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Einsatz des Terrestrischen Laserscannings zum Aufbau mehrdimensionaler HN-Modelle

Einsatz des Terrestrischen Laserscannings zum Aufbau mehrdimensionaler HN-Modelle
Ansprechpartner:

, Dr.-Ing. Peter Oberle

Starttermin:

2008

Projektlaufzeit: Seit 2008

Kooperationen:

  • KIT, Geodätisches Institut
  • Landesamt für Geoinformation und Landentwicklung Baden-Württemberg

 

Veranlassung / Zielsetzungen:

  • Untersuchung ökologischer Fragestellungen an Fließgewässern aus der wasserbaulichen Praxis (z. B. bzgl. Strömungs- und Strukturvielfalt, Durchgängigkeit, Mindestwassermengen)
  • Hierzu: Aufbau detaillierter kleinräumiger 2D- und 3D-HN-Modelle von natürlichen bzw. naturnah gestalteten Fließgewässerabschnitten
  • Detaillierte Geometrieerfassung über Terrestrisches Laserscanning (TLS)
  • Ermittlung von Methodiken zur Erfassung und Nachbearbeitung der TLS-Rohdaten bis hin zum Aufbau eines HN-Modells

 

Methoden / Entwicklungen:

  • TLS-Vermessung (Leica HDS6000)
  • Ggf. ergänzende tachymetrische Vermessungen
  • Erstellung von digitalen Geländemodellen als Basis für 2D-HN-Simulationen
  • Erstellung von Polygonmodellen komplexer Strukturen als Basis für 3D-HN-Simulationen
  • 2D-HN-Modellierung (Verfahren: Flumen)
  • 3D-HN-Modellierung (Verfahren: Flow3D)

 

Eingesetzte Software:

Rohdatenbearbeitung:

  • Cyclone (Leica Geosystems)
  • SCOP++ (Inpho)

Modellierung der Geometrie:

  • Geomagic Studio und Qualify (Geomagic)
  • ArcGIS und ArcView (Esri)

Netzgenerierung und HN-Modellierung:

  • FlowGIS (Eigenentwicklung IWG, KIT)
  • Flumen (Beffa Tognacca)
  • Flow3D (Flow Science)

 

Ergebnis:

  • Dokumentation und Diskussion auftretender Effekte bei TLS-Vermessungen von Wasserkörpern und an Wasser angrenzende Gebiete
  • Erarbeitung einer Methodik zur zielgerichteten Erstellung detaillierter HN-Modelle basierend auf TLS-Daten anhand ausgewählter Fließgewässerabschnitte an der Murg, der Wiese und am Hochrhein
  • Einsatz und Erprobung verschiedener Methoden zum Processing der Rohdaten, darunter z. B. Registrierung (mittels dreidimensionaler 7-Parametertransformation), manuelle und automatisierte Punktwolkenbereinigung, Vegetationsfilterung (mittels Hierarchischer Robuster Filterung)
  • Einsatz verschiedener Methoden zur Modellierung der komplexen Sohl- und Vorland-Geometrie, darunter z. B. 2D- und 3D-Triangulation, Rasterung, NURBS-Modellierung
  • 2D- und 3D-HN-Modellierung
  • Statistische Auswertung der simulierten hydraulischen Größen und Beschreibung der Charakteristik von Strömung und Struktur des Fließgewässers in Form von Parametern

 

 


Exemplarisches Ergebnis einer detaillierten TLS-basierten 2D-HN-Simulation:
Darstellung der Fließgeschwindigkeiten einer renaturierten Restwasserstrecke an der Wiese während eines Niedrigwasserereignisses; Detailansicht: Umströmung einzelner Steine einer Schwelle

 

Modellierung der dreidimensionalen Geometrie eines Raugerinne-Beckenpasses als Basis für eine 3D-HN-Simulation

 

Veröffentlichungen:

  • R. Rupprecht (2008): Einsatz des terrestrischen Laserscannings zur Datenerhebung für eine 2D-Modellierung naturnaher Fließgewässer.
    Beiträge zum Treffen junger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler deutschsprachiger Wasserbauinstitute (10. JuWi-Treffen), 06. - 09.08.2008, Universität Innsbruck, Österreich, S. 145-151
  • R. Rupprecht, K. Zippelt und P. Oberle (2009): Terrestrisches Laserscanning als Grundlage für die hydraulische Gewässermodellierung.
    WasserWirtschaft 05/2009, Vieweg+Teubner Verlag, Wiesbaden/Germany, S. 14-19
  • R. Czerny, F. König, P. Oberle, B. Lehmann, F. Nestmann (2010): Werkzeuge zur Bewertung urbaner Fließgewässer.
    33. Dresdner Wasserbaukolloquium „Wasserbau und Umwelt: - Anforderungen, Methoden, Lösungen“, 17. und 18. März 2010, Dresden, Germany, S. 485 – 494
  • K. Zippelt, R. Czerny (2010): Collection and Interpretation of Point Clouds of Terrestrial Laserscanning as a Basis for Hydraulic Flow Modelling.
    XXIV FIG (International Federation of Surveyors) International Congress 2010, 11-16 April 2010, Sydney, Australia, Web-Publikation: http://www.fig.net/pub/fig2010/papers/ts03d%5Cts03d_zippelt_czerny_4374.pdf