(Instrumente der Fernerkundung und digitalen Analyse von Umweltdaten)

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1 Möglichkeiten des Umweltmonitorings ein Erfahrungsbericht aus Potsdam (Instrumente der Fernerkundung und digitalen Analyse von Umweltdaten) Steffen Tervooren 0

2 1. Historie 2. Daten und Methodik 3. Versiegelung / Grünvolumen 4. Analyse Versiegelung gesamt / Detail 5. Analyse Grünvolumen gesamt / Detail 6. Entwicklungstypen und ihre Darstellung 7. Biotopbewertung 8. Zusammenfassung und Ausblick

3 Historie Notwendigkeit eines Umweltmonitorings basierte in Potsdam auf: 1. Gesetzlichen Erfordernissen zum Schutz von Umwelt und Natur aus dem Bundesnaturschutzgesetz (BNatSchG) und dem Brandenburgischen Naturschutzgesetz (BbgNatSchG), 2. Beschluss der Stadtverordnetenversammlung der Landeshauptstadt Potsdam (Vorlage 07/SVV/0369), in geeigneter Weise den Grünverbrauch im gesamten Stadtgebiet zu ermitteln 3. Verantwortung der Landeshauptstadt den Bürgern verständliche Informationen zur Umweltsituation in Potsdam zu liefern und zu dokumentieren 4. Bedarf an Hilfestellungen für eine qualifizierte Planung, insbesondere für die Stadtentwicklung und Landschaftsplanung => ZIEL - abgestimmt => alle 6 Jahre eine neue Erfassung... Gewährleistung einer nachhaltigen sowie qualitativ hochwertigen Fortschreibung des Umweltmonitoring Kooperation mit UNIS &

4 Daten und Methodik 1. Fernerkundungsdaten 2. Fachdaten digitalisierte analoge CIR-Luftbilder (1992 / 1998) Satellitenbilder (1998 IRS, 2004 Quickbird, 2010 world view) hochauflösende multispektrale HRSC-Aufnahmen (2006) Laserscanbefliegung 2010 Regressionsbaummodellierung Biotoptypenkartierungen ATKIS Daten Versiegelungsdaten der EWP statistische Daten digitales Geländemodell des Landesvermessungsamtes (DGM25) weitere wie ALK, Stadtkarte inkl. Höheninformationen usw. Versiegelungsdaten* 1992 / (1998) / 2004 / 2010 Grünvolumendaten* 1992 / 2004 / 2010 * Bezugsflächenabgrenzung auf Grundlage der Biotoptypen- und Landnutzungsdaten

5 Datengrundlagen 1992 CIR aerial 1998 CIR aerial 1998 IRS 2004 Quick Bird 2006 HRSC 2006 HRSC DSM 2010 World view

6 Visuelle Interpretation versus Modellierung Versiegelung - Methodenvergleich verschiedene Erhebungsverfahren bergen verschiedene methodische Fehlerquellen, für Monitoring ist deshalb besonders wichtig, immer die gleiche Methode anzuwenden Ergebnisvergleich zwei verschiedener Erhebungsmethoden: visuelle Interpretation im Rahmen der Biotoptypenkartierung 1998 und 2004 Regressionsbaummodellierungen 1998 und 2004 trotz großer Spannen in den Klassen (Versiegelung: 0 %, <25 %, %,>75) sehr großer Unterschied in der Erfassung der versiegelten Fläche bei visueller Interpretation wird die Versiegelung kaum in die Versiegelungsklassen gering und mäßig, dafür häufig in die Versiegelungsklassen keine und stark eingestuft

7 Versiegelung - Nachbearbeitung Aufgrund der sehr heterogenen Bilddaten (spektrale und räumliche Auflösung sehr unterschiedlich) war Nacharbeit notwendig, um Monitoring möglichst fehlerfrei zu halten und keine falschen Änderungen durch die höheren Modellfehler 1992 und 1998 zu induzieren deshalb visuelle Kontrolle aller Flächen auf Veränderung in der Versiegelung von 1992 > 1998 > 2004 > 2010 Übernahme des genauesten Modells (2004 / 2010) für unveränderte Flächen

