verfahren abgeleitet worden (Transversale Mercator Projection).
Neben nationalen Metergittern (z.B. Gauß-Krüger-Gitter (German Grid), Schweizer Gitter (Swiss Grid), Sweden Grid, ...) ist das UTM-Gitter wegen seiner praktischen Handhabung auf sehr vielen Karten dieser Welt anzutreffen.

Während die nationalen Koordinatensysteme aufgrund ihrer Definition nur in einer begrenzten Region Gültigkeit haben, kann das UTM-System bis auf die Polregionen auf der ganzen Welt eingesetzt werden.
Die Bestimmung von Koordinaten auf Landkarten ist deutlich praktischer und einfacher, als der Umgang mit dem geographischen Koordinatensystem von Länge und Breite.

Das UTM-System teilt die komplette Erde in Ost-West Richtung in 60 Zonen von 6° breiten Meridianstreifen, also in insgesamt 60 Meridianstreifen bzw. Zonen.
In der Mitte eines Meridianstreifens liegt jeweils ein Hauptmeridian (= Zentralmeridian/ Mittelmeridian). Nur dieser verläuft exakt zu den geographischen Polen hin. Hauptmeridiane liegen bei 3°, 9°, 15°, 21° usw bis 177°.
Innerhalb eines Meridianstreifens/ Zone gelten die Regeln der ebenen Geometrie (geodätisches Gitter).
Diese 60 Zonen definieren den Referenzpunkt für die UTM-Koordinaten innerhalb der jeweiligen Zone.

 

Über jede Zone ist ein rechtwinkliges Gitternetz gelegt. Es ist so ausgerichtet, dass alle senkrechten Gitterlinien parallel zu dem, in der Mitte der Zone liegenden Hauptmeridian (Zentralmeridian) liegen.
Wie schon erwähnt, verläuft daher nur dieser Hauptmeridian zu den geographischen Polen.
 UTM-Gitterkoordinaten werden als Entfernung in Metern nach Osten ausgedrückt, dies wird „Rechtswert“ genannt, und als Entfernung in Metern nach Norden, dies wird als „Hochwert“ bezeichnet.

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Weitergehende Infos/ „Das GPS-Handbuch“

 

Wesentlich umfangreichere und detailliertere Informationen zum UTM-Gitter mit Beispielen, wie z. B.:

  • Der Kurzschreibweise von UTM-Koordinaten/
  • Dem UTMREF- bzw. MGRS-Koordinatensystem
  • Dem Ablesen/Übertragen von Koordinaten mit Netzteiler, Ecklineal und Planzeiger
  • Den Grundlagen des UTM-Systems
  • Dem Berechnen von Entfernungen
  • Infos zu Nationalen Koordinaten-Systemen, wie z. B.
    zum deutschen Gauß-Krüger Gitter, Schweizer-Gitter, Bundesmeldenetz Österreich, Gitter in Schweden und Finnland, dem S-1942 Gitter der ehemaligen Ostblockstaaten
  • Dem Einrichten eines Benutzer-Gitters wenn Koordinaten-System nicht im GPS-Empfänger hinterlegt ist, sowie

·        Zahlreiche weiteren Themenblöcken bezüglich Navigation und Orientierung mit GPS/der Arbeit mit Karten (z. B. Nutzung von Karten ohne Gitter bzw. ohne brauchbares Gitter)

 

stellt das „GPS-Handbuch“ in dessen  Band 1 bereit, das in gedruckter Form als 475-seitiges Taschenbuch im praktischen Format 12,3 x 19 cm zur Verfügung steht.

 

 

 

Alle Angaben ohne Gewähr.

 

 

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