Theodor Scheimpflugs Aerophotogrammetrie. Von Ingenieur G. Goldberg in Berlin-Lichterfelde. GOLDBERG: Scheimpflugs Aerophotogrammetrie. Am 6. Dezember v. J. wurde in Wien ein Denkmal enthüllt, welches dem Andenken des genialen, im besten Mannesalter mitten aus seinen Arbeiten und Entwürfen abgerufenen Erfinder Theodor Scheimpflug gewidmet ist. Es ist dies ein äußeres Zeichen der späten Anerkennung, das von allen Freunden und Verehrern Scheimpflugs mit wehmütiger Freude begrüßt wurde, denn leider hat auch dieser Mann das Schicksal vieler Erfinder geteilt, daß sein Werk zur Zeit seines Lebens wenig Anerkennung und Verständnis fand. Stehen doch noch heute weite Kreise der Aerophotogrammetrie interesse- und verständnislos gegenüber, obgleich mit Sicherheit anzunehmen ist, daß die Zukunft in ihr ein sehr vielseitiges Hilfsmittel besitzen wird, und trotzdem schon heute fast alle Vorbedingungen erfüllt sind, um sie praktisch in den Dienst der Landesvermessung, Ländererforschung usw. zu stellen. Theodor Scheimpflug, geboren 1865 zu Wien, empfing seine Ausbildung zunächst auf dem Gymnasium und der Marineakademie in Fiume, von wo er als Seekadett in die österreichische Kriegsmarine eintrat. 13 Jahre später, als Kapitän, verließ er, getrieben durch seine Wißbegierde, den Dienst an Bord und bezog noch einmal als Schüler die technische Hochschule zu Wien, um schon ein Jahr später praktische Studien im Militärgeographischen Institut zu treiben. Doch immer mehr fesselten ihn seine eigenen, weitzügigen Pläne und Erfindungen, so daß er endlich alle anderen Pflichten von sich streifte, um von 1900 an nur seinen eigenen Arbeiten zu leben. Elf Jahre lang war es ihm noch vergönnt, in unermüdlicher und selbstloser Arbeit seine Erfindung auszubauen, sein System mathemetisch zu begründen, praktisch durchzuprüfen und immer wieder zu erweitern und zu verbessern. Aeußere Erfolge hat er dabei wenig zu verzeichnen gehabt, jedoch um seiner selbst willen auch niemals begehrt, denn sein ganzes Interesse galt einzig dem Werk, dem er diente. Ein Wort kennzeichnet ihn deutlich: „Das einzige, was ich tun kann, ist, durch mein Beispiel die Mächtigen für diese Sache zu interessieren und für andere die Wege zu bahnen“. Von Anfang an gingen Scheimpflugs Pläne, die Photographie in den Dienst der Landesvermessung zu stellen, neue, schöpferische Wege. „Aufwärts“ war seine Losung, und da um die Jahrhundertwende die Entwicklung der Luftschiffahrt noch zu weit zurück war, so benutzte er Fesseldrachen, Fesselballons usw. zu Trägern seiner photographischen Apparate. Von oben herab, aus der Vogelperspektive wurde dann ein photographisches Bild der Gegend aufgenommen, später umgearbeitet, korrigiert und endlich zur Landkarte ausgestaltet. Daß ihm hierbei verschiedene ernste Schwierigkeiten entgegentraten, wird jeder, der mit der Geophotographie vertraut ist, sofort einsehen. Es können weder Stative benutzt, noch ein bestimmter, besonders vorteilhafter Punkt gewählt werden, die Bildwinkel müssen eine Vergrößerung erfahren, und endlich ist das gewonnene Bild in bezug auf die Höhenmessungen einer durchgreifenden Korrektur zu unterziehen. Schritt für Schritt ging Scheimpflug daran, diese Hindernisse zu beseitigen, wobei er mit der Umgestaltung des photographischen Aufnahmeapparates selbst den Anfang machte. Er schuf nach langen Versuchen als vollendetstes Aufnahmewerkzeug den Panoramaapparat, wie er heute zu photogrammetrischen