Analysieren von Bedrohungen für 3D-Flugbahnen und Korridore

Analysieren von Bedrohungen für 3D-Flugbahnen und Korridore mit der Erweiterung "ArcGIS 3D Analyst"

Ein wichtiger Aspekt bei der Planung von Flugrouten in militärischen Anwendungen besteht in der Risikobewertung, beispielsweise der Analyse von Gefahren durch Flakgeschütze. Dies ist ein inhärentes 3D-Problem, da die Reichweite der Waffe auf der direkten 3D-Entfernung zwischen der Bedrohung und der Flugbahn des Luftfahrzeugs basiert.

In diesem Beispiel gibt es eine Punktposition für die Flakgeschützposition auf der Oberfläche, eine 3D-Linie für die Flugbahn und eine Höhenoberfläche (als Raster-DEM). Die Geschützposition und die 3D-Linie wurden mithilfe der ArcScene-3D-Bearbeitungsumgebung über das Fenster Eigenschaften: Editierskizze erstellt, um die empfohlenen Flughöhen zu spezifizieren.

Wenn der Typ und das Modell des Flakgeschützes bekannt sind, können Sie Feature-Attribute hinzufügen, die angeben, auf welche Entfernung die Waffe wirksam ist. In diesem bestimmten Fall handelt es sich um ein kleineres Geschütz mit einer effektiven Reichweite von 3.000 m (mit Radar) bzw. 2.000 m (ohne Radar), woraus sich ein Gesamtwirkungsbereich von 6.000 m bzw. 4.000 m ergibt.

2D-Ansicht einer Flugbahn, die über dem Terrain in der Nähe eines Flakgeschützes verläuft

Feature-Attribute für das Flakgeschütz können verwendet werden, um Punktsymbologie zu definieren.

Diese Werte können anschließend verwendet werden, um die Symbolgröße zu definieren. Wenn Sie den Layer für das Flakgeschütz zwei weitere Male hinzufügen und diese Reichweiten als die Größe eines einfachen 3D-Kugel-Symbols verwenden, können Sie die Angriffsreichweiten (oder den bedrohten Luftraum) der Waffe visualisieren.

Festlegen der Symbolgröße auf Grundlage eines Feature-Attributs.

Definieren des Attributs für die Bestimmung der Symbolgröße.

Verwenden von Feature-Attributen zum Definieren der Symbolgröße der beiden Kugeln.

Als nächstes müssen Sie diese symbolisierten Punkt-Layer mit dem Geoverarbeitungswerkzeug 3D-Layer in Feature-Class in Multipatch-Features konvertieren, damit Sie die analytischen 3D-Werkzeuge auf sie anwenden können.

Verwenden des Werkzeugs '3D-Layer in Feature-Class' zum Erstellen von Multipatch-Geometrien aus einem symbolisierten Layer.

Einfache Analyse, Fall 1

Überschneiden der 3D-Flugbahn mit den Reichweiten des Flakgeschützes

Eine einfache und effektive Analyse, die Sie ausführen können, besteht darin, die Flugbahn mit den Reichweiten des Flakgeschützes zu überschneiden. Dadurch wird die Linie auf Grundlage der 3D-Schnittpunkte mit den Kugeln in Segmente aufgeteilt, was es Ihnen ermöglicht, festzustellen, wo die Flugbahn innerhalb der spezifizierten 3D-Reichweiten des Flakgeschützes verläuft.

Verwenden des Werkzeugs "3D-Linie mit Multipatch verschneiden", um die Flugbahn auf Grundlage der Reichweiten des Flakgeschützes in Segmente zu unterteilen.

Die sich überschneidenden Linien enthalten die Feature-IDs für die Ausgangs- und Zielschnittpunkte. Sie können diese Information verwenden, um die Symbologie des Layers mithilfe des Renderers Einzelwerte, viele Felder zu definieren und die unterschiedlichen Gefahrenstufen innerhalb der Flugbahn zu visualisieren. Die unten aufgeführte Grafik zeigt, wo die Flugbahn vollständig innerhalb der inneren Kugel, nur innerhalb der äußeren Kugel oder vollständig außerhalb der Reichweite des Flakgeschützes verläuft.

Die Flugbahn wurde auf Grundlage der durch das Flakgeschütz bedrohten Lufträume in Abschnitte aufgeteilt.

Diese Informationen aus der 3D-Analyse können problemlos in Grafiken konvertiert werden (klicken Sie hierzu auf Ansicht > Diagramme > Erstellen). Ein Beispiel ist das unten aufgeführte Kreisdiagramm, das den Prozentsatz für die einzelnen Gefahrenstufen der Flugbahn angibt.

Die Gefahrenstufen der Flugbahn als Kreisdiagramm: Blau steht für den Bereich außerhalb der Reichweite des Flakgeschützes, Orange steht für den Bereich der Reichweite des Flakgeschützes mit Radarunterstützung und Rot steht für den Bereich der Reichweite des Flakgeschützes ohne Radarunterstützung.

