1 Einleitung
Die grundlegende Motivation zu dieser Arbeit entstammte dem Willen, eine Diplomarbeit mit praktischem Bezug zu erarbeiten und dies in der Region, in der sich mein Lebensmittelpunkt befindet. Eine umweltrelevante Erhebung, die für Karlsruhe noch nicht vorlag, war eine Karte zur Darstellung des Bodenversiegelungsgrades. Eine Totalerhebung durch direkte Kartierung schied wegen des hohen Aufwandes aus. Da das Umweltamt der Stadt Karlsruhe dabei ist, ein geographisches Informationssystem (GIS) aufzubauen und wegen der Entwicklung in der Geographie hin zur digitalen Verarbeitung, beschloß ich, den Bodenversiegelungsgrad aus digitalen Daten zu ermitteln. Es bot sich hier an, multispektrale Satellitendaten zu verwenden. Hierzu lagen bereits Erfahrungen vor. (KLAEDTKE 1991; ACHEN 1993; SPITZER 1996)
Schon bei den Vorbereitungen zeigte sich, daß die Probleme nicht im Verstehen der Grundlagen der Arbeitsmethoden lagen, sondern in der Finanzierung und im Umgang mit dem Computer bestand. Die Fragestellung wurde dahingehend erweitert, ob es möglich ist, mit relativ geringem finanziellem Aufwand und ohne Expertenwissen multispektrale Satellitendaten auszuwerten.
Die Diplomarbeit zielt daher einerseits darauf, eine Karte des Bodenversiegelungsgrades der Siedlungsfläche der Stadt Karlsruhe zu erstellen. Andererseits wird geprüft, ob auch Ortsgruppen von Umweltverbänden oder Schulklassen den Bodenversiegelungsgrad über Satellitenbilder abschätzen können.
Die Arbeit soll als Arbeitsgrundlage für Nicht-ExpertInnen dienen können. Der Text ist daher so einfach geschrieben, daß er möglichst auch von wissenschaftlich nicht geschulten Menschen verstanden werden kann, aber trotzdem den Anforderungen einer wissenschaftlichen Arbeit genügt. Um die Arbeit am Computer zu vereinfachen, werden im Anhang die Arbeitsschritte für die verwendeten Computerprogramme dargestellt.
Die Länge vieler wissenschaftlicher Arbeiten ist für viele Menschen bereits ein Hindernis dieses durchzulesen. Daher wird auf Kürze geachtet.
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Inhaltsverzeichnis
1 EINLEITUNG
2 PROBLEMATIK BODENVERSIEGELUNG
2.1 Bodenversiegelung als Teil der Bodenschutzproblematik
2.2 Definitionen der Bodenversiegelung
2.3 Ökologische Wirkungen von Bodenversiegelung
3 SCHWIERIGKEITEN BEI DER ERFASSUNG DES VERSIEGELUNGSGRADS
3.1 Amtliche Statistik
3.2 Möglichkeiten der Ermittlung des Bodenversiegelungsgrades
3.2.1 Flächendeckende terrestrische Kartierung
3.2.2 Ermittlung des Versiegelungsgrades anhand von Nutzungs- und Strukturtypen
3.2.3 Visuelle Auswertung von Farbinfrarot-Luftbildern
3.2.4 Erfassung aus Flugzeugscannerdaten
3.2.5 Erfassung aus Satellitenscannerdaten
4 ARBEITSGEBIET
4.1 Naturräumliche Einheiten
4.2 Siedlungsfläche
5 FERNERKUNDUNG MIT SATELLITENSCANNERN
5.1 Grundlagen der Fernerkundung mit Satellitenscannern
5.2 Anwendung im Siedlungsbereich
6 KURZBESCHREIBUNG DES VERWENDETEN VERFAHRENS
7 VERWENDETE HARD- UND SOFTWARE
8 DATENGRUNDLAGE
9 ERSTELLUNG DER BODENVERSIEGELUNGSKARTE
9.1 Geometrische Entzerrung des Satellitenbildes
9.2 Ermittlung des Flächenanteils der Vegetation
9.2.1 Erstellung von Vegetationsindizes
