In GIS werden drei verschiedene Arten von Höhen bzw. Höhenwerten verwendet Wie lassen sich diese unterscheiden?

Beschreibung

Es gibt drei verschiedene Arten von Höhenwerten, die in GIS verwendet werden können: orthometrische, ellipsoidische und Geoid-Höhen.

• Orthometrische Höhen entsprechen dem, was gemeinhin als Höhe verstanden wird – der Mount Everest ist 29.029 Fuß hoch, hierbei handelt es sich um eine orthometrische Höhenangabe.Im folgenden Schema wird dies als Topografie bezeichnet.
• Die ellipsoidische Höhe ist die Höhe des berechneten Sphäroids, das Sie an einer bestimmten Position verwenden (grüne Linie im Diagramm unten).Sie entspricht in etwa der Normalhöhennull – mathematisch gesehen ist dies zwar nicht korrekt, jedoch relativ genau und leicht zu merken.
• Geoid-Höhen sind das gravimetrische Potenzial der Oberfläche an einer bestimmten Position. In Nordamerika liegen die Geoid-Höhen in der Regel zwischen -27 Metern und -38 Metern.  

Die Abbildung veranschaulicht, wie diese unterschiedlichen "Höhenmessungen" zueinander in Beziehung stehen, wenn ein GPS-Sensor auf einer Drohne montiert ist.

Ursache

Es gibt drei Arten von Höhenwerten: orthometrische, ellipsoidische und Geoid-Höhen.Der numerische Wert entspricht möglicherweise nicht den Erwartungen des Benutzers, ist jedoch nicht unbedingt falsch.

• Orthometrische Höhen entsprechen dem, was gemeinhin als Höhe verstanden wird – der Mount Everest ist 8848 m hoch, hierbei handelt es sich um eine orthometrische Höhenangabe.Im obigen Diagramm wird diese als "Boden" (die Bodenoberfläche) bezeichnet.
• Die ellipsoidische Höhe ist die Höhe des berechneten Sphäroids, das Sie an einer bestimmten Position verwenden (grüne Linie im obigen Schema).Sie entspricht in etwa der Normalhöhennull – mathematisch gesehen ist dies zwar nicht korrekt, jedoch relativ genau und leicht zu merken.
• Geoid-Höhen sind das gravimetrische Potenzial der Oberfläche an einer bestimmten Position. Aufgrund der unterschiedlichen Dichte der Erde variiert dieses von Ort zu Ort. Zum Beispiel weisen eisenreiche Gesteine wie Basalt eine höhere Dichte auf als siliziumreiche Gesteine wie Granit. Die Erdanziehungskraft beeinflusst den Meeresspiegel, daher kann die orthometrische Höhe als die um die Schwerkraft korrigierte Höhe über dem Meeresspiegel betrachtet werden.

National Geodetic Survey: GEOID18/

Lösung oder Problemumgehung

ArcGIS Pro bietet zahlreiche Optionen zur Transformation vertikaler Höhensysteme oder Einheiten in andere Systeme.Laden Sie für die Durchführung vertikaler Transformationen das Installationspaket "ArcGIS Coordinate Systems Data for ArcGIS Pro Per User Install" von My Esri herunter, und installieren Sie es, wie in der folgenden Abbildung dargestellt:

Die orthometrischen Höhen für die Vereinigten Staaten basieren auf dem Referenzsystem "North American Vertical Datum (NAVD88)", das sowohl Höhe als auch Tiefe messen kann; die Einheiten sind us_survey_feet, International_feet oder Meter.Diese vertikalen Koordinatensysteme (VCS) sind lokal, d. h. sie beziehen sich auf einen begrenzten geographischen Bereich.

Ellipsoidische (kugelförmige) Höhen beziehen sich auf den Namen des Datums, und das vertikale ellipsoide Koordinatensystem bezieht sich auf das Datum, z. B. VCS_WGS_1984_ VCS_NAD_1983_2011 oder VCS_NAD_1983. Diese können sich auf die gesamte Erde beziehen, wie beispielsweise VCS_WGS_1984, oder auf ein lokales VCS wie das New Zealand Vertical Datum 2016 (NZVD2016).

Vertikale Geoid-Koordinatensysteme beziehen sich auf den Namen des Geoids, wie beispielsweise EGM96, EGM2008 oder WGS_1984_geoid, und sind für die gesamte Erde definiert.

Zwischen einigen dieser Höhensysteme sind Transformationen verfügbar, oder es kann zwischen vertikalen Einheiten konvertiert werden.

Note:
A source of confusion is that applying a vertical transformation to the data does NOT change the values in the field in the attribute table.  To have the new vertical units display as an Attribute for the data, one method for vector data is to run the Add XY Coordinates Tool. If the data is 3D this will add X, Y and Z coordinates for the point to the attribute table.

Entsprechende Listen finden Sie im verlinkten Knowledge-Artikel: How To: Auswählen der richtigen geographischen (Datums-)Transformation beim Projizieren zwischen Daten