8 Grünvolumen Bereich Bereich Umwelt Umwelt und Natur und Natur Untere Landeshauptstadt Naturschutzbehörde Potsdam 0

9 Grünvolumen - Methoden - Ablaufschema Input Biotoptypenkartierung Oberflächenmodell Geländemodell QuickBird Daten Regressionsbaummodellierung Referenzwerte von 250 Blöcken Modell für 250 Blöcke automatische Regeln Min, Max, Mittel, Sd Texturen NDVI überwachte Klassifikation unüberwachte Klassifikation alle Blöcke Potsdams Grünvolumen pro Block

10 Grünvolumen - Methoden Referenzdatenerhebung Berechnung der Vegetationshöhe und des Grünvolumens pro Klasse:

11 Versiegelung und Grünvolumen Potsdam ist laut Leibniz-Institut für ökologische Raumentwicklung im bundesweiten Vergleich kreisfreier Städte bezüglich Versiegelungsgrad im unteren Drittel und Vegetationsvolumen im oberen Drittel Grünvolumen und Versiegelung Potsdam 1992 Grünvolumen und Versiegelung Potsdam

12 Entwicklung Versiegelung und Grünvolumen Entwicklung Grünvolumen Versiegelung mit Teilräumen 12

13 Versiegelung Gesamtversiegelung in Teilräumen absolut / Entwicklung 100 ha 80 ha (Scheinbar)-Entsiegelung mit Ausnahmen durch Flächenüberwuchs: aufgelassenes Gewerbe (Industriegebiet), Rückbau etc. 60 ha Versiegelung [ha] ha 20 ha Differenz [ha] 50 0 ha 0 Industrie-Gebiet P-Süd Versiegelung 1992 Versiegelung 2004 Differenz -20 ha Anm.: absolute Flächenwerte (beachte Teilraumgröße) Gesamtentwicklung der Versiegelung ,2 % 10,6 % 11,1 % 13

14 Versiegelung 250 Gesamtversiegelung in Teilräumen absolut / Entwicklung 100 ha Schwerpunkt durch bauliche Aktivitäten im Bereich erwartungsgemäß 1. neue Ortsteile ha 60 ha Versiegelung [ha] ha 20 ha Differenz [ha] 50 0 ha 0 Versiegelung 1992 Versiegelung 2004 Differenz Neu Fahrland/ Kirchberg/Krampnitz Satzkorn/Fahrland/Kartzow -20 ha Anm.: absolute Flächenwerte (beachte Teilraumgröße) Gesamtentwicklung der Versiegelung ,2 % 10,6 % 11,1 % 14

15 Versiegelung 250 Gesamtversiegelung in Teilräumen absolut / Entwicklung 100 ha Schwerpunkt durch bauliche Aktivitäten im Bereich erwartungsgemäß ha 2. innenstadtnahe Verdichtungsbereiche 60 ha Versiegelung [ha] ha 20 ha Differenz [ha] 50 0 ha 0 Südl. Innenstadt -20 ha Anm.: absolute Flächenwerte (beachte Teilraumgröße) Gesamtentwicklung der Versiegelung Versiegelung 1992 Versiegelung 2004 Differenz 9,2 % 10,6 % 11,1 % 15

