Flie├čwege simulieren

Mobile-Mapping-Daten liefern die Grundlage f├╝r komplexe Berechnungsmodelle, mit denen die Abflusswege von Niederschlagswasser simuliert und analysiert werden. Die GELSENWASSER AG arbeitet zu diesem Zweck mit eagle eye technologies zusammen.

Kommunen k├Ânnen durch die Mobile- Mapping-Daten Gefahrenpunkte erkennen und Ma├čnahmen f├╝r die Wasserf├╝hrung bei Starkregen planen. Foto: eagle eye technologies

Kommunen k├Ânnen durch die Mobile- Mapping-Daten Gefahrenpunkte erkennen und Ma├čnahmen f├╝r die Wasserf├╝hrung bei Starkregen planen. Foto: eagle eye technologies

Bei lokalen Starkregenereignissen muss das kommunale Abwasser- und Kanalnetz in kurzer Zeit gro├če Wassermassen annehmen und ableiten. Ist das Kanalnetz ├╝berlastet, ist das Schadensrisiko besonders in Gebieten mit hoher Siedlungsdichte gro├č. Stra├čen, Grundst├╝cke oder Teilbereiche der Infrastruktur werden ├╝berschwemmt. Betreiber von Abwasser- und Kanalsystemen sind daher zunehmend gefordert, angeschlossene Grundst├╝cke auch sicher gegen ├ťberflutung zu sch├╝tzen. Insbesondere Kommunen sind nach den Regelwerken der DWA und der DIN EN 752 sogar zur ├ťberflutungsvorsorge verpflichtet. Mit Blick auf die teils verheerenden Starkregenereignisse der letzten Jahre haben die Diskussionen um die nachhaltige und vorausschauende Stadtplanung vor diesem Hintergrund zum Umdenken gef├╝hrt. Erste Aufgabe ist es, die Flie├čwege des Regenwassers in die Kanalisation nachzuvollziehen, Schwachstellen zu finden und diese nach M├Âglichkeit auszubessern. Grundlage hierf├╝r sind Computermodelle, die den Wasserabfluss im Kanal und anschlie├čend bei nicht ausreichender Kanalkapazit├Ąt die ├╝berirdischen Flie├čwege des Regenwassers gekoppelt (1D/2D) berechnen und realistisch simulieren. Stellte diese gekoppelte Simulation vor wenigen Jahren noch eine gro├če Herausforderung f├╝r die IT dar, gibt es heute f├╝r diesen Zweck ein gro├čes Angebot leistungsf├Ąhiger Werkzeuge.

Unabh├Ąngig vom Anbieter gilt jedoch: Ein Modell, sowie das damit erzielte Ergebnis, ist bestenfalls so gut, wie die Qualit├Ąt der Eingangsdaten. Und dies gilt bei der gekoppelten Simulation besonders f├╝r das Oberfl├Ąchenmodell von Stra├čen und deren umliegender Randbebauung. Die vorhandenen Datengrundlagen f├╝r eine realistische Simulation der oberirdischen Flie├čwege sind allerdings in vielen Kommunen hinsichtlich Qualit├Ąt und Umfang nicht ausreichend. Oftmals m├╝ssen also etwa Strukturen auf der Stra├čenoberfl├Ąche oder auch Ma├čnahmen des privaten Objektschutzes h├Ąndisch erfasst und abgemessen werden. Und selbst wenn etwa die Geb├Ąude noch aus ALKIS-Daten ableitbar sind, beziehungsweise als separate Shape- Dateien zur Verf├╝gung stehen, mangelt es vielerorts an verf├╝gbaren Informationen zu Hoch- und Tiefborden und weiteren relevanten topographischen Bestandsdaten. Eine M├Âglichkeit, mit wenig Aufwand und in kurzer Zeit zentimetergenaue Informationen zur Stra├čengeometrie zu generieren, sind Mobile-Mapping-Verfahren. Zahlreiche Kunden wie etwa die GELSENWASSER AG setzen dabei auf den Dienstleister eagle eye technologies.

Pr├Ązise Verortung

Die Messfahrzeuge von eagle eye technologies sind mit Stereokameras und Laserscannern ausgestattet. So ist es m├Âglich, die entsprechenden Strecken abzufahren und den Stra├čenraum dreidimensional und zentimetergenau zu erfassen. Mittels des eagle eye-Navigationssystems werden die so generierten Punktwolken und Bilder georeferenziert. Zur Standortbestimmung nutzt eagle eye unter anderem den Korrekturdienst VRSnow mit mehreren hundert Referenzstationen, deren exakte Position bekannt ist. ÔÇ×Auf diesem Wege kann die GNSS-Ortung anhand der bekannten, genauen Position referenziert und der ermittelte Fehler an die mobilen Empf├Ąnger in der Umgebung gesendet werdenÔÇŁ, so Dr. Johannes Ludwig, Gesch├Ąftsf├╝hrer von eagle eye technologies. Die mobile Station, in diesem Fall das Messfahrzeug, kann ihrerseits das empfangene Satelliten- Signal um die nun bekannte Abweichung korrigieren. ÔÇ×Auf diese Weise ist es m├Âglich, die Messgenauigkeit f├╝r diesen Sensor der eagle eye-Navigation zu erh├ÂhenÔÇŁ, so Ludwig.

