beispielhafte gis-nutzung in zeiten der energiewende · • geomedia-produktfamilie bietet einen...
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Frankfurter Forschungsinstitut für
Architektur · Bauingenieurwesen · Geomatik
Beispielhafte GIS-Nutzung in Zeiten der
Energiewende
- Sichtbarkeitsanalysen in der Standortsuche für WEA
- Analyse von durch Smart Metering gewonnen Verbrauchsdaten
- 3D-Bebauungsplan
Prof. Dr. Robert Seuß, FFin
Labor für Geoinformation
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GIS-Nutzung
GEOMEDIA® 3D
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Beispiel 1: Sichtbarkeitsanalysen
Sichtbarkeitsanalysen in der Regionalplanung am Beispiel der Ausweisung von Vorranggebieten für Windenergienutzung.
Quelle: HMWVL, 2011
VRG für Windenergie - Bestand
VRG für Windenergie - Planung
bestehende WEA geplante WEA
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Prozesssicht für die Ermittlung von Vorranggebieten
bei der Festlegung der Vorranggebiete
bietet Sichtbarkeitsanalyse
Planungsunterstützung.
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Ausgangsdaten
Zwei denkbare Ansätze:
1. ATKIS Basis-DLM + DGM
2. Laserscandaten
Datenbestände in Hessen flächendeckend vorhanden
Keine neue Datenerhebung
Geodaten vorhanden -> nutzen!
Voraussetzung für Sichtbarkeitsberechnungen: Daten mit dritter Dimension (3D-Daten)
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ATKIS Basis-DLM
• bundesweit flächendeckende Vektordaten
• 2D-Daten
• Objekte erhalten dritte Dimension über Pauschalhöhen
ATKIS-Daten in 3D (Waldflächen extrudiert, Gewässer und Ortschaften drapiert)
Digitales Geländemodell
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DOM
DGM
Laserscandaten
• hessenweit vorhanden
• Aktualität: 2011
• Genauigkeit: Lage ± 30cm; Höhe ± 15cm
• 1km x 1km große Kacheln im LAS-Format
• abgeleitete Produkte: DGM, DOM in unterschiedlichen Rasterauflösungen
(Quelle: Isenburg, 2012)
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Workflow
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Softwareprodukte
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Datenaufbereitung
Laserscandaten in GeoMedia Grid
• Utilities
> LAS Files to Feature Class (für den Import und Erstellung von Footprints)
> LiDAR Workbench
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Datenaufbereitung
Laserscandaten in GeoMedia Grid
• LiDAR Workbench: Verarbeitung von LAS Punkten, keine Darstellung der Punktwolke im GIS; LAS-Punkte werden im Hintergrund geladen und zu einer Rasteroberfläche modelliert
Punktwolke DGM DOM
LIDAR Workbench
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Sichtbarkeitsanalyse
Sichtbarkeit
• mit Rasteroberflächen
• GeoMedia Grid > Surface > Viewshed
Standpunkt: WEA
Sichtweite: 1km
Sichthöhe 80m
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Sichtbarkeitsanalyse Sichtbarkeitsberechnung von mehreren WEA aus verschiedenen Vorranggebieten mit Rasteroberflächen
• Einfluss auf das Landschaftsbild
• Alternativenvergleich
für geplante Windparks
• hilfreich für die Ermittlung
von Vorranggebieten
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Sichtbarkeitsanalyse
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Sichtbarkeitsanalyse
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Sichtbarkeitsanalyse
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3D Visualisierung
• GeoMedia 3D – GeoMedia Visualisierungskomponente für 3D
• Rasteroberflächen als Oberfläche hinzufügen
• eigene Vektor- und Rasterdaten auf die 3D Oberfläche drapieren
• Vektordaten
extrudieren
• Hinzufügen von
3D Objekte
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3D Visualisierung
2D und 3D Ansicht innerhalb eines Fenster: geschummertes DGM, WEA als Punktobjekte und 3D Modell
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3D Visualisierung
DOM aus Laserscandaten, Orthophotos, 3D Modell „Windenergieanlage.dae“
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3D Visualisierung
2D und 3D Ansicht innerhalb eines Fenster: normiertes Oberflächenmodell (nDOM)
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3D Visualisierung
2D und 3D Ansicht innerhalb eines Fenster: DOM aus Laserscandaten und Orthophotos
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3D Visualisierung
2D und 3D Ansicht innerhalb eines Fenster: Orthophotos und Sichtbarkeit
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3D Visualisierung
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3D Flüge
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Fazit
• Visualisierung: guter Umgang mit großen Datenmengen im 2D und 3D Bereich
• Verarbeitung: halbautomatisierte und effiziente Verarbeitung von Laserscandaten innerhalb des GIS
• GeoMedia Produkte für Planungszwecken
• Ergebnis: für den Ausweisungsprozess von Vorrang-gebieten unter Nutzung von 3D-Daten und den genannten Intergraph Produkten
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Beispiel 2: GIS-Energiedatenmanagement
Ergänzung des traditionellen (Liegenschafts-)katasters um energetische Aspekte zu einem Energiekataster.