16 Grünvolumen Visualisierung Grünvolumen Hermannswerder / Sanssouci 16

17 Grünvolumen in den Teilräumen absolut / Entwicklung 17 1,5 1,0 0,5 0,0-0,5-1,0-1,5-2,0-2,5 Grünvolumenzahl [m³/m²] Forst Potsdam Süd / Potsdamer Heide Wildpark / Pirschheide Waldstadt / Schlaatz Industriegebiet Potsdam Süd Teltower Vorstadt mit Telegrafenberg Templiner Vorstadt mit Hermannswerder Nutheniederung Drewitz / Kirchsteigfeld Parforceheide Stern / Musikerviertel Babelsberg Süd / Medienstadt Babelsberg Nord Klein Glienicke Park Babelsberg Zentrum-Ost Südliche Innenstadt / Sacrow/Königswald Pfingstberg / Alexandrowka / Neuer Garten Nördliche Innenstadt Berliner Vorstadt Brandenburger Vorstadt / Potsdam West Sanssouci / Lindstedt Bornstedter Feld Bornim / Bornstedt Katharinenholz / Windmühlenberg / Zachelsberg Eiche / Golm Bornimer Feldflur / Schlangenbruch / Grube Große Wiese / Golmer Luch Neu Fahrland / Kirchberg / Krampnitz Ferbitzer Bruch / Döberitzer Heide Satzkorn / Fahrland / Kartzow Paaren Marquardt / Fahrländer Wiesen Uetz Groß Glienicke Sümpelfichten / Groß Glienicker Heide Differenz [m³/m²] Grünvolumen gvz92 gvz04 gvzdiff92-04 erwartungsgemäß Wachstum in den bewaldeten Teilräumen Gesamtentwicklung des Grünvolumens ,4 m³/m² 5,3 m³/m² Forst P-Süd/ Potsdamer Heide Wildpark/Pirschheide

18 Grünvolumen in den Teilräumen absolut / Entwicklung 18 1,5 1,0 0,5 0,0-0,5-1,0-1,5-2,0-2,5 Grünvolumenzahl [m³/m²] Forst Potsdam Süd / Potsdamer Heide Wildpark / Pirschheide Waldstadt/Schlaatz / Industriegebiet Potsdam Industrie-Gebiet P-Süd Teltower Vorstadt mit Telegrafenberg Templiner Vorstadt mit Hermannswerder Nutheniederung Drewitz / Kirchsteigfeld Parforceheide Stern / Musikerviertel Babelsberg Süd / Medienstadt Babelsberg Nord Klein Glienicke Park Babelsberg Zentrum-Ost Südliche Innenstadt Königswald / Sacrow Pfingstberg / Alexandrowka / Neuer Garten Nördliche Innenstadt Berliner Vorstadt Brandenburger Vorstadt / Potsdam West Sanssouci / Lindstedt Bornstedter Feld Bornim / Bornstedt Katharinenholz / Windmühlenberg / Zachelsberg Eiche / Golm Bornimer Feldflur / Schlangenbruch / Grube Große Wiese / Golmer Luch Neu Fahrland / Kirchberg / Krampnitz Ferbitzer Bruch / Döberitzer Heide Satzkorn / Fahrland / Kartzow Paaren Marquardt / Fahrländer Wiesen Uetz Groß Glienicke Sümpelfichten / Groß Glienicker Heide Differenz [m³/m²] Grünvolumen gvz92 gvz04 gvzdiff92-04 aufgelassene Flächen und stilles Wachstum bebauter Teilräume => vgl. Rückgang der Versiegelung Gesamtentwicklung des Grünvolumens ,4 m³/m² 5,3 m³/m² Neu Fahrland/ Kirchberg/Krampnitz

