Landnutzungsänderungen in der Region Rostock: ein GIS- und Fernerkundungsansatz im Vergleich zu amtlichen statistischen Daten

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Analyse der Landnutzungsveränderungen mittels Fernerkundung und GIS. Methodisch wird mit einer objektorientierten Klassifikation bestimmt. Zum Vergleich dienen Statistikdaten. Durch die Möglichkeit der kombinierten Betrachtung und Auswertung wird die Bevölkerungsstatistik mit einem räumlichen Bezug verknüpft. Die Zahlen erhalten wertvolle Zusatzinformationen. Insbesondere die Bevölkerungsentwicklung und mit dieser verbunden die Landnutzungsänderung können mit der vorgestellten Methode im zeitlichen Vergleich erkannt und analysiert werden.This work is dedicated to the analysis of land use changes based on RS and GIS. The classification utilizes an object-oriented classification. For the comparison statistic from the official statistics in M-V was used. For combined observation and analysis the statistics were linked to spatial data. The pure numbers obtained provide valuable additional information. the population development connected with the land use changes can be identified and analyzed with the proposed method in the temporal data analysis. Considering this arranged planning is supported by a temporal study

Flächennutzungsmonitoring XI: Flächenmanagement – Bodenversiegelung – Stadtgrün

Die anhaltende und sich in vielen Teilen der Welt noch verstärkende Verstädterung mit immer neuen Siedlungs- und Verkehrsflächen führt zu nachteiligen Umweltwirkungen, vor allem zum Verlust von fruchtbaren Böden für eine nachhaltige Landwirtschaft und benötigten Waldflächen zur CO2-Minderung. Außerdem führt die anhaltende Zersiedelung zu erhöhten Infrastrukturkosten und Verkehrsaufwendungen; neue Verkehrstraßen zerschneiden die Landschaft mit einhergehendem Verlust an Biodiversität. In Europa und speziell in Deutschland ist der ungeminderte Flächenverbrauch auf weiter steigende Wohnflächenansprüche, neue Industrie- und Gewerbegebiete sowie Infrastrukturprojekte zurückzuführen. Inzwischen setzt sich die Erkenntnis durch, dass Bodenschutz durch Verzicht auf neue Siedlungs- und Verkehrsflächen mit der einhergehenden Bodenversiegelung auch Klima- und Landschaftsschutz ist. Darum geht kein Weg daran vorbei, noch haushälterischer als bisher mit der Ressource Fläche umzugehen. Eine verantwortliche Flächensparpolitik bedarf vieler guter, kreativer Ideen, Instrumente, Maßnahmen und Umsetzungsakteure auf allen Entscheidungsebenen. Dabei dürfte die Bedeutung informatorischer Instrumente unbestritten sein. Nur so können Zustand und Veränderung der Flächennutzung schnell, genügend genau und verlässlich beschrieben werden. Das ist eine Grundvoraussetzung zielgenauer Steuerungsinstrumente zur Senkung der Flächeninanspruchnahme. Hier kommen nun alte und neue Geodaten ins Spiel, denn nur auf deren Grundlage sind die notwendigen Informationen berechenbar. Dabei steigen die Anforderungen an Qualität und Verfügbarkeit raumbezogener Daten- und Informationsangebote, die immer genauer, aktueller und frei verfügbar sein sollten. Aus Wissenschaft und Praxis wird aber auch immer stärker die Kennzeichnung von statistischen Unsicherheiten in den Daten, Indikatorwerten und Zeitreihen gefordert. Neben neuen und weiterentwickelten amtlichen Geobasisdaten spielen nutzergenerierte Daten eine immer wichtigere Rolle. Ebenso werden die Daten des europäischen Copernicus-Programmes immer stärker genutzt und zunehmend produktiv. So wird intensiv an Verfahren zur halbautomatischen Erfassung von Landschaftsveränderungen gearbeitet als Informationsgrundlage für die amtliche Vermessung zur Aktualisierung ihrer Geodatenmodelle. Auch städtisches Grün kann heute mithilfe von Satellitenbilddaten viel genauer als bisher klassifiziert und in Zustand und Veränderung abgebildet werden. Derartige neue Entwicklungen vorzustellen und mit der Praxis zu diskutieren, ist das Ziel des alljährlichen Dresdner Flächennutzungssymposiums (DFNS). Der vorliegende Band vereint Beiträge der 11. Auflage dieser Veranstaltungsreihe, die vom 08. April bis 09. April 2019 stattfand und folgende Themen behandelte: internationale und nationale Entwicklungen in der Flächenpolitik, Flächenmanagement, Flächenmonitoring und -analysen, Bodenversiegelung, Indikatoren und Methoden, smarte Datenerhebung. Einen besonderen Schwerpunkt bildet diesmal das Grün in der Stadt. Die Präsentationen des Symposiums sind unter http://11dfns.ioer.info/programm/ zu finden. Darunter befinden sich auch neue Entwicklungen und Ergebnisse des Monitors der Siedlungs- und Freiraumentwicklung (www.ioer-monitor.de). Diese kostenfreie wissenschaftliche Dienstleistung des Leibniz-Institutes für ökologische Raumentwicklung ermöglicht die kartographische Visualisierung, die statistische Analyse sowie den Vergleich von inzwischen 85 Indikatoren zur Flächennutzung und damit eng zusammenhängender Themen. Die Indikatorwerte sind auf allen relevanten administrativen Ebenen bis zu Gemeinden sowie als hochauflösende Rasterkarten verfügbar. Die Zeitreihen gehen bis ins Jahr 2000 zurück

