Einsatz von Remote Sensing und GIS Projektbeispiele aus der Praxis

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1 Einsatz von Remote Sensing und GIS Projektbeispiele aus der Praxis Ernst Basler + Partner AG esriuserforum.ch Workshop Remote Sensing und GIS 23. Juni 2009

2 Unternehmensprofil Ernst Basler + Partner Ein interdisziplinäres Ingenieur-, Planungs- und Beratungsunternehmen Zollikon Sicherheit Informatik + GIS Umwelt + Wasser Ressourcen + Klimaschutz Zürich Raum- und Standortentwicklung Verkehr Konstruktiver Ingenieurbau Infrastruktur- und Verkehrsbau Energie + Technik 300 MitarbeiterInnen verschiedenster Fachdisziplinen mit Erfahrungen aus durchschnittlich 17 Berufsjahren Öffentliche und private Kunden im In- und Ausland Potsdam Information und Kommunikation Mess- und Leittechnik Projektmanagement, Support und Vertrieb Raum und Verkehr

3 Unternehmensprofil Ernst Basler + Partner Fachliche Kompetenz und interdisziplinäre Zusammenarbeit Beraten + Planen Sicherheit Umwelt + Wasser Ressourcen + Klimaschutz Raum- und Standortentwicklung Verkehr Informatik Informatik + GIS EBP Potsdam (IT) Planen + Bauen Konstruktiver Ingenieurbau Infrastruktur- und Verkehrsbau Energie + Technik Querschnittsfelder Projektmanagement Nachhaltige Entwicklung Wirtschaft und Gesellschaft Strategie- und Unternehmensberatung

4 Unternehmensprofil Ernst Basler + Partner Geschäftsbereiche und Tätigkeitsfelder

5 Unternehmensprofil Ernst Basler + Partner Fachlicher Hintergrund unserer Mitarbeitenden Bau-, Maschinen- und Werkstoffingenieurwesen* 24% Heizung, Lüftung, Klima, Sanitär- und Elektroingenieurwesen* 14% Raum- und Verkehrsplanung, Geografie, Architektur* 14% Umwelt- und Naturwissenschaften, Agronomie 14% Wirtschafts-, Geistes- und Sozialwissenschaften, Recht 8% Informatik, Mathematik 18% Kaufmännische Ausbildungen, Sekretariat, zentrale Dienste 8% * inkl. Techniker, Zeichner, Grafiker und Bauleiter

6 Unternehmensprofil Ernst Basler + Partner Kundenstruktur in % des Umsatzes Öffentliche Verwaltung Öffentlich-rechtliche Unternehmen Schweiz (insgesamt 78%) 12% 28% Private Unternehmen und Privatpersonen 38% Ausland 22%

7 Unternehmensprofil Ernst Basler + Partner Standorte Zollikerstrasse 65 Mühlebachstrasse 11 Tuchmacherstrasse Zollikon 8032 Zürich Potsdam Telefon Telefon Telefon Fax Fax Fax

8 Tätigkeitsfeld Geoinformation Léa Herzig Robert Ladner Richard Meyer Umweltnaturw. EPFL Lausanne seit 2008 Hochbauzeichner, Werbegrafiker seit 1978 Geograf Uni ZH seit 1995 Jürg Mannes Geograf Uni ZH seit 2005 Stephan Heuel Dr. sc. nat., Inf. Ing. Uni Bonn seit 2007 (02-05) Nicole Stahel Geografin Uni ZH seit 2007 Kathrin Kellenberger Geografin Uni ZH Webdesignerin, Kartografin seit 2007

9 IT Infrastruktur Server: Windows 2003 Server, 2 TByte geodatabase 15 GIS work stations, Windows XP, 1 Calcomp Digitizing Board A0, 2 Plotter A0+ ESRI ArcGIS 9.3 Desktop + Spatial Analyst, 3D Analyst, Tracking Analyst und Publisher, ArcSDE 9.3, ArcIMS 9.3, ArcGIS Server 9.3 PCI Geomatica 9.0 Oracle 10g Spatial, MS IIS 6.0, MS Visual Studio.NET 2007 Macromedia Dreamweaver, Adobe Photoshop, Adobe Illustrator

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11 Projektbeispiele Hochwasser- Gefahrenatlas Mosel DHM Einzugsgebiet der Mosel Bewölkungsgrad Schweiz Satellitenkarte Puri Schadenerwartung Hurrikan Ivan Master Plan Owerri, Okigwe und Oguta

12 Schadenerwartung nach Hurrikan Ivan Ziele Satellitenkarte Erfassung des Bebauungs- und Zerstörungsgrads Anwendung des zuvor entwickelten «Handbook for Rapid Mapping» Untersuchungsgebiet Cayman Island Zeitraum September 2004 Auftraggeber PartnerRe, Zürich

