GIS 2 Studienarbeit 4

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1 GIS 2 Studienarbeit 4 Berechnung von günstigsten Wegen für den Bau von Pipelines Dozent: Prof. Dr. Gerhard Schweinfurth Betreuer: Christian Stern Ulrich Ehret Jörg Wachner 28666

2 Einführung In der vorliegenden Übung 4 sollen aus den vorhandenen Rasterdaten die Baukosten und damit der günstigste Trassenverlauf der Pipelines zu den Raffinerien ermittelt werden. Außerdem soll Pixelgenau ermittel werden wie teuer die Erschließung eines potentiellen Bohrlochs wäre, indem die Kosten der Trasse von einem Bohrloch (Pixel) zur bestgelegenen nächsten Raffinerie berechnet werden. Dabei sind folgende Faktoren zu beachte, die die Baukosten beeinflussen: - Straßennetz - Schutzgebiete - Siedlungsflächen - Gelände - Nutzung vorhandener Pipelinekorridore - Raffinerien Abschließend soll mit Hilfe des Model Builders von ArcGIS ein Model für die automatische Durchführung dieser und anderer, ähnlicher Kostenberechnung erstellt werden. Durchführung Zunächst werden die zu addierenden Fixkosten (terrain, settlements und roads) mit dem Weighted Sum -Tool des Spatial Analsyt ( Overlay ) in ein neues Shapefile summiert. Da alle Layer gleichwertig sind, wird die Wertigkeit nicht verändert (Abbildung 1, je heller umso teurer). Abbildung 1: Fixkosten

3 Über das Times -Tool des SpatialAnalyst ( Math ) werden anschließend die Kosten von schon vorhandenen oder eben nicht vorhandenen Pipelines mit dem obigen Ergebnis multipliziert (Abbildung 2). Das Ergebnis sind die Kosten/Pixel, wobei sich die Werte nur an schon vorhandenen Pipelines im Gegensatz zu Abbildung 1 geändert haben, da dort der Faktor 0,3 Beträgt und die Kosten somit sinken. Abbildung 2: Gesamtkosten

4 Da in den Naturschutzgebieten keine Pipelines mehr gebaut und keine Bohrungen mehr durchgeführt werden dürfen, werden die Gesamtkosten mit den Naturschutzgebieten (n-prot,) mit Hilfe des Extract to mask -Tools des Spatial Analysts, verschnitten (Abbildung 4). Abbildung 3: ausgeschnittene NSGs Mit dem Cost Distance -Tool ( Spatial Analyst, Distance ) werden die Kosten in Abhängigkeit der Entfernung zu den Raffinerien (Abbildung 5=distance) und die Himmelsrichtung der Lage des Pixels zur nächstgelegenen Quelle (Abbildung 6=backlink) errechnet. Als Input raster werden die Raffinerien gewählt, als Input cost raster das erstellte Kostenraster mit den abgezogenen NSGs. Abbildung 4: distance-ergebnis des "Cost Distance" Tools

5 Abbildung 5: backlink-ergebnis des Cost Distance Tools Nun sind die Ausgangsdaten für die Berechnung des besten Weges gegeben. Mit dem Cost Path - Tool ( Spatial Analyst, Distance ) werden die besten Wege berechnet. Dabei werden als Input raster die Ölfelder angegeben (oildrill), als Cost raster das erstellte Kostenraser (ref_costs) und als backlinkraster das eben erstellte ref_costs_bl) (Abbildung 6). Abbildung 6: Eingabe im "Cost Path" - Tool

6 Das Ergebnis (Abbildung 7,) zeigt sowohl den Besten Weg (dunkelgrün), als auch alternative, weniger günstige und dadurch vermutlich teurere Wege. Außerdem ist ersichtlich, dass nur zwei Raffinerien über den besten Weg angesteuert werden, es jedoch mehrere mögliche Bohrlöcher gibt. Abbildung 7: Ergebnis der "Cost Path" Berechnung (costs_path) Um nun die Kosten der einzelnen Bohrlöcher ablesen zu können werden mit Hilfe des Extract by Mask -Tools ( Spatial Analyst, Extraction ) die Pixel der möglichen Bohrlöcher aus dem Kostenraster ausgeschnitten (Abbildung 8). Das Ergebnis zeigt die günstigsten Kosten (ca Kosteneinheiten pro Pixel) und die teuersten (ca Kosteneinheiten pro Pixel). Abbildung 8: Mögliche Bohrlöcher mit ihren Kosten (field_costs) Um eine Attributtabelle zu erhalten und die genauen Kosten der einzelnen Bohrlöcher ablesen zu können werden die vorhandenen Pixel mit dem Raster to Point -Tool ( Conversion Tools, From Raster ) in einzelne Punkte umgewandelt (Abbildung 9).

7 Abbildung 9:Raster to Point-Ergebnis mit Attributtabelle Zu beachten bei der Ergebnisdatei ist, dass die Fixkosten für ein einzelnes Bohrloch angegeben sind. Falls mehrere Bohrlöcher in einem Ölfeld angeschlossen würden, müssten weitere Berechnungen angestellt werden. Da die einzelnen Schritte für die Kostenberechnung nun klar sind, können diese nun in ein Modell zur automatisierten Bearbeitung überführt werden (Abbildung 10). Abbildung 10: Im Modelbuilder erstelltes Modell