Projektdokumentation Flutszenario - Bruch der Obernautalsperre -

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1 Projektdokumentation Flutszenario - Bruch der Obernautalsperre - Zeitraum: bis Wahlpflichtmodul: Anwendungen von GIS Univ.-Prof. Dr.-Ing. Monika Jarosch Marc Krüger Matr.-Nr.: im Übersicht -2- (1) Übernahme DGK5 / Georeferenzierung (2) Import der Höhenpunkte (3) 3D-Darstellung der Topografie TIN oder RASTER (4) Integration von Luftbildern (5) Vorbereitung des Datenmaterials zur Modellierung (6) Punktintegration: Tiefendarstellung (7) Modellierung der Geländemöblierung (8) Ausgestaltung der Gesamtszene (9) Analyse zur Überflutung der Gesamtszene ohne Rückfluss Übersicht -3- (1) Übernahme DGK5 / Georeferenzierung (2) Import der Höhenpunkte (3) 3D-Darstellung der Topografie TIN oder RASTER (4) Integration von Luftbildern (5) Vorbereitung des Datenmaterials zur Modellierung (6) Punktintegration: Tiefendarstellung (7) Modellierung der Geländemöblierung (8) Ausgestaltung der Gesamtszene (9) Analyse zur Überflutung der Gesamtszene ohne Rückfluss 1 Übernahme DGK5 / Georeferenzierung -4- Übernahme der DGK5s erfolgt analog zur Vorgehensweise nach dem Handbuch Einstieg in Geoinformationssysteme! Laden der DGK5 über Icon Add Data Beginn der Georeferenzierung Auswahl der richtigen DGK5 Hier: _3842.tif Karte noch unmaßstäblich! Marc Krüger #

2 1 Übernahme DGK5 / Georeferenzierung -5- Zoom auf linke untere Ecke sowie Eingabe der korrekten Koordinaten bereits erfolgt (s. Link- Tabelle). Erster Kontrollpunkt DGK5 noch im falschen Maßstab! 1 Übernahme DGK5 / Georeferenzierung -6- Weitere Kontrollpunkte werden analog gesetzt. Karte jetzt maßstäblich! Speichern der Link-Tabelle Hier: georef-3842.txt 1 Übernahme DGK5 / Georeferenzierung -7- Wichtig: Befehl Update Georeferencing ausführen! Kontrollpunkte werden nach Ausführung grau dargestellt. Karte nun maßstäblich und an richten Ort und Stelle angelangt! 1 Übernahme DGK5 / Georeferenzierung Anfügen der restlichen DGK5s nach gleicher Vorgehensweise! -8- Marc Krüger #

3 1 Übernahme DGK5 / Georeferenzierung -9- Georeferenzierung der DGK5s komplett fertiggestellt. Übersicht -10- (1) Übernahme DGK5 / Georeferenzierung (2) Import der Höhenpunkte (3) 3D-Darstellung der Topografie TIN oder RASTER (4) Integration von Luftbildern (5) Vorbereitung des Datenmaterials zur Modellierung (6) Punktintegration: Tiefendarstellung (7) Modellierung der Geländemöblierung (8) Ausgestaltung der Gesamtszene (9) Analyse zur Überflutung der Gesamtszene ohne Rückfluss 2 Import der Höhenpunkte Import der Höhenpunkte -12- Import der Höhenpunkte erfolgt analog zur Vorgehensweise nach dem Handbuch Einstieg in Geoinformationssysteme! Schwarzer Deckel aus Einzelpunkten im Abstand von 10 * 10 m Rechte Maustaste auf dbf Display XY Data Einlesen der Höhenrasterdaten über Icon Add Data Umwandlung der Vermessungsdaten in dbase IV- Datei (*.dbf) bereits via MS-Excel erfolgt. Zuordnung der Spalten für die X- und Y-Koordinaten (Rechtswert RW und Hochwert HW) Unter Edit muss die Auswahl des Koordinatensystems Germany Zone 3 getroffen werden. Marc Krüger #

4 2 Import der Höhenpunkte Import der Höhenpunkte -14- Umwandlung der Ereignisdatei in ein Export-Spapefile 4 Höhenrasterdateien als Shapefiles erfolgreich eingelesen. Rechte Maustaste auf Events Data Export Data Shapefile Export_ Die ursprünglichen dbase IV-Dateien können anschließend gelöscht werden. Hintergrundeinstellung auf hellblau geändert Ecken der DGK5s sind besser zu erkennen. 2 Import der Höhenpunkte Höhenrasterdateien als Shapefiles erfolgreich eingelesen. Übersicht -16- (1) Übernahme DGK5 / Georeferenzierung (2) Import der Höhenpunkte (3) 3D-Darstellung der Topografie TIN oder RASTER (4) Integration von Luftbildern (5) Vorbereitung des Datenmaterials zur Modellierung (6) Punktintegration: Tiefendarstellung (7) Modellierung der Geländemöblierung (8) Ausgestaltung der Gesamtszene (9) Analyse zur Überflutung der Gesamtszene ohne Rückfluss Marc Krüger #

5 3 3D-Darstellung der Topografie TIN oder RASTER D-Darstellung der Topografie TIN oder RASTER -18- ArcScene TIN-Erstellung erfolgt analog zur Vorgehensweise nach dem Handbuch Einstieg in Geoinformationssysteme! Öffnen eines neuen *.sxd- Projektes Hinzufügen der Höhenrasterdateien als umgewandelte Shapefiles über Icon Add Data. Höhenrasterdaten als Shapefiles im Raum 3 3D-Darstellung der Topografie TIN oder RASTER D-Darstellung der Topografie TIN oder RASTER -20-3D Analyst Create/Modify TIN Befehl Create TIN From Features Wichtig: Den Höhenbezug bei der TIN-Erstellung für jedes Shapefile einzeln einstellen! Erstelltes TIN für den gesamten Bereich Einheitliche Farbgebung Marc Krüger #