9.2.2 Erstellung von Referenzdaten (terrestrische Kartierung)
9.2.3 Zusammenhang zwischen terrestrisch kartiertem Flächenanteil der Vegetation und den Vegetationsindizes
9.2.4 Kalibrierung des Vegetationsindex
9.3 Ermittlung des Versiegelungsgrades
9.4 Überprüfung der Ergebnisse
10 ERMITTLUNG DES VERSIEGELUNGSGRADES DER SIEDLUNGSFLÄCHE
11 BESTIMMUNG DER VERSIEGELUNGSSCHWERPUNKTE KARLSRUHES UND MÖGLICHER ENTSIEGELUNGPOTENTIALE
12 KOSTEN DES VERFAHRENS
13 BEARBEITUNG DURCH NICHT WISSENSCHAFTLICH GESCHULTE PERSONEN
14 PERSPEKTIVE
Zielsetzung & Themen
Die Diplomarbeit hat zum Ziel, den Bodenversiegelungsgrad der Siedlungsfläche der Stadt Karlsruhe mithilfe multispektraler Satellitendaten kosteneffizient zu ermitteln und zu kartieren. Dabei soll insbesondere geprüft werden, ob das entwickelte Verfahren auch für Anwender ohne Expertenwissen, wie beispielsweise Mitglieder von Umweltverbänden oder Schulklassen, als Arbeitsgrundlage dienen kann.
- Methoden zur quantitativen Erfassung von Bodenversiegelung
- Anwendung der Fernerkundung mit Satellitenscannern
- Erstellung und Kalibrierung von Vegetationsindizes
- Ableitung des Versiegelungsgrades aus dem Flächenanteil der Vegetation
- Kosten-Nutzen-Analyse des beschriebenen Verfahrens
Auszug aus dem Buch
3.2.1 Flächendeckende terrestrische Kartierung
Eine Kartierung, die durch Begehung durchgeführt wird, ist die genaueste Methode, um den Versiegelungsgrad zu erheben. Es kann neben dem Flächenanteil der Vegetation und dem Versiegelungsgrad die Bodenfunktionszahl und Grünvolumen erfaßt werden. Nachteil des Verfahrens ist der große Arbeitsaufwand pro Flächeneinheit und die Schwierigkeit, nicht jedes Privatgrundstück begehen oder einsehen zu können. Flächendeckend wird diese Methode nur selten eingesetzt.
In der Stuttgarter Innenstadt wurde der Versiegelungsgrad im Rahmen von Arbeitsbeschaffungsmaßnahmen erhoben. (LANDESHAUPTSTADT STUTTGART STADTPLANUNGSAMT 1987, S. 18)
Bodenfunktionszahl (BFZ) und Grünvolumenzahl (GVZ) wurden von 9 Diplomanden in Heidelberg großflächig kartiert. Diese Daten wurden von HUPFER (1994) in der Untersuchung des Energiehaushalts und von KARRASCH und SEITZ (1995) in der Stadtklimauntersuchung als klimarelevante Flächenparameter eingesetzt.
Die Methode wird sonst hauptsächlich eingesetzt für kleinere Flächen, um Daten zum Vergleich mit anderen Erhebungsmethoden zu erhalten. (Referenzdaten)
Zusammenfassung der Kapitel
1 EINLEITUNG: Darstellung der Motivation und Zielsetzung, den Bodenversiegelungsgrad von Karlsruhe kostengünstig durch Satellitendaten zu ermitteln.
2 PROBLEMATIK BODENVERSIEGELUNG: Erörterung der ökologischen Folgen von Versiegelung und der Notwendigkeit einer flächendeckenden Bestimmung für die Stadtplanung.
3 SCHWIERIGKEITEN BEI DER ERFASSUNG DES VERSIEGELUNGSGRADS: Kritische Analyse bestehender Methoden wie amtlicher Statistiken und terrestrischer Kartierungen sowie die Einordnung der Fernerkundung.
4 ARBEITSGEBIET: Beschreibung der naturräumlichen Einheiten und der Siedlungsentwicklung des Stadtgebiets Karlsruhe.
5 FERNERKUNDUNG MIT SATELLITENSCANNERN: Theoretische Grundlagen der Bildgewinnung durch Sensoren und deren spezifische Anwendung auf siedlungsökologische Fragestellungen.
