Die FME als zentrales Werkzeug für das Datenmanagement des 3D-Stadtmodells Karlsruhe

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Uwe Kraus
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1 Die FME als zentrales Werkzeug für das Datenmanagement des 3D-Stadtmodells Karlsruhe Thomas Hauenstein Stadt Karlsruhe, Liegenschaftsamt FME 2015 World Tour am 22. April 2015 in Köln

2 Komponenten des 3D-Stadtmodells Karlsruhe Gebäudeobjekte (Level of Detail) Sonstige Objekte LoD1 - gesamtes Stadtgebiet Gelände mit Nutzung - gesamtes Stadtgebiet LoD2 - einfach - gesamtes Stadtgebiet Brücken, Tunnel - Innenstadt und projektbezogen LoD2 - Innenstadt und projektbezogen Denkmale - Innenstadt (zum Teil) LoD2 - fotorealistisch - Innenstadt Vegetation - städtische Bäume LoD3 - Landmarks Stadtmobiliar - Innenstadt 2

3 Komponenten des 3D-Stadtmodells Karlsruhe Zwei Grundvarianten: Generisches Modell Fotorealistisches Modell für das gesamte Stadtgebiet für den Kernbereich der Innenstadt 3

4 Generisches Modell 4

5 Fotorealistisches Modell 5

6 Systemüberblick Datenerfassung Datenhaltung Gelände Datenbereitstellung verschiedene 3DDatenformate LaserscanBefliegung 2010 Terrestrische Aufnahme Dienstleistungen Gebäude Bauakten-Auswert. CAD-Konstruktion Phototexturierung 3DDatenbank Intranet / Internet 6

7 CityGML international standardisiertes Austauschformat und Datenmodell für 3D-Stadtmodelle seit 2008 offizieller OGC-Standard ursprünglich konzipiert von der SIG3D (Special Interest Group 3D) ermöglicht eine strukturierte Repräsentation von 3DStadtmodellen nicht nur Geometrien und ihre Erscheinung (Texturen, Farben) sondern auch Semantik (Sachdaten) und 3D-Topologien mit dem Modellierungshandbuch der SIG3D existiert ein wichtiges Qualitätskonzept für 3D-Stadtmodelle gibt Empfehlungen für die richtige Modellierung von 3D-StadtmodellObjekten in CityGML Thomas Hauenstein - Nutzung des DGM bei der Stadt Karlsruhe 7

8 Datenerfassung Gebäude LoD2 Produktionsumgebung Gebäudemodelle - Erstellung durch photogrammetrische Auswertung und CAD-Konstruktion - projektweise Datenhaltung im dwg-format Aufbau des Layernamens <gebaeude_id>_<flaechenauspraegung> -> <gebaeude_id> = Gebäudekennzeichen -> <flaechenauspraegung> = Flächenausprägung Beispiel: A Wand 8

9 Datenerfassung Gebäude LoD2 9

10 Datenerfassung Gebäude LoD2 DWG Geometrie Layername Gebäudemodell LoD2 Nutzung / Adresse Dachform / Höhen GebKnz Proj-Nr. SHP SHP Metadaten function usage 3DDatenbank (SGJ3D) rooftype Grundrisse Projektübersicht 10

11 Schnittstellen Datenerfassung - Datenhaltung Aktueller Stand Shape XYZ DWG DWG 3DDatenbank 11

12 Schnittstellen Datenerfassung - Datenhaltung Zielkonzept 2015 Shape XYZ DWG DWG DWG Validierung DWG DWG 3DS JPG Shape 3DS DWG 3DDatenbank Shape 3DS 12

13 3D-Anwendungen in der Stadtverwaltung KASIG: Umgestaltung Europaplatz im Rahmen der Kombilösung 13

14 3D-Anwendungen in der Stadtverwaltung Wirtschaftsförderung: Vermarktung von Gewerbeimmobilien 14

15 3D-Anwendungen in der Stadtverwaltung KEK: Projekt Sonne trifft Dach (Solarkataster Karlsruhe) 15

16 3D-Anwendungen in der Stadtverwaltung Gartenbauamt: Standortplanung von Windenergieanlagen 16

17 3D-Anwendungen in der Stadtverwaltung Gartenbauamt: Standortplanung von Windenergieanlagen 17

18 3D-Anwendungen in der Stadtverwaltung Stadtmuseum: Historisches Karlsruhe Ein Projekt der Hochschule Karlsruhe in Kooperation mit dem Stadtmuseum und dem städtischen Liegenschaftsamt

19 weitere Einsatzbereiche 2014 / Sichtachsenanalysen für geplante Funkempfangsanlagen Analyse - Hochwassersimulationen - ökologische Untersuchungen - Wärmebedarfssimulationen Visualisierung - Gründachpotenzialkataster - Projekt Autonome Fahrzeuge Windausbreitungsmodell Badische Meile - Lichtplanung für die Innenstadt - Karlsruher Schlossturm als Sonnenuhr - Planungen von Neu- / Umbaumaßnahmen - Straßenbahnsimulator der VBK - Städtebaulicher Rahmenplan Klimaanpassung 19

