Das in vierzigjähriger Arbeit geschaffene und heute im Gletschergarten Museum in Luzern ausgestellte Relief der Urschweiz von Franz Ludwig Pfyffer von Wyher (1716-1802) ist ein Meilenstein auf dem Weg zu einer anschaulichen Landschaftsdarstellung und somit einer der Ausgangspunkte der modernen Kartographie. Dieses 6,7 m x 3,9 m grosse Werk mit dem verwinkelten Vierwaldstätter See im Zentrum entstand anhand von eigenen Vermessungen seines Luzerner Erbauers. Im unerforschten Alpinraum des 18. Jahrhunderts ist das 1786 fertiggestellte Relief zu einem „virtuellen Flug“ über das ausgedehnte Gelände geworden, zu einer internationalen Berühmtheit, von unzähligen namhaften Persönlichkeiten besucht und in zeitgenössischen Reiseberichten begeistert beschrieben. Nach der Jahrhundertwende wurde das Relief durch die Fortschritte in der Geodäsie und Kartographie in den Hintergrund gedrängt und das Interesse daran nahm allmählich ab. Seine vielfältigen Interpretationen, die weit über den topographischen Aspekt hinaus in politische, militärische und ästhetische Bereiche gehen, sind in ihrer ganzen Breite noch nie aufgezeigt und dokumentiert worden.
Da beinahe alle schriftlichen Primärquellen zum Relief und dessen Schöpfer als verloren gelten, wird in der vorliegenden Arbeit das topographische Werk Pfyffers als Quelle behandelt. Mit den modernen Mitteln der Photogrammetrie und Bildverarbeitung wird ein präzises, massstabsgetreues 3D-Computermodell der Relieflandschaft erstellt. Im zweiten Schritt erfolgt die Entwicklung von Verfahren zur kartographischen Genauigkeitsanalyse. Durch die Anwendung dieser Methoden auf das virtuelle Relief sowie auf die zugehörigen Altkarten können neue Informationen zur Entstehungsgeschichte des Reliefs gewonnen werden. Anschliessend wird die Vermessungsweise von Pfyffer rekonstruiert, und seine Leistung wird in den komplexen Zusammenhängen der vermessungstechnischen und gesellschaftlichen
Entwicklung jener Zeit gewürdigt.
Zur digitalen 3D-Rekonstruktion des Reliefs der Urschweiz kommt das Verfahren der photogrammetrischen Stereoauswertung zum Einsatz. Das Objekt wird mit einer analogen sowie mit einer CCD-Kamera flächendeckend aufgenommen. Aufgrund der hohen Genauigkeitsanforderungen erfolgen die Phototriangulation sowie die Messung eines digitalen Höhenmodells (DHM) manuell an einem Analytischen Plotter. Wie die eingehenden Untersuchungen der Leistungsfähigkeit von automatischen Matching-Algorithmen zeigen, führen letztere zu vielen groben Fehlern und einem mittleren Höhenfehler, der weit über der Genauigkeit der manuellen Messung liegt. Das generierte DHM in einem interpolierten regelmässigen Rasterformat besteht aus etwa 256’000 Punkten und besitzt eine geschätzte Genauigkeit von 0,78 mm. Die mit einer hohen Auflösung gescannten analogen Bilder werden rechnerisch entzerrt und zu einem Mosaik zusammengesetzt. Durch die Überlagerung des DHMs mit dem Orthobild ergibt sich ein interaktives photorealistisches Modell, welches aus verschiedenen Blickwinkeln betrachtet und in Echtzeit navigiert werden kann. Das virtuelle Relief kann einerseits als digitale Sicherheitsdokumentation im Falle grösserer Beschädigungen bei der Restaurierung beigezogen werden. Anderseits stellt es eine Basis für die weiteren umfassenden Messungen dar, die nun anstatt unmittelbar am detailreichen Original effektiv und komfortabel am Computer getätigt werden können.
Im zweiten Hauptteil werden zunächst die grundlegenden Methoden zur Genauigkeitsanalyse von Altkarten und Reliefs in einer einheitlichen Terminologie zusammengestellt und evaluiert. Es zeigt sich, dass die wenigen in der Literatur dokumentierten Ansätze sich auf Karten beschränken; vergleichbare Untersuchungen im dreidimensionalen Raum liegen bis jetzt keine vor. Die wichtigsten beschriebenen Methoden basieren auf einer Koordinatentransformation zwischen den homologen Punkten in einer alten Aufnahme und in der modernen Karte. Dabei liegt das Schwergewicht der vorliegenden Arbeit - über die einfache Punkttransformation hinaus - in der Ableitung der metrischen Parameter einer Altkarte bzw. eines Reliefs. Insbesondere soll die 3D-Affintransformation erwähnt werden, bei welcher die Massstäbe, Rotationswinkel und Scherungen erstmals isoliert werden und deren Bedeutung aufgezeigt wird. Anschliessend wird ein Forschungsansatz zur Genauigkeitsanalyse von Altkarten und Reliefs hergeleitet und als benutzerfreundliche Software implementiert. Die Analyse beginnt mit der Vorbereitung von Eingangsdaten und der Definition von identischen Punkten. Nach einer geeigneten Transformation erfolgt die Georeferenzierung der alten Aufnahmen, bevor die Verzerrungsgitter erstellt werden. Zum Schluss wird mit einem neuen Verfahren die Genauigkeit der flächenförmigen Karten- bzw. Reliefobjekte ermittelt.
Der dritte Hauptteil der vorliegenden Arbeit befasst sich mit der Interpretation der durch die Genauigkeitsanalyse erzielten Ergebnisse. Unter Berücksichtigung der 10 erhalten gebliebenen Briefe von Pfyffer an den Genfer Physiker und Geodäten Jacques-Barthélemy Micheli du Crest (1690-1766) wird Pfyffers Vorgehen bei den Winkel-, Distanz- und Höhenmessungen rekonstruiert. Zur Landesaufnahme griff Pfyffer auf das Verfahren der Triangulation zurück. Er richtete seine Werke mittels einer Kompassnadel aus, die zu jener Zeit um etwa 14,75 Grad von der geographischen Nordrichtung abwich. Daraus lässt sich auf den bisher unbekannten Beginn seiner Vermessungen schliessen (um 1747). Die mittleren Restfehler in X- und Y-Richtung betragen beim Relief sowie bei seinen zwei Übersichtskarten etwa 480 m. Am besten ist die Landschaft um die Stadt Luzern abgebildet, in den abgelegenen Gebieten nimmt die geometrische Qualität von Pfyffers Werken ab. Zur Höhenbestimmung setzte Pfyffer sowohl das Barometer als auch trigonometrische Verfahren ein. Die Meereshöhe seines Ausgangshorizonts - des Vierwaldstätter Sees - ermittelte er mit einer hervorragenden Genauigkeit von 6 m. Interessant ist auch die korrekte Benennung und präzise Vermessung einiger Gipfel der Berner Alpen (innerhalb 20 m), womit er zur Bewältigung einer der grössten wissenschaftlichen Herausforderungen in der Schweiz des 18. Jahrhunderts beitrug. Zum Schluss wird die vermessungstechnische Leistung Pfyffers mit dem damaligen „State of the Art“ in Europa verglichen. Es wird aufgezeigt, dass sich seine Grundrisserfassung mit den Arbeiten aus anderen Gebieten und Ländern durchaus messen kann. Seine Pioniertat waren die flächendeckenden Höhenmessungen. Mit dem Relief der Urschweiz sowie mit der Carte en Perspective du Nord au Midi (1786) leitete Pfyffer die neue Ära der kartographischen Höhenvermittlung ein.
Aktualisiert: 2019-12-30
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Der alljährliche Diplomvermessungskurs der Abteilung VIII der ETH Zürich, Kulturtechnik und Vermessung, fand im Sommer 1998 in Samedan im Oberengadin statt. Unter der Leitung von Prof. Dr. A. Carosio arbeiteten die Studierenden an verschiedenen Vermessungsprojekten.
Die sechs Studierenden Daniela Tschudi, Richard Angst, Dominik Cantaluppi, Jürg Thomas Dünner, Lorenz Keller und Fabian Zaugg beschäftigten sich unter der Führung der Assistierenden Entela Kanani und Cyril Favre mit dem Rutschhang Brattas in der Gemeinde St. Moritz. Dank modernster Messwerkzeuge wie GPS und motorisierten Tachymetern konnten sie während des Kurses eine grosse Zahl von Punkten mit hoher Genauigkeit und guter Qualität bestimmen.
Die Auswertung der Messungen, das Studium der Resultate und der Vergleich mit früheren Messungen waren Gegenstand zweier Diplomarbeiten an der Professur Ingensand (Geodätische Messtechnik). Dominik Cantaluppi und Jürg Thomas Dünner, sowie Daniela Tschudi und Richard Angst erarbeiteten sich damit je im Zweierteam die Voraussetzungen für ihr Diplom an derETH.
Die beiden letzteren zeichnen auch als Autorin und Autor des vorliegenden Berichtes, in dem sie die wichtigsten Ergebnisse kompetent zusammengestellt und damit interessierten Kreisen zur Verfügung gestellt haben.
Allen, die zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen haben, sei an dieser Stelle gedankt: Der Gemeinde St. Moritz, den Ingenieurbüros Toscano und Jenatsch, dem Institut für Geotechnik (Herrn Ivo Sterba) und natürlich den Studierenden und ihren Betreuern.
Möge dieser Bericht der Gemeinde St. Moritz bei der Beurteilung der Rutschungen im Brattashang weitere wertvolle Hinweise liefern.
Aktualisiert: 2019-12-30
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Die Forschung im Bereich der geographischen Informationssysteme und der Datenmodellierung wird an vielen Stellen vorangetrieben und es stehen heute viele ausgereifte und anspruchsvolle Instrumente und Methoden zur Vergügung, um damit zu arbeiten. In der "ersten Welt" - grob also Europa, Nordamerkia und der ferne Osten - stehen diesen Methodologien im Einsatz und bringen hervorragende Ergebnisse. Diese Regionen sind es auch, welche die Erforschung vorantreiben, es stehen dort auch die nötigen Geldmittel zur Verfügung. Eine Folge dieser Entwicklung ist, dass durch die Verfügbarkeit von qualitativ hochstenden Datengewinnungs-, Datenverwaltungs- und Datenveredelungswerkzeugen beispielsweise die Katastervermessung etabliert ist. Damit kann das Grundeigentum gemeinhin gewährt werden, Grundstücksgrenzen bestehen und die Raumentwicklung verläuft nach gegebenen Regeln in wiederkehrenden Planungszyklen. Pointiert ausgedrückt könnte man sagen, dass die hoch entwickelten Länder vor allem sich selber weiter entwickeln und den Wohlstand sowie die Sicherung von Grundeigentum erhalten können. Ein positiver "Teufelskreis" also. Ist ein funktionierendes Grundbuchsystem etabliert, funktioniert die Vermessung auf einem hohen Niveau und die planerischen Konsequenzen werden flächendeckend umgesetzt, so dass in Bereichen des täglichen Lebens geregelte Verhältnisse hergestellt werden können.
Wesentliche Faktoren, die eine solche Entwicklung begünstigen, sind stabile politische Verhältnisse und das Vorhandensein von genügend monetären Mitteln.
Aktualisiert: 2019-12-30
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Der Gebrauch von Spracherkennung ist eine zukunftsrrächtige Interaktionsmöglichkeit, da in Forschung und Anwendung ein anhaltender Trend in Richtung mobiler Applikationen zu beobachten ist. Neue Technologien wie Ubiquitous Computing und Augmented Reality erlauben die Entwicklung von einer ganz neuen Art von Diensten. Diese Entwicklung betrifft auch die Geoinformations-Wissenschaften, haben doch viele Handlungen, die durch die neuen mobilen Technologien unterstützt werden können, einen klaren Raumbezug.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit neuen Benutzerschnittstellen-Funktionalitäten für mobile Informationssysteme mit Raumbezug. In räumlichen Fragestellungen ist es oft erwünscht oder notwendig, einzelne Objekte bzw. eine Objektgruppe zu selektieren, um Abfragen oder Analysen zu prozessieren. Eine solche Selektions-Funktionalität wird bisher von keiner Spracherkenmmgssoftware unterstützt. Somit kann im Sinne des ,Ersetzen von Tastatur und Zeigegerät' erst von einem ,Ersetzen der Tastatur' ausgegangen werden, während bei dem Zeigegerät die Funktionen noch nicht vollständig durch die Sprachsteuerung ersetzbar sind. Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Verfahrens, mit dem Objekte in einer räumlichen Datenbank durch verbale Beschreibung der Situation selektiert werden können.
Eine wichtige Grundlage für das erarbeitete Konzept ist die getrennte Betrachtung der beiden Aspekte System und Benutzer. Bei Ersterem wird auf die Frage eingegangen, in welcher Form und mit welchem Inhalt die Datenbasis vorhanden sein muss und wie diese erstellt werden kann. Dies wird am Beispiel der Fussgängernavigation gemacht, die eine Grundfunktionalität für mobile Informationssysteme ist. Im Benutzerteil rücken der Benutzer und seine Selektionsäusserung ins Zentrum. Es wird versucht, die räumliche Wahrnehmung zu strukturieren und damit ein erster Schritt zu deren Formalisierung zu vollziehen.
Aufgrund dieser Strukturierung wird das 3-Schritte-Modell entwickelt, mit dem die Zielobjekte in der Datenbank bestimmt werden. Dabei wird die Menge der möglichen Zielobjekte in drei Schritten aufgrund von verschiedenen Kriterien reduziert.
Im ersten Reduktionsschritt muss aufgrund von Sensoren zur Positions- und Blickrichtungsbestimmung ermittelt werden, welche Objekte im Blickfeld des Benutzers liegen. Ausgehend von der Annahme, dass der Benutzer nur Objekte selektiert, die er sieht und deshalb beschreiben kann, entfallen alle ausserhalb von diesem Blickfeld liegenden Objekte.
Im zweiten Schritt steht die Problematik der unterschiedlichen Abstraktionen der Realität von Benutzer und Datenbank im Zentrum. Jeder Nutzer hat ein mentales Modell von der sichtbaren Situation im Kopf. Dieses Modell wird durch die Visualisierung und die entsprechende Anwendung beeinflusst. Die Daten, die visualisiert werden und in denen ein Objekt selektiert werden soll, sind gemäss einem Datenmodell in einer räumlichen Datenbank gespeichert. Zur Lösung der Problematik muss ein Weg gefunden werden, wie diese beiden Modelle aufeinander abgebildet werden können. Sobald diese Abbildung möglich ist, kann vom gesprochenen Satz, der nichts anderes als eine Verbalisierung des mentalen Modells ist, auf das Objekt im Datenmodell geschlossen und dieses aus der Datenbank extrahiert werden. Damit ist die Verbindung zwischen der Nutzeraussage und der Datenbank geschaffen.
Der dritte Schritt befasst sich mit der Analyse der räumlichen Anordnung. Dazu wird ein Konzept zur Überprüfung der Anwendbarkeit von 22 englischen Relationspräpositionen erarbeitet. Aus Performanzgründen wird für mobile Geräte ein möglichst einfacher Algorithmus angestrebt. Basierend auf der Idee, dass die räumliche Information auch auf der Abstraktionsebene der Bildschirmobjekte enthalten ist, werden mehrere Algorithmen entwickelt. Diese beinhalten hauptsächlich Koordinatenvergleiche und sind deshalb sehr schnell berechenbar. Die Algorithmen untersuchen, ob ein Zielkandidat in einen entsprechenden Anwendbarkeitsraum fällt und dementsprechend der Bedingung zur räumlichen Anordnung genügt. Diese Bedingung, und damit auch der Anwendbarkeitsraum, ist von der verwendeten räumlichen Präposition abhängig.
Das erarbeitete Konzept wird für den zweidimensionalen Fall implementiert. Dieser Prototyp wird mit einem mehrteiligen Testkonzept überprüft. Dabei werden neben Einzeltests, in denen die indirekte Selektion von Objekten im Zentrum steht, Performancetests durchgeführt und mit einem Fragebogen verschiedene Faktoren überprüft. Die Testphase zeigt, dass das Konzept für die verbale Selektion von räumlichen Objekten erfolgreich angewendet werden kann und ansprechende Resultate in der Erkennungseffizienz erzielt werden.
Die entwickelte Selektions-Funktionalität auf Basis von verbaler Situationsbeschreibung erweitert die heutigen Navigations- und Befehlsmöglichkeiten mittels Spracherkennung um einen raumbezogenen Aspekt. Damit wird ein weiterer Schritt in Richtung benutzerfreundliche mobile Dienste vollzogen.
Aktualisiert: 2019-12-30
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There exists an increasing demand for higher accuracy, faster processing and ease of use of modern total stations. The purpose of my work is to combine the strength of traditional user controlled surveying with the power of modern data processing to satisfy the needs. The combination of the user’s experience and a higher degree of automation retains the efficiency of a manually operated theodolite and enhances the reliability and accuracy of measurements through automation.
The user identifies his targets mainly by their ‘structure’, which he usually interprets as simple geometrical shapes. Such ‘primitive’ features, however, can be handled effectively by algorithms to either identify and measure single points or to guide the instrument to areas of interest.
Thus the main goal is to find the 3D coordinates of a non-cooperative but structured target by using a theodolite together with an imaging sensor. The surveyor no longer has to rely on active or cooperative targets like prisms, and this new freedom facilitates his work tremendously. However, the integration of 2D image sensors requires additional calibration effort. My thesis presents a prototype of such an “Image Assisted Total Station” (IATS), models the imaging process and outlines the calibration procedures. Image assisted measurements of artificial markers are compared with traditional measurements. The main effort, however, is focused on applications with natural objects: I try to assess the precision in terms of repeatability, the usability and the comfort of semi-automatic measurements.
A Leica Total Station of the TPS1100 Professional Series is modified into a prototype of an IATS. A 2D CCD sensor is placed in the intermediate focus plane of the objective lens, replacing the eyepiece and the reticle, and an autofocus unit to drive the focus lens is implanted. The image data from the sensor are transferred to a PC using a synchronized frame grabber. To maintain the mechanical stability, the connecting cables transmitting the video signals are guided through the hollow tilting axis. The pixel size of 9.8 µm (Hz) × 6.3 µm (V) corresponds to viewing angles of 2.7 mgon (Hz) × 1.8 mgon (V). To fulfill the specified precision requirements of 0.5 mgon, a resolution of better than 0.2 pixels is required.
Traditional optical total stations measure ‘on-axis’ objects, i.e. determine both pointing angles of the reticle crosshair. In case of an IATS viewing angles can be assigned to all CCD pixels inside the optical field of view. To describe the relation between sensors pixel coordinates and the angular viewing angles in the object space, a mathematical model is needed, which describes the optics used, and which specifies the contributions of various sources to the overall error budget. In particular, the optical mapping model has to include the theodolites tilting axis errors, the collimation error, the pointing error of the optical axis, and the vertical-index error. Further errors result from a displacement of the projection center from the intersection of the standing and tilting axis and from the optical distortions of field points.
The semi-automated measurement process is based on a permanent interaction between user and instrument. The user supervises the measurement sequence while the IATS executes the measurements. For example, the surveyor proposes a pattern – a geometrical ‘primitive’ – which adequately represents the object of interest. The processing software estimates the position of the object by local and global template matching. This estimate is used to point the range finder to the selected target to get a valid estimate for the third dimension (depth, distance).
Since the required coordinates of an object point are deduced from the theodolite pointing angles, target distance and the image point location on the CCD, all sensors must be calibrated. It turned out to be useful to perform first a temperature calibration, then determine the exact value of the camera constant with respect to the distance and finally extend the geometrical calibration to all pixels in the optical field of view.
Temperature calibration is similar to the calibration of an optical tacheometer. Using its image processing capabilities, the IATS can automatically drive to measurement positions in both faces, which increases the reliability of the test campaign at different temperatures. The theodolite is positioned, that the object resides at the same sensor position within one pixel for all measurements. This allows us to ignore the influence of deformations caused by optical distortions and mechanical assembly during the calibration, because it is constant for all measurements.
The transformation of the pixel position into viewing angles depends on the camera constant c of the optical system. Its value is a function of the focus lens position, which is monitored by an encoder. During calibration we measure the encoder values at the best focus position for different target distances, using the autofocus option. Then c is determined from the optomechanical construction model.
The geometrical transformation for field pixels outside the optical axis (crosshair) depends on the image deformation and on axis errors of the theodolite. Scanning a stationary object with the theodolite performs the ‘off-axis’ calibration. For different theodolite positions the CCD images are recorded and a “least squares template matching” algorithm is applied to increase the mapping accuracy. The scanning is done in both theodolite faces with different objects. The transformation parameters are calculated using the horizontal and vertical theodolite angles and the measured pixel locations.
In order to assess IATS capabilities and to check the calibration, a benchmark is used. Limits of operation are tested with the aid of reference markers of circular shape whose positions are known. Furthermore, the capability to measure non-cooperative targets is outlined. Finally, two field tests are performed by measuring a historic building, the Löwenhof in Rheineck/Switzerland, and by measuring the six degrees of freedom of a workpiece at different spatial positions.
The system described in this thesis can be profitably employed wherever today’s theodolite measurement systems or close-range photogrammetric systems are deployed: Surveying, vehicle
construction, surveillance, industrial measurement and forensic.
Aktualisiert: 2019-12-30
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Die Übersicht bezüglich der verschiedensten Methoden des Aufbaus eines Distanzmessers zeigt die technischen Möglichkeiten der modernen Elektronik kurz auf. Ausgehend von dieser grundsätzlichen Betrachtung werden die physikalischen Voraussetzungen der gewählten Methode der Polarisationsmodulation eingehend beschrieben. Basierend auf dem speziellen Aufbau eines Distanzmessers, der für die weiteren Untersuchungen als Funktionsmuster vorlag folgt eine detaillierte Betrachtung des Instrumentenaufbaus. Die Analyse der Signalauswertung zur hochpräzisen Messwerterfassung dient als Grundlage für die Weiterentwicklung zu einem trackingfähigen Distanzmesser. Der Entwurf einer speziellen Funktionsbeschreibung der Signalauswertung, die detaillierte Überprüfung durch praktische Messungen mit der Bestimmung aller Einflussfaktoren sowie die Ermittlung der erforderlichen Parameter zur Kompensation sind umfassend beschrieben. Das Ziel eine möglichst effektive aber einfache und schnelle Methode zur Distanznachführung zu erhalten, wird nachgewiesen. Die Arbeit enthält eine vollständige Betrachtung der erzielbaren Systemgenauigkeit unter Einbezug der Zubehörteile und zeigt die technischen Grenzen der angewandten Technologie zur Realisierung eines hochpräzisen absolut messenden und trackingfähigen Distanzmessers auf.
Aktualisiert: 2019-12-30
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Der Polygonzug ist eines der ältesten geodätischen Messverfahren. Er wird dort seine Bedeutung behalten, wo er aus technischen oder wirtschaftlichen Gründen nicht durch satellitengestüzte Verfahren ersetzt werden kann, d.h. dort, wo der Empfang von Satellitensignalen schwierig oder unmöglich ist, wie z.B. in engen Tälern, Strassenschluchten oder Tunneln. Während der eingezwängte Polygonzug für die Aufgaben der Amtlichen Vermessung ein adäquates Messverfahren hinsichtlich Genauigkeit und Zuverlässigkeit darstellt, ist der einseitig angeschlossene Polygonzug für Absteckungen einer Tunnelachse zwar das einzig mögliche Verfahren zur Richtungs- und Koordinatenübertragung, aber auch hinsichtlich Fehlerfortpflanzung und Zuverlässigkeit eine als besonders kritisch anzusehende Methode.
