Höher, länger, breiter, tiefer. In etwa so kann sich die Arbeit einer Fachkraft für Vermessungstechnik vorgestellt werden. Sie misst alles, was es zu messen gibt. Von Gebäuden über Grundstücke bis hin zu ganzen Gebirgsketten. Die Vermessung spielt eine zentrale Rolle im Bau von Windenergieanlagen (WEA), die häufig unterschätzt wird. Präzise Vermessungsdaten bilden die Grundlage für eine effiziente Planung und Errichtung der Anlagen.
Die Vermessungsfachkraft ist sowohl in der Planungsphase als auch im Bauprozess von WEA unverzichtbar. In der Planungsphase stellen sie Daten zur Topografie bereit, darunter Informationen zu Gebäuden, bestehenden Wegen, Bäumen und Geländehöhen, die für die Standortanalyse und die Zuwegungsplanung erforderlich sind.
WEA müssen so positioniert werden, dass sie den größtmöglichen Energieertrag erzielen, ohne dabei Konflikte mit benachbarten Grundstücken oder anderen Anlagen zu riskieren. Hier kommen Grenzvermessungen ins Spiel: Sie sind von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass Abstände und gesetzliche Vorgaben zu angrenzenden Grundstücken eingehalten werden.
In der Bauphase legen die Vermessungsfachkräfte die genaue Position für die Standorte, Fundamente und Zufahrtswege fest und überprüfen nach Fertigstellung der WEA, ob die Lage und die Höhe eingehalten wurde.
Techniken, Methoden und Genauigkeit
Die Grundlage der Vermessung basiert auf der Erfassung und Verarbeitung von Daten. Bei der Erfassung wird die Lage, Höhe und Ausdehnung von Objekten oder Geländeabschnitten präzise bestimmt und geografische Koordinaten ermittelt. Diese werden grafisch aufbereitet, um anschließend präzise Darstellungen und Pläne erstellen zu können.
Es gibt unterschiedliche Methoden, um die Topografie oder Bauwerke auf zumessen. Die gewählte Technik hängt dabei von den Anforderungen des Projekts, der gewünschten Genauigkeit und der Beschaffenheit des Geländes ab.
GNSS-Messung: Um lokale Vermessungen weltweit zuzuordnen und in ein geodätisches Bezugssystem zu übertragen, ist ein GNSS-Messgerät erforderlich. GNSS steht für „Global Navigation Satellite System“ und ist ein Sammelbegriff für verschiedene Arten von Satellitennavigationssystemen, die weltweit verwendet werden, wie z. B. GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou und andere lokale Signale (1). GPS ist das Satellitensystem der Vereinigten Staaten und wird häufig als Synonym für GNSS verwendet. GNSS-basierte Systeme können für eine bessere Genauigkeit jederzeit auf mehrere Satellitensysteme zugreifen.
Ein Satellitensystem besteht aus vielen Satelliten, welche die Erde in einer festen Umlaufbahn umkreisen und kontinuierlich Funksignale aussenden. Jeder Satellit übermittelt seine genaue Position und aktuelle Zeit. GNSS-Empfänger auf der Erde empfangen diese Signale und berechnen mithilfe der Laufzeit der Signale die Entfernung zu jedem Satelliten. Je mehr Satellitensignale empfangen werden, desto zuverlässiger und meist auch genauer wird die Position des Benutzers bestimmt.
GNSS-Empfänger sind heutzutage in nahezu jedem Smartphone verbaut. Diese Standardempfänger liefern Standortgenauigkeiten von ca. 5 – 15 m, was für viele gängige Anwendungen, z. B. die Navigation ausreichend ist (2).
Für die Anforderungen in der Vermessung werden jedoch Daten im Zentimeterbereich benötigt. Auch die genaue Erfassung der Höhe ist oft eine wichtige Anforderung. Die Genauigkeit wird von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst. GNSS-Signale können durch atmosphärische Einflüsse und Hindernisse wie Berge, Gebäude oder Bäume beeinträchtigt werden, was zu Messungenauigkeiten führt (Abbildung 1).
