LASER_AS-2D 2.0

Laserscandaten effizient ausdünnen, Gelände im hydraulischen Modell hochgenau abbilden

Mit LASER_AS-2D dünnen Sie Daten von Laserscan-Befliegungen aus und erzeugen ein für die 2D-Modellierung optimiertes Berechnungsnetz. Sie schaffen damit die Basis für die korrekte und numerisch stabile hydraulische Simulation von Fließgewässern. Die neue Version LASER_AS-2D 2.0 leistet die Ausdünnung und Netzerstellung mit einer deutlich höheren Performance. Das Programm kann variable Rasterweiten verarbeiten und ist anwenderfreundlicher gestaltet. Es wird Anfang 2017 verfügbar sein.

Mit Laserscanning aufgenommene Höhenmodelle (digitale Geländemodelle, DGM) beschreiben das Gelände sehr genau. In stark strukturierten Geländeabschnitten werden durch die hohe Punktdichte auch gering ausgedehnte Strukturelemente wie Kanten erfasst. Dagegen liegen in gleichförmigem Gelände weit mehr Messwerte vor, als für eine repräsentative Beschreibung erforderlich sind.

LASER_AS-2D dünnt diese Punktdatensätze unter Einsatz von Bruchkanten und Rasterpunkten aus. Hydraulik-Experten können den erzeugten Datensatz direkt oder nur mit geringen Bearbeitungsschritten in SMS für eine Simulationsrechnung mit HYDRO_AS-2D einsetzen.

Bearbeitungsstufen von Laserscandatensatz zum 2D-Berechnungsnetz

Höheren Anforderungen gerecht werden

Mit der Weiterentwicklung von LASER_AS-2D tragen wir den Entwicklungen in der Laserscantechnik Rechnung. Aktuelle Laserscanbefliegungen liefern für große Bereiche DGM-Daten, die eine mittlere Punktdichte von mehr als acht Punkten pro m² erreichen. Diese hohe Dichte führt zu großen Datensätzen, die nur mit leistungsfähiger Software adäquat zu bearbeiten sind.

Deutlich kürzere Rechenzeit

Die ursprünglich in LASER_AS-2D implementierten Algorithmen zum Ausdünnen von Punkten und zur Bildung von Bruchkanten blieben im Wesentlichen erhalten. In der neuen Version haben wir sie programmiertechnisch neu umgesetzt und die Software nach aktuellen Standards modernisiert. Damit ist eine effiziente, parallelisierte Bearbeitung der Eingangsdaten möglich, die eine hohe Zeitersparnis bringt. Unsere Tests mit LASER_AS-2D 2.0 ergaben eine deutlich kürzere Berechnungszeit. Für einen Testdatensatz mit 64 Mio. Eingangspunkten verkürzt sich der Prozess in LASER_AS-2D auf weniger als ein Zehntel.

LASER_AS-2D kann Teile der Berechnung auf mehrere Prozessoren verteilen. Die Gesamtanzahl parallel laufender Threads ergibt sich in der Standardeinstellung durch die Anzahl aller im System vorhandenen (virtuellen) Prozessoren. Ein Rechner mit Intel Prozessor, der 4 Kerne und die Option „Multithreading“ beherrscht, zeigt unter Windows z. B. acht virtuelle Prozessoren an, sodass LASER_AS-2D mit bis zu acht Threads parallel arbeitet.

Bessere Netze, variable Rasterweiten

Die resultierenden Netze sind gleichmäßiger als bisher und enthalten weniger Bereiche mit vielen kleinen Elementen (Nester), was zur Stabilität und Performance der anschließenden 2D-Berechnung beiträgt.
LASER_AS-2D bietet die Option, den Wert für die Rasterzellengröße variabel festzulegen. Die bisherige Standard-Rasterweite von 1 m sollte bei Nutzung aktueller Laserscandaten hoher Auflösung (> 8 Punkte/m2) auf 0,5 m verkleinert werden. Optimierungs- und Testrechnungen mit kleineren Rasterweiten (z. B. 0,25 m) brachten i. d. R. keine Vorteile.

Bruchkanten intelligent erkennen und bearbeiten

Die korrekte Erkennung und Ableitung von Bruchkanten im Gelände ist essenziell für die Abbildung der abflussrelevanten Strukturen im Berechnungsnetz. Während der Bruchkantenerkennung wird das Raster sukzessive in einem Verfahren nach Laplace geglättet. Sobald die Differenz aus Originalhöhe und geglätteter Höhe einen Schwellenwert überschreitet, markiert das Programm die Rasterzelle als Bruchkanten-Kandidaten.

Bei den Bruchkanten, die LASER_AS-2D aus dem Raster erkennt, haben interne Algorithmen auf die Umverteilung von Stützstellen Einfluss. So wird in Abhängigkeit zur Rasterzellengröße verhindert, dass Knicke entfernt werden und der Punktabstand für einzelne Bruchkanten verkleinert wird, um gerundete Strukturen besser abzubilden. Auch wird sichergestellt, dass z. B. Gebäudeecken trotz Umverteilung der Punkte richtig erfasst werden.
Kurze Bruchkanten, die bei der Erkennung auftreten, werden bis zu einer vorgegebenen Länge entfernt. Dies verhindert das Ausbilden von vielen kurzen Bruchkanten und verringert die Anzahl der generierten Netzknoten.
Anwender habe die Option, ergänzende Bruchkanten wahlweise mit oder ohne Höhendaten vorzugeben.

Einfachere Handhabung

LASER_AS-2D wird weiterhin über die Kommandozeile gesteuert. Dadurch können die Anwender die einzelnen Bearbeitungsparameter kontrollieren. Die Dokumentation wurde vollständig überarbeitet und
bietet Empfehlungen für Vorgehensweise und Parameterwahl.

LASER_AS-2D 2.0 für Sie

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Michael Bellinghausen, Dipl.-Math. Benedikt Rothe, Dr.-Ing. Hartmut Sacher