Erweiterte Analyse, Fall 2

Überschneiden der 3D-Flugbahn mit den Einflusszonen des Flakgeschützes unter Berücksichtigung des Terrains

Ein in der vorherigen Analyse nicht berücksichtigter Faktor ist die Auswirkung des Terrains, das möglicherweise die Sicht auf die Flugbahn für das Flakgeschütz verdeckt.

Verwenden Sie zuerst das Geoverarbeitungswerkzeug Skyline, um die Skyline für die Position des Flakgeschützes zu erstellen.

Verwenden des Werkzeugs "Skyline" zum Erstellen der Horizontlinie für die Position des Flakgeschützes.

Erstellen Sie anschließend mithilfe des Werkzeugs Skyline-Barriere einen 3D-Körper aus den Ergebnissen für die Skyline. Beachten Sie, dass beide Werkzeuge für Entfernungen weit außerhalb der direkten Reichweite des Flakgeschützes konfiguriert sind, bis zu einer absoluten Höhe von 7.000 m. Dadurch wird sichergestellt, dass Sie den sichtbaren Raum um das Flakgeschütz vollständig in 3D einschließen können.

Verwenden des Werkzeugs "Skyline-Barriere" zum Konvertieren des Horizonts in eine volumetrische Form.

Das Endergebnis ist ein eingeschlossener Raum, der als Multipatch gespeichert wird und den Bereich darstellt, in dem das Flakgeschütz das Ziel erkennen kann.

Die rosafarbene Linie stellt den Horizont für das Flakgeschütz dar, und der eingeschlossene Raum darüber stellt das Sichtfeld des Flakgeschützes dar.

Sie können jetzt das Geoverarbeitungswerkzeug Überschneiden 3D verwenden, um die beiden Typen von eingeschlossenen Räumen, nämlich die effektive Reichweite des Flakgeschützes und die sichtbare Umgebung darum herum, in einem einzelnen 3D-Volumen für die Analyse zu kombinieren.

Verwenden des Werkzeugs "Überschneiden 3D" zum Kombinieren zweier Quellen eingeschlossener Multipatch-Volumina.

Wenn Sie das Werkzeug 3D-Linie mit Multipatch verschneiden auf diese verbesserte Darstellung des bedrohten Luftraums anwenden, erhalten Sie genauere Ergebnisse zur Beeinträchtigung der Flugbahn durch das Flakgeschütz. Ein Vergleich mit den Ergebnissen aus der vorherigen Analyse zeigt, dass es eine erhebliche Verlängerung der Flugbahn gibt, die als sicher eingestuft werden kann, da sie durch das Terrain geschützt ist.

Ein Teil des orangefarbenen Abschnitts der Flugbahn ist aufgrund des Schutzes durch das Terrain nicht durch das Flakgeschütz gefährdet.

Erweiterte Analyse, Fall 3

Überschneiden eines 3D-Flugkorridors mit den durch das Flakgeschütz bedrohten Lufträumen unter Berücksichtigung des Terrains

Eine andere potenzielle Erweiterung für diese Analyse besteht darin, anstelle einer einzelnen Flugbahn einen Flugkorridor zu definieren.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, einen 3D-Flugkorridor zu erstellen, einschließlich der Verwendung eines benutzerdefinierten Codes, in dem die Fähigkeiten des jeweiligen Flugzeuges berücksichtigt werden. In diesem Beispiel wurde die zuvor verwendete 3D-Flugbahn bei einer Höhe von 100 m gepuffert und in eine 3D-Polygon-Feature-Class kopiert. Die Z-Werte des Features wurden anschließend in einer 3D-Editiersitzung unter Verwendung des Fensters Eigenschaften: Editierskizze manuell aktualisiert, und das Feature wurde um 200 m extrudiert, wodurch ein Flugkorridor von 200 Quadratmetern erstellt wurde. Wie bei den vorherigen Fällen wurde der symbolisierte Layer anschließend unter Verwendung des Werkzeugs 3D-Layer in Feature-Class in eine Multipatch-Feature-Class konvertiert.

Aus extrudiertem Polygon-Layer erstellter 3D-Flugkorridor

Durch Anwendung des Werkzeugs "Überschneiden 3D" auf den Flugkorridor und die durch das Flakgeschütz bedrohten Lufträume können Sie die 3D-Räume auf der Flugbahn ermitteln und anzeigen, die als Gefahrenzonen eingestuft werden sollten.

Verschiedene Ansichten der für den Flugkorridor ermittelten 3D-Gefahrenzonen

Zusammenfassung

Die Verwendung von Werkzeugen für die 3D-Analyse, die auf eine kreative Art und Weise verknüpft werden, kann zur Lösung zahlreicher Probleme beitragen, die nur in einer vollständigen 3D-Umgebung abschließend gelöst werden können. Für diese Anleitung wurde ein spezifischer militärischer Anwendungsfall verwendet. Es gibt jedoch auch viele 3D-Probleme in anderen Branchen wie Bergbau oder Stadtplanung, die auf ähnliche Weise mit einem entsprechenden Workflow erläutert und gelöst werden können.