www.k2-computer.com Newsletter vom 2004-03-01
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Schon gefahren: Die neue Straßenplanung 7.0 von GEOvision³
Anwenderbericht von Dipl.-Ing. Ralf Thielecke
Städtebauliche Arbeitsgemeinschaft
Büro für Städtebau und Siedlungswesen
http://www.staedtebauliche.de
Kurz vor dem angekündigten Release der Version 7.0 unserer 3D- Vermessungs- und Planungssoftware GEOvision³ hatten wir die Gelegenheit, das Modul Straßenplanung in einer Beta- Version ausführlich zu testen. Gleich zu Beginn der Arbeit fiel auf, dass es sich hier um mehr als ein Update im Sinne einer Modellpflege handelt: Das Programm wartet mit einer komplett neuen Datenbank auf, die sich im Praxistest deutlich schneller und stabiler zeigte, als das Vorgängermodell. Auch die Dateiverwaltung wurde deutlich vereinfacht, indem alle Modelldaten in einer einzigen Datei zusammengefasst wurden.
Von diesen grundsätzlichen Verbesserungen ermutigt, wählten wir als Teststrecke eine knapp 1,5 km lange innerörtliche Umgehungsstraße, für die wir eine Vorplanung durchführen wollten. Diese Vorplanung sollte die wesentlichen Bedingungen der weiteren Planung und die zu erwartenden Massen und Kosten der Maßnahme klären. Neben der Gemeinde als Auftraggeber und einem Fachbüro für die notwendigen Tunnel- und Brückenbauwerke wurden die Deutsche Bahn AG für die zu querende Strecke, der Straßenbaulastträger der beiden Landesstraßen und der Straßenbaulastträger der Kreisstraße wegen der jeweiligen Kreuzungen sowie die untere Wasserbehörde wegen einer Gewässerquerung in den Planungsprozess einbezogen.
Hierbei kam es zunächst darauf an, unsere Fachplanung so zu visualisieren, dass die Beteiligten ihre jeweiligen Belange erkennen und entsprechende Planungshinweise geben konnten.
Als Datenmaterial stand uns die gerasterte DGK5 zur Verfügung, die wir wie üblich für die Darstellung der ersten Linienvarianten verwendeten. Um die kleinteilige Bestandsituation besser zu erfassen, hinterlegten wir zusätzlich ein Luftbild in Form von 49 einzelnen Rasterbildern im jpg- Format. Hierdurch konnten während der Gespräche viele Fragen zum Bestand bereits am Tisch beantwortet werden. Schließlich erhielten wir die ALK- Daten des Kreises, die wir unserem Modell ebenfalls beifügten. Von diesem Zeitpunkt an konnten Pläne von der Übersicht 1:5.000 bis auf 1:250 skaliert immer mit dem passenden Informationsgehalt ausgegeben werden.
Abbildung 1: Luftbild und Kataster als Grundlage für die Trassendarstellung zur Erörterung der Zwangspunkte
Im nächsten Schritt fügten wir das für Nordrhein- Westfalen erhältliche Digitale Höhenmodell mit einer Rasterweite von 10 x 10 m in das Modell ein. Die Modelldaten werden ausschließlich blattweise entsprechend dem Schnitt der DGK5 abgegeben, so dass bei den zwei Blättern unseres Modellbereiches 2 x 4 km = 80.000 Punkte verarbeitet wurden. Nach einer probeweisen Vermaschung haben wir die Punktzahl durch Löschen der Ausschnitte für die nicht benötigten Bereiche auf 20.000 verringert. Damit erhielten wir schließlich allein aus vorliegenden Daten ein 3D- Modell unseres Planungsgebiets. Dem Straßenbauentwurf stand somit nichts mehr im Weg.
Die geplante Umgehung schließt an eine Landesstraße im Bereich des Ortseinganges an. Hinter dem Einmündungsbereich beginnt eine halbkreisförmige Rampe, die zu einem Tunnel unter der Landesstraße und der hierzu parallel verlaufenden Bahnstrecke führt. Das Rampenstück auf der anderen Seite der Bahn verläuft durch ein bebautes Gewerbegebiet, in dem u.a. das Busdepot eines ÖPNV- Betriebes liegt. Für diesen Bereich wurden u.a. drei Zwangspunkte zur Gewährleistung der Durchfahrts- und Anschlusshöhen gesetzt. Als Zwangspunkte lässt GEOvision³ 3- dimensionale Bereiche in Form eines Zylinders bzw. eines Kegels zu, innerhalb bzw. außerhalb deren die Trasse oder die Gradiente liegen sollen. Nach Eingabe im Lageplan stehen diese Informationen sofort auch in der Gradientenplanung zur Verfügung.
Abbildung 2: Annäherung der Gradiente (rot) an die Zwangspunkte (orange)
durch gleichzeitige Manipulation mit dem Cursor (Brechpunkt)
und der Parametermaske (Halbmesserradius)
Für den Bereich der Anbindung und der Bahnüberführung (Unterquerung der Straße und der Bahn) wurden nun die Trassierung und die Gradiente iterativ verändert, um die Auswirkungen auf die Rampenlängen und -neigungen sowie die erforderlichen Böschungsflächen zu prüfen.
Gerade bei dieser Variantenuntersuchung setzt GEOvision³ aus unserer Sicht wieder Maßstäbe in Hinsicht auf die Strukturierung der Daten: Die Trassen werden jeweils unter einer Variante zusammengefasst und können einzeln oder gemeinsam von einer in die andere Variante übernommen werden.
Gleichzeitig erhält jede Trasse einen eigenen Foliensatz unterhalb der Folie der Variante. So lassen sich die Varianten auch außerhalb des Straßenbaumoduls - bei der städtebaulichen Planung oder bei der Entwässerungsplanung an ihrem vom Benutzer vergebenen Klarnamen erkennen und dem Bedarf gemäß ein- oder ausblenden.
Zusammen mit der Multiuser- Fähigkeit des Programms, also der Möglichkeit, gleichzeitig von mehreren Arbeitsplätzen auf ein Modell zuzugreifen und dieses zu bearbeiten, wird eine vollständige Integration der jeweils aktuellen Planungsstände in alle Zeichnungen des Projektes gewährleistet.
Dass es sich hierbei um wirklich praxisfeste Funktionen handelt, liegt wesentlich am Applikationsschutz, den GEOvision³ allen seinen Fachmodulen mitgibt. Dieser Schutz erlaubt die Veränderung der Straßendaten ausschließlich über das Modul Straßenbauplanung. Auf die Neukonstruktion der Modelldaten aus Parameterdateien bei jedem Modellstart kann damit ebenso verzichtet werden, wie auf das Abspeichern von Lageplänen zur Weiterbearbeitung.
Einer einzelnen Trasse lassen sich ebenfalls mehrere Varianten für die Gradiente zuordnen, so dass die Zahl der Varianten in Lage und Höhe auf das notwendige Maß beschränkt bleibt. Diese Funktion nutzten wir unter anderem bei der Darstellung für die Querung des Gewässers. Zuerst war durch den Fachingenieur eine Brücke mit lediglich 12 m Spannweite vorgeschlagen und kostenmäßig bewertet worden. Die Auswertung des Höhenmodells ergab jedoch, dass der Bach innerhalb einer rund 100 m breiten Niederung liegt. Große Teile hiervon sind als Überschwemmungsgebiet festgesetzt. Da die Wasserbehörde einen Lichtraum der Querung von mindestens einem Meter oberhalb der Hochwassermarke HQ100 fordert, werden für diesen Abschnitt zusätzliche Durchlässe oder Vorlandbrücken mit einer Trasse in Dammlage erforderlich.
Abbildung 3: Automatisch generierter Straßenquerschnitt ergänzt um die
Böschungen (oben) bzw Böschungen und Deckenaufbauten (unten)
War es bisher relativ aufwendig, eine erste Abschätzung der zu erwartenden Massen zu erhalten, so fällt dies bei GEOvision³ praktisch bereits bei der Visualisierung mit ab.
Nachdem die Trasse mit der dazugehörigen Gradientenvariante erzeugt war, reichten uns zwei Ränder, die die äußeren Grenzen des Regelprofils bilden und eine einzige Definition für den Straßenquerschnitt mit Böschungen als Verschnittbaugruppen in den aus der Randdefinition übernommenen Profilen aus. An automatisch erzeugten Stationen ermittelte das Programm die Auf- bzw. Abtragsflächen des Querschnitts, führte die Massenberechnung durch und stellte die Daten für die automatische Darstellung der Böschungen im Lageplan bereit.
Diese Berechnungen können nach jeder Änderung der Gradiente bzw. der Trasse und der Gradiente mit wenigen Mausklicks wiederholt werden. Die vom Nutzer gewählten Profile und Stationen bleiben stets gespeichert.
Abbildung 4: Darstellung der Böschungsflächen zur Variantenuntersuchung Böschungen/ Wandkonstruktion
Wegen dreier notwendiger Anschlüsse an qualifizierte Straßen erhielten die Einmündungen und Kreuzungen besonderen Abstimmungsbedarf. Für zwei Knoten waren Kreisel gefordert. Mit der speziellen Funktion zur Konstruktion von Kreisfahrbahnen erzeugte GEOvision³ nach Angabe des Mittelpunktes sowie Innen- und Außenradius nicht nur die Fahrbahn, sondern auch direkt die notwendigen Kreuzungspunkte mit den einmündenden Trassen. Dabei war unerheblich, ob es sich um zwei durchlaufende Trassen oder jeweils einzelne Trassen für jeden Kreuzungsarm handelte.
Der im vorliegenden Bebauungsplanentwurf für die Festsetzung der Verkehrsflächen zu Grunde gelegte Kreisverkehr wurde zunächst lagemäßig korrigiert und dann auf seine verkehrsgerechten Abmessungen hin überprüft. Die Fahrbeziehungen des Kreisels wurden mit Schleppkurven verschiedener Bemessungsfahrzeuge dargestellt. Dabei wurde deren Fahrweise anhand von Splines frei definiert. Entsprechend dem Ergebnis der Prüfung wurde die Festsetzung der Verkehrsfläche im Bebauungsplan rechtzeitig zum nächsten Beteiligungsverfahren überarbeitet.
Abbildung 5: Kontrolle und Korrektur der Kreisverkehrsparameter
des Bebauungsplanentwurfs nach Visualisierung von Schleppkurven
Die Bearbeitung der Ränder erfolgte nach Erzeugen der Kreisfahrbahnen einheitlich für alle Kreuzungen mit denselben Werkzeugen. Zunächst wurden die Aufweitungen der Fahrbahnen durch entsprechende Konstruktionen in den Fahrbahnrändern erzeugt.
Hierzu stellt GEOvision³ dynamische Bibliotheken zur Verfügung, die die Verziehungslänge entsprechend der Verziehungsbreite und der Entwurfsgeschwindigkeit berechnen.
Für den Vorentwurf ließ sich die Verziehungslänge aber auch fest vorgeben.
Die so erzeugten Randknickpunkte, deren Dichte ebenfalls vom Benutzer vorgegeben werden kann, werden übersichtlich in einer Gruppe zusammengefasst.
Die Gruppe kann benannt und bei Bedarf komplett gelöscht und erneut erzeugt werden. Später haben wir festgestellt, dass sich auch selbst definierte Punktfolgen zu Gruppen zusammenfassen lassen, so dass auch individuelle Gehwegverbreiterungen, Busbuchten u.ä. übersichtlich angeordnet werden können.
Abbildung 6: Beschriftung der Ränder und Gruppierung der Randknickpunkte
Nach den Aufweitungen bestimmten wir die Bordausrundungen für die jeweils im Lageplan automatisch markierten Fahrtrichtungen. Hier fiel auf, dass die aktuell gewählten Parameter (Korbbogen, Einteilig oder Fasen sowie der gewählte Radius) nicht beibehalten, sondern immer der 3-teilige Bogen mit 12,50 m Hauptradius eingetragen wurde. So stand einer extrem kurzen Rechenzeit für die Darstellung ein relativ großer Eingabeaufwand bei den bis zu 24 Bordausrundungen an einem Kreisel gegenüber.
Angenehm überrascht waren wir dann wieder, als Aufweitungen und Ausrundungen im Wechsel verändert werden mussten. So lange eine Konstruktion möglich war, wurden alle Veränderungen ohne Verlust einmal definierter Elemente übernommen. Selbst eine Veränderung der Trassenlage durch Verschieben eines Tangentenschnittpunkts wurde in allen Elementen der Kreuzungen mit vollzogen. Die einzige Panne - ein Abbruch durch den Benutzer - war selbst verschuldet, weil die Berechnung der neuen Ausrundungen nicht abgewartet wurde. Dank der neuen Datenbank wurden aber nach Neustart des Modells die bis zum Abbruch nicht abgeschlossenen, d.h. nicht gespeicherten Transaktionen erfasst und zur Speicherung angeboten. Zusätzlich soll das endgültige Release der Version 7.0 vom Hersteller des Programmes noch mit einer Anzeige der laufenden Berechnung ausgestattet werden.
Abbildung 7: Bestimmung der notwendigen Umbauten im Bereich vorhandener Einmündungen und Aufweitungen
Mit der neuen Gewissheit, dass einmal getroffene Festlegungen auch bei Änderung anderer Parameter erhalten bleiben, konnten wir zum einen schon mehr Zeit in die Darstellung der ersten Planungsüberlegungen investieren. Zum anderen konnten wir auf die Wünsche unserer Gesprächspartner hinsichtlich Änderungen und Alternativen flexibler und schneller reagieren. Im Ergebnis wurde der Abstimmungsprozess dadurch zeitlich zusammengezogen und vom Aufwand her optimiert. Die gewonnenen detaillierten Erkenntnisse bieten bereits ein hohes Maß an Planungssicherheit. Sie fließen nun unmittelbar in die ausstehenden Verhandlungen über die Kostenträgerschaft und die Beantragung von Zuschüssen ein.
Im Lauf der Bearbeitung haben wir das Modell über die Schnittstellen für dxf- und dwg- Dateien um den Offenlageentwurf eines Bebauungsplanes beiderseits der Strecke und die topografische Aufnahme im Bereich der Bahnanlagen ergänzt. Auch hier konnte die Vorplanung jeweils verlustfrei an die genaueren Daten angepasst werden. Somit kann unsere Teststrecke auch weiter ausgebaut werden, nach dem die auf der Grundlage der Vorplanung beauftragten Vermessungsarbeiten in die Kartengrundlage übernommen wurden.
Bei unserem Test zeigte sich GEOvision³ trotz der Vielzahl unmittelbar nach der Eingabe im Modell visualisierter Konstruktionen und Änderungen sparsam im Ressourcenverbrauch und begnügte sich mit den 1400 MHz eines AMD Duron und 512 MB RAM. Jede leistungsfähigere Hardware ist natürlich stets willkommen. Durch den zusätzlich angebotenen Kernel HT werden auf Wunsch auch die Kapazitäten der Hyper- Threading- Technologie neuerer Intel- Prozessoren optimal genutzt.
Das umfangreiche Update erhalten die Nutzer mit laufendem Softwarepflegevertrag ohne zusätzliche Kosten, so dass wir unseren Testkandidaten - anders als bei einem Autotest - nicht zurück geben müssen. Die Trennung wäre uns auch wirklich schwer gefallen.
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