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| | Scaler sind in windPRO ein neues Konzept, das verwendet wird, um Winddaten und andere klimatische Parameter von einem Standort auf einen anderen Standort zu übertragen, und zwar auf Zeitreihen-Basis (d.h. Zeitstempel für Zeitstempel). Dafür verwendet ein Scaler intern ein Mikroskaliges Strömungsmodell, in der Regel WAsP. | | Scaler sind in windPRO ein neues Konzept, das verwendet wird, um Winddaten und andere klimatische Parameter von einem Standort auf einen anderen Standort zu übertragen, und zwar auf Zeitreihen-Basis (d.h. Zeitstempel für Zeitstempel). Dafür verwendet ein Scaler intern ein Mikroskaliges Strömungsmodell, in der Regel WAsP. |
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| | Neben der reinen Anwendung des Strömungsmodells und/oder des Downscalings bieten Scaler auch die Möglichkeit zur Nachbearbeitungen der modellierten Daten, z.B. in Form von Skalierungsfaktoren für bestimmte Richtungen, Jahres- oder Tageszeiten. Dies ist insbesondere nützlich bei der Verarbeitung von Mesoskalen-Daten, da diese sehr häufig einen Bias gegenüber lokalen Daten (z.B. aus Messungen oder WEA-Erträgen) haben, der eliminiert werden muss. Ebenso benötigen Windmessungen von Gondelanemometern häufig eine nachträgliche Kalibrierung. Im Scaler wird diese Nachbearbeitung mit dem Begriff '''Post-Kalibrierung''' bezeichnet. | | Neben der reinen Anwendung des Strömungsmodells und/oder des Downscalings bieten Scaler auch die Möglichkeit zur Nachbearbeitungen der modellierten Daten, z.B. in Form von Skalierungsfaktoren für bestimmte Richtungen, Jahres- oder Tageszeiten. Dies ist insbesondere nützlich bei der Verarbeitung von Mesoskalen-Daten, da diese sehr häufig einen Bias gegenüber lokalen Daten (z.B. aus Messungen oder WEA-Erträgen) haben, der eliminiert werden muss. Ebenso benötigen Windmessungen von Gondelanemometern häufig eine nachträgliche Kalibrierung. Im Scaler wird diese Nachbearbeitung mit dem Begriff '''Post-Kalibrierung''' bezeichnet. |
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| − | Weitere optionale Arten der Nachbearbeitung in einem Scaler sind die ##RIX-Korrektur und die Anwendung von sektorweisen ##Verdrängungshöhen. | + | Weitere optionale Arten der Nachbearbeitung in einem Scaler sind die [[RIX-Korrektur]] und die Anwendung von sektorweisen [[Verdrängungshöhen-Rechner|Verdrängungshöhen]]. |
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| | Die RIX-Korrektur ist eine Möglichkeit, Modellprobleme des WAsP-Strömungsmodells in komplexem Gelände zu kompensieren; dies setzt das Vorhandensein von mehreren Messmasten am Standort voraus, um den benötigten Korrekturparameter zu ermitteln. | | Die RIX-Korrektur ist eine Möglichkeit, Modellprobleme des WAsP-Strömungsmodells in komplexem Gelände zu kompensieren; dies setzt das Vorhandensein von mehreren Messmasten am Standort voraus, um den benötigten Korrekturparameter zu ermitteln. |
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| − | Die Anwendung von sektorweisen Verdrängungshöhen ermöglicht Berechnungen in bewaldetem oder waldreichem Gelände. Der Begriff „Verdrängungshöhe“ verweist auf die Annahme, dass das Windprofil durch den Wald nach oben „verdrängt“ wird. In windPRO 3.0 werden sektorweise Verdrängungshöhen für die WEA-Positionen verwendet, nicht jedoch für die Messmast-Position. Weitere Informationen hierzu finden sich im Kapitel über den ##Verdrängungshöhen-Rechner##. | + | Die Anwendung von sektorweisen Verdrängungshöhen ermöglicht Berechnungen in bewaldetem oder waldreichem Gelände. Der Begriff „Verdrängungshöhe“ verweist auf die Annahme, dass das Windprofil durch den Wald nach oben „verdrängt“ wird. In windPRO 3.0 werden sektorweise Verdrängungshöhen für die WEA-Positionen verwendet, nicht jedoch für die Messmast-Position. Weitere Informationen hierzu finden sich im Kapitel über den [[Verdrängungshöhen-Rechner]]. |
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| − | Der Begriff „Scaler“ wird im Folgenden verwendet für einen Satz von Einstellungen bezüglich Modellierung, Downscaling, Postkalibrierung, RIX-Korrektur und Verdrängungshöhen (wobei nicht jeder Aspekt abgedeckt sein muss). windPRO bietet von Haus aus zwei Standard-Scaler an, einen für Meso-Daten und einen für Messdaten, aber jeder Anwender kann für seine Projekte eigene Scaler definieren. | + | Der Begriff "Scaler" wird im Folgenden verwendet für einen Satz von Einstellungen bezüglich |
| | + | * Modellierung |
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| | + | , (wobei nicht jeder Aspekt abgedeckt sein muss). windPRO bietet von Haus aus zwei Standard-Scaler an, einen für Meso-Daten und einen für Messdaten, aber jeder Anwender kann für seine Projekte eigene Scaler definieren. |
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| − | Das Scaler-Fenster ist in windPRO von den Berechnungsmodulen und Werkzeugen aus zugänglich, in denen der Scaler angewendet werden kann, namentlich PARK-Berechnungen, METEO-Objekte und der METEO Analyzer. | + | Das Scaler-Fenster ist in windPRO von den Berechnungsmodulen und Werkzeugen aus zugänglich, in denen der Scaler angewendet werden kann, namentlich [[PARK (DE)|PARK]]-Berechnungen, [[METEO-Objekt]]e und der [[METEO-Analyzer (DE)|METEO-Analyzer]]. |