Querschnitt eines Stra├čenprofils, mit dem sich berechnen l├Ąsst, wie Wasser bei Starkregen flie├čt. Foto: eagle eye technologies

Querschnitt eines Stra├čenprofils, mit dem sich berechnen l├Ąsst, wie Wasser bei Starkregen flie├čt. Foto: eagle eye technologies

Die vom Mobile-Mapping-System aufgenommenen Rohdaten werden in nachgeschalteten Schritten weiterverarbeitet. Dabei leitet das Unternehmen Strukturen aus den dreidimensionalen Daten ab und klassifiziert diese. Als Ergebnis werden dann auch Bruchkanten von Hoch- und Tiefborden, Randsteinen und Mauern oder Geb├Ąudefronten und weitere Objekten im Stra├čenraum, wie Stromk├Ąsten oder Laternen, als 3D-Polygone modelliert. Die Daten werden in g├Ąngigen Austauschformaten bereitgestellt, so dass sie direkt in die Simulationsumgebung bzw. ins GIS importiert werden k├Ânnen.

Neben den digitalen Strukturdaten kann der Kunde au├čerdem auf eine detaillierte Fotodokumentation zur├╝ckgreifen, da f├╝r das photogrammetrische Verfahren fl├Ąchendeckend Fotos generiert werden. Diese stehen nach der Befahrung f├╝r eine sp├Ątere Pr├╝fung zur Verf├╝gung. In der Dokumentationsumgebung hat der Anwender neben den Bildern zudem Zugriff auf eine Kartenansicht und somit die M├Âglichkeit, in den Bilddaten zu messen.

Auf diese Weise l├Ąsst sich auch differenzieren, ob Bruchkanten zur ├Âffentlichen Infrastruktur oder auf private Bau-Initiativen zur├╝ckgehen. Dies ist wichtig, da die ├Âffentliche Hand normalerweise keine Informationen zu diesen ÔÇ×private BruchkantenÔÇŁ hat, diese aber im Zuge der Ma├čnahmenentwicklung pr├╝fen und in der Planung und Simulationsberechnung ber├╝cksichtigen muss.

Abweichung der absoluten H├Âhen

F├╝r die 3D-Modellierung von Stra├čen und deren Randbebauung nutzt eagle eye technologies ein besonders genaues Verfahren.

F├╝r die 3D-Modellierung von Stra├čen und deren Randbebauung nutzt eagle eye technologies ein besonders genaues Verfahren.

Grunds├Ątzlich ist Mobile Mapping ein sinnvolles Instrument f├╝r einen qualit├Ątsgepr├╝ften und reproduzierbaren Workflow. Allerdings gebe es, so eagle eye technologies, bei der Verschneidung verschiedener H├Âhendaten noch Optimierungsbedarf. ÔÇ×Der messtechnisch erfasste Bereich l├Ąsst sich mit einer f├╝r die hydrodynamische Berechnung erforderlichen Genauigkeit abbilden und auf dieser Basis ein digitales Gel├Ąndemodell (DGM) erzeugen. Allerdings braucht es im Regelfall ein DGM mit deutlich gr├Â├čerer r├Ąumlicher Auspr├Ągung, damit der Zufluss aus umliegenden Gebieten mitber├╝cksichtigt werden kannÔÇŁ, beschreibt Dr. Johannes Ludwig. Nat├╝rlich k├Ânne man dazu das gesamte Einzugsgebiet des zu pr├╝fenden ├ťberflutungspunktes gro├čr├Ąumig befahren, allerdings w├Ąre dann die Aufl├Âsung des Gesamtgebietes unangemessen hoch und w├╝rde die verf├╝gbare Rechenkapazit├Ąt stark strapazieren. Um den Detailgrad auf ein sinnvolles Ma├č zu beschr├Ąnken, verschneidet eagle eye deshalb das hochaufgel├Âste Gel├Ąndemodell des Stra├čenumfeldes mit den Daten zur weiteren Umgebung aus dem vorhandenen Gel├Ąndemodell, das von amtlicher Seite meist aus den Befliegungsdaten generiert wurde. An dieser Stelle kollidieren allerdings die unterschiedlichen Genauigkeiten der Datenquellen: An den Schnittstellen der Punktmengen ÔÇ×BefahrungÔÇŁ und ÔÇ×├ťberfliegungÔÇŁ kommt es n├Ąmlich meist zu Abweichungen der absoluten H├Âhen. ÔÇ×Ein kommerzielles Tool zur automatisierten Bereinigung dieser Bereiche ist aktuell nicht verf├╝gbarÔÇť, so Ludwig. ÔÇ×Deshalb m├╝ssen wir diesbez├╝glich Erfahrungen sammeln und auf dieser Grundlage Methoden f├╝r eine effiziente Bearbeitung entwickeln.ÔÇť Eine M├Âglichkeit ist, die ├ťberlappung der unterschiedlichen H├Âhenmodelle so zu verschneiden, dass bei den nachgelagerten Berechnungen keine zus├Ątzlichen, falschen ÔÇ×BruchkantenÔÇŁ entstehen, die das Ergebnis verf├Ąlschen.

Trotzdem k├Ânnen Kommunen von Mobile-Mapping- Daten auch au├čerhalb der ├ťberflutungsvorsorge profitieren, wenn sich die Mitarbeiter bei der Planung von Befahrungen verwaltungsintern und fachbereichs├╝bergreifend austauschen, so eagle eye technologies. So kann das Messfahrzeug zus├Ątzlich zu hydraulisch relevanten Strukturen simultan den Stra├čenzustand erfassen. Das resultierende Stra├čenzustandskataster stelle seinerseits ein Instrument f├╝r eine wirtschaftliche Ma├čnahmenplanung durch Verschneidung der Belange aus Stra├čenbau und ├ťberflutungsschutz dar. Beide Aspekte finden im Rahmen aktueller Projekte bei der GELSENWASSER AG bereits Anwendung.

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