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Mithilfe des Werkzeugs "Geodätisches Sichtfeld" wird die Sichtbarkeit von Oberflächenpositionen für verschiedene Punkt- oder Polylinien-Beobachter anhand geodätischer Methoden ermittelt. Das Werkzeug transformiert die Höhenoberfläche in ein geozentrisches 3D-Koordinatensystem und erzeugt 3D-Sichtlinien für jeden transformierten Zellenmittelpunkt. Vertikale Unsicherheiten oder Fehler in der Eingabe-Höhenoberfläche werden optional einbezogen. Zudem lässt sich für bis zu 32 Beobachter (Punkte, Multipoints oder Polylinien) eine Beziehungstabelle für Beobachter-Regionen erstellen, die mit der Eingabe-Feature-Class für Beobachter in Beziehung gebracht werden kann.
Da die Berechnung in einem echten 3D-Koordinatensystem erfolgt, muss für das Werkzeug Geodätisches Sichtfeld kein Parameter für die Erdkrümmungskorrektur angegeben werden. Zudem werden statt eines Z-Faktor-Parameters die Z-Einheiten des Eingabe-Raumbezugs (sofern vorhanden) verwendet. Dadurch, dass jede 3D-Sichtlinie unabhängig von anderen Sichtlinien ausgewertet wird, lassen sich abschließend manche Fehler vermeiden, die sich in einen Wavefront-basierten Sichtfeldalgorithmus einschleichen können (darunter die vorhandenen Sichtfeld-Geoverarbeitungswerkzeuge). Aus diesem Grund erzeugt das Werkzeug Geodätisches Sichtfeld genauere Ergebnisse für Sichtbarkeit und Höhe über Grund (Above Ground Level, AGL) als das Werkzeug Sichtfeld.
Die Bestimmung der Sichtbarkeit
Dieses Werkzeug verwendet geozentrische 3D-Punkte für Beobachter und Ziele sowie Zellenmittelpunkte von Höhenoberflächen. Unter einem Ziel ist ein Oberflächen-Zellenmittelpunkt zu verstehen, dem ein optionaler zusätzlicher Versatzwert zugeordnet wurde. Ein geozentrisches 3D-Koordinatensystem ist ein nach rechts ausgerichtetes kartesisches Koordinatensystem mit dem Erdmittelpunkt als Ursprung C, wobei die X-Achse auf den Schnittpunkt des Nullmeridians mit dem Äquator, die Z-Achse auf den Nordpol und die Y-Achse um 90 Grad im Uhrzeigersinn zur X-Achse gedreht vom Nordpol südwärts weist. In der nachfolgenden Abbildung sehen Sie ein Beispiel für eine Zielposition T, die durch geozentrische Koordinaten ausgedrückt wird.
Um die Sichtbarkeit jedes Ziels zu ermitteln, werden von jedem Beobachter zu jedem Ziel 3D-Sichtlinien erstellt. In der nachstehenden Abbildung wird die Erstellung der Sichtlinien illustriert. Der Bodenpfad jeder Sichtlinie auf dem Sphäroid wird festgelegt und in Schritte in Zellengröße unterteilt. In dieser Abbildung sind die Schritte als kleine grüne Punkte dargestellt, deren Entfernung untereinander der Zellengröße entspricht. Bei jedem Schritt wird die vertikale Entfernung d zwischen der Sichtlinie und der Oberfläche berechnet. Die Höhe des Bodens wird mithilfe des linearen IDW-Ansatzes (Inverse Distance Weighted) anhand der nächstgelegenen Zellenmittelpunkte geschätzt. Ist d für alle Schritte am Boden entlang der Sichtlinie positiv, wird das Ziel als sichtbar eingestuft; im umgekehrten Fall als nicht sichtbar.
Vertikaler Fehler
Der Parameter Vertikaler Fehler ist nur beim Analysetyp Häufigkeit aktiviert. Er wird zur Berücksichtigung vertikaler Unsicherheiten in der Eingabe-Höhenoberfläche verwendet. Hat dieser Parameter den Wert 0 (Null) oder wurde er nicht angegeben, wird zwischen dem Beobachter und jedem Ziel eine einzelne Sichtlinie gezogen. Das hat zum Ergebnis, dass das Ziel entweder sichtbar oder nicht sichtbar ist. In diesem Fall zeichnet das Ausgabe-Sichtbarkeits-Raster auf, wie oft jede Zellenposition im Eingabe-Oberflächen-Raster von einem beliebigen Eingabe-Beobachterpunkt aus gesehen werden kann.
Wenn der Parameter Vertikaler Fehler größer als 0 ist (beispielsweise 0,6 Meter), werden zwischen dem Beobachter und jedem Ziel mehrere Sichtlinien gezogen. Für jede Sichtlinie und jeden Schritt wird eine gleichmäßig verteilte Zufallszahl zwischen -0,6 und 0,6 zu d addiert. Die betreffende Sichtlinie wird beendet, sobald d kleiner als Null wird. In diesem Fall trägt jeder Beobachter zum Ausgabe-Sichtbarkeitsraster eine Zahl zwischen 0 und 1 bei (die Anzahl der erfolgreichen Sichtlinien, geteilt durch die Gesamtanzahl der von diesem Beobachter ausgehenden Sichtlinien), die jetzt vom Typ Gleitkommazahl mit einfacher Genauigkeit ist.
Die Bestimmung des AGL (Above Ground Level)
Ein AGL-Raster (Above Ground Level, Höhe über Grund) ist eine optionale Ausgabe zur Darstellung der Höhe über dem Grund, um die die nicht sichtbaren Zielzellen erhöht werden müssen, damit sie sichtbar werden. In der folgenden Abbildung wird veranschaulicht, wie der AGL-Wert bestimmt wird. "T" ist ein Ziel mit einer bestimmten Höhe (in der Abbildung als Zielversatz dargestellt). Die Sichtlinie zwischen Beobachter "O" und Ziel "T" ist durch das Terrain versperrt, sodass Ziel "T" nicht sichtbar ist. Wenn das Ziel in die neue Position "T’" angehoben wird, wird es sichtbar, da nun eine klare Sichtlinie vorhanden ist. Die Entfernung zwischen "T’" und dem Boden ist der AGL-Wert in dem Ausgabe-Raster.
Die Berechnung der Entfernung "TT'" setzt nicht voraus, dass das Dreieck "OTT'" ein rechtes Dreieck ist.
Interpretieren der Ausgabe-Beziehungstabelle für Beobachter-Regionen
Lautet der Analysetyp Beobachter, gibt das Werkzeug eine Beziehungstabelle für Beobachter-Regionen aus, wie in der folgenden Abbildung dargestellt. In dieser Tabelle enthält das Feld Observer aus der Eingabe-Feature-Class stammende Feature-IDs. Im Feld Region werden Zellenwerte für Regionen aus dem Ausgabe-Sichtbarkeitsraster aufgelistet. Auf diese Weise listet die Tabelle alle für den Beobachter sichtbaren Regionen auf. Sie können dieser Tabelle die mit einer Beobachter-ID versehenen Regionen-IDs bzw. umgekehrt entnehmen.
