Sechste eigen - betreute Vermessung

Diplomarbeit von Jochen Friedrich und Wolfgang Schmid, Juli 2003

Festpunkte bei und in der Höhle

Bei allen früheren Vermessungen der Charlottenhöhle waren die Festpunkte, von denen aus dann Gelände-, Detail- und Objektpunkte in der Höhle eingemessen wurden, nur vorübergehend mit Pflöcken, Farbe oder andersartig ohne feste Vermarkung gekennzeichnet worden. In Absprache mit Eduard und Brigitte Geisser vom Höhlenverein wurde dies dann ab dieser Arbeit so geändert, dass jetzt eine dauerhafte Vermarkung eingerichtet werden konnte. Der Grund hierfür war, die sehr aufwändige und zeitraubende Arbeit der Festpunktbestimmung, auch für zukünftig vorgesehene Folgearbeiten, deutlich zu vereinfachen. So wurden jetzt vorzugsweise Messingbolzen im Fels verdübelt und da, wo das nicht möglich war, wurden Eisenröhrchen in den Untergrund verbohrt und eingeschlagen. Diese Messpunkte wurden nach Sichtbarkeit und Aufstellmöglichkeit des Instruments entlang des Höhlenganges festgelegt und dann vermarkt. Entsprechend den örtlichen, stark verwinkelten Gangstrecken ergaben sich dabei sehr unterschiedliche Punktabstände von minimal 1.5 m bis maximal 30 m, welche zwar bei strenger mathematischer Betrachtung fehlertheoretisch ungünstig, aber infolge der manchmal sehr engen Örtlichkeit nicht zu vermeiden waren.  

In Ermangelung von zuverlässigen amtlichen Festpunkten im direkten Außenbereich der Höhle, wurde auf dem kleinen Plateau zwischen Höhleneingang und Kassenkiosk ein neuer Standpunkt so festgelegt, dass dieser Sicht zu mehreren Anschlusspunkten unten im Tal der Hürbe und auch in die Höhle hinein hatte. Diese mussten aber auch erst alle neu bestimmt werden, so dass letztlich ein Anschlussnetz von 8 Punkten entstand. Um die oftmals wegen des Bewuchses kritischen Sichten dauerhaft zu sichern, wurden zusätzlich drei nahegelegene Anschlusspunkte oberhalb des Höhleneingangs an der Hangkante im Felsen vermarkt. Dieses gesamte Netz wurde dann trigonometrisch dreidimensional eingemessen und streng ausgeglichen, die erreichte Punktgenauigkeit war besser als 3 mm.   

Vermessung des Höhlenganges:

Da GNSS in der Höhle wegen Abschattung unmöglich war, blieb somit für die Höhlenvermessung nur das klassische trigonometrische Verfahren übrig. Die Studenten verwendeten dafür ein Leica Tachymeter TCRM 1102, das Spitzengerät zum damaligen Zeitpunkt . Die Messung des einseitig angeschlossenen Polygonzuges mit 56 Polygonpunkten dauerte insgesamt 3 Tage. Schwierigkeiten bereiteten hauptsächlich die ungünstigen Lichtverhältnisse und die zeitweilige Enge des Höhlenganges, die es nicht immer zuließ, dass der Beobachter während der Messung am Stativ vorbeigehen konnte. Aus diesem Grund waren zwei Beobachter nötig, von denen der eine nur nach vorne, der andere nur nach hinten messen konnte.

Selbstverständlich mussten die Studierenden auch auf die Höhlenbesucher Rücksicht nehmen, welche an Engstellen oder durch den Messablauf bedingt nicht übermäßig lange aufgehalten werden durften. Aus diesem Grund wurde die Vermessung auch oft bei Nacht durchgeführt.

Es war vorgesehen, eine unabhängige Kontrolle für den Höhlengang mit einem Vermessungskreisel durchzuführen, doch es gab unlösbare Probleme bei der komplexen Bedienung dieses Spezialgerätes, auf das dann aus Zeitgründen verzichtet wurde. Stattdessen wurde der Polygonzug noch ein zweites Mal gemessen und mit der Erstmessung rechnerisch verknüpft.

