Erzeugung Thomas Fischer WS 02/03 Geländemodelle Erzeugung Thomas Fischer WS 02/03

Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle Themenübersicht Vergleich Raster – TIN TIN Definition Delauny-Triangulation ArcScene 3D-Analyst I Erzeugung von TINs 3D-Analyst II Aufgabe 1 Raster / Interpolationsmethoden Aufgabe 2 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle Bevor ArcScene und der 3D-Analyst, welche für die Erzeugung und Darstellung von Geländemodellen sehr gut geeignet sind, erklärt werden, vorab zuerst noch ein paar allgemeine Grundlagen: Der 3D-Analyst benutzt zwei Arten von Geländemodellen: Zum einen das Raster Und zum anderen das TIN (Triangulated Irregular Network) 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle Vergleich Raster - TIN Jedes der beiden Geländemodelle hat seine Vorteile und Beschränkungen: Ein Raster ist ein regelmäßiges Modell einer Oberfläche. Digitale Geländedaten sind daher weitestgehend im Rasterformat erhältlich. Mit TINs hingegen kann man eine genauere Darstellung der Oberfläche sowie der Features erreichen, normalerweise ist hierfür jedoch eine größere Bemühung bei der Datenerfassung erforderlich. 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

I. Genauigkeit des Oberflächenmodells RASTER TIN Abhängig von der Raster-größe Hier hat man eine variable Punktdichte, die entsprechend der Geländeneigung un-terschiedlich stark schwanken kann um die Genauigkeit zu erhöhen muss das ge-samte Raster mit einer höheren Auflösung neu erstellt werden Zur Genauigkeitssteiger-ung können einzelne Massepunkte und Bruchkanten einfach hinzugefügt werden 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

II. Treue der Oberflächeneigenschaften RASTER TIN Es legt einzelne Höhenwerte der Oberfläche auf ein regelmäßiges Gitter Es ist dafür entworfen worden, um Gipfel oder Flussbette genau darstellen zu können Oberflächenstrukturen wie Berggipfel, Gebirgskämme oder Talsohlen können somit nicht genauer als im jeweiligen Gitter möglich dargestellt werden Diese können dann präzise durch ihre Koordinaten dargestellt werden und z.B. als Bruchkanten noch definiert werden 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

III. Oberflächenanalyse ist geeignet für RASTER TIN Untersuchung auf Räumliche Überein-stimmung. Höhen- sowie Stei-gungsberechnungen Volumenberechnungen Approximationen Sichtlinien-untersuchungen sowie Berechnung der geringsten Wegkosten und Ausrichtung von Vertikalprofilen 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

IV. Anwendungsbeispiele RASTER TIN Kleinmaßstäbliche Gelän-dedarstellungen Volumenberechnungen zur Straßenplanung Modellierung von Umweltverschmutzungen Entwässerungsstudien Darstellung von Wasserscheiden Perspektivische Dar-stellung von Gebäuden in der Landschaft und Hydrologische Unter-suchung von Über-schwemmungsgebieten sowie Hochpräzise Geländedarstellungen 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle TINs Da das Thema Raster nächste Woche noch näher behandelt wird, möchte ich heute hauptsächlich auf die TINs eingehen: X Y Z Sie sind aufgebaut aus: nodes edges face 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle Definition eines TINs Die TIN – Repräsentation modelliert eine Oberfläche durch eine Anzahl von Punkten mit bekannten Höhen aus denen dann Dreiecke (triangles) erzeugt werden. Man spricht von der sogenannten Triangulation. Diese Dreiecke werden durch Punkte gebildet, die sich an unregelmäßigen (irregular) Positionen auf der Oberfläche befinden. Jedes der Dreiecke enthält Informationen bezüglich seiner Nachbardreiecke, mit denen es ein Netzwerk (network) bildet. Triangulated Irregular Network = T I N 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle Die Triangulationsmethode die bei der Bildung der TINs verwand wird geschieht unter Berücksichtigung der sog. DELAUNY – Triangulation (s. GIS I, Vorl. 9) Sie benutzt einen speziellen Algorithmus, um die Darstellung der Oberfläche zu optimieren. Aus einem einfachen Fall von vier Punkten sind zwei Triangulationen möglich Aber welches ist das „bessere TIN“? 