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Smart Energy
• Energiewende als Auslöser
• Intelligente Netze
• Beziehungen zwischen den Erzeugern, Lieferanten, Netzbetreibern und Nutzern werden komplexer.
• Management und Kommunikation rücken in den Vordergrund.
-> Lösung: „Smart Grids“, d.h. neben dem Produkt wird auch Information transportiert und ausgetauscht.
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Smart Metering
• „Intelligente Zähler“ liefern aktuelle Verbrauchswerte für Strom und Gas in Echtzeit.
• Seit ca. 2010 auch für Privatkunden
• Übertragungsvorgänge und die damit verbundenen Prozesse, Systemlösungen und Dienste werden unter Smart Metering zusammengefasst.
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Smart Home
• Vernetzung von Haustechnik und Haushaltsgeräten
• „Intelligente Geräte“ steuern den Bezug von Strom automatisch.
• Kunde: Tageszeitbezogen „billigen“ Strom einkaufen und Erhöhung der Transparenz.
• Energieversorger: Bessere Ausnutzung der Kraftwerkeinfrastruktur; Zustand des Verbraucherverhaltens und vereinfachte Ablesung der Zähler.
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GIS-Energiedatenmanagements (EDM)
• Ergänzung des traditionellen (Liegenschafts-)katasters um energetische Aspekte zu einem Energiekataster.
• Analyse und Visualisierung von raumbezogener Information.
• Verbrauchsdaten sollen aussagekräftig aufbereitet und durch Vergleiche sowie Daten zum energetischen Zustand des Gebäudes erweitert werden.
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Pilotprojekt GIS-Energiekataster Langen
Kooperationspartner
• Stadtwerke Langen
• Stadt Langen
• Soluvia GmbH
• FH Frankfurt • Projektarbeit 2013
• Masterarbeit 2013/2014
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Pilotprojekt GIS-Energiekataster Langen
Workflow:
• Smart Meter
• GIS
• LIVE
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Pilotprojekt GIS-Energiekataster Langen
Web-Service-Schnittstelle
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Pilotprojekt GIS-Energiekataster Langen
Anwendung Datenabruf
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Pilotprojekt GIS-Energiekataster Langen
Datenmodell
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Portal (Datensicht auf eine Abfrage)
Portal
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Portal (Statusanalyse)
Portal
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Portal (Detailprüfung)
Portal
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Auswertung
Erste Kennzahlen
• Wochendurchschnitt
• Monatsdurchschnitt
• Tagesverläufe und deren Veränderungen
Analysen für das Liegenschaftsmanagement
• Ampel
• Vergleich mit anderen Gebäuden ähnlicher Bauweise
• Verschneidung mit weiteren GIS-Daten
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Nächste Schritte
• Kontinuierliche Auslesung der Smart Meter
• Analyse des Verbraucherverhaltens
• Entwicklung von aussagekräftigen Kennzahlen
• Integration des Workflow-Managers
• Optimierung der grafischen Visualisierung
• Integration zusätzlicher Kennwerte (Baujahr, Art der Dämmung, A/V-Verhältnis, Fenster, etc.)
• Entwicklung und Nutzung von angepassten Tarifen
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Ausblick
• Ausdehnung auf die Themen Wärme und Wasser
• Diskussion um den Datenschutz beachten
Quelle: Wikipedia, 2014
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Zusammenfassung
Smart Energy
Smart Metering
Smart Home
Energiedatenmangement
Intelligente Zähler Verbrauchsdaten in Echtzeit
Individuelle Tarife
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(Quelle: Die Zeit, 2014)
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Beispiel 3: 3D-Bebauungsplan
Visualisierung der planerischen Festsetzungen in ein 3D-Darstellung.
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Ziel
Visualisierung eines Bebauungsplans bei voller und mittlerer Ausnutzung der planerischen Festsetzungen.
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Datengrundlage
• DGM und DOM
• Orthophotos und ALKIS-Daten
• Bebauungsplan „Die Orscheläcker“ in Reinheim im CAD-Format (DWG) und als PDF • Gesamtlfäche: 64.600 m²
• 83 Baugrundstücke, davon 30 bebaut
• durchgehende Einzel- und Doppelhausbebauung
• Überwiegend Wohngebiet (WA)
• GRZ = 0.4, GFZ = 0.8, offene Bauweise (seitlichem Grenzabstand)
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Software
• GeoMedia Professional
• GeoMedia Grid
• GeoMedia 3D
• Trimble SketchUp
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Bearbeitungsschritte
• Erzeugung eines nDOM = DOM - DGM -> Objekthöhen
• Zuweisung der Objekthöhe zu den bereits bebauten Gebäuden (z.B. Median der Punkte in der Dachfläche)
• Extrusion der bestehenden Gebäude
• Modellierung der Gebäude der unbebauten Grundstücke durch Ausnutzung der Festsetzungen
• Erstellung der Modelle in einer externen Software (z.B. SketchUp, Trimble).
• Export nach GeoMedia über das Austauschformat Collada
• Modellierung weiterer Objekte, z.B. Bäume, Straßen und Garagen
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Gebäudetypen
• Ausgehend von den Festlegungen im Bebauungsplan werden vier verschiedene Gebäudetypen festgelegt: • Einzelhaus
• Doppelhaus Typ A (16x11 m)
• Doppelhaus Typ B (22x11 m)
• Doppelhaus (11x8 m)
• Durchschnittliche Bebauung des Baufensters bei Einzelhäusern 80% und bei Doppelhäusern 94% (im folgenden mittlere Auslastung)
• Garagen und Carports (Nebenanlagen, Stellplätze und Garagen) mit 6x7 m und Höhe 2,50
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Analysemöglichkeiten
• Schummerungskarten
(Quelle: Köster: 2013)
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Analysemöglichkeiten
• Sichtachsen
(Quelle: Köster: 2013)
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Analysemöglichkeiten
• Sichtbarkeitsanalysen
(Quelle: Köster: 2013)
Was sehe ich von meinem Badezimmerfenster aus? Sehe ich den Wald oder nur die Carportwand des Nachbarn?
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Analysemöglichkeiten
• Ableitung von 3D-Darstellungen (z.B. Rundflüge) • Darstellung des Gesamtgebietes
• Einpassung in das Landschaftsbild
• Zusammenwirken mit der bisherigen Bebauung
Rundflug 1 mittlere
Bebauung
Rundflug 2 volle
Bebauung
(Quelle: Köster: 2013)
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Fazit
• GIS kann mehr als reine Dokumentation
• Mit der Verfügbarkeit von immer mehr flächendeckenden Datenbeständen, gewinnt die Analyse immer größere Bedeutung (Open Data, GDI, INSPIRE)
• Visualisierung im räumlichen Kontext schafft Anschaulichkeit (ein Bild sagt mehr als tausend Worte)
• 3D/4D- und Echtzeitvisualisierung sind die nächsten Treiber (Scanning, mobile Sensorplattformen)
Smart Cities
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Abschlussfazit
• GeoMedia-Produktfamilie bietet einen umfangreichen Werkzeugkasten für viele fachliche Fragestellungen
• Workflows lassen sich im Desktop oder Web abbilden
• Kunst ist zu Wissen, was ich mit welchem Produkt machen kann
• „Ein Bild sagt mehr als tausend Worte“
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Quellen
• Köster, Lisa: 3D-Visualisierung eines Bebauungsplans, Bachelorarbeit, 2013, FH Frankfurt
• Isenburg, Martin: LAStools - rapid software for LiDAR processing, 2012
• Peukert, Martin: Weiterentwicklung des Energiekatasters für die Stadtwerke Langen, Master Thesis, 2014, FH Frankfurt
• Seuß, Robert, Bock, Sandra: Pilotprojekt 3D-Daten in der Landes- und Regionalplanung, Abschlussbericht, 2012
http://www.landesplanung-hessen.de/wp- content/uploads/2012/07/Abschlussbericht.pdf
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Kontakt
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Telefon: 069/1533 2358
Email: [email protected]
Fachhochschule Frankfurt a.M.
Nibelungenplatz 1
60318 Frankfurt am Main
Labor für Geoinformation Internet: http://www.fh-frankfurt.de/gis