Nutzung von Digitalen Geländemodellen unter ArcGIS · Landesamt für Landwirtschaft, Umwelt und...

Landesamt für Landwirtschaft,Umwelt und ländliche Räume

Schleswig-HolsteinNutzung von Digitalen Geländemodellen unter ArcGIS

Volker Leonhardt, LLUR SH, 20.09.2010 1

AG GIS-Küste und ESRI Anwendergruppe Küste20./21. September 2010

Nutzung von Digitalen Geländemodellenunter ArcGIS

Volker LeonhardtPraktikant im GIS-Dezernat 42 des LLUR (07.12.09 – 09.04.10)

Praktikumsbetreuer: Guido Baltes



2

Überblick

� Kurze Einführung in die Erstellung und die Aufbereitung der DGM2-Daten

� Analysetechniken für DGM-Daten über die Erweiterung Spatial Analyst unddie ArcToolbox von ArcGIS

� Optimierte Darstellungsmöglichkeiten für DGM-Daten in ArcGIS

Volker Leonhardt, LLUR SH, 20.09.2010



3

Nutzung von DGM-Daten

�Digitale Geländemodelle unterschiedlicher Auflösung(z.B. DGM2 mit Gitterweite 1 m für den Maßstabsbereich 1:2.000)

�Beispiele für Anwendungsbereiche :

Hochwasserrisikoanalysen,Qualitätssicherung von Wassereinzugsgebieten,Visualisierung von Geländestrukturen,Ableitung von Höhenlinien,Planung von Funknetzen,Planung von Verkehrstrassen,Volumenberechnungen…




4

Projekt Laserscanbefliegung

� Landesweit flächendeckende Laserscanbefliegung mit besonders hoherAuflösung und Genauigkeit

� Gemeinsames Projekt zwischen dem Ministerium für Landwirtschaft,Umwelt und ländliche Räume (MLUR) und dem Innenministerium (IM)

� Projektdurchführung durch das Landesvermessungsamt (LVermA) unddas Landesamt für Natur und Umwelt (LANU, heute LLUR)

� Auftragnehmer: Firma TopScan Gesellschaft zur Erfassungtopographischer Information mbH in Rheine

� Umsetzungszeitraum: 2005 bis 2007 (Auftragserteilung bis Datenübergabe an LVermA)




5

Anforderungen

Lagegenauigkeit: ≤ 30 cmHöhengenauigkeit: flaches Gelände (bis 10%) ≤ 15 cm

geneigtes Gelände (10 % - 25%) ≤ 25 cmsteiles Gelände (ab 25%) ≤ 35 cm(einzuhalten jeweils mit 95% Sicherheitswahrscheinlichkeit)

Wasserstand: keine Überschwemmungsflächen,im Wattenbereich nur 2 Std. vor undnach Tideniedrigwasser.

Witterungsverhältnisse: Schnee- und Eisfreiheit

Vegetationszustand: ohne Belaubung

Messpunktdichte: mind. 3 bis 4 Punkte je m²

mit Befliegung jeweils erst nach Flugfreigabe durch das LANUund Kontrolle der Einhaltung der Anforderungen durch das LVermA

=> Diese sehr hohen Anforderungen an die Laserscanbefl iegung sind z.B. fürhydrologische Auswertungen insbesondere in flachem Gelände erforderlich.

Projekt Laserscanbefliegungzusammengestellt unter Nutzung von Präsentationen des Landesvermessungsamtes und der Befliegungsfirma TopScan




6

DGM2-Kacheln

18.339 Kacheln

à 1 km² Fläche




7

Gelieferte Datenformate zum DGM2

� 5.9: Ascii-xyz (ca. 31 MB/ Kachel) 5.10: Ascii-Grid (ca. 5 MB/ Kachel)(in Projektionen Gauß-Krüger und UTM) (nur für Projektion Gauß-Krüger)

Ausschnitte

Dateianfang

jeweils gekachelt in 1 km²-Kacheln mit 1.000 x 1.000 m² = 1 Million Höhenpunkten




8

DGM2-Ascii-Daten

� Datenvolumen:18.339 Kacheln = 18.339 x 1 Million Höhenpunkte= über 18 Milliarden Höhenpunkte insgesamt

Landesweites Datenvolumen (in Projektion GK3, zzgl. GK4 und UTM) :Ascii-xyz ca. 545 GB bzw. Ascii-Grid ca. 94 GB




9

DGM-Produkte des Landesvermessungsamtes SH

�DGM2 mit Gitterweite 1 m („Basis-DGM“) (ca. M 1:2.000 – 1:10.000)wird zukünftig wahrscheinlich als DGM1 bezeichnet

aus dem DGM2 abgeleitete Produkte mit geringerer Auflösung fürgroßräumigere Analysen:

�DGM5 mit Gitterweite 5 m (ca. M 1:10.000 – 1:20.000)

�DGM5 mit Gitterweite 10 m (ca. M 1:20.000 – 1:50.000)wird zukünftig wahrscheinlich als DGM10 bezeichnet

�DGM25 mit Gitterweite 25 m (ca. M 1:50.000 – 1:100.000)(ersetzt das bisherige, qualitativ schlechtere DGM25)

�DGM50 mit Gitterweite 50 m (ca. M 1:100.000 und kleiner)(ersetzt das bisherige, qualitativ schlechtere DGM50)




10

Vergleich der Auflösung

im Maßstab 1:5.000

DGM21 m Gitter

DGM55 m Gitter

DGM5050 m Gitter




11

Import und Mosaikierung

von Ascii-Grids

(Beispiel mit 4 DGM2-Kacheln)

1. Einzelkachel-Raster

erstellen (4x)

(Conversion Tools)

2. Gesamt-Raster

mosaikieren

(Data Management Tools)




12

Import und Mosaikierung

von Ascii-xyz-Daten

(Beispiel mit 4 DGM2-Kacheln)

1. Gesamt-Multipoint-

Shapefile erstellen

(3D Analyst Tools)

2. Shapefile in Gesamt-

Raster konvertieren

(Conversion Tools)




13

Dateibasierte Rasterformate von ESRI in ArcGIS� Grid

Altes Rasterformat von ArcInfo-Workstation,Verzeichnis mit zugehörigem Info-Verzeichnis,Namen max. 13 Zeichen, nicht mit Zahl beginnend,Datenvolumen i.d.R. auf 2 GB begrenzt,Dateioperationen nur über ArcCatalog, nicht über Explorer!wird von ArcGIS ab Version 10 nicht mehr als internes Zwischen-format genutztFormat wird erstellt, wenn innerhalb eines Verzeichnisses keine Endungangegeben wird

� FileGDB-Raster („Raster Dataset“)Neues Rasterformat ab ArcGIS 9.2,FileGDB-Verzeichnis *.gdb mit 1 oder mehreren Rastern (und ggf.anderen Feature Classes)Datenvolumen unbegrenzt,Verschieben und Kopieren des FGDB-Verzeichnisses ist auch imExplorer möglich,FileGDB muss vor Nutzung angelegt werden,




14

Weitere dateibasierte Rasterformate in ArcGIS

� ERDAS IMAGINERasterformat der Fernerkundungs-Software ERDAS IMAGINE,img-Datei,Format wird erstellt, wenn innerhalb eines Verzeichnissesdie Endung .img angegeben wird




15

Aufbereitung als landesweite Mosaike für 4 Datenebene n

� DGM2-Höhendaten mit Visualisierung als klassifizierte Höhenschichten

� Ableitung einer Reliefschummerung (Hillshade) aus den DGM2-Daten

� Ableitung von Hangneigungen (Slope) aus den DGM2-Daten

� Ableitung der Exposition (Aspect) aus den DGM2-Daten




16

Aufbereitung und Visualisierung der Höhendaten

� Python-Skript über alle Kacheln unter Einbindung von Tools der ArcToolbox:Ascii-Daten => ESRI-Raster (Grid oder FileGDB-Raster)ESRI-Raster => GDB-Rastermosaik

� Layerfiles zur Symbolisierung als klassifizierte Höhenschichten in ArcMap

� Software-Voraussetzungen: ArcGIS (ArcView) + ggf. Extension 3D-Analyst

Gesamt Detail




17

�Die Erweiterung Spatial Analyst

�Allgemeine Voreinstellungen

Bei Berechnungen von Rasterdatensätzen ist es von Vorteil, im Vorfeld einen Rahmen mit einheitlicher Ausdehnung und einheitlichen Pixelkantenlängen festzulegen.




18

�Voreinstellungen der ArcToolbox

zwei Möglichkeiten:

�Rechtsklick auf ArcToolbox – Umgebung…

�Werkzeuge – Optionen…




19

�General Settings

Unter „Extent“ kann der zu bearbeitende Ausschnitt angegeben werden.

�Standard: Berechnungen werden für gesamtes Raster durchgeführt

�Wie unten angegeben: Berechnungs-ausdehnung wird durch Angabe von Koordinaten begrenzt

�Gleich wie Anzeige: Berechnung wird für den aktuell angezeigten Ausschnitt durchgeführt.

Bei „Snap Raster“ wird das Raster angegeben, an dem die Berechnung ausgerichtet werden soll




20

�Einstellungen für einzelne Berechnungen

Die Einstellungen können auch individuell für jedes Werkzeug der ArcToolbox vorgenommen werden und gelten dann nur für die jeweilige Analyse.




21

�Voreinstellungen des Spatial Analyst

1. Angabe des Arbeitsverzeichnisses zum Speichern temporärer Ergebnisse.

2. Angabe einer Maske zur Bestimmung der Ausdehnung einer Analyse (Berechnung findet nur innerhalb der angegebenen Maske statt)

3. Angabe des Koordinatensystems, in dem das Ergebnis gespeichert werden soll.

1.

2.

3.




22

1. Angabe der absoluten Ausdehnung der Berechnung.

2. Angabe des Rasters, an dem alle Ergebnisse

ausgerichtet werden.

3. Eingabe der Auflösung des Zielrasters. Der

Wert sollte im Regelfall der des Eingaberasters

entsprechen

1.

2.

3.




23

�Morphologische Berechnungen

�Schummerung (Hillshade)

Stellt einen Schattenwurf zu einer vorgegebenen Sonnenposition dar. Dadurch wird ein sehr plastischer Eindruck einer Rasteroberfläche vermittelt.

�ArcToolbox:

Spatial Analyst Tools – Surface – Hillshade

�Spatial Analyst Werkzeugleiste:

Spatial Analyst – Oberflächenanalyse – Schummerung…




24

1. Eingaberaster angeben

2. Horizontalen Winkel eingeben

(Himmelsrichtung).

3. Vertikalen Winkel angeben

(Sonnenstand).

4. Angeben, ob harte Schatten modelliert werden sollen (insbesondere in flachem

Gelände zu aktivieren, dadurch wird der Geländeeffekt plastischer vermittelt).

5. Multiplikator für Z-Werte.

6. Angabe der Auflösung des Ausgaberasters.

7. Mit der Standardeinstellung wird die Schummerungsberechnung temporär

abgespeichert.

7.

6.5.

4.3.

2.

1.




25

Ableitung einer Reliefschummerung (Hillshade)

�Python-Skript über alle Kacheln unter Einbindung von Tools der ArcToolboxEinzelkachel-Raster => Hillshade-Raster (20-fach überhöht)Hillshade-Raster => Hillshade-Rastermosaik in GDB

� Layerfiles zur Symbolisierung in ArcMap (halbtransparent + Höhenschichten-überlagernd)

�Software-Voraussetzungen: ArcGIS (ArcView) + Extension Spatial Analyst

DetailGesamt

Mülldeponie an der A7 westl. NMS




26

Überlagerung von Höhendaten und Reliefschummerung

Gesamt Detail




27

DGM2-Daten

+ Topograpie

(hier: TK50)

+ Vektordaten(Gewässernetz,Einzugsgebiete)




28

�Hangneigungsberechnung (Slope)

Ermittelt für jedes Pixel die steilste Hangneigung zu den Nachbarpixeln. Ausgabe in Prozent oder in Grad.

�ArcToolbox:

Spatial Analyst Tools – Surface – Slope


Spatial Analyst – Oberflächenanalyse – Neigung…




29


2. Ausgabemaßeinheit auswählen

3. Multiplikator für Z-Werte


5. Möglichkeit der Angabe für Speicherort und –name.

5.

4.3.

2.

1.




30

Ableitung von Hangneigungen

�Python-Skript über alle Kacheln unter Einbindung von Tools der ArcToolbox Einzelkachel-Raster => Hangneigungs-RasterHangneigungs-Raster => Hangneigungs-Rastermosaik in GDB

� Layerfiles zur Symbolisierung von Hangneigungsklassen in ArcMap


Gesamt Detail




31

�Ausrichtungsberechnung (Aspect)

Gibt für jedes Pixel eines Rasterdatensatzes die Ausrichtung an

�ArcToolbox:

Spatial Analyst Tools – Surface – Aspect


Spatial Analyst – Oberflächenanalyse – Ausrichtung…




32



3. Möglichkeit der Angabe für Speicherort und –name.

3.

2.1.




33

Ableitung der Exposition (= Ausrichtung der Hangneigung)

�Python-Skript über alle Kacheln unter Einbindung von Tools der ArcToolbox Einzelkachel-Raster => Expositions-RasterExpositions-Raster => Expositions-Rastermosaik in GDB

� Layerfiles zur Symbolisierung von Expositionsbereichen in ArcMap


Gesamt Detail




34

�Raster Calculator

Eine Art wissenschaftlicher Taschenrechner, mit dem sich Rasterbilder

�verrechnen lassen

�abfragen lassen


Spatial Analyst - Raster berechnen…




35

1. Layerauswahl

2. Standartoperatoren

3. Konstanten/Dezimalzeichen

4. Klammern/relationale Operatoren

5. Boolsche Operatoren

6. Feld, in dem der Textausdruck der Berechnung/Abfrage zu sehen ist

1.

2. 3. 4. 5.

6.




36

�Flächen berechnen im Raster Calculator

Beispiel: Berechne die Fläche zwischen -20m und -10m




37

�Flächen berechnen im Raster Calculator

Das Ergebnis wird in der Attributtabelle der Berechnung angegeben oder kann über das „Identify-Tool“ abgefragt werden.

Wert 0: Fläche außerhalb der Berechnung

Wert 1: Fläche innerhalb der Berechnung (zwischen -20m und -10m) in [m²]




38

�Abspeichern temporärer Dateien

�Die Berechnungen des Raster Calculators werden zunächst in einen temporären Ordner abgelegt. Um diese als permanente Dateien abzuspeichern muß auf die entsprechende Datei mit der rechten Maustaste angeklickt werden.




39

�Abtrags-/Auftragsberechnung (Cut/Fill)

Dient zur Berechnung von Volumina zwischen zwei Rasterbildern. Dabei wird für die einzelnen Bereiche differenziert aufgeführt, ob ein lokaler An- oder Abtrag stattgefunden hat und wie hoch jeweils der Betrag ist.

�ArcToolbox:

Spatial Analyst Tools – Surface – Cut/Fill


Spatial Analyst – Oberflächenanalyse – Abtrag/Auftrag…




40

1. Ausgangsraster angeben

2. Raster angeben, zu welchem hin die Volumenänderung berechnet werden soll.

3. Multiplikator für Z-Werte angeben


5. Möglichkeit der Angabe für Speicherort und –name des Ausgaberasters.

1.

2.

3.4.

5.




41Volker Leonhardt, LLUR SH, 20.09.2010



42

�Sichtfeldberechnung (Viewshed)

Hiermit lässt sich der sichtbare Bereich von einem oder mehreren Standorten im Gelände berechnen.

�ArcToolbox:

Spatial Analyst Tools – Surface – Viewshed


Spatial Analyst – Oberflächenanalyse – Sichtbarkeit…




43

1. Eingaberaster

2. Punkt- oder Polylinien-File angeben,

von dem aus die Beobachtung ausgeht

3. Speicherort und –name für Ausgabe-File


5. Angeben, ob die Erdkrümmung mit angegeben werden soll (Sinnvoll nur für sehr

großräumige Analysen)

6. Angeben, wie stark die Lichtbrechung sein soll (um schlechte Sichtverhältnisse zu

simulieren kann der Standardwert von 0,13 verändert werden)

1.

2.

3.

4.5.

6.




44

�Optionale Einstellungen der Viewshed-Analyse

Beobachter und zu beobachtendes Objekt können durch Attribute im Beobachter-File (einzugeben in 2.) sehr genau definiert werden. Lässt man diese aus wird das denkbare Maximum eingesetzt.

�OFFSETA (1) – Höhe des Beobachters

�OFFSETB (0) – Größe des zu beobachtenden Objektes

�SPOT – Höhe des Beobachters über dem Meer (NICHT kombinierbar mit OFFSETA)

�VERT1 (90) und VERT2 (-90) – vertikal einsehbarer Bereich desBeobachters. VERT1 zu VERT2 in Grad (Horizontale = 0)

�AZIMUTH1 (0) und AZIMUTH2 (360) – horizontaler Sichtbarkeitsbereich.AZIMUTH1 zu AZIMUTH2 in Grad (0°= Nord)

�RADIUS1 (1) und RADIUS2 (Infinity) – minimale Sichtdistanz(RADIUS1) hin zu maximaler Sichtdistanz (RADIUS2)




45

�Sichtbarkeitsberechnung (Observer Point)

Hiermit lässt sich berechnen, von welchen Pixeln aus ein oder mehrere angegebene Objekte zu sehen sind.

�ArcToolbox:

Spatial Analyst Tools – Surface – Viewshed




46


2. File angeben, in dem die zu beobachtenden Punkte gespeichert sind

3. Speicherort und –name angeben


5. Angeben, ob die Erdkrümmung berücksichtigt werden soll

6. Angeben, wie stark die Lichtbrechung sein soll

�Die Attributierung erfolgt wie bei der Sichtbarkeitsanalyse, mit dem Unterschied, dass für OFFSETA die Höhe des zu beobachtenden Objektes und OFFSETB die Höhe




47

Anwendung von Farbverläufen an einem Beispielausschnitt aus Eiderstedt

landesweit optimierter Farbverlauf für den Gebietsausschnitt optimierter Farbverlauf




48

Symbolisierung von DGM-Rastern in ArcGIS

Darstellung Gestreckt bzw. Stretched� Automatisch abgestufter Farbverlauf

über 256 Stufen� Farbverlauf bezieht sich auf die Statis-

tik (u.a. Minima und Maxima) desjeweiligen Rasters

� „relative Darstellung“: exakter Höhen-wert ist aus der Legende nichtableitbar

� Darstellung steht unmittelbar zur Verfügung� Anwendung für Hillshade als Grauwerte, auch für DGM-Höhen sinnvoll

Darstellung Klassifiziert bzw. Classified� Darstellung von in Klassen zusam-

mengefassten Zellwerten� Beliebige Klassenunterteilung durch

den Nutzer unabhängig von der Sta-tistik des jeweiligen Rasters

� „absolute Darstellung“: jeder Farbe istin der Legende ein exakter Höhen-bereich zugeordnet

� Darstellung erfordert vorherige Klassen-definition durch den Nutzer

� Anwendung für DGM-Höhen, Hangneigung und Exposition sinnvoll




49

Beispiel: Manuelle Klassifikation in 3 Klassen – Tei l 1

Klassenober-grenzen eingeben

1. 2.

3. 4.




50

Beispiel: Manuelle Klassifikation in 3 Klassen – Tei l 2

5. 6.

7.




51

Farbverläufe bzw. Color Ramps in ArcGIS

� Die verschiedenen Darstellungsmöglichkeiten („Renderer“) in ArcGIS (z.B. Gestreckt oder Klassifiziert) werden auf vordefinierte Farbverläufe bzw. Color Ramps angewendet.

� Color Ramps können einfach (z.B. grün nach braun) oder komplex (Multipart-Farbverlauf, z.B. dunkelgrün nach hellgrün nach gelb nach braun) sein.

� Die Color Ramps werden in sog. Styles abgelegt, welche über den Style Manager verwaltet werden.� Im ESRI-Style stehen vordefinierte Color Ramps zur Verfügung. Für DGM-Daten sind z.B. die Color

Ramps Black to White (einfach, für Hillshade-Darstellungen) oder Temperature (komplex, u.a. für Höhendarstellungen geeignet) zur Verfügung.

� Die Nutzer können weitere eigene Color Ramps erstellen und in ihrem Nutzer-Style ablegen.

ESRI.styleim Style-Manager

<Nutzer>.styleim Style-Manager

Der Style-Manager wird über Werkzeuge/Styles/ Style-Manager … geöffnet.




52

Erstellung einer neuen Multipart-Color Ramp im Nutz er-Style – Teil 1

1. Style-Manger, Nutzer-Style, Color Ramps:in rechtem Fenster Kontextmenü New/ Multi-part Color Ramp …

2. Add-Button,Algorithmic Color Ramp

3. Algorithmic Color Ramp markieren,Properties …

4. Color 1 und 2 definieren, Algo-rithm wählen (z.B. CIE Lab), OK

5. Schritte 2 bis 4 wiederholen,Color 1 entspricht vorheriger Color 2

6. Nach Abschluss mit OKbestätigen




53

Erstellung einer neuen Multipart-Color Ramp im Nutz er-Style – Teil 2

7. Im Style-Manger Namen fürneue Color Ramp vergeben

8. Nach dem Schließen des Style-Managers steht die neueColor Ramp in der Symbologie zur Verfügung

9. Unter Color Ramp mit der rechten Maustaste der Graphic View aktiviert (Farbdarstellung) und deaktiviert (Angabe der Namen in alphabetischerReihenfolge zum Suchen einer best. Color Ramp) werden

10. Anwendung der neuen Color Ramp aufDGM-Raster




54

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!


Date post:	08-Aug-2018
Category:	Documents
Upload:	vudat
View:	216 times
Download:	0 times

Nutzung von Digitalen Geländemodellen unter ArcGIS · Landesamt für Landwirtschaft, Umwelt und...

Documents