Diese Informationen sind in den Ausgabezellwerten des Sichtbarkeitsrasters codiert, allerdings schlechter zugänglich. In diesem Beispiel enthält das Ausgabe-Sichtbarkeits-Raster drei Werte (1, 2 und 3), wie in der folgenden Bildschirmaufnahme der Attributtabelle dargestellt:
Die Eingabe-Beobachter werden in aufsteigender Reihenfolge nach ihren OBJECTID-Werten sortiert; das Ausgabe-Sichtbarkeits-Raster zeigt das "Bitwise OR" ihrer sortierten Positionen an. Mithilfe des Werkzeugs "Raster berechnen" im Toolset "Map Algebra" lassen sich Informationen extrahieren, welche Beobachter welche Regionen sehen können, und diese Informationen können mithilfe dieser Sortierregel mit den Beobachter-Features zurückverknüpft werden. Die nachstehende Abbildung enthält ein Beispiel hierzu. Angenommen, Beobachter 1 verfügt über ObjectID 1 und Beobachter 2 über ObjectID 2. Dann nimmt Region 1 (die hellgelbe Fläche) in der Ausgabe-Sichtbarkeitskarte einen Zellenwert von 1 an. Dann nimmt Region 2 (die blaue Fläche) in der Ausgabe-Sichtbarkeitskarte einen Zellenwert von 2 an. Dann hat Region 3 (die grüne Fläche) in der Ausgabe-Sichtbarkeitskarte einen Zellenwert von 3, den numerischen Wert "Bitwise OR" von 1 und 2.
In der vorstehenden Abbildung entsprechen die Ausgabezellenwerte dem "Bitwise OR" der internen Indizes der Eingabe-Features. Die Beziehungstabelle für Beobachter-Regionen stellt die gleichen Informationen mithilfe von Feature-Class-IDs statt internen Indizes dar.
Steuern der Sichtbarkeitsanalyse
Durch die Angabe verschiedener numerischer Werte oder Felder in den Beobachter-Parametern lässt sich das Sichtfeld für jeden Beobachter begrenzen. Die Beobachter-Parameter sind funktionell die gleichen wie die Sichtkegelfelder – z. B. OFFSETA oder OFFSETB –, die zur Steuerung der Sichtbarkeitsanalyse durch das Werkzeug Viewshed verwendet werden. Der Unterschied besteht darin, dass die Beobachterparameter in Geodätisches Sichtfeld beliebige numerische Felder annehmen können und nicht auf bestimmte Feldnamen beschränkt sind.
Optimieren der Performance
Das Bestimmen des Sichtfeldes ist ein verarbeitungsintensiver Prozess. Nachstehend aufgeführt sind einige Optionen, die zum Verbessern der Werkzeug-Performance verwendet werden können.
- Legen Sie für den Parameter Äußerer Radius einen für die Anwendung relevanten Wert (z. B. 25 Kilometer) fest. Vom Werkzeug werden nur die Zellen innerhalb der Betrachtungsentfernung verarbeitet, sodass sich die Verarbeitungszeit reduziert. Je größer der Wert für Äußerer Radius ist, desto mehr Zeit nimmt die Verarbeitung in Anspruch.
- Legen Sie für Analysemethode die Option Sichtlinien aus Umfang fest. Bei dieser Methode führt das Werkzeug nur Sichtlinien zu den Randzellen des Sichtkegels aus, wodurch sich die Verarbeitungszeit verringert.
- Wenn das Eingabe-Höhenraster einen größeren geographischen Bereich als das Untersuchungsgebiet abdeckt, legen Sie den Umgebungsparameter Ausdehnung für das Untersuchungsgebiet fest, um die Größe des Ausgabe-Rasters zu reduzieren.
Temporäre Speicherplatzanforderung
Das Werkzeug "Geodätisches Sichtfeld" projiziert zur Laufzeit das Eingabe-Raster zu Verarbeitungszwecken in ein geozentrisches 3D-Koordinatensystem. Dabei werden nur die Zellen innerhalb der Pufferzone der Eingabe-Beobachter-Features projiziert (der Pufferabstand wird durch den Parameter Äußerer Radius festgelegt). Jede projizierte Zelle erfordert etwa 50 Byte temporären Speicherplatz für die Analysemethode Alle Sichtlinien und etwa 150 Byte temporären Speicherplatz für die Analysemethode Sichtlinien aus Umfang. Die genaue Menge und den Zielpfad des temporären Speicherplatzes finden Sie in den Meldungen des Werkzeugs. Sollte im standardmäßig festgelegten temporären Verzeichnis nicht genügend Speicherplatz verfügbar sein, dann können das Laufwerk und der Pfad mit der Microsoft Windows-Umgebungsvariablen TMP geändert werden.