Zwecken benutzt wird (Abb. 1). Es ist dies ein Apparat, dessen Hauptobjektiv nicht seitlich liegt, sondern senkrecht nach unten gerichtet ist und welcher an der Ballongondel, an den Luftschiffrand (Abb. 2) usw. montiert wird. Jedoch zeigte sich, daß dieses einzige Objektiv noch nicht genügte, um eine entsprechend große Bildfläche aufzunehmen, wobei noch ein anderer Umstand mitspricht. Die Landschaftsbilder müssen später, wie schon erwähnt, stereometrisch ausgemessen werden, wozu es nötig ist, daß jeder Punkt des Geländes auf mindestens zwei Aufnahmen vorhanden ist. Die Bilder müssen sich also, sozuzagen dachziegelartig decken, theoretisch zu 50 v. H., in Wirklichkeit aber, um genaue Berechnungen aufstellen zu können, um 75 bis 80 v. H. Die Größe jedes hinzutretenden Geländes, der sogen. Reingewinn jeder Aufnahme, wird hierdurch ziemlich klein, und die Notwendigkeit eines vergrößerten Gesichtsfeldes doppelt einleuchtend. Aus diesem Grunde umgab Scheimpflug das Hauptobjektiv mit sieben gegen ersteres unter 45° geneigte Seitenobjektive, wobei sich die Seitenplatten wechselweise mit der Mittelplatte übergreifen, so daß auf der Gesamtheit der acht Platten ein geschlossenes lückenloses Bild entsteht (Abb. 3 und 4). Der Gesichtswinkel des Apparates beträgt rd. 140°; die Panoramen decken eine Kreisfläche, deren Durchmesser rd. fünf mal so groß ist, als die jeweilige Aufnahmehöhe, welche sich nach dem gewünschten Maßstab der späteren Karte zu richten hat. Aus 90 m Höhe wird also eine Fläche von 16 ha aufgenommen, aus 225 m 100 ha u.s.f. Der spätere Maßstab der Karte wäre bei einer Aufnahmehöhe von 90 m = 1 : 1000, aus 225 m Höhe = 1 : 2500. Es können gut brauchbare Aufnahmen bei entsprechendem Wetter aus 4500 m Höhe gemacht werden, deren Bildflächen 40000 ha umfassen und Vogelperspektiven im Maßstabe von 1 : 50000 liefern. Ja, Bilder aus 7000 m Höhe ließen sich kartographisch noch gut verwerten. Textabbildung Bd. 329, S. 386 Abb. 1. Scheimpflugs achtteilige Aerokamera für Land Vermessungen Ansicht von unten Da es jedoch nötig ist, diese Bilder wiederum zusammenzusetzen, damit als Produkt endlich eine große allgemeine Karte entstehen kann, müssen diese Aufnahmen in entsprechenden Zeitintervallen einander folgen. Auch hier müssen sich die Bilder in gleicher Weise gegenseitig decken, die Aufnahmen haben daher um so häufiger stattzufinden, je niedriger der Flugapparat sich über der Erde bewegt. Doch ist die Bedienung des Apparates so eingerichtet, daß immer genug Zeit bleibt, um rechtzeitig zur neuen Aufnahme bereit zu sein. Der Plattenwechsel geht in rd. 3 Minuten vor sich; in einer Höhe von 225 m darf also die Fahrtgeschwindigkeit je nach der wagerechten Gestaltung des aufzunehmenden Gebietes 15, 11 oder 4,5 km pro Stunde betragen, wobei 12, 6 oder 1 km2 Reinerträgnis gewonnen werden. Befindet sich das Luftfahrzeug 2700 m hoch, wobei Vogelperspektiven im Maßstabe von 1 : 30000 entstehen, so darf die Fahrtgeschwindigkeit pro Stunde 180, 132 oder 54 km betragen, dementsprechend schwankt das Reinerträgnis zwischen 1800, 900 oder 150 km2. Für die Fahrtgeschwindigkeit muß als Regel gelten: je unebener ein Gebiet und je steiler die Böschungen, je langsamer hat die Fahrt zu sein und je häufiger haben Aufnahmen stattzufinden. Der Aufnahme folgt die Entwicklung und die Zusammenstellung der Einzelbilder, welche wiederum auf photographischem Wege erfolgt. Zu diesem Zweck hat Scheimpflug einen Transformationsapparat, den Photoperspektographen konstruiert, der neuerdings durch Ingenieur Kammerer, den treuen Mitarbeiter des Erfinders, noch vervollkommnet ist. Nennt man mit Scheimpflug den Punkt, in dem die Senkrechte durch den Ballonort die photographische Platte trifft, also den Punkt, direkt unter dem photographischen Objektiv, den Nadierpunkt, so müssen sich auf jedem entwickelten Panorama, vorausgesetzt, daß die Bilder einander genügend übergreifen, nicht nur der eigene Nadierpunkt, sondern auch die Nadierpunkte sämtlicher Nachbarbilder finden. Hiermit sind die Richtungen gegeben und man kann alle einander übergreifenden Panoramen gegeneinander orientieren, indem man sie mit ihrem Nadierpunkt in ein und dieselbe Gerade ausrichtet. Der neueste Apparat gestattet die Umformung unter allen Winkeln und Maßstäben und leistet zwei theoretisch ganz verschiedene Arbeiten: die Maßstab- und die Winkeltransformation. Die Konstruktion dieses überaus interessanten Apparates näher zu besprechen, fehlt es hier an Raum, sie ist auf sehr sinnreiche und zum Teil nicht einfache optische und mathematische Arbeiten begründet. Textabbildung Bd. 329, S. 386 Abb. 2. Scheimpflugs achtteilige Aerokamera während der Belichtung Die solchergestalt umphotographierten, wagerechten Vogelperspektiven stellen schon richtige Photokarten dar (Abb. 5 bis 7), wenn die Aufnahme im ebenen Gelände stattfand. Dagegen müssen Vogelperspektiven unebner Gelände noch eine besondere Untersuchung auf Höhenunterschiede durchmachen, deren letzter Schritt die sogen „Zonentransformation“ ist. Die Geländephotographie von oben zeigt nämlich hochgelegene, d.h. dem Aufnahmeorte nähere Gelände in größerem Maßstabe als die tiefergelegenen, wodurch auf der Karte eine diesbezügliche besondere Maßstabsänderung auf die richtige Kartenprojektion nötig wird. Dies geschieht in folgender Weise: da es nicht möglich ist, das Bild in unendlich viele nur mathematische Schichten zu zerlegen, so beschränkt man sich bei gewöhnlichen Karten auf gewisse, dem Zweck der Karte angepaßte Stufen und für jede Zone auf eine mittlere Maßstabsberichtigung. Auch diese Arbeit wird vom Transformator besorgt. Textabbildung Bd. 329, S. 387 Abb. 3. Originalaufnahme mit dem achtfachen Panoramenapparat Scheimpflugs Textabbildung Bd. 329, S. 387 Abb. 4. Die Originalaufnahme in Abb. 3 zu einem Gesamtpanorama umphotographiert. Dem jetzt entstandenen Geländebild fehlt allerdings noch mancherlei; das photographische Landschaftsbild muß orthogonal werden, d.h. die perspektivische Verkürzung und Verbreiterung der ab- und zugekehrten Böschungen usw. ist zukorrigieren, welche am Nadierpunkt selbst fast unmerklich sind, gegen den Rand hin sich aber mehr und mehr verschärfen. Dies erfolgt zum Teil durch die Reduktion des Maßstabes selbsttätig, anderseits durch Retusche, wobei, entsprechend den bisherigen topographischen Karten, als Hauptzweck verfolgt wird, die wesentlichen Punkte streng mathematisch richtig und möglichst natürlich herauszuarbeiten. Die weitere Vollendung der Karte, Beschreibung, Druck usw. findet nach dem rühmlich bekannten System Dr. Karl Peuckers statt. Die so gewonnene Karte zeichnet sich gegenüber den älteren Kartenbildern einerseits durch große Natürlichkeit und Uebersichtlichkeit aus, besonders erfreut sie sich in Luftschifferkreisen großer Beliebtheit. Bedeutet schon die entstandene Karte für sich eine wesentliche Verbesserung, so muß dies noch