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| | Weiterhin kann das Scaler-Fenster als eigenständiges Werkzeug aufgerufen werden, z.B. um im Vorfeld einer Berechnung die Eigenschaften eines bestimmten Scalers zu ändern. | | Weiterhin kann das Scaler-Fenster als eigenständiges Werkzeug aufgerufen werden, z.B. um im Vorfeld einer Berechnung die Eigenschaften eines bestimmten Scalers zu ändern. |
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| − | '''Scaler''' (links): Liste der verfügbaren Scaler. Mit den Knöpfen ##Neu, ##Kopie und #Löschen können der Liste neue Scaler hinzugefügt bzw. existierende gelöscht werden. Ein Scaler wird durch einfachen Klick ausgewählt und seine Eigenschaften erscheinen im rechten Fensterteil. | + | '''Scaler''' (links): Liste der verfügbaren Scaler. Mit den Knöpfen {{Knopf|Neu}}, {{Knopf|Kopie}} und {{Knopf|Löschen}} können der Liste neue Scaler hinzugefügt bzw. existierende gelöscht werden. Ein Scaler wird durch einfachen Klick ausgewählt und seine Eigenschaften erscheinen im rechten Fensterteil. |
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| | '''Scaler-Einstellungen '''(rechts): | | '''Scaler-Einstellungen '''(rechts): |
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| | '''Name''': Kann jederzeit geändert werden. | | '''Name''': Kann jederzeit geändert werden. |
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| − | '''<nowiki>[ ] Gelände-</nowiki>Scaling''': Aktiviert/Deaktiviert die drei geländebezogenen Register weiter unten: Gelände-Scaling, RIX-Einstellungen und Verdrängungshöhe. | + | '''[ ] Gelände-Scaling''': Aktiviert/Deaktiviert die drei geländebezogenen Register weiter unten: [[Scaler:Gelände-Scaling|Gelände-Scaling]], [[Scaler:RIX-Einstellungen|RIX-Einstellungen]] und [[Scaler:Verdrängungshöhe|Verdrängungshöhe]]. |
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| − | '''<nowiki>[ ] Post-Kalibrierung</nowiki>''': Aktiviert/Deaktiviert das gleichnamige Register
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| − | Die Inhalte der vier Register:
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| − | <nowiki>##Gelände-</nowiki>Scaling
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| − | <nowiki>##RIX-Einstellungen</nowiki>
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| − | <nowiki>##Verdrängungshöhe</nowiki>
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| − | <nowiki>##Post-Kalibrierung</nowiki>
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| − | ===Gelände-Scaling===
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| − | Unter '''Gelände-Scaling''' wird die Modellierung des Windes über das Gelände anhand des Mikroskalen-Strömungsmodells und/oder der Downscaling-Methode verstanden. Grundsätzlich geht es auf diesem Register darum, welche Methoden und Datenquellen dabei verwendet werden.
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| − | Benötigt wird (1) eine Datenquelle und eine Methode zur sog. Generalization („Verallgemeinerung“; Herausrechnen des lokalen Gelände- bzw. Modelleinflusses aus den Ausgangsdaten) sowie (2) eine Methode und Datenquelle, um den Geländeeinfluss an der WEA-Position hineinzurechnen (Mikroskalen-Modellierung).
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| − | Für den zweiten Schritt, die Mikroskalen-Modellierung, kann entweder auf ein ##Terraindatenobjekt oder auf eine WAsP-CFD-Kachel verwiesen werden – die Einstelllungen dafür finden sich im unteren Teil des Registers:
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| − | [[File:Scaler_DE(2).png|550px]]
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| − | Für den ersten Schritt, die „Generalization“, stehen drei Optionen zur Verfügung:
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| − | * Meso-Daten-Downscaling
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| − | * Messdaten-Scaling sowie
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| − | * Benutzerdefiniertes Scaling
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| − | Die Methode muss entsprechend der Datenquelle für die Ausgangsdaten gewählt werden. Handelt es sich um Meso-Daten ('''Meso-Daten-Downscaling''') wird das Geländemodell verwendet, das den verwendeten Meso-Daten zugrunde liegt. Die Methode wird beschrieben in Hahmann et al.: A Generalization Procedure for Wind Resource Atlas using WRF output ##ref: Hahmann, Vincent, Badger und Kelly: A Generalization Procedure for Wind Resource Atlas using WRF output; DTU; Posterpräsentation beim 14. WRF Users‘ Workshop, 2013. Weblink (zuletzt geprüft am 22.12.2015) ##<nowiki>http://www2.mmm.ucar.ed</nowiki>u/wrf/users/workshops/WS2013/posters<nowiki>/p65.pd</nowiki>f##. Das Meso-Geländemodell muss Bestandteil des METEO-Objekts sein, das die Mesoskalen-Daten enthält. Es kann daher derzeit nur mit den Meso-Datenquellen ##EmdConWx und ##EmdWrf verwendet werden.
