Abrufen von Höheninformationen für Gebäudegrundrisse

Übersicht

Gebäudegrundrisse sind ein allgemeines Dataset, das vielen Benutzern zur Verfügung steht. Diese Footprints zu extrudieren ist eine einfache Möglichkeit, mithilfe von ArcGlobe oder ArcScene 3D-Gebäude zu erstellen. In vielen Fällen sind mit diesen Polygonen bereits Höheninformationen verknüpft. Diese Informationen werden möglicherweise als Anzahl der Etagen pro Gebäude, absolute Höhe, zu der der Footprint extrudiert werden soll, oder relative Höhe vom Boden dargestellt. Es kann aber auch sein, dass Sie die Höheninformationen erst sammeln müssen, um die 3D-Gebäude zu erstellen. Wenn Sie Zugriff auf zuerst zurückgegebene LIDAR-Daten haben, können Sie entweder die Dachhöhe jedes Gebäudes oder die Höhe jedes Gebäudes vom Boden aus festlegen.

In diesem Handbuch wird beschrieben, wie Dachhöhenwerte und Gebäudehöhen für Gebäudegrundrisse aus zuerst zurückgegebenen LIDAR-Daten abgerufen werden.

Erstellen einer Raster-Höhenoberfläche aus den LIDAR-Informationen

Wandeln Sie zunächst Ihre LIDAR-Informationen in eine Raster-Höhenoberfläche um. Das Handbuch Erstellen von Raster-DEMs und DSMs aus großen LIDAR-Punktsammlungen leitet Sie durch den Erstellungsprozess für eine Raster-Höhenoberfläche. Stellen Sie beim Erstellen der Höhenoberfläche sicher, dass die ausgewählte Zellengröße für das Festlegen von Gebäudehöhen geeignet ist. Die Größe der Zellen muss klein genug sein, damit die Höhenwerte an den Kanten des Footprints eindeutig definieren, was ein Teil des Gebäudes ist und was nicht. Normalerweise ist eine Zellengröße von 1 Meter hierfür klein genug.

Festlegen der Höhe von Gebäudegrundrissen mit zufälligen Punkten

Nachdem Sie nun über einen Höhen-Layer verfügen, müssen Sie die Höhe des Gebäudes bestimmen, indem Sie an zufälligen Punkten Referenzpunkte erfassen. Der erste Schritt ist die Erstellung von zufällig ausgewählten Referenzpunkten für jeden Gebäudegrundriss. Sie können das Geoverarbeitungswerkzeug Zufällige Punkte erstellen verwenden, um einen Satz von zufälligen Referenzpunkten zu generieren, die durch die Gebäudegrundrisse begrenzt werden und zu ihren eindeutigen Objekt-IDs referenzieren. Die Anzahl der Punkte, die Sie pro Gebäudegrundriss erstellen, liegt in Ihrem eigenen Ermessen. Je mehr Referenzpunkte Sie haben, desto genauer wird die durchschnittliche Höhe. Allerdings nimmt auch die Verarbeitungszeit mit der Anzahl der Referenzpunkte zu. Wenn Sie die zugelassene Mindestentfernung zwischen Referenzpunkten festlegen, beachten Sie, dass diese nie geringer sein sollte als die Größe der Zellen in dem Raster, in dem Sie die Referenzpunkte erfassen. Wenn sie kleiner ist, könnte passieren, dass Sie Zellen statt Punkte als Referenzpunkte erfassen.

Das Ergebnis ist eine neue Feature-Class, die Gruppen von Punkten enthält, wobei eine Gruppe die Punkte für ein Gebäude enthält. Beachten Sie, dass nicht jedes Gebäude über alle Referenzpunkte verfügt, die Sie im Geoverarbeitungswerkzeug für das Gebäude angegeben haben. Das Werkzeug erstellt keine Punkte mehr, wenn es keinen neuen Punkt platzieren kann, ohne die minimale zugelassene Entfernung zu verletzen.

Jedem Punkt in Ihrer LIDAR-abgeleiteten Raster-Höhenoberfläche der ersten Reflexion können Höheninformationen mithilfe des Geoverarbeitungswerkzeugs Oberflächeninformationen hinzufügen hinzugefügt werden.