Abbildung 1: mögliche Signalfehler (3)
In der Vermessungstechnik kann die GNSS-Genauigkeit durch sogenannte Real Time Kinematic (RTK)-Technologien auf wenige Zentimeter verbessert werden. RTK ist eine Technik, die die Genauigkeit von GNSS-Empfängern durch die Verwendung von Korrekturdaten von einem festen Referenzpunkt, auch bekannt als Basisstation, verbessert. Die Basisstation empfängt kontinuierlich GNSS-Signale und berechnet die Abweichungen zwischen den gemessenen und bekannten Positionen. Diese Korrekturdaten werden dann in Echtzeit an den mobilen GNSS-Empfänger übertragen, der seine Position entsprechend korrigiert (4).
GNSS kann beim Bau einer WEA gut eingesetzt werden. Da die Anlagen auf großen landwirtschaftlichen Freiflächen geplant werden und dort das GNSS-Signal keine umliegenden Störfaktoren hat. Für Zuwegungs- oder erste Standortabsteckungen ist GNSS ebenfalls gut geeignet, da es eine schnelle und einfache Möglichkeit ist, einzelne nicht millimetergenaue Punkte anzuzeigen.
Tachymeter-Messung: Dies ist die klassische Vermessungsmethode (Abbildung 2). Sie kombiniert Winkel- und Distanzmessungen und wird häufig für detaillierte Vermessungsarbeiten eingesetzt. Ein Tachymeter misst Entfernungen und Winkel zu bestimmten Punkten und berechnet die exakten Positionen. Das Verfahren ist besonders genau und daher gut für die Planung von WEA oder für die millimetergenaue Standortbestimmung der Fundamente geeignet. Mit der Tachymeter-Messung können die gewünschten Punkte selbst bestimmt und nur diese auf gemessen werden. Das vereinfacht die Auswertung im Büro, da ausschließlich die benötigten Messdaten zur Verfügung stehen. Es ist im Gelände jedoch meist aufwändiger als z. B. das Laserscanning.
Abbildung 2: Tachymeter im Feld (5)
Laser Scanning: Der Laserscanner erstellt eine dreidimensionale Punktwolke des Geländes oder Objekts. Im Gegensatz zu dem Tachymeter misst der Laserscanner alles was in der Umgebung vorhanden ist. Die Oberfläche der Objekte wird durch einen Laserstrahl abgetastet. Bei jeder neuen Position des Laserscanners entsteht eine Punktwolke, die aus mehreren Millionen Einzelpunkte besteht. Diese Einzelpunktwolken werden im nächsten Arbeitsschritt zu einer dreidimensionalen Gesamtpunktwolke verknüpft. Nach der Abtastung der Messobjekte mit dem Laserstrahl, nimmt der Laserscanner ebenfalls hochauflösende Panoramabilder auf (6). Eine schnelle, exakte und berührungslose Methode. Diese benötigt jedoch mehr Zeit in der Auswertung der Daten, da alles in der Umgebung einen Messpunkt erhält und eine große Punktwolke (Abbildung 3) entsteht.
Abbildung 3: Messdaten durch ein Laserscan und die daraus entstehen Punktwolke (7)
In der Punktwolke werden die erforderlichen Objekte herausgesucht und dargestellt. In Verbindung mit einer Drohne ist die Laserscan Methode auch von oben möglich. So können Gelände schnell und präzise erfasst und dabei Höhenunterschiede, Vegetation und andere relevante Merkmale erkannt werden. Drohnenvermessung spielt im Windenergiebau eine zunehmend wichtigere Rolle (Abbildung 4).
Abbildung 4: Schematische Darstellung: Vermessung aus der Luft (8)
Nivellement: Dieses Verfahren wird angewendet um präzise Höhenübertragung über größere Distanzen zu gewährleisten (9). Diese Technik dient der Bestimmung von Höhenunterschieden zwischen Punkten. Die Höhenunterschiede werden mit Hilfe eines horizontalen Zielstrahles ermittelt. Die genaue Höhenbestimmung vor Ort ist entscheidend, um WEA präzise errichten zu können (Abbildung 5).
