Mit Esri Technologie ins Web - Erstellung eines Prototyps für ein internetbasiertes 3D-Solarkataster

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Helmut Friedrich
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1 Mit Esri Technologie ins Web - Erstellung eines Prototyps für ein internetbasiertes 3D-Solarkataster Thomas Hauenstein Stadt Karlsruhe, Liegenschaftsamt 13. Esri Anwendertreffen Baden-Württemberg HFT Stuttgart, 16. Juni 2016

2 Motivation Die Nutzung von 3D-Stadtmodellen im Internet bietet wichtige neue Anwendungsmöglichkeiten für die Bereiche Bürgerinformation und Bürgerbeteiligung Mit der Web-Technologie WebGL können 3D-Szenen ohne zusätzliche Plugins oder Viewer direkt im Browser angezeigt werden ist im neuen Webstandard HTML5 enthalten ist auf allen gängigen Browsern neueren Datums ablauffähig seit 2015 entstanden einige WebGL-basierte Lösungen für 3D-Stadtmodelle Interesse der Karlsruher Energie- und Klimaschutzagentur (KEK) an einem Prototyp für ein internetbasiertes 3D-Solarkataster Anfrage von Frau Niering (Hochschule Karlsruhe) nach einer Bachelor-Thesis zu diesem Thema 2

3 Workflow der Bachelor-Thesis Solarkataster 3D-Stadtmodell FME 3D Solarkataster Erstellung 3D-Solarkataster FME Konvertierung CityGML 3DCIM ESRI Produkte: ArcGIS Pro, ArcScene oder CityEngine 3DCIM ESRI-Produkte Erstellung und Veröffentlichung der 3D-Webszene 3D-Webszene Grafik: Sandra Niering 3

4 Solarkataster Karlsruhe Prinzip Potenzialberechnung für Photovoltaik und Solarthermie auf der Grundlage von hochaufgelösten Laserscandaten in Abhängigkeit von Neigung, Ausrichtung, Verschattung (durch umliegende Gebäude und Vegetation) und dem Global-Strahlungswert Ergebnis 0,5 x 0,5 m² große Rasterzellen 6 Eignungsklassen 4

5 Solarkataster Karlsruhe Nutzung flächendeckende Berechnung des solaren Dachflächenenergiepotenzials Bereitstellung für Bürger im Portal 'Sonne-trifft-Dach 5

6 3D-Stadtmodell Karlsruhe Gebäudeobjekte (Level of Detail) LoD1 - gesamtes Stadtgebiet Sonstige Objekte Gelände mit Nutzung - gesamtes Stadtgebiet LoD2 - Standard - gesamtes Stadtgebiet LoD2 - detailliert - Innenstadt und projektbezogen LoD2 - fotorealistisch - Innenstadt Brücken, Tunnel - Innenstadt und projektbezogen Denkmale - Innenstadt (zum Teil) Vegetation - städtische Bäume LoD3 - Landmarks Stadtmobiliar - Innenstadt Mit Esri Technologie ins Web Erstellung eines Prottoyps für ein internetbasiertes 3D-Solarkataster 6

7 3D-Stadtmodell Karlsruhe Mit Esri Technologie ins Web Erstellung eines Prottoyps für ein internetbasiertes 3D-Solarkataster 7

8 Erstellung 3D-Solarkataster Darstellungsmöglichkeiten Eignung pro Rasterzelle - schlechte Performance wegen großer Datenmenge (für Visualisierung im Internet nicht geeignet) - wirkt unübersichtlich Eignung pro Dachteilfläche - geeigneter Kompromiss mit klarer Darstellung Eignung pro Gebäude - kein echter Zugewinn an Aussagekraft durch die 3D-Darstellung Grafik: Sandra Niering 8

Fläche oder - 20% geeigneter Fläche zur Gesamt-Dachteilfläche Für geeignete Dachteilflächen: Ermittlung der Eignungsklasse

9 Erstellung 3D-Solarkataster Verfahren Berechnung der Größe der einzelnen Dachteilflächen Berechnung der Fläche der Solardaten pro Dachteilfläche (getrennt nach den sechs Eignungsklassen) Aussortieren von Dachteilflächen mit weniger als - 10 m² geeigneter Fläche oder - 20% geeigneter Fläche zur Gesamt-Dachteilfläche Für geeignete Dachteilflächen: Ermittlung der Eignungsklasse Einfärben der Dachteilflächen Hinzufügen weiterer Solarattribute Solar-Raster (ESRI-Shape) Gebäudemodell (CityGML) 3D- Solarkataster (CityGML) 9

10 Aufbereitung weiterer Daten 3D-Bäume (CityGML) Baum-Modelle (SKetchUp) Baum-Positionen (ESRI-Shape) Gelände, 2m-Gitter (ESRI-Shape) Gelände, TIN (ESRI-TIN) 10

11 Das ESRI-Datenmodell 3DCIM CityGML: international standardisiertes Austauschformat und Datenmodell für 3D-Stadtmodelle seit 2008 offizieller OGC-Standard ermöglicht eine strukturierte Repräsentation von 3D-Stadtmodellen (Geometrien und Semantik) 3DCIM (3D City Information Model): internes Geodatenbankschema der Firma ESRI für die Speicherung von 3D-Stadtmodellen Strukturierung in Anlehnung an CityGML (Datentyp: Multipatch) FME-Prozesse zum verlustfreien und automatisierten Import und Export von 21 CityGML-Objekten nach bzw. von 3DCIM werden von ESRI als ETL-Toolbox und als FME-Workspaces bereitgestellt Nutzung für Gebäude und Bäume des 3D-Solarkatasters 11