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle Die Definition der DELAUNY-Triangulation besagt, dass ein Kreis um 3 Punkte keinen weiteren Punkt beinhalten darf. Diese Form der Triangulation genügt der Definition und ist somit die richtige. Zum Vergleich: DELAUNY-Triangulation Gewöhnliche Triangulation 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle Jetzt, wie schon zu Beginn erwähnt, noch mal eine kurze Erläuterung von ArcScene (vgl. dazu auch Vortrag 1 vom 21.10.02) Bis auf kleine Unterschiede die selben Schaltflächen wie in ArcMap entscheidend: Button, mit dem man den aktivierten Layer von Hand drehen kann, sowohl horizontal als auch vertikal siehe Demo... 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle Der 3D-Analyst I Um in ArcInfo Geländemodellierungen durchführen zu können, stellt das Programm den 3D-Analyst zur Verfügung, der sowohl in ArcScene als auch in ArcMap genutzt werden kann. Dieser muss jedoch gegebenenfalls zuerst noch ausgewählt und aktiviert werden, was auf die folgende Art und Weise geschieht... 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle auf „View“ klicken dann auf „Toolbars“ vor „3D-Analyst“ einen Haken setzen Jetzt sollte die Toolbar 3D-Analyst erscheinen, die gleich noch weiter erläutert wird. außerdem muss noch kontrolliert werden, ob unter Tools, Extensions... vor 3D-Analyst ebenfalls ein Haken gesetzt ist 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle Der 3D-Analyst II Er besitzt die folgenden Toolbars: Link zur Öffnung von ArcScene, wenn wie hier ArcMap geöffnet ist momentan aus-gewählter Layer Buttons zur Analyse und Visualisierung der DGM´s (siehe Vortrag 2) In ArcScene nicht alle vorhanden! 3D-Analyst Button... 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle „3D-Analyst Button“ I Dieser ist wiederum unterteilt in: Create/Modify TIN - Hier können TIN´s erzeugt und geändert werden Interpolate to Raster - Erzeugen eines Rasters durch Interpolation Convert - Dient der Umwandlung von Raster in TIN und umgekehrt Options - Optionen, z.B. Festlegung des Arbeitsverzeichnisses (s. Vortrag 2) 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle ArcScene 3D-Analyst 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle Erzeugung von TINs Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um TIN´s in ArcInfo, bzw. mit dem 3D-Analyst zu erzeugen. Entweder aus: einem bereits bestehenden TIN durch entsprechende Bearbeitung, z.B. hinzufügen von Features, einer Geodatabase (z.B. Coverage), einem Raster, oder aber... 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle ...einer Punktdatei, in der die Punkte aber auch z-Werte besitzen müssen (Vorraussetzung). Die Datei muss folgendes Format besitzen: ID-Nummer, Rechtswert, Hochwert, Höhe außerdem muss die Datei hinter-her mit der Endung *.xxx abge-speichert werden. Bsp: 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Erzeugen eines TINs durch ein Coverage (Features) Hierzu wählt man durch Doppelklick die Option „Create TIN from features“ aus... Es öffnet sich das folgende Dialogfenster: Folgende Eingaben sind zu tätigen... 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle Auswahl des (der) Layers von dem (denen) der TIN erzeugt werden soll, indem man einen Haken davor setzt. (Gegebenenfalls Auswahl aus einer Datei) 2. Name der Spalte aus Attributtabelle in der die Höhen stehen (hier: Spot); none, wenn es nur drübergelegt werden soll 3. Auswahl, wie das Feature umgewandelt werden soll: Als Massenpunkte Bruchkanten oder Polygone 4. Wiederholung der Schritte 2 und 3 für jeden Layer 5. Speichern in entsprechendes Verzeichnis und „OK“ 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle Dieses oder jedes andere TIN kann man durch Ergänzung zusätzlicher Features dann auch noch verändern: 1. Auswählen von „Add Features to tin“ 2. In diesem Fenster laufen die Ein-gaben ähnlich wie im Vorherigen ab: Eingabe des zu ändernden TINs Angaben wie vorher Speichern in diesem oder einem neuen TIN? Ggf. Angabe d. Outputtin´s OK 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle Aufgabe 1 Kopiert den Ordner V:\tom\übung1 in ein eigenes Verzeichnis Startet ArcScene und öffnet hier die 3 Dateien Erzeugt jetzt hier aus dem feature vipoints ein TIN Fügt jetzt noch die shapefiles railroad sowie roads hinzu und speichert dies unter einem anderen TIN-Namen ab (Hinweis: die beiden shapefiles nur drüberlegen!) Blendet nun noch alles bis auf das zuletzt erstellte TIN aus und betrachtet euer Werk in ArcScene von allen Seiten Viel Erfolg! 