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− | * Bundesamt für Raumentwicklung: Bauzonen Schweiz (harmonisiert) | + | * Bundesamt für Raumentwicklung ARE: Bauzonen Schweiz 2017 (harmonisiert) |
* [http://gis.claudiostadt.ch/wordpress/2016/01/26/network-analyst-1-netzwerk-vorbereiten/ gis.claudiostadt.ch: Anleitung Network Analyst Teil 1] | * [http://gis.claudiostadt.ch/wordpress/2016/01/26/network-analyst-1-netzwerk-vorbereiten/ gis.claudiostadt.ch: Anleitung Network Analyst Teil 1] | ||
* [http://gis.claudiostadt.ch/wordpress/2016/01/26/network-analyst-2-service-area/ gis.claudiostadt.ch: Anleitung Network Analyst Teil 2] | * [http://gis.claudiostadt.ch/wordpress/2016/01/26/network-analyst-2-service-area/ gis.claudiostadt.ch: Anleitung Network Analyst Teil 2] | ||
* [https://gis.stackexchange.com/questions/81817/basic-if-then-in-python-parser-of-arcgis-field-calculator Stack Exchange: Frage in Forum "Basic If/Then in Python Parser of ArcGIS Field Calculator?"] | * [https://gis.stackexchange.com/questions/81817/basic-if-then-in-python-parser-of-arcgis-field-calculator Stack Exchange: Frage in Forum "Basic If/Then in Python Parser of ArcGIS Field Calculator?"] |
Aktuelle Version vom 21. Dezember 2018, 19:20 Uhr
Inhaltsverzeichnis
- 1 Impressum
- 2 Aufgabenstellung
- 3 Arbeitsschritte
- 3.1 Arbeitsschritt 1: Grundlagen aufbereiten und verarbeiten
- 3.2 Arbeitsschritt 2: Raum Schweiz unterteilen in "Ausserorts" und "Innerorts"
- 3.3 Arbeitsschritt 3: Strassen unterteilen in "Ausserorts" und "Innerorts"
- 3.4 Arbeitsschritt 4: Gefahrene Geschwindigkeit den Strassen hinzufügen
- 3.5 Arbeitsschritt 5: Benötigte Zeit den Strassenteilstücken hinzufügen
- 3.6 Arbeitsschritt 6: "Network Analyst"
- 3.7 Arbeitsschritt 7: Visualisieren
- 3.8 Zusammenfassung: Pocket Guide
- 4 Ergebnis
- 5 Fazit
- 6 Quellen
Impressum
Hochschule für Technik Rapperswil (HSR)
Modul: RAG
Thema: Erreichbarkeit der Landesflughäfen der Schweiz mit dem Auto
Studierende: Samuel Ammann, Joel Bernet, Lukas Bögli, Florian Weibel
Dozent: Claudio Büchel
Datum: 19.12.2018
Aufgabenstellung
Im Rahmen des Moduls "Visuelle Kommunikation 3" soll eine eigenständige raumplanerische Fragestellung mit Hilfe des Programms ArcMap gelöst werden.
Perimeter
Der Bearbeitungsperimeter umfasst die ganze Schweiz.
Thema
Das Ziel der Arbeit war es, eine Karte mit eigens erstellten Flughafengüteklassen für den Motorisierten Individualverkehr zu erstellen. Berücksichtigt werden die Flughäfen Zürich, Basel und Genf. Dabei soll das Schweizerische Strassennetz in die verschiedenen Geschwindigkeitsabschnitte Autobahn, Ausserorts und Innerorts unterteilt werden, um ein möglichst genaues Resultat zu erhalten.
Uns ist bewusst, dass es per Definition noch weitere internationale Flughäfen in der Schweiz gibt. Wir haben jedoch bewusst einen pragmatischen Ansatz gewählt. Der Flughafen von Basel ist ausserdem nicht auf Schweizer Boden, dennoch ist er für die "Ferienfliegerei" der Schweizer Bevölkerung von Bedeutung.
