Bereitstellung von Daten und Arbeiten mit einem Informationssystem im Bereich Kanalplanung/Kanalbetrieb

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1 Bereitstellung von Daten und Arbeiten mit einem Informationssystem im Bereich Kanalplanung/Kanalbetrieb ATV/DVWK Seminar Abwassertechnische Informationssysteme am 11. Mai 2000 in Pulheim Dr.-Ing. J. Höttges/Dipl.-Ing. R. Bosbach, Hydro-Ingenieure Düsseldorf

2 Informationssysteme für Kanalplanung/Kanalbetrieb Seite I INHALTSVERZEICHNIS SEITE 1 EINFÜHRUNG 1 2 KANAL-KATASTER, BESTANDSPFLEGE UND INFORMATIONSNUTZUNG Bestandserfassung Kataster Kanal Zustandsbewertung Bestandspflege Datenhaltung Bestandspflege und -erweiterung Informationsnutzung Informationen zum Kanalbestand für Bürgerfragen Auswertung der Bestandsdaten Graphische Auswertungen in Form von Themenkarten Statistische Auswertungen in Form von Torten-, Balkendiagrammen und Reports Auswertungen über spezielle Auswertungsprogramme Zustandsbewertung Kanalkatasterprogramme als Planungswerkzeug Automatisierte Rechennetzerstellung Einzugsflächenermittlung Komfortable Schnittstellen zu externen Berechnungsprogrammen Auswertung und Anzeige der Rechenergebnisse Zusammenfassung 8

3 Informationssysteme für Kanalplanung/Kanalbetrieb Seite II 3 GEOGRAPHISCHE INFORMATIONSSYSTEME GIS Haltungsflächen Luftbildnutzung zur Bestimmung der Befestigungsgrade Themenkarten Geographische Analysefunktionen Gemeinsame Nutzung von Datenquellen in unterschiedlichen Koordinatensystemen Kombinierte Nutzung von GIS und Kanalkataster Kombinierte Verwendung verschiedener Datenquellen Datenaustauschformate 16

4 Informationssysteme für Kanalplanung/Kanalbetrieb Seite 1 1 Einführung Wachsende Anforderungen, insbesondere aus gesetzlichen Vorgaben wie Eigenkontroll- und Selbstüberwachungs-Verordnungen der einzelnen Bundesländer, veranlassen den Kanalnetzbetreiber, ihren Kanalbestand graphisch und aufgrund der Fülle der Daten EDV-gestützt zu erfassen und zu pflegen. Hierbei kommen verschiedene Programme mit ihren speziellen Schwerpunkten zum Einsatz. Im wesentlichen sind folgende zu nennen: 1. GIS-Systeme, die i.d.r. als Informationssystem dienen. 2. Kanalkataster-Programm, hier als Beispiel einer Fachanwendung, das zur Verwaltung, Auswertung und Bereitstellung von leitungsbezogenen Daten Verwendung findet. Im Folgenden wird ganz klar unterschieden zwischen einem Informationssystem und der Fachanwendung. Am Beispiel der Kanaldatenbank KANKAT wird im wesentlichen auf die Notwendigkeit einer Fachschale als EDV-Werkzeug zur Unterstützung des Kanalbetriebs eingegangen. 2 Kanal-Kataster, Bestandspflege und Informationsnutzung 2.1 Bestandserfassung Zur Bestandserfassung gehört der Aufbau des Katasters als Hintergrundinformation und der Aufbau der Kanaldatenbank hinsichtlich der genauen Lage der Schächte, den Netzverbindungen und allen erforderlichen Stammdaten zu Schacht und Haltungen sowie einer detaillierten Erfassung des Kanalzustandes mit allen sich im Netz befindlichen Schäden und die Erfassung der Zuläufe. 2.2 Kataster Das digitale Kataster wird i.d.r. im Auftrag der Katasterämter erfaßt und mit speziellen Programmen, meistens GIS-Systemen, gepflegt und in unterschiedlichen Austauschformaten dem Anwender zur Verfügung gestellt. Zu den nahezu standardisierten Datenformaten in Deutschland zählen: Austauschformat: ALK-GIAP EDBS SQD Automatisierte Liegenschaftskarte-Graphisch Interaktiver Arbeitsplatz ALK-GIAP SICAD Siemens Computer Aided Design