6 3 3D-Darstellung der Topografie TIN oder RASTER D-Darstellung der Topografie TIN oder RASTER -22- Rechte Maustaste auf TIN Layer Properties Einstellung von unterschiedlichen Höhenklassen Display 20 % Transparenz DGK5s sind zusätzlich eingeblendet. TIN wird durchsichtig DGK5s scheinen aufgrund der Transparenz des TIN durch. Erster höhen- und lagemäßiger Bezug des Untersuchungsgebiets klar erkennbar. Erkenntnis: Generierung des TINs dauert aufgrund der Datenmenge sehr lange! 3 3D-Darstellung der Topografie TIN oder RASTER D-Darstellung der Topografie TIN oder RASTER -24- Weitere Alternative RASTER-Erstellung ArcScene 3D Analyst Convert Befehl TIN to Raster Input TIN: TIN tin Attribute: Elevation Z factor: 1,0 Cell size: 10 Output raster: RASTER tingrid6 Rechte Maustaste auf RASTER tingrid6 Layer Properties Einstellung von unterschiedlichen Höhenklassen Base Heights Höhenabhängige Rasterdarstellung übernehmen! Marc Krüger #

7 3 3D-Darstellung der Topografie TIN oder RASTER D-Darstellung der Topografie TIN oder RASTER -26- Ergebnis 3D-Szene von RASTER tingrid6 aus 3D Analyst Erkenntnis: Generierung des RASTERs sehr viel schneller als TIN! Weitere Alternative RASTER-Erstellung Spatial Analyst Convert Befehl Features to Raster Input Features: Punktshapefie Export_gesamt Field: Hoehe Output cell size: 10 Output raster: RASTER Export_gesamt 3 3D-Darstellung der Topografie TIN oder RASTER D-Darstellung der Topografie TIN oder RASTER -28- Ergebnis ArcMap ArcScene Ergebnis 3D-Szene von RASTER export_gesamt aus Spatial Analyst Erkenntnis: Generierung des RASTERs sehr viel schneller als TIN! FAZIT: Die RASTER-Darstellung empfiehlt sich aufgrund der schnellen Aufbauweise von großen Datenmengen für die weitere Bearbeitung. TIN leistet dies nicht! Da zur Generierung des RASTERs aus den Punktinformationen gegenüber den Informationen aus dem TIN nur ein Schritt benötigt wird, ist die Anwendung der RASTER- Darstellung aus dem Spatial Analysten zu empfehlen! Marc Krüger #

8 Übersicht -29- (1) Übernahme DGK5 / Georeferenzierung (2) Import der Höhenpunkte (3) 3D-Darstellung der Topografie TIN oder RASTER (4) Integration von Luftbildern (5) Vorbereitung des Datenmaterials zur Modellierung (6) Punktintegration: Tiefendarstellung (7) Modellierung der Geländemöblierung (8) Ausgestaltung der Gesamtszene (9) Analyse zur Überflutung der Gesamtszene ohne Rückfluss 4 Integration von Luftbildern -30- Hinzufügen eines vorher aus Google Earth kopierten Luftbildes zum Untersuchungsgebiet obernau-google.jpg über Icon Add Data Identische Passpunkte werden auf den bereits georeferenzierten DGK5s und dem Luftbild gesucht. Georeferenzierung des Luftbildes erfolgt analog zur normalen Georeferenzierung Hier: 4 Passpunkte = Kontrollpunkte (rote Kreise) Wichtig: Richtige Bezugsquelle einstellen! 4 Integration von Luftbildern Integration von Luftbildern -32- Kontrollpunkte sind nach Update Georeferencing verschwunden. Georeferenzierung des Luftbildes ist erfolgt! Luftbild wurde in Lage und Maßstab entsprechend eingepasst. In der gleichen Vorgehensweise wurden weitere Luftbilder im Bereich des Untersuchungsgebietes angefügt. Obernautalsperre und Ortslagen Brauersdorf sowie Netphen Marc Krüger #

9 Übersicht Vorbereitung des Datenmaterials zur Modellierung -34- (1) Übernahme DGK5 / Georeferenzierung (2) Import der Höhenpunkte (3) 3D-Darstellung der Topografie TIN oder RASTER (4) Integration von Luftbildern (5) Vorbereitung des Datenmaterials zur Modellierung (6) Punktintegration: Tiefendarstellung (7) Modellierung der Geländemöblierung (8) Ausgestaltung der Gesamtszene (9) Analyse zur Überflutung der Gesamtszene ohne Rückfluss ArcCatalog Arbeitsordner anbinden Öffnen der ArcToolbox über entsprechenden Icon Data Management Tools General Befehl Merge Zusammenführen 5 Vorbereitung des Datenmaterials zur Modellierung Vorbereitung des Datenmaterials zur Modellierung -36- Hinzufügen der Höhenrasterdaten-Shapefiles, die zusammengeführt werden sollen (blau markiert). Zielordner Hoehe Output Dataset: Shapefile Export_gesamt Marc Krüger #

10 5 Vorbereitung des Datenmaterials zur Modellierung Vorbereitung des Datenmaterials zur Modellierung -38- Ordnerstruktur innerhalb von ArcCatalog Neues Shapefile Export_gesamt erstellt, dass alle Informationen aus den 6 Höhenrasterdaten-Shapefiles in eine einzige Datei verschmolzen hat. Hinzufügen des Shapefiles Export_gesamt über Add Data Alle 6 Höhenrasterdaten- Shapefiles sind zu einem Shapefile Export_gesamt verschmolzen! Erkennbar an der einheitlichen Farbgebung 5 Vorbereitung des Datenmaterials zur Modellierung Vorbereitung des Datenmaterials zur Modellierung -40- ArcCatalog Erstellung eines neuen Shapefiles Clippingflaeche Typ: Polygon Start des Editors in Shapefile Clippingflaeche Digitalisierung der Clippingfläche, welche das wesentliche Untersuchungsgebiet beinhaltet. Speichern und Beenden des Editors! Marc Krüger #

