Betroffenheitsanalyse für Leitungshomogenisierung bei NEW nach Umstellung auf ALKIS und ETRS89/UTM - Voruntersuchung zur Entscheidung über das ...

Betroffenheitsanalyse für Leitungshomogenisierung bei NEW
nach Umstellung auf ALKIS und ETRS89/UTM
Voruntersuchung zur Entscheidung über das Homogenisierungsverfahren

Bamberg, 31.05.2017

Stefan Stuers, Berthold Bärk

Das Unternehmen

NEW Netz GmbH – Geographische Lage
                         Venlo                              Krefeld

                                                                              Düsseldorf

                                                                      Neuss
                    Roermond              Mönchengladbach

                                                                                   Köln
       Maastricht

                                 Aachen

NEW Netz GmbH – Versorgungssparten

Abwasser

Trinkwasser

Erdgas

Strom

NEW Netz GmbH – In Zahlen

Netzdaten
Sparte          Netzlänge (km)   Anschlüsse (St.)
Strom           11.000           121.000
Gas             4.200            120.000
Wasser          3.000            100.000
Beleuchtung     2.500            56.000
Kanal           1.800
Summe           22.500 km        488.000 St

Katasterämter   5
Flurstücke      460.000
Gebäude         550.000
Punkte ALKIS    4.500.000

Die Aufgabe

NEW Netz GmbH

Ausgangssituation
• Die Leitungsdaten der vier Sparten stammen aus fünf Systemen von ursprünglich zwölf Unternehmen und
  liegen daher in unterschiedlichen Qualitäten vor.
• Amtliche Daten kommen von fünf Katasterämtern aus vier Landkreisen und einer kreisfreien Stadt.
• Einbeziehen selbsterfasster Katasterobjekte unserer eigenen Topographiefachschale ist notwendig.

Der Datenbestand ist also in jeder Hinsicht inhomogen.

Im Herbst 2015
• Umstellung von Gauß-Krüger auf ETRS89/UTM
• Beschaffung von ALKIS-Daten
• Einführung der ALKIS-Fachschale als Ersatz für die ALK

Fragestellung:

Inwieweit kann man Lageungenauigkeiten nach der Umstellung auf ALKIS akzeptieren?

Auch geringere Abweichungen können kritisch sein

         Durch aktualisierte Katastergrundlage kommt es zu Abweichungen in den Maßbezügen
         • Maßabweichungen sind insgesamt relativ gering
         • In einigen Gebieten treten jedoch hohe Abweichungen auf (relevant für Auskunft)
         • Geringe Abweichungen (bis 0,2 m) können toleriert werden

Die Beteiligten

Die Beteiligten

                  Ausgangsdaten und Aufgabenstellung

                  Fachliche Analyse und Bewertung Ergebnisse

                  Datentransfer und Aufbereitung Ergebnisse technet

                  Parametrierung Berechnungssoftware und Berechnung Lageversatz

Die eingesetzten Werkzeuge

                                                Halbautomatisches Verfahren zur
                      GIS|Netzhomogenisierung
                                                Homogenisierung von Leitungsdaten

                                                Automatisches Verfahren
                      CITRA                     • Datenexport für SysMatch
                                                • Import der Ergebnisse aus SysMatch
                                                • Erzeugung Betroffenheitsflächen

                                                Automatisches Verfahren
                                                • Ermittlung Punktidentitäten
                      SysMatch
                                                • Ermittlung geometrischer Bedingungen
                                                • Suchoperatoren
                                                • Matching-Operatoren

Das Vorgehen

Homogenisierungsthematik – Zeitlicher Ablauf

Herbst 2015

 gleichzeitige Umstellung von Gauß-Krüger auf ETRS89/UTM
 und Einführung der ALKIS-Fachschale als Ersatz der ALK
Frühjahr 2016

 Analyse der Transformationsergebnisse

Herbst 2016

 Beauftragung der Homogenisierung

Frühjahr 2017

 Ergebnisse der ersten Umstellungsgebiete

Winter 2017

 Voraussichtliche Fertigstellung

Anforderungen der NEW Netz GmbH

Wegen der unterschiedlichen Datenlage wird erwartet, dass eine
Vorgehensweise mit individueller Homogenisierung benötigt wird:
• Automatismen sollten nur dort zur Anwendung kommen, wo homogene
  Differenzen vorliegen.
• Alternativ muss die Möglichkeit nach einer halbautomatischen Bearbeitung
  gegeben sein.
• Bei starken Wechselbeziehungen der Verschiebevektoren muss die
  Möglichkeit einer manuellen Homogenisierung in Erwägung gezogen werden.

