Vypracoval: Datum: Název projektu (oblast, číslo mapy) Závěrečná zpráva
Zadání a nastínění postupu práce: Proveďte pohledové analýzy pro existující větrnou elektrárnu v ČR (dle vlastního výběru). Použijte skutečné technické parametry elektrárny. Identifikujte území, ze kterých je viditelná celá elektrárna (tj. analýza pro patu elektrárny) a ze kterých budou viditelné listy vrtule běhající za obzorem (analýza pro střed rotoru, resp. Výšku tubusu). Analýzy řešte do vzdálenosti 15 km od elektrárny, ve třech stejně širokých pásmech. Vyčíslete rozlohu viditelných území pro jednotlivé typy krajiny a pásma viditelnosti. Výsledky analýzy budou v systému S-JTSK East-North. Analýza bude provedena pro dvě větrné elektrárny v obci Nová Ves v Horách (okres Most). Parametry elektráren jsou následující: Typ - REPOWER MD 77 Výkon 1,5 MW Průměr rotoru 77 m Výška tubusu 85 m Obrázek 1 Schéma předpokládaného postupu práce
1 Příprava dat: Analýza viditelnosti využívá digitální model reliéfu (DMR). Dle zadání byl použit DMR dostupný zdarma na adrese: http://www.arcdata.cz/produkty-a-sluzby/geograficka-data/digitalni-model-reliefu-cr Jedná se o DMR pořízený NASA v rámci mezinárodního projektu The Shuttle Radar Topography Milion (SRTM). Polohová přesnost tohoto DMR je 15m a výšková 12m. Data jsou dostupná v souřadnicovém systému WGS84. Pro práci v českém nativním prostředí bylo potřeba DMR transformovat do souřadnicového systému JTSK East-North. K tomu byl využit nástroj toolboxu Project (viz Obrázek 2). Obrázek 2 Transformace vstupního DMR Další potřebná vstupní data je vektorová bodová vrstva větrných elektráren. Ta byla získána digitalizací paty elektrárny z ortofota, připojeného do ArcMap jako IMS služba. Oblast pro výpočet viditelnosti má poloměr 15km vytvoříme tedy vícenásobný buffer s intervalem 5km kolem větrných elektráren (funkce Multiple Ring Buffer).
2 Výpočet viditelnosti Pro výpočet viditelnost byla zvolena funkce Observer points. Tato funkce počítá (vyhledá) oblasti, ze kterých jsou vidět zadané body. Do této analýzy vstupuje DMR a bodové téma větrných elektráren. Abychom mohli vypočítat viditelnost pro výšku tubusu 85m, musíme do atributové tabulky bodového tématu větrných elektráren přidat atributový sloupec OFFSETA (typ short integer) a jako hodnotu uvést výšku tubusu. Výsledkem analýzy je rastr reklasifikovaný do 4 tříd (případ pro dvě elektrárny): hodnota 0 = není vidět, hodnota 1 = je vidět z první, hodnota 2 = je vidět z druhé, hodnota 3 = je vidět z obou. Obrázek 3 Atributy pro výpočet viditelnosti (OFFSETA) Při použití funkce nesmíme zapomenout na nastavení správného Extentu (oblast pro výpočet), jelikož použité DMR zahrnuje oblast celé ČR a výpočet by trval zbytečně dlouho. Použijeme Extent 15km bufferu (viz Obrázek 4). Výsledný rastr viditelnosti obsahuje nepřiměřené množství šumu. To bychom mohli přisoudit vlivu transformace mezi souřadnicovými systémy, kdy byla narušena hladkost DMR. Pro vyhlazení reliéfu použijeme nízko-úrovňový (low-pass) filtr, který je součástí toolboxu Focal statistics. Princip filtrování je takový, že na každý bod rastru je aplikována maska o stanovené velikosti (rozměru) nejčastěji 3x3 a nová hodnota buňky rastru může být např. průměr z okolních hodnot. Vyhlazení rastru je v tomto případě důležité, protože při převodu rastru do polygonu by oblasti s hodnotou NoData (šum) ovlivnily výpočet výměr v další části práce. Výsledky analýzy pro vyhlazený a nevyhlazený DMR viz Obrázek 6 a Obrázek 7.
