PLANUNG VON SYNOPTRA IN EINEM PROJEKT

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Erfassung topografischer Daten

Die Erfassung topografischer Daten - dazu gehören der Verlauf linienförmiger Objekte (z.B. Flüsse und Strassen), der Umriß flächenförmiger Objekte (z.B. Wälder, Seen, Stadtgebiete und große Fabrikgelände) sowie Höhenlinien - ist mit Hilfe eines speziell für SYNOPTRA entwickelten Oberflächen-Programms leicht möglich. Dazu wird in einem ersten Schritt eine Karte eingescannt und in einem Fenster sichtbar gemacht. Diese dient dann als Vorlage für die Erfassung der Daten, die komfortabel mit Hilfe der Maus durch Anklicken von Eckpunkten nachgefahren werden können. Nachdem der Anwender mit der eingegebenen Kontur des Objektes zufrieden ist, kann er dieses Objekt genauer spezifizieren. Er wird beispielsweise die Höhe des Wald und dessen Genehmigungswert eingeben und festlegen, ob der Wald durchquert werden darf oder nicht. Gleichzeitig werden Daten eingegeben, die zur späteren Darstellung der Objekte in photorealistischen Bildern mit Hilfe der Komponente synoptraIMAGE benötigt werden. Dazu gehören etwa die Angabe der Objektfarbe und Oberflächenstruktur und die Zuordnung zu einer Textur bzw. zu einer Objektdatei. Bei einer Höhenlinie reicht die Angabe der Höhe, um das Objekt vollständig zu spezifizieren. Nach der Eingabe werden die Daten in Dateien gesichert und stehen SYNOPTRA bei der Optimierung zur Verfügung. Abbildung 1 zeigt die grafische Oberfläche mit eingegebenen Objekten (der Übersichtlichkeit ohne eingescannte Karte im Hintergrund). Bei dem in dieser Abbildung dargestellten Gelände handelt es sich um das Gebiet Endersbach-Schorndorf in Baden-Württemberg. Die zwischen diesen beiden Gemeinden bestehende Freileitung, die in den 30er Jahren erbaut wurde, sollte durch eine neue Freileitung ersetzt werden. Dabei ließ das zuständige Energieversorgungs-Unternehmen, die Neckarwerke AG, mehrere Trassenvarianten (Taltrasse, Waldtrasse und Hangtrasse) hinsichtlich mehrerer Kriterien untersuchen. Dazu gehörte auch eine Analyse der Sichtbarkeiten der einzelnen Trassenvarianten, die an diesem Lehrstuhl durchgeführt wurde. Auf die Ergebnisse dieser Untersuchung sowie auf andere, von SYNOPTRA entwickelte Trassenvarianten wird in den folgenden Abschnitten näher eingegangen.

Darstellung der Ergebnisse von SYNOPTRA

Über die Oberfläche können die Optimierungs-Ergebnisse grafisch dargestellt werden. Dazu gehören zum einen statistische Daten über den Erfolg des Optimierungs-Algorithmen und zum anderen Informationen über die während der Optimierung erstellten Trassen.

 

Statistische Ergebnisse der Optimierung

Während der Optimierung mit Hilfe des Verfahrens der Genetischen Algorithmen entsteht eine Vielzahl verschiedener Trassenvarianten, über die im Laufe der Optimierung Statistiken angelegt werden. Nach Ablauf einer Simulation kann sich der Anwender die Verbesserung der Trassenvarianten im Laufe der Generationen anzeigen lassen. In Abbildung 2 ist der Verlauf der Kosten, in Abbildung 3 der Verlauf der Genehmigungswerte der besten Trasse über der Generation aufgetragen. Man erkennt deutlich, daß die Trassen im Laufe der Simulation immer besser werden.

 

 

Interessiert man sich für genauere Informationen über die Qualität einer gesamten Population - also der Gesamtzahl der Trassenvarianten während einer Generation -, so wird von dem Programm ein Histogramm über die Werte der Zielfunktion aller Freileitungen erstellt -  siehe Abbildung 4. An diesem Bild wird deutlich, daß der Algorithmus erfolgreich arbeitet, da sich die Qualität der Freileitungen im Laufe der Generationen ständig verbessert: die Anzahl "guter" Freileitungen nimmt zu und es werden ständig neue Intervalle erreicht.
Neben diesen angesprochen Statistiken können noch weitere erstellt werden; darauf soll aber an dieser Stelle nicht weiter eingegangen werden.

 

Generierte Trassen während der Optimierung

In diesem Abschnitt soll auf die verschiedenen Trassenvarianten eingegangen werden, die im Laufe der Simulation entstanden sind. In der Abbildung 5 ist der Verlauf der besten Trasse der Anfangspopulation, in Abbildung 6 der derjenige der 50. Generation bei der Gesamtoptimierung (Kostengewicht: 0.25, Genehmigungsgewicht: 0.25, Sichtbarkeitsgewicht: 0.5) dargestellt.

 

An den Bildern kann man folgende Punkte erkennen:

• Bereits in der Anfangspopulation ist eine Trasse entstanden, deren Verlauf sehr sinnvoll ist, da sie Gebiete geschickt umgeht, in denen hinsichtlich der Genehmigung mit Schwierigkeiten zu rechnen ist (Stadtgebiete, Wälder und Freizeitanlage) und in Bereichen geringer Sichtbarkeit verläuft (dies ist der Fall für die zusammenhängenden Waldgebiete). Dies ist dadurch erklärbar, daß die Anzahl der verschiedenen Trassenvarianten relativ groß eingestellt wurde (der Grafik liegt eine Populationsgröße von 200 zugrunde) und die jeweils beste Trasse dargestellt wurde.
• Dennoch kommt es zu Verbesserungen im Trassenverlauf im Laufe der Simulation. Dies wird deutlich an der geringeren Anzahl an Abspannmasten (dies führt zu einer Reduktion der Kosten) und an der nahezu vollständigen Umgehung aller bewohnter Gebiete (dies führt zu einer Erhö;hung der Genehmigungs-Wahrscheinlichkeit). Auch die Sichtbarkeit dieser Freileitungs-Variante ist gegenüber der vorigen geringer aufgrund der kleineren Anzahl von Masten.

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