Koordinatensysteme für die Drohnenvermessung: CRS und Höhensysteme in EU und USA

Was ist ein Koordinatenreferenzsystem (CRS)?

Ein CRS legt fest, wie aus einer Position auf der Erde Zahlen werden. Ein geografisches CRS verwendet Breite und Länge in Grad (WGS 84, ETRS89). Ein projiziertes CRS bildet ein Gebiet auf ein ebenes Gitter mit Ostwert und Nordwert in Metern ab (ein nationales Gitter oder eine UTM-Zone). Ein vertikales CRS definiert die Höhe. Eine vollständige Vermessungsposition besteht also aus einem Lage-CRS plus einem Höhensystem.

Jedes System hat im EPSG Geodetic Parameter Registry^[1] einen EPSG-Code, „EPSG:3006“ bedeutet also immer SWEREF 99 TM und „EPSG:5613“ immer RH 2000. Nennen Sie den Code, nicht nur den Namen: „UTM 33“ oder „schwedisches Gitter“ ist mehrdeutig, ein EPSG-Code nicht.

Welches Lagesystem sollte ich in Europa verwenden?

Verwenden Sie das nationale Gitter, das Ihr Auftraggeber oder die Vermessungsverwaltung vorgibt. Die meisten europäischen nationalen Gitter sind Projektionen von ETRS89 oder einer nationalen Realisierung davon, zum Beispiel SWEREF 99 TM (EPSG:3006) in Schweden, ETRS-TM35FIN (EPSG:3067) in Finnland, RGF93 / Lambert-93 (EPSG:2154) in Frankreich und OSGB36 / British National Grid (EPSG:27700) in Großbritannien. Einfaches UTM, wo ein nationales Gitter erwartet wird, oder die falsche Zone verschiebt die Daten um Meter bis Hunderte Kilometer.

Einige ältere nationale Systeme sind nicht einfach ETRS89 mit einer anderen Projektion. Sie liegen auf einem anderen Datum und brauchen zur genauen Umrechnung ein Datumsgitter. Das Gitter OSTN15 für das British National Grid ist das bekannteste Beispiel.

Welches Lagesystem sollte ich in den USA und Nordamerika verwenden?

Die nordamerikanische Vermessung liegt auf NAD83, fast immer als State-Plane-Zone oder als UTM-Zone. Eine State-Plane-Zone wird in Metern und in Fuß veröffentlicht, und der Fuß ist nicht immer derselbe: Die meisten Bundesstaaten verwenden den US Survey Foot (1 ft = 1200/3937 m), einige den internationalen Fuß (0,3048 m)^[2]. Beide unterscheiden sich um 2 Teile pro Million (2 mm pro Kilometer), was auf einer kleinen Fläche unsichtbar ist, bei einer Koordinate von 1.000.000 ft aber etwa 0,6 m ausmacht. Der US Survey Foot wurde Ende 2022 für veraltet erklärt, vorhandene Daten und Zonendefinitionen verwenden ihn aber weiterhin. Entnehmen Sie die Einheit dem EPSG-Code, nicht dem Zonennamen.

NAD83 und WGS 84 sind verschiedene Bezugsrahmen: In den kontinentalen USA unterscheiden sie sich um bis zu ein oder zwei Meter^[3], sind für die Vermessung also nicht austauschbar.

Was ist der Unterschied zwischen ellipsoidischer und orthometrischer Höhe?

Die ellipsoidische Höhe (h) ist die Höhe über einem glatten mathematischen Ellipsoid. Sie liefern GNSS-Empfänger, auch das RTK-Modul einer Drohne. Die orthometrische Höhe (H) ist die Höhe über dem Geoid, einer Äquipotentialfläche der Schwere nahe dem mittleren Meeresspiegel. Sie verwenden Nivellement, Karten und Bauzeichnungen: Wasser fließt in H bergab, nicht in h.

Beide hängen über die Geoidundulation N (auch Geoidhöhe genannt) zusammen: H = h − N. N ist groß und ändert sich im Land. Berechnet mit den von Orthosite verwendeten Geoidmodellen (SWEN17_RH2000 und GEOID18): Stockholm +23,0 m, Kiruna +29,8 m, Malmö +35,7 m; Denver −17,1 m, Houston −27,3 m, Seattle −23,7 m. Eine rohe GNSS-Höhe als Geländehöhe zu verwenden, ist daher um Dutzende Meter falsch. Weil sich N um Millimeter pro hundert Meter ändert, stimmt ein einzelner Wert für eine ganze Fläche nur bei kleinen Flächen; Orthosite wendet das Geoid pro Punkt an, nicht mit einem Wert pro Fläche.