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Erzeugung eines TINs aus einer Punktdatei Dies geschieht am Besten in ArcToolbox Hier wählt man nacheinander erst Conversion Tools und dann Import to TIN und schließlich den Create TIN Wizard aus Eröffnungsfenster mit Next bestätigen Hier kann nun die Datei ausgewählt werden... 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle ...hier kann nun entweder - wie im 3D-Analyst auch - ein Coverage ausgewählt werden um das TIN zu erzeugen oder aber man wählt Add Generate file aus um es aus einer Punktdatei zu erstellen. Hier wählt man als Feature class Point und im nächsten Feld die erstellte Koordinatendatei aus und bestätigt dieses und das nächste Fenster mit Next Man erhält wieder das erste Fenster, Next 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle Hier erfolgt die Angabe des OutputTin, also der Name unter dem das zu erstellende TIN gespeichert werden soll Optional Angabe der Maschenweite Weiter mit Next Zum Schluss erhält man nochmal eine Übersicht über die getätigten Eingaben und durch Klicken auf Finish wird das TIN erstellt Dieses kann jetzt mit Hilfe von ArcMap oder ArcScene angezeigt werden Die dritte Möglichkeit, das TIN aus einem Raster zu erstellen, kann wiederum im 3D-Analyst geschehen. 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle „3D-Analyst Button“ II Nach Auswahl des Buttons Convert erhält man verschiedene Möglichkeiten der Konvertierung Umwandlung von Features in 3D Umwandlung von Raster in Features Umwandlung von TIN in Raster Umwandlung von TIN in Features Diese Fenster sind soweit selbsterklärend, werde sie aus Zeitgründen auch nicht näher erläutern Umwandlung von einem Raster in ein TIN... 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Erzeugen eines TINs aus einem Raster 1. Zuerst Angabe der Rasterdatei aus der das TIN erzeugt werden soll 2. Als nächstes erfolgt die Angabe der Genauigkeit mit der das TIN erzeugt werden soll. Je kleiner z gewählt wird um so identischer wird es mit dem Raster 3. Evtl. noch Angabe aus wieviel Punkten des Rasters das TIN höchstens erzeugt werden soll Aus umso mehr Punkten kann es aber dann auch bestehen, was sich auf die Dateigröße auswirkt. 4. Angabe des TIN-Namens und schließlich OK 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Raster / Interpolationsmethoden Definition: Unter (räumlicher) Interpolation versteht man ein Verfahren, mit dem die unbekannten Werte einer Variablen an dem nicht beprobten Ort aus den gemessenen Daten geschätzt werden. Somit erzeugt man bei der Interpolation in ArcScene aus einer limitierten Anzahl von eingegebenen Punkten die fehlenden Werte in den Zellen eines Rasters. Hierzu dienen im 3D-Analyst vier unterschiedliche Interpolationsmethoden... 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle Inverse Distance Weighted Spline Kriging Natural Neighbours Jedes dieser Verfahren benutzt eine bestimmte Interpolationsmethode um aus einer vorhandenen Punktdatei ein Raster zu erzeugen. Je nach Oberflächenform und Punktmenge sind die Verfahren alle unterschiedlich gut geeignet. Unabhängig davon gilt aber für alle Methoden: Je größer die Anzahl der Punkte ist und je besser sie verteilt sind, umso zuverlässiger ist das Ergebnis, das man hinterher erhält! 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Inverse Distance Weighted (IDW) Algorithmus nimmt an, dass jeder in die Berechnung einfließende Stützpunkt einen lokalen Einfluß hat, der sich mit zunehmender Entfernung verringert. Stützpunkte, die näher an einer zu berechnenden Stelle liegen, werden stärker gewichtet als weiter entfernt liegende. Eine wichtige Entscheidung ist, ob alle oder nur eine gewisse Anzahl von Stützpunkten aus der näheren Umgebung in die Berechnung mit aufgenommen werden. 