Die beschleunigte Zunahme von Siedlungs- und Verkehrsflächen durch eine anhaltende Flächeninanspruchnahme und die mit ihr einhergehende Flächenversiegelung prägen die aktuelle Entwicklung des räumlichen Musters in Deutschland entscheidend. Die Siedlungs- und Verkehrsflächen haben sich in den letzten Jahren mehr als verdoppelt, wobei aktuell jeden Tag etwa 114ha Fläche neu in Anspruch genommen werden. Die Zielsetzung des Expertenrats für nachhaltige Entwicklung (RNE), die Flächeninanspruchnahme bis 2020 auf 30ha zu reduzieren, ist bei einem täglichen Flächenverbrauch von 15ha allein in Nordrhein-Westfalen nicht erreichbar. Die Beantwortung der Frage nach dem zukünftigen Flächenversiegelungsmuster und seinen Antriebskräften besitzt somit eine hohe tagespolitische Relevanz.
In der vorliegenden Magisterarbeit wurde mit Hilfe einer räumlich expliziten Landbedeckungs- und Landnutzungsmodellierung das zukünftige Flächenversiegelungsmuster der Region Bonn/ Rhein-Sieg simuliert. Die Stadt Bonn und der sie kragenförmig umschließende Rhein-Sieg Kreis zählen zu den Wachstumspolen Nordrhein-Westfalens. Verantwortlich hierfür zeichnet sich ein im Zuge des Hauptstadtverlustes endogen entstandener und exogen forcierter Entwicklungsschub. Eines seiner raumwirksamen Resultate sind neue Wohn- und Gewerbegebiete mit entsprechenden infrastrukturellen Anschlüssen. Das Ziel einer nachhaltigen Entwicklung der Städtelandschaft scheint also in der Region durch das sozioökonomische Wachstum torpediert wurden.
Im Zuge der Modellierung wurden mit Hilfe einer logistischen Regressionsanalyse die wesentlichen Antriebs- und Steuerungskräfte von Transformationen im räumlichen Muster urbaner und versiegelter Flächen detektiert, zwei validierte, regionalen Modelle (CLUE-S) auf Basis von antagonistisch klassifizierten, multispektralen Satellitendaten konstruiert und schließlich drei unterschiedlichen Zukunftsszenarien für das Jahr 2025 implementiert. Um die Kreation eines reinen Methodenartefakts zu verhindern, wurde eine bewusste Kombination von Theorie und Empirie angestrebt. Dies bedeutet, dass die einzelnen Prozessschritte der Modellierung mittels eines zuvor gebildeten theoretischen Fundaments durchgeführt worden sind.