Besondere Relevanz erhält die Problematik bei langen Tunnelbauwerken wie z.B. dem Eurotunnel, wo mittels Polygonzug die Vortriebsrichtung über 31 km bzw. 19 km bis zum Durchschlag zu übertragen war. Die für den neuen Gotthard-Basistunnel im Rahmen des Projekts Alptransit geplanten Vortriebe sind zwar kürzer (maximal etwa 17 km), jedoch sind die Randbedingungen weniger günstig, da die Gebirgsüberdeckung erheblich grösser ist: bis zu 2400 m im Vergleich zu max. 40 m (unter dem Meeresboden) beim Eurotunnel. Dies ist bedeutsam, weil wegen des hohen Gebirgsdruckes die Felstemperatur auf ca. 50°C ansteigen kann und deswegen mit erheblich grösserer Seitenrefraktion zu rechnen ist: Selbst beim Eurotunnel wurden Differenzen zwischen gekreiselten und ungekreiselten Polygonseiten von bis zu 17 mgon festgestellt, die KORITTKE [1991] auf den Temperaturgradienten zurückführt, der wegen der unterschiedlichen Lufttemperaturen an Wand (12-14°C) und Tunnelachse (20-28°C) nicht zu vernachlässigende Werte annimmt. Beispielsweise erfährt eine Visur, die einen Temperaturgradienten von lediglich 0.1°C/m ausgesetzt ist, auf 500 m bereits eine Querabweichung von mehr als 1 cm. Infolge der als ortsabhängig vorgegebenen Gebirgsüberlagerung sind auch die Fehlereinflüsse durch Refraktion als ortsabhängig anzusehen. Hinzu kommen die Einflüsse lokaler und künstlicher Wärmequellen. Es wird im vorliegenden Beitrag gezeigt, dass selbst kleine Einflüsse durch das kumulative Verhalten einen entscheidenden Beitrag zum Fehlerbudget liefern.
In der Regel wurde in der Vergangenheit ein stochastisches Modell angesetzt, das die Zunahme der Unsicherheit am Richtungwinkel aufgrund steigender Temperaturgradienten nicht berücksichtigte. Insbesondere bei hohen Genauigkeits- und Zuverlässigkeitsanforderungen im Sinne der Risikominimierung ist die allein stochastische Vorgehensweise wenig sachgerecht.
Bemerkenswerterweise wurden bislang systematische Effekte erst untersucht, nachdem sie bei Messungen aufgetreten waren [KORITTKE, 1992, EICHHOLZ, 1980]. Einzig SCHWARZ [1993] und HEISTER [1992] befassen sich detailliert mit der Thematik aus (zusätzlichen) Kreiselbeobachtungen auf Refraktionseinflüsse zu schliessen, wobei sie allerdings von einem über die gesamte Polygonzuglänge als konstant angenommenen Refraktionswinkel ausgehen. RINNER [1976] weist lediglich darauf hin, dass bei Netzgeometrien mit Polygonpunkten an gegenüberliegenden Tunnelwänden Dreieckswidersprüche gebildet werden können, die "Aussagen über allfällige Rekfrationseinflüsse erlauben", ohne jedoch näher auf die Bestimmung von Refraktionswinkeln einzugehen. Weitaus grösser ist die Anzahl der Veröffentlichungen, die ausschliesslich die Stochastik eines offenen Polygonzuges beleuchten (z.B. MIERLO, 1980; TARCZY-HORNOCH, 1969; RINNER, 1976; RINNER und SCHELLING, 1984; SCHUR, 1982a, b, 1983; KRÜGER und NIEMEIER, 1984). Sicherlich haben diese Überlegungen, insbesondere hinsichtlich der erreichbaren stochastischen Zuverlässigkeit, einen hohen Stellenwert, jedoch ist die Aussage hinsichtlich der überlagerten systematischen Komponenten mit Vorsicht zu bewerten.
Aktualisiert: 2019-12-30
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The dissertation aims to support GIS-based planning processes by providing an automated conflict resolution method. The approach goes beyond the objectives of a useful and useable multi-user environment: The hypothesis of the approach states that the participants' interaction data contains knowledge about their intentions and cooperativeness, which is a basic requirement for a successful conflict resolution. The type of conflict is essential for developing a successful conflict solving strategy.
Social sciences distinguish between two types of conflict:
• The conflict on distribution is characterised by an essential common value which is shared by all participants.
• The conflict on values is caused by different, often contradictory values.
In contrary to conflicts on distribution, conflicts on values cannot be solved by negotiations because values are not negotiable.
Thus individual values are the key to conflict resolution. Values direct attitudes, which again result in characteristic activities. In case of a participatory planning process, these activities are acquired by the interaction data set. They enable us to draw conclusions about the particular attitudes and finally the underlying values. The more the schemes of activities are spread, the wider is the range of values and the more probable is the dominance of a conflict on values.
The analysis of the interaction data is based upon the concept of the intentional model by John F. Sowa describing the intentional influence of an interacting participant on the resulting modifications. In order to state the difference between the original data set and the modified results, the ontologies of spatial objects are described in their spatio-temporal dynamics and the geometric, topological, attributive and temporal components are analysed.
Thus, six criteria were conceptualised, formalised, and implemented, in order to analyse the participants' interactive behaviour patterns in relation to the following characteristic activities:
• Spatial narrow-mindedness by the bounding box containing the interaction data.
• Thematic narrow-mindedness by ratio of modified themes.
• Thematic focus by the relative number of interactions concerning the specific object, which triggered and caused the participatory process (topic object).
• Spatial focus by calculating the distance of the topic object to the geometric centre of the specific participant's interaction data.
• Tendency to disputing by verifying, if repeatedly contradictory activities occurred, which are stereotype in their geometric, topological, attributive and temporal characteristics.
• Tendency to prevent a partial compromise solution by adding protracting and irrelevant comments: ratio of this kind of comments.
As head of the participatory process the mediator weights the six criteria according to the observations during the process and decides which participant's interaction data set should by undergone the analytical procedure. The analytical functionality implemented in the prototype assigns the Cooperativeness Value (CV) to the selected participants:
• Interpreted separately the CV indicates how cooperative the participant's behaviour during the interactive discussion session was.
• By comparing the participants' CVs, the mediator gets evidence on the range of activities and attitudes, both correlating to the range of values. They indicate the type of conflict and outline these scenarios with the highest probability of successfulness.
In order to verify the correctness of the hypothesis, role plays were executed simulating participatory planning processes. The test persons knew the application of GIS in general but they were not familiar with the conceptual model of the approach. The tests confirmed the correctness of the approach: The system figured out those participants, whose task it was to act in an uncooperative way and to simulate contradictory values.
