Workshop 3D-Stadtmodelle 3. und 4. November Universitätsclub Bonn

Transkript

1 Anforderungen 3D-Stadtmodell Essen 2.0 Workshop 3D-Stadtmodelle 3. und 4. November Universitätsclub Bonn gemeinsame Kommission 3D-Stadtmodelle der Deutschen Gesellschaft für Kartographie und Geomatik e.v. und der Deutschen Gesellschaft für Photogrammetrie, Fernerkundung und Geoinformation e.v. Dr. Frank Knospe Amt für Geoinformation, Vermessung und Kataster

2 3D Stadtmodell 2.0 Motoren für den Neuanfang Warum fangen wir von vorne an?

3 3D Stadtmodell 2.0 Motoren für den Neuanfang Bisherige Entwicklung Ab 2002 Modellierung von Gebäuden Der eigene Anspruch: ein markantes Objekt pro Stadtteil (Kirchen, Wassertürme, Theater, etc.) Auf die Anzahl der entstehenden Polygone und Flächen wurde nicht geachtet Die Ableitung eines LoD1 erfolgte aus ALK-Daten (Gebäudeumring, Höhe aus Geschosszahl) Auch ein Luftbild als Bodentextur durfte nicht fehlen

4 3D Stadtmodell 2.0 Motoren für den Neuanfang Fertig!

5 3D Stadtmodell 2.0 Motoren für den Neuanfang Das Problem war die Datenhaltung Das filebasierte Modell setzte sich aus zahlreichen LOD1 Einzelteilen zusammen (LoD1, POIs, Gelände, etc.) St. Nikolaus Die Daten wurden Projektbezogen erstellt und zusammengespielt LOD2 Eine Datenabgabe war nur eingeschränkt möglich Seit 2006 datenbankgestütztes 3D-Modell (SGJ-3D der Firma CPA) LOD3 CAD GIS DGM St. Nikolaus DLM 25 Die Visualisierung aus der Datenbank war zähflüssig (Anzahl an Texturen St. Nikolaus örtl. Messung und Polygone) DLM 5

6 3D Stadtmodell 2.0 Motoren für den Neuanfang 2010 wurde im Rahmen der Solarpotentialanalyse (eigene Ableitung) der Einkauf eines stadtweiten Dachmodells möglich Modell wurde ausschließlich zur Simulation genutzt Ein LoD2-Modell lag nun flächendeckend für das Stadtgebiet vor Nachteil: die Ableitung aus Luftbildern (2009) wurde ohne Bezug zum Katastergrundriss durchgeführt Kontinuierliche Fortführung nur über Stereoluftbildauswertung geplant

7 3D Stadtmodell 2.0 Motoren für den Neuanfang Solarpotential Thermografie

8 3D Stadtmodell 2.0 Aufbau und Fortführung 3D Stadtmodell 2.0 Laserscandaten Befliegung 2014 ALKIS Produktionsbetrieb 2014 Verbundprojekt mit der HFT Stuttgart: (Wärmebedarfsprognose von Gebäuden und Stadtquartieren WeBest) Erweiterung der Geschäftsmodelle (z.b. Stadtwerke, Umweltamt, RWE, Tiefbauamt, Allbau AG) Aufbau einer 3D Projektgruppe (Abteilungen Vermessung, Kataster und Geoinformation)

9 Geländemodell Aufbau und Fortführung Zielvorgabe für die Neuableitung Erstellung eines fortschreibbaren Geländemodells Verarbeitung hybrider Eingangsdaten multifunktional nutzbar (Stäube,Lärm, Klima, Wasser kennen keine Stadtgrenzen) Ausgabemöglichkeit in unterschiedlichen Auflösungen

10 Geländemodell Aufbau und Fortführung: Phase 1 Ableitung eines Grundmodells aus den Laserscandaten (Last Pulse) der Befliegung von 2014 in einem 25 cm Raster Problemfall Brücken

11 Geländemodell Aufbau und Fortführung: Phase 1 Die von GeoBasis NRW durchgeführte Datenbereinigung (Last Pulse Boden) ist nicht genügend durchgreifend Brückenbereiche wurden bereinigt Und wenn man aus diesen Daten wieder ein Modell berechnet?