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| − | Beim '''Messdaten-Scaling''' wird angenommen, dass die Ausgangszeitreihe von einem lokalen Messmast stammt (oder alternativ von einem „künstlichen Messmast“ aus einer externen Modellierung). Hier wird daher auch für die Generalization das Gelände aus der Mikroskalen-Modellierung (siehe oben) verwendet. Die Modellierung geschieht maßgeblich durch die Skalierung des A-Parameters nach den durch WAsP berechneten Speed-up-Parametern.
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| − | Das '''Benutzerdefinierte Scaling (Experimentell)''' erlaubt den Zugriff auf die internen Voreinstellungen beider Methoden und Verwendung von eigenen Kombinationen:
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| − | [[File:Scaler_DE(3).png|600px]] | |
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| − | Wird zuerst Meso- oder Messdaten-Scaling ausgewählt und dann '''Benutzerdefiniert''', so zeigen die Optionen die Einstellungen der zuvor gewählten Methode an – oben zum Beispiel für das Meso-Daten-Downscaling.
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| − | Unter '''Methode''' stehen folgende Möglichkeiten zur Verfügung:
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| − | '''A: Geostrophischer Wind up/down''': Diese Methode wird auch beim Meso-Daten Downscaling verwendet. Sie nutzt die Gleichungen des geostrophischen Winds und das unter '''Upscale / Meso-Terrain''' definierte Geländemodell, um aus den einzelnen Samples den jeweiligen geostrophischen Wind zu berechnen (Generalization). Danach wird das Mikroskalige Gelände verwendet, um dessen Einfluss auf die bodennahe Strömung zu modellieren. Die Methode beinhaltet zwar keine Stabilitätskorrektur, kann aber mit mehreren Meso-Höhen arbeiten (die durch das Meso-Modell stabilitätskorrigiert sind) und interpoliert zwischen diesen.
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| − | '''B: Einfach (Keine Meso-Terraineffekte)''': Diese Methode ignoriert beim Schritt der Generalization die Geländeeffekte (üblicherweise Meso-Gelände) und führt nur eine Mikroskalen-Modellierung durch. Eventuelle Rauigkeitsunterschiede zwischen Meso- und Mikroskalen-Gelände werden somit nicht berücksichtigt. Offshore sowie in bergigen Regionen, in denen die Orographie der dominierende Einfluss ist, ist dies unproblematisch. In Regionen, in denen die Geländeeffekte von wechselnden Rauigkeiten dominiert werden ist dies jedoch nicht empfehlenswert.
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| − | '''C: WAsP A-Parameter-Skalierung''': Diese Methode wird beim Messdaten-Scaling genutzt. Es werden WAsP-Berechnungen an Ausgangs- und Zielposition durchgeführt und das Verhältnis der A-Parameter verwendet, um die einzelnen Samples zu modellieren. Die Methode arbeitet nur mit einer Ausgangshöhe und lässt die Vertikalextrapolation durch die WAsP-Modellierung handhaben.
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| − | Unter '''Upscaling / Meso-Terrain''' wird das Gelände ausgewählt, das für die Generalization verwendet wird:
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| − | '''Zeitlich variierendes Meso-Terrain / Meso-Terrain mit Maximaler Rauigkeit''' / '''Meso-Terrain mit Minimaler Rauigkeit''': Mesoskalenmodelle arbeiten intern mit jahreszeitlich variierenden Rauigkeits-Datensätzen, in Europa üblicherweise Sommer- (Mitte April bis Mitte Oktober) und Winterhalbjahr. Im Schritt der Generalization wird der Rauigkeitseinfluss aus den Meso-Zeitreihen herausgerechnet; grundsätzlich gilt dabei, dass höhere Rauigkeiten zu optimistischeren Ergebnissen führen. Es ist möglich, hier die jahreszeitlich variierende Rauigkeit zu verwenden, die Erfahrung hat allerdings gezeigt, dass die Resultate besser korrelieren, wenn beim Downscaling die Minimale Rauigkeit verwendet wird. Diese wird daher auch im '''EMD Default Meso Scaler''' verwendet.
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| − | '''Mikroskaliges Gelände''': Diese Option wird standardmäßig im '''EMD Default Measurement Scaler''' verwendet, da eine Windmessung, anders als eine Mesoskalen-Modellierung, von der tatsächlichen Messumgebung geprägt wird.
