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Anwendungen von GIS 05.02.08

Marc Krüger #609906 1

Wahlpflichtmodul: Wahlpflichtmodul: „„Anwendungen von GISAnwendungen von GIS““

Univ.Univ.--Prof. Dr.Prof. Dr.--Ing. Monika Ing. Monika JaroschJarosch

Marc Krüger Matr.-Nr.: 609906

im WS 07/08

ProjektdokumentationProjektdokumentation„„FlutszenarioFlutszenario““

- Bruch der Obernautalsperre -

Zeitraum: 16.10.07 bis 05.02.08Zeitraum: 16.10.07 bis 05.02.08

WS 07/08 - 2 -

Universität Marc Krüger Anwendungen von GISSiegen Matr.-Nr.: 609906 Univ.-Prof. Dr.-Ing. Monika Jarosch

Übersicht

(1) Übernahme DGK5 / Georeferenzierung

(2) Import der Höhenpunkte

(3) 3D-Darstellung der Topografie TIN oder RASTER

(4) Integration von Luftbildern

(5) Vorbereitung des Datenmaterials zur Modellierung

(6) Punktintegration: Tiefendarstellung

(7) Modellierung der Geländemöblierung

(8) Ausgestaltung der Gesamtszene

(9) Analyse zur Überflutung der Gesamtszene ohne

Rückfluss

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Übersicht










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1 Übernahme DGK5 / GeoreferenzierungArcMap

Übernahme der DGK5s erfolgt analog zur Vor-gehensweise nach dem Handbuch „Einstieg in Geoinformationssysteme“!

Laden der DGK5 über Icon „Add Data“

Beginn der Georeferenz-ierung Auswahl der richtigen DGK5 Hier: „501429_3842.tif“

Karte noch unmaßstäblich!



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1 Übernahme DGK5 / GeoreferenzierungZoom auf linke untere Ecke sowie Eingabe der korrekten Koordinaten bereits erfolgt (s. Link-Tabelle).

Erster Kontrollpunkt

DGK5 noch im falschen Maßstab!

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1 Übernahme DGK5 / GeoreferenzierungWeitere Kontrollpunkte werden analog gesetzt.

Karte jetzt maßstäblich!

Speichern der Link-Tabelle

Hier: „georef-3842.txt“

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1 Übernahme DGK5 / GeoreferenzierungWichtig: Befehl „Update Georeferencing“ aus-führen!

Kontrollpunkte werden nach Ausführung grau dargestellt.

Karte nun maßstäblich und an richten Ort und Stelle angelangt!

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1 Übernahme DGK5 / GeoreferenzierungAnfügen der restlichen DGK5s nach gleicher Vorgehensweise!



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1 Übernahme DGK5 / GeoreferenzierungGeoreferenzierung der DGK5s komplett fertig-gestellt.

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Übersicht










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2 Import der HöhenpunkteArcMap

Import der Höhenpunkte erfolgt analog zur Vor-gehensweise nach dem Handbuch „Einstieg in Geoinformationssysteme“!

Einlesen der Höhenraster-daten über Icon „AddData“

Umwandlung der Vermes-sungsdaten in dBASE IV-Datei (*.dbf) bereits via MS-Excel erfolgt.

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„Schwarzer Deckel“ aus 40401 Einzelpunkten im Abstand von 10 * 10 m

Rechte Maustaste auf „501429.dbf“ Display XY Data

Zuordnung der Spalten für die X- und Y-Koordinaten (Rechtswert RW und Hochwert HW)

Unter „Edit“ muss die Auswahl des Koordinaten-systems „Germany Zone 3“ getroffen werden.

2 Import der Höhenpunkte



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Umwandlung der Ereignis-datei in ein Export-Spape-file

Rechte Maustaste auf „501429 Events“ Data

Export Data Shapefile„Export_501429“

Die ursprünglichen dBASE IV-Dateien können anschließend gelöscht werden.

2 Import der Höhenpunkte WS 07/08 - 14 -


4 Höhenrasterdateien als Shapefiles erfolgreich eingelesen.

Hintergrundeinstellung auf hellblau geändert

Ecken der DGK5s sind besser zu erkennen.

2 Import der Höhenpunkte

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2 Import der Höhenpunkte6 Höhenrasterdateien als Shapefiles erfolgreich eingelesen.

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Übersicht










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3 3D-Darstellung der Topografie TIN oder RASTERArcScene

TIN-Erstellung erfolgt analog zur Vorgehens-weise nach dem Handbuch „Einstieg in Geoinformationssysteme“!

Öffnen eines neuen *.sxd-Projektes

Hinzufügen der Höhen-rasterdateien als umge-wandelte Shapefiles über Icon „Add Data“.

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3 3D-Darstellung der Topografie – TIN oder RASTERHöhenrasterdaten als Shapefiles im Raum

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3D Analyst Create/Modify TIN Befehl „Create TIN FromFeatures“

Wichtig: Den Höhenbezug bei der TIN-Erstellung für jedes Shapefile einzeln einstellen!

3 3D-Darstellung der Topografie – TIN oder RASTER WS 07/08 - 20 -


Erstelltes TIN für den gesamten Bereich

Einheitliche Farbgebung

3 3D-Darstellung der Topografie – TIN oder RASTER



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Rechte Maustaste auf TINLayer Properties

Einstellung von unter-schiedlichen Höhen-klassen

Display 20 % Trans-parenz

DGK5s sind zusätzlich ein-geblendet.



TIN wird durchsichtig

DGK5s scheinen aufgrund der Transparenz des TIN durch.