19 Grünvolumen in den Teilräumen absolut / Entwicklung 19 1,5 1,0 0,5 0,0-0,5-1,0-1,5-2,0-2,5 Grünvolumenzahl [m³/m²] Forst Potsdam Süd / Potsdamer Heide Wildpark / Pirschheide Waldstadt / Schlaatz Industriegebiet Potsdam Süd Teltower Vorstadt mit Telegrafenberg Templiner Vorstadt mit Hermannswerder Nutheniederung Drewitz / Kirchsteigfeld Parforceheide Stern / Musikerviertel Babelsberg Süd / Medienstadt Babelsberg Nord Klein Glienicke Park Babelsberg Zentrum-Ost Südliche Innenstadt Königswald / Sacrow Pfingstberg / Alexandrowka / Neuer Garten Nördliche Innenstadt Berliner Vorstadt Brandenburger Vorstadt / Potsdam West Sanssouci / Lindstedt Bornstedter Feld Bornim / Bornstedt Katharinenholz / Windmühlenberg / Zachelsberg Eiche / Golm Bornimer Feldflur / Schlangenbruch / Grube Große Wiese / Golmer Luch Neu Fahrland / Kirchberg / Krampnitz Ferbitzer Bruch / Döberitzer Heide Satzkorn / Fahrland / Kartzow Paaren Marquardt / Fahrländer Wiesen Uetz Groß Glienicke Sümpelfichten / Groß Glienicker Heide Differenz [m³/m²] gvz92 gvz04 gvzdiff92-04 isolierte Betrachtung schlechte Unterscheidung zwischen Brachfallen und aktiver ökologischer Siedlungsentwicklung => vgl. hier gleichzeitig mehr als 10% Neuversiegelung Gesamtentwicklung des Grünvolumens ,4 m³/m² 5,3 m³/m² Groß Glienicke Grünvolumen

20 Grünvolumen in den Teilräumen absolut / Entwicklung 20 1,5 1,0 0,5 0,0-0,5-1,0-1,5-2,0-2,5 Grünvolumenzahl [m³/m²] Forst Potsdam Süd / Potsdamer Heide Wildpark / Pirschheide Waldstadt / Schlaatz Industriegebiet Potsdam Süd Teltower Vorstadt mit Telegrafenberg Templiner Vorstadt mit Hermannswerder Nutheniederung Drewitz / Kirchsteigfeld Parforceheide Stern / Musikerviertel Babelsberg Süd / Medienstadt Babelsberg Nord Klein Glienicke Park Babelsberg Zentrum-Ost Südliche Innenstadt Königswald / Sacrow Pfingstberg / Alexandrowka / Neuer Garten Nördliche Innenstadt Berliner Vorstadt Brandenburger Vorstadt / Potsdam West Sanssouci/Lindstedt / Bornstedter Feld Bornim / Bornstedt Katharinenholz / Windmühlenberg / Zachelsberg Eiche / Golm Bornimer Feldflur / Schlangenbruch / Grube Große Wiese / Golmer Luch Neu Fahrland / Kirchberg / Krampnitz Ferbitzer Bruch / Döberitzer Heide Satzkorn / Fahrland / Kartzow Paaren Marquardt / Fahrländer Wiesen Uetz Groß Glienicke Sümpelfichten / Groß Glienicker Heide Differenz [m³/m²] Grünvolumen gvz92 gvz04 gvzdiff92-04 andere Hinweise auf Tendenzen durch Vergleiche vergleichbarer Nutzungen möglich (z.b. bei den Parks) Gesamtentwicklung des Grünvolumens ,4 m³/m² 5,3 m³/m² Park Babelsberg

21 Entwicklungstypen - Definition Entwicklung der Versiegelung Zusammenführen der Parameter Städtebauliche Entwicklungstypen Entwicklung des Grünvolumens steigt sinkt sinkt Typ A Typ B2 steigt Typ B1 Typ C 1. Typ A 2. Typ B1 Aufwertung / Wohnumfeldverbesserung Nutzungsaufgabe / Nichtnutzung Rückeroberungsprozess der Natur Bsp.: Gewerbe, A+E Flächen, Großsiedlungen Plangerechte Stadtentwicklung Berücksichtigung grünordnerischer Belange Bsp.: 3. Typ B2 4. Typ C - ausgewogene B-Pläne (Altes Rad etc.), - grünbegleiteter Wegebau Aktiver Abriss und Rückbau Nutzungsänderung (Aufgabe Landwirtschaft) Bsp.: milit. Konversionsflächen, unausgewogene B- Pläne ehemalige Plantagen Bereiche der planmäßigen Stadtentwicklung ohne / mit eingeschränkter Rücksichtnahme umweltspezifischer Belange oder noch fehlender Umsetzung Bsp.: Innenstädte, Straßenraum Für Datensätze ohne Datengrundlage Typ=0 21

