Lärm, insbesondere Straßenverkehrslärm ist in Deutschland und in der gesamten Europäischen Union eines der vorangingen Umweltprobleme. Die Schaden erzeugende Wirkung von Lärm auf den Menschen ist in zahlreichen Studien untersucht worden und zumindest bei höheren Schallpegeln belegt. Neben diesem Aspekt fühlen sich laut einer Umfrage des Umweltbundesamtes mit rund 68.000 beteiligten Personen, 36 % hochgradig und 59 % der Befragten wesentlich vom Straßenverkehrslärm belästigt. Aufgrund dieser Problematik hat die Europäische Union am 25. Juni 2002 die Richtlinie 2002/49/EG des europäischen Parlaments und des Rates über die Bewertung und Bekämpfung von Umgebungslärm (im Folgenden EU-Umgebungslärmrichtlinie genannt) erlassen. Darin wird unter anderem geregelt, dass von den zuständigen Behörden Lärmkarten und Aktionspläne erstellt werden sollen und die Anzahl der von einer bestimmten Lärmart belasteten Personen ermittelt werden müssen.
Diese Belastetenzahlen werden anhand von Fassadenpegeln an betroffenen Gebäuden berechnet und verlangen im günstigsten Fall ein 3D-Stadtmodell, zumindest jedoch Daten über die Gebäudehöhe. In der Richtlinie sollen diese Daten in der Tabellenform dargestellt werden. Aufgrund der technischen Rahmenbedingungen und der in der Richtlinie geforderten Öffentlichkeitsbeteiligung ist es aus meiner Sicht jedoch sinnvoll, diese Daten dreidimensional und vor allem interaktiv zu visualisieren. Auf diese Weise entsteht ein Informationssystem welches leicht verständlich, nachvollziehbar und für die Stadtverwaltung sowie für interessierte Bürgerinnen und Bürger nutzbar sein kann. Darüber hinaus sind die Fassadenpegel in den Ergebnissen genauer als zweidimensionale Lärmkarten, die zumeist in einem groben Raster gerechnet werden.
In dieser Master-Arbeit wird die Entstehung dieses Informationssystems beschrieben sowie die Möglichkeiten der Nutzung und dessen eventueller Mehrwert analysiert. Darüber hinaus wird ein Vergleich gezogen zwischen Berechnungsmethoden strikt nach EU-Vorgaben und einer optimierten Fassung. Es wird ferner untersucht, ob und inwiefern sich dabei die Anzahl der von Lärm betroffenen Personen ändert. Der Einsatz des Informationssystems beschränkt sich hier auf ein kleines Projektgebiet in Bochum Grumme, welches stellvertretend das gesamte Stadtgebiet repräsentieren soll.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Schall und Lärm
2.1 Definition von Schall und Lärm
2.2 Berechnung und Bewertung von Schall
2.3 Mittelungs- und Beurteilungspegel
2.4 Auswirkungen auf den Menschen
3 Die Richtlinie 2002/49/EG über die Bewertung und Bekämpfung von Umgebungslärm
3.1 Allgemeines
3.2 Hintergrund und Zielsetzung
3.3 Harmonisierte Indizes und Bewertungsmethoden
3.4 Ermittlung von Belastetenzahlen
3.5 Öffentlichkeitsbeteiligung
3.6 Umsetzung der Richtlinie in deutsches Recht
3.7 Kritik und Diskussion
4 Datengrundlagen und Lärmberechnung
4.1 3D-Stadtmodelle
4.1.1 Ableitung der Modelle aus Katasterdaten
4.1.2 Das Austauschformat CityGML
4.1.3 Das 3D-Stadtmodell der Stadt Bochum
4.2 Digitale Geländemodelle
4.3 Sonstige Daten
4.4 Verwendete Software
4.5 Das Projektgebiet
4.6 Berechnung der Fassadenpegel
5 Visualisierung der berechneten Ergebnisse
5.1 Umsetzung im CtyViewer...
5.1.1 … nach EU-Vorschrift
5.1.2 … als Informationssystem
5.1.3 Vergleich der unterschiedlichen Berechnungsmethoden
5.2 Evaluierung und Diskussion der Ergebnisse
5.2.1 Schwierigkeiten bezüglich der Gebäude- und Stockwerkshöhen
5.2.2 Möglichkeiten der Pegeldarstellung
5.1.3 Analyse der Belastetenzahlen
5.2.4 Zusammenfassung und Ausblick
6 Fazit
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht die Möglichkeiten, das 3D-Stadtmodell der Stadt Bochum für umweltrelevante Fragestellungen, insbesondere zur Lärmberechnung und dessen Visualisierung, nutzbar zu machen. Das primäre Ziel ist die Entwicklung eines interaktiven Informationssystems, das Lärmbelastungen präziser und verständlicher als herkömmliche zweidimensionale Lärmkarten darstellt, um sowohl der Verwaltung als auch der Öffentlichkeit einen transparenten Zugang zu diesen Daten zu ermöglichen.