Welche Höhensysteme und Geoidmodelle unterstützt Orthosite?

Orthosite bietet 23 nationale Höhensysteme in 20 Ländern, jeweils mit seinem nationalen Geoidmodell oder Transformationsgitter (N60 und NGVD29 über eine verkettete Transformation), dazu die globalen EGM2008 und EGM96 sowie die reine ellipsoidische Höhe. Höhen werden in Metern geliefert. Das Häkchen kennzeichnet die Systeme, bei denen die Umrechnung von Orthosite in einem Test gegen die selbst veröffentlichten Werte der Behörde abgesichert ist (Lantmäteriet, Kartverket, Ordnance Survey, NSGI, NGS, BKG, swisstopo); die anderen verwenden das amtliche Gitter, wurden aber nicht gegen veröffentlichte Testwerte nachgebildet, und Orthosite zeigt sie in der Auswahl als nicht verifiziert an.

Höhensysteme werden danach angeboten, wo das Projekt liegt, nicht nur nach dem Lagecode: Die Liste wird aus den Bildpositionen gebildet, zuerst die nationalen Systeme für den Standort, danach die globalen Modelle. Ein System, dessen Modell am Standort nicht rechnet (NAVD88 auf Hawaii, wohin das GEOID18-Gitter nicht reicht), wird nicht angeboten, und Länder ohne nationales Modell in der Liste (zum Beispiel Italien oder Irland) erhalten die globalen Modelle EGM2008 und EGM96 sowie die ellipsoidische Höhe, als solche gekennzeichnet, statt eines geratenen Datums.

Zwei Grenzen werden genannt, nicht verschwiegen. Höhensysteme in Fuß (etwa NAVD88 in US Survey Feet) werden abgelehnt, weil Fuß auf DSM-Werte und Geoidhöhen in Metern träfe; verwenden Sie die Meter-Variante (EPSG:5703). Lagekoordinaten können weiterhin in Fuß sein. Und RH 70, das alte schwedische System, wird nicht angeboten, weil für es kein Geoidgitter in einem von PROJ lesbaren Format veröffentlicht ist.

Sind WGS 84, ETRS89 und SWEREF 99 dasselbe?

Nein. Es sind verschiedene Realisierungen eines Bezugsrahmens. ETRS89 wurde an den stabilen Teil der Eurasischen Platte gebunden und fiel 1989 mit dem globalen ITRS zusammen; seither bewegt sich Europa relativ zum globalen Rahmen um etwa 2,5 cm pro Jahr^[4]. WGS 84 folgt dem globalen Rahmen, ETRS89 und WGS 84 unterscheiden sich in Europa daher inzwischen um rund 0,9 m. Lantmäteriet nennt für 2024 8–9 dm zwischen SWEREF 99 (einer Realisierung von ETRS89) und WGS 84, mit der Zeit wachsend^[5]. In Nordamerika liegen NAD83 und WGS 84 1–2 m auseinander^[3].

Ein Bezugsrahmen kann auch eine Epoche (ein Datum) tragen, weil sich der Boden bewegt. SWEREF 99 hat die Bezugsepoche 1999,5 und RH 2000 die Epoche 2000,0, und SWEN17_RH2000 berücksichtigt die nacheiszeitliche Landhebung zwischen beiden^[9].

Was das für einen Drohnenflug bedeutet: Stammen die Kamerapositionen aus RTK im nationalen Rahmen (zum Beispiel SWEPOS-Netz-RTK in SWEREF 99) oder bestimmen eingemessene Passpunkte im Projekt-CRS die Ausgleichung, liegt das Modell in diesem Rahmen. Stammen die Positionen aus PPK/PPP oder einer Basisstation in ITRF oder WGS 84 und gibt es keine Passpunkte, kann das ganze Modell in der Lage um etwa 0,9 m in Europa und 1–2 m in den USA versetzt sein. Orthosite nimmt die Positionen als bereits im gelieferten Rahmen liegend an (ein Nullschritt, keine Transformation), sagt das in der CRS-Auswahl und in den Lieferhinweisen und zeigt eine Warnung, wenn ein Flug keine Passpunkte hat und seine Positionsquelle nicht bekanntermaßen diesen Rahmen liefert. Eine automatische Korrektur dafür gibt es nicht; Kontrollpunkte zeigen, ob das Modell stimmt.

