GNSS in Kommunen: Von der Skizze zur Koordinate

Ob Wasser, Gas, Strom, Fernwärme oder Glasfaser: In deutschen Kommunen summieren sich die Versorgungsleitungen auf Hunderttausende Kilometer. Was sich wo befindet, in welcher Tiefe und in welchem Zustand sollte in verlässlichen Daten abgebildet sein. 

Doch zwischen Anspruch und Realität klafft eine erhebliche Lücke. Bestandsdaten sind unvollständig, Koordinaten ungenau und Dokumentationen bisweilen veraltet. Gleichzeitig steigen die Anforderungen im regulatorischen und wirtschaftlichen Bereich. Präzise Positionsdaten sind für Kommunen und Stadtwerke mittlerweile Pflicht. Doch wie lässt sich das möglichst effizient umsetzen?

Positionsdaten: Herausforderungen in den Kommunen

Wenn es um die Dokumentation ihrer Infrastruktur geht, sind Kommunen mit einer Vielzahl von Herausforderungen konfrontiert:

• Unvollständige Bestandsdaten
  Bestandsdaten bilden die Grundlage jedes Netzbetriebs. Sie beantworten die Frage, wo welche Leitung in welcher Tiefe liegt, aus welchem Material sie besteht und wann sie verlegt wurde. Im Idealfall sind diese Informationen georeferenziert und in einem Geoinformationssystem (GIS) oder Netzinformationssystem (NIS) hinterlegt.
  In der Praxis wurden bei vielen Leitungen die Koordinaten nicht aufgenommen. Stattdessen erfolgte ihre Lageerfassung mit Raummaßen, beispielsweise unter Angabe des Abstands zur Hauswand oder zum Bordstein. Diese Methode war pragmatisch und für frühere Ansprüche ausreichend. Sobald sich die Bezugspunkte jedoch verändern, fehlt der Positionsangabe die belastbare räumliche Referenz. 
• Medienbrüche zwischen Planung, Bau und GIS
  In der kommunalen Praxis fehlt häufig eine digitale Verknüpfung zwischen Planung, Bauausführung und Dokumentation. Das kann verschiedene Ursachen haben: So kann bei der Leitungsverlegung die tatsächliche Lage vom geplanten Verlauf abweichen, weil Hindernisse im Boden sind oder die Einbautiefen angepasst werden. Diese „As-Built“-Abweichungen werden in der Praxis oft mit einfachen Mitteln dokumentiert, weil kein Vermesser vor Ort ist. Die Übertragung der Feldinformationen in das GIS ist ein weiterer manueller Schritt mit potenziellen Fehlerquellen.
• Wachsende normative Anforderungen
  Die regulatorischen Anforderungen an kommunale Netzbetreiber sind in den vergangenen Jahren stark gestiegen.Allein im Bereich der Gas- und Wasserversorgung fordert das DVGW-Regelwerk umfassende Dokumentation von Leitungsanlagen, Armaturen sowie Absperr- und Messeinrichtungen. Wer an dieser Stelle mit lückenhaften oder unvollständigen Geodaten arbeitet, kann schnell in eine strukturelle Compliance-Lücke geraten.
• Klimawandel und Umweltschutz
  Auch im Bereich Umweltschutz verbinden sich technische und rechtliche Anforderungen zunehmend mit der Notwendigkeit exakter Positionsdaten.  

Angesichts des Klimawandels und des steigenden Drucks zur Ressourcenschonung wird die Leckagedetektion in Wassernetzen immer wichtiger und macht eine genaue Kenntnis der Netzgeometrie zur Pflicht. Hinzu kommt die veränderte Risikolandschaft durch Wetterextreme: Überflutungsmodelle und Starkregenkarten, die Kommunen heute erarbeiten müssen, sind nur dann aussagekräftig, wenn die Lage der Infrastruktur im Gelände korrekt erfasst ist.