Bei dieser Arbeit stehen die Analysemöglichkeiten mit einem GIS und nicht die "verkehrspolitische" Aussage der Karte im Vordergrund. Die Verfasser sind der Meinung, dass bei der Anreise an einen Flughafen zwecks Urlaub aus vielerlei Gründen eigentlich der Öffentliche Verkehr im Vordergrund stehen sollte. Die Erreichbarkeit mit dem Auto bietet technisch betrachtet jedoch die besseren "Trainingsmöglichkeiten" mit dem GIS an.
Methodik
Die Arbeit wird im Programm "ArcMap" durchgeführt. Die Zusatzfunktion "Network Analyst" ist Voraussetzung für die Berechnung und Darstellung der Einzugsgebiete.
Arbeitsschritte
Arbeitsschritt 1: Grundlagen aufbereiten und verarbeiten
In einem ersten Schritt werden die Daten des Schweizer Strassennetzes benötigt. Dafür wurde das Datenmodell "TLM Strassen" verwendet. Die riesige Datenmenge wurde mit einer "Definition Query" nach folgenden Strassentypen gefiltert:
GBD Code | Strassentyp | Definition |
---|---|---|
0 | Ausfahrt | Ausfahrt ab Autobahnen und Autostrassen. |
1 | Einfahrt | Einfahrt ab Autobahnen und Autostrassen. |
2 | Autobahn | - |
4 | Verbindung | Dient als virtuelles Verbindungsstück zwischen Achsen, die sich nicht schneiden,
damit ein geschlossenes Strassennetz dargestellt werden kann. |
5 | Zufahrt | Nichtrichtungsgetrennter Strassenabschnitt zwischen Ein- oder Ausfahrt. |
8 | 10m Strasse | Strassenbreite > 10.20m |
9 | 6m Strasse | Strassenbreite: 6.21 - 8.20m |
10 | 4m Strasse | Strassenbreite: 4.21 - 6.20m |
12 | Platz | Achsen innerhalb von Verkehrsflächen, öffentlichen Parkplatzarealen und privaten
Parkplatzarealen, die bezüglich Breite und Lage nicht genau definiert werden können. |
20 | 8m Strasse | Strassenbreite: 8.21 m - 10.20m |
21 | Autostrasse | - |
Für die spätere Unterteilung in Inner- und Ausserortsstrassen werden die Bauzonen benötigt. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Strassen, welche durch die selektierten Bauzonen verlaufen, auch innerorts liegen. Die Bauzonen werden ebenfalls mit einer "Definition Query" auf folgende Bauzonen reduziert:
- Arbeitszonen
- Mischzonen
- Wohnzonen
- Zentrumzonen
- Zone für öffentliche Bauten
- Verkehrszonen innerhalb der Bauzonen
Arbeitsschritt 2: Raum Schweiz unterteilen in "Ausserorts" und "Innerorts"
In einem nächsten Schritt werden den selektierten Bauzonen ein Buffer von 20 Meter zugewiesen, um die räumlichen Lücken, entstehend durch zwischenliegenden Strassen, zu schliessen. "Dissolve Type: ALL" ist zu wählen, um aus den überlappenden Objekten ein Objekt zu erstellen.
Für die weitere Bearbeitung wird noch eine Negativfläche der Bauzonen (Fläche ausserorts) benötigt. Dazu wird im Editiermodus eine Fläche über die Schweiz gelegt und die Bauzonen darin ausgestanzt (Funktion "Erase").
Arbeitsschritt 3: Strassen unterteilen in "Ausserorts" und "Innerorts"
Das Datenmodell "TLM Strassen" kann jetzt mit den beiden Flächen "Siedlungsfläche" und "Fläche ausserorts" verschnitten werden (Funktion "Intersect"). Dadurch werden die Strassen in "ausserorts" und "innerorts" unterteilt.