11 5 Vorbereitung des Datenmaterials zur Modellierung Vorbereitung des Datenmaterials zur Modellierung -42- Editor beendet Änderungen in Shapefile Clippingflaeche gespeichert, da Task und Target deaktiviert (grau) und die Clippingfläche schwarz umrandet ist. ArcToolbox Analysis Tools Extract Befehl Clip 5 Vorbereitung des Datenmaterials zur Modellierung Vorbereitung des Datenmaterials zur Modellierung -44- Input Features: Shapefile Export_gesamt Datei, die alle Höhenrasterdaten enthält. Clip Features: Shapefile Clippingflaeche Datei, die mit den Höhenrasterdaten aus Shapefile Export_gesamt verschnitten wird. Output Feature: Shapefile Clip_Obernau Clippingfläche, die aus den Gesamthöhenrasterdaten übrig bleibt, d.h. alle nicht benötigten Punkte des Höhenrasters außerhalb des Untersuchungsgebietes werden gelöscht! Hinzufügen von Shapefile Clip_Obernau über Add Data Alle unnötigen Höheninformationen außerhalb des Untersuchungsgebietes wurden gelöscht. Shapefile Export_gesamt wurde also entsprechend reduziert. Marc Krüger #

12 5 Vorbereitung des Datenmaterials zur Modellierung Vorbereitung des Datenmaterials zur Modellierung -46- Test: TIN-Erstellung aus Shapefile Clip_Obernau Clipping-Fläche ergibt ein TIN tin4, indem noch keine Bruchkanten definiert sind! ArcGis weiß noch nicht, wo das TIN am Rand nicht verbunden werden darf (s. z.b. rot punktierte Linie)! 3D Analyst Create/Modify TIN Befehl Create TIN From Features Auswahl von Shapefile Clippingflaeche Eigenschaft hard clip Verschmelzung mit Shapefile Clip_Obernau Abspeicherung als neues TIN 5 Vorbereitung des Datenmaterials zur Modellierung Vorbereitung des Datenmaterials zur Modellierung -48- Neues TIN tin5 Die Bruchkanten der Clippingfläche wurden berücksichtigt, allerdings ist das Ergebnis noch nicht zufriedenstellend, da die Clippingfläche über die Umrandung der DGK5s verläuft (s. Pfeile). Lösung erfolgt durch Nachbearbeitung des Shapefiles Clippingflaeche! Start des Editors in Shapefile Clippingflaeche Befehl Modify Feature Punkte der Clippingfläche aktiviert! Marc Krüger #

13 5 Vorbereitung des Datenmaterials zur Modellierung Vorbereitung des Datenmaterials zur Modellierung -50- Verschiebung der Umrandungspunkte der Clippingfläche innerhalb der DGK5s Speichern und Beenden des Editors! Shapefile Clippingflaeche nach entsprechender Überarbeitung! 5 Vorbereitung des Datenmaterials zur Modellierung -51- Neues TIN tin6 Nachbearbeitung war erfolgreich! Bruchkanten sind sauber abgetrennt und reichen nicht mehr über die Umrandung der DGK5s hinaus. Übersicht -52- (1) Übernahme DGK5 / Georeferenzierung (2) Import der Höhenpunkte (3) 3D-Darstellung der Topografie TIN oder RASTER (4) Integration von Luftbildern (5) Vorbereitung des Datenmaterials zur Modellierung (6) Punktintegration: Tiefendarstellung (7) Modellierung der Geländemöblierung (8) Ausgestaltung der Gesamtszene (9) Analyse zur Überflutung der Gesamtszene ohne Rückfluss Marc Krüger #

14 -53- Konvertierung der alten Höhenkarten, hier obernau_alt_teil2.pcx ins tif-format mithilfe des Bildbearbeitungsprogramms Adobe Photoshop Alle weiteren Karten wurden analog konvertiert Öffnen der jeweiligen *.RLD-Datei mithilfe eines Texteditors erbringt die nötigen Informationen über die jeweilige Karte hier: RW, HW (blau markiert) der linken unteren Ecke der Karte obernau_alt_teil1.tif! -55- Start der Georeferenzierung der Karte obernau_alt_teil1.tif Eingabe des jeweiligen RW, HW der linken unteren Ecke der Karte (Übernahme aus RLD- Datei) -56- Karte über 4 Kontrollpunkte georeferenziert Alle weiteren Karten wurden in gleicher Vorgehensweise integriert. Marc Krüger #

15 -57- Die Georeferenzierung aller alten Karten obernau_alt_*.tif ist erfolgreich erfolgt. Bereich der Talsperre ist mit Höheninformationen aus dem Zustand vor dem Bau gefüllt. Transparenz: 60 % Vorher -58- Das Ergebnis ist sehr gut! Alle alten Höheninformationen sind gut zu erkennen! Nachher -59- ArcCatalog Erstellung eines neuen Shapefiles Wasserflaeche Typ: Polygon -60- Start des Editors in Shapefile Wasserflaeche Digitalisierung der Wasserfläche der Obernautalsperre Speichern und Beenden des Editors! Marc Krüger #

