Handbuch ZVI

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Überblick

ZVI (Zones of Visual Influence) ist ein windPRO-Modul zur Berechnung und Darstellung des visuellen Einflusses von Windenergieanlagen in der Landschaft. Hierunter fallen die folgenden Berechnungsarten:

• Flächendarstellung für
  • Anzahl sichtbarer WEA
  • Anzahl sichtbarer Windfarmen
  • Horizontaler Sehwinkel (wie breit ist eine Windfarm [°])
  • Vertikaler Sehwinkel (wie hoch ist eine Windfarm [°])
• Tabellarische Darstellung der Flächenanteile für die o.g. Berechnungen

• In einer erweiterten Interpretation des Begriffs "Sichtbarkeit" kann ebenfalls der Einfluss von WEA auf Radarstationen ermittelt werden, also wie "sichtbar" die WEA für diese sind.

Es gibt keine allgemeingültige Aussage, wie weit man WEA sehen kann bzw. in welcher Entfernung WEA noch für das Landschaftsbild oder Radarstation relevant sind. ZVI-Berechnungen werden oft während lokaler und regionaler Planungsphasen für neue WEA eingesetzt. Für konkrete Projekte kann ZVI einen Teil dazu beitragen, die Intensität der Umwelteinflüsse zu bewerten.

Eine Sichtbarkeitsanalyse ist ebenfalls geeignet für die Bewertung mehrerer Standortalternativen oder die Evaluierung geeigneter Aufstellungspunkte für WEA. Sollen Fotos für Fotomontagen erstellt werden, so gibt eine ZVI-Berechnung Aufschluss darüber, ob von den geplanten Fotopunkten aus eine Sichtbeziehung zum Windpark existiert.

ZVI Schritt für Schritt

• Vorbedingung: Ein bestehendes windPRO-Projekt mit WEA-Layout und digitalem Geländemodell. Sollen mehrere Windfarmen betrachtet werden, sollen diese auf unterschiedlichen Objektlayern liegen.
• (nur für Radar-Sichtbarkeit) Position und Höhe ü.Gr. der Radarstation(en)
• Wenn notwendig, definieren sie sichtverschattende Geländetypen (z.B. Wald) und Hindernisse (z.B. Gebäude) mit Hilfe von Areal-Objekt und Hindernis-Objekt
• Starten Sie die ZVI-Berechnung
• Drucken Sie die Dokumentation der Berechnung und exportieren Sie ggf. Shapefiles der betroffenen Flächen zur Weiterverarbeitung in GIS

Berechnungsmethode

Die Sichtbarkeitsberechnung basiert auf einem digitalen 3D-Modell der Landschaft, errichtet auf Grundlage eines [Digitales Geländemodell|digitalen Geländemodells]. Weiterhin fließen lokale und flächenhafte Hindernisse (z. B. Waldgebiete) mit ein. Skizzenhaft lässt sich die Methodik der Berechnung folgendermaßen beschreiben: Ein “Strahl” wird von jedem Rasterpunkt des Geländes in Richtung jeder WEA (wahlweise obere Blattspitze oder Nabe) gesendet und dabei überprüft, ob der Strahl vom Relief oder den Hindernissen unterbrochen wird. Die Anzahl der nicht unterbrochenen Strahlen stellt die Anzahl der sichtbaren WEA dar.

Die Erdkrümmung sowie die terrestrische Refraktion wird bei der ZVI-Berechnung berücksichtigt.

Zusätzlich kann der vertikale und horizontale Sehwinkel berechnet werden. Der vertikale Sehwinkel bezeichnet von einem gegebenen Betrachtungspunkt aus den Winkel zwischen höchstem und niedrigstem sichtbaren Punkt einer WEA (oder, wenn für eine Windfarm berechnet wird, für die WEA, für die dieser Winkel am größten ist).

Der horizontale Sehwinkel bezeichnet von einem gegebenen Betrachtungspunkt den Abstand zwischen der äußersten Blattspitze der linken und der rechten sichtbaren WEA.

Benötigte Eingangsdaten

Folgende Eingaben sind im Vorfeld zu tätigen:

• WEA-Koordinaten (x,y,z)
• Nabenhöhe und Rotordurchmesser der WEA
• Digitales Geländemodell
• Wenn notwendig: Flächenhafte Hindernisse mit definierter Höhe über Grund in einem Areal-Objekt (Import aus DXF oder SHP-Dateien möglich)
• Wenn notwendig: Einfache Hindernisse - ein Hindernis-Objekt gilt als sichtverschattend, wenn seine Porosität zwischen 0 und 0,4 (einschließlich) liegt.

Benötigte Objekte

Im Rahmen von ZVI-Berechnungen spielen die im folgenden aufgeführten Objekte eine Rolle:

WEA

Es sollte mindestens eine neue oder existierende WEA im Projekt vorliegen. Ausnahme hiervon bildet die Planungskarte für Radar-ZVI, diese benötigt keine WEA.

Für die Berechnung der kumulativen Sichtbarkeit von Windfarmen muss jede zu betrachtende Windfarm auf einem eigenen Objektlayer abgelegt sein.

Flächenhafte Hindernisse (z.B. Wälder)

Die Eingabe flächenhafter Hindernisse geschieht über das Areal-Objekt - zur Arbeit damit siehe den dazugehörigen Wiki-Eintrag.

Damit die Flächen der Hindernisse bei der Berechnung berücksichtigt werden, muss als Zweck ZVI (Sichtbarkeitsbereiche) angegeben sein. Dateien im SHP- oder DXF-Format können importiert werden.

Einfache Hindernisse (z.B. Gebäude)

Alternativ oder ergänzend zu den flächenhaften Hindernissen, die als Areal-Objekt eingegeben werden, kann auch das Hindernis-Objekt verwendet werden. Hindernisse, die so definiert werden, haben stets Quaderform.

Das ZVI-Modul betrachtet Hindernisse mit einer Porosität zwischen 0 und 0,3 (einschließlich) als sichtverschattend. Hindernisse mit größerer Porosität werden als transparent angesehen und bewirken keine Sichtverschattung.

Radarstationen

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Das Radar-Objekt wird verwendet, um die Sichtbarkeit von WEA für Radarstationen mit dem Modul ZVI zu berechnen (Radar-ZVI).

Platzieren Sie das Radar-Objekt an die Position der Radarstation. Außer der Position ist die einzige benötigte Eigenschaft des Radar-Objekts die Höhe des Radars über Grund.

ZVI-Berechnung

Dieses Kapitel behandelt nur die Eingaben im Berechnungsmodul. Für Berechnungsvoraussetzungen und einen Überblick über den gesamten Berechnungsablauf siehe ZVI-Überblick.

Zum Start einer ZVI-Berechnung klicken Sie im Modulfenster auf den grünen Pfeil vor ZVI (ein gelber Pfeil wird gezeigt, wenn das Modul nicht lizenziert ist)

Register Hauptteil

Auf dem ersten Register kann ein Name für die Berechnung eingegeben werden und der Typ der ZVI-Berechnung ausgewählt werden.

Eine ZVI-Berechnung kann auf unterschiedliche Fragen die Antwort geben:

WEA:

• Normal: Wie viele WEA des Parks sind sichtbar?
  • Sehwinkel-Berechnungen: Wieviel ° des Sichtfeldes nimmt eine Windfarm maximal ein (vertikal / horizontal)
• Kumulativ: Welche Windfarmen sind sichtbar? (siehe eigenes Kapitel)

Radarstationen (siehe eigenes Kapitel)

• Layout-Prüfung: Wäre das WEA-Layout für Radarstationen sichtbar?
• Planungskarte: Wo wären WEA für Radar sichtbar?

Die Berechnungsoptionen werden in der gelben Box erläutert, wenn sie angewählt werden.

Register WEA

Hier werden die zu betrachtenden WEA ausgewählt.

Register ZVI

Je nach ausgewählter Berechnung unterscheiden sich die verfügbaren Felder; die folgende Abbildung gilt für eine reguläre ZVI-Berechnung.

Rechteckige Berechnungsfläche / WEA-Fläche als Berechnungsfläche: Bei ersterer Option werden darunter Steuerelemente für die Rechteckauswahl angezeigt, bei zweiterer eine Liste der verfügbaren WEA-Flächen-Objekte.

Zentrum für berechneten Bereich / X / Y / Breite / Höhe (bei Rechteckauswahl): Über diese Felder wird der zu berechnende Bereich definiert. Am einfachsten geht dies aber über die Weltkugel-Schaltfläche . Sie zeigt die Hintergrundkarte an, auf welcher der Bereich durch einen roten Rahmen angezeigt wird und verändert werden kann. Die entsprechenden Koordinaten und Abmessungen werden dann automatisch ausgefüllt.

Es ist schwierig, allgemein gültige Empfehlungen für die richtige Wahl der relevanten Fläche zu geben. Es kann eine Fläche von speziellem umweltrelevantem Interesse sein, die man vor dem visuellen Einfluss zu vieler WEA schützen will oder es kann eine große Fläche sein, in dem die Bereiche der jeweils sichtbaren WEA kenntlich gemacht werden soll. Es kann auch die nähere Umgebung eines Windparks sein, für den eine Sichtbarkeitsstudie verlangt wird. In jedem Fall muss die Fläche in einem Dialog zwischen Planer und Behörden oder Entscheidungsträgern definiert werden.

Auflösung: Eine Rasterweite von 5 oder 10 m kann die richtige Wahl für eine kleinere Fläche (bis zu 5 x 5 km) sein, während für ein größeres Areal auch 100 m oder mehr sinnvoll sein können.

Augenhöhe: Die Höhe von 1,5 m wird im Allgemeinen für die Augenhöhe des Betrachters angenommen. Für spezielle Rahmenbedingungen kann der Wert angepasst werden (z. B. als worst-case-Wert: 2m). Ist die Höhe eines Hindernisses (bzw. Polygons eines Areal-Objekts) höher als die Augenhöhe, so sind WEA von innerhalb des Hindernisses nicht sichtbar.

Gesamthöhe mal [ ]/ Nabenhöhe als Bezugshöhe: Wird Gesamthöhe mal [ ] gewählt, gilt eine WEA als sichtbar, wenn ein Punkt in der entsprechenden Höhe sichtbar ist. Bei einer Gesamthöhe von 200 m und einem Multiplikator von 0,75 wäre das z.B. ein Punkt in 150 m Höhe. Ist Nabenhöhe gewählt, so muss mindestens die halbe Rotorkreisfläche sichtbar sein. Stimmen Sie diesen Parameter mit der Genehmigungsbehörde ab.

Sichthindernisse: Es können drei Typen von Sichthindernissen berücksichtigt werden:

• Hindernis-Objekte mit einer Porosität von maximal 0,3 - für einfache, quaderförmige Hindernisse.
• Areal-Objekte mit Zweck ZVI: Erlaubt komplexere Formen als das Hindernis-Objekt
• Höhenraster-Objekte mit Daten des Typs "Objekthöhen ü.Gr." für Rasterdaten aus externen Quellen, z.B. Waldhöhenkartierungen

Deckt ein Hindernis den Mittelpunkt eines Rasterpunkts im Berechnungsraster ab, so wird die Höhe des Sichthindernisses auf die Höhe des Geländes aufgetragen, so dass für dahinterliegende Flächen eventuell keine Sichtbarkeit mehr gegeben ist. Weiterhin gilt die Windfarm innerhalb einer Fläche, deren Höhe die Augenhöhe des Betrachters (s.o.) überschreitet als nicht sichtbar, was z.B. in flächig definierten Ortschaften nicht zutrifft. Wenn hier größere Genauigkeit gewünscht ist, muss ggf. jedes Gebäude / Vegetationselement einzeln digitalisiert werden.

Verwende maximale Entfernung: Ab dieser Entfernung von einer WEA gilt diese als nicht mehr sichtbar; dies gilt sowohl für die ZVI eines Einzelwindparks als auch für die Berechnung der Kumulativen Beeinträchtigung. Diese Option kann verwendet werden, um eine kreisförmige Ergebnisdarstellung in ZVI zu erreichen.

Die Tabelle im unteren Bereich ermöglicht, unterschiedliche Darstellungsformen der ZVI-Karte auf Berichten und Ergebnislayer zu definieren. Über die Bearb.-Schaltflächen können die Legenden festgelegt und auf Wunsch als Vorlage oder als Länderstandard gespeichert werden.

Mit den Schaltflächen Laden,Speichern und Als Länderstandard speichern werden vorgefertigte Legenden verwaltet.

Start der Berechnung

Wenn Sie auf OK klicken erfolgt eine Abfrage, ob Sie die Berechnung sofort starten möchten oder nicht. Dies erlaubt Ihnen, eine Berechnung vorzubereiten und dann z.B. über Nacht laufen zu lassen.

Die Berechnung kann je nach Auflösung und Umfang einige Zeit dauern. Da die Berechnung aber im Hintergrund abläuft, können Sie an einem anderen Teil des Projekts weiterarbeiten. Um eine laufende Berechnung zu stoppen, rechtsklicken Sie Sie im Fenster Berechnungen auf die Berechnungsüberschrift und wählen Sie Stopp.

Ergebnisse

Nach Abschluss der Berechnung erscheint die Gliederung der Ergebnisse im Berechnungsfenster:

Es sind bei der Normalen ZVI-Berechnung (Sichtbarkeit eines Windparks) zwei bis vier Teilergebnisse verfügbar:

Zusammenfassung: Tabellarische Liste der betroffenen Flächen, aufgeteilt nach Anzahl der sichtbaren WEA. Diese Information ist wertvoll für Bewertung der Sichtbarkeiten verschiedener Aufstellungsvarianten. Zur besseren Übersicht ist ein Tortendiagramm der Werte aufgeführt.

Vertikaler / Horizontaler Sehwinkel (nur wenn in Berechnungseinstellungen ausgewählt): Wie "Zusammenfassung", aber für die Flächenanteile der jeweiligen Sehwinkel

Karte: Kartendarstellung der Ergebnisse. Für die Normale ZVI-Berechnung wird die Anzahl der sichtbaren WEA von einer bestimmten Position aus dargestellt. Wurde zusätzlich der horizontale und/oder vertikale Sehwinkel berechnet, werden auch diese als Karten mit farbigen Bereichen für die Sehwinkel-Klassen dargestellt:

Durch einen Doppelklick auf den Titel eines Einzelergebnisses erscheint dieses auf dem Bildschirm. Zur Ansicht, zum Druck sowie zu den allgemeinen Darstellungsoptionen siehe Berechnungen - Grundlagen.

Besondere Darstellungsoptionen bei den Ergebnissen der ZVI-Berechnung sind:

Karte

Die Definition der Farben für die Darstellung der visuell betroffenen Flächen erfolgt über die Darstellungsoptionen der Karte rechts unten, Zeilen ZVI-Karte, Raster sowie ZVI-Karte, Linien.

Durch die Lupen-Schaltflächen neben jeder Zeile sind die Legendenoptionen zugänglich.

Sichtbarkeitsbereiche im Ergebnis-Layer

Wenn Sie in den Berechnungseinstellungen der ZVI-Berechnung die entsprechende Option nicht abgewählt wurde, wird nach der Berechnung im Kartenfester eines oder mehrere Ergebnislayer mit den Sichtbarkeitsbereichen erzeugt.

Durch Rechtsklick auf ein Ergebnislayer in der Ergebnislayer-Liste ist der Export der Sichtbarkeitsfläche z.B. in eine Shapedatei möglich.

Über die Ergebnislayer-Liste ist es weiterhin möglich, die Differenz oder das Verhältnis zwischen zwei Ergebnislayern zu berechnen, um beispielsweise den Unterschied zwischen verschiedenen Layout-Varianten zu visualisieren:

Rechtsklick auf Ergebnislayer --> Vergleichslayer erzeugen 

Kumulative Einwirkung mehrerer Windfarmen

Die Berechnung der Kumulativen Sichtbarkeit von Windfarmen ist ein Spezialfall der Sichtbarkeitsberechnung. Die notwendigen Voraussetzungen werden unter ZVI-Überblick dargesetellt.

Die Berechnung der kumulativen Sichtbarkeit wird verwendet, um den visuellen Einflussbereich mehrerer Windfarmen, die sich im gleichen Gebiet befinden, darzustellen. Dies kann z.B. relevant sein, wenn ein neues Projekt in der Nähe einer bestehenden Windfarm geplant ist, wenn der zusätzliche Bereich dargestellt werden soll, von dem eine Windfarm nach einer Erweiterung sichtbar sein wird oder wenn mehrere Projekte im selben Gebiet konkurrieren.

Die Berechnung der Kumulativen Sichtbarkeit wird für die Windfarm als Einheit ausgeführt, nicht für die individuellen WEA.

Eingangsdaten

WEA, die auf einem Layer liegen, werden in Bezug auf die Berechnung der Kumulativen Einwirkung als eine Windfarm betrachtet. Obgleich es möglich ist, die Berechnung für eine große Zahl Windfarmen durchzuführen und dies auch in speziellen Situationen angebracht sein kann (siehe letzter Absatz), sind die Ergebniskarten in der Regel besser interpretierbar, wenn nicht mehr als drei verschiedene Windfarmen betrachtet werden.

In den ZVI-Berechnungseinstellungen muss die Option Kumulativ: Welche Windfarmen sind sichtbar? ausgewählt werden. Weitere notwendige Eingaben, z.B. Rasterweite und zu berechnender Bereich, sind auf der Seite ZVI-Berechnung erläutert.

Berechnungsergebnisse

Die Berechnungsergebnisse sind zum einen eine Aufstellung der Flächenanteile, von denen aus die unterschiedlichen möglichen Kombinationen von Windfarmen sichtbar sind, zum anderen eine Karte mit den Sichtbarkeitsflächen:

Im Gegensatz zu den Ergebnissen einer Standard-ZVI-Berechnung, bei der lediglich die Anzahl der sichtbaren WEA angezeigt wird, ist hier der Karte zu entnehmen, welche Windfarmen sichtbar sind, also z.B. Bereiche, in denen nur Windfarm A sichtbar ist, Bereiche, in denen Windfarm A und B, A und C etc. sichtbar sind. Die Legendenkategorien geben alle möglichen Kombinationen der unterschiedlichen Windfarmen wieder. Für n Windfarmen ist die Anzahl der möglichen Kombinationen 2n, d.h. für vier Windfarmen gibt es 16 Legendenkategorien.

Die Kartendarstellung kann durch das Ändern von Farben der Legendeneinträge angepasst werden. Wenn Sie z.B. nur die Flächen sehen möchten, bei denen Windfarm A und mindestens eine weitere Windfarm sichtbar sind, können sie alle anderen Legendeneinträge auf die Farbe Weiß setzen. Entsprechend können Sie, wenn Sie nur die Flächen sehen möchten, von denen aus alle Windfarmen sichtbar sind, alle anderen Legendeneinträge auf Weiß setzen. In diesem Zusammenhang kann es auch sinnvoll sein, für mehr als die oben vorgeschlagenen 3 Windfarmen zu berechnen.

Radar-ZVI

Die Berechnung der Sichtbarkeit von Windfarmen für Radarstationen ist ein Spezialfall der Sichtbarkeitsberechnung. Die notwendigen Voraussetzungen werden unter ZVI-Überblick dargesetellt.

Um Radar-ZVI-Ergebnisse berechnen zu können, muss mindestens ein Radar-Objekt im Projekt vorhanden sein.

Es können zwei Arten von Radar-ZVI-Berechnungen durchgeführt werden. Bei der Layout-Prüfung wird berechnet, ob die WEA von einer oder mehreren definierten Radarstationen aus sichtbar sind. Dabei wird auch der (vertikale) Abstand zum Radar berechnet, was die Entfernung zwischen der oberen Blattspitze der WEA und dem Suchstrahl des Radars ist (Negative Werte bedeuten, dass die WEA für das Radar sichtbar ist; siehe Abbildung unten). Die zweite Option, Planungskarte, berechnet eine Karte der Bereiche, in denen WEA einer bestimmten Abmessung für definierte Radarstationen nicht sichtbar wären. Dort, wo die WEA für das Radar sichtbar wären, wird angegeben, wie viel der WEA in den Suchstrahl fällt.

Radar ZVI – Einstellungen

Einstellungen der Layoutprüfung

Auf dem Register Hauptteil muss die Option Layout-Prüfung: Wäre Layout für Radar sichtbar? ausgewählt sein.

Für die Berechnung ist es notwendig, dass das digitale Geländemodell in ein Rasterformat umgewandelt wird, das geschieht mit der auf dem Register ZVI eingestellten Schrittweite (Rasterweite).

Auf dem Register Radar können zum einen die zu verwendenden Radar-Objekte sowie die Refraktionskonstante ausgewählt werden.

Die Refraktionskonstante k steht für die Beugung der Radarstrahlen in der Atmosphäre. Durch diese Beugung können Radarstrahlen weiter reichen als der sichtbare Horizont. Rechnerisch wird die Refraktion so umgesetzt, dass eine geringere Erdkrümmung angenommen wird, so dass die Radarstrahlen wie gerade Linien behandelt werden können. Um zu dieser geringeren Erdkrümmung zu kommen, wird der tatsächliche Erdradius mit der Refraktionskonstante k multipliziert. Der Standardwert hierfür ist 1,33 (4/3). In den USA werden Werte zwischen 1,25 und 1,9 verwendet.

Berechnung einer Planungskarte

Auf dem Register Hauptteil der ZVI-Berechnung sollte Planungskarte: Wo wären WEA für Radar sichtbar? ausgewählt sein. Zur Eingabe der WEA und der Radarstationen siehe ZVI-Objekte.

Auf dem Register ZVI kann über die Weltkugel-Schaltfläche der Bereich definiert werden, für den die Berechnung gemacht werden soll (alternativ: über Angabe von Mittelpunktkoordinaten / Abmessungen).

Über Schrittweite wird einerseits die Rasterweite des digitalen Geländemodells definiert (siehe Layout-Prüfung), andererseits ist dies auch die Rasterweite der resultierenden Karte.

Weiterhin werden im unteren Bereich dieses Registers die Darstellungsparameter für die Karte festgelegt.

Der WEA-Typ, für den die Karte berechnet wird, wird auf dem Register Radar ausgewählt. Wird dort eine WEA-Höhe von 0 m angegeben, entspricht der auf der Karte angegebene (vertikale) Abstand zum Radar der maximalen Höhe, die eine WEA haben darf, damit sie für das Radar nicht sichtbar ist.

Radar-ZVI – Berichte

Layout-Prüfung:

In einer Tabelle wird der (vertikale) Abstand der oberen Blattspitze der WEA zum Radarstrahl angegeben. Ein negativer Wert bedeutet, dass ein Teil der WEA für das Radar sichtbar ist.

Planungskarte:

Das Kartenergebnis zeigt eine Karte der vertikalen Abstände zwischen oberer WEA-Blattspitze und Radarstrahl unter der Annahme, dass in der Mitte der jeweiligen Rasterzelle eine WEA der definierten Größe stünde. Negative Werte bedeuten, dass ein entsprechend großer Teil der WEA für das Radar sichtbar ist.