Forschungsbereich. Monitoring der Siedlungs- und Freiraumentwicklung

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1 Forschungsbereich Monitoring der Siedlungs- und Freiraumentwicklung

2 Gegenstand der Forschung Schaffung methodischer Grundlagen für die Beobachtung, Beschreibung e und Erklärung der Entwicklung des Raumes Entwicklung von Monitoring- und Analyseverfahren um Zustand und Veränderung der Flächennutzung räumlich hochauflösend und zeitlich vergleichbar zu beschreiben sowie Prognoseverfahren um den Flächenbedarf für Wohnansprüche zu prognostizieren

3 Monitoring Prognose Vergangenheit Gegenwart Zukunft Ziele Gebäudebasierte Erhebung der Siedlungsstruktur Erhebung der Gebäude-, Siedlungsund Freiraumstruktur Kleinräumige i Prognose des Nachfragepotenzials nach Flächen für Wohnungsneubau Datengrundlagen Topographische Karten Geobasisdaten, Geofachdaten, Statistische Daten Regionalstatistik, Mikrozensus, IÖR-Monitordaten, SOEP IÖR-Wohnungs- prognosesystem Verfahren (Grundlagenforschung) SEMENTA -CHANGE Automatisierte GIS- Analysen, SEMENTA Anwendung Monitor der Siedlungs- und (Wiss. Freiraumentwicklung (IÖR-Monitor) Dienstleistung) Rechenprogramm Kommunale Wohnungsnachfrageprognose

4 Methodenspektrum Topographische Rasterkartenanalyse Klassifikation und Segmentierung sehr hochauflösender h Bild- und Laserscandaten Datenharmonisierung, semantische Integration GIS-Analysen in automatisierten ti i t Prozessketten Multikriterielle Bewertungsmethoden Modellierung und Simulation stochastischer Prozesse Visualisierung räumlicher Entwicklungen

5 Ausgewählte Ergebnisse Automatische ti Bestimmung siedlungsstruktureller Kennzahlen IÖR-Monitor IÖR-Wohnungsprognosesystem Internet-Rechenprogramm net Kommunale Wohnungsnachfrageprognose g g Nachholbedarf Individuelle Wohnwünsche nachfragender Haushalte, die im Bestand nicht befriedigt werden können Sonstiger Wohnungsneubau Wohnungsersatzbedarf Wohnungsneubedarf

6 SettlementAnalyzer SEMENTA Vollautomatisches Programm als ArcGIS TM Extension Verfahrensgrundlage: Patent: DE B4 Verfahren und Anordnung zur automatischen Bestandserfassung und Analyse von Siedlungsstrukturen ren aus digitalisierten topographischen Karten Datengrundlage: Top. Karte 1: ATKIS Basis-DLM

7 Workflow SEMENTA Siedlungsstrukturelle Kennzahlen Gebäudedichte, di Überbauungsgrad, b Geschossflächendichte, Gebäudevolumen Wohnungs- und Einwohnerzahl, etc. Baublockklassifikation: 7 Wohn- und 2 Nichtwohnnutzungstypen O utput Verknüpfung mit gebäudetypischen Kennwerten: Geschosszahl, Wo, EW Gebäudeklassifikation: 7 Wohn- und 2 Nichtwohnnutzungstypen Gebäudeextraktion und Vermessung: Bildverarbeitung, OCR, Template Matching Siedlungsgliederung ATKIS Basis-DLM Topographische Karte TK25, DTK25-(V) Inpu ut

8 Strukturtypen der Wohnbebauung MFH (geschlossen e Bauweise) G11 MFH- Bebauung (freistehend) G12 Zeilen- bebauungb (traditionell) G21 Zeilenbebauung (industriell) G22 Hochhausbebauung G23 Reihenhausbebauung G32 EZFH- Bebauung G31 Weitere in Arbeit (Industriegebäude, Nebengebäude, Garagen)