20 Datenbereitstellung: aktueller Stand Experten: Datenexport 3D-Datenbank (SGJ-3D) 3D-SHP DXF SKP 3DS CityGML 3D-PDF - 3D-Stadtmodell XYZ Intranet: Datenexport 3D-Datenbank (ESRI-SDE) 3D-SHP DXF XYZ - DGM, Laserpkt. Geodaten-Auskunft 20

21 Datenbereitstellung: Zielkonzept 2016 Experten: Datenexport 3D-Datenbank (SGJ-3D) 3D-SHP DXF SKP 3DS CityGML 3D-PDF - 3D-Stadtmodell XYZ Intranet: Datenexport 3D-Datenbank (ESRI-SDE) - DGM, Laserpkt. - 3D-Stadtmodell Geodaten-Auskunft 3D-SHP DXF SKP 3DS XYZ??? 21

22 Wichtige 3D-Transformer 3DForcer Umwandlung von 2D-Daten in 3D-Daten durch Zuweisung von Z-Werten SurfaceDraper Umwandlung von 2D-Daten in 3D-Daten durch Verschieben (Drapieren) auf ein vorhandenes Geländemodell Extruder Erstellung von 3D-Modellen durch Extrusion von Linien oder Flächen mit einem Z-Wert 22

23 FME-Prozesse für die 3D-Bearbeitung Erstellung von Gebäudemodellen LoD1 (Klötzchenmodelle) Funktionsweise Durch Verschneidung der Gebäudegrundrisse mit dem Digitalen Geländemodell und mit Laserscandaten wird die Gebäudehöhe ermittelt. Durch Extrusion der Grundrisse um die Gebäudehöhe entsteht das LoD1-Gebäudemodell. Wichtigste Transformer PointOnAreaOverlayer / ListSorter / ListIndexer / 3DForcer / Extruder 23

24 FME-Prozesse für die 3D-Bearbeitung Stockwerksbezogene thematische Darstellungen Funktionsweise Aus Gebäudegrundrissen wird in Abhängigkeit vom Attribut Anzahl der Stockwerke für jedes Stockwerk ein 3D-Modell erzeugt. Diese Stockwerksmodelle werden je nach stockwerksbezogenen Sachdaten, z.b. Nutzung, Lärmpegel, eingefärbt Wichtigste Transformer Cloner / 3DForcer / Extruder Beispiel Darstellung von Lärmwerten an Gebäuden 24

25 FME-Prozesse für die 3D-Bearbeitung Erstellung von texturierten 3D-Wänden Funktionsweise Auf den Umringen von Flächen werden senkrechte Wände erzeugt. Die Wände werden mit Fototexturen versehen. Wichtigste Transformer GeometryCoercer / 3DForcer / Extruder / AppearanceSetter Beispiel Erstellung von Baustellenzäunen 25

26 FME-Prozesse für die 3D-Bearbeitung Positionierung von 3D-Modellen an Punkten Funktionsweise An punktförmigen Objekten werden in Abhängigkeit von einem Attribut, welches die Objekte näher beschreibt, entsprechende 3D-Modelle platziert. Wichtigste Transformer GeometryExtractor / GeometryReplacer / 3DForcer Beispiel Automatisches Pflanzen von Bäumen für die Software SketchUp 26

27 Erstellung Lärmkataster 3D Lärmschutzwände Straßen Isophonen Gelände / Gebäude Lärmschutzwälle Lärmpegel Gebäude / max. Lärm 27

28 Erstellung Lärmkataster 3D Lärmschutzwände Straßen Isophonen Gelände / Gebäude Lärmschutzwälle Lärmpegel Gebäude / max. Lärm 28

29 Fazit Die FME ist das optimale Werkzeug für die Bearbeitung und Konvertierung der Daten des 3D-Stadtmodells Karlsruhe. Leistungsfähige Reader und Writer für die gängigsten 3D-Formate sind inzwischen verfügbar. Der CityGML-Reader und -Writer wurde in den letzten Jahren konsequent weiterentwickelt. Die Anzahl 3D-fähiger Transformer wächst stetig. Der FME Data Inspector ist das ideale Werkzeug zur Datenanalyse. Durch den Einsatz von FME und CityGML sehen wir uns für zukünftige Entwicklungen sehr gut gerüstet. Die verschiedensten Wünsche für das breite Anwendungsspektrum des 3D-Stadtmodells sind realisierbar. Eine Migration aus dem CityGML-Datenmodell in kommende Standards (ALKIS-3D, Inspire) ist machbar. 29

30 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Tägliche CO2-Emissionen aller Privathaushalte von Karlsruhe 30

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