Abbildung 5: Zwischen zwei senkrecht aufgestellten Messlatten wird das Nivellierinstrument aufgestellt und dessen Ziellinie horizontal ausgerichtet. Die Differenz (A-B= h) der beiden Ablesungen an den Messlatten ergibt den Höhenunterschied (9)
Vom Gelände bis zum Ende
Topografie als Fundament der Planung
Vom ersten Konzept bis zur Umsetzung eines Windparks sind zahlreiche Schritte nötig. Vor dem Bau einer WEA wird das Gelände vermessen, um ein genaues Bild der Topografie zu erhalten. Es werden Höhenprofile erstellt, die die Höhenunterschiede und Neigungen des Geländes darstellen. Daraus können die Anlagenstandorte geplant und die Zuwegung für die Baufahrzeuge sichergestellt werden. Zudem muss der Anschluss der WEA an die nächste Stromtrasse sichergestellt sein, denn nur so kann der umweltfreundlich erzeugte Strom auch zum Endverbraucher transportiert werden. In solch einen Fall können Drohnenvermessungen zum Einsatz kommen, da die zu vermessende Fläche sehr groß sein kann und es mit einer herkömmlichen Tachymeter Messung an Land zu aufwendig und zeitintensiv wäre. Eine Befliegung findet bevorzugt im Winterhalbjahr statt, um eine hohe Einsehbarkeit des Geländes von oben zu ermöglichen (10). Im Büro werden alle gemessenen Daten so aufbereitet, dass sie nachvollziehbar für die zuständigen Planungsbüros in CAD-Systemen weiterbearbeitet werden können.
Der Lageplan: Der Pass für die Genehmigung
Eine weitere wichtige Aufgabe der Vermessung ist die Ausfertigung eines Lageplans zum Bauantrag. Aus den gemessenen Daten wird der Lageplan zum Bauantrag angefertigt. Ein Lageplan für einen Bauantrag für eine WEA ist ein detaillierter Plan, der die exakte Position und die Umgebung der geplanten Anlage abbildet und für die Genehmigung durch die Behörden erforderlich ist. Ein solcher Plan muss spezifische Informationen enthalten, die je nach Region variieren können. Der Lageplan muss in der Regel von einem Ingenieur oder Vermessungsbüro erstellt und beglaubigt sein.
Grenzvermessung: Alte Steine, neue Herausforderungen – Die Kunst der Grenzkorrektur
Für den Lageplan eines Bauantrags ist es entscheidend, dass die Grundstücksgrenzen einwandfrei festgelegt sind. Nicht alle Grenzverläufe liegen mit einwandfreien Koordinaten vor. Viele Grenzen wurden damals mit einfachen Messgeräten ermittelt und in so genannten Rissen festgehalten. Alte Risse sind historische Vermessungszeichnungen und Pläne, die früher von Hand erstellt wurden. Sie stellen die Lage von Grundstücksgrenzen sowie wichtigen Vermessungspunkten dar. Sie enthalten Informationen über Grenzverläufe, Landmarken und deren Maße zueinander. Dazu zählen geometrische Bestimmungselemente wie Strecken, Winkel, Parallelitäten zu Gebäuden, Zaunpfähle oder Mauern angegeben, um den Grenzverlauf mathematisch rekonstruieren zu können (Abbildung 6).
Abbildung 6: Vermessungsriss aus dem Jahr 1927 von Berlin Schöneberg (11)
Die alten Katasterunterlagen (Risse) werden mit den aktuellen Bestandsdaten verglichen (12). Entstehen dabei zu große Ungenauigkeiten müssen die Grenzen wiederhergestellt werden (13). Dafür werden ergänzende Messungen durchgeführt.
In modernen Systemen erfolgt die Berechnung oft durch spezielle Software, die die Position der Grenzpunkte in einem geodätischen Bezugssystem (z. B. ETRS89) ermittelt. Durch diese Berechnung ist es möglich die Grenzpunkte vor Ort abzustecken und nach vorhandenen Grenzmarkierungen zu suchen. Oft liegen die Grenzsteine seit langer Zeit im Boden und können verschoben oder überwuchert sein (Abbildung 7). Es kann überprüft werden, ob der vorhandene Stein korrekt platziert ist. Ist dies nicht der Fall oder ist kein Grenzstein mehr vorhanden, wird eine neue Grenzmarkierung gesetzt und genau dokumentiert.
Abbildung 7: Alter Grenzstein unter der Erde (14)
Es kann auf dem Land vorkommen, dass die gefunden Grenzsteine teilweise mehr als ein Meter von den bisher angenommen Grenzen gefunden werden. Das resultiert aus dem überführen der alten Vermessungsunterlagen in das digitale System+. Dadurch entstehen erhebliche Grenzverschiebungen und die geplanten Windenergiestandorte müssen verschoben werden, da bestimmte Abstände nicht mehr eingehalten werden können.
Exakte Maßarbeit: Vermessung in der Bauphase
Sobald die Planung abgeschlossen ist, beginnt die Bauphase. Auch in der Bauphase ist die Vermessung ein wichtiger Teil um WEA zu errichten. Die Bauarbeiten auf dem Feld beginnen mit den ersten Absteckungen. Hierbei werden mithilfe eines GPS-Messgeräts einige wichtige Punkte grob (3 – 5 cm) abgesteckt und mit Pflöcken markiert. Diese erste Vermessung bildet die Grundlage für die bevorstehenden Bodenuntersuchungen und Erdarbeiten. Auch die benötigten Flächen, wie Kranstellfläche oder Zuwegungen werden nach der Planung abgesteckt.
Für die exakte Platzierung der WEA ist eine detaillierte Absteckung notwendig. Hier kommt ein Tachymeter zum Einsatz, um die Anlage millimetergenau zu positionieren (Abbildung 8). Je nach Vorgaben der Bauleitung werden dabei entweder die Mittelpunkte, Umring oder die Achsen der Anlage auf vorbereitete Sauberkeitsschichten oder Pflöcke mit Nägeln im Feld markiert.
Abbildung 8: Absteckungsarbeiten (15)
Zusätzlich wird ein Nivelliergerät eingesetzt, um eine millimetergenaue Höhenabsteckung vorzunehmen. Diese Höhenmarken dienen den Bauleuten als Referenz für die genaue Ausrichtung der Anlage und tragen zur Präzision der weiteren Bauarbeiten bei.
Dank dieser umfassenden Vermessungsarbeiten wird sichergestellt, dass die WEA später genau an der vorgesehenen Stelle steht und den Vorgaben entspricht.
Der letzte Check
Nach dem Bau wird die genaue Position und Ausrichtung der WEA überprüft, um sicherzustellen, dass sie korrekt installiert wurde. Die Vermessungsdaten werden häufig als Teil der behördlichen Abnahmen und zur Einhaltung gesetzlicher Vorschriften benötigt. Somit ist das Projekt für die Vermessungsfachkraft abgeschlossen.
Fazit: Vermessung als Schlüssel für erfolgreiche Windenergieprojekte
Die Vermessung spielt eine zentrale Rolle in der erfolgreichen Umsetzung von Windenergieprojekten. Von der Standortanalyse über die präzise Planung und Bauausführung bis hin zur Qualitätssicherung – die Vermessung bildet die Grundlage für Effizienz, Sicherheit und Nachhaltigkeit moderner WEA.
Es gibt jedoch nach dem Bau noch weitere Möglichkeiten, wo die Vermessung eine immer größerer Bedeutung spielt. Monitoring und Langzeitüberwachung: Die Vermessung dient oft als Referenz für zukünftige Überprüfungen. So können Abweichungen, wie Setzungen im Boden oder Strukturveränderungen am Turm, frühzeitig erkannt werden, bevor sie die Anlage oder deren Sicherheit gefährden.
