UPORABA LIDAR PODATKOV V POVEZAVI GIS IN HIDRAVLIČNEGA MODELA

Similar documents
KAKO GA TVORIMO? Tvorimo ga tako, da glagol postavimo v preteklik (past simple): 1. GLAGOL BITI - WAS / WERE TRDILNA OBLIKA:

Navodila za uporabo čitalnika Heron TM D130

Donosnost zavarovanj v omejeni izdaji

HIDRAVLIČNO MODELIRANJE OBRATOVANJA HIDROENERGETSKEGA OBJEKTA

Navodila za uporabo tiskalnika Zebra S4M

KARTE RAZREDOV POPLAVNE NEVARNOSTI SAVE NA ODSEKU SAVE OD MEDNEGA DO SOTOČJA Z LJUBLJANICO

Prostor kraj čas 6 UPORABA LIDARSKIH PODATKOV ZA KLASIFIKACIJO POKROVNOSTI. Andreja Švab Lenarčič in Krištof Oštir

Jamova cesta Ljubljana, Slovenija Jamova cesta 2 SI 1000 Ljubljana, Slovenia

Nadgradnja kartografskih baz za potrebe navigacijskih sistemov

POPLAVNI DOGODEK 2012 IN POPISANE POPLAVNE ŠKODE KOT PODLAGA ZA IZDELAVO SLOVENSKIH KRIVULJ POPLAVNE ŠKODE

KAJ PA TOPOGRAFIJA? STANJE IN KAKOVOST TOPOGRAFSKIH PODATKOV V SLOVENIJI WHAT ABOUT TOPOGRAPHY? STATUS AND QUALITY OF TOPOGRAPHIC DATA IN SLOVENIA

Informacijska podpora pri odločanju z vidika prehodnosti terena

KAKO LAHKO Z MINIMALNIMI ORGANIZACIJSKIMI UKREPI IZBOLJŠAMO VARNOST VODNIH PREGRAD V SLOVENIJI

PRESENT SIMPLE TENSE

Spletna kartografija in oblikovanje interaktivnih kart na podlagi zbirk ZRC SAZU

1. LETNIK 2. LETNIK 3. LETNIK 4. LETNIK Darinka Ambrož idr.: BRANJA 1 (nova ali stara izdaja)

Območja pomembnega vpliva poplav

STROKOVNE PODLAGE ZA ODŠKODNINSKI ZAHTEVEK ZA POVZROČENO POPLAVNO ŠKODO

Programski paket Gredos Gredos 10.0 software package

Marko Komac Napoved verjetnosti pojavljanja plazov z analizo satelitskih in drugih prostorskih podatkov

IDEJNI PROJEKT IN VGRADNJA NOVEGA MERILNIKA PRETOKA ODPADNE VODE NA IZTOKU IZ CČN DOMŽALE

POPLAVNA OGROŽENOST POSELJENEGA OBMOČJA OB REKI VIPAVI

Igor Koselj

Andrej Laharnar. Razvoj uporabniškega vmesnika oddelčnega proizvodnega informacijskega sistema za vodje izmen

Podešavanje za eduroam ios

Z GEOMATIKO DO ATRAKTIVNEJŠEGA PODEŽELJA

GEOMORFOLOŠKE ANALIZE PRI UPORABI DIGITALNEGA MODELA RELIEFA ZA IZDELAVO NAPOVEDOVALNEGA MODELA MOKROTNIH TRAVNIKOV

OCENJEVANJE SPLETNIH PREDSTAVITEV IZBRANIH UNIVERZ IN PISARN ZA MEDNARODNO SODELOVANJE

INTEGRATED VIEW ON WATERS OF THE MURA RIVER CATCHMENT IN SLOVENIA AND BACKGROUND FOR THEIR MANAGEMENT

KONCEPT INFORMACIJSKEGA SISTEMA ZA UPORABO NADGRAJENE RESNIČNOSTI IN BIM-a NA GRADBIŠČU

PRENOVA PROCESA REALIZACIJE KUPČEVIH NAROČIL V PODJETJU STEKLARNA ROGAŠKA d.d.