13 Handbuch: Inhalt Überblick Phase I: Initialisierung Phase II: Datenbeschaffung Phase III: Informationsextraktion Phase IV: Integration Phase V: Debriefing Anhang: Produktbeschreibungen und Preise Kommunikation Abkürzungen und Begriffe Beispiele

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15 Einsatzmöglichkeiten: «National» Beispiel Feuer

16 Einsatzmöglichkeiten: «Regional» Beispiel Erdbeben

17 Einsatzmöglichkeiten: «Lokal» Beispiel Terroranschlag

18 Anwendungsbeispiel: Hurrikan «Ivan» Drei Jahrhundert-Stürme in nur sechs Wochen Wegen Ivan neue Landkarten Einer Studie von Risk Management Solutions zufolge könnten sich die Kosten, die durch den Hurrikan Ivan entstanden sind, auf $3-$6 Milliarden summieren. Der Hurrikan «Ivan» und der Taifun «Songda» drücken auf die Rechnung von Swiss Re. Die Gesellschaft erwartet als Folge der Unwetter eine Schadenbelastung in der Höhe von rund 300 Millionen Dollar.

19 Entstehung: 2. September 2004 Auflösung: 24. September 2004

20 Spitzenwindgeschwindigkeit: 270 km/h (neuntstärkster atlantischer Hurrikan seit Wetteraufzeichnung)

21 92 direkte, 32 indirekte Opfer:

22 Schäden: $19.2 Milliarden $ 13 Milliarden in USA, fünftteuerster Hurrikan)

23 Mittwoch 15. September 2004, 10:58 Uhr Anfrage PRECED Space

24 Mittwoch 15. September 2004, tagsüber Zusammentragen und Integration von Geodaten Suchen und Aufbereiten von Satellitenbildern: MODIS Rapid Response System (Terra/Aqua) Operational Significant Event Imagery (NOAA) Landsat Archivbilder Visualisierung des Hurrikan-Durchgangs: Naval Research Laboratory Monterey: Automated Tropical Cyclone Forecast System (ATCF) Evaluation von Satellitensystemen für aktuelle Aufnahme Visualisierung Durchgang von Ivan (Tracking Analyst Extension) (Movie)

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26 Donnerstag 16. September 2004, 10:50 Uhr Statusbericht an Kunden: Mögliche Satellitensysteme für die aktuelle Aufnahme: Spot Ikonos Quickbird Verhandlungen mit European Space Imaging laufen (Ikonos) Aufnahmemöglichkeit Freitag 17. September 15:10 Uhr: Ikonos-Szene bestellt 1m pan 15km x 10km 11bit

27 Freitag 17. September 2004, tagsüber Suche nach Satellitenbildern im Internet Zweck: Vergleich vorher - nachher Anforderungen: möglichst derselbe Ausschnitt gute räumlich Auflösung Suche verläuft erfolglos Probelauf Ikonos-Szene Suche nach Karten u. Ground Truth

28 Freitag 17. September 2004, 17:06 Uhr Ikonos nimmt Grand Cayman Island auf Lieferung vorgesehen für Montagmorgen Wettersituation noch unklar

29 Montag 20. September, tagsüber 10:23 Uhr: Aufnahme- oder Übermittlungsprobleme; Information an PartnerRe, vorläufiger Stopp der Aktivitäten 16:00 Uhr: Beginn Arbeitstag in den USA, Ikonos-Bild für ca. 21:00 Uhr vorgesehen Konzeptionelle Vorarbeiten für Bildinterpretation, Vorbereitung Kartenlayout 21:45 Uhr: Beginn Download von FTP-Server

30 Dienstag 21. September, 05:56 Uhr 01:15 Uhr: Fertigstellung Download Datenaufbereitung und -auswertung Lieferung der Resultate an PartnerRe: Karte (Grafik) Ausschnitte Interpretation

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35 Vergleich vorher - nachher

36 Interpretation des Schadensausmasses Methodik Aufteilung in Rasterzellen von 500x500m Visuelle Beurteilung durch zwei unabhängige InterpretInnen Schadensgrad in 6 Stufen Immobilienanteil in Flächenprozent Produkte Schadensausmass in % pro Zelle (Geodaten) Schaden in $ pro Zelle und Total

37 Validierung durch PartnerRe Multiplikation der «totalen Summe der versicherten Werte» (TSI) mit dem Schadensausmass -> Schaden in $ pro Zelle Gute Übereinstimmung mit den Zahlen der «Verantwortlichen» War das gute Resultat Zufall? Zahlen liegen nur für ganz Cayman vor, Auswertung deckt nur einen Teil ab Sind Hochwasserschäden sichtbar?

38 Hochwasser-Gefahrenatlas Mosel Ziele Erarbeitung von grenzüberschreitenden Intensitätsund Gefahrenkarten für Hochwasser Aufbau eines grenzüberschreitenden Hochwasser-GIS Kommunikation der Resultate für Luxemburg und Rheinland- Pfalz Zeitraum Auftraggeber Ministerium des Innern, Luxemburg Wasserwirtschaftsbehörde, Trier

39 Datenerfassung Terrestrische Vermessung Laserscanning Satelliten-/Luftbilder

40 Produkte Intensitäts- und Gefahrenkarten für Hochwasser, 1: GIS mit allen Hochwasserinformationen

41 Datenbeschaffung Ikonos 33 Satellitenaufnahmen von Space Imaging Aufnahmedatum: Juni 2000 und Juli 2001 Gewässer Juni - Juli 2001 Juni - September 2000 Anteil der Bewölkung über Flussgebiet < 3%

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43 Vorgehen Radiometrische Skalierung u.a. 11bit -> 8bit Orthorektifizierung auf Basis von amtlichen topografischen Daten und Laserscanning DHM zwischen 7 und 43 GCP pro Szene total ca. 700 GCP Mosaikierung Kachelung 2 km x 2 km

44 Satellitenkarte Puri (Indien) Ziele Satellitenkarte für die Stadtplanung Zeitraum 2005 Auftraggeber Architekturbüro Wegmann, Zürich

45 Archiv-Suche Quickbird Ikonos Spot Auswahl der besten Szene Orthorektifizierung ohne Passpunkte Prozessierung zur Karte und als GIS-Datensatz

46 Digitales Höhenmodell Einzugsgebiet der Mosel Ziele Digitales Höhenmodell 20 m ganzes Einzugsgebiet der Mosel (FR, LU, BE, DE) Luxemburger und deutsche Kartenprojektion Dauer 2008 Auftraggeber Administration Géstion de l Eau, Luxembourg Landesamt für Umwelt, Wasser und Gewerbeaufsicht Rheinland- Pfalz

47 Produkt Daten: SRTM-Daten der NASA, 90 m DHM Luxemburg, 5 m DHM Rheinland-Pfalz, 10 m Prozessierung: Umwandlung der SRTM-Daten in Punkte Umprojektion Ausdünnung der Punkte aus DHM Luxemburg Mosaikierung Umwandlung in Raster

48 Bewölkungsgrad in der Schweiz Ziel Effektiver Bewölkungsgrad / effektive Sonnenscheindauer in Prozent bzw. in Stunden Dauer 2008 Client Standortplanung (Immobilien, Solarenergie, Tourismus)

49 Vorgehen Daten NOAA-AVHRR (August 2002 bis September 2008) MODIS Terra/Aqua (von Oktober 2008 bis heute) Vorgehen Monatlicher Download vom Web- Archiv Bestimmung der Abdeckung und des Blickwinkels -> Selektion der optimalen Szene pro Tag Monatliche Statistik für jeden Ort (Effektiver Bewölkungsgrad) Kombination mit theoretischer Sonnenscheindauer (geländeabhängig)

50 Master Plan Owerri, Okigwe und Oguta (Nigeria) Ziele GIS Daten und Satellitenkarte für Stadtplanung Massstab 1: Dauer ab 2009? Auftraggeber Government of Imo State, Nigeria

51 Vorgehen Gebietsabgrenzung Greater area (Radius von ca. 12 km) Medium area (Radius von ca. 6 km) Close-up area (Radius von ca. 3 km)

52 Vorgehen Greater area Spot 2.5 bis 10m (für M 1:50 000) Medium area Close-up area Quickbird 0.64 bis 2.4m Luftbilder 0.25m (für M 1:12 500) (für M 1:2 500)

53 Vorgehen DHM mittels flugzeuggestütztem Laserscanning 2 Punkte / m 2 TIN, Isolinien, Schräglichschattierung, Hangneigung, Exposition 3D Stadtmodell

54 Fazit Fernerkundung bei EBP: ~25% der Umsatzes für das Tätigkeitsfeld Geoinformation davon ~8% Satellitenfernerkundung keine «reinen» FernerkundlerInnen EBP spezialisiert auf Anwendungen, keine Forschung viele kleinere Aufträge (Darstellungen, Karten) Naturgefahren, nachhaltige Energien wenig ESA- oder Militär-Aufträge

55 Fazit Weshalb kein Durchbruch? Zugang zu Daten immer noch zu schwierig Verfügbarkeit Formate (wenig «User-Ready-Produkte») Preise Markt nicht sehr gross Für ESA zu klein oder zu wenig Forschungsorientiert Konkurrenz aus Hochschulbereich? Google Earth als «Botschafter»?

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