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Human-biometeorologisch angepasste RoutenfĂĽhrungen durch mathematische Optimierung
Innerstädtische Freiflächen, aber auch Wälder und Waldfächen, werden zur Erholung, zur Bewegung und
dem Aufenthalt im Freien von verschiedenen Bevölkerungs- und Nutzergruppen aufgesucht. Für den
Aufenthalt im Freiraum spielen bioklimatische und lufthygienische Faktoren eine wichtige Rolle, die sich fĂĽr
verschiedene Altersgruppen unterscheiden. Tatsächlich können durch die grüne Infrastruktur nicht nur eine
Vielzahl von Vorteilen verzeichnet werden, sondern es entstehen durchaus auch gesundheitliche
Beeinträchtigungen durch sogenannte biologische Noxe.
Ziel der Forschungskooperation ist es, möglichst lokalklimatisch, lufthygienisch und gesundheitlich
optimierte Routen auszuweisen. Eine erste Untersuchung erfolgt am Beispiel von Waldflächen und der
Ozonvorläufersubstanz Isopren. Isopren gehört zur Gruppe der biogenen Kohlenwasserstoffe und wird von
verschiedenen Baumarten in unterschiedlicher Konzentration emittiert. Diese Emissionsrate hängt von
unterschiedlichen Bedingungen ab, wie meteorologische Faktoren (z.B. Strahlungstemperatur und -
intensität), aber auch dem Alter der Bäume sowie den Standort- und Bodeneigenschaften. Bei autochthonen
Wetterlagen erreichen die Isoprenemissionen ihr Maximum. Nur sind dies auch die Zeitpunkte, an denen
Menschen Grünflächen zur Erholung und Abkühlung aufsuchen. Hierzu gehören auch Waldflächen. Dort
finden sich unterschiedliche Baumarten, respektive unterschiedliche Emissionspotenziale; allerdings sind
dort aber auch viele Wanderrouten zu verzeichnen.
Ziel ist es daher, diejenigen Bereiche, in denen ein erhöhtes Ozonbildungspotenzial vorhanden ist, durch eine
angepasste WegefĂĽhrung zu meiden. Hierzu werden OpenStreetMap-Daten des betrachteten Wandergebiets
in ein mathematisches Knoten-Kanten-Netzwerk transfomiert und jeder Kante deren Länge und deren
Isoprenwert basierend auf dem Baumbestand entlang der Kante zugeordnet. In einer ersten Untersuchung
wird dabei zwischen drei Isoprenwerten (niedrig, mittel, hoch) unterschieden. Der Isoprenwert eines Weges
ergibt sich aus der Summe der Isoprenwerte aller Kanten entlang des Weges.
Das zugrundeliegende Optimierungsproblem beschreibt die Aufgabe, zu einem gegebenen Wanderweg einen
alternativen Weg geringeren Isoprenwerts zu ermitteln. Dabei soll der neue Weg den selben Start- und
Endknoten wie der gegebene Weg haben und möglichst wenig von diesem abweichen. Das Problem wird
mathematisch modelliert und mit Methoden der ganzzahligen Optimierung gelöst. Die beschriebene Technik
liefert nachweislich gute Lösungen und ist auf jedes beliebige Wandergebiet durch Austauschen der
Datengrundlage übertragbar. Gleichzeitig eröffnet die Problemstellung neue Forschungsrichtungen in der
mathematischen Grundlagenforschung zu restringierten KĂĽrzesten-Wege-Problemen. Die vorgestellte Arbeit
bildet die Basis zur algorithmischen Berechenbarkeit gesundheitsfreundlicher Wanderwege und motiviert
tiefergehende Forschung zukĂĽnftig auch tagesaktuelle Werte wie Wind oder Temperatur in die
Berechnungen einflieĂźen zu lassen und so tagesaktuelle Empfehlungen auszusprechen.
Das Vorhaben ist in das Verbundprojekt „Ageing Smart – Räume intelligent gestalten“ eingebunden. Das
Projekt wird durch die Carl-Zeiss-Stiftung gefördert. Das Gesamtprojekt adressiert die geburtenstarken
Jahrgänge 1955 bis 1969, die Babyboomer. Durch deren Eintritt in das Rentenalter sind Kommunen oftmals
damit konfrontiert, altersgerechte Wohnstandorte, Versorgungs- sowie Freizeitstrukturen zu schaffen. Ziel
des Gesamtprojektes ist es, ein datengestĂĽtztes EntscheidungsunterstĂĽtzungssystem zu entwickeln, das
öffentliche Akteure in ihren Planungsprozessen unterstützt