Obrázek 4 Nastevení Extentu Obrázek 5 Filtrování pomocí Focal statistics
Obrázek 6 Viditelnost na transformovaném (nevyhlazeném) DMR Obrázek 7 Viditelnost na vyhlazeném DMR
3 Výpočet výměr Pro výpočet výměr jednotlivých typů krajiny použijeme funkci Calculate Area, která je součástí rozšíření Spatial analyst. Abychom získali požadované výsledky, musíme nejprve data příslušně upravit. Budou následovat tyto kroky: 1. reklasifikace výsledného rastru viditelnosti, 2. převod rastru viditelnosti na vektor (polygon), 3. digitalizace vrstvy typů krajiny podle reliéfu z IMS vrstvy geoportal.cenia.cz 4. přiřazení atributů typů krajiny do vektorové vrstvy viditelnosti, 5. rozdělení oblasti viditelnosti do pásů po 5km, 6. výpočet výměr, 7. vizualizace výsledků. 3.1 Reklasifikace rastru viditelnosti Jak již bylo zmíněno v kapitole 2, je výsledný rastr klasifikován do 4 tříd. Abychom zjednodušili převod vrstvy do vektorové podoby a usnadnili si další práci, provedeme reklasifikaci rastru (použijeme funkci Reclassify). Tím se zbavíme oblastí, ze kterých nejsou elektrárny vidět (nastavíme hodnotu na NoData) a unifikujeme celou oblast, která by jinak byla dále rozdělena podle viditelnosti jednotlivých elektráren. Obrázek 8 Reklasifikace rastru
Obrázek 9 Reklasifikovaný rastr viditelnosti
3.2 Převod rastru do polygonové vrstvy K převodu rastru do polygonové vrstvy použijeme funkci Raster to Polygon. Použitím volby Simplify polygons docílíme toho, že hranice polygonů nebudou zubaté. Obrázek 10 Převod rastru na polygon
3.3 Digitalizace IMS vrstvy typů krajiny Abychom mohli oblasti viditelnosti klasifikovat a rozdělit dle typů krajiny, je nutné IMS vrstvu Typy krajiny podle reliéfu nejprve digitalizovat. Po dokončení digitalizace je potřeba zajistit topologickou čistotu dat - v našem případě odstranit přesahy jednotlivých oblastí. Přesahy způsobí, že při přiřazování atributů typů krajiny pomocí funkce Intersect jsou tyto malé oblasti zapsány jako samostatné polygonky a dvakrát pokaždé s atributem (typem krajiny) sousedních oblastí. Toto by působilo problémy při výpočtu rozlohy. Data ořežeme pomocí funkce Clip, která je k dispozici v menu Spatial Analyst. Vybereme cílovou vrstvu, označíme polygon, který chceme ořezat a z menu spustíme funkci Clip. Po účel práce byly digitalizovány jen potřebné části z IMS vrstvy Typy krajiny podle reliéfu. Obrázek 11Čištění dat pomocí funkce Clip Obrázek 12 Čištění dat pomocí funkce Clip
Obrázek 13 Digitalizované typy krajiny
3.4 Přiřazení atributů typů krajiny a rozdělení do 5km pásem Atributy do vrstvy viditelnosti byly přidány pomocí funkce Intersect s vrstvou digitalizovaných typů krajiny. Obrázek 14 Funkce Intersect Polygonová vrstva viditelnosti s již přiřazenými atributy typů krajiny (a rozdělená dle typů krajiny) byla následně rozdělena do tří 5km pásem (viz Obrázek 15).