Aktualisiert: 2019-12-30
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Das vorliegende Skript "Einführung in die Geodätische Messtechnik" dient primär der Basisausbildung von Studierenden der Studiengänge Geomatik und Planung, sowie der Bau- und Umweltingenieurwissenschaften. Dieses Skript geht jedoch über den Inhalt der Grundzüge-Vorlesung hinaus und dient damit weiterführenden Lehrveranstaltungen wie auch als Nachschlagewerk für die wesentlichen Aufgabestellungen in der Praxis.
Im Gegensatz zur Grundlagenliteratur der geodätischen Messtechnik wird im vorliegenden Skript bewusst auf die Darstellung von heute kaum noch gebräuchlichen "klassischen" Messverfahren und -methoden verzichtet. Es finden sich jedoch Hinweise auf die entsprechende Literatur. Stattdessen wurde das Skript um die Darstellung moderner Lasermesstechniken einschliesslich Laserscanning, Range Imaging und kinematischer Verfahren, wie sie heute zur Anwendung kommen, erweitert. Damit soll zum besseren interdisziplinären Verständnis beigetragen werden.
Obwohl das Skript auf die speziellen Belange der Schweiz ausgerichtet ist, wurde auf die internationale Nomenklatur, insbesondere im Bereich der geodätischen Statistik und Toleranzen geachtet, um im Sinne eines Qualitätsmanagements Missverständnisse zu vermeiden.
Konzeptionell ist das Skript so aufgebaut, dass in den einzelnen Kapiteln ein Thema zunächst präsentiert wird und nachfolgend anhand von Beispielen im Selbststudium vertieft werden kann. Jedes Kapitel entspricht dem Inhalt einer Vorlesung.
Ferner ist ein Sachwortverzeichnis angehängt, das den Studierenden bei der Suche nach spezifischen Themen behilflich ist.
Das Skript und ein Sachwortregister (dieses auch in italienischer und französischer Sprache) steht den Studierenden unter
www.geometh.ethz.ch -> Students Intranet -> Information for Students
als pdf zum Download zur Verfügung.
Mein Dank gilt allen Assistierenden und Hilfsassistierenden, die am vorliegenden Skript mitgearbeitet haben. Besonders möchte ich mich bei David Grimm und Tobias Kohoutek bedanken, die diese Neuauflage mit einem ansprechenden Layout initiiert und bearbeitet haben.
Zürich, im Januar 2009
Aktualisiert: 2019-12-30
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Ausgangslage
Wie die übrigen Wirtschaftsbranchen wurde vor einigen Jahren auch die Schweizer Bauwirtschaft vom Trend zu Qualitätsmanagement (QM) und formaler Zertifizierung von Qualitätsmanagement-Systemen (QMS) eingeholt. Zuerst waren es die Zulieferer, dann die Bauunternehmer, und heute sind es die Architekten und Ingenieure, welche Qualitätsmanagement-Systeme entwicklen, einführen und eine Zertifizierung anstreben.
Zeitgemässe QMS bauen auf einer betriebsspezifischen Prozessarchitektur auf. Bei dieser stehen die betrieblichen Abläufe im Vordergrund.
Insbesondere für kleinere und mittlere Unternehmen (KMU) bedeutet ein zeitgemässes QMS in der Regel eine Neuorientierung in Richtung einer prozessorientierten Organisation. Dieser Schritt hat zur Folge, dass eine Qualitätsverbesserung, eine Leistungssteigeruntg und eine Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit erreicht wird.
Aktualisiert: 2019-12-30
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Seit einigen Jahren hat Airborne Laser Scanning (ALS) in Europa die traditionelle Luftbildvermessung (Photogrammetrie) als wichtigste Technologie zur Erfassung von hochaufgelösten Digitalen Geländemodellen (DGM) abgelöst. Die direkte Georeferenzierung bzw die direkte Bestimmung von 3D Objektkoordinaten, die hohe Punktdichte, die Fähigkeit in einem Messdurchgang das Terrain- und Oberflächenmodell (DTM bzw. DOM) zu erfassen sowie der grosse Automatisierungsgrad sind entscheidende Vorteile. Die Anwender von ALS haben aber auch Schwierigkeiten zu lösen: Wie bei allen Methoden, mit denen die Realwelt in ein abstrahiertes Datenmodell (bzw. in einen Geo-Datensatz) übergeführt wird, kann die Güte einer Datenerfassung mangels Referenzdaten nicht vollständig durch direkten Vergleich bestimmt werden, sondern nur durch partielle Vergleiche einzelner Merkmale des Geo-Datensatzes mit geeigneten Methoden oder Referenzinformation. Ein bekanntes Beispiel dafür ist die Beurteilung der Höhengenauigkeit mittels Vergleich zwischen DTM und Kontrollpunkte.
Das Kombinieren von Messwerten aus verschiedenen Sensoren in mehreren Arbeitsschritten und das Fehlen zuverlässiger Kontrollinformationen führen dazu, dass Mängel in der Datenerfassung (insbesondere deren Vollständigkeit) erst deutlich später in der Objektzuordnung erkannt werden. Während bei anderen Methoden zur Erfassung von DGM über Jahre Verfahren in der Datenerfassung
oder -auswertung und dazu passende Qualitätsmerkmale und -prüfungen entwickelt wurden fehlen diese de facto Standards bei ALS.
Weiter ist die Qualität von Geodaten aus ALS geprägt durch die unstrukturierte Datenerfassung (Punktwolke) und der nachträglichen Auswertung (Objektzuordnung). Die Trennung der Koordinaten von der Objektbestimmung bringt mit sich, dass die räumliche Genauigkeit als bisher bedeutendstes Merkmals zur Beurteilung der Qualität von DTM bei ALS Mängel in der Objektbestimmung nicht nachweisen kann. Es hat sich gezeigt, dass in vielen Datenerfassungsprojekte mittels ALS geeignete Produktdefinitionen und vollständige technische Spezifikationen zur Beschreibung der erwarteten Qualität der Endprodukte fehlen. Als Folge davon sind diese Projekte von Verzögerungen und Mehraufwand geprägt. Diese Mängel werden durch das in dieser Arbeit beschriebene Qualitätsmodell behoben, welches auf einer ganzheitlichen Betrachtung von Sensoren, Auswertealgorithmen, Prozessen, Geodaten und Kundenbeziehung beruht. Das Modell orientiert sich an den ISO-Normen zu Qualitätsmanagement und Geodaten, ist aber auf die Merkmale hochaufgelöster DGM und den spezifischen Eigenschaften der ALS-Technologie ausgerichtet. Das Modell ist aus mehreren Schichten aufgebaut. Die zentrale Stellung nimmt die Produktdefinition ein. Sie beschreibt, wie die Realwelt in dem Geodatensatz abgebildet werden soll.
