Analyse und Visualisierung der Siedlungsentwicklung mit SEMENTA -CHANGE

Transkript

1 Analyse und Visualisierung der Siedlungsentwicklung mit SEMENTA -CHANGE R. Hecht, H. Herold, G. Meinel

2 Gliederung Motivation und Ziele Datengrundlage Analyse und Visualisierung der Siedlungsstruktur mit SEMENTA Veränderungsanalyse und Visualisierung mit SEMENTA - CHANGE Fazit

3 Motivation Messung der Steuerungswirkung regionalplanerischer Instrumente bisher schwierig Bauliche Entwicklungen innerhalb von Gemeinden derzeit in der Statistik nicht verortet Datenerhebung sehr zeit- und kostenaufwändig Große Nachfrage nach hochauflösenden, quantitativen Daten zur Siedlungsstruktur und deren Entwicklung über große Gebietskulissen

4 Ziele Entwicklung eines GIS-basierten Instrumentariums zur gebäudebasierten Analyse der Siedlungsentwicklung der vergangenen Jahrzehnte Entwicklung von Methoden für die Gebäudeextraktion und -klassifikation aus Topographischen Karten und Kartenzeitreihen Ableitung siedlungsstruktureller Kennzahlen Disaggregation vorhandener Statistikdaten Datenhomogenisierung Visualisierung räumlicher Verteilungsmuster als planungsunterstützende Information

5 Woher Gebäude? Verwendung von Daten, die Gebäude im Grundriss wiedergeben, Zeitreihen der letzten Jahrzehnte ermöglichen, flächendeckend homogenisiert verfügbar sind, in ihrer Fortschreibung gesichert und kostengünstig zur Verfügung stehen.

6 Datengrundlage für Gebäude Amtliche Geobasisdaten Topographische Karten im Maßstab 1 : TK25 (analog, historisch) Grundrisslayer der DTK25-V (digital, aktuell/historisch) DTK25 (digital, aktuell) Gebäudegrundrisse aus ALK (AX_Gebaeude), Hausumringe, zusätzl. Adresskoordinaten (aktuell, aktuell) Siedlungsflächenabgrenzung : Baublockgeometrie aus ATKIS Basis-DLM mit der Objektgruppe Baulich geprägte Fläche (2100)

7 Analyse und Visualisierung der Siedlungsstruktur mit SEMENTA

8 Was ist SEMENTA? SettlementAnalyzer (SEMENTA ) Programm für die automatisierte Ableitung der Siedlungsstruktur auf Basis der Topographischer Karten Gebäudebestand wird erfasst und klassifiziert Verknüpfung der Gebäude mit regionalisierten Dichtereferenzwerten (Geschosszahl, Wohnungen, Einwohner) Abgleich der Einwohner- und Wohnungszahlen mit Statistik auf höherer Ebene (Räumliche Disaggregation) Aggregation und Ausgabe auf Baublock und Rasterebene

9 Workflow SEMENTA Output Input

10 Workflow SEMENTA Output Topographische Karte (TK25, DTK25-(V)) Input

11 Workflow SEMENTA Output Siedlungsgliederung (ATKIS Basis-DLM) Topographische Karte (TK25, DTK25-(V)) Input

12 Workflow SEMENTA Output Gebäudeextraktion (Bildverarbeitung, Template Matching) Siedlungsgliederung (ATKIS Basis-DLM) Topographische Karte (TK25, DTK25-(V)) Input

13 Workflow SEMENTA Output Gebäudeklassifikation (7 Wohn- und 2 Nichtwohnnutzungstypen) Gebäudeextraktion (Bildverarbeitung, Template Matching) Siedlungsgliederung (ATKIS Basis-DLM) Topographische Karte (TK25, DTK25-(V)) Input

14 Workflow SEMENTA Output Verknüpfung mit gebäudetypischen Dichtereferenzwerten (GZ, Wo, EW, etc.) Gebäudeklassifikation (7 Wohn- und 2 Nichtwohnnutzungstypen) Gebäudeextraktion (Bildverarbeitung, Template Matching) Siedlungsgliederung (ATKIS Basis-DLM) Topographische Karte (TK25, DTK25-(V)) Input