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung
1.1 Hintergrund und Problemlage
1.2 Ziele und Gliederung der Arbeit
2 Facetten des Landbedeckungs- und Landnutzungswandels
2.1 Das Untersuchungsobjekt – Land als System
2.2 Landbedeckung, Landnutzung oder Landfunktion?
2.3 Kategorisierung des Landbedeckungs- und Landnutzungswandels
2.4 Ursachen und Steuerungskräfte
2.5 Auf dem Weg zu einer Landsystemforschung – Theorien und Denkmuster
2.6 Modellierung als Erkenntnismöglichkeit
2.7 Die Rolle der Fernerkundung
3 Flächenversiegelung und Flächenverbrauch – Muster, Prozesse und Folgen
3.1 Flächenverbrauch und Flächenversiegelung
3.2 Die Verstädterung als ubiquitärer Prozess
3.3 Ursachen und Antriebskräfte von Flächenversiegelung und Flächenverbrauch
3.4 Geoökologische und sozioökonomische Folgen
3.5 Die Fernerkundung und der urbane Raum
4 Die Untersuchungsregion – die Bundesstadt Bonn und der Rhein-Sieg-Kreis
4.1 Geoökologische Grundlagen und naturräumliches Muster
4.2 Funktionale Verflechtungen
4.3 Historische Entwicklung der Siedlungsstruktur
4.4 Der Hauptstadtverlust – Veränderte Rahmenbedingungen?
4.5 Demographischer Wandel in einer Wachstumsregion?
5 Komponenten der Modellierung – Modell, Modellierungsplattform und Rasterdaten
5.1 Das räumlich explizite Modell – CLUE-S
5.1.1 Allgemeine Modellstruktur
5.1.2 Das räumliche Modul – Logistische Regression
5.1.3 Dummies, Multikollinearität und Räumliche Autokorrelation
5.1.4 Das räumliche Modul – Nachbarschaftsbeziehungen
5.1.5 Modellparameter von CLUE-S
5.1.6 Der Allokationsprozess von CLUE-S
5.2 Die Modellierungsplattform – XULU
5.3 Die Landbedeckungs- und Landnutzungsdaten
5.3.1 CORINE Land Cover - Landnutzung mit Aspekten von Landbedeckung
5.3.2 Das NRW-Flächennutzungsprojekt – Landbedeckung mit Aspekten der Landnutzung
5.3.3 Standardisierung der CORINE-Landoberflächendaten
5.3.4 Standardisierung von NRW-Pro – Klassifikation einer Landsat-Szene
5.3.4.1 Radiometrische Normalisierung
5.3.4.2 Wissensbasierte ISODATA-Klassifikationen
5.3.4.3 Differenzierung der Versiegelungsgrade mit dem NDVI
5.3.4.4 Abschluss der Klassifikation und Accuracy Assessment
5.4 Die „Pixelisierung“ der Antriebskräfte
6 Räumlich explizite Modellierung der Flächenversiegelung
6.1 Output des räumlichen Moduls
6.1.1 Auswahl und Aufbereitung der Antriebsfaktoren für die logistische Regressionsanalyse
6.1.2 Validierung der logistischen Regressionsmodelle
6.1.3 Effektstärken der Antriebsfaktoren
6.1.4 Das Produkt des räumlichen Moduls – Wahrscheinlichkeitskarten
6.2 Parametrisierung von CLUE-S
6.2.1 Output des nicht-räumlichen Moduls – der Bedarf
6.2.2 Parametereinstellungen von CLUE-S
6.3 Erste Ergebnisse und Validierung des Modells
6.4 Modellprognosen für das zukünftige Flächenversiegelungsmuster der Region Bonn/ Rhein-Sieg
6.4.1 Das zukünftige Flächenversiegelungsmuster – Nachhaltigkeit vs. Prosperität?
6.4.2 Eine Zukunft, drei Szenarien
6.4.3 Ballungsraum vs. ländlicher Raum
6.4.4 Regionalplan vs. Modellierung
6.4.5 Landsat-Klassifikation vs. CORINE Land Cover
7 Schlussbemerkung
7.1 Rückblick
7.2 Ausblick
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit zielt darauf ab, unter Verwendung einer räumlich expliziten Landbedeckungs- und Landnutzungsmodellierung mittels des CLUE-S-Modells das zukünftige Flächenversiegelungsmuster in der Region Bonn/Rhein-Sieg zu simulieren und die wesentlichen Antriebskräfte dieses Wandels zu identifizieren.
- Räumlich explizite Modellierung von Flächenversiegelung
- Vergleich von pixelorientierten und objektorientierten Ansätzen
- Analyse von Landnutzungswandel in der Region Bonn/Rhein-Sieg
- Simulation von Zukunftsszenarien bis 2025
- Integration von Fernerkundungsdaten und GIS-Methoden
Auszug aus dem Buch
2.1 Das Untersuchungsobjekt – Land als System
Ein Überblick über die bisherigen wissenschaftlichen Untersuchungen des Landbedeckungs- und Landnutzungswandels zeigt, dass es unumgänglich ist, die zentralen Begriffe dieses Forschungsfeldes genauer zu definieren. Denn gerade die synonyme Verwendung von Landbedeckung und Landnutzung kann Transfer-Komplikationen entstehen lassen, die eine vergleichende Untersuchung auf anderem Skalenniveau oder in einem anderen Untersuchungsgebiet zusätzlich zu den noch anzusprechenden Problemen erschweren. Im Folgenden werden deshalb die Begriffe Land, Landschaft und Landsystem sowie Landbedeckung, Landnutzung und Landfunktion näher erläutert.
Die Ressource Land ist neben Wasser und Luft eindeutig die wichtigste Bedingung des menschlichen Lebens auf der Erde. Laut Definition der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen (FAO) meint der Begriff Land ein Areal der Erdoberfläche, das direkt oberhalb und unterhalb dieser die lithogenen, biotischen und hydroklimatischen Komponenten der natürlichen Sphäre beinhaltet sowie die menschlichen Siedlungsmuster und physikalischen Resultate anthropogener Aktivität der Vergangenheit und Gegenwart umfasst (BRIASSOULIS, H. 2000: Kap. 1.3.1). In anderen Worten stellt Land also die Konfrontationsfläche von Mensch und Natur dar.