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| − | Der Scaler eröffnet unterschiedliche Möglichkeiten für verschiedene Anwendungsfälle, sie alle haben aber dasselbe Ziel: Winddaten von einer Position an eine andere zu übertragen. In der Regel werden Sie keinen direkten Zugriff auf die verschiedenen Methoden benötigen – A wird automatisch verwendet, wenn Meso-Daten-Scaling ausgewählt ist, C wird beim Messdaten-Scaling verwendet. Für experimentelle Zwecke oder um Meso-Daten aus Drittquellen zu verwenden können die Benutzerdefinierten Möglichkeiten jedoch nützlich sein. Ein Beispiel für einen solchen Fall ist, wenn bei der Verwendung von Meso-Daten trotzdem die Stabilitätskorrektur der WAsP Heatflux-Parameter benutzt werden soll; hierfür müsste Methode C (WAsP A-Parameter-Skalierung), zusammen mit einer einzelnen Höhe der Mesodaten, gewählt werden.
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| − | ===RIX-Einstellungen===
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| − | [[File:Scaler_DE(4).png|450px]]
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| − | Der RIX (Ruggedness Index) wird näher erläutert in Kapitel ##4.10##. Innerhalb des Scalers weden RIX-Werte anhand der Standardwerte für WAsP 11 und höher berechnet:
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| − | Berechnungsradius: 3500 m
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| − | Gefälle-Schwelle: 30%
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| − | Anzahl Sektoren: 12
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| − | Anzahl Untersektoren: 6
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| − | ===Verdrängungshöhe===
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| − | [[File:Scaler_DE(5).png|550px]]
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| − | Das Thema Verdrängungshöhen wird in Kapitel ##4.9## erläutert. Beachten Sie, dass in windPRO 3.0 der Verdrängungshöhen-Rechner '''nicht''' für die Mastposition angewandt wird. Wenn der Mast also in oder nahe einem Wald steht, so muss die Option '''von Objekten''' verwendet werden, bei der Verdrängungshöhen in den Objekteigenschaften der WEA-Objekte und METEO-Objekte definiert werden.
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| − | Bei der Verwendung von Mesoskalen-Daten oder wenn der Mast in ausreichender Entfernung vom Wald steht ist dagegen '''von Rechner''' die bevorzugte Option.
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| − | ===Post-Kalibrierung===
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| − | Mit einer Post-Kalibrierung können nach der Anwendung des physikalischen Strömungsmodells weitere, empirisch ermittelte Anpassungen in Abhängigkeit von der Windrichtung, der Tages- oder Jahreszeit vorgenommen werden.
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| − | Die Post-Kalibrierung ist ein sehr wichtiger Teil eines Scalers. Mesoskalen-Daten können häufig die Dynamik des Windes gut vorhersagen, benötigen aber stets eine Nachbearbeitung, um auch das absolute Niveau der Windgeschwindigkeiten gut zu treffen. Zusätzlich können in der Post-Kalibrierungen unzutreffende Tendenzen der Mesoskalen-Daten, z.B. bezüglich des Tagesgangs oder der sektorweisen Windgeschwindigkeiten, korrigiert werden. Im Zusammenhang mit Windmessungen kann eine Post-Kalibrierung beispielsweise verwendet werden, um Mastschatten herauszurechnen oder im Fall von Gondelmessungen um Kalibrierungsprobleme zu beheben (siehe hierzu auch ##PERFORMANCE CHECK##).
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| − | ====Einfache Post-Kalibrierung anhand von WEA-Erträgen====
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| − | Eine Post-Kalibrierung benötigt normalerweise eine lokale Datenquelle, gegen die die Kalibrierung durchgeführt wird. Im einfachsten (aber auch ungenausten) Fall ist dies die ##Windindex-Korrigierte Produktion (WKP) von existierenden WEA, die in der Nähe des beplanten Standorts stehen.
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| − | Die WKP wird im ##Existierende-WEA-Objekt## als Eigenschaft angegeben. Wird dann eine PARK-Berechnung durchgeführt, zeigt windPRO auf dem Bericht '''Referenz-WEA''' einen '''Gütefaktor''' an, der angibt, um wie viel Prozent die Ausgangs-Winddaten korrigiert werden müssen, um die WKP zu treffen.
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| − | Achtung: Bezugsgröße ist hier historisch bedingt die ''Produktion'', nicht die ''mittlere Windgeschwindigkeit''. Da die Post-Kalibrierung auf Windgeschwindigkeiten wirkt, muss der Gütefaktor etwa halbiert werden; also: ist der Gütefaktor z.B. 106%, so ist die Haupt-Skalierung für die Post-Kalibrierung 1,03 (Daumenregel: Die Produktion nimmt etwa doppelt so stark zu wie die Windgeschwindigkeit).
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| − | [[File:Scaler_DE(6).png|550px]]
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| − | Eventuell benötigt diese Methode weitere Iterationen, bevor die WKP bestmöglich getroffen wird.