Somit ist die Vermessung nicht nur ein essenzieller Bestandteil des Bauprozesses, sondern auch ein zukunftsweisendes Werkzeug für die nachhaltige Nutzung und Erhaltung von WEA. Mit ihrer Hilfe wird es möglich, die Energiewende effizient und sicher zu gestalten.
Autorin: Gina Zechel
QUELLEN:
(1) FieldBee (2020). Was ist der Unterschied zwischen GNSS und GPS Empfängern. Verfügbar unter: https://www.fieldbee.com/de/blog/was-ist-der-unterschied-zwischen-gnss-und-gps-empfaengern. (abgerufen am: 30.12.2024).
(2) MagicMaps. Wie funktioniert Satellitennavigation. Verfügbar unter: https://www.magicmaps.de/gnss-wissen/wie-funktioniert-gps/?L=0 Für. (abgerufen am: 30.12.2024)
(3) messprofiservice (2023). GNSS einfach erklärt. Verfügbar unter: https://messprofiservice.de/ratgeber/gnss-vermessung-einfach-erklaert/. (abgerufen am: 30.12.2024).
(4) passpunkt.de. Grundlagen der RTK-Technologie. Verfügbar unter: https://www.passpunkt.de/was-ist-rtk-technologie-und-wie-wird-sie-bei-der-drohnenvermessung-eingesetzt. (abgerufen am: 30.12.2024).
(5) ALLSAT GmbH. Vermessung. Verfügbar unter: https://www.allsat.de/ingenieurleistungen/vermessung/. (abgerufen am: 30.12.2024).
(6) buck Vermessung. 3D-Laserscanning / 3D-Vermessung. Verfügbar unter: https://www.buck-vermessung.de/leistungen/3d-laserscanning/. (abgerufen am: 30.12.2024).
(7) SNOW Architektur (2023). 3D Scan und Punktwolken. Verfügbar unter: https://snow.at/blog/3d-scanner-architektur/. (abgerufen am: 30.12.2024).
(8) Overath & Sand. Drohnen Vermessung. Verfügbar unter: https://www.overath-sand.de/ingenieurvermessung/drohnen-vermessung.html. (abgerufen am: 30.12.2024).
(9) cadastre.ch (2024). Nivellement. Verfügbar unter: https://www.cadastre.ch/de/nivellement-methode-bestimmung-hoehendifferenzen. (abgerufen am: 30.12.2024).
(10) svGeosolutions GmbH (2021). Trassenvermessung mit Drohne im Spessart. Verfügbar unter: https://www.svgeosolutions.de/trassenvermessung-im-spessart/. (abgerufen am: 30.12.2024).
(11) Bezirksamt Tempelhof-Schöneberg. Liegenschaftskataster. Verfügbar unter: https://www.berlin.de/ba-tempelhof-schoeneberg/politik-und verwaltung/aemter/stadtentwicklungsamt/vermessung/liegenschaftskataster-306939.php. (abgerufen am: 30.12.2024).
(12) geoberlin. Grenzvermessung. Verfügbar unter: https://www.geoberlin.net/grenzvermessung.php. (abgerufen am: 30.12.2024).
(13) Vermessungsbüro Andreas Schmidt. Grenzvermessung, Grundstücksteilung, Grenzfeststellung. Verfügbar unter: https://as-vermessung.de/leistungen/grenzvermessung/. (abgerufen am: 30.12.2024).
(14) HPM Vermessung. Grundstücksvermessung. Verfügbar unter: https://www.hpm-vermessung.de/leistungen/hoheitliche-dienstleistungen/grundstuecksvermessung/. (abgerufen am: 30.12.2024).
(15) Wuttke Vermessung. Absteckungen. Verfügbar unter: https://sonne-wind-vermessung.de/#. (abgerufen am: 30.12.2024).