Poglavje 8. QCAD - 2D prostorsko načrtovanje. CAD orodja Računalniško načrtovanje Primer: 2D načrtovanje skladiščnega prostora

KATARINA JAMNIK IZDELAVA SPLETNE KARTE PRIKAZA PODZEMNIH KOMUNALNIH VODOV

SEMINAR ANALIZA VODNE BILANCE Z MODELOM SIMPEL

SLOVENSKI GIMP-PORTAL

PROPOSALS FOR MINIMISATION AND/OR ELIMINATION OF NEGATIVE IMPACTS ON FISH POPULATION IN THE LJUBLJANICA RIVER

Sistem kazalcev za spremljanje prostorskega razvoja v Evropski uniji in stanje v Sloveniji

Kaj je dobro vedeti pri izdelavi tematskih kart Osnove tematske kartografije

UNIVERZA NA PRIMORSKEM FAKULTETA ZA MATEMATIKO, NARAVOSLOVJE IN INFORMACIJSKE TEHNOLOGIJE

Družbeni mediji na spletu in kraja identitete

D I P L O M S K A N A L O G A

PREHODNOST JE NAŠA PRIHODNOST

Tehnologiji RFID in NFC in njuna uporaba

Commissioned by Paul and Joyce Riedesel in honor of their 45th wedding anniversary. Lux. œ œ œ - œ - œ œ œ œ œ œ œ œ œ œ. œ œ œ œ œ œ œ œ œ.

NAPOVEDOVANJE IN OCENJEVANJE POSLEDIC SUŠE Prediction and assessment of drought effects

Jaroš Obu, Tomaž Podobnikar

HIDROGEOLOŠKE RAZISKAVE ZA POTREBE IZGRADNJE PROTIPOPLAVNIH NASIPOV MED ZGORNJIM DUPLEKOM IN VURBERKOM

UPORABA PODATKOVNEGA RUDARJENJA PRI ODKRIVANJU NEZAŽELENE ELEKTRONSKE POŠTE

Algoritem za izračun napovedi trenutne moči sončne elektrarne s pomočjo nevronskih omrežij

Razvoj mobilne aplikacije za pomoč študentom pri organizaciji študija

UNIVERZA V LJUBLJANI FAKULTETA ZA DRUŽBENE VEDE

UČINKOVITOST NAČRTOV PREISKOVANJA IZBRANEGA OBMOČJA Z GEORADARJEM GLEDE NA NATANČNOST IN PORABLJEN ČAS

SLOVENSKO OMREŽJE NATURA 2000 V ŠTEVILKAH SLOVENIAN NATURA 2000 NETWORK IN NUMBERS

Upravitelj opravil Task Manager

CJENIK APLIKACIJE CERAMIC PRO PROIZVODA STAKLO PLASTIKA AUTO LAK KOŽA I TEKSTIL ALU FELGE SVJETLA

Jamova cesta Ljubljana, Slovenija

MONITORING SUSPENDIRANEGA MATERIALA NA SLOVENSKIH VODOTOKIH

POROČILO PRAKTIČNEGA IZOBRAŽEVANJA V DUŠAN TIŠMA s.p.

KLJUČNI DEJAVNIKI USPEHA UVEDBE SISTEMA ERP V IZBRANEM PODJETJU

Modeliranje okolja s panoramskimi predstavitvami za lokalizacijo in navigacijo mobilnega robota

UPORABA ORODIJ ZA PRIDOBIVANJE REPREZENTATIVNIH PODATKOV PRI UPRAVLJANJU S PODZEMNIMI VODAMI PRIMER SEVERNEGA DELA DRAVSKEGA POLJA

NUMERIČNA SIMULACIJA S TOKOM GNANE HIDROKINETIČNE TURBINE

THE PROJECT OF LASER SCANNING OF SLOVENIA IS COMPLETED KONČAN JE PROJEKT LASERSKEGA SKENIRANJA SLOVENIJE. Mihaela Triglav Čekada, Vasja Bric

Sistem za oddaljeni dostop do merilnih naprav Red Pitaya

POSEDKI VISOKEGA NASIPA SRMIN

UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA MONIKA HADALIN MODEL SONČNEGA KOLEKTORJA KOT UČNI PRIPOMOČEK DIPLOMSKO DELO

Pravilno namakanje je tudi okoljski ukrep, ključno pa je tudi za kakovost vrtnin (projekt TriN)

Digital Resources for Aegean languages

coop MDD Z VAROVANIMI OBMOČJI DO BOLJŠEGA UPRAVLJANJA EVROPSKE AMAZONKE

Visoka šola za varstvo okolja DIPLOMSKO DELO PREGLED IN OCENA MOŽNOSTI ZAŠČITE PODTALNIH VIROV PITNE VODE S POMOČJO EKOREMEDIACIJ

Razvoj poslovnih aplikacij za informacijski sistem SAP R3

Eduroam O Eduroam servisu edu roam Uputstvo za podešavanje Eduroam konekcije NAPOMENA: Microsoft Windows XP Change advanced settings

Možni vplivi podnebnih sprememb na vodno bilanco tal v Sloveniji

Prenova gospodarskih vidikov slovenskega zdravstva

Kontrolni sistem pospeševalnika delcev v okolju LabVIEW

POŽARNA OGROŽENOST IN NAPOVEDOVANJE POJAVLJANJA GOZDNIH POŽAROV

Summi triumphum. & bc. w w w Ó w w & b 2. Qui. w w w Ó. w w. w w. Ó œ. Let us recount with praise the triumph of the highest King, 1.