Erster höhen- und lage-mäßiger Bezug des Unter-suchungsgebiets klar er-kennbar.

Erkenntnis: Generierung des TINs dauert aufgrund der Datenmenge sehr lange!


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Weitere Alternative

RASTER-Erstellung

ArcScene

3D Analyst ConvertBefehl „TIN to Raster“

Input TIN: TIN „tin“

Attribute: Elevation

Z factor: 1,0

Cell size: 10

Output raster: RASTER „tingrid6“



3 3D-Darstellung der Topografie – TIN oder RASTERRechte Maustaste auf RASTER „tingrid6“

Layer PropertiesEinstellung von unter-schiedlichen Höhen-klassen

Base Heights

Höhenabhängige Raster-darstellung übernehmen!



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Ergebnis 3D-Szene von RASTER „tingrid6“ aus 3D Analyst

Erkenntnis: Generierung des RASTERs sehr viel schneller als TIN!



3 3D-Darstellung der Topografie – TIN oder RASTERWeitere Alternative

RASTER-Erstellung

ArcMap

Spatial Analyst ConvertBefehl „Features to

Raster“

Input Features: Punktshapefie„Export_gesamt“

Field: Hoehe

Output cell size: 10

Output raster: RASTER „Export_gesamt“

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Ergebnis ArcMap



ArcScene

Ergebnis 3D-Szene von RASTER „export_gesamt“aus Spatial Analyst

Erkenntnis: Generierung des RASTERs sehr viel schneller als TIN!

FAZIT: Die RASTER-Dar-stellung empfiehlt sich aufgrund der schnellen Aufbauweise von großen Datenmengen für die weitere Bearbeitung.

TIN leistet dies nicht!Da zur Generierung des RASTERs aus den Punktinformationen gegenüber den Infor-mationen aus dem TIN nur ein Schritt benötigt wird, ist die Anwen-dung der RASTER-Darstellung aus dem „Spatial Analysten“ zu empfehlen!




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Übersicht










Rückfluss

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4 Integration von LuftbildernArcMap

Hinzufügen eines vorher aus „Google Earth“kopierten Luftbildes zum Untersuchungsgebiet

„obernau-google“.jpg über Icon „Add Data“

Identische Passpunkte werden auf den bereits georeferenzierten DGK5s und dem Luftbild gesucht.

Georeferenzierung des Luftbildes erfolgt analog zur normalen Georeferenz-ierung

Hier: 4 Passpunkte = Kontrollpunkte (rote Kreise)

Wichtig: Richtige Bezugs-quelle einstellen!

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4 Integration von LuftbildernKontrollpunkte sind nach „Update Georeferencing“verschwunden.

Georeferenzierung des Luftbildes ist erfolgt!

Luftbild wurde in Lage und Maßstab entsprechend eingepasst.

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4 Integration von LuftbildernIn der gleichen Vorgehens-weise wurden weitere Luftbilder im Bereich des Untersuchungsgebietes angefügt.

„Obernautalsperre“ und Ortslagen „Brauersdorf“sowie „Netphen“



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Übersicht










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5 Vorbereitung des Datenmaterials zur ModellierungArcCatalog

Arbeitsordner anbinden

Öffnen der ArcToolboxüber entsprechenden Icon

Data Management Tools General Befehl „Merge“

Zusammenführen

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5 Vorbereitung des Datenmaterials zur ModellierungHinzufügen der Höhen-rasterdaten-Shapefiles, die zusammengeführt werden sollen (blau mar-kiert).

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5 Vorbereitung des Datenmaterials zur ModellierungZielordner „Hoehe“

Output Dataset: Shapefile„Export_gesamt“



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5 Vorbereitung des Datenmaterials zur ModellierungOrdnerstruktur innerhalb von ArcCatalog

Neues Shapefile„Export_gesamt“ erstellt, dass alle Informationen aus den 6 Höhenraster-daten-Shapefiles in eine einzige Datei verschmol-zen hat.

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5 Vorbereitung des Datenmaterials zur ModellierungArcMap

Hinzufügen des Shape-files „Export_gesamt“über „Add Data

Alle 6 Höhenrasterdaten-Shapefiles sind zu einem Shapefile„Export_gesamt“ ver-schmolzen!

Erkennbar an der einheitlichen Farbgebung

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5 Vorbereitung des Datenmaterials zur ModellierungArcCatalog

Erstellung eines neuen Shapefiles„Clippingflaeche“

Typ: Polygon

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Start des Editors in Shapefile„Clippingflaeche“

Digitalisierung der Clip-pingfläche, welche das wesentliche Untersuch-ungsgebiet beinhaltet.

Speichern und Beenden des Editors!



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5 Vorbereitung des Datenmaterials zur ModellierungEditor beendet

Änderungen in Shapefile„Clippingflaeche“ ge-speichert, da „Task“ und „Target“ deaktiviert (grau) und die Clippingflächeschwarz umrandet ist.

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5 Vorbereitung des Datenmaterials zur ModellierungArcToolbox

Analysis Tools ExtractBefehl „Clip“

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5 Vorbereitung des Datenmaterials zur ModellierungInput Features: Shapefile„Export_gesamt“ Datei, die alle Höhenrasterdaten enthält.

Clip Features: Shapefile„Clippingflaeche“ Datei, die mit den Höhenraster-daten aus Shapefile„Export_gesamt“verschnitten wird.

Output Feature: Shapefile„Clip_Obernau“ Clip-pingfläche, die aus den Gesamthöhenrasterdaten übrig bleibt, d.h. alle nicht benötigten Punkte des Höhenrasters außerhalb des Untersuchungs-gebietes werden gelöscht!