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle 1. Angabe des Layers indem die Punkte sind (Punktdatei) 2. Auswahl der Spalte, in der die Attribute für die Höhe stehen 3. Angabe wieviele oder in welchem Umkreis Nachbarn bei der Interpolation berücksichtigt werden sollen. Je nach Radiustyp 4. Eingabe der Zellengröße des Rasters 5. Angabe des Namens für das zu erstellende Raster und OK Raster wird erstellt 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle Spline Das Prinzip besteht darin, Polynome geringen Grades durch je zwei benachbarte Stützstellen zu legen, um so Zwischenstellen leicht interpolieren zu können. Das Raster wird also mittels einer mathematischen Funktion bestmöglich gleichmäßig an das Gelände angepasst. Ist jedoch nur für Gelände mit geringen Steigungen geeignet, da sonst unerwünschte Abweichungen, wie etwa Überhöhungen, auftreten können. 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle 1. Angabe des Layers indem die Punkte sind (Punktdatei) 2. Auswahl der Spalte, in der die Attribute für die Höhe stehen 3. Minimale Anzahl der Punkte, die bei der Erzeugung der einzelnen Zellen berücksichtigt werden sollen 4. Eingabe der Zellengröße des Rasters 5. Angabe des Namens für das zu erstellende Raster und OK Raster wird erstellt 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle Kriging Definition: Es beruht auf der Theorie regionalisierter Variabler, die neben der zu schätzenden Werteoberfläche auch Angaben zu deren lokaler Qualität macht. Lineares Schätzverfahren mit gewichteter räumlicher Mittelbildung. Der Kriging-Schätzer ist ein sogenannter BLUE-Schätzer, (bestl inear unbiased Estimator). (vgl. Statistik II) Die Rasterbildung hängt also von der Höhe sowie der Lage der Punkte zueinander ab. 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle 1. Angabe des Layers indem die Punkte sind (Punktdatei) 2. Auswahl der Spalte, in der die Attribute für die Höhe stehen 3. Art der Verteilung und Methode bei der Berechnung des Rasters 4. Angabe wieviele oder in welchem Umkreis Nachbarn bei der Interpolation berücksichtigt werden sollen. Je nach Radiustyp 4. Eingabe der Zellengröße des Rasters 5. Angabe des Namens für das zu erstellende Raster und OK Raster wird erstellt 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle Natural Neighbours Berechnung gewichteter räumlicher Mittelwerte über die nächsten Nachbarn des Referenzpunktes, wobei die Gewichte meist als Funktionen der Punktedistanz gewählt werden Datenpunkte werden um so schwächer gewichtet, je größer ihre Entfernung zu demjenigen Punkt ist, für den ein Wert interpoliert werden soll. Diese Methode eignet sich besonders für Gebiete mit unterschiedlicher Punktdichte 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle 1. Angabe des Layers indem die Punkte sind (Punktdatei) 2. Auswahl der Spalte, in der die Attribute für die Höhe stehen 4. Eingabe der Zellengröße des Rasters 5. Angabe des Namens für das zu erstellende Raster und OK Raster wird erstellt 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle und zu guter letzt... Umstellung der Rasteransicht auf 3D Die mit den vorgestellten Verfahren erzeugten Raster werden nur in der 2D-Darstellung in ArcMap, bzw. in ArcScene angezeigt. Um diese Einstellung in 3D zu ändern macht man einen Rechtsklick auf den Raster-Layer wählt Properties aus, und setzt in der Registerkarte Base Heights den Punkt vor Obtain Heights for Layer from surface Bestätigen mit OK 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle Aufgabe 2 Öffnet die Dateien aus dem Ordner V:\Tom\Übung2 in ArcScene Erstellt aus der Datei Mass Points.shp ein Tin und speichert dies im eigenen Verzeichnis unter „Tin1“. Fügt jetzt die Datei Mesh.shp als Bruchkante (hardline) zu diesem Tin hinzu „Tin2“ Blendet das erste Tin aus und ändert die Farbe der hard edge des Tin2 auf „none“ Erzeugt jetzt aus dem zweiten Tin zwei Raster. Das eine mit ca. 100 und das andere mit etwa 40 Reihen und Spalten (ausprobieren) Blendet alle anderen Layer aus, ändert die Darstellung der Raster auf 3D und vergleicht sie miteinander (evtl. andere Farbwahl) 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle

That´s all Folks! Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit ! 06.01.2003 Proseminar Geoinformation II - Geländemodelle