Die Wechselwirkungen und Interaktionen innerhalb und zwischen natürlicher und menschlicher Sphäre formen die Ressource Land zu dem, was man im Jargon der Alltagssprache schlicht als Landschaft bezeichnet und damit die visuelle Apperzeption der Landphysiognomie meint. In den wissenschaftlichen Disziplinen, die sich mit der Landschaft als Untersuchungsobjekt beschäftigen, wie z.B. Geographie und Landschaftsökologie, umfasst besagter Terminus noch ein wenig mehr als nur die wahrnehmbare physiologische Form einer territorialen Einheit.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einführung: Diese Einleitung erläutert die Relevanz der Untersuchung des Flächenverbrauchs und der Flächenversiegelung in der Region Bonn/Rhein-Sieg und definiert die zentralen Ziele der Arbeit.
2 Facetten des Landbedeckungs- und Landnutzungswandels: Dieses Kapitel führt in die wissenschaftliche Analyse des Landwandels ein, definiert die zentralen Begriffe und erörtert Theorien sowie die Bedeutung der Fernerkundung.
3 Flächenversiegelung und Flächenverbrauch – Muster, Prozesse und Folgen: Hier werden der Urbanisierungsprozess, die Ursachen des Flächenverbrauchs sowie die geoökologischen und sozioökonomischen Konsequenzen detailliert behandelt.
4 Die Untersuchungsregion – die Bundesstadt Bonn und der Rhein-Sieg-Kreis: Dieses Kapitel stellt das Untersuchungsgebiet vor und analysiert dessen geoökologische, historische und demographische Rahmenbedingungen.
5 Komponenten der Modellierung – Modell, Modellierungsplattform und Rasterdaten: Das Kapitel beschreibt die methodischen Grundlagen, insbesondere das CLUE-S-Modell, die XULU-Plattform sowie die Aufbereitung der Fernerkundungsdaten.
6 Räumlich explizite Modellierung der Flächenversiegelung: Dies ist der empirische Hauptteil, in dem die Modellerstellung, die Parametrisierung, die Validierung und die Prognosen für das Jahr 2025 durchgeführt und ausgewertet werden.
7 Schlussbemerkung: Die Arbeit schließt mit einem Rückblick auf die methodischen und theoretischen Erkenntnisse sowie einem Ausblick auf zukünftige Forschungsmöglichkeiten.
Schlüsselwörter
Flächenversiegelung, Flächenverbrauch, Landnutzungswandel, CLUE-S, Bonn, Rhein-Sieg-Kreis, Fernerkundung, Satellitendaten, Landsat, Modellierung, Urbanisierung, Raumplanung, GIS, Nachhaltigkeit, Demographischer Wandel.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Magisterarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der räumlich expliziten Modellierung des Flächenversiegelungsmusters in der Region Bonn/Rhein-Sieg unter Einsatz von Satellitendaten und modernen Modellierungsplattformen.
Welche sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die Schwerpunkte liegen auf der Analyse von Flächenverbrauch, den Ursachen der Urbanisierung, der Landsystemforschung sowie der Anwendung geographischer Fernerkundungsmethoden.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Das Ziel ist die Konstruktion valider regionaler Modelle, die Identifikation von Antriebskräften der Landnutzungsänderung und die Simulation von Zukunftsszenarien bis zum Jahr 2025.
Welche wissenschaftliche Methode wird zur Modellierung verwendet?
Es wird das Modell CLUE-S (Conversion of Land Use and its Effects at Small regional extent) verwendet, welches mit logistischen Regressionsanalysen und Nachbarschaftsanalysen parametrisiert wird.
Was wird im Hauptteil der Arbeit primär behandelt?
Im Hauptteil (Kapitel 5 und 6) werden die methodischen Komponenten der Modellierung, die Datenaufbereitung, die Modellerstellung sowie die Validierung und Prognoseergebnisse detailliert dargestellt.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Forschungsarbeit?
Die Arbeit wird maßgeblich durch Begriffe wie Flächenversiegelung, Landnutzungswandel, CLUE-S, GIS-Integration und räumliche Modellierung geprägt.
Warum ist die Region Bonn/Rhein-Sieg als Untersuchungsraum gewählt worden?
Die Region zeichnet sich durch ein dynamisches sozioökonomisches Wachstum aus und dient als Beispiel für eine Wachstumsregion, in der die Flächeninanspruchnahme eine hohe tagespolitische Relevanz besitzt.
Welche Rolle spielen die verschiedenen Szenarien in der Arbeit?
Die Szenarien dienen dazu, unterschiedliche politische und sozioökonomische Entwicklungsrichtungen (z.B. Beibehaltung aktueller Trends oder strikte Einhaltung von Flächenspar-Zielen) auf ihre räumlichen Auswirkungen hin zu simulieren.
- Arbeit zitieren
- Andreas Rienow (Autor:in), 2009, Räumlich explizite Modellierung der Flächenversiegelung in der Region Bonn/Rhein-Sieg auf Basis von multispektralen Satellitendaten, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/148174