- Methodische Gegenüberstellung von EU-konformer Lärmberechnung und einer optimierten, stockwerksbasierten Methode.
- Anwendung von 3D-Stadtmodellen (LoD1/LoD2) zur räumlichen Lärmmodellierung.
- Implementierung einer interaktiven Visualisierung mittels Softwarelösungen wie SoundPLAN und CityViewer.
- Analyse der Belastetenzahlen für ein konkretes Projektgebiet in Bochum-Grumme.
- Diskussion der Möglichkeiten zur Verbesserung der Öffentlichkeitsbeteiligung durch dreidimensionale Darstellung.
Auszug aus dem Buch
4.1 3D-Stadtmodelle
Allgemein betrachtet ist ein 3D-Stadtmodell eine dreidimensionale, modellhafte Abbildung einer realen Stadt. Gemäß dieser Definition könnte es sich dabei auch um ein haptisches, real konstruiertes Papp- oder Holzmodell handeln. In der Regel ist aber ein digitales Modell gemeint, welches mannigfaltig genutzt werden kann. Mögliche Nutzungen ergeben sich beispielsweise im Bereich der Stadtplanung, des Tourismus und der Wirtschaftsförderung. Ein besonderer Vorteil von digitalen 3D-Stadtmodellen zeigt sich in der relativ einfachen Modifikation der Darstellung, die z.B. in Planungsprozessen eingesetzt werden kann und die geforderte Öffentlichkeitsbeteiligung positiv unterstützt. Weitere Interessenten sind Ingenieurbüros und die Hersteller von Navigationssoftware sowie die Feuerwehr, etwa für die Planung von Sicherheitsmaßnahmen und Evakuierungen. Nicht zuletzt spielen 3D-Stadtmodelle für umweltrelevante Fragestellungen eine entscheidende Rolle. Für den in dieser Arbeit diskutierten Themenkomplex Lärm sind exakte, dreidimensionale Modelle von Vorteil, da sie zum einen die Berechnung der Lärmausbreitung verbessern und zum anderen bereits vorhandene Daten genutzt werden können. Aber auch in anderen Bereichen, wie z.B. der Luftreinhaltung, der Simulation von Hochwasserereignissen oder bei der Ermittlung des Solarpotentials von Gebäudedächern kommen 3D-Stadtmodelle zum Einsatz (AG 3D-Stadtmodelle 2004: 7).
Für die Visualisierung von 3D-Stadtmodellen haben sich unterschiedliche Abstraktionsgrade etabliert. Diese werden als LoD bezeichnet (engl. für Level-of-detail) und umfassen das LoD1 (einfaches Bauklötzchenmodell mit grob abgeleiteten Höhen z.B. aus Stockwerkszahlen), das LoD-2 (einfache geometrische Körper mit Dachformen und evtl. automatisiert abgeleitete Texturen) und das LoD-3 (detailliertes Modell bis auf wenige Zentimeter genau und mit fotorealistischen Texturen) (Bill & Zehner 2001: 167). Darüber hinaus existiert noch der Detaillierungsgrad LoD4, welcher die Modellierung von Gebäudeinneren ermöglicht und somit aufgrund der Komplexität nicht in dreidimensionalen Modellen einer gesamten Stadt verwendet werden kann (Fan et al. 2009: 389). Zusätzlich existiert auch noch ein LoD-0, welches jedoch lediglich ein Regionalmodell in 2,5D darstellt. Zur Veranschaulichung sind die unterschiedlichen LoD in Abbildung 6 dargestellt.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung führt in die Problematik des Straßenverkehrslärms ein, stellt die Relevanz von Lärmkarten dar und begründet die Notwendigkeit einer dreidimensionalen, interaktiven Visualisierung für die Stadtplanung und Öffentlichkeitsarbeit.
2 Schall und Lärm: Das Kapitel erläutert die physikalischen Grundlagen von Schall, dessen Ausbreitung und Wahrnehmung sowie die Methoden der Lärmberechnung und die gesundheitlichen Auswirkungen auf den Menschen.