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| − | ====Post-Kalibrierung anhand von Messzeitreihen oder WEA-SCADA-Zeitreihen====
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| − | Wenn eine lokale Zeitreihe vorliegt, anhand derer eine Post-Kalibrierung von Meso-Daten vorgenommen werden soll, so wird die Bestimmung der Postkalibrierungs-Faktoren in der Regel im ##METEO-Analyzer (für Windmessungen) oder in ##PERFORMANCE CHECK (für WEA-SCADA-Zeitreihen) vorgenommen.
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| − | Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass dieser Einsatz der Postkalibrierung eine Alternative zu einer Langzeitkorrektur mit ##MCP ist. Bei MCP entfällt die Möglichkeit, Tages- und Jahresgänge anzupassen, dafür bietet MCP in der Regel eine bessere Handhabung von unterschiedlichen Richtungsverteilungen. Eine Entscheidung für den einen oder anderen Weg muss anhand der Qualität der Eingangsdaten und der Anforderungen an die Ergebnisse getroffen werden.
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| − | Der empfohlene Ablauf einer Post-Kalibrierung anhand von Messzeitreihen oder WEA-SCADA-Zeitreihen ist wie folgt:
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| − | # Ermittlung der Hauptskalierung und des Haupt-Offsets
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| − | # Kalibrierung nach Sektor
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| − | # Kalibrierung nach Monat
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| − | # Erneute Kalibrierung nach Sektor
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| − | # Wenn benötigt: Kalibrierung nach Tageszeit
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| − | Ad 1 – Die Hauptskalierung / der Hauptoffset werden benötigt, um das Energieniveau von Meso-Daten in den grundsätzlich richtigen Bereich zu bringen. Dies kann Skalierungen um bis zu 25% nach oben oder unten erforderlich machen. Generell kann damit gerechnet werden, dass Mesoskalen-Modelle die Windverhältnisse umso stärker überschätzen, je weiter von der Küste der Standort liegt. Die Hauptskalierung muss vorgenommen werden, bevor genauere Skalierungen (wie in den Schritten 2-5) durchgeführt werden. Wenn keine ausreichenden Referenzdaten vorliegen, führen Sie eine ##einfache Post-Kalibrierung anhand von WEA-Erträgen## durch. Wenn aber die Referenzdaten als Zeitreihe vorliegen, sollte ##Ermittlung der Hauptskalierung und des Haupt-Offsets mittels MCP## die Haupt-Skalierung und der Haupt-Offset mittels MCP ermittelt werden.
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| − | Ad 2 – Wenn eine grundsätzliche Anpassung des Energieniveaus stattgefunden hat, beginnt die Feinjustierung, in der Regel mit einer Anpassung der mittleren Sektor-Windgeschwindigkeiten (siehe ##Post-Kalibrierung nach Richtung, Tages- und Jahreszeit##). Beachten Sie, dass die Sektor''häufigkeiten'' bereits weitgehend übereinstimmen sollten, bevor Sie die Sektor-Windgeschwindigkeiten ändern, da ansonsten kritische Änderungen des Energieniveaus möglich sind. Verwenden Sie zur Evaluation, ob Richtungshäufigkeiten angeglichen werden müssen, den METEO-Analyzer (Grafiken / Windrose / Häufigkeit) und/oder MCP (Register Correlate | Mittlerer Richtungswechsel). Korrigieren Sie die Richtungen dann im jeweiligen METEO-Objekt durch einen Offset.
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| − | [[File:Scaler_DE(7).png|400px]]
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| − | Ad 3 – Eine Post-Kalibrierung nach Monat kann verwendet werden, um unzutreffende saisonale Trends der Meso-Daten aufgrund von wechselnder Rauigkeit zu korrigieren. Die Oberflächenrauigkeit wechselt nach Vegetationsperiode, teilweise sogar sehr deutlich (z.B. bei Maisanbau oder bei langanhaltenden Schneedecken im Winter). Mesoskalen-Modelle kompensieren dies zum Teil, Mikroskalen-Modelle aber nicht. Dies führt zu einem saisonalen Bias von modellierten Daten gegenüber Messungen, die über die Post-Kalibrierung ausgeglichen werden sollten (siehe ##Post-Kalibrierung nach Richtung, Tages- und Jahreszeit##).
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| − | Ad 4 – die Saisonale Korrektur in Schritt (3) beeinflusst auch die Richtungs-Windgeschwindigkeiten, da einige Richtungen in bestimmten Jahreszeiten häufiger vorkommen als in anderen. Da die Richtungs-Kalibrierung als besonders wichtig gilt, wird empfohlen, diese nach der Saisonalen Korrektur erneut durchzuführen. Beachten Sie, dass die Kalibrierungsfaktoren, die hier anhand der Techniken auf der Seite ##Post-Kalibrierung nach Richtung, Tages- und Jahreszeit## gefunden werden, mit den Faktoren aus Schritt (2) '''multipliziert''' werden müssen.
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| − | Ad 5 – Eine Kalibrierung nach Tageszeit kann als letzter Schritt durchgeführt werden (siehe ##Post-Kalibrierung nach Richtung, Tages- und Jahreszeit##). Eine gute Abbildung des korrekten Tagesgangs kann beispielsweise in Verhandlungen eines Power Purchase Agreements (PPA, Vertrag über den Ankauf von elektrischer Energie aus WEA) eine wichtige Rolle spielen, da die Tageszeit, zu der Erträge anfallen unter anderem auch darüber entscheiden, wie viel Speicher- oder Reservekapazität vorgehalten werden müssen.
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| − | Die Post-Kalibrierung nach Windgeschwindigkeit (im obigen Ablauf nicht genannt) ermöglicht es, für bestimmte Windgeschwindigkeitsklassen feste Skalierungsfaktoren anzugeben. Ein sinnvoller Einsatz hierfür ist beispielsweise eine nicht-lineare Nachkalibrierung von Windgeschwindigkeiten aus Gondelmessungen. Sie sollte jedoch mit äußerster Vorsicht angewandt werden, wenn die Höhe, in der die Postkalibrierungs-Faktoren bestimmt werden, und die Höhe, auf die sie angewandt werden (also die Nabenhöhe der WEA), sich unterscheiden. Die Postkalibrierung unterscheidet nicht zwischen 8 m/s in 30 m Höhe und 8 m/s in 80m Höhe über Grund – für das Windprofil hat es aber durchaus eine Bedeutung, wenn die 8 m/s ungeachtet der Höhe mit einem festen Faktor multipliziert werden.
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| − | ====Ermittlung der Haupt-Skalierung und des Haupt-Offsets mittels MCP====
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| − | Wenn die Post-Kalibrierung eingesetzt wird, um die Beziehung zwischen Mesoskalen-Daten und einer Mastmessung zu simulieren, ist eines der Ziele stets, aus den Meso-Daten eine vergleichbare Windgeschwindigkeits-Verteilung wie am Mast erzeugen zu können. Dies kann mit der im Folgenden beschriebenen Prozedur erreicht werden.
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| − | Im ersten Schritt wird im METEO-Analyzer auf dem ##Scaler-Register eine Scaler-Zeitreihe für die zu simulierende Messmast-Zeitreihe erzeugt.
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| − | Der zweite Schritt findet im Modul MCP statt. Die Messzeitreihe wird als Lokale und die Scaler-Zeitreihe als Referenzdaten eingeladen. Auf dem Correlate-Register werden nach dem Einladen der Daten Mittlere Windgeschwindigkeit und Standardabweichung für beide Zeitreihen angegeben:
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| − | [[File:Scaler_DE(8).png|300px]]
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| − | Beachten Sie in dieser Darstellung auch die Angaben zum Richtungswechsel (diese stehen in MCP rechts der obigen Daten) – ist dieser hoch, kann dies auf ein Kalibrierungsproblem der Windfahne des Messmasts hinweisen. Dies sollte durch eine ##Rekalibrierung im METEO-Objekt behoben werden, bevor fortgefahren wird.
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| − | Ziel ist, dass die kumulative Verteilung der modellierten Daten denen der Messung entsprechen soll:
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| − | [[File:Scaler_DE(9).png|400px]]
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| − | Um dieses Ziel zu erreichen, werden Skalierung und Offset, die nach der Modellierung angewandt werden (=Post-Kalibrierung) nach den folgenden Formeln bestimmt:
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| − | [[File:Scaler_DE(10).png|160px]]
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| − | [[File:Scaler_DE(11).png|380px]]
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| − | Oder, in Excel (Formeln unter den Ergebnisfeldern):
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| − | [[File:Scaler_DE(12).png|400px]]
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| − | Die so berechneten Skalierungs- und Offset-Parameter werden dann im Scaler als Hauptskalierung / Hauptoffset angegeben und bilden gegebenenfalls den Ausgangspunkt für weitere Post-Kalibrierungen:
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| − | [[File:Scaler_DE(13).png|550px]] | |
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| − | ====Post-Kalibrierung nach Richtung, Tages- und Jahreszeit====
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| − | Im Folgenden wird die Ermittlung von Post-Kalibrierungs-Parametern für eine Anpassung der richtungsweisen Windgeschwindigkeiten ('''Sektor''') an eine Referenzquelle, z.B. eine Mastmessung oder SCADA-Daten einer WEA, dargestellt. In Bezug auf den Ablauf der Aktionen lässt sich dieses auch auf die Anpassung des Jahres- oder Tagesgangs ('''Monat''' bzw. '''Tageszeit''') übertragen.
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| − | Die Ermittlung der Parameter wird im #METEO-Analyzer# durchgeführt. Ausgangspunkt ist die Erzeugung einer künstlichen Zeitreihe durch den Scaler an der Position der Referenzdaten-Zeitreihe (siehe #METEO-Objekt/Scaling#).
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| − | Rufen Sie nach Erzeugen der Zeitreihe auf: #Grafiken | Zeitreihe | Radar.
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| − | Mit der Excel-Schaltfläche [[File:Scaler_DE(14).png]] in der linken oberen Ecke jeder Grafik im METEO-Analyzer können die Daten der Grafik in die Zwischenablage und von dort aus in Excel kopiert werden:
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| − | [[File:Scaler_DE(15).png|450px]]
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| − | <nowiki>##</nowiki>Anmerkung|Beachten Sie die „Warnung für Polare Grafiken“, um die Richtungsangaben im Folgenden besser interpretieren zu können. Die Reihenfolge der exportierten Daten ist dennoch stets ab Nord im Uhrzeigersinn, die Richtungen sind im Grafiktool nur anders benannt.##
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| − | Beispiel einer Kopie der obigen Grafik in Excel (Spalten A-D) sowie einer Berechnung des Verhältnisses der richtungsweisen mittleren Windgeschwindigkeiten (Spalte F):
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| − | [[File:Scaler_DE(16).png|400px]]
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| − | Spalte F ist der Faktor, mit der eine durch den Scaler berechnete Windgeschwindigkeit multipliziert werden muss, um die gemessenen Verhältnisse besser zu repräsentieren.
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| − | Die Daten werden in den Scaler kopiert:
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| − | {{Fundort|Scaler --> Register Post-Kalibrierung --> Häkchen Zusätzlich: Sektor --> [ggf. Sektorzahl anpassen] --> Schaltfläche Einfügen aus Zwischenablage}}
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| − | [[File:Scaler_DE(17).png|600px]]
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| − | Wird anschließend die Scaler-Zeitreihe erneut erzeugt, ergibt sich in aller Regel eine vollständige Übereinstimmung der mittleren Windgeschwindigkeiten in allen Sektoren zwischen der gemessenen und der Scaler-Zeitreihe in der Messhöhe, die dem Prozess zugrunde gelegt wurde. Auf anderen, ebenfalls durch den Scaler erzeugten Messhöhen am selben Mast kann es dennoch zu Abweichungen kommen, z.B. durch den Mastschatten.
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| − | Nach den Sektorweisen Windgeschwindigkeiten können andere aggregierte Ergebnisse evaluiert werden:
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| − | Jahresgang:
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| − | [[File:Scaler_DE(18).png|500px]]
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| − | Die Variation der Windgeschwindigkeiten während des Jahres stimmt gut überein. Wenn es einen nennenswerten Jahreszeitlichen Bias gäbe (z.B. aufgrund von jahreszeitlich variierender Vegetation und somit Rauigkeit), könnte dieser mit derselben Technik behandelt werden, mit der auch die sektorweisen Windgeschwindigkeiten angepasst wurden. Dies trifft ebenso für den Tagesgang zu.
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| − | Beachten Sie, dass die Post-Kalibrierung auch als Kompensation für vom Modell ungenügend abgebildete Terraineffekte dienen kann. Wenn z.B. der Hügel-Speedup über- oder unterschätzt wird, kann dies durch Post-Kalibrierung ausgeglichen werden. In diesem Fall dürfte die Post-Kalibrierung aber natürlich nur in den Bereichen eingesetzt werden, in denen dieser Hügel-Speedup tatsächlich existiert. Insbesondere im Komplexen Gelände sollte deshalb die Post-Kalibrierung sehr vorsichtig angewandt werden.
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| − | Das Vorhandensein mehrerer Messmasten ermöglicht eine sehr viel detailliertere Überprüfung der Post-Kalibrierung.
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| − | ===Auswahl von Winddaten für den Scaler – Interpolation===
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| − | Die Winddatenauswahl sieht in PARK wie folgt aus:
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| − | [[File:Scaler_DE(19).png|700px]] | + | '''[ ] [[Scaler:Post-Kalibrierung|Post-Kalibrierung]]''': Aktiviert/Deaktiviert das gleichnamige Register |
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| − | Wenn '''Meso-Daten''' verwendet werden (d.h. ein Scaler, der Meso-Daten handhabt), so muss pro METEO-Objekt mindestens eine Höhe über und eine Höhe unter der Zielhöhe (unter Berücksichtigung einer eventuellen ##Verdrängungshöhe). Die Vertikalextrapolation geschieht durch Interpolation zwischen den Höhen des METEO-Objekts, nicht durch das Mikroskalen-Strömungsmodell.
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| − | Wenn '''Messdaten''' verwendet werden (d.h. ein Scaler der Messdaten handhabt), so darf nur eine Höhe pro Mast gewählt werden. Die Vertikalextrapolation wird in diesem Fall vom Mikroskalen-Strömungsmodell durchgeführt.