12 Das ESRI-Datenmodell 3DCIM Datenmodell für Gebäude Blau: CityGML Feature Types / Grün = 3DCIM Feature Classes Grafik: ESRI 12

13 Erstellen und Veröffentlichen der 3D-Webszene CityEngine Webszene 3DCIM 3D-Datenbank 1. ArcScene 2. 3D- Webszene 3D-Gebäude 3D-Bäume 3. ArcGIS Online Eigener Webserver Lokal Gelände (TIN) / Orthofoto / Bodennutzung CityEngine WebViewer Erstellen der 3D-Szene 2. Eportieren der 3D-Webszene 3. Bereitstellen der 3D-Webszene 4. Anzeigen der 3D-Webszene Webbrowser 13

14 Erstellen und Veröffentlichen der 3D-Webszene CityEngine Webszene eignet sich nur für räumlich begrenzte Projekte -> Größenbeschränkung in ArcScene (Texturen max x 4000 Pixel) -> die 3D-Webszene wird komplett auf den Rechner übertragen, bevor der Benutzer sich in ihr bewegen kann (Wartezeiten) wenn ArcScene und ein eigener Webserver vorhanden sind, entstehen keine weiteren Software- und Hardwarekosten einfache und schnelle Lösung Aufruf der CityEngine Webszene 14

15 Erstellen und Veröffentlichen der 3D-Webszene Streamingfähige 3D-Webszene 3DCIM 3D-Datenbank 3D-Gebäude ArcGIS Data Store 3. Portal for ArcGIS 3D-Bäume Gelände (TIN) / Orthofoto / Bodennutzung 1. ArcGIS Pro 2. 3D- Webszene WebApp Builder Scene Viewer Erstellen der 3D-Szene 2. Freigeben der 3D-Webszene 3. Speicherung der Daten der 3D-Webszene 4. Konfigurieren der Webanwendung 5. Anzeigen der 3D-Webszene Webbrowser 15

16 Erstellen und Veröffentlichen der 3D-Webszene Streamingfähige 3D-Webszene eignet sich auch für stadtweite Projekte -> keine Größenbeschränkung beim Erstellen unter ArcGIS Pro -> während des Begehens der 3D-Webszene werden Kacheln entfernungsabhängig in unterschiedlicher Auflösung nachgeladen wenn ArcGIS Server vorhanden ist, entstehen keine weiteren Software- und Hardwarekosten komplexe, aber konfigurierbare Lösung Aufruf der streamingfähigen 3D-Webszene 16

17 Leistungsbeurteilung / Wünsche Ein performantes Navigieren ist bei heute üblichen DSL- Geschwindigkeiten ab 6 Mbit/s problemlos möglich Einige Rechner sind noch nicht WebGL-fähig Veraltete Browser -> Browserempfehlung bezgl. Funktionsfähigkeit und Performance: aktuellste Version von Google Chrome oder Firefox Systemspeicher oder Videografikkarte nicht ausreichend (Empfehlung: Systemspeicher 4 GB, Videospeicher Grafikkarte 1 GB) Beide Viewer werden bisher noch nicht auf mobilen Endgeräten unterstützt Wünsche Messwerkzeuge (Höhen, Volumen, 3D-Flächen) Fortbewegungsmodus mit frei definierbarem Abstand zum Gelände (Fußgängermodus) Integration weiterer 3D-Daten (Laserpunktwolken aus verschiedenen Verfahren, Schrägbilder, Panoramabilder) 17

18 Ausblick 3D-Datenbank (SGJ-3D) - 3D-Stadtmodell 3D-Datenbank (ESRI-SDE) - DGM, Laserpkt. - 3D-Stadtmodell (3DCIM) Geodaten-Auskunft (WebOffice) 3D-Webszene Desktop-GIS: Visualisierung, Analyse 3D-Analyst mit ArcScene Intranet: Datenexport 3D-SHP XYZ DXF 3DS ArcGIS Pro SKP usw. 18

19 Ausblick Nutzung der CityEngine Webszene die KEK möchte diese im Rahmen ihres Projektes Energetische Quartierskonzepte für vier Schwerpunktbereiche einsetzen die 3D-Webszenen sollen über die Webseite der KEK abrufbar sein Nutzung der streamingfähigen 3D-Webszene für 2017 ist eine Installation von Portal for ArcGIS geplant Ziel ist es dann, ein stadtweites 3D-Solarkataster aufzubauen Informieren der städtischen Ämter Vorstellen des Prototyps und Aufzeigen von Einsatzmöglichkeiten Wir freuen uns auf weitere spannende Einsatzbereiche für die Nutzung des 3D-Stadtmodells im Internet Bürgerbeteiligung bei Planungsvorhaben 3D-Infosystem für Großveranstaltungen Augmented Reality Bürgerinformation zu Energiepotenzialen 19

20 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Umfangreiche Sammlung von CityEngine Webszenen f5f87cd6d&focus=all Sammlung streamingfähiger 3D-Webszenen deutscher Städte 2e4f159cca2b673e459b7f WebGL-Test 20

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