5 Informationssysteme für Kanalplanung/Kanalbetrieb Seite 2 Als erheblicher Mangel der Standardformate ist festzustellen, daß die genannten Austauschformate nicht halten, was die Bezeichnung Standard verspricht. Dies gilt insbesondere für das EDBS-Austauschformat. Dem Anwender wird hier die Einheitliche Datenbank Schnittstelle versprochen, die leider von Bundesland zu Bundesland unterschiedlich ausfallen kann und dadurch die Zuverlässigkeit nötiger Schnittstellen anderer Kanalkataster erheblich beeinträchtigt. Eine weitere Lücke zeigt sich dem Anwender in der Verfügbarkeit der ALK. Flächendeckend liegen die Katasterkarten derzeit noch nicht als Vektordaten vor. Die alternative Lösung zur ALK wäre eine Digitalisierung von Papierplänen. Die Werkzeuge dazu werden entweder vom Katasterprogramm zur Verfügung gestellt, oder es kommen herkömmliche CAD-Programme zur Anwendung. Die Datenübergabe an die Katasterprogramme erfolgt dann mittels einer DXF-Schnittstelle. Eine weitaus günstigere Lösung bietet das Einbinden gescannter Karten in das Kanalkataster, womit allerdings zwangsläufig ein Verlust an Präzision verbundenen ist. GIS-Pogramme und auch viele Katasterprogramme bieten die Möglichkeit, gescannte Pläne als Rasterdaten einzubinden. Gescannte Pläne haben den Vorteil, daß sie mittlerweile kostengünstig und flächendeckend verfügbar sind. Nachteilig ist der große Speicherbedarf und die geringe Auflösung der Karten aufgrund ihrer fixierten Maßstäbe. Eine hohe Ungenauigkeit beim Überlagern von vermessenen Kanaldaten mit den gescannten Plänen macht daher eine Detailplanung nahezu unmöglich. Hier schafft das Vektorisieren gescannter Pläne auch keine Qualitätssteigerung. 2.3 Kanal Der Kanalbestand wird bei der Ersterfassung idealerweise neu vermessen. Seltener wird der Kanalbestand aus alten Bestandsplänen digital übernommen. Das ASCII-Format ist in der Regel das geläufigste Austauschformat. Welche Daten vom Vermesser aufgenommen werden, ist unterschiedlich und abhängig von den Vorgaben. Einige Kanalnetzbetreiber lassen das komplette Kanalnetz vermessen, das heißt mit allen Stammdaten wie Lage, Höhen, Netzverbindungen und Haltungsparametern und beginnen anschließend mit der TV-Untersuchung und der Einarbeitung der Schadensberichte in die Kanaldatenbank. 2.4 Zustandsbewertung Jedes Erfassungsgerät auf einem Untersuchungswagen hat sein eigenes Erfassungsprogramm und damit ein eigenes Datenformat. Teilweise werden von den Kanalkatasterprogrammen Schnittstellen zu den jeweiligen Erfassungsprogrammen angeboten. Häufiger ist aber der Fall, daß Kanalkatasterprogramme ihre speziellen Importschnittstellen haben, die in

6 Informationssysteme für Kanalplanung/Kanalbetrieb Seite 3 der Ausschreibung zur TV-Untersuchung vom KanaInetzbetreiber gefordert werden sollten. Vielversprechender Standard bei der Vielzahl von Austauschformaten ist deshalb u.a. bei der TV-Untersuchung das ISYBAU-Format in seiner aktuellen Version. Kanalkatasterprogramme sollten auf jeden Fall das ISYBAU-Format unterstützen. Aus der TV-Untersuchung werden über die erfaßten Abzweige sämtliche Zuläufe in die Datenbank übernommen. Weitere Informationen zum Zulauf müssen meist nachträglich manuell ergänzt werden. Die eingelesenen Daten werden in der Kanaldatenbank über Plausibilitätskontrollen sowohl auf Vollständigkeit der Stammdaten als auch auf inhaltliche Fehler, wie Sohlsprünge in Fließrichtung oder Kontergefälle geprüft. Die Fehler werden protokolliert. Erst die vollständige Erfassung und ein geprüfter, plausibler Datenbestand ergeben ein Kanalkataster, mit dem der Betreiber effizient arbeiten kann. 2.5 Bestandspflege Die Erfahrung der letzten Jahre hat gezeigt, daß sich eine aufwendige Bestandserfassung nur dann rentiert, wenn die Daten nach der Ersterfassung gepflegt und aktualisiert werden. 2.6 Datenhaltung Alle Nutzer des Kanalkatasterprogrammes sollten Zugriff auf den gleichen Datenbestand haben, so daß alle davon ausgehen können, mit dem aktuellen Bestand zu arbeiten. Dadurch wird auch sichergestellt, daß dieser regelmäßig bei der Datensicherung berücksichtigt wird. 2.7 Bestandspflege und -erweiterung Bestandsdaten ändern sich durch Neubaumaßnahmen oder Sanierungsarbeiten. Damit diese Daten nach Beendigung der Baumaßnahme auch digital vorliegen, und ohne großen Aufwand in den Bestand eingelesen werden können, sollte dieses direkt in der Ausschreibung berücksichtigt werden. Den Ausschreibungsunterlagen sollten dazu ausführliche Schnittstellenbeschreibungen beigelegt werden. Um den Datenimport zu sichern, muß vorher der Datenbestand dahingehend geprüft werden, daß die plausible Zuordnung der Daten im Kanalnetz durch eine eindeutige Schacht- und Haltungsnummer garantiert ist. Eine effektive Bestandspflege des Kanalnetzes ist nur dann gegeben, wenn die Daten regelmäßig abgeglichen werden. Dies wird bei einer Arbeitsüberlastung der Sachbearbeiter häufig vernachlässigt.

7 Informationssysteme für Kanalplanung/Kanalbetrieb Seite Informationsnutzung Der Informationsnutzen eines Kanalkatasterprogramms soll im Folgenden anhand einiger praktischer Beispiele beschrieben werden Informationen zum Kanalbestand für Bürgerfragen Der Hauptnutzen eines Kanalkatsterprogrammes besteht darin, den Kanalnetzbetreibern bei Bürgeranfragen schnellstmöglich Informationen zur Verfügung zu stellen. Dazu sind Kanalkatasterprogramme mit einer Vielzahl von Suchkriterien für eine schnelle Orientierung im Lageplan ausgerüstet. Als Suchkriterien sind zu nennen: - Schachtnummer - Haltungsnummer - Straßenname - Straßenname in Kombination mit der Hausnummer Mit Hilfe verschiedener Einstellungsmöglichkeiten Ebenendarstellung können selektiv die Informationen angezeigt und ausgegeben werden, die für die jeweilige Fragestellung relevant sind. Eine Ausgabe der relevanten Informationen auf einen Drucker oder Plotter ermöglicht eine schnelle Beantwortung der Fragen. Der Lageplan bietet dabei Informationen über die genaue Lage der Haltungen und Schächte. Integrierte Einmessskizzen eines Hausanschlußschachtes lassen diesen vor Ort leichter finden. Längsschnitte geben zusätzlich Auskunft über die Tiefe des Kanals. Einen besonderen Komfort bieten Programme, die sowohl parallelliegende Haltungen als auch weitere Leitungsnetze im Längsschnitt anzeigen können. 2.9 Auswertung der Bestandsdaten Für unterschiedliche Aufgabenstellungen muß es den Kanalnetzbetreibern möglich sein, den gesamten oder auch nur Teile des Datenbestandes auszuwerten. Für die Hersteller der Kanalkatasterprogramme ist es fast unmöglich, die individuellen Wünsche aller Anwender zu erfüllen. Deshalb sollte das Programm so offen gestaltet sein, daß die Anwender mit Hilfe des Programmes selbst oder mit anderen gängigen Werkzeugen, z.b. Datenbankprogrammen oder GIS-Systemen, auf die Datenbank zugreifen können, um eigene Auswertungen zu erstellen. Die Auswertungen erfolgen entweder graphisch oder in Form von Diagrammen und Reports. Zum Teil werden auch spezielle Auswertungsprogramme zu bestimmten Aufgabenstellungen, wie beispielsweise eine Zustandsbewertung nach ATV oder ISYBAU, angeboten.

8 Informationssysteme für Kanalplanung/Kanalbetrieb Seite Graphische Auswertungen in Form von Themenkarten Die graphische Auswertung in Form von Themenkarten ermöglicht für unterschiedliche Aufgabenstellungen einen Überblick über den gesamten Kanalbestand. Eine Themenkarte zeigt eine Klassifizierung zu einem bestimmten Thema, z.b. Rohrbreiten, mit einer unterschiedlich farbigen Darstellung im Lageplan. Ein sinnvoller Einsatz von Themenkarten bietet sich für die Auswertung des Zustandes des Kanalnetzes an. So sollte eine Anzeigeauswahl sowohl über die einzelnen Schadenskürzel als auch über die einzelnen Schadensklassen möglich sein. Eine solche Selektion gibt beispielsweise Auskunft über alle Riß-Schäden, oder alle Haltungen mit Wassereintritt im gesamten Kanalnetz. Auch für die Organisation und Erstellung von Betriebsnetzen auf einem Betriebshof eignet sich die graphische Auswertung ganz besonders. Betriebsnetze sind eine Auswahl von Haltungen und Schächten, die für eine bestimmte Aufgabenstellung bzw. Arbeit ausgewählt wurden. Beispielsweise hier für die Erstellung eines Spülplans bzw. Inspektionsplans für das nächste Quartal: Hierzu braucht der Kanalnetzbetreiber einen schnellen Überblick darüber, welche Haltungen bereits untersucht worden sind. Eine sinnvolle Ergänzung ist hierbei die Differenzierung nach Untersuchungsjahren. In einem solchen Übersichtsplan können schnell die Haltungen ausfindig gemacht werden, die noch nicht untersucht wurden und demnächst fällig sind. Die graphische Auswahl erfolgt entweder über eine Einzelsektion im Lageplan oder durch die Eingrenzung eines Gebietes über einen Polygonzug. Die so ausgewählten Haltungen können dann als gesonderte Themenkarte, beispielsweise "Spülplan für das erstes Quartal 1998", abgelegt werden. Die Besonderheit dieses Spülplanes ist eine automatische Berechnung bzw. Anzeige der Spülreihenfolge. Dadurch kann der Spülplan gleichzeitig der Besatzung auf dem Spülfahrzeug als Arbeitsplan dienen. Ebenso können über eine Selektion der ATV-Kürzel alle Schächte anzeigt werden, in denen Steigeisen fehlen. Hieraus wird ein Betriebsnetz erzeugt, das entweder in Form eines Lageplans oder einer Liste an die zuständige Arbeitskolonne weitergeben werden kann. Zu jeder Aufgabenstellung sollte dem Benutzer ein entsprechendes Auswahlkriterium zur Verfügung stehen Statistische Auswertungen in Form von Torten-, Balkendiagrammen und Reports Eine graphische Auswertung liefert zwar einen schnellen Überblick darüber, in welchem Gebiet beispielsweise besonders viele Schäden auftreten, man erhält aber keinerlei Informationen über statistische Werte, die für eine Ergebnisdarstellung der Ersterfassung eines Kanalnetzes ebenfalls sehr wichtig sind. Diese Ergebnisse werden zweckmäßig in Form von Balken- oder Tortengrafiken dargestellt. Kanalkatasterprogramme stellen dem Anwender meist eine Auswahl fertiger Auswertungen zu unterschiedlichen Themen zur Verfügung.

9 Informationssysteme für Kanalplanung/Kanalbetrieb Seite 6 Den Kanalkatasterherstellern fällt es, wie bereits oben erwähnt, schwer, für jeden Anwender die notwendigen Auswertungen nach dessen Bedürfnissen zu erstellen. So sollte die Datenbank so offen sein, daß mit anderen Werkzeugen, wie Excel oder Access, auf die Datenbank zugegriffen werden kann und eigene Auswertungen erstellt werden können. Reports können genutzt werden, um beispielsweise Schadensberichte für einzelne Haltungen ausgeben zu können. Da man hierbei meist nur selektiv Berichte zu ausgewählten Haltungen benötigt, muß das Programm über entsprechende Filter verfügen. Filter sind Auswahlkriterien, die man mit "und / oder" - Bedingungen verknüpfen kann, um eine bestimmte Auswahl von Daten zu erhalten. Ein Beispiel wäre die Ausgabe aller Schadensberichte in der Kleestraße, die Rißschäden aufweisen. Bei der Auswahl der Filter sollte der Benutzer durch das Programm nicht eingeschränkt werden Auswertungen über spezielle Auswertungsprogramme Bei den oben dargestellten Auswertungen geht es lediglich darum, daß Daten gefiltert durch Kriterien aus der Datenbank abgefragt und die Ergebnisse in unterschiedlichen Formen dargestellt werden. Bei den speziellen Auswertungen werden dem Kanalnetzbetreiber Auswertungsprogramme zur Verfügung gestellt, die bei Ihrer Bewertung unterschiedliche Kriterien berücksichtigen und zusätzlich Berechnungen durchführen Zustandsbewertung Die zur Zeit bekanntesten Verfahren für die Zustandsbewertung von Kanalnetzen sind das Verfahren der ATV und das Verfahren nach ISYBAU. Bei der Bewertung nach dem Verfahren der ATV, Arbeitsblatt A 149, werden nicht nur die Schadensklassen berücksichtigt, sondern auch einige Zusatzfaktoren wie die Abwasserbeschaffenheit und die hydraulischen Ergebnisse bezüglich Einstau- und Überstauereignissen im Kanalnetz. Das Ergebnis der Bewertung ist eine Prioritätenliste der Haltungen, geordnet nach den Punkten der einzelnen Zustandsklassen. Auch die Wasserschutzzonen, in denen sich die Haltungen befinden, gehen in die Bewertung ein. Eine graphische Auswertung der Ergebnisse erfolgt in Form einer Themenkarte über die einzelnen Zustandsklassen. Das ISYBAU-Verfahren ist mit dem ATV-Verfahren vergleichbar, mit der Ausnahme, daß die Schadensklassifizierung des Einzelschadens automatisch aus der Zusammensetzung des Kürzels erfolgt. Im Vergleich zur ATV werden hier Schächte und Haltungen einzeln bewertet und damit als Ergebnis auch zwei Prioritätenlisten erstellt.

10 Informationssysteme für Kanalplanung/Kanalbetrieb Seite 7 Die Auswertprogramme ermöglichen dem Kanalnetzbetreiber eine schnelle Auswertung nach einem anerkannten Verfahren, ohne mühselig das komplette Kanalnetz manuell Haltung für Haltung bewerten zu müssen. Um die Bewertung zusätzlich flexibel gestalten zu können, sollten die Programme so offen sein, daß weitere Zusatzfaktoren wie Baujahre usw. nach Bedarf in der Bewertung berücksichtigt werden können. Auch sollten sämtliche Bewertungsfaktoren vom Benutzer geändert werden können Kanalkatasterprogramme als Planungswerkzeug Grundlage für die Kanalnetzberechnung im Rahmen einer Generalentwässerungsplanung GEP sind ebenfalls die Bestandsdaten des Kanalnetzes. Diese müssen für eine hydraulische Berechnung entsprechend aufbereitet werden. Um hierbei nicht unnötig viele Schnittstellen bedienen zu müssen, stellen einige Kanalkatasterprogramme sinnvolle Funktionen zur Verfügung, um dem Ingenieur seine Arbeit möglichst komfortabel zu gestalten Automatisierte Rechennetzerstellung Für die hydrodynamische Kanalnetzberechnung müssen die Kanalnetzdaten aufbereitet werden. Hintergrund ist, daß aus rechentechnischen Gründen sehr kurze Haltungen, die dem sogenannten Courant-Kriterium nicht entsprechen, aus dem Rechennetz entfernt oder verlängert werden müssen. Damit nicht der aktuelle Kanalbestand verändert wird, sollte für das zu berechnende Gebiet eine Kopie erstellt werden. Dieses kann über eine graphische Selektion im Lageplan erfolgen. Für die Rechennetzerstellung existieren inzwischen Werkzeuge zur Unterstützung bei der manuellen Bearbeitung sowie automatische Werkzeuge, bei denen nur noch eine geringe Nachbearbeitung notwendig ist Einzugsflächenermittlung Der nächste Schritt ist die Ermittlung der Einzugsflächen für jede Haltung. Hier gibt es je nach Katasterprogramm unterschiedlich komfortable Möglichkeiten. Standardmäßig wird die manuelle Erstellung von Einzugsflächen mit einer automatischen Berechnung der Fläche angeboten. Die Fläche wird dabei der Haltung zugeordnet. Nur wenige Programme können bei der Flächenberechnung zusätzlich den Befestigungsgrad ermitteln. Sehr viel Zeitersparnis bringen Programme zur automatischen Generierung und Berechnung von Einzugsflächen. Sie berücksichtigen bisher keine vorhandenen Grenzen wie Grundstücke und Gebäude. Auch Höhenlinien werden selten mit einbezogen. Trotzdem bleibt selbst bei manueller Nachbearbeitung ein erheblicher Zeitgewinn.

11 Informationssysteme für Kanalplanung/Kanalbetrieb Seite Komfortable Schnittstellen zu externen Berechnungsprogrammen Die Berechnung erfolgt meist in externen Berechnungsprogrammen. Das Rechennetz sollte möglichst über Knopfdruck dem Berechnungsprogramm zur Verfügung gestellt werden. Die Definition von Sonderbauwerken kann je nach Schnittstelle bzw. Kanaldatenbank entweder im Kanalkatsterprogramm oder extern im Berechnungsprogramm erfolgen Auswertung und Anzeige der Rechenergebnisse Die Darstellung der Rechenergebnisse sollte im Kanalkatasterprogramm erfolgen, um als Information dem Kanalnetzbetreiber jederzeit zur Verfügung zu stehen. Über Themenkarten werden die Einstau- und Überstauhäufigkeiten des Kanalnetzes im Lageplan angezeigt. Im Längsschnitt erfolgt die Darstellung der maximalen Wasserspiegellinie Zusammenfassung Die Entwicklungen im Bereich der Kanalkataster bieten dem Anwender neben den Grundfunktionen zur Bestandspflege weitergehende Zusatzinformationen zur Bearbeitung vielfältiger Aufgabenstellungen. Sie ermöglichen weitergehende Auswertungen nach frei definierbaren Kriterien. Themenkarten liefern dem Fachanwender übersichtliche Ergebnisdarstellungen. Für besonders zeitaufwendige und immer wiederkehrende Bearbeitungsschritte stehen automatisierte Verfahren zur effizienten Bearbeitung zur Verfügung. Damit tragen heutige Kanalkatasterprogramme neben der Arbeitserleichterung zu einer erheblichen Effizienzsteigerung bei.

12 Informationssysteme für Kanalplanung/Kanalbetrieb Seite 9 3 Geographische Informationssysteme GIS Geographische Informationssysteme stellen eine eigene Programmfamilie dar, die sowohl für den Anwender als auch für den Entwickler eine Reihe leistungsfähiger Funktionen anbietet. Damit steht dem Ingenieur ein flexibles Werkzeug zur Verfügung, mit dem alle Aufgaben bearbeitet werden können, die im Zusammenhang mit räumlich verteilten Daten Geo-Daten anfallen. Hierzu gehören insbesondere Haltungsflächen und Luftbilddaten, aber auch Rasterkarten Grafik Schächte x y Datenbank 4% 6% 15% 16% 4% 25% Analysewerkzeuge 30% GIS Abb. 1: Komponenten eines Geographischen Informationssystems Parallel dazu basieren einige moderne Kanalkatasterprogramme auf Geographischen Informationssystemen. Hierbei hat der Anbieter mit den zum Geographischen Informationssystem gehörenden Entwicklungswerkzeugen Anwendungsschalen erstellt und diese dem Anwender zur Nutzung fertig vorbereitet bzw. für seine Bedürfnisse angepasst. Solche Systeme eignen sich wegen des hohen Preises vor allem für sehr große Datenmengen, wie sie in großen Städten und Verbänden vorliegen. Aus diesem Grunde soll hierauf in diesem Beitrag nicht weiter eingegangen werden.

13 Informationssysteme für Kanalplanung/Kanalbetrieb Seite 10 Geographische Informationssysteme basieren auf den Funktionsbereichen siehe Abb. 1: Grafik Datenbank Analysewerkzeuge Ausgehend von den Möglichkeiten heute existierender Programme sollte ein GIS für den praktischen Einsatz in der Kanalnetzplanung folgende Funktionen umfassen: Graphische Darstellung und Bearbeitung von Daten Hinterlegung von Rasterbildern geographische Analyse- und Verarbeitungsfunktionen Datenbankfunktionen Themenkartenerstellung Datenim- und -export von Grafik- und Sachdaten Die nachfolgend dargestellten Beispiele sollen die Möglichkeiten zur Nutzung von GIS in der Kanalnetzplanung vorstellen. Dabei handelt es sich in den meisten Fällen um Arbeitsschritte bei der Kanalnetzplanung, die sich mit GIS effizienter lösen lassen. 3.1 Haltungsflächen Für die Erstellung von Haltungsflächen ist es sehr hilfreich, neben dem Kanalnetz auch Flurstückskarten zu hinterlegen. Falls diese als Rasterdateien vorliegen, können diese georeferenziert und so hinterlegt werden, dass im Vordergrund die Haltungsflächen direkt lagerichtig konstruiert werden können. Falls Luftbilder als Rasterdateien vorliegen, können diese ergänzend hinterlegt werden, um die realen Gegebenheiten besser berücksichtigen zu können. Falls die Flurstückskarten als Vektordaten vorliegen s.u., können diese beliebig kombiniert im GIS dargestellt werden. Bei der Erstellung der Haltungsflächen können diese Linien zusätzlich Fangpunkte zur Verfügung stellen, so dass beispielsweise Grundstücksgrenzen sehr einfach in den Verlauf der Haltungsflächen übernommen werden können. Bei der Zuordnung der Haltungsflächen zu den Kanalnetzdaten können die geographischen Zuordnungsfunktionen des GIS genutzt werden. Dabei wird jede Haltungsfläche dem Kanalstrang zugeordnet, der innerhalb der Fläche liegt auch eine Aufteilung auf mehrere innerhalb liegende Haltungen ist möglich!. Die Gesamtfläche, der befestigte Anteil sowie beliebige weitere Daten der Haltungsfläche werden auf die zugehörige Haltung übertragen siehe Abb. 2.

14 Informationssysteme für Kanalplanung/Kanalbetrieb Seite 11 Abb. 2: Kanalnetz mit Kataster dünne Linien und Haltungsflächen dicke Linien Abb. 3: Befestigte Flächen Straße, Dachflächen, private Verkehrsflächen, privat-befestigtsauber und Haltungsflächen gestrichelte Linien, nach: Emschergenossenschaft 3.2 Luftbildnutzung zur Bestimmung der Befestigungsgrade Zunehmend werden für Kanalnetzplanungen Luftbilder herangezogen, um die Befestigungsgrade zu bestimmen. Am bekanntesten ist in Nordrhein-Westfalen die Vorgehensweise der Emschergenossenschaft, die für ihr gesamtes Einzugsgebiet eine Luftbilderfassung und -auswertung durchgeführt hat. In dem dort eingesetzten GIS wurden alle abflußwirksamen Flächen in vier Klassen unterteilt und digital abgelegt siehe Abb. 3.

15 Informationssysteme für Kanalplanung/Kanalbetrieb Seite 12 32% + 41% 36% Befestigte Flächen Haltungsbezogene Einzugsflächen Verschneidung Bilanzierung der Befestigungsgrade Abb. 4: Verschneidung von befestigten Flächen mit Haltungsflächen zur Vorbereitung einer Flächenbilanzierung Für Kanalnetzplanungen werden die Haltungsflächen in das GIS hinzugeladen, mit den klassifizierten Flächen verschnitten und haltungsweise bilanziert. So können für jede Haltung die Gesamtfläche, die befestigte Fläche sowie der Befestigungsgrad für die Kanalnetzberechnung zur Verfügung gestellt werden. Bei der Bilanzierung muß auf geographische Bearbeitungsfunktionen zurückgegriffen werden. Es reicht nicht aus, eine klassifizierte Fläche einer Haltungsfläche zuzuordnen, weil beispielsweise eine Straße durch einen ganzen Haltungsstrang entwässert wird. Um die Straßenfläche auf die Haltungsflächen aufzuteilen, verschneidet man die Flächen miteinander. Die Bruchstücke der Straßenfläche lassen sich nun eindeutig einzelnen Haltungen zuordnen und entsprechend bilanzieren siehe Abb Themenkarten Ein besonderes Merkmal von GIS ist die Möglichkeit, interaktiv Themenkarten zu erstellen. Hierbei werden Daten klassifiziert und graphisch unter Verwendung von Farbe Linienstil durchgezogen, gestrichelt, doppelt, dick, etc. Flächenfüllmuster Punktdicke optisch ansprechend dargestellt.

16 Informationssysteme für Kanalplanung/Kanalbetrieb Seite 13 33% 38% 37% 37% Befestigungsgrade 46% 80 bis 100 [%] 60 bis 80 [%] 40 bis 60 [%] 20 bis 40 [%] 84% 0 bis 20 [%] 39% 45% 45% 42% 37% 37% 50% 38% 43% 48% 32% 85% Abb. 5: Befestigungsgrade zu Haltungsflächen. Im Hintergrund sind die befestigten Flächen aus der Luftbilderfassung dargestellt Quelle: Emschergenossenschaft. Um das im vorigen Kapitel dargestellte Beispiel der Befestigungsgrade aufzugreifen, ist in Abb. 5 eine Karte mit Befestigungsgraden dargestellt. Die Besonderheit von einigen GIS- Programmen ist hierbei, dass für die Erstellung der Themenkarte nur wenige Arbeitsschritte notwendig sind und sich beliebige Informationen, sofern sie in den Daten enthalten sind, interaktiv als Themenkarte darstellen lassen, ohne die Daten vorher bearbeiten zu müssen.

17 Informationssysteme für Kanalplanung/Kanalbetrieb Seite 14 Abb. 6: Themenkarte zur Darstellung von Überstauhäufigkeiten im Kanalnetz Mit wenigen Arbeitsschritten kann nach einer hydrodynamischen Kanalnetzberechnung die Überstauhäufigkeit in dem Kanalnetz mit GIS dargestellt werden siehe Abb Geographische Analysefunktionen Mit geographische Analysefunktionen lassen sich räumlich verteilte Daten aus verschiedenen Datensätzen einander zuordnen. Dabei finden im wesentlichen folgende räumlichen Zuordnungen Verwendung: Objekt aus Datensatz A liegt innerhalb Fläche aus Datensatz B Objekt aus Datensatz A schneidet sich mit Objekt aus Datensatz B Objekt aus Datensatz A liegt in einer Entfernung kleiner als x zu Objekt aus Datensatz B Besonders flexibel sind GIS, die geographische Analysen mit Datenbankfunktionen kombinieren. Neuere Ansätze ermöglichen beispielsweise ein um geographische Zuordnungen erweitertes Geo-SQL, mit dem gleichzeitig die graphischen Objekte und die zugehörigen Daten analysiert und bearbeitet werden können. Ein weiteres Beispiel zeigt das Ergebnis einer geographischen Analyse, bei der das Kanalnetzvolumen bezogen auf Einzugsgebiete bilanziert wird und zur befestigten Fläche ins Verhältnis gesetzt wird. Das Ergebnis ist eine Darstellung der Aufnahmekapazität des Kanalnetzes in einem Einzugsgebiet siehe Abb. 7.

18 Informationssysteme für Kanalplanung/Kanalbetrieb Seite mm 9.4mm 6.3mm 12.1mm 9.1mm 6.4mm 10.5mm 35.2mm 27.1mm 2.6mm 9.3mm 5.4mm 13.7mm 7.2mm 1.9mm 5.7mm Abb. 7: Spezifisches Kanalnetzvolumen 3.5 Gemeinsame Nutzung von Datenquellen in unterschiedlichen Koordinatensystemen Einige GIS-Programme bieten flexible Möglichkeiten zum Umgang mit Koordinatensystemen. In den meisten Fällen kommt in der Kanalnetzplanung das Gauß-Krüger-Koordinatensystem zum Einsatz. GIS können zur Koordinatentransformation zum Einsatz kommen, wenn Daten aus verschiedenen Gauß-Krüger-Streifen stammen und in einander umgerechnet werden müssen. In selteneren Fällen liegen Daten in geographischen Koordinaten vor Länge, Breite. 3.6 Kombinierte Nutzung von GIS und Kanalkataster GIS sind als wichtige Ergänzung zu Kanalkatasterprogrammen wie KANKAT zu sehen, können aber die meisten Funktionen von KANKAT nicht ersetzen. Daher wurden zur Integration von GIS in das Kanalkatasterprogramm Datenaustausch-Schnittstellen geschrieben, die den schnellen Export von Grafik- und Sachdaten ermöglichen. Weiterhin kann aus dem GIS direkt auf die Datenbank von KANKAT zugegriffen werden, so dass sich Ergebnisse aus dem GIS leicht nach KANKAT zurück übertragen lassen. Dieses Zusammenspiel von GIS und Kanalkatasterprogramm wird deshalb als vorteilhaft angesehen, weil beide Programme ihre Stärken ausspielen können, ohne durch zu große Funktionsvielfalt überfrachtet zu sein. Dies wird u.a. durch eine sehr schnelle Grafik und sehr kurzen Ladezeiten aller beteiligten Programme belegt.

19 Informationssysteme für Kanalplanung/Kanalbetrieb Seite Kombinierte Verwendung verschiedener Datenquellen GIS sind hervorragend geeignet, um geographische Daten aus verschiedenen Quellen kombiniert darzustellen. Damit sind sie sinnvoll und nützlich, Kanalnetzdaten für andere Nutzungen zu Verfügung zu stellen, z.b. zur Straßenplanung oder zur Planung von Strom-, Gasund Wasserversorgung sowie von Telekommunikationsnetzen, wobei es sinnvoll erscheint, die Daten vor der Weitergabe in ihrem Umfang so zu reduzieren und ggfs. zu interpretieren, dass sie von fachfremden Anwendern genutzt werden können. Im Gegenzug besteht bei der Kanalnetzplanung ein großes Interesse an der Nutzung anderer Datenbestände. Ein gutes Beispiel hierfür ist das Grundstückskataster, das nicht nur die Darstellung der Kanalnetzpläne verbessern kann, sondern auch zusätzliche Informationen z.b. zu den Grundstückseignern liefern kann. 3.8 Datenaustauschformate Kernpunkt der Integration verschiedener Datenbestände ist, dass Wert auf einen effizienten Datenaustausch gelegt werden muß. Dabei ist auf eine einfache Datenstruktur der Exportund Importschnittstellen zu achten, um die Bindung an eine bestimmte Produktlinie zu vermeiden. Leider sind die Standardisierungsbemühungen im Bereich der Geodaten bisher nicht zu einem befriedigenden Ergebnis gelangt. Zum Datenaustausch von Geodaten haben daher in der Praxis bisher folgende Formate Bedeutung erlangt: DXF - Produziert sehr große Dateien MIF zum Programm Mapinfo - Ist sehr übersichtlich, besteht aus nur vier Objekttypen Shape zum Programm Arcview der Firma ESRI - sehr kompakt, besteht aus nur vier Objekttypen Weitere Datenaustauschformate z.b. EDBS, SQD, ALK, DGN, DWG sind eng an bestimmte Aufgabenbereiche gebunden oder auf bestimmte Softwareprodukte beschränkt.