3D-Visualisierung für den unterirdischen Bauraum

Inhalt
Datengrundlage
Problempunkte
Realisierung eines unterirdischen 3D-Modells
Zuweisung der 3D-Ausprägung
Verknüpfung mit Sachdaten
Resümee
 

Die Diplomarbeit 3D-Visualisierung im unterirdischen Bauraum war ein Projekt, welches in Zusammenarbeit mit den Praxispartnern Städtisches Vermessungsamt Dresden und der Firma Software-Service John durchgeführt wurde. Das Ziel der Arbeit war es, effiziente Möglichkeiten der 3D-Darstellung des unterirdischen Bauraumes, insbesondere mit den Softwareprodukten ArcGIS 3D Analyst™ und VIS-All®, aufzuzeigen.

Zur praktischen Umsetzung der Aufgabenstellung wurden vom Städtischen Vermessungsamt Dresden Testdaten für ein ca. 0,26km² großes Gebiet zur Verfügung gestellt. Diese umfassten sowohl die Komplexe Leitungskarte im dxf-Format als auch das digitale Geländemodell (DGM) im 1- und 5-m-Raster.

Datengrundlage

Die unterirdischen Leitungen werden in der Regel nicht zum Zweck der Visualisierung aufgenommen. Vielmehr muss hier auf Datenbestände, beispielsweise die Leitungsdokumentation, zurückgegriffen werden.

In Dresden erfolgt diese in Speziellen und Komplexen Leitungskarten. Die Spezielle Leitungskarte, auch Einspartenplan genannt, ist die Leitungsdokumentation eines Eigentümers für ein bestimmtes Gebiet auf Grundlage einer Basiskarte, welche in Dresden die Stadtkarte gemeinsam mit der ALK ist. Die Speziellen Leitungskarten werden von den jeweiligen Ver- und Entsorgungsunternehmen geführt. Dies hat jedoch auch zur Folge, dass die Dokumentationen unterschiedlichen Standards entsprechen. Zum einen betrifft das den Fortschritt der Digitalisierung der analogen Leitungskarten. Aber auch die Dokumentation der Höhen- bzw. Tiefenlage der Leitungen wird sehr unterschiedlich gehandhabt. Die Komplexe Leitungskarte, auch Mehrspartenplan genannt, ist die Leitungsdokumentation mehrerer Eigentümer für ein bestimmtes Gebiet auf Grundlage einer Basiskarte. Diese wird vom Städtischen Vermessungsamt Dresden geführt und liegt in digitaler Form vor. Die Dokumentation erfolgt nur zweidimensional.

Problempunkte

Ein großes Problem im Rahmen der Leitungsdokumentation ist die höhenmäßige Erfassung der unterirdischen Objekte. Im Hinblick auf eine spätere dreidimensionale Darstellung des Leitungsbestandes ist es sinnvoll, alle Objekte absolut einzumessen. Hierbei sollten die Messungen an das amtliche Höhenbezugssystem angeschlossen werden, da sie so unabhängig von der umliegenden Topographie sind.

Häufig werden jedoch relative Höhen gemessen, wobei der Bezug meist die Straßen- oder Gehwegoberkante ist. Für die Erstellung eines 3D-Modells ist dies jedoch ungeeignet, da die 3D-Daten später nur mit Hilfe eines DGM erzeugbar und somit auch abhängig von dessen Genauigkeit sind. Weiterhin kann nicht davon ausgegangen werden, dass sich das Geländeniveau, auf welches die unterirdischen Objekte eingemessen wurden, nicht verändert, bzw. jede Veränderung in der Leitungsdokumentation vermerkt wird.

Vor allem für ältere Leitungen liegen oft gar keine Höhenangaben vor. Um diese dreidimensional darzustellen, müssen Vorgaben zu Regeltiefen aus entsprechenden Regelwerken angenommen werden. Es muss jedoch darauf hingewiesen werden, dass die daraus resultierende Darstellung keinesfalls dem wahren höhenmäßigen Verlauf der Leitung entspricht.

Die vielerorts heterogen vorliegenden Strukturen der Ausgangsdaten erschweren eine einheitliche Bearbeitung im Hinblick auf eine Visualisierung. Es wäre daher notwendig, für die Einmessung und Dokumentation der Medien einheitliche und bindende Regelungen zu schaffen.

Realisierung eines unterirdischen 3D-Modells

Wurden die Leitungen mit absoluten Höhen eingemessen, ist die Datenaufbereitung vor dem Import in das 3D-Programm minimal. Um den Prozess der dreidimensionalen Darstellung weiter zu optimieren, wäre es jedoch hilfreich, die Daten bereits dreidimensional in dem entsprechenden CAD- oder GI-Systemen zu führen.

Ein großes Problem bei der Umsetzung von Leitungen, die relativ zur Geländeoberfläche eingemessen wurden, sind die oft nur vereinzelten Tiefenangaben. Da es weiterhin nicht eindeutig ist, auf welchen Leitungsbereich sich diese Angaben beziehen, ist eine wahrheitsgetreue Nachbildung des Verlaufes der Leitungen kaum möglich. Zur dreidimensionalen Darstellung der Leitungen werden diese auf ein DGM drapiert und anschließend um den entsprechenden Wert nach unten versetzt.

Ähnlich wird auch mit Leitungen ohne Höhenangaben verfahren. Diese werden ebenfalls auf die Geländeoberfläche drapiert. Um die Leitungen nach unten zu versetzen, werden entsprechende Vorgaben aus Regelwerken angehalten. Da es jedoch eine Vielzahl von Empfehlungen und Richtlinien zur Verlegung unterirdischer Leitungen gibt, ist meist nicht mehr nachzuvollziehen, welche damals verwendet wurde.

Zuweisung der 3D-Ausprägung

Nach dem Import der dreidimensionalen Daten erhält jedes Objekt im 3D-Programm eine dreidimensionale Ausprägung. Aus Linien können so Leitungen entstehen, wobei die entsprechende Dimension sowie der Leitungsquerschnitt wahrheitsgetreu umgesetzt wird. Punktartigen Elementen werden Symbole zugewiesen. Die meisten 3D-Programme bieten hierfür eine umfangreiche Symbolbibliothek. Wichtig bei der Umsetzung ist der Einfügepunkt der Symbole. Dieser variiert je nach dem, welcher Punkt bei der Aufnahme im Außendienst aufgehalten wurde. Zur Erstellung von Bauwerken werden Flächen, deren Ausdehnung der Grundfläche des entsprechenden Gebäude entspricht, um den Wert der Gebäudehöhe extrudiert. So lassen sich Volumenkörper in beliebiger Größe erstellen.

Verknüpfung mit Sachdaten

Dreidimensionale unterirdische Modelle sollen neben der Darstellung komplexer Strukturen auch Analysen ermöglichen. Für die in diesem Zusammenhang nötigen Abfragen können die einzelnen 3D-Objekte mit Sachdaten verknüpft werden. Es können so Informationen über das Baujahr der Leitungen, über den Eigentümer, die anliegende Betriebsspannung und weitere Attribute hinzugefügt werden. Sowohl im Rahmen der digitalen Leitungsdokumentation als auch bei der Planung im unterirdischen Bauraum können derartige Abfragen sehr hilfreich sein.

Resümee

Um eine effektive Bearbeitung sowie ein qualitativ hochwertiges 3D-Modell für den unterirdischen Bauraum zu erstellen, beginnen die Vorarbeiten hierfür bereits bei der Aufnahme der Objekte. Um möglichst wenig Zeit in die Datenaufbereitung zu investieren, ist es notwendig, im Außendienst absolute Höhen mit Bezug auf das amtliche Höhenbezugssystem zu messen. Weiterhin sollten diese Daten bereits dreidimensional in die Leitungsdokumentation eingehen.

Da es für viele Anwendungsbereiche zweckmäßig ist, Leitungen mit Sachdaten zu verknüpfen, sollten bereits bei der Aufnahme die entsprechenden Informationen erfasst und gemeinsam mit den geometrischen Informationen in einem Geoinformationssystem geführt werden.

Für Städte und Kommunen zahlen sich 3D-Modelle jedoch oft erst dann aus, wenn diese einer breiten Nutzung zugeführt werden können. Hierfür ist es besonders wichtig, dass ein interoperabler Austausch mit anderen Systemen möglich ist. Dies ermöglicht, dass unterirdische 3D-Modelle einem breiteren Kundenkreis zugeführt werden können.
 

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