Bundesamt für Kartographie und Geodäsie

Die Höhenbezugsfläche von Deutschland

Geoid- und Schwerefeldmodelle

Das Geoid als natürliche Bezugsfläche ist die Äquipotentialfläche des Erdschwerefeldes, die den mittleren Meeresspiegel bestmöglich annähert. Im globalen Rahmen weicht das Geoid um bis zu ±100 m von einer geometrisch definierten Bezugsfläche, dem Ellipsoid, ab. Die Differenzen hängen von der Dichteverteilung im Erdinneren und damit vom Schwerefeld der Erde ab. Satellitengestützte Vermessungen des Erdschwerefeldes und der Meeresoberfläche und die darauf beruhenden globalen Schwerefeldmodelle liefern großräumige Strukturen mit einer räumlichen Ausdehnung von ca. 100 km. Kleinere Details lassen sich aus dem Weltall nicht auflösen. Für die Bestimmung genauer Modelle der Höhenbezugsfläche sind terrestrische Messungen unentbehrlich.

Höhenbezugsflächen in Deutschland

Durch den zunehmenden Einsatz der satellitengestützten Messverfahren in der Vermessungspraxis bestand der Bedarf, die Höhenbezugsfläche von Deutschland mit einer Genauigkeit im Zentimeterbereich zu bestimmen.

Das BKG hat gemeinsam mit den Vermessungsverwaltungen der Länder seit Mitte der 90er Jahre dazu umfangreiche Arbeiten geleistet und eine entsprechende Datenbasis für die Bestimmung der Höhenbezugsfläche Deutschlands aufgebaut. Grundlage zur Bestimmung des Quasigeoidmodells bilden dabei terrestrische Schweremessungen, Fluggravimetermessungen, globale Schwerefeldmodelle, digitale Geländemodelle und ein Netz von Beobachtungspunkten, an denen sowohl ellipsoidische Höhen als auch nivellitisch bestimmte Höhen vorliegen.

Bild zeigt eine Deutschlandkarte mit der Schweredatenbasis für die Modellierung des German Combined QuasiGeoid 2016 Schweredatenbasis GCG2016 Darstellung der Schweredatenbasis für die Modellierung des German Combined QuasiGeoid 2016 Quelle: Bundesamt für Kartographie und Geodäsie

Bild zeigt eine Deutschlandkarte mit den maximalen horizontalen Gradienten der Quasigeoidhöhen in Millimetern pro Kilometern Gradienten der Quasigeoidhöhen Darstellung der maximalen horizontalen Gradienten der Quasigeoidhöhen Quelle: Bundesamt für Kartographie und Geodäsie

Die in Deutschland verwendete Höhenbezugsfläche wird auch als Quasigeoid oder NHN-Fläche bezeichnet. Sie variiert zwischen 34 m im Bereich der Ostsee und 50 m in den Alpen. Die horizontalen Gradienten des Quasigeoids können Beträge bis zu 10 cm pro km annehmen. Quasigeoidvariationen müssen deshalb auch bei lokalen Höhenbestimmungen z.B. mit GPS berücksichtigt werden.

German Combined QuasiGeoid 2016 (GCG2016)

Ein erstes Modell des Quasigeoids wurde 1998 für das Gebiet der neuen Bundesländer erstellt. Mit dem "Satellitengeodätischen nivellitischen Quasigeoid (SNG01)" vom März 2003, dem "German Combined QuasiGeoid 2005 (GCG05)" vom August 2005 und dem „German Combined QuasiGeoid 2011 (GCG2011)“ vom Januar 2012 folgten weitere Lösungen für die gesamte Bundesrepublik.

Entsprechend einem Beschluss des Plenums der Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen der Länder der Bundesrepublik Deutschland wird der bisherige amtliche Raumbezug aktualisiert und ab 01.12.2016 der integrierte geodätische Raumbezug 2016 in Deutschland eingeführt.

Mit dem integrierten Raumbezug stellt die AdV einheitliche und hochgenaue Koordinaten für Lage und Höhe sowie Schwerewerte bereit. Diese Daten basieren auf einer Neuvermessung der Bundesrepublik Deutschland, welche im Zeitraum 2006 bis 2012 durchgeführt wurde.

Bestandteile des integrierten Raumbezugs sind:

  • das ETRS89/DREF91 (Realisierung 2016) für ellipsoidische Koordinaten und Höhen,
  • das Deutsche Haupthöhennetz (DHHN2016) für physikalische Höhen aus Nivellements,
  • das German Combined QuasiGeoid (GCG2016) als Höhenbezugsfläche für den Übergang zwischen geometrischen Höhen im ETRS89/DREF91 und physikalischen Höhen im DHHN2016
  • sowie das Deutsche Hauptschwerenetz (DHSN2016).

Die aktuelle Version der Höhenbezugsfläche, das German Combined QuasiGeoid 2016 (GCG2016) wurde durch das Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG) und das Institut für Erdmessung der Leibniz Universität Hannover (IfE) in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen der Länder der Bundesrepublik Deutschland (AdV) modelliert und im November 2016 bereitgestellt. Grundlage der Berechnungen sind neue, durch die AdV bereitgestellte detaillierte Vermessungen der Erdanziehungskraft, verbesserte digitale Geländemodelle und aktuelle globale Erdschwerefeldmodelle unter Einbeziehung von Satellitenschwerefeldmissionen.

Das GCG2016 schließt den gesamten Bereich der ausschließlichen Wirtschaftszone Deutschlands in der Nordsee ein und stellt damit eine einheitliche Lösung für das gesamte Hoheitsgebiet der Bundesrepublik Deutschland bereit.

Das GCG2016 ist kompatibel zu dem vom Satellitenpositionierungsdienst der deutschen Landesvermessung (SAPOS) verwendeten Bezugssystem ETRS89/DREF91 (Realisierung 2016) sowie zum amtlichen Höhensystem DHHN2016.

Die in der Praxis üblichen physikalischen Höhen im DHHN2016 können deshalb mit Hilfe des GCG2016 direkt aus den mittels SAPOS bestimmten ellipsoidischen Höhen berechnet werden:
HDHHN2016 = hETRS89 – ζGCG2016

Das GCG2016 ermöglicht eine Genauigkeit dieser Transformation von circa 1 cm im Flachland, circa 2 cm im Hochgebirge und 2 - 6 cm im Meeresbereich.

Onlineberechnung von Quasigeoidhöhen

Berechnung von Quasigeoidhöhen für Einzelpunkte:
Webanwendung zur Quasigeoidhöhenberechnung