12 Geländemodell Aufbau und Fortführung: Phase 2 Mit Hilfe der in ALKIS gespeicherten Brücken- und Widerlagerinformationen wurde das Grundmodell bereinigt Durch Einführung von Bruchlinien bleiben diese Informationen auch bei der Ausgabe einer anderen Rasterweite erhalten

13 Geländemodell Aufbau und Fortführung: Phase 3 Nach Fertigstellung des Basismodells (Rasterweite 25 cm und Brückenbereinigung mit Bruchlinie), erfolgt nun die Verfeinerung und Aktualisierung durch Einarbeitung von vermessungstechnischen Aufnahmen Dazu werden die Aufnahmen in reine Bruchlinien- und Punktinformationen überführt

14 Geländemodell Aufbau und Fortführung: Phase 3 Basismodell Fortgeführtes Modell

15 Geländemodell Aufbau und Fortführung: Phase 4 Einarbeitung (Einrechnung) von in AKLIS vorhandenen Linieninformationen, z.b. Böschungslinien, Straßenbegrenzungslinien, etc. zur Verdichtung der Bruchlinien Einarbeitung von terrestrischen Laserscanaufnahmen (z.b. Mobile Laserscanning) zur Modellaktualisierung und Verbesserung Dr. Frank Knospe Amt für Geoinformation, Vermessung und Kataster

16 Höhenmodell Geschäftsmodelle ALKIS Gewässer (Achsen, km, unterirdisch) ALKIS Höhenlinien Streupläne Solarkataster DGM (StA. 66, EBE, EVAG) DOM (Fortschreibung SWE, SWDU) Monitoring NachBergbau Baumstandorte (WindRisk, GGE, Feuerwehr) Starkregen Simulation (StA. 69, SWE) Entwässerungsplanung (StA. 66, SWE)

17 Höhenmodell Geschäftsmodell: Beispiel WindRisk Sturm Ela am 9. Juli 2014 Source: MeteoGroup(modified)

18 Höhenmodell Berechnung der Eingangsdaten Geschäftsmodell: Beispiel WindRisk Digitales Oberflächenmodell (DSM) Laserscan First-Puls Digitales Höhenmodell(DEM) Laserscan Last-Puls Punkte über Gelände (ndsm = DSM DEM)

19 Höhenmodell Geschäftsmodell: Beispiel WindRisk Berechnung der Baumstandorte erster Schritt Die Funktion Con ArcGIS Rastercalculation Auswahl: Baumhöhe mindestens 6m

20 Höhenmodell Geschäftsmodell: Beispiel WindRisk Berechnung der Baumstandorte zweiter Schritt Die Funktion focal statistic ArcGIS Rastercalculation Kronenradius 4m

21 Höhenmodell Geschäftsmodell: Beispiel WindRisk März 2014 März D - Drucken

22 Höhenmodell Geschäftsmodelle: Beispiel WindRisk

23 Gebäudemodell Aufbau und Fortführung Neue Hoffnung: LoD2 GeoBasis NRW Aktuelles und fortschreibbares Modell? Basis sind ALK-Grundrisse Ende 2012 und Laserscanndaten 2007/2008! ALKIS Anbindung und Fortführung nicht realisierbar (Objektmodell) Zudem Schwächen in der Ableitung Ergebnis: Modell für Analysen nicht verwendbar

24 Gebäudemodell Aufbau und Fortführung

25 Gebäudemodell Aufbau und Fortführung Ergebnis Grundriss OK Firsthöhe vertretbar (?) (ca. 35 cm Differenz; 10%) Traufhöhe falsch (ca. 1,70 m Differenz 55%) Daraus folgt auch eine falsche Dachneigung Für Analysen (z.b. Verschattung, Solarpotential) nicht geeignet

26 Gebäudemodell Aufbau und Fortführung Schlussfolgerungen Neuableitung des 3D-Gebäudemodells im LoD1 und LoD2 katasterbasiert mit ALKIS-Daten (AX-Gebäude, AX-Bauteil und andere) Automatisierte Fortführung über NBA-Verfahren im LoD1 Zur Dachableitung stehen Laserscan (2014) und Stereoluftbilder (2014, 2 Jahresrhythmus) zur Verfügung LoD2-Fortführung mit Daten aus Bauanträgen, später Nachkontrolle mittels Stereo Analyst

27 Gebäudemodell Aufbau und Fortführung Schlussfolgerungen Das neue Modell soll ein Gebrauchsmodell werden Direkte Anbindung von geoinformatorische Daten an das Modell (energetisches Gebäudemodell) Ziel: Analysen mit und im 3D-Modell (Simulation) Texturierung der Gebäude wird nur noch eine untergeordnete Rolle spielen (Visualisierung)

28 Gebäudemodell Geschäftsmodelle ALKIS (GeoInfoDok 7.0) Z-Printing (St.A. 61, Architekten) Gebäude Visualisierung (St.A. 61, Architekten; EMG; Kartographie) Lärmvorsorge (StA. 59, DB-AG,) Entwässerungsplanung (StA. 66, SWE) Energie (ENP) (St.A. 59, SWE, RWE, )

29 Gebäudemodell Geschäftsmodell: Energienutzungsplan Gebäudebezogene Wärmebedarfsermittlung für Wohngebäude Quelle: ENP Bayern

30 Gebäudemodell Geschäftsmodell: Energienutzungsplan Berechnung der Energiebezugsfläche Zu beachten: Gebäude kann mehrere Bauteile mit unterschiedlicher Geschossanzahl haben. Fehlende Daten: Information über Dachgeschossausbau Dachform vorhanden: Bei allen Dachformen außer Flach-, Pult- und Sheddachdach wird ein Dachgeschossausbau angenommen. Dachform nicht vorhanden: Ableitung aus Dachneigung (3D- Dachflächen), d.h. Dachgeschossausbau bei mind. 25 Neigung unter Berücksichtigung der Siedlungstypologie (NICHT Zeilenbebauung o. Zweckbau)

31 Gebäudemodell Geschäftsmodell: Energienutzungsplan Beispielauswertungen 1. Nachfrage Einwohner Haushalte Wohnfläche 2. Baustruktur Gebäudealtersklassen Siedlungstypologie 3. Energieträger Gas Strom Stromspeicher Wärmepumpen Vergleich theoretischer Gesamtwärmebedarfe vs. Realverbräuche

32 Gebäudemodell Geschäftsmodell: Energienutzungsplan Theoretischer Wärmebedarf - Tatsächlicher Wärmeverbrauch

33 Gebäudemodell Dr. Frank Knospe Geschäftsmodell: Energienutzungsplan Amt für Geoinformation, Vermessung und Kataster

34 3D Stadtmodell 2.0 Ausblick Datenerhebung Messfahrt März 2014 Thermalbild Thermalbild Laserscanpunktwolke Quelle: Geoinformation Essen, Befahrung mit StreetMapper (IGI)

35 3D Stadtmodell 2.0 Ausblick Datenerhebung Die umfassende Sammlung räumlicher Daten einer Stadt ermöglicht Mehrfachnutzung in vielerlei Hinsicht und Fragestellungen. Straßenoberflächen Gebäude Vegetation Straßeninfrastruktur Straßenschäden Quelle: Geoinformation Essen; Erfassung Punkte / sec

36 3D Stadtmodell 2.0 Ausblick Datenerhebung Effiziente Bestandsvermessung mit Mobile Mapping System Trimble MX 8 in Essen-Werden im Mai 2015.

37 3D Stadtmodell 2.0 Ausblick Datenerhebung Übersicht Tracks mit georeferenzierter Punktwolke

38 3D Stadtmodell 2.0 Ausblick Datenerhebung Bild / Punktwolke / Kombination

39 3D Stadtmodell 2.0 Ausblick Datenerhebung Auf Einsatzeignung im urbanen Raum zu prüfen MULTIROTOR G4

40 3D Stadtmodell 2.0 und Auswertestrategien entwickeln/prüfen Ausblick Datenerhebung Ableitung von Punktwolke und DGM aus Orthofotos. Datengewinnung z. B. für 3D-Modellierung und -Texturierung

41 Resümee Alles wird gut!

42 Resümee Alles wird gut! DANKE