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Hinzufügen von Shapefile„Clip_Obernau“ über „AddData“

Alle unnötigen Höhen-informationen außerhalb des Untersuchungs-gebietes wurden gelöscht.

Shapefile„Export_gesamt“ wurde also entsprechend re-duziert.



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Test: TIN-Erstellung aus Shapefile „Clip_Obernau“Clipping-Fläche ergibt ein TIN „tin4“, indem noch keine „Bruchkanten“definiert sind!

ArcGis weiß noch nicht, wo das TIN am Rand nicht verbunden werden darf (s. z.B. rot punktierte Linie)!

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5 Vorbereitung des Datenmaterials zur Modellierung3D Analyst Create/Modify TIN Befehl „Create TIN FromFeatures“

Auswahl von Shapefile„Clippingflaeche“Eigenschaft „hard clip“

Verschmelzung mit Shape-file „Clip_Obernau“

Abspeicherung als neues TIN

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5 Vorbereitung des Datenmaterials zur ModellierungNeues TIN „tin5“

Die Bruchkanten der Clippingfläche wurden berücksichtigt, allerdings ist das Ergebnis noch nicht zufriedenstellend, da die Clippingfläche über die Umrandung der DGK5s verläuft (s. Pfeile).

Lösung erfolgt durch Nachbearbeitung des Shapefiles „Clipping-flaeche“!

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Start des Editors in Shapefile„Clippingflaeche“

Befehl „Modify Feature“

Punkte der Clippingflächeaktiviert!



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5 Vorbereitung des Datenmaterials zur ModellierungVerschiebung der Umrand-ungspunkte der Clipping-fläche innerhalb der DGK5s


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5 Vorbereitung des Datenmaterials zur ModellierungShapefile„Clippingflaeche“ nach entsprechender Über-arbeitung!

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5 Vorbereitung des Datenmaterials zur ModellierungNeues TIN „tin6“

Nachbearbeitung war erfolgreich!

Bruchkanten sind sauber abgetrennt und reichen nicht mehr über die Umrandung der DGK5s hinaus.

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Übersicht










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6 Punktintegration: TiefendarstellungKonvertierung der alten Höhenkarten, hier „obernau_alt_teil2.pcx“ins tif-Format mithilfe des Bildbearbeitungs-programms „Adobe Photoshop“

Alle weiteren Karten wurden analog konvertiert.

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6 Punktintegration: TiefendarstellungÖffnen der jeweiligen *.RLD-Datei mithilfe eines Texteditors erbringt die nötigen Informationen über die jeweilige Karte

hier: RW, HW (blau mar-kiert) der linken unteren Ecke der Karte „obernau_alt_teil1.tif“!

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6 Punktintegration: TiefendarstellungArcMap

Start der Georeferenz-ierung der Karte „obernau_alt_teil1.tif“

Eingabe des jeweiligen RW, HW der linken unteren Ecke der Karte (Übernahme aus RLD-Datei)

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6 Punktintegration: TiefendarstellungKarte über 4 Kontroll-punkte georeferenziert

Alle weiteren Karten wurden in gleicher Vor-gehensweise integriert.



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6 Punktintegration: TiefendarstellungDie Georeferenzierung aller alten Karten „obernau_alt_*.tif“ ist erfolgreich erfolgt.

Bereich der Talsperre ist mit Höheninformationen aus dem Zustand vor dem Bau gefüllt.

Transparenz: 60 %

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6 Punktintegration: TiefendarstellungDas Ergebnis ist sehr gut!

Alle alten Höheninforma-tionen sind gut zu erken-nen!

Vorher

Nachher

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6 Punktintegration: TiefendarstellungArcCatalog

Erstellung eines neuen Shapefiles„Wasserflaeche“

Typ: Polygon

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Start des Editors in Shapefile „Wasser-flaeche“

Digitalisierung der Wasserfläche der Ober-nautalsperre




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6 Punktintegration: TiefendarstellungStart des Editors in Shapefile „Clip_Obernau“

Menü „Selection“Selection by Location

Alle Punkte auswählen, die innerhalb des Shapefiles„Wasserflaeche“ liegen Shapefile wird blau, da ausgewählte Punkte mar-kiert (s. Vergrößerung)!

Drücken der Entf.-Tastebewirkt, dass alle Punkte innerhalb der Umrandung aus Shapefile„Clip_Obernau“ gelöscht werden.

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6 Punktintegration: TiefendarstellungErgebnis


Änderungen in Shapefile„Clip_Obernau“ übernom-men, d.h. jetzt sind nur noch Höhenrasterdaten vorhanden, ohne die „verfälschten“ Höhen der Wasseroberfläche!

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Erstellung eines neuen Shapefiles„Hoehe_Obernau_alt“

Typ: Polygon

Koordinaten mit Höhen-bezug

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Start des Editors in Shapefile„Hoehe_Obernau_alt“

Digitalisierung der Höhen-linien der alten Topografie vor dem Bau der Obernau-talsperre

Hier: Höhenlinie „371 mNN“

371 mNN



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6 Punktintegration: TiefendarstellungRechte Maustaste auf Shapefile„Hoehe_Obernau_alt“

Open Attributes Höhenspalte markieren

Rechte Maustaste Field Calculator

Höhen der Höhenspalte auf „371 mNN“ massen-haft ändern!

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6 Punktintegration: TiefendarstellungErgebnis

Die Topografie der Höhenlinie „371 mNN“ ist nun massenhaft im Shape-file„Höhe_Obernau_alt“übernommen!