Aber:
• Wo ist welches Verfahren angemessen?
• Wie hoch sind die Anteile der Verfahren?
• Und damit auch der Arbeitsaufwand und die Kosten…

Ablauf bei Analyse und Bewertung

          Smallworld GIS                CITRA                SysMatch

           ALK und eigene
           Grundkarte aus           Punkte und Linien   Punktidentitäten und
               KatVE,              nach Bedeutung im       geometrische
                                    SysMatch-Format     Bedingungen finden
         ALKIS aus ALKIS VE

               Bildung             Filtern und Import
                                                        Lageversatz ermitteln
        Betroffenheitsflächen       kritischer Punkte

Ablauf bei Analyse und Bewertung

• Import und Visualisierung der zu untersuchenden Punkte im GIS
    • Nicht gematchte Punkte
        • kein Partner, z.B. weil ALKIS fehlt oder viel aktueller ist
        • Abstand zum möglichen Partner zu groß (parametrierbar)
    • Kritische Punkte (Lageversatz > 20cm)
    • Überhöhte Verschiebevektoren zu den kritischen Punkten

             Von Weitem betrachtet sieht das so aus:

Ablauf bei Analyse und Bewertung

Bildung von Betroffenheitsflächen

• Bildung von Quadraten (10 bis 20m Kantenlänge) um Punkte mit
  kritischer Abweichung

• Vereinigung benachbarter Flächen liefert zusammenhängende
  Gebiete mit großen Abweichungen

• Charakterisierung dieser Betroffenheitsflächen
   • Anzahl enthaltener kritischer Punkte
   • Anzahl und Anteil Punkte mit hoher Abweichung
   • Lageversatz (Mittel und Varianz)
   • Winkel der Verschiebevektoren (Mittel und zirkulare Varianz)
   • Visualisierung stark abweichender Vektoren  „Wirbel“

Ablauf bei Analyse und Bewertung im Smallworld GIS

        Klassifizierung der
        Betroffenheitsflächen

            Klassifizierung der
            Betroffenheitsflächen

               Verschneiden mit Netzdaten

                   Fachliche Kriterien für manuelle
                   Bearbeitung

                      Feststellen der (vermutlich) manuell zu
                      überarbeitenden Gebiete

Ablauf bei Analyse und Bewertung   Betroffenheitsflächen einer Gemeinde

                                    Betroffenheitsflächen ( > 20 cm Versatz)
                                    • Nicht gematchte Punkte
                                    • Kein ALKIS vorhanden
                                    • Hohe Streuung
                                    • Hohe Streuung, homogene Teilgebiete
                                    • Gleichmäßiger Versatz

Ablauf bei Analyse und Bewertung im Smallworld GIS

        Klassifizierung der
        Betroffenheitsflächen

            Untersuchung von Gebieten mit nicht
            gematchten Punkten

               Verschneiden mit Netzdaten

                   Fachliche Kriterien für manuelle
                   Bearbeitung

                      Feststellen der (vermutlich) manuell zu
                      überarbeitenden Gebiete

Ablauf bei Analyse und Bewertung         Betroffenheitsflächen einer Gemeinde

                              Häufig ist DOCH ein automatisiertes Vorgehen möglich!

                              Hier ist die Abweichung so groß, dass im ersten Versuch keine
                              Punktidentitäten gefunden werden (3*sigma = 1,2m).
                              Analyse zeigt: Aber der Versatz ist sehr gleichförmig.

                              Parametrierung: Mit sigma=0,5 ist das Gebiet im grünen Bereich!

Ablauf bei Analyse und Bewertung im Smallworld GIS

        Klassifizierung der
        Betroffenheitsflächen

            Untersuchung von Gebieten mit nicht
            gematchten Punkten

               Verschneiden mit Netzdaten

                   Fachliche Kriterien für manuelle
                   Bearbeitung

                      Feststellen der (vermutlich) manuell zu
                      überarbeitenden Gebiete

Ablauf bei Analyse und Bewertung im Smallworld GIS

        Klassifizierung der
        Betroffenheitsflächen

            Untersuchung von Gebieten mit nicht
            gematchten Punkten

               Verschneiden mit Netzdaten

                   Fachliche Kriterien für manuelle
                   Bearbeitung

                      Feststellen der (vermutlich) manuell zu
                      überarbeitenden Gebiete

Ablauf bei Analyse und Bewertung

Betroffenheitsflächen

Kritisch ist eine Fläche möglicherweise, wenn der Lageversatz groß ist und die Winkelstreuung hoch ist
• Aber: Ein großer Versatz alleine ist unproblematisch für die Homogenisierung
• Aber: Manche Flächen mit großer Winkelstreuung zerfallen in homogene Teilgebiete
• Aber: Auch viele „Wirbel“ können automatisiert homogenisiert werden
• Aber: Nicht überall gibt es Leitungen!
    Verschneiden von Betroffenheitsflächen mit Leitungsverlauf liefert die genauer zu prüfenden Teile des
    Leitungsnetzes

Ablauf bei Analyse und Bewertung

Bildung von Betroffenheitsflächen

• Charakterisierung Betroffenheitsflächen
   • Anzahl enthaltener kritischer Punkte
   • Anzahl und Anteil Punkte mit hoher Abweichung
   • Lageversatz (Mittel und Varianz)
   • Winkel der Verschiebevektoren (Mittel und zirkulare Varianz)

• Bewertung Betroffenheitsflächen
   • Betroffene Sparte(n)
   • Metainformation: Prüfstatus, Bemerkung
   • Maßnahme/Bearbeitungsart

Ablauf bei Analyse und Bewertung im Smallworld GIS

        Untersuchung der Gebiete mit nicht
        gematchten Punkten

            Klassifizierung der
            Betroffenheitsflächen

               Verschneiden mit Netzdaten

                   Fachliche Kriterien für manuelle
                   Bearbeitung

                      Feststellen der (vermutlich) manuell zu
                      überarbeitenden Gebiete

Ablauf bei Analyse und Bewertung

• Solche Bereiche

müssen
    • sicher geprüft…
    • …und wahrscheinlich manuell nachbearbeitet werden.

Ablauf bei Analyse und Bewertung   Bewertete Betroffenheitsflächen einer Gemeinde

                                    Betroffenheitsflächen ( > 20 cm Versatz)
                                    • Nicht gematchte Punkte
                                    • Kein ALKIS vorhanden
                                    • Hohe Streuung – manuelle Bearbeitung
                                    • Hohe Streuung, aber homogene Teilgebiete –
                                      Teilung, dann automatisierte Homogenisierung
                                    • Gleichmäßiger Versatz – automatisierte
                                      Homogenisierung

Das Ergebnis

Anforderungen der NEW Netz GmbH – und das Ergebnis

Wegen der unterschiedlichen Datenlage wird erwartet, dass eine              Trifft zu
Vorgehensweise mit individueller Homogenisierung benötigt wird:
• Automatismen sollten nur dort zur Anwendung kommen, wo homogene          Automatismen funktionieren sogar
  Differenzen vorliegen.                                                   bei inhomogenen Differenzen gut
                                                                           Ja, es gibt Bereiche, in denen so
• Alternativ muss die Möglichkeit nach einer halbautomatischen Bearbeitung
                                                                           nachgearbeitet wird, aber seltener
  gegeben sein.
                                                                           als zunächst erwartet
• Bei starken Wechselbeziehungen der Verschiebevektoren muss die           Erfolgt im Zuge der
  Möglichkeit einer manuellen Homogenisierung in Erwägung gezogen werden. halbautomatischen Bearbeitung

Aber:
• Wo ist welches Verfahren angemessen?                                      Gebiete können ermittelt werden
• Wie hoch sind die Anteile der Verfahren?                                  Erwartet werden folgende Anteile
                                                                            • Automatisch: 96 - 97% der Netzlänge
• Und damit auch der Arbeitsaufwand und die Kosten…                         • Manuell:        3 -4% der Netzlänge

Kombination der Verfahren
I.   Flächendeckend automatisiertes Verfahren
      1. Gebietsweise flächendeckender Datenexport Grundkarte und Leitungsdaten aus Smallworld GIS (CISS)
      2. Ausgleichung mit Systra (technet)
      3. Aktualisierung der Geometrien im GIS (CISS)
      4. Qualitätssicherung (ESN)
      5. Abnahme (NEW)

II. Kontrolle und Nacharbeit der bei der Analyse als vermutlich nicht homogenisierungsfähig eingestuften Gebiete
     1. Kontrolle (ESN)
     2. Bei Bedarf Nachbearbeitung mit Hilfe des NeHo-Tools (ESN)
     3. Bei Bedarf Nachbearbeitung rein manuelle Bearbeitung (ESN)
     4. Qualitätssicherung durch (ESN)
     5. Abnahme (NEW)

Die  wichtigsten Punkte zusammengefasst

        ➊                  ➋                        ➌                      
   Inhomogene          Analyse des           Darstellung und         Kalkulierbares
 Grundkarten vor    Lageversatzes mit         Bewertung der       hybrides Verfahren
 ALKIS-Einführung       SysMatch           betroffenen Gebiete   für Homogenisierung
                                            im Smallworld GIS

Der Ausblick

Homogenisierungsprojekt

• Ende 2016 bis Anfang 2017
    • Einrichtung und Test Verfahren und Datenaustausch in NEW-Umgebung
    • Parametrierung Homogenisierungssoftware Systra (technet GmbH)
• Ab März 2017 produktiv
    • Vorgehen gebietsweise (bevorzugt Gemeinden) in ca. 25 Portionen von West nach Ost
    • Zunächst nur Strom, dann auch die übrigen Sparten
    • Erste Gebiete: gute Ergebnisse
    • Laufzeiten für automatisiertes Verfahren gering
    • Den größten Zeitanteil benötigen die Qualitätssicherung und die manuellen Eingriffe
    • Anteil manueller Arbeiten im erwarteten Rahmen

Fragen?

 Gerne jetzt…

  … oder später am Stand von

                           Berthold Bärk

                           Uwe Köhler

 …oder Sie treffen hier    Stefan Stuers

 …oder im Netz zu SysMatch und Systra bei