9 SEMENTA - Programmergebnisse Siedlungsstrukturelle Kennwerte -Gebäudegrundflächen / Überbauungsgrad -Gebäudetyp (7 Wohnnutzung, 2 Nichtwohnnutzung) -Gebäudeanzahl / -dichte -Geschossflächen / -dichte -Gebäudevolumen / -dichte -Wohnungszahl /-dichte -Einwohner /-dichte Ergebnislayer (Shapefile mit siedlungsstrukturellen Kennwerten) -Gebäudelayer -Baublocklayer -Gemeindelayer Statistikausgabe in *csv-datei -Gesamtstatistik (Gebiet) -Strukturtypenspezifische Statistik -Gebäudetypenspezifische Statistik

10 SEMENTA - Gebäude- und Baublockklassifikation Bebauungstyp Baublockgrenzen aus dem ATKIS Basis- DLM Vermessungsverwaltungen der Bundesländer und BKG (

11 SEMENTA - Geschossflächendichte Geschossflächendichte (Baublockbezug) Baublockgrenzen aus dem ATKIS Basis- DLM Vermessungsverwaltungen der Bundesländer und BKG (

12 SEMENTA - Gebäudevolumendichte Gebäudevolumendichte (m³/m²) Baublockgrenzen aus dem ATKIS Basis- DLM Vermessungsverwaltungen der Bundesländer und BKG (

13 SEMENTA - Einwohnerdichte in Rasterzellen Einwohner pro ha 500 m 250 m 125 m DTK25-V Vermessungsverwaltungen der Bundesländer und BKG (

14 SEMENTA -CHANGE Gebäudebestandsentwicklung km

15 SEMENTA -CHANGE - Bilanzierung Gebäude- und Siedlungsflächenentwicklung

16 Ergebnis: Verhältnis Innen- zu Außenentwicklung Verhältnis von Bebauung im Bestand vs. "Grüne Wiese" 1,0 > 1,0-1,5 > 1,5-2,0 Sonsbeck 04(Min) 0,4 > 2,0-2,5 > 2,5 D NL Duisburg " Essen " Viersen 3,9 (Max) Krefeld " Düsseldorf " Wuppertal " 0 10 km Mönchengladbach " *berechnet über die Geschossfläche der Wohnbauflächen und Flächen gemischter Nutzung Regierungsbezirk Düsseldorf

17 Wissenschaftliche Dienstleistung IÖR-Monitor

18 Flächenschema IÖR-Monitor Identische Flächennutzungssicht wie neues ATKIS und ALKIS

19 Detail- Viewer (ß-Version) - WebGIS - Geo-Dienste unterlegbar

20 Geplante Indikatorenentwicklungen t i kl FB Landschaften Zerschneidung, Vielfalt, Naturnähe, Gefährdung von Schutzgebieten, Störungsintensität, Dichte Landschaftselemente, Qualität Erholungsgebiete FB Ressourceneffizienz Bewertung von Siedlungsstrukturen, Gebäudestofflager und -stoffströme, Energie, Infrastrukturnetze FB Umweltrisiko bauliche Entwicklung in Überschwemmungsgebieten, Schadenspotenziale, Flächennutzung in Einzugs- und Überschwemmungsgebieten, Vulnerabilitäts- und Risikoindikatoren

21 Ausgewählte Ergebnisse Automatische Bestimmung siedlungsstruktureller Kennzahlen IÖR-Monitor IÖR-Wohnungsprognosesystem Internet-Rechenprogramm Kommunale Wohnungsnachfrageprognose Sonstiger Wohnungsneubau Nachholbedarf Individuelle Wohnwünsche nachfragender Haushalte, die im Bestand nicht befriedigt werden können Wohnungsersatzbedarf Wohnungsneubedarf

22 Kleinräumige Wohnungsprognosen g Inhaltliche Spezifik Bevölkerungsprognosen auch unter Einwohner Haushaltsprognose nach Haushaltstypen: Lebensphasenansatz Wohnwünsche der Haushaltstypen: Wohnrechtsform, sektorale Wohnungsteilmärkte Nachfragepotenzial nach Wohnungsneubau Modell- und Methodenspezifik Stochastischer Modellansatz (Markov-Prozesse) Modellgestützte Annahmen (Veränderungen der Rahmenbedingungen) Demographietypen Anwendungsbeispiel Bevölkerung ex post Bevölkerung ex ante Nachfragepotenzial Wohnungsneubau Auftraggeber: Arbeitsgemeinschaft Baden-Württembergischer Bausparkassen, Quelle: Eichhorn et al. 2009