Journal of Applied Hydrography

Fokusthema: Habitatkartierun

Zusammenhang zwischen Vegetation und Relief in alpinen Einzugsgebieten des Wallis (Schweiz) : Ein multiskaliger GIS- und Fernerkundungsansatz

Die Vegetationsverteilung in der Kulturlandschaft alpiner Hochgebirge ist durch eine starke räumliche Heterogenität natürlicher und anthropogener Standortbedingungen gekennzeichnet. In einem komplexen System direkter und indirekter Einflußfaktoren auf die Vegetationsverteilung stellt das Relief den wichtigsten natürlichen, jedoch indirekten Einflußfaktor dar. Es bedingt ein kleinräumiges Verteilungsmuster von Niederschlag, Einstrahlung und Luft- bzw. Bodentemperatur, Wind und Schnee sowie von geomorphologischen Prozessen (Lawinen, Steinschlag etc.) und erzeugt damit ein patchworkartiges Muster unterschiedlichster Vegetationshabitate. Neben den natürlichen Einflußfaktoren spielt die historische bzw. aktuelle menschliche Nutzung eine große Rolle für die Entwicklung der Vegetation, so daß man in der alpinen Kulturlandschaft anstelle von natürlichen Vegetationseinheiten von quasi-natürlichen Einheiten aus dem Zusammenspiel menschlicher Einflußnahme und natürlicher Umweltbedingungen ausgehen muß. Die aktuell anzutreffende Vegetation wurde daher im Rahmen der vorliegenden Studie als "Status Quo" im Sinne von "Lebensraumeinheiten" auf der Basis von pflanzensoziologischen Verbänden nach DELARZE et al. (1999) definiert. Da vor allem im Gebirge räumlich hochaufgelöste Informationen zu Klima, Wasserhaushalt oder Böden fehlen, galt es zu untersuchen, inwieweit die Vegetationsverbände vom Relief d.h. von der räumlichen Verteilung verschiedener Reliefparameter abhängig sind bzw. inwieweit ihre Habitate allein durch den Einsatz von Reliefdaten mit Hilfe von Digitalen Höhenmodellen charakterisiert werden können. In einem ca. 40km x 20km großen Transekt vom Lötschental zum Turtmanntal im Schweizer Kanton Wallis wurden zu diesem Zweck in mehreren Geländekampagnen, gestützt durch halbautomatische satelliten- und luftbildbasierte Auswerteverfahren und GIS-Ansätze Vegetationskarten auf 2 verschiedenen räumlichen Auflösungen (25m, 5m) erstellt. Dabei wurde das Potential der verschieden räumlich aufgelösten Fernerkundungsdaten für die geobotanisch-inhaltliche Differenzierbarkeit analysiert: während satellitenbasierte Klassifikationen nur bedingt bei genügender Größe der Areale in der Lage waren, zwischen verschiedenen Vegetationsverbänden zu differenzieren und ihre hierarchische Entsprechung eher auf der Stufe von (Sub-) Formationen hatten, konnten mit Hilfe von CIR-Luftbildern 52 Vegetationsklassen auf der synatxonomischen Hierarchiestufe von Pflanzenverbänden differenziert werden. Eine aus der hochauflösenden Vegetationskarte abgeleitete Hemerobiekarte trägt der anthropogenen Einflußnahme Rechnung. Auf Basis der hochauflösenden Vegetationskarte erfolgte eine Analyse der Zusammenhänge zwischen Vegetation und Relief, nachdem geeignete Reliefparameter abgeleitet worden waren. Darüber hinaus wurde mit Hilfe verschiedener Reliefklassifikationsansätze die Hochgebirgslandschaft in Bereiche gleicher geomorphometrischer Eigenschaften im Sinne von „Geotopen“ strukturiert, um deren räumliche Koinzidenz mit den Vegetationsverbänden zu analysieren. Für die verschiedenen Vegetationsverbände waren sowohl qualitativ mit Hilfe von deskriptiv-statistischen Verteilungsmaßen und Flächenbilanzen wie auch mittels analytisch-statistischer Methoden wie Kontingenzkoeffizienten, Hauptkomponentenanalysen und t-Test Zusammenhänge mit verschiedenen Reliefparametern signifikant nachzuweisen. Demgegenüber zeigten die verwendeten