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6 Punktintegration: Tiefendarstellung

360 mNN

Digitalisierung einer weiteren Höhenlinie der alten Topografie vor dem Bau der Obernautalsperre erfolgt in analoger Form.

Hier: Höhenlinie „360 mNN“

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6 Punktintegration: TiefendarstellungGesamtergebnis




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6 Punktintegration: TiefendarstellungArcToolbox

Data Managment Tools Features Add XY Coordinates

Input Features: Shapefile„Hoehe_Obernau_alt“

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Doppelklick auf Shapefile„Hoehe_Obernau_alt“zeigt, dass die Spalten Point_X bis Point_Z hinzugefügt wurden.

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Rechte Maustaste auf Shapefile„Hoehe_Obernau_alt“

Open Attribute Table

Die Spalten Point_X und Point_Y sind um den jeweiligen RW und HW im Shapefile„Hoehe_Obernau_alt“ergänzt worden.

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6 Punktintegration: TiefendarstellungArcToolbox

Zusammenführung der Spafiles „Clip_Obernau“und „Hoehe_Obernau_alt“zu einem neuen Shapefile„Clip_Obernau_2“

Befehl „Merge“



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Ergebnis: Shapefile„Clip_Obernau_2“

Richtige Gesamttopografie ohne alte Wasserflächen-punkte!

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Neues TIN „tin8“

Tiefendarstellung der „Obernautalsperre“ klar erkennbar!

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6 Punktintegration: TiefendarstellungArcScene


Tiefendarstellung der „Obernautalsperre“ klar erkennbar!

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Übersicht










Rückfluss



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7 Modellierung der GeländemöblierungArcMap


Display 60 % Trans-parenz

Wesentliche Topografie und Bebauung des Unter-suchungsgebietes scheint hindurch!

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7 Modellierung der GeländemöblierungArcCatalog

Erstellung eines neuen Shapefiles„Grenzbereich_Digitali-sierung“

Typ: Polygon

Grenze, in der für eine mögliche Überflutung betroffene Objekte digitalisiert werden!

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Grenzbereich nun definiert

TIN kann zur schnelleren Bearbeitung ausgeblendet werden.

Vorteil: zeitsparend!

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7 Modellierung der GeländemöblierungArcToolbox

Bereitstellung der wesent-lichen Flächenshapfiles„Gebauede“, „Hallen“, „Strasse“, „Gewaesser“

Typ: Polygon



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Flächenshapefiles sind geladen.

Digitalisierung erfolgt analog zur Vorgehens-weise nach dem Handbuch „Einstieg in Geoinformationssysteme“!

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Start des Editors in Shapefile „Gebaeude“

Digitalisierung der Ge-bäude

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7 Modellierung der GeländemöblierungRechte Maustaste auf Shapefile „Gebaeude“



Höhen der Höhenspalte auf den Wert „4 m“ändern!


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Start des Editors in Shapefile „Hallen“

Digitalisierung der Hallen-komplexe



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7 Modellierung der GeländemöblierungRechte Maustaste auf Shapefile „Hallen“



Höhen der Höhenspalte auf den Wert „6 m“ändern!


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Start des Editors in Shapefile „Strasse“

Digitalisierung des Wege-netzes


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7 Modellierung der GeländemöblierungErgebnis

Digitalisierung in der Ortslage „Brauersdorf“teilweise fertig gestellt!

Darstellung in ArcScene

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7 Modellierung der GeländemöblierungArcScene

Layer Properties

Einstellung erfolgen analog zur Vorgehens-weise nach dem Hand-buch „Einstieg in Geo-informationssysteme“!

Aufsetzen der digitalisier-ten Objekte auf der Basishöhe des TINs „tin8“



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7 Modellierung der GeländemöblierungErgebnis der 3D-Szene

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Änderung der Perspektive (Blick von unten gegen den Damm)

Extrudierung der Gebäude und Hallen ist erfolgt und gut zu erkennen!

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Änderung der Perspektive (Blick von oben gegen den Damm ins Tal)

Extrudierung der Gebäude und Hallen ist erfolgt und gut zu erkennen!

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Zoom

Wegenetz in dieser Form noch nicht sauber darge-stellt, d.h. es sind noch viele Versprünge zu erkennen.



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3D Analyst

Erzeugen eines zweiten TINs „tin9“ mit Offset = - 0.3, d.h. dass das „tin9“ um 30 cm nach unten versetzt wird!

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7 Modellierung der GeländemöblierungTIN „tin8“

Layer Properties

Display 100 % Volltrans-parenz

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7 Modellierung der GeländemöblierungErgebnis TIN „tin8“

Digitalisierte Objekte und Wegenetz frei im Raum!

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7 Modellierung der GeländemöblierungZuordnung der Shapefiles„Hallen“, „Gebaeude“ und „Strasse“ zur Basishöhe von TIN „tin8“, welches volltransparent und un-sichtbar ist.



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TIN „tin9“ bildet alleine nur noch die gesamte Topo-grafie ab!

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Zoom

Wegenetz in dieser Form schon viel sauberer abge-bildet.

Nur noch vereinzelt Ver-sprünge zu erkennen.

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Zoom

Änderung der Perspektive

Wegenetz in dieser Form schon viel sauberer abge-bildet.

Nur noch vereinzelt Ver-sprünge zu erkennen.

FAZIT: Vorgehensweise kann für die weitere Be-arbeitung empfohlen werden!

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Zoom in den Dammbereich

Nachmodellierung des Dammbereiches erforderlich!

In dieser Form entspricht der Damm noch nicht der Realität.

Problem: ungenaue Höhenpunkte aus der Überfliegung im LVA-Höhenraster vorhanden!



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Start des Editors in Shapefile„Clip_Obernau_2“

Herauslöschen der nicht erforderlichen Höhen-punkte im Bereich der Dammober- und Dammunterkante.

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7 Modellierung der GeländemöblierungVergabe einer einheitl-ichen Dammhöhenober-kante von 373,10 mNN.

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7 Modellierung der GeländemöblierungVergabe einer einheitl-ichen Dammunterkante im Bereich der Höhenlinie „330,00 mNN“.


WS 07/08 - 104 -



Erstellung eines neuen TIN „tin10“

Überschneidung mit altem TIN „tin9“

Dammoberkante ist nun auf einer einheitlichen Höhe

Modellierung schon besser!



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7 Modellierung der GeländemöblierungAltes TIN „tin9“ ausge-blendet

Noch Höhenversprünge im Bereich der Übergänge der Höhenlinien zu erkennen.

Lösung: Zwischeninter-polation!

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Start des Editors in Shapefile„Clip_Obernau_2“

Zusätzliche Zwischeninter-polation von Höhen-punkten zwischen den Höhenlinien an der Dammunterkante der Wasserseite!


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Höhenversprünge sind verschwunden.

Nachmodellierung des Dammes ist fertig und wurde sauber abgeschlos-sen!

WS 07/08 - 108 -


7 Modellierung der GeländemöblierungÄnderung der Perspektive (Blick von oben gegen den Damm ins Tal)

Neuer und sauber model-lierter Dammbereich der Staumauer (Wasserseite)!



WS 07/08 - 109 -


7 Modellierung der GeländemöblierungÄnderung der Perspektive (Blick von unten gegen den Damm)

Neuer und sauber model-lierter Dammbereich der Staumauer (Luftseite)!

WS 07/08 - 110 -


Übersicht










Rückfluss

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8 Ausgestaltung der GesamtszeneArcCatalog

Erstellung der Shapefiles„Baumtyp_1“ und „Baumtyp_2“

Typ: Point

WS 07/08 - 112 -


8 Ausgestaltung der GesamtszeneArcMap

Punktshapefiles sind geladen.

Start des Editors in Shapefiles „Baumtyp_1“und „Baumtyp_2“

Digitalisierung in Shapefile„Baumtyp_1“ als „Misch-wald“ und „Baumtyp_2“als „Nadelwald“

Ändern der entsprech-enden Punktsymbologie




WS 07/08 - 113 -


8 Ausgestaltung der GesamtszeneArcScene

Tools Styles Style References

Einschalten der 3D-Objekte „Trees“

WS 07/08 - 114 -


8 Ausgestaltung der GesamtszeneDoppelklick auf das Punktsymbol von Shape-file „Baumtyp_1“

„3D Trees“ wurden in der Symbologie nun zusätzlich aufgenommen!

Symbol Selector

Auswahl eines entsprech-enden Baumsymbols

Analoge Vorgehensweise für Shapefile „Baumtyp_2“

WS 07/08 - 115 -


8 Ausgestaltung der GesamtszeneArcScene

Tools Styles Style Manager

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8 Ausgestaltung der GesamtszeneMarker Symbols

Doppelklick auf entsprech-enden Baumtyp

Symbol Property Editor

Hier können die entsprech-enden Eigenschaften des 3D-Baumobjektes modifi-ziert werden, z.B. Ausricht-ung in x-, y- u. z- Richt-ung!



WS 07/08 - 117 -


8 Ausgestaltung der GesamtszeneLayer Properties Base Hights

Aufsetzen der Shapefiles„Baumtyp_1“ und „Baumtyp_2“ auf die Ober-fläche des TINs „tin8“, welches volltransparent und unsichtbar ist.

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8 Ausgestaltung der GesamtszeneErgebnis der 3D-Szene

WS 07/08 - 119 -


8 Ausgestaltung der Gesamtszene...Doppelklick auf das Punktsymbol von Shape-file „Baumtyp_1“ und „Baumtyp_2“

Symbol Selector

Änderung der Farbe, der Größe und des Winkels möglich!

Eine Änderung der Größe bewirkt eine Vergrößerung in alle Richtungen.

Eine Änderung des Winkels dreht das Objekt um seine eigene Achse (z-Achse).

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8 Ausgestaltung der GesamtszeneVorher: Keine Ver-änderung der Symbol-eigenschaften!

Nachher: Veränderung der Symboleigenschaften in Farbe, Größe und Winkel!



WS 07/08 - 121 -


8 Ausgestaltung der GesamtszeneErgebnis der 3D-Szene


FAZIT: Zur weiteren Visualisierung der Um-gebung sehr hilfreich! Waldgrenzen und -flächen werden klar ersichtlich. Ein weiterer Schritt in Richtung „Realitätsnähe“!

Mobiliar sollte so ge-wählt werden, dass es realistisch in die Geamt-szenerie passt (z.B. im Hinblick auf die Größe der Objekte).

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Übersicht










Rückfluss

WS 07/08 - 123 -


PRINZIPSKIZZE zur Erläuterung der Vorgehensweise bei der Ermittlung des Überflutungsgebietes!

9 Analyse zur Überflutung der Gesamtszene o. Rückfluss

OK Damm 373,10 mNNh1, V1

h2, V2

h3, V3

h4, V4

h5, V5

∆V1 = V1 – V2

∆V2 = V2 – V3

∆V3 = V3 – V4

∆V4 = V4 – V5

Basishöhe 330,00 mNN ∆V5 = V5 – 0∆V1, h = ?

+∆V2, h = ?

+∆V3, h = ?+∆V4, h = ?+∆V5, h = ?

Bereich 2 = Luftseite Bereich 1 = Wasserseite

Berechnung iterativ mithilfe des 3D Analysten

Berechnung direkt aus 3D Analysten

WS 07/08 - 124 -





h2, V2

h3, V3

h4, V4

h5, V5

∆V1 = V1 – V2

∆V2 = V2 – V3

∆V3 = V3 – V4

∆V4 = V4 – V5


+∆V2, h = ?

+∆V3, h = ?+∆V4, h = ?+∆V5, h = ?






WS 07/08 - 125 -


ArcMap

Aufteilung der Gesamt-szene in zwei Teilbereiche

Bereich 1: Zur Ermittlung der Wasservolumina der Obernautalsperre in Ab-hängigkeit verschiedener Einstauhöhen.

Bereich 2: Zur Ermittlung der Überflutungsbereiche in Abhängigkeit der zeit-lichen Abfolge der Über-flutung.


Bereich 2

Bereich 1

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9 Analyse zur Überflutung der Gesamtszene o. Rückfluss3D Analyst Create/Modify TIN Befehl „Add Features to TIN“

Auswahl von TIN „tin11“

Clipping mit Shapefile„Wasserfleache“(Bereich 1)

Eigenschaft „hard clip“

Abspeicherung als neues TIN „tin12“

WS 07/08 - 127 -


Ergebnis ArcMap

Topografie des Bereiches 1 (Obernautalsperre) nun zur Volumenermittlung definiert.

9 Analyse zur Überflutung der Gesamtszene o. Rückfluss WS 07/08 - 128 -


9 Analyse zur Überflutung der Gesamtszene o. RückflussErgebnis ArcScene

Topografie des Bereiches 1 (Obernautalsperre) nun zur Volumenermittlung definiert.



WS 07/08 - 129 -


9 Analyse zur Überflutung der Gesamtszene o. RückflussArcScene

Wasserfläche auf Regel-stau (370,90 mNN) deckeltden Bereich 1 der Ober-nautalsperreWsp. 370,90 mNN

WS 07/08 - 130 -



1. Volumenberechnung

3D Analyst SurfaceAnalysis Befehl „Areaand Volume“

Input surface: TIN „tin12“

Height of plane:„370,90“ mNN

Calculate statistics belowplane

Z factor: 1

Ergebnis: V1 = 21.482.318,71 m3

Berechnung weiterer Volumina erfolgt analog!

WS 07/08 - 131 -



Wsp. 360,90 mNN


Wsp. 360,90 mNN

Ergebnis: V2 = 14.389.995,02 m3

WS 07/08 - 132 -



Wsp. 350,90 mNN


Wsp. 350,90 mNN

Ergebnis: V3 = 9.958.348,07 m3



WS 07/08 - 133 -



Wsp. 340,90 mNN


Wsp. 340,90 mNN

Ergebnis: V4 = 7.574.961,95 m3

WS 07/08 - 134 -



Wsp. 330,90 mNN


Wsp. 330,90 mNN

Ergebnis: V5 = 6.527.374,43 m3

WS 07/08 - 135 -



Wsp. 330,00 mNN


Wsp. 330,00 mNN

Ergebnis: V6 = 6.461.965,95 m3

ACHTUNG: Sowohl der 3D Analyst als auch die ArcToolbox rechnen hier falsch! Normalerweise müsste hier das Volumen gleich Null sein, da die tiefste Ebene des TINs der Tal-sperre auf 330,00 mNN liegt!

!?!

WS 07/08 - 136 -


Vergleich zwischen 3D Analyst und ArcToolbox

Ergebnisse gleich, aber falsche Berechnung!


!?!

3D Analyst

ArcToolbox



WS 07/08 - 137 -


9 Analyse zur Überflutung der Gesamtszene o. Rückfluss3D Analyst

Vergleich mit Übung „Baugrube“

Deckel: 355,00 mNN

Boden: 351,00 mNN

Heigt of plane:351,00 mNN

Ergebnis korrekt, d.h. Volumen gleich Null!

Dieses Ergebnis wäre bei korrektem Rechenvorgang auch bei Projekt „Ober-nautalsperre“ zu erwarten gewesen, ist aber nicht der Fall!

!?!

WS 07/08 - 138 -


...


Wsp. 330,90 mNN

Weitere Fehleranalyse:


Wsp. 330,90 mNN

Ergebnis (Soll): V5 = 6.527.374,43 m3

Ergebnis (Ist):V5 ≅ 125 m * 290 m * 0,9 m

≅ 32.625 m3

ACHTUNG: Sehr großer Fehler im Vergleich zum tatsächlichen Volumen!

Aussageschärfe zum eigentlichen Projektziel (Bestimmung von Überflut-ungsgebieten mit Einstau-höhe) ist viel zu ungenau!

!?!

WS 07/08 - 139 -



Weitere Fehleranalyse:

Problem ist erkannt! Bei der Generierung des TINs darf bei der Clippingfläche keine „ID“ bei der Höhe mit übergeben werden! Sonst entstehen Randbereiche, die bis auf die Höhe Null herunterreichen und z.B. bei einer Volumenberechnung das Ergebnis, wie vorher beschrieben, verfälschen!!! Hierauf muss immer zwingend geachtet werden!

Vorher

Nachher

WS 07/08 - 140 -


9 Analyse zur Überflutung der Gesamtszene o. RückflussArcMap / ArcScene

3D Analyst Create/Modify TIN Befehl „Add Features to TIN“

Clipping mit Shapefile„Wasserfleache“(Bereich 1)


Height source für Shapefile „Wasserflaeche“

„None“ Sonst ent-stehen Randbereiche am TIN, die bis auf die Höhe Null herunterreichen können und Verfälsch-ungen in der Volumen-ermittlung ergeben!

Ergebnis ArcMap

Ergebnis ArcScene



WS 07/08 - 141 -


9 Analyse zur Überflutung der Gesamtszene o. RückflussAnaloge Ermittlung der Wasservolumina der Obernautalsperre in Ab-hängigkeit verschiedener Einstauhöhen, wie zuvor beschrieben.

Ergebnis: V1 = 13.137.392,07 m3

V2 = 6.531.148,63 m3

V3 = 2.568.826,96 m3

V4 = 638.176,23 m3

V5 = 26.934,43 m3

V6 = 0,00 m3

Höhe(mNN)

Differenzhöhe bezogen auf Basishöhe

(m)

Volumenfalsch(m3)

Volumenrichtig

(m3)

370,9 40,9 21.482.318,71 13.137.392,07

360,9 30,9 14.389.995,02 6.531.148,63

350,9 20,9 9.958.348,07 2.568.826,96

340,9 10,9 7.574.961,95 638.176,23

330,9 0,9 6.527.374,43 26.934,43

330 0 6.461.965,95 0,00

Basishöhe: 330 mNN

Vergleich der Volumenermittlung „falsch“ mit „richtig“

WS 07/08 - 142 -


Höhe(mNN)

Differenzhöhe bezogen auf Basishöhe

(m)

Volumen(m3)

Differenzvolumen(m3)

Bemerkung

370,90 40,90 13.137.392,07 Volumen V16.606.243,44 Volumen V1 - Volumen V2 = ∆V1



340,90 10,90 638.176,23 Volumen V4611.241,80 Volumen V4 - Volumen V5 = ∆V4

330,90 0,90 26.934,43 Volumen V526.934,43 Volumen V5 - Volumen V6 = ∆V5

330,00 0,00 0,00 Volumen V6

Basishöhe: 330,00 mNN

MS Excel

Ermittlung der Höhen-verlaufskurve (Volumina in Abhängikeit der Höhe) der Obernautalsperre.

Differenzvolumina müssen nun auf das Überflutungs-gebiet (Bereich 2) in Abhängigkeit der zeit-lichen Abfolge übertragen werden.

Ergebnis: Höhen der Überflutungstiefen im Bereich 2 Lösung erfolgt iterativ in gleicher Vorgehensweise mithilfe des 3D Analysten Surface Analysis Befehl „Area and Volume“


Höhenverlaufskurve in Abhängigkeit vom Volumen (Obernautalsperre)

330,00

335,00

340,00

345,00

350,00

355,00

360,00

365,00

370,00

375,00

0,00

500.

000,

00

1.00

0.00

0,00

1.50

0.00

0,00

2.00

0.00

0,00

2.50

0.00

0,00

3.00

0.00

0,00

3.50

0.00

0,00

4.00

0.00

0,00

4.50

0.00

0,00

5.00

0.00

0,00

5.50

0.00

0,00

6.00

0.00

0,00

6.50

0.00

0,00

7.00

0.00

0,00

7.50

0.00

0,00

8.00

0.00

0,00

8.50

0.00

0,00

9.00

0.00

0,00

9.50

0.00

0,00

10.0

00.0

00,0

0

10.5

00.0

00,0

0

11.0

00.0

00,0

0

11.5

00.0

00,0

0

12.0

00.0

00,0

0

12.5

00.0

00,0

0

13.0

00.0

00,0

0

13.5

00.0

00,0

0

14.0

00.0

00,0

0

Volumen (m3)

Höh

e (m

NN

)

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

Höh

e (m

)

∆V1∆V2

∆V3

∆V4

WS 07/08 - 143 -





h2, V2

h3, V3

h4, V4

h5, V5

∆V1 = V1 – V2

∆V2 = V2 – V3

∆V3 = V3 – V4

∆V4 = V4 – V5


+∆V2, h = ?

+∆V3, h = ?+∆V4, h = ?+∆V5, h = ?




WS 07/08 - 144 -


9 Analyse zur Überflutung der Gesamtszene o. RückflussArcMap / ArcScene

3D Analyst Create/Modify TIN Befehl „Add Features to TIN“

Clipping mit Shapefile„Grenzbereich_Digitali-sierung“ (Bereich 2)


Ergebnis ArcMap

Ergebnis ArcScene



WS 07/08 - 145 -



Bemerkung∆Volumen

Soll(m3)

∆VolumenIst

(m3)

Einstauhöhe(mNN)

Einstauhöhegerundet

(mNN)

Einstauhöhe(auf Basishöhe)

(m)∆V1 = 6.606.243,44 6.606.243,62 291,6688380 291,67 14,57

∆V1 + ∆V2 = 10.568.565,11 10.568.565,61 295,0370460 295,04 17,94

∆V1 + ∆V2 + ∆V3 = 12.499.215,84 12.499.215,97 296,4095307 296,41 19,31

∆V1 + ∆V2 + ∆V3 + ∆V4 = 13.110.457,64 13.110.457,75 296,8168208 296,82 19,72

∆V1 + ∆V2 + ∆V3 + ∆V4 + ∆V5 = 13.137.392,07 13.137.392,13 296,8345022 296,83 19,73

Basishöhe: 277,10 mNN

ArcScene

Volumenberechnung / iterative Höhenermittlung

3D Analyst Surface Analysis Befehl „Area and Volume“

Ergebnis: ∆V1 = 6.606.243,44 m3 bei h = 291,67 mNN∆V1 + ∆V2 = 10.568.565,61 m3 bei h = 295,04 mNN∆V1 + ∆V2 + ∆V3 = 12.499.215,97 m3 bei h = 296,41 mNN∆V1 + ∆V2 + ∆V3 + ∆V4 = 13.110.457,75 m3 bei h = 296,82 mNN ∆V1 + ∆V2 + ∆V3 + ∆V4 + ∆V5 = 13.137.392,13 m3 bei h = 296,83 mNN