23 Ziele von Wohnungsbauprognosen Wohnungsneubaubedarf b Zahl der zukünftig neu zu bauenden Wohnungen für eine quantitativ ausreichende Versorgung der Haushalte mit Wohnraum bei normativer Versorgungsgrad: (pro Haushalt eine Wohnung) Nachfragepotenzial nach Wohnungsneubau Potenzial des zukünftigen Wohnungsneubaus für eine quantitativ ausreichende Versorgung der Haushalte mit Wohnraum bei gleichzeitiger Berücksichtigung der: Wohnwünsche der Haushalte Einbeziehung vorhandener Wohnungsangebote Grundversorgung Wunschversorgung Wohnungsbedarfsprognosen Wohnungsnachfragepotenzialprognosen

24 IÖR-Wohnungsprognosesystem Ex post M1: Regionale Wohnungsteilmärkte M2: Wohnungsmarktbeobachtung Ex-post M3: Sektorale Wohnungsteilmärkte Ex ante Wohnungsnachfragepotenzial Wohnungsangebotspotenzial M4: Bevölkerungsentwicklung g M7: Angebotsentwicklung M5: Haushaltsentwicklung M6: Nachfragepotenzial Internetrechenprogramm M8: Wohnungsmarktentwicklung M9: Nachfragepotenzial nach Wohnungsneubau M10: Potenzieller Wohnungsleerstand M11:Nachfragepotenzial nach Flächen für Wohnungsneubau kontinuierliche Weiterentwicklung automatisiert Im Aufbau

25 Internet-Rechenprogramm Kommunale Wohnungsnachfrageprognose Differenzierung der Nachfrage Nachfragergruppen Programmnutzung Über gerechnete Prognosen durch Programmnutzer Wohnungsteilmärkte

26 Vernetzung Schwerpunkte der Forschung Forschungsbereich Monitoring FB Landschaften Landschaftsstruktur- und Schutzindikatoren Methodische Unterstützung raumbezogener, empirischer Forschung Methodenkompetenz GIS, Fernerkundung, Programmierung, Mathematik, Statistik FB Ressourceneffizienz Bau- und Stoffstromindikatoren FB Umweltrisiken Vulnerabilitäts- und Risikoindikatoren Indikatorentwicklung Karteninterpretation IÖR-Monitor Indikatorenberechnung Visualisierung Datenbereitstellung

27 Ausgewählte Ergebnisse Automatische Bestimmung siedlungsstruktureller Kennzahlen und Indikatoren (SEMENTA, SEMENTA-CHANGE) Wohnungsprognosesystem sowie Internetrechenprogramm Kommunale Wohnungsnachfrageprognose Ableitung von Informationen aus Fernerkundungsdaten (Segmentierungsqualität, Grünvolumenbestimmung, Eisenbahninfrastruktur) Bewertungs- und Visualisierungstechnologien (Stadtteilmonitoring) Transformation von Monitoringverfahren (Datenhomogenisierung) GI-Einsatz in der Stadtentwicklungsplanung (GENIUS) Wissenschaftliche Dienstleistungen: IÖR-Monitor, IÖR-Wohnungsprognose Ergebnispräsentation Dresdner Flächennutzungssymposium (jährlich seit 2009)

28 Angestrebte Innovationen Automatisierte Abgrenzung, Klassifizierung und quantitative Beschreibung von Siedlungsräumen auf Grundlage topographischer Geodaten Automatisierte Bestimmung des Verhältnisses von Bestands- zu GrüneWiese-Entwicklungen (zur Abbildung von Innen- zu Außenentwicklung) Weiterentwicklung von Verfahren zur Verknüpfung von Geo- und Statistikdaten Beiträge zur Homogenisierung von Geoinformationen Bestimmung des Nachfragepotenzials nach Wohnbauland und Wohnungsleerstand (Ausbau Wohnungsprognosesystem)