Reliefklassifikationsverfahren nur eine geringe Eignung für die Standortindikation. In einem letzten Schritt wurde die räumliche Verbreitung verschiedener Vegetationsverbände mit Hilfe von 2 verschiedenen Modellverfahren (Klassifikations- und Regressionsbäume CART sowie Parallel-Epiped Boxklassifikatoren PPD) unter Einbezug als geeignet identifizierter Reliefparameter simuliert. Es zeigte sich neben einer generellen Überlegenheit der PPD- gegenüber den CART-Modellen, daß vor allem für großflächige, zonale und intensiv bewirtschaftete Vegetationsklassen allein mit Hilfe von Reliefparametern die räumliche Verbreitung mit hoher Genauigkeit (z.T. über 95%) simuliert werden konnte, während für kleinflächige, azonale und extensiv bewirtschaftete Flächen nur Genauigkeiten um 50-70% erreicht wurden. Darüber hinaus war es möglich, aus den Simulationen bzw. deren Fehlern 1. Art die potentielle Verbreitung einzelner Vegetationsklassen zu rekonstruieren, was z.T. durch historische Quellen verifiziert werden konnte. Neben fehlenden Informationen bezüglich der (historischen) Landnutzung, der unzureichenden Parametrisierung von geomorphologischen Prozessen und topologischen Beziehungen lag die hauptsächliche Ursache von weniger signifikanten Zusammenhängen, die sich in der Modellierung vor allem kleinflächiger Einheiten fortsetzte, in der gegenüber den Vegetationsdaten schlechten räumlichen Auflösung des Digitalen Höhenmodells begründet. Diese ist nur unzureichend in der Lage, reale Kleinstrukturen des Reliefs zu repräsentieren. Die angewandte Methodik sowie die entwickelten Modelle dienen vor allem vor dem Hintergrund einer geringen Informationsdichte ökologischer Daten im Hochgebirge der Verbesserung der Inventarisierung globaler Vegetation, eng verknüpft mit der Erforschung, dem Monitoring und dem Schutz von Biodiversität. Nicht zuletzt auch im Hinblick auf potentielle Klima- und damit Habitatveränderungen soll daher die vorliegende Studie sowohl inhaltlich als auch methodisch zur Grundlagenforschung im Bereich der Vegetations- und Hochgebirgsökologie beitragen.The vegetation distribution of high mountain cultural landscapes is characterised by an extreme spatial heterogeneity concerning natural and anthropogenic site factors. In a complex system of direct and indirect factors influencing vegetation distribution landform is the major natural, but indirect ecological factor: landform highly varies the spatial distribution of precipitation, irradiation, air and soil temperature as well as geomorphological processes (avalanches, rockfall etc.). It thus produces a patchwork-like pattern of diverse vegetation habitats. Besides these natural factors the human dimension in the sense of historic and recent land use was and is important for the development of vegetation. Thus present-day vegetation in alpine cultural landscapes has to be regarded largely as quasi-natural replacement vegetation, resulting from the interaction of human impact and natural environmental conditions. In this study present-day vegetation types were therefore defined as the „status quo“ in the sense of „habitat-units“ on the basis of plant sociological vegetation alliances after DELARZE et al. (1999). As spatial information on climatic and other environmental conditions are commonly lacking in mountain areas, the main aim was to analyse to what extent vegetation alliances were dependent on landform i.e. on the spatial distribution of landform parameters. Additionally it had to be investigated to what extent vegetation habitats could be indicated by the exclusive use of landform parameters represented by digital elevation models. For this purpose field