Zusammen mit den Metadaten und weiteren Informationen aus dem Produktionsprozess zur Gewährung der Nachvollziehbarkeit beschreibt die Produktdefinition die nicht-quantitativen Qualitätsmerkmale. Zur quantitativen Beschreibung der Qualität eines Datensatzes stehen mehrere Merkmale zur Verfügung (zweite Schicht). Der Nutzen dieser Merkmale kann nur erzielt werden, wenn die dazugehörigen Testmethoden und die Qualitätsgrenzlage beschrieben sind. In der Arbeit werden geeignete Ansätze präsentiert, ohne aber konkrete Vorschläge für Qualitätsgrenzlagen anzubieten, da diese stark von der Anwendung abhängen. Die dritte Schicht des Qualitätsmodells beschreibt die Anforderungen an die Prozessqualität. Auf der technischen Seite stehen die Realisierungsprozesse, welche die Qualität der Produktion entsprechend den Qualitätsvereinbarungen sicherstellen. Zur Mittel- und langfristigen Sicherstellung der Prozessqualität dienen die Managementprozesse. In der äussersten Schicht des
Qualitätsmodells steht der Geodatensatz als das Ergebnis der inneren Schichten. Von besonderer Bedeutung ist auch das Datenmanagement, welches aufgrund der anfallenden Datenmenge besondere
Aufmerksamkeit erfordert.
Durch die Einführung des Qualitätsmodells in die Produktionsprozesse und die Bereitstellung geeigneter Softwarewerkzeuge, welche zur Vervolständigung des Modells beschrieben werden, kann die Effizienz und Effektivität in Projekten zur Generierung von DGM mittels ALS gesteigert werden.
Die praktischen Vorteile und Nutzen des Qualitätsmodells werden anhand der Erfahrungen in einem Grossprojekt für das Bundesamt für Landestopographie (swisstopo) diskutiert.
Aktualisiert: 2019-12-30
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Das vorliegende Skript "Einführung in die Geodätische Messtechnik" dient primär der Basisausbildung von Studierenden der Studiengänge Geomatik und Planung, sowie der Bau- und Umweltingenieurwissenschaften. Dieses Skript geht jedoch über den Inhalt der Grundzüge-Vorlesung hinaus und dient damit weiterführenden Lehrveranstaltungen wie auch als Nachschlagewerk für die wesentlichen Aufgabestellungen in der Praxis.
Im Gegensatz zur Grundlagenliteratur der geodätischen Messtechnik wird im vorliegenden Skript bewusst auf die Darstellung von heute kaum noch gebräuchlichen "klassischen" Messverfahren und -methoden verzichtet. Es finden sich jedoch Hinweise auf die entsprechende Literatur. Stattdessen wurde das Skript um die Darstellung moderner Lasermesstechniken einschliesslich Laserscanning, Range Imaging und kinematischer Verfahren, wie sie heute zur Anwendung kommen, erweitert. Damit soll zum besseren interdisziplinären Verständnis beigetragen werden.
Obwohl das Skript auf die speziellen Belange der Schweiz ausgerichtet ist, wurde auf die internationale Nomenklatur, insbesondere im Bereich der geodätischen Statistik und Toleranzen geachtet, um im Sinne eines Qualitätsmanagements Missverständnisse zu vermeiden.
Konzeptionell ist das Skript so aufgebaut, dass in den einzelnen Kapiteln ein Thema zunächst präsentiert wird und nachfolgend anhand von Beispielen im Selbststudium vertieft werden kann. Jedes Kapitel entspricht dem Inhalt einer Vorlesung.
Ferner ist ein Sachwortverzeichnis angehängt, das den Studierenden bei der Suche nach spezifischen Themen behilflich ist.
Das Skript und ein Sachwortregister (dieses auch in italienischer und französischer Sprache) steht den Studierenden unter
www.geometh.ethz.ch -> Students Intranet -> Information for Students
als pdf zum Download zur Verfügung.
Mein Dank gilt allen Assistierenden und Hilfsassistierenden, die am vorliegenden Skript mitgearbeitet haben. Besonders möchte ich mich bei David Grimm und Tobias Kohoutek bedanken, die diese Neuauflage mit einem ansprechenden Layout initiiert und bearbeitet haben.
Zürich, im Januar 2009
Aktualisiert: 2019-12-30
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Das vorliegende Skript "Einführung in die Geodätische Messtechnik" dient primär der Basisausbildung von Studierenden der Studiengänge Geomatik und Planung, sowie der Bau- und Umweltingenieurwissenschaften.
Im Gegensatz zur Grundlagenliteratur der geodätischen Messtechnik wird im vorliegenden Skript bewusst auf die Darstellung von heute kaum noch gebräuchlichen "klassischen" Messverfahren und -methoden verzichtet. Es finden sich jedoch Hinweise auf die entsprechende Literatur. Stattdessen wurde das Skript um die Darstellung moderner Lasermesstechniken einschliesslich Laserscanning, Range Imaging und kinematischer Verfahren, wie sie heute zur Anwendung kommen, erweitert. Damit soll zum besseren interdisziplinären Verständnis beigetrage werden.
Obwohl das Skript auf die speziellen Belange der Schweiz ausgerichtet ist, wurde auf die internationale Nomenklatur, insbesondere im Bereich der geodätischen Statistik und Toleranzen geachtet, um im Sinne eines Qualitätsmanagements Missverständnisse zu vermeiden.
Konzeptionell ist das Skript so aufgebaut, dass in den einzelnen Kapiteln ein Thema zunächst präsentiert wird und nachfolgend anhand von Beispielen im Selbststudium vertieft werden kann. Jedes Kapitel entspricht dem Inhalt einer Vorlesung.
Ferner ist ein Sachwortverzeichnis angehängt, das den Studierenden bei der Suche nach spezifischen Themen behilflich ist.
Das Skript und ein Sachwortregister (dieses auch in italienischer und französischer Sprache) steht den Studierenden unter
www.geometh.ethz.ch -> Students Intranet -> Information for Students
als pdf zum Download zur Verfügung.
Mein Dank gilt allen Assistierenden und Hilfsassistierenden, die am vorliegenden Skript mitgearbeitet haben. Besonders möchte ich mich bei Henri Eisenbeiss, David Grimm, Tobias Kohoutek, Rainer Mautz, Pascal Theiler und Sebastian Tilch bedanken, die diese Neuauflage mit einem ansprechenden Layout initiiert und bearbeitet haben.
Zürich, im Januar 2011
Aktualisiert: 2019-12-30
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Das vorliegende Skript "Einführung in die Geodätische Messtechnik" dient primär der Basisausbildung von Studierenden der Studiengänge Geomatik und Planung, sowie der Bau- und Umweltingenieurwissenschaften.
Im Gegensatz zur Grundlagenliteratur der geodätischen Messtechnik wird im vorliegenden Skript bewusst auf die Darstellung von heute kaum noch gebräuchlichen "klassischen" Messverfahren und -methoden verzichtet. Es finden sich jedoch Hinweise auf die entsprechende Literatur. Stattdessen wurde das Skript um die Darstellung moderner Lasermesstechniken einschliesslich Laserscanning, Range Imaging und kinematischer Verfahren, wie sie heute zur Anwendung kommen, erweitert. Damit soll zum besseren interdisziplinären Verständnis beigetrage werden.
Obwohl das Skript auf die speziellen Belange der Schweiz ausgerichtet ist, wurde auf die internationale Nomenklatur, insbesondere im Bereich der geodätischen Statistik und Toleranzen geachtet, um im Sinne eines Qualitätsmanagements Missverständnisse zu vermeiden.
Konzeptionell ist das Skript so aufgebaut, dass in den einzelnen Kapiteln ein Thema zunächst präsentiert wird und nachfolgend anhand von Beispielen im Selbststudium vertieft werden kann. Jedes Kapitel entspricht dem Inhalt einer Vorlesung.
Ferner ist ein Sachwortverzeichnis angehängt, das den Studierenden bei der Suche nach spezifischen Themen behilflich ist.
Das Skript und ein Sachwortregister steht den Studierenden unter
http://www.geometh.ethz.ch/education/blackboard
als pdf zum Download zur Verfügung.
Mein Dank gilt allen Assistierenden und Hilfsassistierenden, die am vorliegenden Skript mitgearbeitet haben. Besonders möchte ich mich bei Daniel Bäni, Henri Eisenbeiss, David Grimm, Tobias Kohoutek, Melanie Kunz, Rainer Mautz, Pascal Theiler und Sebastian Tilch bedanken, die diese Neuauflage mit einem ansprechenden Layout initiiert und bearbeitet haben.
Zürich, im Januar 2012
Aktualisiert: 2019-12-30
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75 Jahre Kurs für Streckenvermessung
50 Jahre Kurs für Ingenieurvermessung
von der Streckenmessung zum Monitoring im Risikomanagementprozess
Aktualisiert: 2019-12-30
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Ausgangslage
Wie die übrigen Wirtschaftsbranchen wurde vor einigen Jahren auch die Schweizer Bauwirtschaft vom Trend zu Qualitätsmanagement (QM) und formaler Zertifizierung von Qualitätsmanagement-Systemen (QMS) eingeholt. Zuerste waren es die Zulieferer, dann die Bauunternehmer, und heute sind es die Architekten und Ingenieure, welche Qualitätsmangement-Systeme entwicklen, einführen und eine Zertifizierung anstregen.
Zeitgemässe QMS bauen auf einer betriebsspezifischen Prozessarchitektur auf. Bei dieser stehen die betrieblichen Abläufe im Vordergrund.
Insbesonder für kleinere und mittlere Unternehmen (KMU) bedeutet ein zeitgemässes QMS in der Regel eine Neuorientierung in Richtung einer prozessorientierten Organistaion. Dieser Schritt hat zur Folge, dass eine Qualitätsverbesserung, eine Leistungssteigerung und eine Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit erreicht wird.
Aktualisiert: 2019-12-30
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Das vorliegende Skript "Einführung in die Geodätische Messtechnik" dient primär der Basisausbildung von Studierenden der Studiengänge Geomatik und Planung, sowie der Bau- und Umweltingenieurwissenschaften.
Im Gegensatz zur Grundlagenliteratur der geodätischen Messtechnik wird im vorliegenden Skript bewusst auf die Darstellung von heute kaum noch gebräuchlichen "klassischen" Messverfahren und -methoden verzichtet. Es finden sich jedoch Hinweise auf die entsprechende Literatur. Stattdessen wurde das Skript um die Darstellung moderner Lasermesstechniken einschliesslich Laserscanning, Range Imaging und kinematischer Verfahren, wie sie heute zur Anwendung kommen, erweitert. Damit soll zum besseren interdisziplinären Verständnis beigetragen werden.
Obwohl das Skript auf die speziellen Belange der Schweiz ausgerichtet ist, wurde auf die internationale Nomenklatur, insbesondere im Bereich der geodätischen Statistik und Toleranzen geachtet, um im Sinne eines Qualitätsmanagements Missverständnisse zu vermeiden.
Konzeptionell ist das Skript so aufgebaut, dass in den einzelnen Kapiteln ein Thema zunächst präsentiert wird und nachfolgend anhand von Beispielen im Selbststudium vertieft werden kann. Jedes Kapitel entspricht dem Inhalt einer Vorlesung.
Ferner ist ein Sachwortverzeichnis angehängt, das den Studierenden bei der Suche nach spezifischen Themen behilflich ist.
Das Skript und ein Sachwortregister (dieses auch in italienischer und französischer Sprache) steht den Studierenden unter
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Mein Dank gilt allen Assistierenden und Hilfsassistierenden, die am vorliegenden Skript mitgearbeitet haben. Besonders möchte ich mich bei David Grimm, Tobias Kohoutek, Thomas Pfarrwaller, Rainer Mautz, Stephan Schütz und Werner Stempfhuber bedanken, die diese Neuauflage mit einem ansprechenden Layout initiiert und bearbeitet haben.
Zürich, im Januar 2010
Aktualisiert: 2019-12-30
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