mehr von dem Aufnahmeverfahren selbst gelten. Insbesondere bereitet die Aufnahme unerforschter, wenig übersichtlicher Gebiete Schwierigkeiten, die der Laie kaum vermutet. Als Beispiel mögen Auszüge aus dem Brief eines Geometers in Ostafrika gelten, dessen Aufgabe es war, eine Eisenbahnstudie zu machen. Es sollten dabei zwei, mehrere 100 km voneinander entfernte Punkte verbunden und die vorteilhaftesten Täler und Wasserscheiden gefunden werden. Er schreibt: „Das ganze Gebiet ist mit dichtem, hohem Dornbusch bedeckt und keine Ueber-sicht möglich. Um es zu bereisen, ist man auf die wenigen, schmalen Negerfußsteige angewiesen, die in unendlichen Windungen sich dahinschlängeln. Seitenaussichten gibt es nicht. Der Ingenieur hat genug zu tun, sich die Augen gegen Dornen zu schützen und muß buchstäblich weite Strecken auf allen Vieren kriechen.“ Im Gegensatz dazu vergegenwärtige man sich die Einfachheit einer Aufnahme nach Scheimpflugschen System. Auch in wirtschaftlicher Beziehung bedeutet die Scheimpflugsche Erfindung einen Fortschritt; heute kann der Preis der Pläne in strenger Orthogonalprojektion pro Quadratkilometer auf 10 bis 15 M beziffert werden. Am deutlichsten treten die Vorteile der Aerophotogrammetrie bei einem Kostenanschlag hervor, den Scheimpflug selbst noch für eine Kartographierung Deutsch-Südwestafrikas entworfen hat. Die Aufnahme dieses Schutzgebietes nach alter Methode, mittels Meßtisch und Kippregel, wie sie zurzeit wirklich in Gebrauch ist, dürfte bei einem Stab von 100 Topographen und einem Maßstabe von 1 : 25000 = 150 bis 170 Jahre in Anspruch nehmen und sich auf 250 Mill. M stellen. Textabbildung Bd. 329, S. 388 Abb. 5. Ballonaufnahme von Dr. Schlein aus einer Höhe von etwa 700 m mit rd. 45° Neigung. Textabbildung Bd. 329, S. 388 Abb. 6. Transformation in die Horizontalebene. Wird ein Parsevalluftschiff in den Dienst der Sache gestellt, und das Scheimpflugsche System benutzt, so würde sich die gleiche Aufgabe bei Karten von 1 : 20000 mit einem Kostenaufwand von 13 Mill. M in 3 ½ Jahren lösen lassen. Scheimpflug dachte nur an das lenkbare Luftschiff, da die Entwicklung des Aeroplans noch in den Kinderschuhen steckte. Bediente man sich heute eines solchen Flugapparates, für dessen Verwendung in den Kolonien eifrig gearbeitet wird, und dessen Einführung tatsächlich schon erfolgt ist, so verringern sich die Kosten nochmals bedeutend. Im Hinblick auf die weiten Gebiete der Erde, welche noch immer ihrer Erforschung harren, verdient dieses Hilfsmittel weiteste Beachtung. Ebenso ist die Aerophotogrammetrie für militärische Zwecke nicht ohne Bedeutung. Im englischen Heere sind bereits vollständige aerophotographische Kundschafterausrüstungen in den Dienst gestellt worden und haben bei Manövern usw. günstige Resultate gezeitigt. Ein einziger Aufstieg über dem eigenen Lager mit gelungener Aufnahme kann in wenigen Minuten Photographien von der feindlichen Stellung liefern, von denen die Entfernungen der Truppen oder Schiffe des Gegners unmittelbar abzunehmen sind. Textabbildung Bd. 329, S. 388 Abb. 7. Korrespondierender Ausschnitt aus dem neuesten Stadtplan. Ein Gebiet für sich ist noch die Aufnahme von Decken- und Wandgemälden, welche sonst, wenn nicht falsche Perspektiven und Verzerrungen sich ergeben sollten, den Aufbau von umständlichen Gerüsten nötig machten, während jetzt der Photoperspektograph auch die schiefste Aufnahme mit Leichtigkeit zur geraden umbildet.