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| − | In beiden Fällen ist es möglich, '''mehrere lokale Messmasten oder Meso-Zeitreihen''' einzubeziehen, um eine graduelle Variation der Windbedingungen an einem Standort zu modellieren. In diesem Fall wird unter '''Horizontale Interpolation '''(unter der Liste der METEO-Objekte) entschieden, ob jeweils das '''nächstgelegene''' METEO-Objekt verwendet wird oder ob '''Abstandsgewichtet''' wird.
| + | '''Weitere Informationen''' |
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| − | Eine '''Abstandsgewichtung '''findet auf der Ebene des geostrophischen Windes statt, d.h. erst wird das lokale Terrain um den Mast (bzw. das Meso-Terrain um den Meso-Punkt) aus den Daten herausgerechnet; dann findet die Interpolation statt; und dann wird das Mikroskalige Terrain an den WEA-Positionen hineingerechnet. Durch diese Vorgehensweise kann eine Interpolation auch durchgeführt werden wenn das Terrain zwischen zwei Messpunkten nicht homogen ist.
| + | *[[Scaler:Gelände-Scaling]] |
| | + | *[[Scaler:RIX-Einstellungen]] |
| | + | *[[Scaler:Verdrängungshöhe]] |
| | + | *[[Scaler:Post-Kalibrierung]] |
| | + | *[[Auswahl von Winddaten für den Scaler - Interpolation]] |
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Scaler sind in windPRO ein neues Konzept, das verwendet wird, um Winddaten und andere klimatische Parameter von einem Standort auf einen anderen Standort zu übertragen, und zwar auf Zeitreihen-Basis (d.h. Zeitstempel für Zeitstempel). Dafür verwendet ein Scaler intern ein Mikroskaliges Strömungsmodell, in der Regel WAsP.
Neben der Möglichkeit, die Daten zwischen konkreten Standorten zu übertragen, umfasst das Scaler-Konzept auch Methoden, um Daten aus einer übergeordneten Modellierungsebene (z.B. kontinentweite Mesoskalen-Daten) auf die Mikroskala (also den konkreten Standort) zu übertragen, ein Vorgang der als „Downscaling“ bezeichnet wird.
Neben der reinen Anwendung des Strömungsmodells und/oder des Downscalings bieten Scaler auch die Möglichkeit zur Nachbearbeitungen der modellierten Daten, z.B. in Form von Skalierungsfaktoren für bestimmte Richtungen, Jahres- oder Tageszeiten. Dies ist insbesondere nützlich bei der Verarbeitung von Mesoskalen-Daten, da diese sehr häufig einen Bias gegenüber lokalen Daten (z.B. aus Messungen oder WEA-Erträgen) haben, der eliminiert werden muss. Ebenso benötigen Windmessungen von Gondelanemometern häufig eine nachträgliche Kalibrierung. Im Scaler wird diese Nachbearbeitung mit dem Begriff Post-Kalibrierung bezeichnet.
Weitere optionale Arten der Nachbearbeitung in einem Scaler sind die RIX-Korrektur und die Anwendung von sektorweisen Verdrängungshöhen.
Die RIX-Korrektur ist eine Möglichkeit, Modellprobleme des WAsP-Strömungsmodells in komplexem Gelände zu kompensieren; dies setzt das Vorhandensein von mehreren Messmasten am Standort voraus, um den benötigten Korrekturparameter zu ermitteln.
Die Anwendung von sektorweisen Verdrängungshöhen ermöglicht Berechnungen in bewaldetem oder waldreichem Gelände. Der Begriff „Verdrängungshöhe“ verweist auf die Annahme, dass das Windprofil durch den Wald nach oben „verdrängt“ wird. In windPRO 3.0 werden sektorweise Verdrängungshöhen für die WEA-Positionen verwendet, nicht jedoch für die Messmast-Position. Weitere Informationen hierzu finden sich im Kapitel über den Verdrängungshöhen-Rechner.
Der Begriff "Scaler" wird im Folgenden verwendet für einen Satz von Einstellungen bezüglich
- Modellierung
- Downscaling
- Postkalibrierung
- RIX-Korrektur und
- Verdrängungshöhen
, (wobei nicht jeder Aspekt abgedeckt sein muss). windPRO bietet von Haus aus zwei Standard-Scaler an, einen für Meso-Daten und einen für Messdaten, aber jeder Anwender kann für seine Projekte eigene Scaler definieren.
Das Scaler-Fenster ist in windPRO von den Berechnungsmodulen und Werkzeugen aus zugänglich, in denen der Scaler angewendet werden kann, namentlich PARK-Berechnungen, METEO-Objekte und der METEO-Analyzer.
Weiterhin kann das Scaler-Fenster als eigenständiges Werkzeug aufgerufen werden, z.B. um im Vorfeld einer Berechnung die Eigenschaften eines bestimmten Scalers zu ändern.
Scaler (links): Liste der verfügbaren Scaler. Mit den Knöpfen Neu, Kopie und Löschen können der Liste neue Scaler hinzugefügt bzw. existierende gelöscht werden. Ein Scaler wird durch einfachen Klick ausgewählt und seine Eigenschaften erscheinen im rechten Fensterteil.
Scaler-Einstellungen (rechts):
Name: Kann jederzeit geändert werden.
[ ] Gelände-Scaling: Aktiviert/Deaktiviert die drei geländebezogenen Register weiter unten: Gelände-Scaling, RIX-Einstellungen und Verdrängungshöhe.
[ ] Post-Kalibrierung: Aktiviert/Deaktiviert das gleichnamige Register
Weitere Informationen
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