Team 03 2018

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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.


Erreichbarkeit der Landesflughäfen der Schweiz mit dem Auto

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").

Funktion "Buffer"


Errechnete Siedlungsfläche (Ausschnitt Zürich)

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.

Berücksichtigtes Strassennetz (Ausschnitt Zürich)

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").

Zuordnung Geschwindigkeit (Ausdruck ausserorts)
Zuordnung Geschwindigkeit (Ausdruck innerorts)

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.


Eingabefenster ArcMap

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.

Eingabefenster ArcMap

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/

Datenstruktur

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/

Netzwerk einrichten
Network Analyst: Einstellungen Analyse
Network Analyst: Einstellungen Darstellung

Arbeitsschritt 7: Visualisieren

Zum Schluss können die Resultate nach persönlichen Präferenzen visualisiert werden.

Zusammenfassung: Pocket Guide

Pocket Guide

PDF-Datei: Datei:Übersicht neu.pdf

Ergebnis

Karte

Erreichbarkeit der Landesflughäfen der Schweiz mit dem Auto

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