ZADRŽEVALNIKI V SLOVENIJI

NOV NAČIN DO LOČANJA VODOVARSTVENIH OBMO ČIJ

PODATKOVNA BAZA (Uporaba IKT pri poslovanju)

VIDEOCAR IN FINANČNE PLATI ZAJEMA CESTNIH PODATKOV V OBČINAH VIDEOCAR AND THE FINANCIAL ASPECTS OF COMMUNITY ROAD-DATA ACQUISITION

VISOKOVODNI VAL ZARADI SAMODEJNEGA ODPRTJA ZAPORNICE NA HE MAVČIČE

Mobilna enota za hitri zajem... zemeljskih plazov 1/85. Raziskovalno razvojni projekt CRP»Znanje za varnost in mir «

VISOKA ŠOLA ZA VARSTVO OKOLJA

DIPLOMSKO DELO INTRANET SODOBNO ORODJE INTERNE KOMUNIKACIJE

KARTOGRAFIJA V SLOVENIJI ( )

Vladimir Markovič: Logika, delovanje in izračuni SP/SG naprav 2010/11

OPREDELJEVANJE CILJNIH TRGOV ZA BODOČE ZDRAVILIŠČE RIMSKE TOPLICE

ČASOVNE IN PROSTORSKE ZNAČILNOSTI TEMPERATURE TAL V SLOVENIJI

Sistemi za podporo pri kliničnem odločanju

Zakaj je višinski mm pri poplavah tako zelo velik? (Why is the height mm so huge in the case of floods?)

ORGANIZACIJSKA KLIMA V BOHINJ PARK EKO HOTELU

Informacijski sistem za podporo gospodarjenju z javnimi zelenimi površinami v urbanem okolju

UNIVERZA V LJUBLJANI VREDNOTENJE SPLETNIH PREDSTAVITEV NA TEMO VZAJEMNIH SKLADOV

ŠOLSKI CENTER ZA POŠTO, EKONOMIJO IN TELEKOMUNIKACIJE LJUBLJANA

UNIVERZA V LJUBLJANI FAKULTETA ZA DRUŽBENE VEDE PRIPRAVA OSNUTKA PRIROČNIKA S PODROČJA PROSTORSKE INFORMATIKE ZA POTREBE SLOVENSKE VOJSKE

Enhancing hydrological data management and exchange procedures

ZDRAVJE IN OKOLJE. izbrana poglavja. Ivan Eržen. Peter Gajšek Cirila Hlastan Ribič Andreja Kukec Borut Poljšak Lijana Zaletel Kragelj

Ogrodje mobilne aplikacije mfri

72 prvo. STROKOVNE INFORMACIJE strokovne informacije. četrtletje

Transcription:

