Beitrag des Informationsmanagements für den Einsatz neuer Fernerkundungsdaten in der städtischen Planung

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1 Beitrag des Informationsmanagements für den Einsatz neuer Fernerkundungsdaten in der städtischen Planung am Beispiel der Stadtbiotoptypenkartierung mit Flugzeugscannerdaten in Berlin vorgelegt von Diplom - Geographin Tobia Maike Lakes Von der Fakultät VI der Technischen Universität Berlin zur Erlangung des akademischen Grades Doktor der Ingenieurwissenschaften -Dr.-Ing.- genehmigte Dissertation Promotionsausschuss: Vorsitzender: Prof. Dr. Volkmar Hartje 1. Gutachter: Prof. Dr. Hartmut Kenneweg 2. Gutachter: Prof. Dr. Birgit Kleinschmit Tag der wissenschaftlichen Aussprache: Berlin 2006 D 83

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3 Zusammenfassung: Schlagworte: Fernerkundung, Biotopkartierung, Landschaftsplanung, Stadtplanung, Informationsmanagement, WebGIS Seit einigen Jahren nimmt die Anzahl an verfügbaren Fernerkundungstechnologien stark zu. Räumlich sehr hoch auflösende Daten und differenzierte Methoden eröffnen neue Einsatzbereiche in der Landschafts- und Stadtplanung. Allerdings findet der tatsächliche Transfer dieser neuen Technologien in die Planungspraxis, d. h. die Operationalisierung, nur sehr eingeschränkt statt. In dieser Arbeit wird der operationelle Einsatz neuer Flugzeugscannerdaten am Beispiel der Stadtbiotoptypenkartierung in Berlin analysiert. Neben dem technologisch Möglichen, werden diejenigen Einflussfaktoren untersucht, die eine fördernde oder hemmende Wirkung auf die Operationalisierung neuer Fernerkundungsdaten in der Planungspraxis ausüben. Besonders berücksichtigt werden die Auswirkungen aktueller Entwicklungen von webbasierten Geoinformationssystemen (WebGIS) auf den Umgang mit Geodaten. Sehr hoch auflösende Flugzeugscannerdaten werden visuell und teilautomatisiert (pixelbasiert) für ausgewählte Untersuchungsgebiete in Berlin interpretiert und ihre Einsatzmöglichkeiten für die Stadtbiotoptypenkartierung diskutiert. Des Weiteren wird mithilfe eines Informationsmanagementansatzes der Umgang mit Fernerkundungsdaten in der Berliner Planungspraxis untersucht. Hierzu werden Literaturanalysen, eigene Anwendungen des untersuchten Berliner WebGIS FIS-Broker und problemzentrierte Experteninterviews mit Vertretern aus der freien Wirtschaft, Verwaltung und Forschung eingesetzt. Die Ergebnisse zeigen die Einsatzmöglichkeiten der untersuchten Flugzeugscannerdaten für die Stadtbiotoptypenkartierung als Alternative zur etablierten Luftbildauswertung auf. Eine vollständig automatisierte Auswertung der Daten ist nicht möglich; eine kombinierte visuelle und pixelbasierte Klassifikation wird jedoch als eine operationelle Methode eingestuft. Am Beispiel der Flugzeugscannerdaten wird darüber hinaus deutlich, dass weniger die technologischen Möglichkeiten den operationellen Einsatz der Daten hemmen, als vielmehr andere Faktoren, nämlich finanzielle, rechtliche, personelle und organisatorische Faktoren. Des Weiteren wird am Beispiel des Berliner WebGIS FIS-Broker gezeigt, dass die gegenwärtigen Entwicklungen der WebGIS die Operationalisierung neuer Fernerkundungsdaten für Planungsprozesse unterstützen können, dies in Berlin jedoch bislang nur eingeschränkt der Fall ist. Aus der Untersuchung in Berlin kann die verallgemeinerbare Aussage geschlossen werden, dass technologische Probleme der verfügbaren Daten und Methoden der Fernerkundung zwar noch nicht gelöst sind, sie jedoch als wirkende Hemmfaktoren gegenüber den finanziellen, rechtlichen, personellen und organisatorischen Einflussfaktoren in den Hintergrund treten. Mit der gegenwärtigen Initiierung einer Berliner Geodateninfrastruktur werden positive Auswirkungen auf den Einsatz neuer Fernerkundungsdaten erwartet. In zukünftigen Untersuchungen sollte der operationelle Einsatz auch für weitere Datensätze und Anwendungsbereiche analysiert werden.

4 Abstract: Keywords: remote sensing, biotope mapping, landscape planning, urban planning, information management, WebGIS In recent years, the number of available remote-sensing technologies has rapidly increased. High-resolution data and varying methods open up new application fields in landscape and urban planning. However, the actual transfer of these new technologies into the planning practice - the operationalisation - is still limited. In this study, the operational application of new aerial scanner data for urban biotope-type mapping is being analysed. Apart from technological possibilities, those influencing factors are being studied, which either assist or hinder the application of new remote-sensing data in planning. A particular focus lies on the effects of recent developments of web-based geo-information-systems (WebGIS) on dealing with geodata. First of all, high-resolution aerial scanner data is being classified with a visual and partly automatic (pixel-based) approach for selected study areas within Berlin. Chances and challenges of possible application fields linked to biotope mapping are being discussed. Furthermore, the handling of remote-sensing data within the Berlin planning practice is being analysed by an information management approach. For this reason, literature review, an analysis of the Berlin WebGIS FIS-Broker and problem-oriented experts-interviews with people from the private sector, the Berlin planning administration and science are carried out. The results point out the possibilities of the studied aerial scanner data for urban biotope-type mapping as an alternative to the well-established visual interpretation of aerial photos. A fully automatic classification of the data is not possible; a combined approach of a visual and pixel-based classification can be rated as an operational method. For the studied aerial scanner data it becomes clear that not only the technological possibilities hinder the application, but rather other factors, i. e. financial, legal, personal and organisational ones. Furthermore, the example of the FIS-Broker shows that recent developments in WebGIS can support the operationalisation of remote-sensing data in planning processes. In Berlin, this can be stated only to a limited degree up to now. It can be concluded from this study that technological problems of available remote-sensing data and methods have not been completely solved yet, but their obstructing effect is smaller than the one of financial, legal, personal and organisational factors. Taking into account the recent initiation of a Berlin geodata infrastructure, positive effects on the application of remote-sensing data will be expected. In future studies the operational application should be analysed for other data sets and application fields as well.