Vermessung und Auswertung des Höhleninneren

Zur Aufnahme des Höhleninneren stand den Studierenden leider nur für eine Woche der Laser-Scanner RIEGL LPM-25HA der Firma Intermetric, Stuttgart, zur Verfügung. Dank einer zuvor erhaltenen ausgezeichneten Einweisung durch Mitarbeiter dieser Firma konnten die Studenten einen ganz erheblichen Teil der Höhle scannen. Dazu wurden in jedem der dafür vorgesehenen Höhlenabschnitte zunächst bis zu 8 kreisförmige konzentrische Zielmarken als Passpunkte an geeigneten Stellen am Boden, am Felsen oder auf Ministativen angebracht und trigonometrisch reflektorlos eingemessen.

Dann erfolgte der Laserscan als Rundumscan sektorenweise. Im allgemeinen ergab sich so ein Zeitbedarf von ca. 4 Stunden je Höhlenabschnitt. Es war deshalb sehr sinnvoll, die für Laserscanning besonders geeigneten Höhlenbereiche zuvor gut und sorgfältig zu erkunden, um den Scanner in der relativ knappen zur Verfügung stehenden Zeit optimal auszunutzen.

Zur Vervollständigung der Innenaufnahme der Höhle wurden dann noch lokale Längs- und Querprofile sowie hochgelegene und unzugängliche Punkte mit dem TCRM 1102 reflektorlos gemessen. Dabei war ein ins Tachymeter integrierter Laserpointer äußerst hilfreich, um die gewünschten Messpunkte in der Dunkelheit der Höhle überhaupt identifizieren  zu können.

Alle Laserscanaufnahmen und die trigonometrischen Messungen flossen ein in ein Digitales Geländemodell mit mehreren Millionen von Punkten, das dann sehr aufwändig und numerisch mühsam, entsprechend dem damaligen Stand der Computer- und Auswertetechnik, in eine virtuelle Animation übergeführt wurde. Die sich dabei ergebenden Rechenzeiten für Teilabschnitte von bis zu 12 Stunden machten diese Auswertung für die Bearbeiter sehr spannend, da der Erfolg oder Mißerfolg der aktuellen Berechnung erst direkt am Ende der Auswertezeit erkennbar wurde. Es entstand so eine sehr sehenswerte virtuelle Animation, welche einen vollständigen Durchgang durch die Charlottenhöhle nach dem aktuellen Stand der Auswertetechnik zeigte.  

Fachlich historische Bedeutung dieser Diplomarbeit

Selbstverständlich ist jede gelungene Abschlussarbeit für die Beteiligten ein großer Meilenstein in deren persönlicher Ausbildung, doch auch im Kontext aller Vermessungen der Charlottenhöhle bis zu diesem Zeitpunkt leitete die Diplomarbeit von Jochen Friedrich und Wolfgang Schmid einen sehr markanten, neuen Abschnitt ein. Dank der Laserscantechnik mit dem tragbaren RIEGLScanner war es jetzt möglich, diese neue Messtechnik auch unter erschwerten äußeren Bedingungen und mit überschaubarem technischem Aufwand einzusetzen. Damit konnte die bisherige sehr aufwändige, mühsame und letztlich doch immer unvollständige Erfassung von einzelnen in Profilen aufgehaltenen Punkten zugunsten einer polaren, reflektorlosen und flächenhaften Messmethode verlassen werden, welche jetzt sehr viele Messpunkte in kürzester Zeit ohne menschlichen Eingriff automatisch und mit ausreichend hoher Genauigkeit lieferte.

Der damit vollzogene Wandel von der Einzelpunktaufnahme hin zu einer flächenhaften Aufnahme mit ungleich höherer Punktdichte stellte aber auch vollkommen neue Anforderungen an die Auswertetechnik. Anstelle einzelner Punkte lagen jetzt Punktverbände meist in netzartiger Struktur vor, welche das Objekt flächenhaft erfassten. Damit wurde es jetzt auch bei Höhlen möglich, deren Oberflächen wesentlich genauer und detaillierter aufzunehmen und darzustellen als zuvor. Allerdings erforderte das aber auch einen deutlich höheren Auswerte- und Speicheraufwand. Die führenden Softwarehäuser für das Vermessungswesen waren aber offensichtlich rechtzeitig von den Instrumentenherstellern über die verbesserte und erweiterte Technik des Scannens von sehr vielen Punkten vorinformiert worden und hatten sich erfreulicherweise bereits schon auf die neue Situation softwaremäßig und verfahrenstechnisch eingestellt.