Gašper RAK * mag. Leon GOSAR * prof. dr. Franci STEINMAN* - 108 - AKTUALNI PROJEKTI S PODROČJA UPORABA LIDAR PODATKOV V POVEZAVI GIS IN HIDRAVLIČNEGA MODELA POVZETEK Zapletenost postopkov povezave GIS in hidravličnih orodij ter potreba po dodatni usposobljenosti so dolgo odvračale vodarje od obsežne uporabe GIS orodij. Zato so bile prednosti, ki jih omogočajo tovrstne povezave, zapostavljene in nedosegljive inženirjem, ki niso vešči uporabniki za delo z GIS podatki. Razširitev HEC-GeoRAS programskega orodja ArcGIS pa omogoča tudi inženirjem z malo izkušnjami s področja GIS pripravo prostorskih podatkov o geometriji rečnega korita in poplavnih površin na podlagi digitalnega modela terena. Boljše informacije bi lahko uporabili v programskem orodju za natančnejše hidravlične presoje v odprtih vodotokih (HEC-RAS), kasneje pa omogočajo tudi večjo ločljivost izrisa izračunanih poligonov vodne gladine znotraj struge ter na poplavnih območjih. Orodje je razvil Center za hidrološko inženirstvo (HEC, Hydrologic Engineering Center) v sodelovanju z Inštitutom za raziskovanje okolja (ESRI, Environmental System Research Institute). Prispevek prikazuje povezavo GIS orodja s hidravličnim modelom z uporabo DMT, izdelanega na osnovi podatkov, dobljenih s tehniko LIDAR, ki zagotavlja modeliranje natančne topografije terena, s tem pa bolj učinkovite hidravlične analize. UVOD Poplave sodijo med največje ujme, katerih magnituda in pogostost narašča. V hidravličnem inženirstvu se za reševanje problemov uporabljajo matematični in fizični modeli. Pri obravnavanju površinsko obsežnejših problemov, kamor sodijo tudi analize poplavljanja vodotokov, so fizični modeli redki in prevladujejo matematični modeli. Običajni hidrodinamični modeli so učinkoviti le pri topografsko preprostih območjih. Za natančne hidravlične simulacije poplavljanja po so potrebni visoko resolucijski modeli. Pri upodobitvi topografije terena, ki jo omogoča uporaba geografskih informacijskih sistemov (GIS), se postavljajo vse večje zahteve. V prispevku je prikazana možnost uporabe prostorskih podatkov, zajetih z različnimi tehnologijami (od klasičnih geodetskih meritev do sodobne tehnologije LIDAR), v hidravličnih analizah, da bi izkoristili prednosti GIS tudi na tem področju. V kombinaciji s hidravličnim orodjem HEC-RAS je uporabljeno programsko orodje ESRI ArcGIS z razširitvijo HEC- GeoRAS. Ta omogoča pripravo prostorskih podatkov o geometriji rečnega korita in poplavnih površin na podlagi izdelanega digitalnega modela terena, prikaz rezultatov hidravličnih izračunov v obliki kartiranja poplavnih območij, nudi pa tudi možnosti nadaljnjih prostorskih analiz za potrebe hidravličnega inženirstva in drugih uporabnikov prostorskih podatkov. Hidravlično modeliranje in GIS orodje Pri opisani metodologiji smo kot hidravlično orodje uporabili HEC-RAS, ki je široko razširjen program za račun hidravlike enodimenzionalnega stalnega in nestalnega toka odprtih vodotokov, razvit pod okriljem ameriške vojske (US Army Corps of Engineers Hydrologic Engineering Center). Postopek opisa geometrije rečnega korita pri običajnih hidravličnih programih poteka od izrisa tlorisne situacije vodotoka do definiranja točk posameznih prečnih profilov v lokalnih koordinatnih sistemih, opisa objektov v in ob vodotoku, vrednosti koeficientov hrapavosti ostenja ter ostalih parametrov, ki vplivajo na hidravlične razmere vodotoka. Po opravljenem izračunu lahko rezultate analiziramo grafično ali * Gašper Rak univ. dipl. inž. VKI., mag. Leon GOSAR univ. dipl. inž. grad., prof. dr. Franci Steinman univ. dipl. inž. grad., Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Katedra za mehaniko tekočin z laboratorijem, Hajdrihova 28, Ljubljana

- 109 - AKTUALNI PROJEKTI S PODROČJA tabelarično. Vnos podatkov geometrije rečnega korita se izvaja s podajanjem prostorskih koordinat X, Y, Z, zato je na lokaciji izmerjenega prečnega profila geometrija zelo natančna, bistveno manj pa je natančna interpolacija geometrije za del korita med posameznimi izmerjenimi prečnimi profili. To so le nekateri vzroki, ki so spodbudili uporabnike k pripravi geometrije rečnega korita in poplavnih območij z uporabo geografskih informacijskih sistemov (GIS). Osnova za delo je digitalni model terena (DMT) v obliki nepravilne trikotniške mreže (TIN). DMT lahko izdelamo na podlagi osnovnih topografskih podatkov, zbranih s pomočjo različnih tehnik daljinskega zaznavanja, digitalizacijo kart, izohips in podobno, ki dajejo seveda podatke različne točnosti. Digitalni model terena Za pripravo podatkov o prečnih profilih, v katerih se modelirajo hidravlične veličine, uporabimo digitalni model terena (DMT). DMT je model terena, kateremu so dodane glavne topografske značilnosti terena, kot so to denimo padnice, kote, grape, grebeni itd. (Šumrada 2005). DMT je izdelan na podlagi obsežnih meritev na terenu s pomočjo različnih metod daljinskega zaznavanja in klasičnih geodetskih meritev. Najnatančnejše modeliranje lahko izvedemo iz točk izmerjenih s pomočjo tehnologije LIDAR (Light Detection and Ranging). Zajem podatkov tu poteka s pomočjo aktivnega senzorja v obliki laserskega tipala, pritrjenega na letalo, helikopter ali vesoljsko plovilo. Na ta način dobljeno bazo podatkov, ki opisuje topografijo terena, sestavljajo točke, oz. zapisi v obliki koordinat X, Y, Z posameznih točk terena. S pomočjo teh podatkov lahko izdelamo model terena, ki je prilagojen hidravličnem modeliranju s programskim orodjem HEC-GeoRAS in je v obliki mreže neenakih trikotnikov (TIN). TIN ima nekaj izrazitih prednosti v primerjavi z rastrskim DMT. TIN podaja obravnavano območje z mrežo sklenjenih in neprikrivajočih se trikotnikov, ki se stikajo in se lahko razlikujejo po obliki in velikosti. Iz točkovnih višinskih vrednosti lahko tako mrežo ustvarimo precej hitreje kot z ustrezno mrežno interpolacijo. Takšna oblika je tudi bolj primerna za shranjevanje podatkov o črtah spremembe naklona (npr. brežine, nasipi, ipd.), o višinskih točkah, dobro opiše navpične strukture ipd. V TIN lahko tudi poljubno zgostimo točke s katerimi predstavljamo relief, kar je prav tako ena večjih prednosti modela TIN, kadar je treba ožje območje podrobno analizirati. Slika 14: Prikaz topografije terena z DMT z različno natančnostjo posnetih točk površja in posplošenja, ki pri tem nastajajo. (Alemseged 2005) Večina DMT, izdelanih na podlagi podatkov zajetih z različnimi tehnologijami je zadovoljivo natančnih za splošen prikaz terena. Izkušnje dobljene pri združitvi hidravličnih in GIS modelov so kmalu pokazale potrebo po izredno natančnih digitalnih modelih terena, ki predstavljajo podlago za izdelavo geometrije korita ali numerične mreže. Pri uporabi digitaliziranih izohips klasičnih geodetskih kart za izdelavo DMT so se namreč pojavile številne slabosti. Karte GKB 25, ki so bile v našem primeru najprej uporabljene, vsebujejo za natančen prikaz topografije premalo točk terena, saj je osnovna celica mreže prevelika, hkrati pa tudi ne prikazujejo topografije rečne struge. Napaka pri opisu terena se pokaže kot previsoko rečno dno in pojav poplavljanja pri manjših pretokih, saj izračun nepravilno upošteva manjši volumen korita. Posledično se ugotovi manjša pretočna prevodnost struge. Tako je nivo, pri katerem voda prestopi bregove hitreje dosežen kot je to v dejanskih razmerah. Napako v

- 110 - AKTUALNI PROJEKTI S PODROČJA opisu geometrije rečnega korita smo najprej želeli odpraviti z vnosom točk na terenu izmerjenih prečnih profilov, vendar pa so le-ti navadno izmerjeni na večjih medsebojnih razdaljah, kar privede do napak pri interpolaciji točk ob izdelavi TIN. Z uporabo novejših tehnik zajema višinskih točk, med katerimi prevladuje LIDAR, lahko rešimo omenjene probleme natančnosti in težave, ki se pojavljajo pri DMT izdelanih na podlagi digitaliziranih kart. Napaka, ki se pojavlja pri vseh DMT v obliki nepravilne trikotniške mreže, ne glede na vrsto zajetih podatkov, je v prikazu/upodobitvi velikega števila naravnih pojavov (npr. skalna stena, soteska,..) in tudi umetnih objektov (npr. zidovi, mostovi..). Ti objektih imajo namreč lahko različno vrednost višine za nivojske točke, ki se nahajajo v prostoru z istimi koordinatami x in y. Običajni DMT tega problema ne more popolnoma rešiti, čeprav zajem ploskev z večjimi gradienti lahko izboljšamo z večjo gostoto točk. Takšen DMT je včasih poimenovan kot 2,5-dimenzionalen. Tu se ponovno pokaže prednost tehnologije LIDAR, saj je z njo zajetih bistveno večje število značilnih točk terena, kar poleg upodobitve manjših detajlov topografije omogoča tudi natančnejši prikaz naklonov. Pridobivanje detajlnejše podobe terena z večanjem resolucije posnetih točk je lepo razvidno iz spodnje slike. To posledično vpliva tudi na natančnost geometrijskih podatkov, ki jih s pomočjo GIS orodja dobimo na podlagi DMT in jih uporabimo v hidravličnem modelu. Tehnologija LIDAR Tako kot večina tehnik, kot so GPS ipd., je bil tudi LIDAR (tehnologija LIDAR - Light Detection and Ranging) razvit v prvi vrsti za vojaške potrebe in njegova uporaba se je kasneje razširila tudi na civilno področje. Ta hitro razvijajoča se tehnologija temelji na daljinskem zaznavanju s pomočjo laserskega tipala, ki je lahko pritrjeno na zračna plovila (letala, helikopterji) ali vesoljska plovila. Takšno tipalo spada med aktivne senzorje daljinskega zaznavanja, saj je sistem sam sebi vir energije in ni odvisen od zunanjih virov, kot so npr. optični sistemi. Uporabnost in razširjenost je botrovala številnim sistemom, ki so danes na voljo tudi za komercialno uporabo. Slika 15: Delovanje sistema LIDAR. Sistem laserskega skeniranja sestoji iz komponent na plovilu in komponent za obdelavo podatkov. Lasersko tipalo, ki je sestavljeno iz laserja, oddajnika, sprejemnika, detektorja signala, ojačevalca in ostalih elektronskih komponent, je le del sistema na zračnem plovilu. Prav tako nepogrešljivi so tudi radarska antena, GPS (Global positioning system), IMU (inercijska merilna enota) ter video kamera ali fotografski aparat za dokumentacijo. Za natančnejše meritve se navadno uporablja LIDAR pritrjen na helikopter, kar omogoča nižjo višino leta, manjšo hitrost letenja in izmero koordinat 10-20-tih točk na kvadratni meter. Na z gozdovi poraščenih in urbanih območjih lahko žarek zadane v več kot en objekt kar ima za posledico več odbitih signalov. Takšni večkrat odbiti signali lahko služijo za ugotavljanje višine in oblike nekega objekta ali vegetacije. Zadnji odbiti signal se upošteva kot točka terena za DMT. Avtomatična ekstrakcija objektov in razvoj modela je še vedno v razvoju in se naslanja tudi na aerofoto posnetke. Tehnika je napredovala tudi že do take mere, da se uporablja na področju zaznavanja objektov. Podatke je mogoče s pomočjo zapletenih algoritmov obdelati na način, ki omogoča izdelavo dobrih