campaigns were conducted in a 40km by 20km transect from the Lötschental to the Turtmanntal in the Swiss canton Wallis. Integrating the data, supported by semi-automatic satellite- and aerial photograph-based classification procedures as well as GIS-methodology, resulted in the production of 2 vegetation maps of different resolution (25m, 5m). The potential of the different spatial resolutions of aerial and satellite based remote sensing data was analysed for differentiating geobotanically defined vegetation types: while satellite based classifications could only distinguish between vegetation alliances with habitat areas large enough and were mainly capable of defining (sub-)formations, it was possible to extract 52 vegetation classes at vegetation alliance level using CIR-aerial photographs. Additionally, a hemerobiotic map was derived, showing the degree of anthropogenic influence on the vegetation. Based on the high (spatial and thematic) resolution vegetation map the relation between vegetation and landform was analysed, after a set of appropriate landform parameters had been derived. Furthermore the landscape represented by the digital elevation model was decomposed into area-units of homogeneous geomorphometric characteristics. These area-units in the sense of „geotopes“ were created by applying different landform classification schemes, in order to analyse the spatial concurrence of these “geomorphometric topes” with vegetation alliances. Using qualitative-descriptive distribution measures as well as analytic-statistical methods like contingency tables, principal components analysis and a students t-test, it was possible to prove significant correlations between certain vegetation alliances and landform parameters. In contrast to this the landform classification schemes were hardly suitable for the indication of habitats. In a last step the spatial distributions of different vegetation alliances were simulated using 2 different model approaches (classification and regression trees CART, parallel-epiped box-classificators PPD) and relevant landform parameters. Besides a better performance of the PPD as compared to the CART model it appeared that the spatial distribution of large, zonally arranged and intensively cultivated vegetation classes could be simulated with high accuracy (> 95%) by the exclusive use of landform parameters. In contrast to that respective accuracies for small, azonal and extensively used classes only reached 50-70%. Furthermore it was possible to reconstruct potential distributions of vegetation alliances from the false positive rate of the simulations, which could be verified by the use of historic sources. Besides the lack of information on (historic) land use, insufficient parameterisation of geomorphological processes as well as topological relations, the major source of error within the correlation calculations and in the model simulations mainly of smaller vegetation classes was the poor spatial resolution of the digital elevation model as compared to the vegetation map, not being capable of representing microscale landform characteristics. Especially in the view of a low information density concerning ecological data within high mountain areas, the methodology used here and the models developed aim at improving global vegetation investigations. This research is closely related to the analysis, the monitoring and the protection of biodiversity. Generally, with regard to a potential climate and therefore habitat change, the present study aims at contributing both thematically and methodologically to the research fields of vegetation and high mountain ecology