Warum brauchen manche Länder Datumsgitter?

Zwischen ETRS89 und einem älteren nationalen Datum gibt es keine einfache Formel. Die nationale Vermessungsverwaltung veröffentlicht ein Verschiebungsgitter (NTv2 oder ein ähnliches Format), und eine Helmert-Transformation mit sieben Parametern ist nur auf Meter oder Dezimeter genau. Fehlt das Gitter, löst PROJ (die Open-Source-Bibliothek hinter den meisten GIS-Programmen)^[6] keinen Fehler aus, sondern nimmt stattdessen die Helmert-Transformation. Orthosite hat das für das British National Grid gemessen: 1,95 m neben dem OSTN15-Ergebnis.

Orthosite installiert und wendet diese Lage-Datumsgitter an: OSTN15 (Großbritannien), RDNAPTRANS2018 (Niederlande), BEV AT_GIS_GRID (Österreich, MGI), BD72 / Lambert 72 (Belgien), CHENyx06 (Schweiz, LV03), BeTA2007 sowie die Gitter für Sachsen, Hessen, Baden-Württemberg, das Saarland und Thüringen (Deutschland: DHDN, und die Bezugsrahmen RD/83 und PD/83 in Sachsen und Thüringen), die sieben regionalen SDFI-2022-Gitter (Dänemark), die spanischen und katalanischen ED50-Gitter, die YKJ/KKJ-Triangulation (Finnland), das NTF-Gitter (Frankreich), die NGO-1948-Triangulation (Norwegen), die Gitter Datum 73 und Lisboa (Portugal) und die S-JTSK-Gitter (Tschechien, Slowakei). Sie sind wichtig. Im Matrixtest von Orthosite mit 110 Länderfällen vom 08.10.2026 hätte ihr Weglassen zum Beispiel gekostet: Finnland KKJ 0,52 m, Österreich GK 0,31–0,50 m, Slowakei S-JTSK 1,53 m, Niederlande RD 7 cm, Belgien Lambert 72 8–12 cm, Tschechien S-JTSK 5 cm.

Orthosite verweigert eine Transformation, statt eine falsche Datei zu liefern: Ist ein von der Definition benötigtes Gitter nicht installiert oder liegen die Punkte außerhalb des Gebiets, in dem es überhaupt eine echte Datumsoperation gibt (PROJ würde einen „Ballpark“-Versatz verwenden, der die Datumsverschiebung ignoriert), wird der Export mit einer Erklärung abgelehnt. Zwei bekannte Fälle: das Irish Grid auf dem Datum TM75 (sein Gitter ist nicht offen veröffentlicht) und Chinas CGCS2000 (PROJ hat dafür keine Datumstransformation). Die Koordinatenanzeige im Kartenviewer verwendet dieselbe Transformation wie die Exporte und stimmt mit ihr auf 1 cm überein (in den Tests von Orthosite gegen Testpunkte von Ordnance Survey und NSGI unter 1 mm gemessen).

Was ist der Unterschied zwischen Gitterstrecke und Bodenstrecke?

Ein projiziertes Gitter ist eine abgeflachte Fläche, Strecken darauf sind daher maßstäblich verzerrt. Jede Projektion hat einen Maßstabsfaktor: SWEREF 99 TM hat auf seinem Mittelmeridian (15°O) 0,9996^[7], wodurch eine Gitterstrecke dort bis zu 0,4 m pro Kilometer kürzer ist als die wahre Strecke in Geländehöhe. Die Höhe fügt einen zweiten Effekt hinzu, den Höhenfaktor R/(R+h). Zusammen ergeben sie den kombinierten Maßstabsfaktor (CSF = k·R/(R+h)); Bodenstrecke = Gitterstrecke / CSF, und eine Bodenfläche = Gitterfläche / CSF².

Für ein Baugrundstück liegt der Unterschied unter der Vermessungstoleranz; für eine lange Straße oder eine große Fläche nicht. Orthosite nennt, welchen Wert es zeigt: Messungen im Viewer geben den Gitterwert und den Bodenwert an (Gitter / CSF, Flächen und Volumen Gitter / CSF²), mit dem daneben ausgegebenen CSF, sodass Sie sie mit einem Tachymeter, das in Bodenstrecken arbeitet, oder einer CAD-Datei, die im Gitter arbeitet, abgleichen können.

Warum sind meine Koordinaten vertauscht? (Achsenreihenfolge)

Die Koordinatenreihenfolge gehört zur CRS-Definition. Im EPSG-Register sind viele Systeme zuerst Nordwert definiert, darunter SWEREF 99 TM (EPSG:3006), RT90, die finnischen ETRS-GK-Zonen, die deutschen Gauß-Krüger-Zonen, das norwegische NTM und die japanischen JGD-Systeme (in den EPSG-Definitionen geprüft). Andere, wie Lambert-93, ETRS89 / UTM, British National Grid und RD New, sind zuerst Ostwert. Die meiste GIS- und CAD-Software und der PROJ-Standard für einfache x/y-Arbeit verwenden zuerst den Ostwert. Eine Datei, die ein Vermessungsinstrument als „N, E“ geschrieben hat und die als „E, N“ gelesen wird, landet ohne Fehlermeldung am falschen Ort, oft weit außerhalb der Fläche^[8].

Prüfen Sie die erste Zeile jeder Passpunkt- oder Punktdatei: In Schweden liegt der Nordwert bei etwa 6.100.000 bis 7.700.000 und der Ostwert bei etwa 250.000 bis 920.000, die größere Zahl ist also der Nordwert. Wenn Sie eine Passpunkt- oder Kontrollpunktdatei importieren, lässt Orthosite die Werte entscheiden: Es projiziert die Punkte in beiden Reihenfolgen und akzeptiert nur eine Reihenfolge, die im Anwendungsgebiet des gewählten CRS landet. Passen beide, entscheidet eine ausdrückliche Beschriftung Nordwert/Ostwert (Northing/Easting) in der Datei; eine bloße X/Y-Kopfzeile wird Ihnen vorgelegt, statt geraten zu werden.

Typische Koordinatenfehler, die eine Vermessung ruinieren

• Falsches Lage-CRS oder falsche Zone: Die Daten landen Meter bis Kilometer entfernt (das klassische „Warum liegt meine Karte im Meer?“).
• Ellipsoidische statt orthometrische Höhe: Höhen um Dutzende Meter falsch (etwa 23–36 m an den schwedischen Standorten oben, 17–27 m an den US-amerikanischen).
• Gemischte Bezugsrahmen: Passpunkte in einer Realisierung (SWEREF 99) und Kamerapositionen in einer anderen (WGS 84): etwa 0,9 m in Europa, 1–2 m in den USA.
• US Survey Foot vs. internationaler Fuß vs. Meter: Maßstabsfehler von 2 mm/km oder ein Faktor 3,28.
• Vertauschte Nord- und Ostwerte.
• Gitter- vs. Bodenstrecke: in SWEREF 99 TM bis zu 0,4 m pro Kilometer, vor der Höhenwirkung.
• Ein altes nationales System ohne sein Datumsgitter: Dezimeter bis mehr als ein Meter (siehe oben).

Wie wähle ich vor dem Flug das richtige Koordinatensystem?

Bestätigen Sie vor dem Flug vier Dinge und schreiben Sie sie in den Auftragszettel: das Lage-CRS (EPSG-Code und Zone), das Höhensystem (mit dem Geoidmodell), die Einheit und den Bezugsrahmen Ihrer GNSS-Quelle (nationales Netz-RTK, eine Basis auf einem bekannten Punkt oder PPK in WGS 84). Wenn Sie Passpunkte setzen, messen Sie sie im CRS und Höhensystem der Lieferung ein und behalten Sie einige als unabhängige Kontrollpunkte. Die Genauigkeit, die Sie angeben können, stammt aus diesen Kontrollpunkten, nicht aus dem CRS.

In Orthosite legen Sie das Koordinatensystem per EPSG-Code fest (knapp 6.000 Lagesysteme, durchsuchbar nach Code oder Name, mit einem Vorschlag nach dem Aufnahmeort der Bilder) und das Höhensystem in derselben Auswahl. Viewer, Genauigkeitsberichte und Exporte (LAZ/LAS, DSM/DTM, Orthofoto, CSV, DXF, LandXML, 2DM) verwenden dann dieses System, wobei das CRS dort in die Datei geschrieben wird, wo das Format es erlaubt (LAZ trägt es als WKT).

Zuletzt geprüft: 2026-10-10