Arbeitsschritt 4: Gefahrene Geschwindigkeit den Strassen hinzufügen
In der Attributtabelle des Datenmodelles "TLM Strassen" werden die zwei neuen Spalten "Geschwindigkeit" und "Fahrzeit" hinzugefügt (Datentyp «Float»). Mit einem "VB Script" können danach allen Strassen die entsprechenden Geschwindigkeiten hinterlegt werden. Dazu müssen zwei "VB Scripts" für die Strassen ausser- und innerorts erstellt werden. Um möglichst realistische Resultate zu erhalten, werden jeweils 10 km/h von der erlaubten Höchstgeschwindigkeit abgezogen (40km/h innerorts, 70km/h ausserorts).
Am Schluss können die Feature-Classes "Strassen innerorts" und "Strassen ausserorts" zusammengefügt werden (Funktion "Merge").
Aus den zwei vorangehenden Grafiken wird ersichtlich, dass die Unterscheidung "innerorts/ausserorts" nur bei den Objektklassen "4, 8, 9, 10, 20" von Relevanz ist, um die entsprechende Geschwindigkeit zuordnen zu können. Bei den anderen Objektklassen ist die Geschwindigkeit durch die Objektklasse selbst bestimmt.
Arbeitsschritt 5: Benötigte Zeit den Strassenteilstücken hinzufügen
Mit dem "Field Calculator" kann in der Tabellenspalte "Fahrzeit" die Zeit errechnet werden, die benötigt wird, um das jeweilige Strassenteilstück zu befahren. Dazu wird folgende Formel hinterlegt:
Formel Fahrzeit pro Teilstück
t = (s / (v/3.6)) / 60
t: Minuten
s: Meter
v: km/h
Das Attribut "Geschwindigkeit" wurde bei den vorangehenden Schritten berechnet und das Attribut "Shape_Length" (Länge des Objekts in Meter) wird vom Programm standardmässig berechnet und als Attribut aufgeführt.
Arbeitsschritt 6: "Network Analyst"
Die Flughäfen Zürich, Genf und Basel werden als Ausgangspunkte auf der Karte markiert. Von diesen Ausgangspunkten rechnet des "Network Analyst" Tool einen gewünschtes Einzugsgebiet abhängig von der Fahrzeit aus. Dabei muss das Attribut "Fahrzeit" als Kosten definiert werden.
Das Vorgehen erfolgt sinngemäss nach der Dokumentation auf der Website "gis.claudiostadt.ch":
Schritt 6.1
Netzwerk vorbereiten und erstellen:
http://gis.claudiostadt.ch/wordpress/2016/01/26/network-analyst-1-netzwerk-vorbereiten/
Schritt 6.2
Ausgangspunkte definieren, massgebendes Attribut wählen, Einzugsgebiete definieren und dessen Darstellung einstellen, Berechnung starten:
http://gis.claudiostadt.ch/wordpress/2016/01/26/network-analyst-2-service-area/
Arbeitsschritt 7: Visualisieren
Zum Schluss können die Resultate nach persönlichen Präferenzen visualisiert werden.
Zusammenfassung: Pocket Guide
PDF-Datei: Datei:Übersicht neu.pdf
Ergebnis
Karte
PDF-Datei (600dpi): Datei:Amman Bernet Bögli Weibel Abgabe.pdf
Interpretation der Ergebnisse
Die Karte zeigt klar, dass der Flughafen Zürich in der Schweiz das grösste Einzugsgebiet abdeckt. Durch seine zentrale Lage und ausgeprägte Erschliessung ist er für den Kanton Zürich und Teile der Kantone Aargau, Thurgau und Schwyz in weniger als 30 Minuten erreichbar. Durch die peripheren Lagen der Flughäfen Genf und Basel ist deren Einzugsgebiete in der Schweiz nur knapp halb so gross. Das Mittelland liegt fast ausschliesslich in der Güteklasse C. Die Alpenregionen sind oft sehr schlecht angeschlossen, einzig die Täler entlang der Autobahnen liegen noch in der Güteklasse D. Erstaunlich ist zu sehen, wie gross der Einfluss von Autobahnen auf die Flughafenerschliessung ist. Während beispielsweise Biasca im Tessin über 100km Luftlinie vom Flughafen Zürich entfernt ist, ist Biasca trotzdem noch besser erschlossen als Teile der Westschweiz, die weniger als 50 km vom Flughafen Genf entfernt sind.