Nutzung hochauflösender Fernerkundungsdaten zur Parametergewinnung für Wasserhaushaltsmodellierungen in Stadtgebieten

Die Veränderungen des Klimas sind heutzutage weitgehend unbestritten. Der urbane Raum ist davon besonders betroffen. Zum einen werden die Klimaänderungen durch die Siedlungsstruktur noch verstärkt und zum anderen sind hier, bedingt durch die Zunahme der Stadtbevölkerung, besonders viele Menschen von den negativen Folgen des Klimawandels betroffen. Ziel aktueller Forschungsarbeit muss es also sein, die Zusammenhänge und Auswirkungen des Klimawandels zu verstehen und dabei die natürlichen Ursachen von den anthropogen induzierten Einflüssen zu trennen. Erst das Verständnis des Zusammenwirkens der verschiedenen Faktoren ermöglicht es, Handlungsempfehlungen abzuleiten, um auf die Folgen der Klimaänderung zu reagieren oder diese zu vermeiden. Die Fernerkundung ermöglicht die flächendeckende Beobachtung klimatischer Veränderungen auf verschiedenen maßstäblichen Ebenen. Die rasante Entwicklung der Satellitentechnologie ermöglicht dabei einen immer detaillierteren Blick auf unsere Erdoberfläche. Diese geometrisch hochaufgelösten Daten bieten die Chance, bestehende Modelle zum Klimawandel, zum Wasserhaushalt oder zur Siedlungsentwicklung zu verdichten und die Konsequenzen des menschlichen Handels auf der Erdoberfläche zu analysieren. Die Aufgabe dieser Arbeit bestand darin, die Einsatzmöglichkeiten geometrisch hochauflösender Fernerkundungsdaten, am Beispiel von IKONOS-Daten, zur Informationsgewinnung für hydrologische Modelle, die im urbanen Raum anwendbar sind, zu prüfen. Dazu wurden zunächst die besonderen klimatischen Bedingungen des urbanen Raumes untersucht. Des Weiteren wurde der Einsatz von Fernerkundungsdaten zur Beobachtung von Klimaparametern untersucht und verschiedene Fernerkundungsmethoden zur Bestimmung der einzelnen hydrologischen Variablen vorgestellt. Für die Modellierung des Energie- und Wasserhaushalts urbaner Räume sind nicht nur geeignete klimatisch-hydrologische Modelle, sondern auch entsprechend verdichtete Inputdaten notwendig. Dies bezieht sich nicht nur auf Parameter wie Niederschlag und Bodenfeuchte, sondern auch auf die Landnutzung. Gerade in urbanen Räumen, deren Flächennutzung häufig sehr heterogen ist und innerhalb kleiner Flächen einem häufigen Wechsel unterliegt, sind besonders detaillierte Informationen zur Landnutzung und zur Oberflächenbedeckung notwendig, um auch für kleinere Gebiete, wie Stadtteile oder Quartiere, valide Aussagen über die klimatischen und hydrologischen Bedingungen treffen zu können. Ausgehend von bereits existierenden hydrologischen Modellen wurde zunächst ein für den urbanen Raum angepasstes Modell vorgestellt und die entsprechenden Anforderungen an den Parameter Landnutzung definiert. Am Beispiel des Untersuchungsgebietes Heidenau konnte gezeigt werden, dass geometrisch hochauflösende Daten, in diesem Fall IKONOS, differenzierte Flächennutzungsinformationen zur Anwendung hydrologischer Modelle im Bezugsraum Stadt bereitstellen können

Flächen- und Standortbewertung für ein nachhaltiges Flächenmanagement

Eine Publikation des Förderprogramms "Forschung für die Reduzierung der Flächeninanspruchnahme und ein nachhaltiges Flächenmanagement (REFINA) im Rahmen des Programms "Forschung für die Nachhaltigkeit" (FONA) des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF