Anforderungen an digitale Höhenmodelle aus der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung

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1 DIN-Workshop: Normungsvorhaben DIN : Anforderungen an digitale Höhenmodelle Anforderungen an digitale Höhenmodelle aus der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung Herbert Brockmann Berlin, DIN-Workshop Berlin, 25./ Seite 1

2 Agenda Begriffe (WSV) Nutzerorientierte Anforderungen Geländedatenerfassung Datenmodellierung Ausblick DIN-Workshop Berlin, 25./ Seite 2

3 Digitale Modelle Digitales Höhenmodell (DHM): kontinuierliche Beschreibung der Geländeoberfläche, diskretisiert in Form von Stützpunkten Digitales Oberflächenmodell (DOM): kontinuierliche Beschreibung der Oberfläche, diskretisiert in Form von Stützpunkten Digitales Geländehöhenmodell (DGHM): DHM ergänzt um Zusatzinformationen (z.b. Bruchkanten) Digitales Geländemodell (DGM): DGHM ergänzt mit eindeutiger Funktion z = F(x,y) (2,5D-Repräsentation) DIN-Workshop Berlin, 25./ Seite 3

4 Stützpunkte GRID TIN Hybrides Datenmodell DIN-Workshop Berlin, 25./ Seite 4

5 Modellqualität Genauigkeit Auflösung Qualität Schönheit Idealvorstellung: DGM stimmt im Optimalfall im Rahmen der Erfassungsgenauigkeit mit den Stützpunkten (DHM) überein z. B.: TIN mit vorgegebener Dreiecksstruktur (i. d. R. beste Annäherung) DIN-Workshop Berlin, 25./ Seite 5

6 Standardprodukt: DGM-W(asserlauf) Vorlandgelände, (HQ 100 extrem ) Wasserwechselzone BWaStr- Sohle Verfahrenunabhängiges Basisprodukt: 1m-Qudratgitter TIN DIN-Workshop Berlin, 25./ Seite 6

7 DGM-W-Nutzung Hydrodynamisch-numerische Modellierung Bestandsaufnahme (z. B. Buhnen-/Parallelwerke) Beweissicherung Ökologische Untersuchungen Visualisierung von Vorhaben. DIN-Workshop Berlin, 25./ Seite 7

8 Laufende BWaStr-Projekte Datenerfassung und DGM-W-Modellierung: 5310 km² 1140 km Datenerfassung: 270 km² 70 km DGM-W-Modellierung: 1830 km² 750 km DIN-Workshop Berlin, 25./ Seite 8

9 DGM-W Niederrhein Bearbeitungsfläche: km ² WSV 865 km² Zusatzfläche NL: 90 km² Zusatzfläche GEObasis.nrw: 850 km² Vorgabe zur Datenerfassung: Niedrigwasser (NW) bzw. Mittelwasser (MW) Produkte: DGM-W.. DIN-Workshop Berlin, 25./ Seite 9

10 Befliegungen Tide-/Außenelbe Bearbeitungsfläche: km ² WSV km² Zusatzfläche HPA: 170 km² Vorgabe zur Datenerfassung: Mittleres Tideniedrigwasser (MTnw) 25 cm Produkte: DGM-W.. DIN-Workshop Berlin, 25./ Seite 10

11 Nutzereinbindung Leistungsbeschreibung, verbindlich abgestimmt zwischen Bedarfsträgerschaft und Bedarfsdeckung: Veranlassung Projektumfang Nutzeranforderungen Geländedatenerfasung TP 1 Gewässerbettdatenerfassung (DHM-S(ohle) TP 2 Georeferenzierte, plausibilisierte und klassifizierte ALS-Daten TP 3 DGM-W-Modellierung TP 4. Abschlussbericht TP m Projektablauf-, QS-, Datensicherungsplan TP n. DIN-Workshop Berlin, 25./ Seite 11

12 Standardanforderungen Geländedatenerfassung Aufnahmetechnik Airborne Laser-Scanner Auflösung: Vorlandgelände: 4 Punkte pro m² Wattflächen: 1 4 Punkte pro m² Absolute erweiterte Objektpunktunsicherheit U 95 (p= 95%), gem. Leitfaden zur Angabe der Unsicherheit beim Messen Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement : Lage: U x = U y 30 cm 50 cm Höhe: U H 15 cm DIN-Workshop Berlin, 25./ Seite 12

13 ALS-Geländeklassen Flach bis wenig geneigtes Gelände, ohne bzw. mit geringem Bewuchs: d max = 15 cm Stark geneigtes Gelände, ohne bzw. mit geringem Bewuchs: d max = 40 cm Flach bis wenig geneigtes Gelände, mit Baum- und dichtem Bodenbewuchs: d max = 30 cm DIN-Workshop Berlin, 25./ Seite 13