16 -61- Start des Editors in Shapefile Clip_Obernau Menü Selection Selection by Location Alle Punkte auswählen, die innerhalb des Shapefiles Wasserflaeche liegen Shapefile wird blau, da ausgewählte Punkte markiert (s. Vergrößerung)! Drücken der Entf.-Taste bewirkt, dass alle Punkte innerhalb der Umrandung aus Shapefile Clip_Obernau gelöscht werden Ergebnis Speichern und Beenden des Editors! Änderungen in Shapefile Clip_Obernau übernommen, d.h. jetzt sind nur noch Höhenrasterdaten vorhanden, ohne die verfälschten Höhen der Wasseroberfläche! -63- ArcCatalog Erstellung eines neuen Shapefiles Hoehe_Obernau_alt Typ: Polygon Koordinaten mit Höhenbezug 371 mnn -64- Start des Editors in Shapefile Hoehe_Obernau_alt Digitalisierung der Höhenlinien der alten Topografie vor dem Bau der Obernautalsperre Hier: Höhenlinie 371 mnn Marc Krüger #

17 -65- Rechte Maustaste auf Shapefile Hoehe_Obernau_alt Open Attributes Höhenspalte markieren Rechte Maustaste Field Calculator Höhen der Höhenspalte auf 371 mnn massenhaft ändern! -66- Ergebnis Die Topografie der Höhenlinie 371 mnn ist nun massenhaft im Shapefile Höhe_Obernau_alt übernommen! -67- Digitalisierung einer weiteren Höhenlinie der alten Topografie vor dem Bau der Obernautalsperre erfolgt in analoger Form. Hier: Höhenlinie 360 mnn -68- Gesamtergebnis Speichern und Beenden des Editors! 360 mnn Marc Krüger #

18 -69- ArcToolbox Data Managment Tools Features Add XY Coordinates Input Features: Shapefile Hoehe_Obernau_alt -70- ArcCatalog Doppelklick auf Shapefile Hoehe_Obernau_alt zeigt, dass die Spalten Point_X bis Point_Z hinzugefügt wurden Rechte Maustaste auf Shapefile Hoehe_Obernau_alt Open Attribute Table Die Spalten Point_X und Point_Y sind um den jeweiligen RW und HW im Shapefile Hoehe_Obernau_alt ergänzt worden ArcToolbox Zusammenführung der Spafiles Clip_Obernau und Hoehe_Obernau_alt zu einem neuen Shapefile Clip_Obernau_2 Befehl Merge Marc Krüger #

19 -73- Ergebnis: Shapefile Clip_Obernau_2 Richtige Gesamttopografie ohne alte Wasserflächenpunkte! -74- Neues TIN tin8 Tiefendarstellung der Obernautalsperre klar erkennbar! -75- ArcScene Neues TIN tin8 Tiefendarstellung der Obernautalsperre klar erkennbar! Übersicht -76- (1) Übernahme DGK5 / Georeferenzierung (2) Import der Höhenpunkte (3) 3D-Darstellung der Topografie TIN oder RASTER (4) Integration von Luftbildern (5) Vorbereitung des Datenmaterials zur Modellierung (6) Punktintegration: Tiefendarstellung (7) Modellierung der Geländemöblierung (8) Ausgestaltung der Gesamtszene (9) Analyse zur Überflutung der Gesamtszene ohne Rückfluss Marc Krüger #

20 -77- Neues TIN tin8 Display 60 % Transparenz Wesentliche Topografie und Bebauung des Untersuchungsgebietes scheint hindurch! -78- ArcCatalog Erstellung eines neuen Shapefiles Grenzbereich_Digitalisierung Typ: Polygon Grenze, in der für eine mögliche Überflutung betroffene Objekte digitalisiert werden! -79- Grenzbereich nun definiert TIN kann zur schnelleren Bearbeitung ausgeblendet werden. Vorteil: zeitsparend! -80- ArcToolbox Bereitstellung der wesentlichen Flächenshapfiles Gebauede, Hallen, Strasse, Gewaesser Typ: Polygon Marc Krüger #

21 -81- Flächenshapefiles sind geladen. Digitalisierung erfolgt analog zur Vorgehensweise nach dem Handbuch Einstieg in Geoinformationssysteme! -82- Start des Editors in Shapefile Gebaeude Digitalisierung der Gebäude -83- Rechte Maustaste auf Shapefile Gebaeude Open Attributes Höhenspalte markieren Rechte Maustaste Field Calculator Höhen der Höhenspalte auf den Wert 4 m ändern! Speichern und Beenden des Editors! -84- Start des Editors in Shapefile Hallen Digitalisierung der Hallenkomplexe Marc Krüger #

22 -85- Rechte Maustaste auf Shapefile Hallen Open Attributes Höhenspalte markieren Rechte Maustaste Field Calculator Höhen der Höhenspalte auf den Wert 6 m ändern! Speichern und Beenden des Editors! -86- Start des Editors in Shapefile Strasse Digitalisierung des Wegenetzes Speichern und Beenden des Editors! -87- Ergebnis Digitalisierung in der Ortslage Brauersdorf teilweise fertig gestellt! Darstellung in ArcScene -88- ArcScene Layer Properties Einstellung erfolgen analog zur Vorgehensweise nach dem Handbuch Einstieg in Geoinformationssysteme! Aufsetzen der digitalisierten Objekte auf der Basishöhe des TINs tin8 Marc Krüger #

23 Ergebnis der 3D-Szene Ergebnis der 3D-Szene Änderung der Perspektive (Blick von unten gegen den Damm) Extrudierung der Gebäude und Hallen ist erfolgt und gut zu erkennen! -91- Ergebnis der 3D-Szene Änderung der Perspektive (Blick von oben gegen den Damm ins Tal) Extrudierung der Gebäude und Hallen ist erfolgt und gut zu erkennen! -92- Ergebnis der 3D-Szene Zoom Wegenetz in dieser Form noch nicht sauber dargestellt, d.h. es sind noch viele Versprünge zu erkennen. Marc Krüger #

24 -93- ArcScene 3D Analyst Erzeugen eines zweiten TINs tin9 mit Offset = - 0.3, d.h. dass das tin9 um 30 cm nach unten versetzt wird! -94- TIN tin8 Layer Properties Display 100 % Volltransparenz -95- Ergebnis TIN tin8 Digitalisierte Objekte und Wegenetz frei im Raum! -96- Zuordnung der Shapefiles Hallen, Gebaeude und Strasse zur Basishöhe von TIN tin8, welches volltransparent und unsichtbar ist. Marc Krüger #

