Von Thomas Bitterli ()

Zusammenfassung
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

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 Einleitung

 Allgemeine Bemerkungen zu den Messfehlern

 Wahl der Messpunkte

 Beeinflussung durch Eisengegenstände

 Gerätebedienung

 Datenübermittlung

 Gerätebehandlung und Pflege

 Geräte- und Augenfehler

 Ringschlüsse, Rückwärts-Vermessung und Nachvermessung

 Zusammenfassung und Verdankung

 Erwähnte Literatur

Ziel dieses Beitrages ist es, die zahlreichen Fallen aufzuzeigen, welche sich einer Vermessungsgruppe entgegenstellen, und vor allem Hinweise zur Umgehung dieser Fallen zu vermitteln. Soweit als möglich wird auf die Wiedergabe der wissenschaftlichen Grundlagen verzichtet und diesbezüglich auf den Artikel von HOF (1988) verwiesen. Weitere, ausführliche Informationen zur Vermessungstechnik finden sich in GROSSENBACHER (1991) Die Problematik der Zeichnung, welche mindestens so wichtig ist wie der Vermessungszug, kommt hier nicht zur Sprache. 

Und noch eine letzte Vorbemerkung: Papier ist geduldig und Computerprogramme (manchmal) auch. Aber selbst das beste Programm ersetzt nie eine fehlerhafte Vermessung, sondern gleicht sie lediglich fehlerhaft aus. Wer sich im blinden Vertrauen auf die Möglichkeiten der EDV die Einhaltung der Vermessungs-Grundregeln ersparen möchte, dem sei inständig von der Vermessung abgeraten. Eine fehlerhafte Vermessung ist schlimmer als gar keine, da die Suche nach den falschen Daten erfahrungsgemäss aufwendiger ist als eine vollständige Nachvermessung. 

Zufällige Fehler wirken sich dabei weniger schlimm aus, da sie sich bei vielen Messstrecken bis zu einem gewissen Grad statistisch ausgleichen. Davon ausgenommen sind grobe Fehler bei langen Messstrecken. Bei einer gewissenhaft ausgeführten und zu Hause rasch umgesetzten Zeichnung sollten zumindest die gröbsten Fehler (ab ca. 30° Abweichung) eigentlich erkannt werden. Die Erfahrung zeigt jedoch, dass dies nur selten der Fall ist.

Systematische Fehler wirken sich bei jeder Messstrecke gleichermassen aus und summieren sich entsprechend. Bereits kleine systematische Abweichungen von einigen Zehntelsgrad können sich bei entsprechender Ganglänge zu Dutzenden von Metern aufsummieren (vgl. Zusammenschluss F 1 - Sieben Hengste mit einem Höhenfehler von 80 m !). Im Gegensatz zu den zufälligen Fehlern lassen sich systematische Fehler auskorrigieren, sofern sie auch quantitativ abschätzbar sind.

Dazwischen gibt es eine grosse Bandbreite von mehr oder weniger zufälligen Fehlern, welche je nach vorherrschender Gangausrichtung und Messgewohnheit systematischen Charakter erhalten. Da sich der Fehlbetrag jeweils ändert, lassen sie sich nicht automatisch auskorrigieren. Im Sinne einer praktischen Ratgebung wird hier eine andere Einteilung vorgenommen, welche sich nach den verschiedenen Fehlermögichkeiten ausrichtet. Bei fast allen der aufgezählten Fehlervariationen können die Fehler zufälliger und systematischer Natur sein.

Zu lange Messstrecken (>20 m} sind schon von der Zeichnungsgenauigkeit her zu vermeiden. Schon kleine (auch zufällige) Messfehler wirken sich zudem unverhältnismässig stark auf die Messgenauigkeit aus. Entsprechend sollte hier ganz speziell auf die gröbsten Fehlermöglichkeiten Rücksicht genommen werden: keine Sichtbehinderung durch vorstehende Kanten, Zielpunkt mit Lichtquelle versehen (z.B. hinhalten der Helmflamme - nur Beleuchten ist ungenügend), bequeme Position beim Ablesen, Kontrollablesung, evtl. auch rückwärts.