MS Excel

WS 07/08 - 146 -


ArcScene

Aufsetzen der DGK5s auf die Oberfläche des TINs„tin15“ (Bereich 2) zur besseren Lokalisierung der betroffenen Über-schwemmungsgebiete in Abängigkeit der zeitlichen Abfolge!

Einblendung der bereits digitalisierten Objekte (Gebäude, Hallen, Straßen, etc.)


WS 07/08 - 147 -


Ergebnis ArcScene

Verschneidung des Flächen-Shapefiles „Wasserflaeche_Be-reich_2“ im Raum als Ebene mit der Topografie des TINs „tin15“

Überflutungsflächen sind deutlich zu erkennen, einzelne Gebäude liegen komplett unter Wasser!

„Netphen“ und die Orts-teile „Obernetphen“ und „Niedernetphen“ ver-sinken bereits zu etwa 90 % in den Fluten!

Komplette Straßenzüge im Zentrum von Netphen sind unbefahrbar, ebenfalls die Hauptverkehrsstraßen L729 Lahnstraße – Kölner-straße, K62 Kronprinzen-straße – Berleburgerstraße


Wsp. 291,67 mNN

∆V1 = 6.606.243,44 m3

WS 07/08 - 148 -




Überflutungsflächen weiten sich aus, weitere Gebäude liegen komplett unter Wasser!

„Netphen“ und die Orts-teile „Obernetphen“ und „Niedernetphen“ sind zu 100 % in den Fluten ver-sunken!


Wsp. 295,04 mNN

∆V1 + ∆V2 = 10.568.565,61 m3



WS 07/08 - 149 -







Wsp. 296,41 mNN

∆V1 + ∆V2 + ∆V3 = 12.499.215,97 m3

WS 07/08 - 150 -







Wsp. 296,82 mNN

∆V1 + ∆V2 + ∆V3 + ∆V4

= 13.110.457,75 m3

WS 07/08 - 151 -




Überflutungsflächen weiten sich kaum noch aus Maximalüberflutung

„Obernautalsperre“komplett leer gelaufen!



Wsp. 296,83 mNN

∆V1 + ∆V2 + ∆V3 + ∆V4 + ∆V5

= 13.137.392,13 m3

WS 07/08 - 152 -



Aufsetzen der Luftbilder auf die Oberfläche des TINs „tin13“ (Kompletter Untersuchungsbereich)

Überflutungsflächen bei Maximalüberflutung


Analyse aus der Vogel-perspektive lässt die betroffenen Überflut-ungsgebiete besser erken-nen!



WS 07/08 - 153 -



Aufsetzen der Luftbilder auf die Oberfläche des TINs „tin13“

Zoom ins Überflutungs-gebiet bei Maximaleinstau

Überflutungsflächen bei Maximalüberflutung


Gut zu erkennen: „Netphen“ und die Orts-teile „Obernetphen“ und „Niedernetphen“ sind zu 100 % in den Fluten ver-sunken!

WS 07/08 - 154 -


ArcScene


Überflutung von „Netphen“ und weiteren Ortsteilen bei Maximal-einstau gut zu erkennen!


WS 07/08 - 155 -



Änderung der Perspektive (Zoom ins Tal)


WS 07/08 - 156 -



Änderung der Perspektive (Blick aus dem Tal gegen den oberhalb liegenden Staudamm)




WS 07/08 - 157 -



FAZIT:Im Hinblick auf die statische Analyse des Flutszenarios „Bruch der Obernautalsperre“ sind die sich ergebenen Wasserspiegellagen und daraus resultierenden Überflutungsflächen aus den v.g. Berechnungsergebnissen durchaus plausibel!

Allerdings berücksichtigt diese Analyse keine dynamischen Prozesse, d.h. die Fließvorgänge, die aufgrund der vorhandenen Topografie und der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Wassers bei einem „Bruch der Obernautalsperre“ tatsächlich auftreten würden, bleiben unberücksichtigt!

Wesentlich für die Gesamtanalyse ist z.B. die Tatsache, dass bei einem „Bruch der Obernautal-sperre“ zuerst die Ortslage „Brauersdorf“ durch eine enorme, plötzlich auftretende Wasserwand betroffenen wäre. In diesem Bereich würden die weitestgehend größten Schäden auftreten, da hier eine „Riesenwelle“ noch ihre größte Zerstörungskraft besitzen würde.

Die Ortslage „Brauersdorf“ bleibt jedoch aufgrund ihrer höheren Topografie bei der statischen Analyse unberücksichtigt (Fehler)!

Die in unserem Projekt angewandte statische Analyse stellt allenfalls einen Zeitabschnitt des dynamischen Fließvorgangs dar, wie z.B. die Situation, die sich einstellen könnte, wenn der Gesamtabfluss sich im Tal nach längerer Zeit ausbreiten und eine Art „Seenlandschaft“ bilden würde!

WS 07/08 - 158 -



Projektdokumentation „Flutszenario“ (2) Import der ... · Anwendungen von GIS 05.02.08 Marc...

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