25 -97- Ergebnis der 3D-Szene TIN tin9 bildet alleine nur noch die gesamte Topografie ab! -98- Ergebnis der 3D-Szene Zoom Wegenetz in dieser Form schon viel sauberer abgebildet. Nur noch vereinzelt Versprünge zu erkennen Ergebnis der 3D-Szene Zoom Änderung der Perspektive Wegenetz in dieser Form schon viel sauberer abgebildet. Nur noch vereinzelt Versprünge zu erkennen. FAZIT: Vorgehensweise kann für die weitere Bearbeitung empfohlen werden! ArcScene Zoom in den Dammbereich Nachmodellierung des Dammbereiches erforderlich! In dieser Form entspricht der Damm noch nicht der Realität. Problem: ungenaue Höhenpunkte aus der Überfliegung im LVA- Höhenraster vorhanden! Marc Krüger #

26 Start des Editors in Shapefile Clip_Obernau_2 Herauslöschen der nicht erforderlichen Höhenpunkte im Bereich der Dammober- und Dammunterkante Vergabe einer einheitlichen Dammhöhenoberkante von 373,10 mnn Vergabe einer einheitlichen Dammunterkante im Bereich der Höhenlinie 330,00 mnn. Speichern und Beenden des Editors! ArcScene Erstellung eines neuen TIN tin10 Überschneidung mit altem TIN tin9 Dammoberkante ist nun auf einer einheitlichen Höhe Modellierung schon besser! Marc Krüger #

27 Altes TIN tin9 ausgeblendet Noch Höhenversprünge im Bereich der Übergänge der Höhenlinien zu erkennen. Lösung: Zwischeninterpolation! Start des Editors in Shapefile Clip_Obernau_2 Zusätzliche Zwischeninterpolation von Höhenpunkten zwischen den Höhenlinien an der Dammunterkante der Wasserseite! Speichern und Beenden des Editors! ArcScene Höhenversprünge sind verschwunden. Nachmodellierung des Dammes ist fertig und wurde sauber abgeschlossen! Änderung der Perspektive (Blick von oben gegen den Damm ins Tal) Neuer und sauber modellierter Dammbereich der Staumauer (Wasserseite)! Marc Krüger #

28 Änderung der Perspektive (Blick von unten gegen den Damm) Neuer und sauber modellierter Dammbereich der Staumauer (Luftseite)! Übersicht (1) Übernahme DGK5 / Georeferenzierung (2) Import der Höhenpunkte (3) 3D-Darstellung der Topografie TIN oder RASTER (4) Integration von Luftbildern (5) Vorbereitung des Datenmaterials zur Modellierung (6) Punktintegration: Tiefendarstellung (7) Modellierung der Geländemöblierung (8) Ausgestaltung der Gesamtszene (9) Analyse zur Überflutung der Gesamtszene ohne Rückfluss 8 Ausgestaltung der Gesamtszene Ausgestaltung der Gesamtszene ArcCatalog Erstellung der Shapefiles Baumtyp_1 und Baumtyp_2 Typ: Point Punktshapefiles sind geladen. Start des Editors in Shapefiles Baumtyp_1 und Baumtyp_2 Digitalisierung in Shapefile Baumtyp_1 als Mischwald und Baumtyp_2 als Nadelwald Ändern der entsprechenden Punktsymbologie Speichern und Beenden des Editors! Marc Krüger #

29 8 Ausgestaltung der Gesamtszene Ausgestaltung der Gesamtszene ArcScene Tools Styles Style References Einschalten der 3D-Objekte Trees Doppelklick auf das Punktsymbol von Shapefile Baumtyp_1 3D Trees wurden in der Symbologie nun zusätzlich aufgenommen! Symbol Selector Auswahl eines entsprechenden Baumsymbols Analoge Vorgehensweise für Shapefile Baumtyp_2 8 Ausgestaltung der Gesamtszene Ausgestaltung der Gesamtszene ArcScene Marker Symbols Tools Styles Style Manager Doppelklick auf entsprechenden Baumtyp Symbol Property Editor Hier können die entsprechenden Eigenschaften des 3D-Baumobjektes modifiziert werden, z.b. Ausrichtung in x-, y- u. z- Richtung! Marc Krüger #

30 8 Ausgestaltung der Gesamtszene Ausgestaltung der Gesamtszene Layer Properties Base Hights Ergebnis der 3D-Szene Aufsetzen der Shapefiles Baumtyp_1 und Baumtyp_2 auf die Oberfläche des TINs tin8, welches volltransparent und unsichtbar ist. 8 Ausgestaltung der Gesamtszene Ausgestaltung der Gesamtszene Doppelklick auf das Punktsymbol von Shapefile Baumtyp_1 und Baumtyp_2 Vorher: Keine Veränderung der Symboleigenschaften! Symbol Selector Änderung der Farbe, der Größe und des Winkels möglich! Eine Änderung der Größe bewirkt eine Vergrößerung in alle Richtungen. Eine Änderung des Winkels dreht das Objekt um seine eigene Achse (z- Achse). Nachher: Veränderung der Symboleigenschaften in Farbe, Größe und Winkel! Marc Krüger #

