gelaendevortrag 170105 by b7CWM77

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									           Geländemodelle

           Erzeugung



17.01.05       Michael Gäb   1
              Gliederung
 Allgemein
 TIN‘s
 Gegenüberstellung Raster - TIN‘s
 ArcScene
 Aufgabe 1
 3D-Analyst
 Interpolation
 Aufgabe 2


17.01.05       Erzeugung von Geländemodelle   2
           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.
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           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




17.01.05              Erzeugung von Geländemodelle        4
           TIN‘s „Triangulated Irregular Networks“
                     (Rückblick GIS I, Vorlesung 9)

Definition eines TIN:
                                         Eine Repräsentation durch die
triangulated                             Verbindung der Punkte zu Dreiecken

                                         Die Punkte sind unregelmäßig verteilt,
irregular                                und dem entsprechend auch die
                                         Dreiecke

                                         Jedes Dreiecke enthält Informationen
network                                  seiner Nachbardreiecke und bildet mit
                                         ihnen ein Netzwerk.


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            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)




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             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



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            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)



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           TIN‘s „Triangulated Irregular Networks“


Demonstration der Delaunay-Triagulation


http://www.diku.dk/hjemmesider/studerende/duff/Fortune/




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           TIN‘s „Triangulated Irregular Networks“
Modellierung der Oberfläche mit den surface features


Bergkuppen, Erhöhungen…                           point surface features



Flüsse, Strasse, Täler…                           line surface features



Seen, Küsten…                                     areal surface features



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           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)




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           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


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           TIN‘s „Triangulated Irregular Networks“
Man unterscheidet
     „hard breaklines“          von        „soft breaklines“

   Stellt (abrupte)                      Unterbricht, durch das
    Sprungstellen oder starke              einfügen der Linie, nicht
    Neigungswechsel                        die Neigung (slope)
    (Gebirgskämme) dar                    Darstellung von Objekten
   Steigerung der                         durch einfache Linien z.B.
    Oberflächengenauigkeit                 Flussverläufe, Strassen




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           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




17.01.05               Erzeugung von Geländemodelle   14
           Gegenüberstellung Raster - TIN‘s
Darstellungsformen der beiden Modellierungsarten

   Rasterdarstellung                      TIN-Darstellung
    (mit Rasterdaten)                       (mit Vektordaten)




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           Gegenüberstellung Raster - TIN‘s
           Genauigkeit der beiden Geländemodelle

   Ist festgesetzt durch die              Auflösungsvermögen ist
    Rastergröße                             Abhängig von der
                                            Punktdichte
   Genauigkeit kann man
    durch die Erniedrigung                 Genauigkeit kann durch
    der Rastergröße steigern                das Einfügen von
                                            Messpunkte, Bruckanten
                                            und Polygonen gesteigert
                                            werden


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



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           Gegenüberstellung Raster - TIN‘s
           Man kann die Oberfläche analysieren auf


   räumliche                             Höhen-, Neigungs- und
                                           Lageberechnung des
    zusammentreffen von                    Gelände
    Objekten
                                          Herleitung der
   Streuung und Verbreitung               Höhenlinien
    von Objekten




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           Gegenüberstellung Raster - TIN‘s
                  Anwendungsbeispiele


   Modellierung von                    sehr genaue Darstellung
    Umweltverschmutzung                  der Geomorphologie

   Untersuchung von                    Darstellung von
    Überschwemmungs-                     Vertikalprofilen, z.B.:
    gebiete                              Steilküsten, Steilhängen
                                         usw…



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           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



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           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


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           Erzeugung von TIN‘s aus einer
                   Punktdatei

Aufbau einer Punktdatei
ID1, Y1, X1, Z1
……
IDn, Yn, Xn, Zn
end



                  Y-Werte



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           Erzeugung von TIN‘s aus einer
                   Punktdatei

Aufbau einer Punktdatei

ID1, Y1, X1, Z1
……
IDn, Yn, Xn, Zn
end

                  X - Werte



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           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

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           Erzeugung von TIN‘s aus einer
                   Punktdatei

Starten der ArcToolbox

Conversions Tools

Import to Tin

Create Tin Wizard


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           Erzeugung von TIN‘s aus einer
                   Punktdatei

Es öffnet sich das Fenster
“Create Tin Wizard“

Weiter mit “next“

Add Generate file



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           Erzeugung von TIN‘s aus einer
                   Punktdatei
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“




17.01.05                  Erzeugung von Geländemodelle   27
           Erzeugung von TIN‘s aus einer
                   Punktdatei
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…


17.01.05              Erzeugung von Geländemodelle   28
Darstellung der Punktdatei in ArcScene

ArcScene startet

das Add-Symbol anklickt



Die Datei auswählt und mit
“Add“ bestätigt.




17.01.05             Erzeugung von Geländemodelle   29
Darstellung der Punktdatei in ArcScene




17.01.05     Erzeugung von Geländemodelle   30
                           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.


    17.01.05              Erzeugung von Geländemodelle              31
                            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                             Buttons zur Analysieren
         Auswahl von Funktionen                        und Visualisierung von DGM‘s
                                                       (siehe Vortrag 2)



   17.01.05                 Erzeugung von Geländemodelle                     32
                        3D-Analyst
Anzeigen in ArcScene
Klick auf View
Toolbars
3D-Analyst




3D-Analyst erscheint
in der Werkzeugleiste



17.01.05                Erzeugung von Geländemodelle   33
                       3D-Analyst
Aktivierung
Klick auf Tools
Extensions


es öffnet sich das Fenster
“Extensions“

Klick auf 3D-Analyst
und danach auf close


17.01.05               Erzeugung von Geländemodelle   34
           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“




17.01.05             Erzeugung von Geländemodelle                  35
            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.
 17.01.05                     Erzeugung von Geländemodelle                   36
           Erzeugung eines TIN‘s durch ein
                     Coverage




17.01.05             Erzeugung von Geländemodelle   37
    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“




17.01.05                 Erzeugung von Geländemodelle                 38
    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


17.01.05                 Erzeugung von Geländemodelle                    39
    Einfügung von zusätzlichen Features




17.01.05        Erzeugung von Geländemodelle   40
                      Demonstration


           Erzeugung eines TIN‘s durch ein Coverage


           Einfügung von zusätzlichen Features




17.01.05                Erzeugung von Geländemodelle   41
                            Interpolation
Interpolation berechnet Werte für Rasterzellen aus einer begrenzten Anzahl
gegebener Punkte.




    Punktdaten mit                          Rasterdaten mit
    bekannten Werten                        interpolierten Werten

So erzeugt man z.B. bei der Umwandlung von einem TIN - Modell zu einem
Raster - Modell die fehlenden Werte für das Raster.

   17.01.05                  Erzeugung von Geländemodelle               42
                         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




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               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.

    17.01.05                  Erzeugung von Geländemodelle                      44
           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


17.01.05            Erzeugung von Geländemodelle                    45
            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
                Mit “OK“ ausführen              das Raster gespeichert werden
                                                soll

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           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:
 Eingabe des Verzeichnis, wo das          Angabe über die Anzahl der Punkte
 TIN gespeichert werden soll              aus das das Tin bestehen soll.
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                     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?

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Quellenangabe
   www.geoinformation.net

   Modeling our World

   Using ArcGIS 3D-Analyst



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            Vielen Dank
              für Eure
           Aufmerksamkeit

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