29 Ziele Gebäudebasierte Siedlungsstrukturanalyse mittels SEMENTA wird auch für ländliche Räume ermöglicht und auf Nutzung der neuen Generation digitaler Geodaten (AAA-Modell) angepasst (Entwicklung SEMENTA 2.0) Es werden siedlungsstrukturelle Kennzahlen und Indikatoren kleinräumig automatisiert berechnet und deutschlandweit im Monitor der Siedlungs- und Freiraumentwicklung bereitgestellt (Anwendung SEMENTA 2.0) Für spätere internationale Anwendung der Monitoringverfahren wird ein erstes Homogenisierungsverfahren nationaler Geobasisdaten entwickelt (Beispiel ATKIS-ZABAGED) Beiträge für die automatisierte Erhebung von Siedlungsstrukturinformationen aus analogen Karten und hochauflösenden Bilddaten erarbeitet (insbesondere Bildsegmentierung) Wohnungsprognosesystem wird weiterentwickelt und um das Modul Nachfragepotenzial Wohnbauland ergänzt IÖR-Monitor wird laufend ergänzt (Aktualisierungen, erweiterte Inhalte, Detailviewer)

30 Längerfristige Leitfragen Wie kann räumliche Entwicklung von Siedlung und Freiraum auf Grundlage von Geobasis- und Statistikdaten im Blick auf dauerhaft umweltgerechte Raumentwicklung beschrieben und visualisiert werden? Wie können automatisiert Flächennutzungsinformationen retrospektiv aus analogen Kartenwerken erhoben werden? Welche Indikatoren sind für Entwicklungsbeschreibung Einschätzung der Erreichung siedlungs- und freiraumpolitischer Ziele geeignet? Wie kann Flächenentwicklung kleinräumig mithilfe modellgestützter Szenarien auf Basis der Bevölkerungs-, Haushalts- und Wohnungsmarktentwicklung semiautomatisiert prognostiziert werden? Wie finden GIS-technisch erzeugte und aufbereitete Informationen zur Siedlungs- und Freiraumentwicklung Eingang in Planungs- und Entscheidungsprozesse und welche Wirkungen können sie entfalten? Wie können die entwickelten Monitoring- i und Prognoseverfahren für die Anwendung in anderen Ländern adaptiert werden?

31 Forschungsfragen (Auswahl) Wie kann die Siedlungsstruktur retrospektiv aus analogen Kartenwerken erhoben werden? Wie können Siedlungsgebiete automatisch und robust abgegrenzt und gegliedert und klassifiziert werden (Innen-, Außenbereich usw.)? Wie lässt sich die Entwicklung von Siedlung und Freiraum und deren Veränderung auf Grundlage von Rasterzellenmodellen beschreiben? Wie können Geobasis- und -fachdaten mit Statistikdaten kombiniert werden, um verlässliche Daten hoher räumlicher Detailschärfe zu generieren? Wie kann die Wohnbaulandentwicklung auf Grundlage eines Prognosemodells über die Teilmodelle Bevölkerungs-, Haushalts-, Wohnungsnachfrage-, Angebots, Leerstands- und Neubauentwicklung kleinräumig zuverlässig prognostiziert werden?

32 Ausblick Deutschlandweite gebäudebasierte Siedlungsstrukturanalyse (SEMENTA 2.0) Beiträge zur kleinräumigen Regionalstatistik auf Rasterzellenbasis (DFG-Projekt ME 1592/3-1) Weiterentwicklung und Teilautomatisierung kleinräumiger Wohnungs- und Wohnflächenprognosen Übertragung der Monitoringtechnologien für internationale Anwendungen Entdeckung von Regelhaftigkeiten der Siedlungsentwicklungen durch Urban Data Mining IÖR-Monitor wichtigstes Informationsportal zur Flächennutzungsentwicklung in Deutschland