Bestimmng des Höhlenendesteins “H. E. 1943“

Wolf-Ulrich Böttinger / Hans-Dieter Kerpes, Oktober 2015

Nachdem Susanne Prechtel den uns bis dahin noch unbekannten Höhlenendstein oben im Wald gezeigt hatte, war unser Interesse riesengroß, die Lage dieses Steins mit der des tatsächlichen Höhlenendes unten in der Höhle zu vergleichen. Deshalb legten wir einen Polygonzug quer durch den Wald über der Höhle. Dieser begann oberhalb des Hundslochs und war angeschlossen an den drei Festpunkten an der Hangkante über dem Höhleneingang. Er verlief durch Dornen, Buschwerk, Hochwald und dann entlang einer dort zufälligerweise befindlichen Holzrückegasse bis zum Waldstück mit dem Höhlenendestein und dem hochgeloteten, tatsächlichen Höhlenende. Die Spannung stieg, je näher wir dem Höhlenendestein kamen. Die letzte Messung zu diesem ergab dann, dass der Höhlenendstein 19.469 m vom tatsächlichen Höhlenende in westlicher Richtung entfernt lag. Die Geländeüberdeckung an diesem Punkt betrug 24.283 m.

Damit war die eingangs genannte Aussage von Heinz Schlumpberger zur damaligen Bestimmung des Höhlenendsteins als hochgelegtem Ende der Charlottenhöhle durch Klopfzeichen als durchaus glaubhaft bestätigt. Und trotzdem war es zweifellos ein großer Zufall, dass die Arbeiter in der Höhle 1943 überhaupt die Axtschläge der Waldarbeiter an die Bäume gehört hatten. Aber gerade deshalb muss man den damaligen Beteiligten nachträglich noch eine große Anerkennung dafür aussprechen, dass sie trotz der herrschenden aktuellen Kriegs-situation und deren direkten Auswirkungen diese Aufgabe überhaupt angegangen sind. Bewundernswert ist auch, dass sie bei dieser ganz  besonderen Arbeitsbelastung und in der Dunkelheit und Abgeschlossenheit der Höhle das Klopfen überhaupt gehört hatten und so diese nahezu unglaubliche Bestimmung des oberirdischen Höhlenendes vollziehen konnten.  

Messung des Hohen Seitengangs

Susanne Prechtel, August 2016

Zur Klärung des tatsächlichen Verlaufes dieses äußerst abgelegenen und kaum erreichbaren Ganges kletterte Susanne Prechtel am 25. August 2016 am Seil den Hohen Kamin hoch und erkundete für uns die dort oben in absoluter Dunkelheit befindliche Situation. Sie war ausgerüstet mit einem handgehaltenen Disto Laserdistanzmesser und einem präzisen Kompass, in deren Handhabung sie zuvor von uns eingewiesen worden war. Frau Prechtel nahm den gesamten etwa 40 m langen Verlauf des Hohen Seitengangs mit dieser einfachen Ausrüstung auf, fertigte eine aussagekräftige Lage- und Höhenskizze und dokumentierte den gesamten Weg mit hervorragenden photografischen Bildern. Erstaunlich waren dabei auf ihren Bildern die vielen weißen Tropfsteine, die eindeutig zeigten, dass dort oben bislang noch sehr wenige Menschen gewesen waren.

Am Ende des sehr engen und abgewinkelten Ganges fand sie auch den dort oben vor Jahren installierten Seismographen des Landesamts für Geologie, Rohstoffe und Bergbau (LGRB), Freiburg, zur Messung rezenter Erdbeben.

Mit den Messungen von Frau Prechtel und ihren Skizzen konnten wir den Verlauf des Hohen Seitenganges punktweise bestimmen. Er verläuft im wesentlichen nach S und wurde danach auch oberirdisch abgesteckt.

Eine kleine Auswahl typischer Bilder aus dem Hohen Seitengang folgt nachstehend mit freundlicher Genehmigung durch Susanne Prechtel.

Dies ist das südliche Ende des etwa 40 m langen Hohen Seitengangs.

In der Bildmitte ist hier außerdem der dort vor Jahren installierte Seismograph (blau) des Landesamtes für Geologie, Rohstoffe und Bergbau ( LGRB ), Freiburg, mit seinem Kabelanschluss zu sehen.

Er dient der Erdbebenvorhersage und wurde ganz bewusst an diesem äußerest abgelegenen Platz installiert, der nur höchst selten und in ganz besonderen Ausnahmefällen von Menschen begangen wird.