Koordinaten

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Worum geht es?

Schon beim ersten Kontakt mit dem Geograph-Projekt stößt man auf Koordinaten und wird mit Auswirkungen der dazugehörigen Projektionen konfrontiert:

• Alle Planquadrate haben aus Buchstaben und Ziffern zusammengesetzte „Namen“: z.B. TPT2769
• Auf der Karte ist Deutschland geteilt, es fällt ein „Graben“ auf, der Ostdeutschland abtrennt, und auch im Westen sind kleine Bereiche separat.

Dieser Artikel soll einen Überblick geben, welche Koordinaten wir verwenden, warum wir diese Koordinaten verwenden, und welche Konsequenzen sich daraus ergeben.

Projektion: Wie macht man die Erde flach?

Einerseits ist die Erde annähernd Kugelförmig, andererseits brauchen wir für das Projekt Quadrate mit 1km Seitenlänge in der Ebene. Für das Problem, die Erde auf eine Ebene abzubilden, wurden im Laufe der Jahrhunderte viele Lösungsansätze mit verschiedenen Vor- und Nachteilen gefunden. In Deutschland übliche Kartenwerke verwenden in der Regel die transversale Mercatorprojektion (früher Gauß-Krüger-Koordinaten, nun UTM-Koordinaten):

Im ersten, schwierigen Schritt wird die Erde auf einen Zylinder abgebildet, der senkrecht zur Erdachse ist und somit die Erde entlang eines Längenkreises (Bezugsmeridian) berührt. Diese winkeltreue Abbildung kann man vereinfacht folgendermaßen beschreiben: Man bringt die Erde als Luftballon in einen von innen mit Klebstoff versehenen Zylinder ein und bläst sie dann auf, bis alle Bereiche, die auf der Kartenabbildung erscheinen sollen, am Zylinder haften. Danach kann der Zylinder einfach aufgeschnitten und abgerollt werden.

Da Gebiete, die weit vom Bezugsmeridian entfernt sind, durch die Projektion stark verzerrt dargestellt werden, ist es von Vorteil, die Erde entlang von Längenkreisen in Zonen zu unterteilen, die dann unabhängig voneinander abgebildet werden:

(Grafik von Lars H. Rohwedder, der Wikipedia entnommen. Große Version)

Bei UTM-Koordinaten sind diese Zonen 6° breit, die Mittelmeridiane liegen dann bei 3° (Ost; Zone 31), 9° (Zone 32), 12° (Zone 33)... Zusätzlich wird die Erde bei UTM vom Äquator ausgehend nach Norden und Süden in 8° breite Bänder unterteilt, was allerdings nichts mit der Projektion zu tun hat, sondern willkürlich festgelegt wurde. Daher wird Deutschland durch den 48. Breitengrad in einen Südteil (Zonen 32T, 33T) und einen Nordteil (Zonen 31U, 32U, 33U) getrennt.

Nun sind sämtliche Voraussetzungen für ein rechtwinkliges Koordinatennetz gegeben: Bei gegebener Zone beschreiben der Nordwert (Abstand vom Äquator in [Kilo-]Metern) und der Ostwert (Abstand vom Bezugsmeridian) einen Punkt auf der Erdoberfläche eindeutig. Um negative Koordinaten zu vermeiden werden dabei bei UTM (ebenso wie beim alten Gauß-Krüger-System) zum Ostwert 500 Kilometer addiert.

Beispiel: St. Mang in Füssen (47°33'59,21" Nord, 10°41'56,3" Ost) befindet sich in UTM-Zone 32T und liegt 5269513m nördlich vom Äquator sowie 127792m östlich vom 9. Längengrad. Mit dem obengenannten Aufschlag von 500km zum Ostwert ergeben sich damit die UTM-Koordinaten (Ost/Nord) 627,792km / 5269,513km. Auf Kartenwerken (siehe Beispielkarte in der Geograph-Anleitung) mit UTM-Gitter werden diese in der Regel als 627 am oberen/unteren und 5269 am linken/rechten Kartenrand angegeben, wobei jeweils die hinteren beiden Ziffern (27, 69) größer dargestellt werden.