Sie können die Höheninformationen jetzt mithilfe des Geoverarbeitungswerkzeugs Summenstatistik zusammenfassen, um einen einzelnen Wert für jedes Gebäude zu generieren. Die statistische Methode, die Sie zum Zusammenfassen der Höhenwerte verwenden, hängt davon ab, welchen Ergebnistyp Sie benötigen. Beispiele:

• Die statistische Methode MEAN gibt Ihnen die durchschnittliche Dachhöhe der Gebäude aus und stellt das beste Ergebnis für die Visualisierung dar.
• Die statistische Methode MAXIMUM legt Dachhöhen auf den höchsten Referenzwert fest und ist das beste Ergebnis zur Verwendung in der Sichtlinienanalyse.
• Die statistische Methode MINIMUM legt Dachhöhen auf den niedrigsten Referenzwert fest und ist das beste Ergebnis zur Verwendung in der Skyline-Analyse.

Verwenden Sie das Feld, das die Objekt-IDs der ursprünglichen Gebäudegrundrissen enthält, als Case-Feld, um die Werte für jedes Gebäude zusammenzufassen. Sie können die Zusammenfassungstabelle dann mithilfe der Objekt-IDs erneut mit den Gebäudegrundrissen verknüpfen.

Hinweis:

• Die Höhenwerte, die Sie für jedes Gebäude generiert haben, werden in denselben Einheiten angegeben wie der Höhenoberflächen-Layer, von dem sie abgerufen wurden. Diese Einheiten entsprechen möglicherweise nicht den Einheiten der Projektion oder des vertikalen Datums, das in der Feature-Class Ihrer Gebäudegrundrisse festgelegt ist. Sie können daher auf dem Zusammenfassungshöhenattribut mithilfe von Feldberechnung eine Umrechnung ausführen und die Höhenwerte in dieselben Einheiten umrechnen, wie die Ihres vertikalen Datums bzw. Ihrer Projektion.

Die Footprints als Gebäude anzuzeigen ist ebenso einfach wie das Verwenden einer Extrudierung als 3D-Symbologie in ArcGlobe oder ArcScene. Öffnen Sie das Dialogfeld Layer-Eigenschaften und aktivieren Sie zuerst die Option Features im Layer extrudieren. Verwenden Sie den Ausdruck-Generator um das Attribut auszuwählen, durch das extrudiert werden soll. Stellen Sie nach Festlegen der Extrusionswerte sicher, dass die Extrusionsmethode auf wird als Wert benutzt, nach dem Features extrudiert werden festgelegt ist. Für einen erfolgreichen Extrusionsprozess muss eine Höhenoberfläche für die Footprint-Layer (Layer-Eigenschaften > Registerkarte "Höhen") hinzugefügt und spezifiziert werden. Wenn nicht, werden die Footprints von einer Höhe von 0 oder vom Meeresspiegel zur Dachhöhe jedes Gebäudes extrudiert.

Hinweis:

• ArcGlobe geht davon aus, dass die für die Berechnung der Extrusion verwendeten Attribute in Meter angegeben sind. Sie müssen möglicherweise den "Ausdruck-Generator" verwenden, um die im Feld gespeicherten Einheiten in Meter umzuwandeln.

Bestimmen der Höhe von Gebäudegrundrissen

Nachdem Sie über Höhenwerte verfügen, die das Dach der Gebäudegrundrisse darstellen, können Sie die Höhe jedes Gebäudes berechnen. Hierzu benötigen Sie die Höhe jedes Gebäudes im Gelände. Es gibt mehrere andere Möglichkeiten, die Geländehöhe der Gebäudegrundrisse zu bestimmen. Wenn Sie Zugriff auf eine nachbearbeitete, unbebaute Version Ihres LIDAR- oder hochaufgelösten, unbebauten, digitalen Höhenmodells haben, können Sie die Höheninformationen für jeden Gebäudegrundriss leicht abrufen. Verwenden Sie dieselbe im vorherigen Abschnitt beschriebene Methode, um Referenzpunkte für jedes Gebäude zu entwickeln und Höheninformationen aus Ihrem unbebauten Raster-Oberfläche-Höhen-Layer abzurufen. Fassen Sie diese Referenzpunkte in einen einzelnen Wert pro Gebäude zusammen und verknüpfen Sie sie erneut mit den Quelldaten. Fügen Sie den Originaldaten ein Attribut hinzu und subtrahieren Sie die Dachhöhe des Gebäudes von der unbebauten Höhe. Das Ergebnis ist ein Höhenwert für jedes Gebäude.