- 111 - AKTUALNI PROJEKTI S PODROČJA modelov zgradb in njihovo rekonstrukcijo, kjer objekti končno podobo dobijo s oblepitvijo s slikami resničnih objektov. Slika 16: Prikaz točk posnetih s sistemom LIDAR (levo) in iz njih izdelan TIN (desno). Na mestih, ki so pomembnejša pri hidravličnih analizah so točke zgoščene. (SIMIS 2006) Prednosti, ki jih prinaša LIDAR, predstavljajo potencial za reševanje problemov, povezanih z nenatančnimi topografskimi podatki, ki so vhodni podatek za modeliranje naravnih procesov. Glavna prednost je natančna digitalna narava podatkov, ki je manj podvržena horizontalnim napakam kot podatki točk, dobljenih s pomočjo izohips. S pomočjo podatkov, zajetih s tehnologijo LIDAR, dobimo točke terena z natančnostjo med 10 in 15 cm. Pri hidravličnem modeliranju se kot prednost pokaže tudi možnost hitre pridobitve podatkov s kontinuiranimi preleti nad poplavnimi območji in s tem spremljanje morebitnih sprememb topografije terena zaradi poplav praktično v realnem času. Visoko resolucijski model prinaša prednosti tudi v primeru, ko imajo lahko majhni elementi terena, kot so nasipi, manjše zajezitve, jarki, velik vpliv tako na vodotok kot tudi na začetek in način poplavljanja. LIDAR tudi omogoča gosteje izmerjene točke na takih mestih (prikazano na sliki 3), kjer so točke zgoščene na brežinah kanalov. To so točke prelivanja vode iz glavnega korita in so zato pomembne za natančneje določanje pretočnih razmer, ko vodotok prestopi bregove. Priprava geometrije rečnega korita in izračun poplavnih območij s pomočjo ArcGIS razširitve HEC-GeoRAS HEC-GeoRAS je razširitev programskega orodja ArcGIS, ki omogoča pripravo prostorskih podatkov prečnih profilov za hidravlično analizo s programom HEC-RAS. HEC-GeoRAS vedno uporabljamo v kombinaciji s razširitvama ArcGIS ESRI 3D Analyst in ESRI Spatial Analyst. Medtem ko nam 3D Analyst omogoča interpolacijo podatkov digitalnega modela, lahko s pomočjo razširitve Spatial Analyst prikažemo rezultate vodnih globin in hitrosti vode v modelu po končanih izračunih s pomočjo rastrske mreže ali oblikujemo histograme. Kot je že omenjeno, mora biti digitalni model terena obravnavanega območja v obliki nepravilne trikotniške mreže, ki lahko bolje predstavlja površinsko razgibanost tako rečnega kanala kot pripadajočih poplavnih površin. Glavna zahteva pri modelu terena je dovolj velika natančnost, ki omogoča vnos podatkov in linij, potrebnih za izdelavo modela terena. Ko je model terena v TIN pripravljen, lahko začnemo oblikovanje točkovnih, linijskih in poligonskih slojev za pripravo geometrijskih podatkov za HEC-RAS. Nekateri sloji so obvezni, nekateri izbirni. Med obvezne sloje poleg samega DMT sodijo središčnica vodotoka ter linije in profili prečnih prerezov. Ta dva sloja, ki jih oblikujemo najprej v 2D, kasneje pretvorimo v 3D obliko. Na podlagi DMT program določi potrebne razdalje in višinske vrednosti posameznih točk. Uporabnik ima na voljo še številne druge sloje s katerimi lahko izpopolni geometrijski model - tako lahko izrišemo linije prečnih bregov, nasipov in mostov, poti poplavnih tokov, poligonske sloje in sicer območja neefektivnega toka, zgradbe ob rečnem koritu, ki jih je zajel vodni tok in tako zmanjšujejo površino prečnega prereza, območja akumuliranja vode ipd. Program tudi omogoča povezavo s slojem v katerem določimo rabo tal. Oblikovanje tega sloja nam je v veliko pomoč pri definiranju Manningovih koeficientov hrapavosti n g, predvsem na poplavnih območjih. Program določi spreminjanje n g vzdolž prečnega profila. Pri kreiranju teh slojev si lahko pomagamo z aerofoto posnetki, če se le-ti dovolj natančno prekrivajo z DMT, na podlagi katerih lahko natančno določimo lokacije posameznih objektov, pri določanju n g itd. Pri tem moramo biti pozorni, saj DMT vsebuje podatke le za nekatere odseke, kot so akumulacijska območja, področja neefektivnega toka itd. Pri nekaterih pa si lahko na ta način le pomagamo z določanjem natančnejše lokacije objektov, samo geometrijo pa definiramo že v ArcGIS-u (npr. hiše, nasipi, ipd) ali kasneje v HEC-RASu. Med slednje sodijo mostovi, prepusti, načrtovani nasipi ipd. Po oblikovanju vseh slojev oblikujemo datoteko s celotnimi geometrijskimi podatki, ki je primerna za hidravličen program HEC-RAS.