5 Inhaltsverzeichnis 1 EINLEITUNG Problemstellung und Zielsetzung Einordnung in die Forschung Forschungsansatz Aufbau der Arbeit THEORETISCHER HINTERGRUND: GEODATEN IN DER STÄDTISCHEN PLANUNG Relevante Aspekte der städtischen Planung Charakterisierung der städtischen Planung Leitbilder der Planung - Stadtökologie und nachhaltige Stadtentwicklung Planungsprozess: Akteure, Instrumente und Methoden Aktuelle Entwicklungen: Verwaltungsmodernisierung und E-Government Umgang mit Geodaten in der städtischen Planung Zeichen - Geodaten - Geoinformationen - Wissen Planungsunterstützende Informationssysteme Begriffsbestimmung Umweltinformationssysteme und Metaumweltinformationssysteme Internetbasierte Brokersysteme Ansatz des Informationsmanagements Begriffsbestimmung Prozessorientierte Sicht: Geodaten und speziell Fernerkundungsdaten Einflussfaktoren der Informationsinfrastruktur Operationalisierung neuer hoch auflösender Fernerkundungsdaten für die Stadtbiotoptypenkartierung Operationalisierung von Fernerkundungsdaten als Informationsquelle Informationen aus Fernerkundungsdaten Fernerkundungsdaten und Auswerteverfahren Operationalisierung von Fernerkundung Anwendungsbereiche von Fernerkundungsdaten Stadtbiotoptypenkartierung in der städtischen Planung Verständnis der Biotoptypenkartierung Entwicklung der Stadtbiotoptypenkartierung Methodik der Stadtbiotoptypenkartierung Fernerkundung in der Stadtbiotoptypenkartierung Anwendungsbereiche der Stadtbiotoptypenkartierung in der Planung FALLBEISPIEL BERLIN: AUSGANGSSITUATION FÜR DEN EINSATZ NEUER FLUGZEUGSCANNERDATEN IN DER PLANUNG Relevante Aspekte der städtischen Planung in Berlin Ausgangssituation in Berlin Akteure, Instrumente und Methoden Aktuelle Entwicklungen: Verwaltungsmodernisierung und E-Government Ausgangssituation des Umgangs mit Geodaten in Berlin Verfügbare Geobasisdaten und Geofachdaten Ein System der ersten Generation: Der Umweltatlas...55

6 3.2.3 Entwicklung planungsbezogener webbasierter Informationssysteme: Der FIS-Broker Funktionsweise und Systemarchitektur Dienste des FIS-Brokers Datenbestände des FIS-Brokers Weitere Ansätze für den Umgang mit Geodaten Stadtbiotoptypenkartierung in der städtischen Planung Berlins Verfügbare Informationen über Biotoptypen Aktuelle Methode der Biotoptypenkartierung Kartierverfahren Inhaltliche und räumliche Dimension: Kartierschlüssel und -maßstab Datengrundlagen und weitere Sekundärdaten Präsentation der Biotoptypenkarte Anwendungsbereiche der Stadtbiotoptypenkartierung in Berlin Ein ausgewählter Anwendungsbereich der Biotoptypenkartierung: Ein Berliner Biotopverbundkonzept Anlass und Hintergrund eines Berliner Biotopverbundkonzepts Berliner Konzept des Biotopverbunds Kriterien und Daten für ein städtisches Biotopverbundkonzept ANALYSE: INFORMATIONSMANAGEMENT ALS BEITRAG FÜR DEN EINSATZ NEUER FLUGZEUGSCANNERDATEN IN BERLIN Methodischer Ansatz Systemischer Ansatz Problemzentrierte Experteninterviews: Methode und Zwischenergebnisse Auswahl und Erläuterung der Untersuchungsmethode Durchführung, Aufbereitung und Auswertung der Interviews Zwischenergebnisse Evaluierung Einsatz von Flugzeugscannerdaten (HRSC-A/AX) Untersuchungsgebiete und Datengrundlage Charakterisierung der Untersuchungsgebiete Datengrundlage Flugzeugscannerdaten: HRSC-A/AX Eigenschaften der HRSC-A/AX-Daten Datenaufnahme und -prozessierung Verwendete Daten Auswertung der Flugzeugscannerdaten: Methoden Ablauf der Auswertung Vorprozessierung Pixelbasierte Klassifikation Visuelle Interpretation Zwischenergebnisse und Diskussion der Klassifikation Qualität der HRSC-Datenprodukte für die Untersuchungsflächen Möglichkeiten der Bildverbesserung Unüberwachte und überwachte Klassifikation Visuelle Auswertung Kombiniertes Verfahren HRSC-AX als Alternative zu Luftbildern Zwischenergebnisse und Diskussion: Einsatz der HRSC-Daten für stadtökologische Fragestellungen HRSC-AX für die Stadtbiotoptypenkartierung HRSC-AX für die Versiegelungskartierung HRSC-AX für die Erfassung des Biotopflächenfaktors HRSC-AX-gestützte Biotoptypenkartierung für die Konzeption eines städtischen Biotopverbunds