3 Die Richtlinie 2002/49/EG über die Bewertung und Bekämpfung von Umgebungslärm: Hier werden die EU-Richtlinie, die zugehörigen Bewertungsmethoden, die Ermittlung von Belastetenzahlen sowie die Umsetzung in deutsches Recht und eine kritische Diskussion der Vorgaben behandelt.
4 Datengrundlagen und Lärmberechnung: Dieses Kapitel stellt die benötigten Geodaten, insbesondere 3D-Stadtmodelle und Geländemodelle, vor und beschreibt den Prozess der Lärmberechnung mit der Software SoundPLAN.
5 Visualisierung der berechneten Ergebnisse: Das Kapitel beschreibt die Umsetzung der berechneten Lärmpegel in ein interaktives Informationssystem (CityViewer), vergleicht verschiedene Berechnungsmethoden und diskutiert die Ergebnisse anhand des Projektgebiets.
6 Fazit: Das Fazit fasst die Ergebnisse der Arbeit zusammen, bewertet den Nutzen der dreidimensionalen Visualisierung und gibt einen Ausblick auf die zukünftige Entwicklung solcher Informationssysteme in der kommunalen Verwaltung.
Schlüsselwörter
Umgebungslärmrichtlinie, Straßenverkehrslärm, 3D-Stadtmodell, Lärmkartierung, Visualisierung, Stadtplanung, Fassadenpegel, CityGML, SoundPLAN, CityViewer, Öffentlichkeitsbeteiligung, Schallausbreitung, Belastetenzahlen, Lärmaktionsplan, Geodaten
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Master-Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Nutzung von 3D-Stadtmodellen zur Berechnung und interaktiven Visualisierung von Straßenverkehrslärm auf Basis der EU-Umgebungslärmrichtlinie.
Welche zentralen Themenfelder werden abgedeckt?
Die Arbeit behandelt die physikalischen Grundlagen von Lärm, die rechtlichen Anforderungen der EU-Umgebungslärmrichtlinie, die technische Datenbasis (3D-Stadtmodelle) und die interaktive Visualisierung von Berechnungsergebnissen.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Ziel ist es, ein Informationssystem zu entwickeln, das Lärmdaten für die Stadtverwaltung und Bürger dreidimensional und interaktiv visualisiert, um ein besseres Verständnis der Lärmsituation zu ermöglichen.
Welche wissenschaftlichen Methoden kommen zum Einsatz?
Es werden zwei Lärmberechnungsmethoden verglichen: eine strikt nach EU-Vorgaben mit fixen Immissionspunkten in 4 m Höhe und eine optimierte Methode, die basierend auf Gebäudedaten und Stockwerkshöhen präzisere Ergebnisse liefert.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil analysiert die Datengrundlagen, beschreibt die Berechnungsschritte mit der Software SoundPLAN und die anschließende Visualisierung der Ergebnisse im Programm CityViewer inklusive einer Evaluierung der Darstellungsgenauigkeit.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind 3D-Stadtmodelle, Lärmkartierung, Fassadenpegel, CityGML, Umgebungslärmrichtlinie und Öffentlichkeitsbeteiligung.
Warum wurde ein 3D-Modell anstelle von 2D-Lärmkarten gewählt?
3D-Modelle ermöglichen eine realistischere und intuitive Darstellung der Lärmausbreitung in die Höhe, was die Kommunikation zwischen Experten und der Bevölkerung signifikant verbessert.
Welche Limitationen wurden bei der Erstellung des Informationssystems identifiziert?
Zu den Herausforderungen gehören lange Rechenzeiten für das gesamte Stadtgebiet, die Qualität der Gebäudedaten (insb. Höhendaten) und datenschutzrechtliche Einschränkungen bei der Verteilung von Bevölkerungszahlen auf einzelne Gebäude.
Wie könnten künftige Erweiterungen des Systems aussehen?
Angedacht sind eine feinere Pegelskalierung (3 dB anstatt 5 dB), die Integration von weiteren Umweltdaten wie Feinstaub sowie eine direktere Verknüpfung der Lärmdaten mit den Gebäudeeigenschaften über das CityGML-Format.
- Arbeit zitieren
- M.Sc. Geographie Konstantinos Theodorou (Autor:in), 2011, Lärmberechnung und -visualisierung in dreidimensionalen Stadtmodellen auf Grundlage der EU-Umgebungslärmrichtlinie, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/211044