Messpunkte, welche keine bequeme Ablesung erlauben, gehören zu den grossen Fehlerquellen. Oft lassen sich solche Messstrecken durch die Wahl eines Zwischenpunktes vermeiden .

Manchmal ist es nicht möglich, das Messgerät direkt auf den Messpunkt zu setzen. In solchen Fallen muss die Messstrecke gedanklich um den entsprechenden Betrag parallel versetzt werden. Wird diese Versetzung am Zielpunkt nicht angezeigt (sondern vom Ableser abgeschätzt), so können daraus grobe Fehler entstehen.

Das v.a. bei Aussenvermessungen oft angewendete System, ohne eigentliche Messpunkte zu arbeiten, sondern auf die Augen des Vermessungspartners zu peilen, hat sich als sehr ungenau erwiesen, insbesondere da es sich häufig um lange Messstrecken handelt. Bei Aussenvermessungen versagt im übrigen auch die Bezeichnung mit Nagellack (zu lichtempfindlich) und muss mit Farbe erfolgen (z.B. Markiertube mit System ("Kugelschreibkopf").

Fig. 1: Boussole SUUNTO

Anschlussfehler verursachen schlimme, nachträglich schwer eruierbare Vorzüge eines Messnetzes. Sie lassen sich vermindern durch eine saubere Zeichnung und durch eine konsequente Punktmarkierung und -beschriftung. Nebst dem diskret eingesetzten Nagellack hat sich die zusätzliche Kennzeichnung mit fluoreszierenden Streifen in grossen Systemen als äusserst nützlich erwiesen. Sie sind ebenfalls diskret, strahlen einem aber dennoch aus 10 m Distanz entgegen, und die Messpunktnummer kann mit wasserfestem Stift direkt notiert werden. (In Kleinhöhlen wirken die Streifen eher störend. A.d.A.) Zu empfehlen sind auch Notizzettel aus Synthosil, die, versehen mit den nötigen Angaben, bei wichtigen Messpunkten, Abzweigungen und Schlöten deponiert werden.

Nicht ganz so einfach ist der Ersatz des Piezo. Die Federn lassen sich zwar durch Gummizuge ersetzen, der Schlagbolzen hingegen sitzt je nach Montage des Gerätes genau über dem Messgerät. Die dadurch auftretenden Fehler von bis zu 5 Grad nehmen bei konstanter Gangrichtung systematischen Charakter an. Sie sind aber zu variabel, als dass eine nachträgliche Korrektur der Messungen möglich wäre. Da der Piezo meist rechts der Düse installiert ist, bringt das Ablesen mit dem linken Auge schon eine wesentliche Verbesserung. Ansonsten ist bei der Montage darauf zu achten, den Piezo möglichst hoch zu installieren, so dass die Entfernung vom Messgerät zum Schlagbolzen grösser wird (Persönliche Anmerkung: Der Piezo lässt sich auch so installieren, dass er vor einer Vermessung abgenommen werden kann. Vielleicht schlägt hierzu ein findiger Kopf eine einfach zu realisierende Lösung vor.)

Wer sich des Einflusses seines Helmes nicht gewiss ist, der sollte ihn bei jeder Vermessung ausziehen und auf Distanz halten Leider sind nicht alle Messpunkte derart ideal gesetzt, dass dies einigermassen bequem möglich ist. Die restlichen, zum Teil sehr massiven Eisenteile sind in der Regel genügend weit vom Messgerät entfernt, damit in Normalstellung eine wesentliche Ablenkung ausgeschlossen werden kann. Dabei vergisst man allerdings allzu rasch, dass auch diese Gegenstände in gefährliche Nähe des Messgerätes gelangen können: Vorschieben des Entwicklers in Engstellen (v.a. falls Entwickler mit Schlinge um den Hals getragen), Messung einer Strecke am Seil mit dem Messgerät neben der Steigklemme, Vermessung mit einem Sack voller Eisenmaterial auf dem Rücken (bei Aussenvermessung gar der Entwickler !), Verwendung einer elektrischen Zusatzlampe beim Ablesen des Kompasses, Brillengestelle und anderes mehr. Bei Aussenvermessungen fallen die Höhlenforscher regelmässig auf Eisenstangen und mit Nageln bewehrte Zaunpfähle herein.