31 8 Ausgestaltung der Gesamtszene Ergebnis der 3D-Szene Änderung der Perspektive (Blick von oben gegen den Damm ins Tal) FAZIT: Zur weiteren Visualisierung der Umgebung sehr hilfreich! Waldgrenzen und -flächen werden klar ersichtlich. Ein weiterer Schritt in Richtung Realitätsnähe! Mobiliar sollte so gewählt werden, dass es realistisch in die Geamtszenerie passt (z.b. im Hinblick auf die Größe der Objekte). Übersicht (1) Übernahme DGK5 / Georeferenzierung (2) Import der Höhenpunkte (3) 3D-Darstellung der Topografie TIN oder RASTER (4) Integration von Luftbildern (5) Vorbereitung des Datenmaterials zur Modellierung (6) Punktintegration: Tiefendarstellung (7) Modellierung der Geländemöblierung (8) Ausgestaltung der Gesamtszene (9) Analyse zur Überflutung der Gesamtszene ohne Rückfluss Bereich 2 = Luftseite Bereich 1 = Wasserseite Bereich 2 = Luftseite Bereich 1 = Wasserseite Berechnung iterativ mithilfe des 3D Analysten Berechnung direkt aus 3D Analysten Berechnung iterativ mithilfe des 3D Analysten Berechnung direkt aus 3D Analysten OK Damm 373,10 mnn h 1, V 1 OK Damm 373,10 mnn h 1, V 1 h 2, V 2 V 1 = V 1 V 2 h 2, V 2 V 1 = V 1 V 2 h 3, V 3 V 2 = V 2 V 3 h 3, V 3 V 2 = V 2 V 3 + V 5, h =? + V 4, h =? + V 3, h =? + V 5, h =? + V 4, h =? + V 3, h =? h 4, V 4 V 3 = V 3 V 4 h 4, V 4 V 3 = V 3 V 4 + V 2, h =? h 5, V 5 V 4 = V 4 V 5 + V 2, h =? h 5, V 5 V 4 = V 4 V 5 V 1, h =? Basishöhe 330,00 mnn V 5 = V 5 0 V 1, h =? Basishöhe 330,00 mnn V 5 = V 5 0 PRINZIPSKIZZE zur Erläuterung der Vorgehensweise bei der Ermittlung des Überflutungsgebietes! PRINZIPSKIZZE zur Erläuterung der Vorgehensweise bei der Ermittlung des Überflutungsgebietes! Marc Krüger #

32 Aufteilung der Gesamtszene in zwei Teilbereiche Bereich 1: Zur Ermittlung der Wasservolumina der Obernautalsperre in Abhängigkeit verschiedener Einstauhöhen. 3D Analyst Create/Modify TIN Befehl Add Features to TIN Auswahl von TIN tin11 Clipping mit Shapefile Wasserfleache (Bereich 1) Bereich 2 Bereich 1 Bereich 2: Zur Ermittlung der Überflutungsbereiche in Abhängigkeit der zeitlichen Abfolge der Überflutung. Eigenschaft hard clip Abspeicherung als neues TIN tin Ergebnis ArcMap Topografie des Bereiches 1 (Obernautalsperre) nun zur Volumenermittlung definiert. Ergebnis ArcScene Topografie des Bereiches 1 (Obernautalsperre) nun zur Volumenermittlung definiert. Marc Krüger #

33 Wsp. 370,90 mnn ArcScene Wasserfläche auf Regelstau (370,90 mnn) deckelt den Bereich 1 der Obernautalsperre ArcScene 1. Volumenberechnung 3D Analyst Surface Analysis Befehl Area and Volume Input surface: TIN tin12 Height of plane: 370,90 mnn Calculate statistics below plane Z factor: 1 Ergebnis: V 1 = ,71 m 3 Berechnung weiterer Volumina erfolgt analog! Volumenberechnung 3. Volumenberechnung Wsp. 360,90 mnn Wsp. 350,90 mnn Wsp. 360,90 mnn Ergebnis: V 2 = ,02 m 3 Wsp. 350,90 mnn Ergebnis: V 3 = ,07 m 3 Marc Krüger #

34 Volumenberechnung 5. Volumenberechnung Wsp. 340,90 mnn Wsp. 330,90 mnn Wsp. 340,90 mnn Ergebnis: V 4 = ,95 m 3 Wsp. 330,90 mnn Ergebnis: V 5 = ,43 m Wsp. 330,00 mnn 6. Volumenberechnung Wsp. 330,00 mnn Ergebnis: V 6 = ,95 m 3 ACHTUNG: Sowohl der 3D Analyst als auch die ArcToolbox rechnen hier falsch! Normalerweise müsste hier das Volumen gleich Null sein, da die tiefste Ebene des TINs der Talsperre auf 330,00 mnn liegt! 3D Analyst ArcToolbox Vergleich zwischen 3D Analyst und ArcToolbox Ergebnisse gleich, aber falsche Berechnung!!?!!?! Marc Krüger #

35 D Analyst Vergleich mit Übung Baugrube Deckel: 355,00 mnn Boden: 351,00 mnn Heigt of plane: 351,00 mnn Ergebnis korrekt, d.h. Volumen gleich Null! Dieses Ergebnis wäre bei korrektem Rechenvorgang auch bei Projekt Obernautalsperre zu erwarten gewesen, ist aber nicht der Fall!!?! Wsp. 330,90 mnn... Weitere Fehleranalyse: 5. Volumenberechnung Wsp. 330,90 mnn Ergebnis (Soll): V 5 = ,43 m 3 Ergebnis (Ist): V m * 290 m * 0,9 m m 3 ACHTUNG: Sehr großer Fehler im Vergleich zum tatsächlichen Volumen! Aussageschärfe zum eigentlichen Projektziel (Bestimmung von Überflutungsgebieten mit Einstauhöhe) ist viel zu ungenau!!?! Vorher Ergebnis ArcMap / ArcScene 3D Analyst Create/Modify TIN Befehl Add Features to TIN Clipping mit Shapefile Wasserfleache (Bereich 1) Ergebnis ArcScene Eigenschaft hard clip Nachher Height source für Shapefile Wasserflaeche None Sonst entstehen Randbereiche am TIN, die bis auf die Höhe Null herunterreichen können und Verfälschungen in der Volumenermittlung ergeben! Weitere Fehleranalyse: Problem ist erkannt! Bei der Generierung des TINs darf bei der Clippingfläche keine ID bei der Höhe mit übergeben werden! Sonst entstehen Randbereiche, die bis auf die Höhe Null herunterreichen und z.b. bei einer Volumenberechnung das Ergebnis, wie vorher beschrieben, verfälschen!!! Hierauf muss immer zwingend geachtet werden! Marc Krüger #

36 Vergleich der Volumenermittlung falsch mit richtig Höhe (mnn) Differenzhöhe bezogen auf Basishöhe (m) Volumen falsch (m 3 ) Volumen richtig (m 3 ) 370,9 40, , ,07 360,9 30, , ,63 350,9 20, , ,96 340,9 10, , ,23 330,9 0, , , ,95 0,00 Basishöhe: 330 mnn Analoge Ermittlung der Wasservolumina der Obernautalsperre in Abhängigkeit verschiedener Einstauhöhen, wie zuvor beschrieben. Ergebnis: V 1 = ,07 m 3 V 2 = ,63 m 3 V 3 = ,96 m 3 V 4 = ,23 m 3 V 5 = ,43 m 3 V 6 = 0,00 m 3 Höhe (mnn) 375,00 370,00 365,00 360,00 355,00 350,00 345,00 340,00 335,00 Differenzhöhe Volumen Differenzvolumen Höhe bezogen auf Bemerkung (mnn) Basishöhe (m 3 ) (m 3 ) (m) 370,90 40, ,07 Volumen V1 Volumen V ,44 - Volumen V2 = V1 Volumen V2 360,90 30, , ,67 Volumen V2 - Volumen V3 = V2 Volumen V3 350,90 20, ,96 Volumen V ,73 - Volumen V4 = V3 Volumen V4 340,90 10, ,23 Volumen V ,80 - Volumen V5 = V4 Volumen V5 330,90 0, ,43 Volumen V ,43 - Volumen V6 = V5 Volumen V6 330,00 0,00 0,00 Basishöhe: 330,00 mnn Höhenverlaufskurve in Abhängigkeit vom Volumen (Obernautalsperre) V 3 V 2 V 1 45,00 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 Höhe (m) MS Excel Ermittlung der Höhenverlaufskurve (Volumina in Abhängikeit der Höhe) der Obernautalsperre. Differenzvolumina müssen nun auf das Überflutungsgebiet (Bereich 2) in Abhängigkeit der zeitlichen Abfolge übertragen werden. Ergebnis: Höhen der Überflutungstiefen im Bereich 2 Lösung erfolgt iterativ in gleicher Vorgehensweise mithilfe des 3D Analysten Surface Analysis Befehl Area and Volume 330,00 0,00 V 4 0, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,00 Volumen (m 3 ) Bereich 2 = Luftseite Berechnung iterativ mithilfe des 3D Analysten OK Damm 373,10 mnn Bereich 1 = Wasserseite Berechnung direkt aus 3D Analysten h 1, V 1 Ergebnis ArcMap Ergebnis ArcScene / ArcScene 3D Analyst Create/Modify TIN Befehl Add Features to TIN Clipping mit Shapefile Grenzbereich_Digitalisierung (Bereich 2) Eigenschaft hard clip h 2, V 2 V 1 = V 1 V 2 + V 5, h =? + V 4, h =? + V 3, h =? h 3, V 3 h 4, V 4 V 2 = V 2 V 3 V 3 = V 3 V 4 + V 2, h =? h 5, V 5 V 4 = V 4 V 5 V 1, h =? Basishöhe 330,00 mnn V 5 = V 5 0 PRINZIPSKIZZE zur Erläuterung der Vorgehensweise bei der Ermittlung des Überflutungsgebietes! Marc Krüger #

37 ArcScene Volumenberechnung / iterative Höhenermittlung 3D Analyst Surface Analysis Befehl Area and Volume Ergebnis: V 1 = ,44 m 3 bei h = 291,67 mnn V 1 + V 2 = ,61 m 3 bei h = 295,04 mnn V 1 + V 2 + V 3 = ,97 m 3 bei h = 296,41 mnn V 1 + V 2 + V 3 + V 4 = ,75 m 3 bei h = 296,82 mnn V 1 + V 2 + V 3 + V 4 + V 5 = ,13 m 3 bei h = 296,83 mnn MS Excel ArcScene Aufsetzen der DGK5s auf die Oberfläche des TINs tin15 (Bereich 2) zur besseren Lokalisierung der betroffenen Überschwemmungsgebiete in Abängigkeit der zeitlichen Abfolge! Einblendung der bereits digitalisierten Objekte (Gebäude, Hallen, Straßen, etc.) Bemerkung Volumen Volumen Einstauhöhe Einstauhöhe Einstauhöhe Soll Ist gerundet (auf Basishöhe) (mnn) (m 3 ) (m 3 ) (mnn) (m) V1 = , ,62 291, ,67 14,57 V1 + V2 = , ,61 295, ,04 17,94 V1 + V2 + V3 = , ,97 296, ,41 19,31 V1 + V2 + V3 + V4 = , ,75 296, ,82 19,72 V1 + V2 + V3 + V4 + V5 = , ,13 296, ,83 19,73 Basishöhe: 277,10 mnn Ergebnis ArcScene Ergebnis ArcScene Wsp. 291,67 mnn Verschneidung des Flächen-Shapefiles Wasserflaeche_Bereich_2 im Raum als Ebene mit der Topografie des TINs tin15 Wsp. 295,04 mnn Verschneidung des Flächen-Shapefiles Wasserflaeche_Bereich_2 im Raum als Ebene mit der Topografie des TINs tin15 Überflutungsflächen sind deutlich zu erkennen, einzelne Gebäude liegen komplett unter Wasser! Überflutungsflächen weiten sich aus, weitere Gebäude liegen komplett unter Wasser! Netphen und die Ortsteile Obernetphen und Niedernetphen versinken bereits zu etwa 90 % in den Fluten! Netphen und die Ortsteile Obernetphen und Niedernetphen sind zu 100 % in den Fluten versunken! V 1 = ,44 m 3 Komplette Straßenzüge im Zentrum von Netphen sind unbefahrbar, ebenfalls die Hauptverkehrsstraßen L729 Lahnstraße Kölnerstraße, K62 Kronprinzenstraße Berleburgerstraße V 1 + V 2 = ,61 m 3 Komplette Straßenzüge im Zentrum von Netphen sind unbefahrbar, ebenfalls die Hauptverkehrsstraßen L729 Lahnstraße Kölnerstraße, K62 Kronprinzenstraße Berleburgerstraße Marc Krüger #

38 Ergebnis ArcScene Verschneidung des Flächen-Shapefiles Wasserflaeche_Bereich_2 im Raum als Ebene mit der Topografie des TINs tin15 Überflutungsflächen weiten sich aus, weitere Gebäude liegen komplett unter Wasser! Netphen und die Ortsteile Obernetphen und Niedernetphen sind zu 100 % in den Fluten versunken! Komplette Straßenzüge im Zentrum von Netphen sind unbefahrbar, ebenfalls die Hauptverkehrsstraßen L729 Lahnstraße Kölnerstraße, K62 Kronprinzenstraße Berleburgerstraße Ergebnis ArcScene Verschneidung des Flächen-Shapefiles Wasserflaeche_Bereich_2 im Raum als Ebene mit der Topografie des TINs tin15 Überflutungsflächen weiten sich aus, weitere Gebäude liegen komplett unter Wasser! Netphen und die Ortsteile Obernetphen und Niedernetphen sind zu 100 % in den Fluten versunken! Komplette Straßenzüge im Zentrum von Netphen sind unbefahrbar, ebenfalls die Hauptverkehrsstraßen L729 Lahnstraße Kölnerstraße, K62 Kronprinzenstraße Berleburgerstraße Wsp. 296,41 mnn Wsp. 296,82 mnn V 1 + V 2 + V 3 = ,97 m 3 V 1 + V 2 + V 3 + V 4 = ,75 m Ergebnis ArcScene Verschneidung des Flächen-Shapefiles Wasserflaeche_Bereich_2 im Raum als Ebene mit der Topografie des TINs tin15 Überflutungsflächen weiten sich kaum noch aus Maximalüberflutung Obernautalsperre komplett leer gelaufen! Netphen und die Ortsteile Obernetphen und Niedernetphen sind zu 100 % in den Fluten versunken! Komplette Straßenzüge im Zentrum von Netphen sind unbefahrbar, ebenfalls die Hauptverkehrsstraßen L729 Lahnstraße Kölnerstraße, K62 Kronprinzenstraße Berleburgerstraße ArcScene Aufsetzen der Luftbilder auf die Oberfläche des TINs tin13 (Kompletter Untersuchungsbereich) Überflutungsflächen bei Maximalüberflutung Obernautalsperre komplett leer gelaufen! Analyse aus der Vogelperspektive lässt die betroffenen Überflutungsgebiete besser erkennen! V 1 + V 2 + V 3 + V 4 + V 5 = ,13 m 3 Wsp. 296,83 mnn Marc Krüger #

39 ArcScene Aufsetzen der Luftbilder auf die Oberfläche des TINs tin13 Zoom ins Überflutungsgebiet bei Maximaleinstau Überflutungsflächen bei Maximalüberflutung Obernautalsperre komplett leer gelaufen! Gut zu erkennen: Netphen und die Ortsteile Obernetphen und Niedernetphen sind zu 100 % in den Fluten versunken! ArcScene Änderung der Perspektive (Blick von oben gegen den Damm ins Tal) Überflutung von Netphen und weiteren Ortsteilen bei Maximaleinstau gut zu erkennen! ArcScene Änderung der Perspektive (Zoom ins Tal) Überflutung von Netphen und weiteren Ortsteilen bei Maximaleinstau gut zu erkennen! ArcScene Änderung der Perspektive (Blick aus dem Tal gegen den oberhalb liegenden Staudamm) Überflutung von Netphen und weiteren Ortsteilen bei Maximaleinstau gut zu erkennen! Marc Krüger #

40 FAZIT: Im Hinblick auf die statische Analyse des Flutszenarios Bruch der Obernautalsperre sind die sich ergebenen Wasserspiegellagen und daraus resultierenden Überflutungsflächen aus den v.g. Berechnungsergebnissen durchaus plausibel! Allerdings berücksichtigt diese Analyse keine dynamischen Prozesse, d.h. die Fließvorgänge, die aufgrund der vorhandenen Topografie und der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Wassers bei einem Bruch der Obernautalsperre tatsächlich auftreten würden, bleiben unberücksichtigt! Wesentlich für die Gesamtanalyse ist z.b. die Tatsache, dass bei einem Bruch der Obernautalsperre zuerst die Ortslage Brauersdorf durch eine enorme, plötzlich auftretende Wasserwand betroffenen wäre. In diesem Bereich würden die weitestgehend größten Schäden auftreten, da hier eine Riesenwelle noch ihre größte Zerstörungskraft besitzen würde. Die Ortslage Brauersdorf bleibt jedoch aufgrund ihrer höheren Topografie bei der statischen Analyse unberücksichtigt (Fehler)! Die in unserem Projekt angewandte statische Analyse stellt allenfalls einen Zeitabschnitt des dynamischen Fließvorgangs dar, wie z.b. die Situation, die sich einstellen könnte, wenn der Gesamtabfluss sich im Tal nach längerer Zeit ausbreiten und eine Art Seenlandschaft bilden würde! Marc Krüger #