- 112 - AKTUALNI PROJEKTI S PODROČJA Linije poplavnih tokov Linije bregov Obrambni nasip Središčnica Linije prečnih profilov Pokrovnost» n g Slika 17: Situacija karakterističnih linij in točk, na podlagi katerih se izračuna geometrijo rečnega korita in poplavnih območij. Hidravlična analiza s programom HEC-RAS Z vnosom datoteke z geometrijskimi podatki je geometrija za hidravlično analizo pripravljena, zato jo po potrebi le še dopolnimo s hidravličnimi posebnostmi. Predvsem moramo definirati dimenzije objektov in določiti parametre, ki vplivajo na hidravlične lastnosti vodotoka ob njih (koeficienti razširitve/zožitve korita ipd.). V naslednjem koraku določimo pretoke in pripadajoče robne pogoje za dogodke, za katere želimo izvesti hidravlično analizo. Robni pogoji se lahko razlikujejo glede na vrsto toka (možnost stalnega in nestalnega toka). Po opravljenem izračunu lahko rezultate v grafični in tabelarični obliki analiziramo še v programskem orodju HEC-RAS. Seveda pa je končni namen prenesti rezultate hidravlične analize v GIS orodje ter jih prikazati na podlagi DMT, da bi bili na voljo drugim analizam danosti v prostoru. Prikaz rezultatov s programskim orodjem HEC-GeoRAS Po končani hidravlični simulaciji prenesemo izračunani potek gladin z HEC-GeoRAS v GIS orodje, kjer izvedemo kartiranje obsega poplavljanja za obravnavane dogodke. Poleg poplavljenih območij dobimo s postopki v okolju HEC-GeoRAS tudi prikaz porazdelitve vodne globine. Za prikaz poligonov vodne gladine moramo le-te pretvoriti v obliko TIN. Ta postopek se izvede z interpolacijo višin vodne gladine med prečnimi profili. Naklon ploskev poligonov med profili predstavlja padec vodne gladine. Ker je bila geometrija izdelana s pomočjo programskega orodja HEC-GeoRAS so poligoni, ki predstavljajo vodno gladino tudi že umeščeni v prostor. Pri tem je potrebno poudariti, da poligonov, ki niso geopozicionirani, ni mogoče prenesti v prostor. Različna globina vode je prikazana z različnimi odtenki barv. V rečnem koritu je voda tudi ob poplavljanju najgloblja, kar je tudi lepo razvidno iz slike 5. V samem rečnem koritu je odtenek modre barve temnejši, kar prikazuje večjo globino. Program lahko na podlagi nepravilne trikotniške mreže topografije terena in vodne gladine natančno določi globino vode za poljubno točko. Različica programa HEC-GeoRAS, ki deluje v povezavi s starejšo verzijo programa ArcGIS, omogoča tudi prikaz hitrosti vode za obravnavano območje. Ta možnost še ni podprta pri uporabljeni verziji, kljub temu pa ArcGIS predstavlja močno orodje in omogoča učinkovito predstavitev rezultatov, tudi v trirazsežnostnem prostoru.