7 4.3 Beitrag des Informationsmanagements zur Operationalisierung neuer Fernerkundungsdaten - Analyse und Ergebnisse aus drei verschiedenen Perspektiven Wie lässt sich der Bedarf der städtischen Planung an Informationen konkretisieren? Bedarf an Daten Bedarf an Services Bedarf an Produkten Was kann ein Management leisten? Erheben Verwalten, Analysieren und Visualisieren Austausch und Vertrieb Welchen Einfluss hat die Informationsinfrastruktur auf den Umgang mit neuen Fernerkundungsdaten? Technologie Standards Finanzen Recht Politik Organisation Personal Konkretisierung der drei Perspektiven des Informationsmanagements: Möglichkeiten webbasierter Informationssysteme am Beispiel des FIS-Brokers Analyse des FIS-Brokers Die aktuelle Nutzung des FIS-Brokers Beitrag des FIS-Brokers als Instrument des Informationsmanagements für die städtische Planung Spezifischer Nutzen des FIS-Brokers für die Planung am Beispiel der Biotopkartierung, Biotopverbundplanung, Baugenehmigung und SUP Beitrag des FIS-Brokers zur Operationalisierung von Fernerkundungsdaten Empfehlungen für die Weiterentwicklung des FIS-Brokers DISKUSSION UND SCHLUSSFOLGERUNGEN Einsatzmöglichkeiten neuer Fernerkundungsdaten in der städtischen Planung Der Beitrag des Informationsmanagements für die Operationalisierung neuer Fernerkundungsdaten Kritische Betrachtung der Untersuchung Ausblick LITERATUR- UND QUELLENVERZEICHNIS ANHANG 1 Die Berliner Verwaltung...A-1 2 Experteninterviews...A-2 3 Der Berliner FIS-Broker...A-3 4 HRSC-Daten...A-4 5 Anwendungsbereiche der HRSC-Daten: Biotoptypenkartierung, Versiegelungskartierung, Biotopflächenfaktor und Biotopverbund...A-5 DANKSAGUNG EIDESSTATTLICHE ERKLÄRUNG LEBENSLAUF

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9 Abbildungsverzeichnis Abb. 1-1: Kontext der Arbeit...2 Abb. 1-2: Aufbau der Arbeit...8 Abb. 2-1: Steuerndes, kontrolliertes und informierendes Subsystem des Stadtsystems...11 Abb. 2-2: Konkretisierung des Leitbildes der nachhaltigen Stadtentwicklung...14 Abb. 2-3: Zeichen-Daten-Information-Wissen auf der Nominal- und Metaebene...20 Abb. 2-4: Drei Typen der GIS-Architektur: traditionelles GIS, Client-Server-GIS und verteilte Geoinformations-Services...28 Abb. 2-5: Technologische Grundlagen für die Entwicklung von statischen Karten zu interaktivem Web-Mapping...29 Abb. 2-6: Einordnung der HRSC-Kamera in eine Auswahl verfügbarer Fernerkundungssysteme...35 Abb. 3-1: Informationsfluss zwischen Akteuren der städtischen Planung für ausgewählte Instrumente im Planungssystem Berlin...51 Abb. 3-2: Screenshot des Berliner Umweltatlas...57 Abb. 3-3: Entwicklung der Umweltinformationssysteme in Berlin...59 Abb. 3-4: Systemarchitektur des Berliner FIS-Brokers...60 Abb. 3-5: Benutzeroberfläche des Berliner FIS-Brokers...62 Abb. 4-1: Interviewmethode...82 Abb. 4-2: Lage der Untersuchungsflächen in Berlin...86 Abb. 4-3: Untersuchungsgebiet TU-Berlin...87 Abb. 4-4: Untersuchungsgebiet Potsdamer Platz...87 Abb. 4-5: Untersuchungsgebiet Rummelsburger Bucht...88 Abb. 4-6: Untersuchungsgebiet Treptower Park...89 Abb. 4-7: Aufnahmeverfahren der HRSC-A/AX...94 Abb. 4-8: Vorteile eines kombinierten Ansatzes...97 Abb. 4-9: Ablaufschema der vergleichenden Analyse von HRSC-A/AX und CIR-Luftbildern für die Stadtbiotoptypenkartierung...98 Abb. 4-10: Verwendete Datensätze für die visuelle Interpretation Abb. 4-11: Histogramme der HRSC-AX-Daten Abb. 4-12: Prozessierungsfehler Abb. 4-13: Farbversätze in HRSC-AX-Daten (Potsdamer Platz) Abb. 4-14: Digitales Oberflächenmodell der HRSC-AX Abb. 4-15: Möglichkeiten der Kantenverstärkung Abb. 4-16: Differenzierung strukturreicher und -armer Oberflächen ähnlicher spektraler Eigenschaften im städtischen Raum mit Hilfe eines Texturlayers Abb. 4-17: Vergleich von NDVI und CIR-View der HRSC-AX für die Differenzierung von vegetationsarmer, -freier und -bewachsener Fläche Abb. 4-18: Chancen und Grenzen der überwachten pixelbasierten Klassifikation der HRSC-AX-Daten (Potsdamer Platz): eingeschränkte Erkennbarkeit von Dachvegetation (A bzw. D), Fehlklassifikationen durch Farbsäume (B), Überinterpretationen (C) Abb. 4-19: Kombinierter Auswertungsansatz

10 Abb. 4-20: ISODATA-Klassifikation der HRSC-AX (Potsdamer Platz) Abb. 4-21: Ausmaskierungen nach der ISODATA-Klassifikation Abb. 4-22: Differenzierung der Klassen hohe Vegetation, niedrige Vegetation, Gebäude und versiegelte Bodenfläche Abb. 4-23: Luftbildmosaik Abb. 4-24: Thematische, räumliche und zeitliche Abgrenzbarkeit von Biotoptypen Abb. 4-25: Kombinierter Ansatz für die Versiegelungskartierung in Berlin Abb. 4-26: Biotopflächenfaktor: Wertigkeit verschiedener Oberflächentypen Abb. 4-27: Fernerkundungsgestützte Biotopkartierung und Analyse ausgewählter Kriterien für die Flächenauswahl in einem Biotopverbund: Rummelsburger Bucht/Treptower Park Abb. 4-28: Anwendbarkeit der HRSC-AX- und GIS-gestützten Biotoptypenkartierung für die Analyse der Flächenauswahlkriterien für einen Biotopverbund Abb. 4-29: Schematische Darstellung des Verhältnisses zwischen Bedarf, Angebot und Nachfrage: Fernerkundungsdaten, Dienste und Produkte in der städtischen Planung Abb. 4-30: Prozess der Inwertsetzung von Fernerkundungsdaten Abb. 4-31: Einflussfaktoren des Informationsmanagements Abb. 4-32: Gesamtzugriffe auf den FIS-Broker in Internet und Intranet Abb. 4-33: Differenzierung der Gesamtzugriffe im Intranet nach Themen. Daten von März bis Juli Abb. 4-34: Differenzierung der Gesamtzugriffe im Internet nach Themen. Daten von März bis August Abb. 5-1: Operationalisierung von Fernerkundungsdaten für die städtische Planung

11 Tabellenverzeichnis Tab. 3-1: Ausgewählte Berliner E-Government-Aktivitäten: Zielsetzungen und Geodatenbezug...53 Tab. 3-2: Zuständigkeit und Verfügbarkeit in der Berliner Verwaltung: Geobasis-, Geofach- und Fernerkundungsdaten...54 Tab. 3-3: Entwicklung des Berliner Umweltatlas...56 Tab. 3-4: Planungsrelevante Aspekte des Berliner Umweltatlas: Vorteile und Nachteile...58 Tab. 3-5: Services des Berliner FIS-Brokers...61 Tab. 3-6: Übersicht über aktuelle Berliner Ansätze für den webbasierten Umgang mit Geodaten...65 Tab. 3-7: Auszug aus der Zuordnungstabelle der Biotoptypen nach Auhagen (1994) zur neuen Berliner Biotoptypenliste (vgl. SenStadt 2003b)...68 Tab. 3-8 Einsatzbereiche der Stadtbiotopkartierung für die verschiedenen Aufgabenbereiche der Berliner Naturschutzbehörden...73 Tab. 4-1: Technische Parameter der HRSC-A und HRSC-AX...93 Tab. 4-2: Wellenlängenbereiche und Winkel der Kanäle. Parameter der HRSC-A und HRSC-AX...93 Tab. 4-3: Datenverfügbarkeit für die Untersuchungsgebiete...96 Tab. 4-4: Eignung der CIR-Luftbilder und HRSC-Daten für die Berliner Biotoptypenkartierung - ein Vergleich Tab. 4-5: Tabelle der im HRSC-AX-Bild erkennbaren Biotoptypen: Ein kombinierter Ansatz für städtische Untersuchungsflächen in Berlin Tab. 4-6: Übersicht und Fotobeispiele zu Auswirkungen der Belagsklassen im Umweltatlas Tab. 4-7: Zusammenhang zwischen Versiegelungsgrad und -art in den Biotoptypen der Berliner Biotoptypenliste und der Biotopkartierung im besiedelten Bereich Tab. 4-8: Versiegelte Fläche erfasst mit der HRSC-Kartierung im Vergleich zu den BWB-Daten: Ein Block im Untersuchungsgebiet Potsdamer Platz Tab. 4-9: Vergleich der Angaben für die BFF-Fläche I: Potsdamer Str Tab. 4-10: Einsatzmöglichkeiten der HRSC-AX-Daten für die Erfassung des BFF Tab. 4-11: Zusammenhang zwischen den ausgewählten Berliner aggregierten Biotopund Biotoptypen sowie möglichen Beispielarten Tab. 4-12: Vergleich der Internetzugriffszahlen im März 2004: Seiten der SenStadt, des FIS-Brokers und des Umweltatlas

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13 Abkürzungsverzeichnis ALB Automatisiertes Liegenschaftsbuch ALK Automatisierte Liegenschaftskarte ATKIS Amtliches Topographisch-Kartographisches Informationssystem BauGB Baugesetzbuch BFF Biotopflächenfaktor BLIS Berliner Liegenschaftsinformationssystem BNatSchG Bundesnaturschutzgesetz B-Plan Bebauungsplan BTK Biotoptypenkartierung BWB Berliner Wasserbetriebe CAD Computer-aided Design CCD Charge-coupled Devices CIR Color-Infrarot CMS Contentmanagementsystem CORINE Coordination of Information on the Environment DBMS Datenbankmanagementsystem DGK5 Digitale Grundkarte 1:5.000 DIN Deutsches Institut für Normung DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt DOM Digitales Oberflächenmodell ERDAS Earth Resources Data Analysis System EU Europäische Union FFH-LRT Lebensraumtypen der Flora-Fauna-Habitat-Richtlinie FIS Fachübergreifendes Informationssystem FNP Flächenutzungsplan GAA Online Gutachterausschuss für Grundstückswerte im Internet GDI Geodateninfrastruktur GIF Graphic Interchange Format GIS Geographisches Informationsystem HRSC-A/AX High Resolution Stereo Camera - Airborne/Airborne Extended HTML Hypertext Markup Language HTTP Hypertext Transport Protocol IR Infrarot IS Informationssystem ISO International Organization for Standardization ISODATA Iterative Self-Organizing Data Analysis Technique ISU Informationssystem Stadt und Umwelt der SenStadt IT Informationstechnologie JPEG Joint Photographic Experts Group LAUS Liegenschaftsauskunfts- und Stellungnahmeverfahren LaPro Landschaftsprogramm LB(A) Luftbild(-auswertung) LIKA Liegenschaftskatasterauskunft LIT Landesbetrieb für Informationstechnik Meta (U)IS Meta-(Umwelt-)Informationssystem MLC Maximum-Likelihood-Classification m. M. mündliche Mitteilung ms multispektral NDVI Normalized Difference Vegetation Index NGO Non-Governmental-Organization NIR Near Infrared / Nahes Infrarot NN Normal Null

14 OFULSA OGC pan PDF RGB SenBauWohn SenFin SenInn SenStadt SenSUT SenWiArbFrau SPOT StaLa StEP SUP SVG TK TU UDDI UIS WCS WebGIS WFS WMS XML Operationalisierung von Fernerkundungsdaten für die Umweltverwaltung des Landes Sachsen-Anhalt OpenGIS Consortium panchromatisch Portable Digital Format Rot - Grün - Blau Senatsverwaltung für Bau- und Wohnungswesen (Berlin) Senatsverwaltung für Finanzen (Berlin) Senatsverwaltung für Inneres (Berlin) Senatsverwaltung für Stadtentwicklung (Berlin) Senatsverwaltung für Stadtentwicklung, Umweltschutz und Technologie (Berlin) Senatsverwaltung für Wirtschaft Arbeit und Frauen (Berlin) Système Probatoire d Observation de la Terre Statistisches Landesamt (Berlin) Stadtentwicklungsplan Strategische Umweltprüfung Scalable Vector Graphics Topographische Karte Technische Universität Universal Description, Discovery and Integration Umweltinformationssystem Web Coverage Services Webbasierte Geoinformationssysteme Web Feature Services Web Map Services Extended Markup Language

15 Einleitung 1 Einleitung 1.1 Problemstellung und Zielsetzung Der städtische Raum unterliegt tiefgreifenden Veränderungen, die große Herausforderungen an die räumliche Planung stellen. Stadtökologische Strukturen und Prozesse stellen dabei ein wichtiges Forschungsfeld dar. Die interdisziplinäre Bearbeitung stadtökologischer Fragestellungen im Raum Berlin ist das Ziel des Graduiertenkollegs Stadtökologische Perspektiven einer europäischen Metropole - das Beispiel Berlin, in das diese Arbeit eingebettet ist. Die Wechselwirkungen zwischen abiotischen, biotischen und anthropogenen Faktoren im städtischen Raum stehen im Mittelpunkt, werden erfasst und bewertet. Methoden und planerische Ansätze für interdisziplinäre stadtökologische Fragestellungen sollen weiterentwickelt werden. Hierzu leistet diese Arbeit einen Beitrag, indem sie Methoden der Geoinformatik untersucht, da raumbezogene Informationstechnologien eine wesentliche methodische Grundlage für die Bearbeitung interdisziplinärer planerischer Fragestellungen darstellen. Die langjährige Erfassung raumbezogener Daten und die Verbreitung unterschiedlicher Systeme in Deutschland führen dazu, dass heute nicht mehr die Ersterfassung von Daten im Vordergrund von Forschung und Praxis steht. Vielmehr gewinnt der systematische Umgang mit der Heterogenität der vorliegenden Daten und Systeme und die Aktualisierung existierender Datensätze an Bedeutung. Als Alternative zu bestehenden Verfahren der Geodatenerhebung und -aktualisierung mit terrestrischen und luftbildgestützten Verfahren oder mit Satellitendaten geringer Auflösung eröffnen neue Fernerkundungstechnologien seit einigen Jahren vielversprechende Möglichkeiten im städtischen Raum. Mit der zunehmenden räumlichen Auflösung von Satellitendaten und der Verfügbarkeit von Flugzeugscannerdaten werden nun großmaßstäbige Anwendungsfelder im städtischen Raum möglich (Herold 2004; Meinel et al. 2001; Möller 2003). Angesichts der in den nächsten Jahren weiter zu erwartenden steigenden Quantität und Qualität an Fernerkundungsdaten bedarf es diesbezüglich verstärkt anwendungsorientierter Forschung (Beule & Backhaus 2004). Bislang verbleibt jedoch die Mehrzahl der Forschungsprojekte, die sich mit wissenschaftlichen und technologischen Entwicklungen in der Fernerkundung beschäftigt, im Status der Pilotprojekte. Ein Transfer der Forschungsergebnisse in die Planungspraxis findet nur eingeschränkt statt (vgl. Riedel 2000). Anwendungsorientierte Forschung sollte sich jedoch nicht auf die Produktion praxisreifer technologischer Entwicklungen beschränken. Vielmehr besteht ein großer Forschungsbedarf darin, den tatsächlichen Transfer dieser Entwicklungen in ein komplexes Umfeld, wie das der Planungspraxis, zu untersuchen. Dies ist insbesondere auch deshalb eine aktuelle Fragestellung, weil gegenwärtige Entwicklungen der Informationsinfrastruktur neue Möglichkeiten für den Umgang mit Geodaten und den Einsatz neuer Fernerkundungstechnologien bieten. So erlaubt die technologische Entwicklung webbasierter Informationssysteme neue Möglichkeiten der Inte- 1

16 Einleitung gration, des Austauschs und der Bereitstellung von Geodaten für Akteure der Planung 1. Neben dem Blick auf die technologischen Möglichkeiten erfordert die anwendungsorientierte Sichtweise die Berücksichtung der verschiedenen Einflussfaktoren der Informationsinfrastruktur und des nutzerorientierten Informationsmanagements. Die Möglichkeiten, sowie auch die wirkenden Hemmfaktoren, können mit einem systemischen Ansatz analysiert werden. Der komplexe Untersuchungsgegenstand in dieser Arbeit wird für das Fallbeispiel Berlin durch die gezielte Eingrenzung und Vereinfachung fassbar. Neue Fernerkundungstechnologien eröffnen Anwendungsmöglichkeiten für die städtische Planung 2, wobei letztere wiederum Anforderungen an die neuen Daten und Methoden stellt. Der Umgang mit Geodaten kann einen verknüpfenden Effekt ausüben (vgl. Abb. 1-1). In dieser Arbeit wird der Ansatz des Informationsmanagements gewählt, um beide Seiten einzubeziehen. Informationsmanagement eröffnen Anwendungsmöglichkeiten Städtische Planung Umgang mit Geodaten Neue Fernerkundungstechnologien stellt Anforderungen Abb. 1-1: Kontext der Arbeit Ausgehend von der Anwendungsorientierung stehen Akteure der städtischen Planung, insbesondere aus der Berliner Senatsverwaltung für Stadtentwicklung (SenStadt), im Mittelpunkt. Die Biotoptypenkartierung (BTK) wird als Anwendungsbeispiel der städtischen Planung gewählt, da sie eine wesentliche Datengrundlage für eine Vielzahl planerischer Fragestellungen darstellt und darüber hinaus zurzeit in Berlin von hoher praktischer Relevanz ist. Zum einen ist 2003 eine überarbeitete Biotopkartieranleitung und Biotoptypenliste von Berlin erschienen (vgl. SenStadt 2003a), zum anderen steigt der Bedarf an Monitoringkonzepten auf der Grundlage von Biotopkartierungen. Letztere werden z. B. im Rahmen der EU-Richtlinien über die Prüfung der Umweltauswirkungen bestimmter Pläne und Programme (SUP-RL 3 ) und der Richtlinie Die Bereitstellung von Daten gewinnt zur Zeit aufgrund der verstärkt geforderten Zugänglichkeit von Umweltinformationen für die Öffentlichkeit an Bedeutung (UI-RL: Richtlinie 2003/4/EG des Europäischen Parlaments und des Rates über den Zugang der Öffentlichkeit zu Umweltinformationen, vom 28. Januar 2003). Der Begriff städtische Planung bezeichnet in dieser Arbeit die Gesamtheit der Stadt- und Landschaftsplanung im städtischen Raum (vgl. Kap ). SUP-RL: Richtlinie 2001/42/EG, Richtlinie über die Prüfung der Umweltauswirkungen bestimmter Pläne und Programme, vom 27. Juni

17 Einleitung zur Erhaltung der natürlichen Lebensräume sowie der wildlebenden Tiere und Pflanzen (FFH-RL 4 ) gefordert. Eine wichtige Datengrundlage stellt die Biotoptypenkartierung darüber hinaus für die in der Novellierung des Bundesnaturschutzgesetzes (BNatSchG) geforderte Einrichtung eines Biotopverbundes auf Landesebene dar. Als grundlegende Umweltinformationen sind die Ergebnisse der Biotoptypenkartierung darüber hinaus für eine Vielzahl weiterer Fragestellungen interessant. Die spezifischen Chancen und Grenzen des Einsatzes ausgewählter Bereiche neuer Fernerkundungstechnologien werden für die Biotoptypenkartierung analysiert. Es wird untersucht, inwieweit neue, hoch auflösende Fernerkundungsdaten operationell für die Stadtbiotoptypenkartierung einsetzbar sind. Ausgewählt werden Flugzeugscannerdaten der High Resolution Stereo Camera (HRSC), die aufgrund ihrer Dateneigenschaften sehr gute Voraussetzungen für den Einsatz im städtischen Raum und eine Alternative zu herkömmlichen Luftbildern für den Anwendungsbereich der Biotoptypenkartierung in sehr großen Maßstäben bieten (vgl. Schiewe & Ehlers 2004). Um die Bedingungen eines operationellen Einsatzes in der Planung zu erfassen, wird der gegenwärtige Umgang mit Geodaten in der städtischen Planung mit Hilfe des Ansatzes des Informationsmanagements untersucht. Es wird einerseits aufgezeigt, welchen Beitrag neue Fernerkundungsdaten für die Planung leisten können und andererseits, welchen Beitrag aktuelle Entwicklungen der Informationsinfrastruktur für die Operationalisierung neuer Fernerkundungsdaten bieten können. Die Vielfalt der wirkenden Einflussfaktoren der Informationsinfrastruktur wird erfasst und analysiert. Herausgegriffen werden technologische Entwicklungen, die zu den wichtigsten Einflußfaktoren für den Einsatz von Fernerkundungstechnologien in der Praxis zählen. Im Mittelpunkt stehen dabei die Möglichkeiten der neuen Generation webbasierter raumbezogener Informationssysteme, welche eine vereinfachte Einbindung und Analyse von verteilt vorliegenden, heterogenen Datenbeständen innerhalb der Berliner Verwaltung erlauben. Das System FIS-Broker (Fachübergreifendes Informationssystem Broker), das den Nutzern im Intra- und Internet zur Verfügung steht, bietet Möglichkeiten der Mehrfachnutzung von Datenbeständen, der Verknüpfung verschiedener Datensätze und der Visualisierung im Internet (Krüger & Zweer 2003), so dass wichtige Voraussetzungen für die verbesserte Nutzung von Fernerkundungsdaten in der Planung erfüllt sind. Ziel dieser Untersuchung ist es, Möglichkeiten der Operationalisierung neuer Flugzeugscannerdaten (HRSC-A/AX) für die Biotoptypenkartierung in Berlin auf der Grundlage der gegenwärtigen Informationsinfrastruktur aufzuzeigen. 4 FFH-RL: Richtlinie 92/43/EWG, Richtlinie des Rates zur Erhaltung der natürlichen Lebensräume sowie wildlebender Tiere und Pflanzen, vom 21.Mai

18 Einleitung 1.2 Einordnung in die Forschung Die Analyse des Informationsmanagements in der Planung und der Operationalisierung von Fernerkundung lässt sich als Untersuchungsgegenstand der Geographical Information Science oder Geoinformatik einordnen. Geoinformatik ist eine junge Wissenschaft, die aus den konzeptionellen Fragestellungen durch den Einsatz raumbezogener Technologien entstand und einen sehr anwendungsbezogenen und interdisziplinären Hintergrund aufweist. Die Analyse des Forschungsstands und die verwendeten Methoden in dieser Arbeit sind aufgrund des stadtökologischen Forschungsansatzes des Graduiertenkollegs in einen interdisziplinären wissenschaftlichen Kontext einzuordnen. Diese Arbeit konzentriert sich auf Anwendungen raumbezogener Technologien - Fernerkundungstechnologie und Informationssysteme - in der Landschafts- und Stadtplanung. Neue Fernerkundungstechnologien werden in einer Vielzahl von Pilotprojekten auf die Ersterfassung und vor allem Aktualisierung vorliegender Daten hin getestet. Für den Einsatz hoch auflösender Flugzeugscannerdaten für die Biotopkartierung sei hier hinsichtlich des ländlichen Raums verwiesen auf Ehlers et al. (2003), Gähler et al. (2004) und Leser (2003) sowie hinsichtlich des städtischen Raums auf Grenzdörffer et al. (2003), Möller (2003) und Zschiedrich (2001). Neben neuen Daten steht zur Zeit die Qualifizierung der automatisierten Auswertungsmethoden im Mittelpunkt des Forschungsinteresses. Verfahren der objektbasierten (vgl. Gähler 2004; Kim & Kleinschmit 2005; May 2002) und wissensbasierten Auswertung (vgl. Frick 2005) werden vermehrt an sehr hoch auflösenden Flugzeugscanner- und Satellitendaten getestet. In diesen Pilotprojekten werden Anwendungsmöglichkeiten aufgezeigt, die Integration dieser Daten und Methoden in die Praxis wird jedoch nur teilweise analysiert. Da bislang lediglich einige wenige Forschungsprojekte explizit auf die Operationalisierung von Fernerkundungsdaten zielen (vgl. LfU 2002; Leser 2003), können in dieser Arbeit weiterführende Anleihen für die Einbindung von Fernerkundungstechnologien in die Praxis aus der Technologie- und Wissenstransferforschung genommen werden (vgl. Daum 2001; Riedel 2000; Steinnocher & Knötig 1999). Auch der Einsatz raumbezogener Daten und Methoden in der Landschafts- und Stadtplanungspraxis ist bislang selten expliziter Gegenstand von wissenschaftlichen Arbeiten, obgleich der praktische Einsatz von digitalen Daten und Geographischen Informationssystemen (GIS) seit Jahren betrieben wird (vgl. Lipp 2003; Tiedke & Warren-Kretschmar 2003). Aus den 90er Jahren liegen einige Forschungsarbeiten vor, die sich meist auf einzelne Anwendungsbeispiele konzentrieren. Einige Arbeiten beschäftigen sich auf der konzeptionellen Ebene mit Umwelt- und Metainformationssystemen (vgl. Röttgers 2000; Wegner 2000). Aktuelle Entwicklungen internetbasierter raumbezogener Informationssysteme und deren Beitrag für die Planung sind in Deutschland bisher jedoch kaum wissenschaftlich evaluiert worden (vgl. Lipp 2003). Hier zeigen sich weiterführende Ansätze in Großbritannien und den USA (Haklay 2003; Kingston et al. 2000). In Deutschland wird das Internet zurzeit aus planerischer Sicht 4

19 Einleitung insbesondere im Zusammenhang mit Potenzialen einer verbesserten Öffentlichkeitsbeteiligung genannt (vgl. Hill et al. 2002; Kunze et al. 2003; Storch 2000; Wilforth 2002). Mit dem Austausch von Daten, Diensten und Anwendungen beschäftigen sich einige wenige Arbeiten, die größtenteils sehr einzelfallspezifisch und technisch orientiert sind (vgl. Bock 2003; Krause 2003). Für die Analyse des Umgangs mit Geodaten in der Planung wurde in dieser Arbeit daher auf den systemischen Ansatz des Informationsmanagements und auf Herangehensweisen der Wirtschaftsinformatik zurückgegriffen, die auf die optimale Gestaltung von Informationssystemen und Informationsinfrastrukturen zielen (vgl. Schwarze 2000). Die Analyse von Umweltinformationssystemen (UIS) gibt wichtige Impulse für diese Arbeit. Mit dem in den 80er Jahren begonnenen Aufbau von UIS wurde das zentrale Problem der Aktualisierung und Integration umfangreicher und heterogener Daten früh erkannt, so fand z. B. die Thematisierung von Metadaten und Metainformationen zunächst in der Umweltinformatik statt (Müller 2002). Bezüglich der Übersicht über die Geschichte und Entwicklung von UIS und Meta-UIS sei hier z. B. Greve (2002) genannt. Als eine Grundlage des empirischen Teils dieser Arbeit wurde die Literatur der empirischen Sozialforschung verwendet (vgl. Bogner et al. 2002; Bortz & Döring 2002; Witzel 2000). 1.3 Forschungsansatz Aus der Analyse der Operationalisierung von Fernerkundungsdaten in dieser Untersuchung lassen sich Aussagen für die Theorie und Praxis ableiten. Zum einen werden Studien und Theorien der Teilgebiete - Fernerkundung, Informationsmanagement und Planung - betrachtet und zu einem integrierten Ansatz zusammengefasst. Zum anderen werden praktische Informationen für Akteure der städtischen Planung zusammengetragen, die eine verbesserte Integration von Fernerkundungsdaten ermöglichen. Der anwendungsorientierte Ansatz dieser Arbeit impliziert damit einen deskriptiven und präskriptiven Ansatz. Für die Umsetzung dieses Ansatzes in eine wissenschaftliche Untersuchung werden in dieser Arbeit Hypothesen prüfende und Hypothesen erkundende Ansätze verbunden (vgl. Bortz & Döring 2002). Die in der folgenden Übersicht gezeigten Ausgangshypothesen werden im Laufe der Untersuchung modifiziert und es werden neue Hypothesen aufgestellt, so dass die Herangehensweise in dieser Arbeit als explorativer Evaluationsansatz eingeordnet werden kann (vgl. Wottawa & Thierau 1998). Solche explorative Studien dienen der Erkundung von Interventionsprozessen und deren Wirkungen. Sie zielen auf die Formulierung bzw. Konkretisierung von Wirkhypothesen ab und tragen dazu bei, die relevanten Variablen zu identifizieren und zu operationalisieren (Bortz & Döring 2002:118). Dabei findet eine induktive Hypothesenbildung statt, da zwar Teilaspekte der Fragestellung bekannt, jedoch keine allgemeinen Theorien verfügbar sind, so dass Hypothesen von Beobachtungen der Realität abgeleitet werden. 5

20 Einleitung Folgende Ausgangshypothesen lassen sich formulieren: (1) Neue Entwicklungen der Fernerkundung, speziell Flugzeugscannerdaten, bieten neue Anwendungsmöglichkeiten für die städtische Planung. (2) Technologie, Daten und Know-How stellen keine Hemmnisse mehr für den Einsatz von Flugzeugscannerdaten in der Planungspraxis dar. (3) Es sind vielmehr weitere Einflussfaktoren, wie z. B. rechtliche oder organisatorische Faktoren, die einen operationellen Einsatz behindern. (4) Ausgehend von aktuellen Entwicklungen des Informationsmanagements (speziell internetbasierte Technologie) können diese Hemmnisse der Operationalisierung von Fernerkundungsdaten in der städtischen Planung überwunden werden. (5) Voraussetzung dafür ist der Aufbau einer Geodateninfrastruktur und eine stärker standardisierte Informationsaufbereitung. Bei der wissenschaftlichen Theoriebildung muss die empirische Prüfbarkeit berücksichtigt und ein Ungleichgewicht von Theorien und Belegen vermieden werden. Das Sammeln von Informationen über den Untersuchungsgegenstand, hier der städtischen Planung, der Operationalisierung von Fernerkundungsdaten und des Informationsmanagements, stellt eine wesentlichen Schwerpunkt dieser Arbeit dar. Eine besondere Schwierigkeit der Untersuchung beruht darauf, dass das technische Nischenprodukt der Fernerkundung in seinem komplexen Anwendungszusammenhang analysiert werden soll. Die gegebenen Limitierungen dieser Arbeit erfordern jedoch die Reduktion auf einen kleinen Ausschnitt der verfügbaren Technologien und der Anwendungsbereiche. Diese Eingrenzung spiegelt sich in den eingesetzten quantitativen und qualitativen Techniken der Datenerhebung wieder: Literaturauswertung, visuelle und teilautomatisierte Auswertung der HRSC-A/AX-Daten auf ausgewählten Untersuchungsflächen in Berlin (und eine vergleichende visuelle Auswertung von CIR- Luftbildern), Projekt- und Dokumentenanalyse zu planungsunterstützenden Informationssystemen als Teil der Informationsinfrastruktur in Berlin und qualitative, problemzentrierte Experteninterviews. Die Ergebnisse der empirischen Erhebungen werden mit einem Kriterienschema zusammengeführt, das die Grundlage für die Formulierung von Anforderungen an die Operationalisierung von Flugzeugscannerdaten für dieses Anwendungsbeispiel darstellt. In dieser Einzelfalluntersuchung in Berlin werden Zusammenhänge der wirkenden Einflussfaktoren aufgezeigt, aus denen weiterer Untersuchungsbedarf abgeleitet werden kann. Für das Anwendungsbeispiel Berlin wird eine Zielvorstellung erarbeitet, wie die Operationalisierung von Fernerkundung auf der Grundlage der Entwicklung des Informationsmanagements in der städtischen Planung aussehen kann. 6

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