Gerätebedienung

Übung. Aus Kursen ergibt sich immer wieder, dass von Anfängern oder wenig geübten Leuten durchgeführte Vermessungen sehr hohe Fehlerraten aufweisen können (bis zu 50% der abgelesenen Werte!). Aber auch geübte Ableser sind nicht gegen die zahlreichen Fehlermöglichkeiten gefeit: Müdigkeit und mangelnde Motivation tragen wesentlich zur Minderung der Messgenauigkeit bei (zu rasche Ablesung, keine Verifizierung der Ablesungen, Einmessung eines falschen Zielpunktes ..). Es lässt sich immer wieder beobachten, dass die Vertrauenswürdigkeit der Ablesungen bei langen Vermessungstouren oft nicht etwa kontinuierlich abnimmt, sondern ab einem gewissen Müdigkeitsstadium sehr rasch schwindet. Die Schwierigkeit besteht nun darin, den richtigen Zeitpunkt zum Abbruch einer Vermessungstour zu erkennen.

Grundsätzlich wird empfohlen, nur mit einem Auge abzulesen. Einerseits ermüdet das Auge weniger rasch, anderseits fallen Augenfehler der Ableser, welche relativ häufig vorkommen, viel weniger ins Gewicht (v.a. bei zunehmender Müdigkeit und abnehmender Konzentration).

Die richtige Haltung der Messgeräte (in verrenkter eigener Stellung) will geübt sein. Liegt das Kompassgehäuse nicht völlig horizontal (d.h. parallel zum Gehäuse), so blockiert die sonst frei rotierende Scheibe und zeigt entsprechend falsche Werte an. Der Fehler kann ohne weiteres dreissig und mehr Grad ausmachen. Da eine Wasserlibelle fehlt, muss vor jeder Ablesung überprüft werden, ob die Scheibe auch wirklich frei rotiert. Je steiler die Strecke, desto heikler die Richtungsermittlung. Eine zu rasche Ablesung kann ebenfalls zu Fehlern führen, da die Stabilisierung der Scheibe etwas Zeit benötigt. Der Neigungsmesser blockiert bei schräger Haltung in der Regel nicht. Dennoch sollte der Höhlenforscher darauf achten, auch dieses Gerät möglichst senkrecht zu halten. Die schräge Haltung des Gerätes bewirkt einen systematischen Fehler, der durchaus ein Grad erreichen kann (Begründung siehe HOF 1988). Die systematisch zu hohen Neigungswerte führen zu übertriebenen Gesamttiefen der Höhlen. Das beste Beispiel hierfür bot der Zusammenschluss des F1 mit dem System der Sieben Hengste: der Höhenfehler von 80m entspricht einem Messstreckenfehler von unter einem Prozent!

Das Ablesen der Zahlenwerte und die Abzählung der lediglich mit Strichen wiedergegebenen Feineinteilungen führt selbst bei Tageslicht immer wieder zu Fehlern, bei schlechter Beleuchtung und ungewohnter Stellung um so mehr. Hilfe leisten hier Geräte mit fluoreszierenden Markierungen aus Tritium, mit eingebauter Beleuchtung, ein zusätzliches Taschenlämpchen (Vorsicht: häufig Ablenkung der Kompassnadel!) oder die Benutzung der Handfläche als behelfsmässigen Reflektor. Vor allem bei Neulingen entstehen immer wieder Ablesefehler, indem die falsche Skala abgelesen wird.

  Fig. 3. Ablesen der Geräte

(Kompass)
 
 

(Neigungsmesser)
 

Weiter verbreitet allerdings sind Abzählungsfehler, welche durch die inverse Skala sowohl des Neigungsmessers als auch des Kompasses zustande kommen (siehe Fig. 3). Auch wenn dieser Fehler nicht systematisch ist, so bewirkt ein 10^g-Fehler (z.B. 75^g anstatt 85^g) bei 20 m Messstreckenlänge bereits eine Abweichung von 3,8 m. Wie ungewohnt das Abzählen von rechts nach links bzw. von oben nach unten ist, zeigen die an Kursen gemachten Erfahrungen mit Neulingen: die Fehlerquote liegt bei nahezu 50%! Abgesehen davon, dass sich auch viele geübte Höhlenforscher dieser Fehlerquelle nicht bewusst sind, nehmen die Fehler bei Müdigkeit und Konzentrationsverlust in gravierendem Masse zu Insbesondere die Unterscheidung zwischen kleinen positiven und negativen Neigungswerten bietet immer wieder zu Fehlinterpretationen Anlass.

• die Werte deutlich und laut durchgegeben werden;
• die entsprechenden Werte durch den Zeichner sofort notiert und wiederholt werden;
• die wiederholten Werte durch den Ableser kontrolliert und bestätigt werden.

Eine gefährliche Fehlerquelle sind Interpretationen und Umrechnungen von rückwärts vermessenen Strecken. Geräte mit 400er Einteilung bieten hierbei eine wesentlich grössere Sicherheit. Grundsätzlich muss vor der Vermessung abgesprochen bzw. notiert sein (auf dem Messblatt die Nr. der Geräte vermerken), ob die Grad- oder Neugradeinteilung verwendet wird (bei den Neigungsmessern gibt es sogar noch eine Prozentskala !), und wer die Umrechnungen durchführt (Gefahr der Doppelumrechnung). Wir empfehlen, stets die abgelesenen Rohdaten durchzugeben, und die umgerechneten Daten auf dem Vermessungsblatt speziell zu kennzeichnen (kann für allfällige spätere Korrekturen wichtig sein) Um Interpretationsfehler zu vermeiden, ist auch das unnötige Runden der Distanzen auf 5 cm oder gar 10 cm zu unterlassen Übertragungsfehler geschehen auch beim Notieren der Messdaten. Allzu oft geht in der Hast der Zeichnung das Notieren einzelner Werte unter, welche dann einige Messstrecken danach aus der Erinnerung eingesetzt werden. Manchmal erweisen sich die Ziffern als derart unleserlich, dass zu Hause mit Hilfe einer Münze entscheiden werden muss Zu häufig auch vernachlässigt der Zeichner das oberste Gebot: saubere Hände zu behalten!

Es ist möglich, die Geräte durch Einsetzen einer dickeren Gummidichtung oder durch Einstreichen einer Dichtungspaste zu verbessern, hingegen leidet bei letzterer Massnahme die Ablesung (ungünstiger Lichteinfall). Das Öffnen der Geräte zur Reinigung ist zwar möglich, ist aber sehr heikel und bedingt eine nachträgliche Eichung.

Schläge bewirken unter Umständen eine Schiefstellung oder Verbiegung der Achse. Daraus kann eine systematische Fehlanzeige erwachsen, oder sie bewirkt eine zusätzliche Reibung, welche die Scheibe am freien Einpendeln hindert (die Scheibe hängt an). Entgegen allgemein verbreiteter Meinung braucht es für derartige Schäden keine grossen Schläge: das häufige Aneinanderschlagen der umgehängten Geräte genügt volIkommen. Am häufigsten treten die Schäden bei Geräten auf, die zwischen den einzelnen Messstrecken nicht unter das Kombi oder in die Etuis versorgt werden (Aussenvermessungen). Das Zusammenkleben der beiden Geräte hat u.a. den Vorteil, dass die Gefahr von Schlägen stark reduziert wird.