- 113 - AKTUALNI PROJEKTI S PODROČJA Slika 18: Prikaz izračunane globine vode na aerofoto posnetku. Različni odtenki modre prikazujejo različno globino vode. Lepo se vidi rečno korito, kjer je voda najgloblja in obarvana s temnejšim tonom. Analiza možnosti vključitve GIS orodja v postopke priprave geometrijske podlage za hidravlično modeliranje je pokazala, da je natančnost takšne analize predvsem odvisna od natančnosti digitalnega modela terena. Pokazalo se je, da lahko že majhne spremembe topografije vplivajo na hidravliko vodotoka. Za območja, kjer so na voljo le digitalizirane karte večjih meril, te metode dela praktično ni mogoče uporabiti. Sklep Učinkovito ukrepanje ob pojavu visokih voda je v veliki meri odvisno tudi od natančnosti določanja stopnje nevarnosti na posameznih lokacijah. Natančne karte, ki prikazujejo območja poplavljena ob pretokih z različnimi povratnimi dobami predstavljajo osnovne podatke organom zaščite pred nevarnostmi visokih voda in planerjem različnih ukrepov ob in na vodotokih, kot so nasipi, zajezitve, kanali, razbremenilniki, ipd. Posebno pri bolj ravninskih območjih lahko že majhno zvišanje vodne gladine povzroči poplavitev na večjih območjih. Da bi dobili natančno ponazoritev, potrebujemo natančno predstavitev terena, za kar potrebujemo veliko število posnetih točk terena s prostorskimi koordinatami. V preteklosti to praktično ni bilo mogoče ali pa bi za takšno nalogo potrebovali ogromno časa in predvsem finančnih sredstev. Konfiguracija rečne struge in poplavnih območij je eden glavnih dejavnikov, ki vplivajo na hidravlične lastnosti vodotoka, zato se je učinkovita rešitev za njihovo opisovanje ponudila v uporabi geografskih informacijskih sistemov in novejših tehnik daljinskega zaznavanja. Slednji poleg ostalih podatkov o lastnostih prostora vsebujejo tudi topografijo terena. Zajem podatkov topografije z dovolj veliko gostoto in natančnostjo pa omogoča relativno nova tehnologija LIDAR. Prednost tehnologije je poleg natančnosti tudi zmožnost zajema topografije obsežnejših območij v zelo kratkem času in hitrih postopkov obdelave podatkov do take mere, da so uporabni za izdelavo DMT in posledično, v našem primeru, za uporabo v hidravličnih analizah. To pa tudi omogoča upoštevanje topografskih sprememb, ki so posledica delovanja voda ob poplavah (npr. erozija, splazitev terena itd.) že v času dogodka. Učinkovitost se je pokazala tudi pri analiziranju hidravličnih lastnosti vodotokov s pomočjo GIS orodja, kjer je natančnost geometrije rečnega korita in

- 114 - AKTUALNI PROJEKTI S PODROČJA poplavnih površin odvisna od natančnosti DMT. To je tudi vzrok, da se je DMT, izdelan s pomočjo digitaliziranih izohips, pokazal kot praktično neuporaben. Poleg splošne nenatančnosti tudi ne vsebuje batimetrije, to je topografije terena rečnega korita pod vodno gladino. Če bi v hidravličnih izračunih upoštevali gladino vode ob izmeri terena, se to pokaže kot navidezno višje dno. Izračun nepravilno upošteva manjši volumen korita in posledično se ugotovi manjša strugotvorna prevodna zmožnost. Zaenkrat so meritve s tehnologijo LIDAR, ki omogoča tudi pridobivanje podatkov topografije terena pod vodno gladino (do določene globine), precej drage in zato še niso širše uporabljene. Poleg stroškov je omejitveni faktor tudi precejšnja obsežnost zajetih in procesiranih podatkov, zato je potrebna za obdelavo in izdelavo DMT na podlagi le-teh precej zmogljiva računalniška oprema. Za hidravlično analizo so bili uporabljeni LIDAR podatki v okviru Interreg IIIA projekta SIMIS (Povezani sistem monitoringa reke Isonzo - Soča) v sodelovanju s partnerji iz tujine. Literatura Alemseged, T. H. 2005. Integrating Hydrodynamic Model and High Resolution DEM For Flood Modelling. Enshede, Netherlands. 84 str. Nagwa, E. A. 2003. Refined Modelling For Flood Extent Predictions Using Laser Scanning.. Enshede, Netherlands. 80 str. Rak, G. 2005. Analiza hidravličnih lastnosti vodotokov z uporabo GIS orodja. Seminar. Ljubljana, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo: 70 str. Rak, G. 2006. Uporaba prostorskih podatkov v analizi hidravličnih lastnosti vodotokov. Diplomska naloga. Ljubljana, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo: 87 str. Steinman, F. 1999. Hidravlika. Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo Ljubljana. 295 str. Šumrada, R. 2005. Strukture podatkov in prostorske analize. Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo Ljubljana: 284 str. US Army Corps of Engineers; Hydrologic Engineering Center 2003: Susquehanna River Flood Warning and Response system. Davis, CA Medmrežje: www.nap.usace.army.mil/gis/fwrs.htm (14. 11. 2006) US Army Corps of Engineers; Hydrologic Engineering Center 2002: HEC-RAS, River Analysis System User s Manual, Version 3.1.3, Davis, CA