22 Entwicklungstypen - Darstellung Vorüberlegungen bestätigen sich: Typ A (Nichtnutzung - Gewerbe,..): Industriegebiet Potsdam Süd 22

23 Entwicklungstypen - Darstellung Vorüberlegungen bestätigen sich: Typ B1 ( grüne Stadtentwicklung,...): Groß Glienicke - beplant 23

24 Entwicklungstypen - Darstellung Vorüberlegungen bestätigen sich: Typ B2 (Aufgabe Landwirtschaft - Obstbau,..): Marquardt ( frischer Abbruch Alter Baustrukturen) Brauerei Babelsberg 24

25 Entwicklungstypen - Darstellung Vorüberlegungen bestätigen sich: Typ C ( graue Stadtentwicklung,..): Groß Glienicke unbeplant Babelsberg frisch beplant ( unausgewogene Bebauungspläne) Ravensbergsiedlung 25

26 Fazit Methoden Für das Monitoring von Versiegelung und Grünvolumen in Folgejahren sind folgende methodische Standards zu empfehlen: Nutzung der gleichen Bezugsgeometrie (2010 gegeben) methodisch einheitliche Vorgehensweise (Regressionsbaummodellierung), ermöglicht exakte Angabe des Versiegelungsgrads / Grünvolumen pro Bezugsfläche sowie die genaue Abschätzung der Modellfehler (2010 gegeben) Nutzung höchstauflösender, digitaler multi- oder hyperspektraler Fernerkundungsdaten mit einer räumlichen Auflösung < 1m mit mindestens 4 Spektralkanälen (darunter G, R und NIR) (2010 gegeben) Wünschenswert wären jeweils aktuelle, genaue und über alle Biotoptypen verteilte Referenzdaten (2010 gegeben)

27 Biotopbewertung 1. Fachdaten Biotoptypenkartierungen gemäß Brandenburger CIR Kartieranleitung (1999) in 12 Hauptgruppen mit etwa 450 differenzierten Untergruppen (nach Ausprägungen und anderen Einflüssen) Einstufung Bedeutung/ Empfindlichkeit 2. Klassen Zuordnung hohe Bedeutung / Empfindlichkeit mittlere Bedeutung / Empfindlichkeit eingeschränkte Bedeutung / gering beeinträchtigend beeinträchtigende bis zu stark belastenden Biotopen Wertstufen nach KAULE (1991) Iterativer Zuordnungs- und Bewertungsprozess seitens Mitarbeiter und Planungsbüro Im Bewertungsprozess Prüfung auf Konsistenz und Stimmigkeit Endgültige Bewertung über Datenbank (Access) Berücksichtigung Flächengröße, Versiegelung, Grünvolumen möglich Abgabe der Information im Rahmen von Bewertungsverfahren anderer Gutachten bestätigt Werteinstufungen 3. Interpretation Zuordnung 27

28 Biotopbewertung Beispiel für Biotopwertzuordnungen und Zuordnungsschlüssel (AccessDB) Biotop- Hauptgr. Biotop- Untergr. Biotope Kaule (Basiswert) Flaechenkrit. (Aufwertung ha) Aufwertung (gem. Flächenkrit) Quellen 7 0, Bäche Flüsse Gräben Kanäle Schwimmblattgesellschaften 7 0, Röhricht 7 0, Bauwerke in / an Fließgewässern Wehr, Sohlabsturz 1 0 0