Das Problem dieser Alterungsschäden liegt nicht so sehr im Anzeigen fehlerhafter Werte, sondern beim Erkennen der Fehlerhaftigkeit überhaupt. Hier helfen nur korrekte Behandlung, Kontrollmessungen und regelmässige Eichungen weiter.

Luftblasen können das freie Einpendeln der Scheibe wesentlich behindern. Sofern es sich nicht um reine Effekte des Luftdruckes (Änderung der absoluten Höhe) handelt, sind sie stets Anzeiger für alternde Geräte. Ein Nachfüllen mit reinem Petrol ist sehr heikel und verlängert die Einsatzdauer des Gerätes häufig nur um wenige Monate.

Das Massband ist von der Pflege her unproblematisch. Dennoch muss darauf geachtet werden, dass die Zahlen gut ablesbar bleiben. Dies betrifft v.a. die Nullmarke: eine Niete am Nullpunkt behebt jeglichen Zweifel. Vom Abschneiden bzw. Verkürzen der Messbänder sei dringend abgeraten. Die sich daraus ergebenden Umrechnungsfehler sind viel häufiger als man glaubt (selbst bei einer Verkürzung um 10 m). Bei einzelnen Händlern sind im übrigen auch Ersatzbänder erhältlich, was wesentlich billiger ist als eine ganze Rolle.

Das einzige Mittel zur Ermittlung der Korrekturwerte sind Kontrollmessungen (Eichung) in regelmässigen Zeitabständen. Die HRH verfügt über eine Messanlage, wo solche Messungen mit vertretbarem Aufwand durchgeführt werden können. Aus einer solchen Eichung muss hervorgehen:

2. die Abweichung des Messgerätes gegenüber magnetisch Nord (bzw. der Horizontalen beim Neigungsmesser) und

3. die Abweichung gegenüber magnetisch Nord (bzw. der Horizontalen) infolge von Augenfehlern.

Fig. 5: / Fig. 6: 

(Testserie Kompasse)

(Testserie Neigungsmesser) 

• Schwankungen bis zu 0,3^g ausgezeichnetes Gerät (Gerät 1 & 7 auf Fig. 5, Gerät 1 auf Fig. 6);
• Schwankungen bis zu 0,5^g gutes Gerät;
• Schwankungen bis zu 1^g mittelmässiges bis schlechtes Gerät (Gerät 2 auf Fig. 5);
• Schwankungen über 1^g unbrauchbares Gerät (Gerät 8 auf Fig. 5, Gerät 9 auf Fig. 6).

Bereits der relative Vergleich der verschiedenen Geräte zeigt, wo etwa die tatsächlichen Werte liegen dürften. Der Anteil Geräte, die zwar eine gute bis ausgezeichnete Reproduzierbarkeit aufweisen, aber systematisch um 1-2^g zu hohe bzw. zu tiefe Werte anzeigen, liegt nach den bisherigen Erfahrungen immerhin bei 10-20% (vgl. Gerät 5 auf Fig. 5 und Gerät 1 auf Fig. 6). Zur Ermittlung der Korrekturwerte muss ein Gerät beigezogen werden, das eine ausgezeichnete Reproduzierbarkeit aufweist und dessen Korrekturwert bekannt ist. Damit lassen sich den willkürlich festgesetzten Fixpunkten absolute Werte zuordnen. Bei Messserien über mehrere Jahre hinweg muss zudem die Deklination berücksichtigt werden. Allfällige Augenfehler können mit derselben Methode ermittelt werden, indem verschiedene Ableser ein bestimmtes (womöglich geeichtes) Gerät benutzen. Daraus ergibt sich ein zweiter, augenspezifischer Korrekturwert.