14 ALS-Messpunktdichte Originäre 3D-Messpunkte, Last Pulse, 5mx5m-Fläche: jede 25m²-Fläche erhält mindestens einen Wert für die berechnete Punktdichte pro m², wobei die berechnete Punktdichte mindestens der geforderten Punktdichte entsprechen muss 80% der 1mx1m-Kacheln jeder 25m²-Fläche müssen der geforderten Punktdichte genügen Nachweise: numerisch und graphisch aufbereitete Statistiken Begründung der Abweichungen DIN-Workshop Berlin, 25./ Seite 14

15 ALS-Messpunktabstand Originäre 3D-Messpunkte, Last Pulse: bei 4 Punkten pro m²: max. 60 cm längs und quer zur Flugstreifenanordnung Dreiecksvermaschung der Messpunkte Nachweise: numerisch und graphisch aufbereitete Statistiken Begründung der Abweichungen DIN-Workshop Berlin, 25./ Seite 15

16 ALS-Datenklassifizierung Wasser-Land-Grenze (WLG) Bodenpunkte, Last Pulse: Gelände trocken gefallene Wasserflächen Wasserbauwerkspunkte, Last Pulse.. DIN-Workshop Berlin, 25./ Seite 16

17 Zusätzliche bedarfsorientierte Datenerfassungen RGB-Bilddaten parallel zur ALS-Befliegung: WLG-Bestimmung GSD= 50 cm Photogrammetrische Befliegungen (RGBNir): Veranlassung: Wasserwechselzone, Bruchkanten, WLG, Digitale BWaStr-Karte 1:2.000, Orthophotos GSD= 8 cm 20 cm Ereignis: NW bei eintretendem Ereignis, MW in der vegetationsarmen Zeit DIN-Workshop Berlin, 25./ Seite 17

18 Einzuhaltende Wasserstände DGM-W Niederrhein ALS: W MW PB NW : W NW PB MW : W MW DIN-Workshop Berlin, 25./ Seite 18

19 Einzuhaltende Wasserstände Befliegungen Tide-/Außenelbe DIN-Workshop Berlin, 25./ Seite 19

20 QS-LIDAR-BWaStr Planung / Durchführung: Flugfreigabe Nachweise: Gebietsabdeckung, Messpunktdichte, Messpunktabstände,.. Datenprozessierung: Georeferenzierung, Plausibilisierung Klassifizierung Begleitende AN-QS-Maßnahmen.. DIN-Workshop Berlin, 25./ Seite 20

21 DGM-W-Modellierung Eingangsdaten: klassifizierte ALS-Punktwolken abgeleitete oder photogrammetrisch gemessene 3D-Kanten DHM-Sohle, 1m-Quadratgitter ggf. 25m- / 100m-Querprofile mit/ohne Landanschlüssen ggf. digitale Gebäudeinformationen Bestandsinformationen von Wasserbauwerken.. Ausführung: Lineare Prädiktion, ggf. in Kombination mit Moving Planes bei Datenlöchern in der Wasserwechselzone.. DIN-Workshop Berlin, 25./ Seite 21

22 DGM-W DIN-Workshop Berlin, 25./ Seite 22

23 DGM-W-Produkte Quadratgitter: 1 m 5 m. TIN: nicht ausgedünnt ausgedünnt nach morphologischen Kriterien Differenzenmodelle Querprofile DIN-Workshop Berlin, 25./ Seite 23

24 QS-DGM-W Sichtung, Datenaufbereitung WLG, Bruchkantengenerierung DGM-W-Modellierung: Übergänge: Vorland- Wasserwechselzone- Gewässersohle nebenliegende Gewässerflächen Datenlücken Begleitende AN-QS-Maßnahmen.... DIN-Workshop Berlin, 25./ Seite 24

25 Erforderliche F&E-Aktivitäten ALS: automatische / teilautomatische WLG-Bestimmung teilautomatische 3D-Bruchkantenableitung InSAR (Single-Pass), flugzeuggestützt Operationelle satellitengestützte Aufnahmeverfahren DIN-Workshop Berlin, 25./ Seite 25

26 Anforderung an die Normung Begriffe: Produkte (u. a. DHM, DGM, DOM) Aufnahme-/Auswertetechniken Quantitäts- / Qualitätskriterien (u. a. Stützpunkt-, Modellgenauigkeit, Messpunktdichte). Anwendungen mit Standards (mit Quantitäts- / Qualitätskriterien): Datenerfassung (u. a. Techniken, Klassen) Datenmodellierung (u. a. Algorithmen, Produkte).. DIN-Workshop Berlin, 25./ Seite 26

27 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Herbert Brockmann Referat Geodäsie Bundesanstalt für Gewässerkunde Am Mainzer Tor Koblenz Germany Tel.: , Fax: brockmann@bafg.de DIN-Workshop Berlin, 25./ Seite 27