Von UTM zu MGRS

Da die UTM-Koordinaten etwas unhandlich sind, verwenden wir diese nicht direkt, sondern orientieren uns an den davon abgeleiteten MGRS- bzw. UTMREF-Koordinaten: Hier werden die Zonen in Quadrate der Seitenlänge 100km unterteilt, die durch zwei Buchstaben benannt werden:


(Die Grafik wurde der Wikipedia entnommen.)

Die Kordinate setzt sich dann zusammen aus UTM-Zone, 100km-Quadrat, Ostwert innerhalb dieses Quadrats, Nordwert innerhalb des Quadrats. Aus den obigen Beispielkoordinaten
32T 627792 5269513
wird so
32T PT 27792 69513
bei Meter-Auflösung (die Leerzeichen dienen hier nur der übersichtlicheren Darstellung). Quadrate der Seitenlänge 10m, 100m oder 1km kann man durch weglassen der hinteren Ziffern von Ost- und Nordwert bezeichnen:

Das Quadrat 32T PT 2779 6951 hat eine Seitenlänge von 10 Metern, das Quadrat 32T PT 27 69 eine von einem Kilometer; die süd-westliche Ecke (links unten) hat in letzterem Fall die UTM-Koordinaten 32T 627000 5269000.

Von MGRS zu Geograph Deutschland

Für Geograph Deutschland verwenden wir weitgehend MGRS-Koordinaten, wobei die Zonenziffern weggelassen werden: St. Mang in Füssen liegt also im Planquadrat TPT2769. Es gibt jedoch einen kleinen Unterschied zu MGRS: Die Grenze zwischen den UTM-Bändern T und U verläuft entlang des 48. Breitengrads. Hätten wir dies für das Projekt so umgesetzt, hätten wir auch noch den südlichen Teil Deutschlands in der Karte abtrennen müssen. Da diese Grenze aber im Gegensatz zu den anderen Zonengrenzen nicht notwendig ist, haben wir sie ein wenig nach Süden verlegt, so dass sie mit den Grenzen der 100km-Quadrate zusammenfällt.

Daher kann es im Süden zu leichten Abweichungen bei der Ausgabe eines GPS-Geräts kommen: Südlich des 48. Breitengrads verwenden wir dort an erster Stelle ein U anstelle eines Ts. In der Zone 32 verläuft diese Grenze durch UKU7620-UNU0016-UQU2320 (Geograph) bzw. TKU7620-TNU0016-TQU2320 (MGRS), was man durch Eingabe die Koordinaten 48°N, 6°00'01"E/9°0'0"E/11°59'59"E in den Koordinatenkonverter nachvollziehen kann.

Die sich daraus ergebenden 100km-Quadrate können der Anleitung entnommen werden.

Warum gerade diese Koordinaten?

Ein wichtiges Kriterium bei der Wahl der Koordinaten war die Verfügbarkeit entsprechender Landkarten: Als „Ausrüstung“ für Geograph sollte eine handelsübliche topographische Karte genügen, „unsere“ Planquadrate sollten dort also verzeichnet sein. Da das früher in Deutschland übliche Gauß-Krüger-System mehr und mehr durch das UTM-System ersetzt wird, in dem zudem weniger Zonengrenzen notwendig sind, mussten unsere Koordinaten auf UTM basieren.

Die Entscheidung für MGRS ist einerseits in der vereinfachten Darstellung begründet, andererseits sah die von Geograph British Isles übernommene Software ohnehin vor, dass 100km-Quadrate mit Buchstabenkombinationen bezeichnet werden, was nur sehr aufwendig zu ändern gewesen wäre. Die Verwendung von drei Buchstaben (mit angepasstem UTM-Zonenband am Anfang) anstatt zwei Buchstaben als Bezeichner der 100km-Quadrate ist nur in der Programmierung begründet und wird langfristig keinen Bestand haben; wir streben also die Streichung des ersten Buchstabens an.