Damit die ermittelten Korrekturwerte überhaupt einen Sinn machen, müssen die Messgeräte dauerhaft gekennzeichnet werden (oder man benutzt die eingravierte Seriennummer). Zu jeder Vermessungstour gehört die Eintragung der Gerätebezeichnung (auch wenn es noch nicht geeicht ist!) und des Ablesers (wegen allfälliger Augenfehler). Leider sind wir heute allzuoft in der Situation, dass alte, fehlerhafte Vermessungen nicht mehr korrigiert werden können, weil sich auf dem Messblatt nirgends ein Hinweis auf die verwendeten Messgeräte findet. Allzuoft kommt es auch vor, dass ausrangierte Messgeräte im Abfall landen, ohne dass je Kontrollmessungen erfolgt sind.

• systematischen Gerätefehlern. Sie bewirken oft lediglich eine Rotation sämtlicher Messstrecken und haben damit kaum Einfluss auf den Fehlbetrag des Ringschlusses. 
• einzelnen groben Fehlern. Da der Rundschlussfehler die Summe aller einbezogenen Messstreckenfehler darstellt ist es häufig unmöglich, die groben Fehler zu lokalisieren. Ein solcher Rundschluss darf nicht geschlossen werden, denn der einzelne grobe Fehler wird damit auf die übrigen Strecken verteilt und damit das Netz nicht etwa stabilisiert, sondern verzogen. 
• falschen Anschlusspunkten. 

Die Hauptnachteile der Ringschluss-Methode bestehen darin, dass der Fehlbetrag erst zu Hause ermittelt werden kann und ein einzelner grober Fehler oft nur durch die nochmalige Vermessung des gesamten Ringschlusses nachgewiesen werden kann. Unter diesem Gesichtspunkt ist die jeweilige Kontrolle der Messdaten in rückwartige Richtung vorzuziehen. Damit kann jede einzelne Messstrecke sofort kontrolliert werden und bei grösseren Differenzen direkt eine dritte Messung vorgenommen werden. Stehen zwei Gerätesets zur Verfügung, verlangsamt sich die Vermessung nur unwesentlich, da die unabhängig davon erstellte Zeichnung sowieso am meisten Zeit benötigt.

Die Nachvermessung schliesslich stellt stets eine Kapitulation vor den Interpretationsschwierigkeiten bestehender Messdaten oder Zeichnungen dar. Diese Arbeit ist zwar frustrierend, erfordert aber häufig einen geringeren Aufwand als die Interpretation fehlender, unvollständiger und fehlerhafter Daten. Um einer allfälligen dritten (oder gar vierten) Nachvermessung vorzubeugen, muss die Qualität der Messzüge und Zeichnung erste Priorität haben. Konkret bedeutet dies:

• keine Nachvermessung ohne gleichzeitige Zeichnung (ausser die bestehende Zeichnung genügt auch den heutigen Ansprüchen); 
• Möglichst viele Verbindungen mit alten Messzügen: auch der neue Messzug kann Fehler enthalten; wichtig für die Übernahme bestehender Zeichnungen und für den Anschluss von Seitengängen; 
• und vor allem: Sorgfalt kommt vor Geschwindigkeit. 

HOF, A. (1988): Instruments de topographie
   souterraine et fiabilité. Vermessungsgeräte
   und ihre Zuverlässigkeit. - Stalactite 38 (1/2):
   47-59. 

WEISSENSTEINER, V. & TRÜSSEL, Cl.
   (1991): Ein nützliches Visiersystem für den
   Kompass. Un dispositif de visée très pratique
   pour les boussoles. - Stalactite 41 (1): 32-34.

Dieser Artikel wurde publiziert im Stalaktit, der Zeitschrift der Schweizerischen Gesellschaft für Höhlenforschung:

BITTERLI, T. (1995): Fehlervermeidung bei
   der Höhlenvermessung. Prévention des
   erreurs en topographie souterraine -
  Stalactite 45 (1):  2-17.