• Demografischer Wandel
  Viele langjährige Mitarbeiter der kommunalen Betriebe werden in den kommenden Jahren in den Ruhestand wechseln. Durch ihre Erfahrung mit den Netzstrukturen konnten sie bei Fragen oder Unklarheiten kurzfristig hinzugezogen werden. Falls die Positionsdaten nicht exakt dokumentiert sind, wird zukünftig niemand mehr vor Ort sein, der diese Lücke schließen kann.  
• Kosten- und Effizienzdruck
  Die Kommunen stehen unter anhaltendem wirtschaftlichem Druck, wodurch sich Investitionen in Digitalisierung und Netzertüchtigung politisch schwerer durchsetzen lassen. Allerdings liegt genau hier das Potenzial für Effizienzgewinne. Sind die Netzdaten exakt dokumentiert, so kommt es beispielsweise seltener zu Baustillständen, unproduktivem Suchzeiten oder Schäden an Fremdleitungen.

Präzise GNSS-Daten: Genauigkeit für kommunale Infrastrukturen

Mit GNSS-Daten lassen sich viele der geschilderten Herausforderungen lösen. GNSS steht dabei für Global Navigation Satellite System, der alle satellitengestützten Navigationssysteme (u.a. GPS, BeiDou, Glonass, Galileo) mit einbezieht. Ein GNSS-Empfänger bestimmt seine Position durch Laufzeitmessungen der Signale von mehreren Satelliten.

Die Genauigkeit eines einfachen GNSS-Empfängers, der beispielsweise in Smartphones oder Tablets integriert ist, liegt im Bereich von drei bis zehn Metern. Das ist für die Navigation im Straßenverkehr ausreichend, jedoch für das Einmessen von Versorgungsleitungen zu ungenau. Deshalb kommen zwei weitere Methoden zum Einsatz, um Zentimetergenauigkeit zu erreichen:

• Mehrkonstellationsnutzung: Ein Empfänger, der gleichzeitig die Signale von mehreren Navigationssatellitensystemen auswertet, hat immer deutlich mehr Satelliten zur Verfügung als ein reiner GPS-Empfänger. Das erhöht die Verfügbarkeit in schwierigen Umgebungen deutlich.
• RTK (Real Time Kinematic): Die Abkürzung der Berechnungsmethode, die Echtzeit-Differenzkorrektur in der Bewegung, auf Englisch Real Time Kinematic, kurz RTK, hat sich hierbei als Fachbegriff etabliert: Hier wird die Position des Rovers, also des mobilen Empfängers, mit den Korrekturdaten einer Referenzstation abgeglichen, deren Position bekannt ist. Die Abweichung und weitere Informationen zwischen Empfänger, Referenzstation und Satelliten wird als Korrektursignal an den Rover übertragen und dort herausgerechnet. Das Ergebnis sind Positionsdaten mit einer Genauigkeit von einem bis drei Zentimetern.

Eine nahtlose Integration in die nachgelagerten Systeme ist für die Genauigkeit ebenso entscheidend, wie die Messung selbst. Moderne GNSS-Empfänger verfügen über standardisierte Schnittstellen und können die aufgenommenen Felddaten in GIS-Umgebungen übertragen. Wenn Datenerfassung und -übergabe in einem durchgängigen Workflow organisiert sind, wird ein Medienbruch vermieden und damit einer der häufigsten Gründe für Informationsverlust im kommunalen Baubetrieb. 

GNSS-Technologie: Einsatzfelder im kommunalen Bereich

Immer mehr Kommunen nutzen mittlerweile GNSS-Empfänger, um ihre Dokumentationslücken zu schließen.

Das häufigste Einsatzszenario ist die Einmessung neu verlegter Leitungen direkt am offenen Graben. Ein RTK-Empfänger erfasst die 3D-Position von der Grabenoberkante und der Leitung im Graben. Das Ergebnis sind Koordinaten mit Lage und Höhe, die direkt ins GIS übertragen werden. Die fehleranfällige Kette aus Skizze, Raummaß und nachträglicher Digitalisierung entfällt. Sollte in der Zukunft die Oberfläche baulich verändert werden, so ist das für die Auffindung der Leitung ohne Bedeutung. Die Höhenangabe der Leitung als NHN-Höhe ist immer verfügbar und das GNSS System zeigt an in welcher Tiefe die Leitung zu finden ist.