6 KURZBESCHREIBUNG DES VERWENDETEN VERFAHRENS: Überblick über den methodischen Ansatz, der auf der Auswertung spektraler Daten und deren Kalibrierung basiert.
7 VERWENDETE HARD- UND SOFTWARE: Dokumentation der verwendeten kostengünstigen IT-Ausstattung zur Durchführung der Analyse.
8 DATENGRUNDLAGE: Spezifikation der genutzten Satellitendaten des Systems IRS-1C LISS 3.
9 ERSTELLUNG DER BODENVERSIEGELUNGSKARTE: Detaillierte Darstellung des Arbeitsablaufs von der Geocodierung über die Vegetationsindex-Berechnung bis hin zur Kalibrierung und Überprüfung der Daten.
10 ERMITTLUNG DES VERSIEGELUNGSGRADES DER SIEDLUNGSFLÄCHE: Definition des Siedlungsbegriffs und methodische Umsetzung der Maskierung für die Stadt Karlsruhe.
11 BESTIMMUNG DER VERSIEGELUNGSSCHWERPUNKTE KARLSRUHES UND MÖGLICHER ENTSIEGELUNGPOTENTIALE: Analyse von Verdichtungsgebieten und Diskussion von ökologischen Verbesserungsmaßnahmen.
12 KOSTEN DES VERFAHRENS: Aufstellung der finanziellen Aufwendungen für das gesamte Projekt.
13 BEARBEITUNG DURCH NICHT WISSENSCHAFTLICH GESCHULTE PERSONEN: Evaluation der Durchführbarkeit der Methode durch Laien am Beispiel von Schülern.
14 PERSPEKTIVE: Ausblick auf zukünftige Möglichkeiten durch höher auflösende Satellitendaten.
Schlüsselwörter
Bodenversiegelung, Karlsruhe, Satellitenbilder, Fernerkundung, Vegetationsindex, NDVI, Flächennutzung, Stadtplanung, Geocodierung, GIS, Umweltvorsorge, ökologische Raumeinheiten, Versiegelungsgrad, Bodenfunktionszahl, Idrisi
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Anwendung eines kostengünstigen Verfahrens zur Abschätzung des Bodenversiegelungsgrades in städtischen Gebieten, exemplarisch durchgeführt am Stadtgebiet von Karlsruhe.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen sind der Bodenschutz, die städtische Klimatologie, ökologische Stadtplanung sowie die praktische Anwendung der Fernerkundung mittels Satellitenscannerdaten zur Landnutzungsanalyse.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das primäre Ziel ist die Erstellung einer Karte des Bodenversiegelungsgrades für Karlsruhe, wobei gleichzeitig die Eignung des Verfahrens für fachfremde Anwender (Laien) evaluiert werden soll.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine multispektrale Bildauswertung eingesetzt, bei der vegetationsähnliche Spektralsignaturen zur indirekten Bestimmung des Versiegelungsgrades mittels Kalibrierung über terrestrische Referenzdaten genutzt werden.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil umfasst die methodische Herleitung der Versiegelungsgrad-Abschätzung, die Beschreibung der Datengrundlage und die Durchführung der computergestützten Auswertung inklusive der Überprüfung der Genauigkeit.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Bodenversiegelung, Fernerkundung, NDVI, Idrisi, Siedlungsfläche und ökologische Stadtplanung.
Welche Bedeutung haben die terrestrischen Referenzdaten?
Die Referenzdaten dienen als Grundlage für die Kalibrierung der Vegetationsindizes und ermöglichen es, durch die Erstellung einer Regressionsfunktion den tatsächlichen Versiegelungsgrad aus den Spektraldaten abzuschätzen.
Kann die Arbeit auch von Personen ohne Fachstudium durchgeführt werden?
Ja, laut der Studie ist das Verfahren grundsätzlich von Laien wie Schülern durchführbar, erfordert jedoch grundlegende Computerkenntnisse und eine gewisse Einarbeitungszeit in die genutzte Software.
- Citar trabajo
- Timo Stadler (Autor), 1999, Abschätzung des Bodenversiegelungsgrades der Siedlungsfläche der Stadt Karlsruhe, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/115