29 Biotopbewertung 6000, , ,00 ha 3000,00 ha 1992 ha , ,00 0,

30 Biotopbewertung 30

31 Planungskategorie des Flächennutzungsplans Monitoring Flächenentwicklung Angenommener Versiegelungsgrad % Angenommener Biotopwert KAULE Wohnbaufläche W 1 (GFZ 0,8 1,6) 60 2 Wohnbaufläche W 2 (GFZ 0,5 0,8) 55 3 Wohnbaufläche W 3 (GFZ 0,2 0,5) 40 3 Gemischte Baufläche M 1 (GFZ 0,8 1,6) Gemischte Baufläche M 2 (GFZ 0,5 0,8) Gewerbliche Baufläche 80 1 Sonderbaufläche 80 2 Sonderbaufläche mit hohem Grünanteil 40 4 Gemeinbedarfsfläche 80 2 Straßenhauptnetz 90 1 Bahnanlage / Bahnhöfe 90 1 Ver- und Entsorgungsanlage 80 1

32 Monitoring Möglichkeiten Etablierung anerkannter und neuer Standards als Kontrollinstrument GVZ Grünvolumenzahl neben GFZ und GRZ basierend auf realen Flächen und Volumen (3D!) sich an harten Zahlen reiben Nutzung heutiger neuer Techniken und Sensoren Stärkung der Prognosemöglichkeiten >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> Bewertung und sachbezogene Debatte der Zustände im Stadtgebiet ist deutlich erleichtert. Absolute Fehlerfreiheit der Daten zugunsten schneller Übersicht nicht der primärer Anspruch aber immer Verifizierung der Ergebnisse bei Einzelvorhaben WUNSCH DISKUSSION AN DEN DATEN nicht über Grundsätze!

33 Monitoring Ausblick und Möglichkeiten Verknüpfung mit weiteren Informationsmöglichkeiten zur Darstellung von Parametern wie Erosion, Abfluss, Klimaanpassung etc. stärkere Verknüpfungen z.b. zu Informationen über den Boden, der EWP, den Grünflächen und der ProPotsdam (Baumkataster) möglich Stärkere Validierung der Daten und Ergebnisse mit anderen Regionen Etablierung als Kontrollinstrument städtischer Planung, vor allem deren umweltrelevante Wirksamkeit Statistische Analyse Untersuchungsparameter => Analyse einzelner Wirkungszusammenhänge... Und damit wissenschaftliche Verifizierung 2010-Analyse abschließen 33

34 PUBLIKATIONEN

35 Methodik weitgehend automatisierte Wertberechnung durch Modellentwicklung - realisierbar Indikatorenauswahl als Basis des Umweltmonitorings - erweiterbar erster Ansatz zu Auswertungsmöglichkeit mittels Parameterkombination - hilfreich Steffen Tervooren Stadtverwaltung Inhalt Potsdam SG Umweltmonitoring natürliche Flächen entsprechen weitgehend gedachter Entwicklung Bereich (natürliches Umwelt Wachstum und Natur der Wälder, Flächenschutz etc.) heterogene Musterverteilung; insbesondere in innerstädtischen Bereichen Friedrich Darstellung Ebert Straße von Gebieten 79 -mit 81unzureichender Rücksichtnahme auf naturschutzrechtliche Belange POTSDAM Ausblick und Möglichkeiten Tel.: Fax.: pdf: : DANKE FÜR IHRE ZEIT Verknüpfung mit weiteren Informationsmöglichkeiten zur Darstellung von Parametern wie Erosion, Abfluss, Klimaanpassung etc. stärkere Verknüpfungen z.b. zu Informationen über den Boden, der EWP, den Grünflächen und der ProPotsdam (Baumkataster) möglich Etablierung als Kontrollinstrument städtischer Planung, vor allem deren umweltrelevante Wirksamkeit weitergehende Betrachtung von Biotopwertigkeiten im Zusammenhang mit den anderen vorhandenen Indikatoren => Analyse einzelner Wirkungszusammenhänge...!!! 35