Fazit
Die Arbeit bot uns die Chance, unsere GIS-Kenntnisse projektspezifisch zu vertiefen. Dabei konnten wir die Funktion «Network Analyst» verwenden, welche wir bis anhin nicht kannten und welche uns neuartige, interessante Analysenmöglichkeiten ermöglichte. Ausserdem konnten wir bereits bekannte Funktionen geschickt miteinander kombinieren. Der spannendste Schritt stellte aus unserer Sicht dar, die selbst formulierte Aufgabenstellung «in die Methoden der Geoinformationssysteme zu übersetzen». Dabei zerlegten wir die Aufgabe in Teilschritte und ordneten sie geeigneten Funktionen zu. Diese «Übersetzung» war in Anbetracht der Fülle an Funktionen nicht ganz einfach, jedoch ein spannender Aspekt der Arbeit. Grundsätzlich hatte die Arbeit viel mit Recherchieren und zeitintensivem Ausprobieren zu tun. So ist der Lernfaktor jedoch auch am grössten.
Eine weitere Herausforderung stellte die Tatsache dar, dass für unsere schweizweite Analyse nur sehr detaillierte Daten an der HSR kostenlos zur Verfügung standen. Die Datenmenge musste zuerst einmal reduziert werden, indem unbedeutende Wege und Strassen rausgefiltert wurden, um ein besser handhabbares Datenmodell zu erhalten. Auch wenn das Datenmodell «swissTLM Regio» aufgrund des höheren Generalisierungsgrades prädestiniert für unsere Arbeit gewesen wäre, konnte dieser aufgrund der Gebühr nicht verwendet werden. Stattdessen verkleinerten wir das komplette Datenmodell «swissTLM» selbst im GIS.
Auf der virtuellen Desktopinfrastruktur (VDI) der Schule hatten wir lange Zeit mit technischen Problemen zu kämpfen. Bei einem nächsten Projekt empfiehlt sich, von Anfang an lokal auf dem Laptop zu arbeiten, um viel Zeit zu sparen.
Falls die Funktion «Intersect» Probleme mit der grossen Datenmenge hat, gibt es ausserdem auch einen Umweg. Die feingliedrige Siedlungsfläche, generiert mit den Bauzonen, kann mit der Funktion «Polygon to Raster» vereinfacht werden. Je nach gewünschtem Detaillierungsgrad kann eine andere Rastergrösse eingestellt werden. Anschliessend kann das Raster in eine massiv vereinfachte Fläche verwandelt werden (Funktion «Raster to Polygon»). Nun kann die Fläche mit einem beliebigen Datensatz verschnitten werden und die Rechendauer ist wesentlich kürzer.
Um die Plausibilität unserer Arbeit zu beurteilen, stellten wir Vergleiche mit dem Routenplaner von Google Maps bei sehr verkehrsarmer Lage (Uhrzeit in der Nacht) an. Unsere Ergebnisse lagen relativ nahe an dem Wert von Google Maps. Bei Bedarf können die Werte mit einem Korrekturfaktor sehr einfach optimiert werden, was wir schliesslich auch taten.
Insgesamt bot uns die Arbeit mit der Erreichbarkeit der Flughäfen interessante Einblicke in die Welt der Geoinformationssysteme.
Quellen
- Bundesamt für Landestopografie swisstopo: swissTLM: TLM Strassen, TLM Landesgebiet, TLM Stehendes Gewässer, TLM Siedlungsgebiet
- Bundesamt für Raumentwicklung ARE: Bauzonen Schweiz 2017 (harmonisiert)
- gis.claudiostadt.ch: Anleitung Network Analyst Teil 1
- gis.claudiostadt.ch: Anleitung Network Analyst Teil 2
- Stack Exchange: Frage in Forum "Basic If/Then in Python Parser of ArcGIS Field Calculator?"