Für bestehende, aber unzureichend dokumentierte Anlagen bietet GNSS-Empfänger eine effiziente Möglichkeit zur Nacherfassung. Schieber, Hydrankten, Schachtbauwerke und Absperreinrichtungen lassen sich systematisch einmessen. Die georeferenzierte Koordinate ersetzt die Raummaßangabe und macht die Informationen dauerhaft nutzbar, ganz gleich, ob sich die Bezugspunkte in der Umgebung über die Jahre verändern.

Auch umgekehrt helfen GNSS-Koordinaten dabei, Anlagen im Gelände wieder aufzufinden, beispielsweise Grenzsteine am bewachsenen Grundstück, Revisionsschächte abseits befestigter Wege oder Schieberabdeckungen unter einem neuen Straßenbelag. Ein GNSS-Gerät mit dem gespeicherten Sollpunkt navigiert den Techniker ans Ziel, ohne dass ein großer Suchaufwand oder zusätzliche Ortungsgeräte erforderlich wären. 

ppm10xx GNSS: Das GNSS-System für kommunale Vermessungen

Angesichts der vielen Vorteile wird die GNSS-Technik häufig mit komplexen Systemen in Verbindung gebracht. Mittlerweile aber gibt es Lösungen, die maximal anwenderfreundlich sind und dabei alle genannten Pluspunkte liefern.

Der ppm10xx GNSS Sensor zeigt, wie einfach sich Kommunen die GNSS-Technologie zu Nutze machen können.
Mittlerweile gibt es diesen Sensor in drei Varianten: 

• ppm10xx GNSS: Als Tablet-Lösung wird der ppm10xx GNSS Sensor via USB-Schnittstelle mit einem Tablet oder Smartphone verbunden. 
• ppm10xx BT GNSS Sensor: Die kabellose Variante ist der ppm10xx BT GNSS Sensor, bei dem die Anbindung per Bluetooth und die Stromversorgung über einen integrierten Akku erfolgt. 
• ppm10xx zero RTK-System: Als Stablösung mit Neigungskompensation erfasst das ppm10xx zero RTK-System auch dann noch exakte Positionen, wenn der Messstab nicht lotrecht gehalten wird. 

Die ppm10xx GNSS-Lösungen bieten alle Vorteile der GNSS-Technologie bei der Erfassung von Positionsdaten:

• Hohe Genauigkeit
  Auch in ungünstigen Umgebungen, wie in Straßenschluchten, bei dichter Bewaldung oder bei Vermessungen im Graben, liefern alle drei Systeme hochgenaue Messdaten. Möglich wird dies durch die Nutzung mehrerer Satellitennavigationssysteme in Kombination mit einer ausgefeilten Signalverarbeitung.
• Selbständiges Vermessen
  Die Benutzerführung ist maximal einfach. Bereits nach einer kurzen Schulung kann jeder das Gerät bedienen. Das beschleunigt die Abläufe vor Ort und spart Zeit und Kosten.
• Einfache Datenintegration
  Die erfassten Daten lassen sich ohne Medienbruch und Genauigkeitsverlust in jede beliebige GIS-Umgebung integrieren. 
• Kostentransparenz
  Für die ppm10xx Systeme fallen keine Lizenzgebühren an, so dass Kommunen immer genau wissen, mit welchen Kosten sie rechnen können.
• Neigungskompensation
  Immer wieder kommt es vor, dass Objekte sich nicht direkt von oben anpeilen lassen, eine lotrechte Ausrichtung des Messstabs ist dann nicht möglich. Hier entfaltet die automatische Neigungskompensation des ppm10xx zero RTK-Systems ihre Stärke: Das System erkennt eine Schräghaltung des Messstabs und rechnet die Abweichung automatisch heraus.

Präzise Positionsdaten sind heute das Fundament, um eine zunehmend komplexere Infrastruktur sicher, kosteneffizient und gesetzeskonform betreiben zu können. Mit dem ppm10xx zero haben Kommunen das passende System an der Hand, um fehlende Bestandsdaten zu ergänzen und neue Daten zuverlässig aufzunehmen. 

Schon heute sind die ppm10xx Systeme bei vielen Kommunen erfolgreich im Einsatz: