Geländemodelle

1. Geländemodelle Erzeugung Michael Gäb

2. Gliederung • Allgemein • TIN‘s • Gegenüberstellung Raster - TIN‘s • ArcScene • Aufgabe 1 • 3D-Analyst • Interpolation • Aufgabe 2 Erzeugung von Geländemodelle

3. Allgemein zu Geländemodellen • Digitale Geländemodelle (DGM) benötigt man, wenn Höheninformationen erfasst, gespeichert und ausgewertet werden. • Die Darstellung der Geländemodelle erfolgt in der Regel durch - Höhenlinien (siehe Vorlesung Topographie, Kap.2) - regelmässiges Raster - Dreiecksvermaschung (TIN‘s) • Das Problem heutiger DGMs ist, dass GIS nur stetige Funktionen in der X,Y-Ebene bietet. Das bedeutet, ein Punkt kann in der Regel nicht mehrere Z-Werte haben. Dies ist aber unabdingbar z.B. bei der Darstellung von Steilküsten, Steilhängen etc. Erzeugung von Geländemodelle

4. Allgemein zu Geländemodellen • In ArcGis erfolgt die Berechnung der Geländemodelle durch - Dreiecksvermaschung (TIN‘s), bzw. - Raster (Regelmäßige Gitter) • Da das Thema Raster ausführlich behandelt wurde, verweise ich auf den Vortrag 10 vom 20.12.04 Erzeugung von Geländemodelle

5. triangulated irregular network Eine Repräsentation durch die Verbindung der Punkte zu Dreiecken Die Punkte sind unregelmäßig verteilt, und dem entsprechend auch die Dreiecke Jedes Dreiecke enthält Informationen seiner Nachbardreiecke und bildet mit ihnen ein Netzwerk. TIN‘s „Triangulated Irregular Networks“ (Rückblick GIS I, Vorlesung 9) Definition eines TIN: Erzeugung von Geländemodelle

6. TIN‘s „Triangulated Irregular Networks“ Aufbau eines TIN: edge (Kante eines Dreiecks) face (Dreiecksoberfläche) node (Messpunkt) slope (Neigung des Dreiecks) Quelle: www.geoinformation.net (GIS I) Erzeugung von Geländemodelle

7. TIN‘s „Triangulated Irregular Networks“ Delaunay-Triangulation: Kreiskriterium: Kein vierter Punkt liegt im Umkreis eines Dreiecks • schlechte Triagulation, nach dem Kreiskriterium • gute Triagulation, erfüllt das Kreiskriterium Erzeugung von Geländemodelle

8. TIN‘s „Triangulated Irregular Networks“ Darstellung der beiden Triangulationsformen • Gewöhnliche-Triangulation mit schleifenden Winkeln (schlechtes Dreiecksnetz) • Delaunay- Triangulation mit minimalen Winkeln (gutes Dreiecksnetz) Quelle: www.geoinformation.net (GIS I) Erzeugung von Geländemodelle

9. TIN‘s „Triangulated Irregular Networks“ Demonstration der Delaunay-Triagulation http://www.diku.dk/hjemmesider/studerende/duff/Fortune/ Erzeugung von Geländemodelle

10. Bergkuppen, Erhöhungen… Flüsse, Strasse, Täler… Seen, Küsten… point surface features line surface features areal surface features TIN‘s „Triangulated Irregular Networks“ Modellierung der Oberfläche mit den surface features Erzeugung von Geländemodelle

11. TIN‘s „Triangulated Irregular Networks“ Point surface features Mass points • Sind Punkte mit bekanntem z-Wert (Höhenwert) • nach der Triagulation werden diese zum Knotenpunkt (node) Erzeugung von Geländemodelle

12. TIN‘s „Triangulated Irregular Networks“ Line surface features Breaklines: • werden einfügt anhand von Linien • dienen zur genaueren Darstellung der Oberfläche • werden in die Triangualtion mit eingebunden Erzeugung von Geländemodelle

13. Stellt (abrupte) Sprungstellen oder starke Neigungswechsel (Gebirgskämme) dar Steigerung der Oberflächengenauigkeit Unterbricht, durch das einfügen der Linie, nicht die Neigung (slope) Darstellung von Objekten durch einfache Linien z.B. Flussverläufe, Strassen TIN‘s „Triangulated Irregular Networks“ Man unterscheidet „hard breaklines“ von „soft breaklines“ Erzeugung von Geländemodelle

14. TIN‘s „Triangulated Irregular Networks“ Areal surface features • Polygone bezeichnen ein Gebiet mit konstanten Höhen, wie z.B. Seen, Ozeane • Das Gebiet wird von der Triangulation ausgelassen Erzeugung von Geländemodelle

15. Rasterdarstellung (mit Rasterdaten) TIN-Darstellung (mit Vektordaten) Gegenüberstellung Raster - TIN‘s Darstellungsformen der beiden Modellierungsarten Erzeugung von Geländemodelle

16. Ist festgesetzt durch die Rastergröße Genauigkeit kann man durch die Erniedrigung der Rastergröße steigern Auflösungsvermögen ist Abhängig von der Punktdichte Genauigkeit kann durch das Einfügen von Messpunkte, Bruckanten und Polygonen gesteigert werden Gegenüberstellung Raster - TIN‘s Genauigkeit der beiden Geländemodelle Erzeugung von Geländemodelle

17. z-Werte (Höhenwerte) werden auf ein regelmässiges Gitter gelegt so ist die Auflösung von Bergkuppen und Bergkämme abhängig von dem Gitter. da eine punktgenaue Darstellung möglich ist, lassen sich Gipfel und Flussbetten detailliert darstellen durch ihre Koordinaten können diese Objekte präziser dargestellt werden Gegenüberstellung Raster - TIN‘s Treue der Geländemodelle Erzeugung von Geländemodelle

18. räumliche zusammentreffen von Objekten Streuung und Verbreitung von Objekten Höhen-, Neigungs- und Lageberechnung des Gelände Herleitung der Höhenlinien Gegenüberstellung Raster - TIN‘s Man kann die Oberfläche analysieren auf Erzeugung von Geländemodelle

19. Modellierung von Umweltverschmutzung Untersuchung von Überschwemmungs-gebiete sehr genaue Darstellung der Geomorphologie Darstellung von Vertikalprofilen, z.B.: Steilküsten, Steilhängen usw… Gegenüberstellung Raster - TIN‘s Anwendungsbeispiele Erzeugung von Geländemodelle

20. Erzeugung von TIN‘s aus einer Punktdatei • Funktioniert mit den Tools ArcScene und der ArcToolbox • Erläutert wurden diese in dem Vortrag 1 vom 11.10.04 Erzeugung von Geländemodelle

21. Erzeugung von TIN‘s aus einer Punktdatei Aufbau einer Punktdatei ID1, Y1, X1, Z1 …… IDn, Yn, Xn, Zn end ID 1 Punkte ID 2 Linie ID 3 Fläche ID Erzeugung von Geländemodelle

22. Erzeugung von TIN‘s aus einer Punktdatei Aufbau einer Punktdatei ID1, Y1, X1, Z1 …… IDn, Yn, Xn, Zn end Y-Werte Erzeugung von Geländemodelle

23. Erzeugung von TIN‘s aus einer Punktdatei Aufbau einer Punktdatei ID1, Y1, X1, Z1 …… IDn, Yn, Xn, Zn end X - Werte Erzeugung von Geländemodelle

24. Erzeugung von TIN‘s aus einer Punktdatei Aufbau einer Punktdatei ID1, Y1, X1, Z1 …… IDn, Yn, Xn, Zn end Z - Werte Wichtig: Abspeicherung der Punktdatei mit der Endung .xxx Erzeugung von Geländemodelle

25. Erzeugung von TIN‘s aus einer Punktdatei Starten der ArcToolbox Conversions Tools Import to Tin Create Tin Wizard Erzeugung von Geländemodelle

26. Erzeugung von TIN‘s aus einerPunktdatei Es öffnet sich das Fenster “Create Tin Wizard“ Weiter mit “next“ Add Generate file Erzeugung von Geländemodelle

27. Erzeugung von TIN‘s aus einerPunktdatei Im Feld “Generate file“ die Punktdatei auswählen Weiter mit “next“ Im Feld “Output Tin“ den Namen, unter dem gespeichert werden soll, eingeben. Weiter mit “next“ Erzeugung von Geländemodelle

28. Erzeugung von TIN‘s aus einerPunktdatei Es öffnet sich das Fenster Summary of your input“, wo man die Eingabedaten kontrollieren kann. weiter mit “finish“ jetzt kann man die Dateien in ArcScene aufrufen, indem man… Erzeugung von Geländemodelle

29. Darstellung der Punktdatei in ArcScene ArcScene startet das Add-Symbol anklickt Die Datei auswählt und mit “Add“ bestätigt. Erzeugung von Geländemodelle

30. Darstellung der Punktdatei in ArcScene Erzeugung von Geländemodelle

31. Aufgabe1 • Kopiert die Punktdatei V:\Michael_G\Gelände_Katzenloch.xxx in euer Verzeichnis • Stellt diese Punktdatei mit Hilfe der ArcToolbox in ArcScene dar. • Betrachtet das Modell mit dem “Navigate“ von allen Seiten • Öffnet danach die Punktdatei mit dem Texteditor, und ändert dann zwei beliebige Z-Koordinaten auf 200m. • Stellt diese dann wieder mit Hilfe der ArcToolbox in ArcScene dar. Erzeugung von Geländemodelle

32. 3D-Analyst Mit dem 3D-Analyst führt man in ArcMap und ArcScene die Geländemodellierung durch. Werkzeugleiste des 3D-Analyst in ArcScene: Anzeige des aktiven Layer 3D-Analyst Button Auswahl von Funktionen Buttons zur Analysieren und Visualisierung von DGM‘s (siehe Vortrag 2) Erzeugung von Geländemodelle

33. 3D-Analyst Anzeigen in ArcScene Klick auf View Toolbars 3D-Analyst 3D-Analyst erscheint in der Werkzeugleiste Erzeugung von Geländemodelle

34. 3D-Analyst Aktivierung es öffnet sich das Fenster “Extensions“ Klick auf Tools Extensions Klick auf 3D-Analyst und danach auf close Erzeugung von Geländemodelle

35. Erzeugung eines TIN‘s durch ein Coverage Klick auf den 3D Button Create/Modify TIN Klick auf “Create TIN From Features“ Es öffnet sich das Fenster “Create TIN From Features“ Erzeugung von Geländemodelle

36. Erzeugung eines TIN‘s durch ein Coverage Auswahl des Coverages Name der Spalte aus Attributstabelle, wo die Z-Werte stehen (hier: Spot) Auswahl des Ausgabetyps, in dass das Feature umgewandelt werden soll Massenpunkte, Bruchkante, Polygone Eingabe des Verzeichnis, wo das TIN gespeichert werden soll Mit “OK“ das TIN erzeugen Für jeden Layer werden die einzelnen Einstellungen bereits vorgeschlagen, und können geändert werden. Erzeugung von Geländemodelle

37. Erzeugung eines TIN‘s durch ein Coverage Erzeugung von Geländemodelle

38. Einfügung von zusätzlichen Features z.B. breaklines, roads Klick auf den 3D-Analyst Button Create/Modify TIN Klick auf “Add Features To TIN“ Es öffnet sich das Fenster “Add Features To TIN“ Erzeugung von Geländemodelle

39. Einfügung von zusätzlichen Features Auswahl des Eingabe TIN Möglichkeiten der Einstellungen des Layers, wie bei dem Fenster “Create TIN From Features“ Auswahl: Speicherung in das eingebende TIN-Modell oder in einen anderes TIN-Modell Mit “OK“ die Features hinzufügen Erzeugung von Geländemodelle

40. Einfügung von zusätzlichen Features Erzeugung von Geländemodelle

41. Demonstration Erzeugung eines TIN‘s durch ein Coverage Einfügung von zusätzlichen Features Erzeugung von Geländemodelle

42. Interpolation Interpolation berechnet Werte für Rasterzellen aus einer begrenzten Anzahl gegebener Punkte. Punktdaten mit bekannten Werten Rasterdaten mit interpolierten Werten So erzeugt man z.B. bei der Umwandlung von einem TIN - Modell zu einem Raster - Modell die fehlenden Werte für das Raster. Erzeugung von Geländemodelle

43. Interpolation • Interpolation ist abhängig von der Oberflächen und der vorhandenen Punktdichte • Allgemein gilt: Je höher die Punktdichte und gleichmäßiger die Punktverteilung, desto besser ist das Ergebnis. • Interpolieren ist mit den Methoden des 3D-Analyst - Inverse Distance Weighted (IDW) - Kriging - Spline - Natural Neighbors möglich Erzeugung von Geländemodelle

44. Interpolation mit 3D-Analyst Klick auf 3D-Analyst Button, und danach auf “Interpolate to Raster“ Da die Interpolationsschritte selbsterklärend sind und die Interpolation in dem Vortrag 11 ausführlich besprochen wurde, möchte ich diese nicht weiter erläutern. Erzeugung von Geländemodelle

45. Konvertieren mit dem 3D-Analyst Klick auf den 3D-Button Convert Konvertiert Features zu 3D Konvertiert Raster zu Features Konvertiert Raster zu TIN Konvertiert TIN zu Raster Konvertiert TIN zu Features Erzeugung von Geländemodelle

46. Konvertieren mit dem 3D-Analyst Konvertiere TIN zu Raster Eingabe des TIN-Layer Einstellung des Attribut über das konvertiert werden soll Bestimmung der Zellgröße des zu erstellenden Raster Eingabe des Verzeichnis, wo das Raster gespeichert werden soll Mit “OK“ ausführen Erzeugung von Geländemodelle

47. Konvertieren mit dem 3D-Analyst Konvertiere Raster zu TIN Eingabe der Rasterdatei aus dem das TIN erzeugt werden soll Eingabe der Z-Genauigkeit aus der das TIN erzeugt werden soll. Je kleiner die Genauigkeit umso identischer wird es mit dem Raster. Aber mehr Punkte werden benötigt, dass sich dann auf die Dateigröße auswirkt. Optional: Angabe über die Anzahl der Punkte aus das das Tin bestehen soll. Eingabe des Verzeichnis, wo das TIN gespeichert werden soll Erzeugung von Geländemodelle

48. Aufgabe 2 • Konvertiert das TIN-Modell, dass ihr bei der Aufgabe 1 erzeugt habt, mit Hilfe des 3D-Analyst, in ein Raster. Ändert dabei die Zellengröße auf 3 • Konvertiert das Raster zurück in TIN‘s und gebt dafür eine Z-Genauigkeit von 5 an. • Vergleicht dieses TIN-Modell mit dem zuerst erzeugten. Könnt ihr einen Unterschied erkennen? Erzeugung von Geländemodelle

49. Quellenangabe • www.geoinformation.net • Modeling our World • Using ArcGIS 3D-Analyst Erzeugung von Geländemodelle

50. Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit Erzeugung von Geländemodelle