Hinweis:

• Stellen Sie erst sicher, dass die Einheit der unbebauten Höhe und des zuerst zurückgegebenen Raster-Höhen-Layers dieselbe ist, bevor Sie Gebäudehöhen berechnen. Sie müssen möglicherweise mit Feldberechnung einige Einheitenkonvertierungen ausführen, wenn die Einheiten nicht übereinstimmen.

Alternativ möchten Sie vielleicht Oberflächenhöhenwerte von denselben zuerst zurückgegebenen LIDAR-Daten abrufen, die Sie verwendet haben, um die ersten Gebäudedachhöhen zu generieren. Die Verwendung einer konsistenten Datenquelle verringert die Wahrscheinlichkeit von Fehlern durch Diskrepanzen zwischen den Datasets. Hierfür muss ein zweiter Satz von Referenzpunkten generiert und erfasst werden (als Ring um das Gebäude), um die Geländehöhe an diesen Punkten zu ermitteln.

Vor dem Generieren eines Ringes von Referenzpunkten um die Gebäudegrundrisse sollten Sie einige Dinge beachten. Zunächst sollten die Referenzpunkte weit genug vom Gebäude entfernt sein, damit die gesammelten Werte nicht von der Höhe des Gebäudes beeinflusst werden. Dieser Versatzabstand sollte nicht kleiner sein als die Zellengröße der aus den LIDAR-Daten abgeleiteten Raster-Höhenoberfläche. Außerdem sollten Sie darauf achten, dass sich die Referenzpunkte für ein Gebäude nicht mit einem benachbarten Gebäude überlappen. Um diese Referenzpunkte zu erstellen, gehen Sie wie folgt vor:

Schritte:

1. Puffern Sie die Gebäudegrundrisse durch eine Entfernung gleich der Raster-Zellengröße des Oberflächenhöhe-Layers.
2. Puffern Sie die Gebäudegrundrisse durch eine Entfernung doppelt so groß wie die Raster-Zellengröße des Oberflächenhöhe-Layers. Verwenden Sie nicht die Dissolve-Option im Geoverarbeitungswerkzeug Puffer, da Sie ein eindeutiges Polygon für jeden Footprint benötigen.
3. Verwenden Sie das Geoverarbeitungswerkzeug Radieren, um die Pufferergebnisse in Schritt 1 aus den Pufferergebnissen in Schritt 2 zu entfernen. Die Ausgabe sollte einen Satz von Ringen um jedes Gebäude ergeben.
4. Verwenden Sie die im vorherigen Abschnitt beschriebene Methode, um einen Satz zufälliger Punkte zu entwickeln.

Das fertige Produkt ist ein Satz von Referenzpunkten, der für jeden Ring um ein Gebäude generiert wurde. Beachten Sie, dass sich mit dieser Methode zwar Ringe überlappen können, Ringe aber niemals mit Gebäuden überlappen können. Aufgrund des ersten Puffers haben alle Ringe ausreichend Abstand zu den Gebäuden, sodass Referenzpunkte, die von jenen Ringen abgeleitet werden, nicht durch das Erstellen von Dachhöhen beeinflusst werden.

Sie können die im vorherigen Abschnitt beschriebene Methode verwenden, um Geländehöhenwerte für jedes Gebäude mit diesen Referenzpunkten zusammenzufassen. In diesem Fall sollten Sie jedoch nur die statistische Methode MINIMUM verwenden. Der Grund hierfür ist, dass das zuerst zurückgegebene LIDAR möglicherweise zusätzliche gesammelte Features (z. B. Vegetation, Straßenmöbel und Autos) beinhaltet. Die gesammelten Mindestwerte zu verwenden stellt die beste Möglichkeit dar, die Oberflächenhöhe für das Gebäude richtig zu identifizieren. Sobald Sie die Geländehöhenwerte zusammengefasst haben, können Sie sie vom zuvor gesammelten Dachhöhenwert subtrahieren, um die Höhe jedes Gebäudes zu bestimmen.

Hinweis:

Wenn Sie Footprints auf Grundlage von Gebäudehöhen extrudieren, stellen Sie sicher, dass die Extrusionsmethode der Minimalhöhe des Features die Höhe hinzufügt.

In diesem Leitfaden wurde beschrieben, wie Raster-Höheninformationen (abgeleitet vom zuerst zurückgegebenen LIDAR) referenziert werden, um eine Gebäudedachhöhe und eine relative Höhe zum Gelände zu erstellen.