Obrázek 15 Oblasti viditelnosti rozdělené do 5km pásem (pro výšku tubusu VE)
3.5 Výpočet výměr Výměry pro jednotlivé 5km pásy byly vypočítány pomocí funkce Calculate Area. Tato funkce vytvoří v atributové tabulce dané polygonové vrstvy atributový sloupec F_AREA, ve kterém je pro každý polygon spočítána výměra. Výměry jednotlivých typů krajiny z oblastí viditelnosti v rámci 5km pásů jsou vypočítány přímo v atributové tabulce pomocí nástroje Statistics (pravé tlačítko na název atributového sloupce F_AREA) = data v atributové tabulce byla seřazena podle typu krajiny, vybrán vždy jeden typ krajiny (ručně/atributový dotaz) a následně zjištěná hodnota rozlohy daného typu krajiny. Hodnoty rozloh jsou uvedeny v tabulce 1 a 2. Oblasti bufferu jsou ukázané v předchozím odstavci- viz Obrázek 15. Obrázek 16 Výpočet výměr v atributové tabulce
Rozlohy pro viditelnost tubusu VE v m 2 Oblast 1 Oblast 2 Oblast 3 Krajiny bez vymezeného reliéfu 11783377 3291665 Krajiny izolovaných kuželů 3683113 Krajiny kuželů a kup 473797.9 Krajiny plošin a pahorkatin 739511.7 14929712 Krajiny sopečných pohoří 235152.3 Krajiny vrchovin Hercynia 12228027 290552.3 Krajiny výrazných svahů a skalnatých horsk. hřbetů 6366136 7884696 3508397 Krajiny vysoko položených plošin 4254510 7981201 1589942 Krajiny zaříznutých údolí 870876.7 300865.6 529026.7 Těžební krajiny 7794547 41245124 Tabulka 1 Rozloha typů krajiny, ze kterých je vidět horní část rotoru VE Rozlohy pro viditelnost paty VE v m 2 Oblast 1 Oblast 2 Oblast 3 Krajiny bez vymezeného reliéfu 346373.4 Krajiny kuželů a kup 48154 Krajiny plošin a pahorkatin 92414.08 7348964 Krajiny sopečných pohoří 27637 Krajiny vrchovin Hercynia 3909797 23752.68 Krajiny výrazných svahů a skalnatých horsk. hřbetů 569371.1 3202530 2263630 Krajiny vysoko položených plošin 717955.9 5314048 862469.1 Krajiny zaříznutých údolí 139491.6 60362.08 197747.8 Těžební krajiny 3564876 15485932 Tabulka 2 Rozloha typů krajiny, ze kterých je vidět pata VE 4 Závěr V rámci práce byly vybrány a vizualizovaný oblasti okresu Mostu, ze kterých jsou vidět větrné elektrárny v obci Nová Ves v Horách, resp. jejich části. Výsledky jsou prezentovány formou tematických map v kapitole 6. Rozlohy území, rozdělené dle typů krajiny podle reliéfu a vzdálenosti od VE, jsou sumarizovány v tabulce 1 a 2. Výsledky analýzy viditelnosti nejsou úplně přesné, jelikož do výpočtu nebyly zahrnuty umělé terénní překážky (budovy, komíny). Také musíme vzít v potaz polohovou a výškovou přesnost vstupního DMR a vliv vyhlazení pomocí filtrování obrazu.
5 Prezentace výsledků
6 Vizualizace ve 3D Pro vizualizaci ve 3D byl zvolen nástroj ArcScene. Jelikož není v prostředí ArcScene možné využít pro vizualizaci ve 3D ortofoto dostupné přes IMS služby, bylo nutné ortofoto vytvořit a georeferencovat. Jako zdroj snímků posloužil server www.mapy.cz snímky byly postupně snímány a s pomocí SW na tvorbu panoramatických snímků slepeny dohromady. Výsledný snímek se musel georeferencovat v prostředí ArcMap na ortofoto z IMS služby poskytované na adrese geoportal.cenia.cz Obrázek 17 Pohled na elektrárny
Obrázek 18 Oblasti ze kterých je vidět část rotoru Obrázek 19 Oblasti ze kterých je vidět celá elektrárna