15 Workflow SEMENTA Siedlungsstrukturelle Kennzahlen (Gebäudedichte, Überbauungsgrad, Geschossflächendichte, Gebäudevolumen Wohnungs- und Einwohnerzahl, etc.) Verknüpfung mit gebäudetypischen Dichtereferenzwerten (GZ, Wo, EW, etc.) Gebäudeklassifikation (7 Wohn- und 2 Nichtwohnnutzungstypen) Gebäudeextraktion (Bildverarbeitung, Template Matching) Output Siedlungsgliederung (ATKIS Basis-DLM) Topographische Karte (TK25, DTK25-(V)) Input

16 Workflow SEMENTA Baublockklassifikation (7 Wohn- und 2 Nichtwohnnutzungstypen) Siedlungsstrukturelle Kennzahlen (Gebäudedichte, Überbauungsgrad, Geschossflächendichte, Gebäudevolumen Wohnungs- und Einwohnerzahl, etc.) Verknüpfung mit gebäudetypischen Dichtereferenzwerten (GZ, Wo, EW, etc.) Gebäudeklassifikation (7 Wohn- und 2 Nichtwohnnutzungstypen) Gebäudeextraktion (Bildverarbeitung, Template Matching) Output Siedlungsgliederung (ATKIS Basis-DLM) Topographische Karte (TK25, DTK25-(V)) Input

17 SEMENTA Topographische Karte DTK25-V Vermessungsverwaltungen der Bundesländer und BKG (

18 SEMENTA - Gebäudeextraktion DTK25-V Vermessungsverwaltungen der Bundesländer und BKG (

19 SEMENTA - Gebäudeextraktion

20 SEMENTA - Gebäudeklassifikation Gebäudetyp Baublockgrenzen aus dem ATKIS Basis-DLM Vermessungsverwaltungen der Bundesländer und BKG (

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

22 SEMENTA - Überbauungsgrad Überbauungsgrad Baublockgrenzen aus dem ATKIS Basis-DLM Vermessungsverwaltungen der Bundesländer und BKG (

23 SEMENTA - Geschossflächendichte Geschossflächendichte Baublockgrenzen aus dem ATKIS Basis-DLM Vermessungsverwaltungen der Bundesländer und BKG (

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

25 SEMENTA - Wohnungsdichte 1/ha Baublockgrenzen aus dem ATKIS Basis-DLM Vermessungsverwaltungen der Bundesländer und BKG (

26 SEMENTA - Einwohnerdichte 1/ha Baublockgrenzen aus dem ATKIS Basis-DLM Vermessungsverwaltungen der Bundesländer und BKG (

27 SEMENTA - Einwohnerdichte (500 m Raster) 1/ha

30 Veränderungsanalyse und Visualisierung mit SEMENTA -CHANGE

31 Analyse der Siedlungsentwicklung mit SEMENTA -CHANGE Erweiterung von SEMENTA für die multitemporale Analyse Ableitung des gesamten Gebäudebestandes aller Zeitschnitte und Identifizierung von Neubau und Abriss Quantitative Auswertung der baulichen Entwicklung Indikatoren zur Messung der Nachhaltigkeit und Sparsamkeit DTK25-V Landesvermessung und Geobasisinformation Niedersachsen

32 Workflow SEMENTA -CHANGE TK25/DTK25(-V) 1 binäre Rasterkarte (alle Zeitschnitte) ATKIS Basis-DLM 1 Objektgruppe 2100 (aktueller Zeitschnitt) (1) Gebäudeextraktion und -klassifikation mit SEMENTA Klassifizierte Gebäude (alle Zeitschnitte) (2) Eindeutige Gebäudezuordnung und Konfliktbereinigung Gebäudebezogene Entwicklungslinie (3) Bilanzierung der Entwicklung T1 (1984) T2 (1988) T3 (1994) T4 (1999) T5 (2005) Gebäudeanzahl MFH-Geschlossen MFH-offen Zeilen- u. Reihenhäuser EZFH Industrie Besondere Funktion Gebäudegrundfläche (m²) Geschossfläche (m²) Wohneinheiten Einwohner Gebäude Block Gemeinde sonst. 1 Vermessungsverwaltungen der Bundesländer und BKG (

34 Unterschiedliche Kartenqualität DTK25-V Landesvermessung und Geobasisinformation Niedersachsen

35 Extrahierte Gebäude unterschiedlicher Zeitpunkte Gebäudelayer in 5 Zeitschnitten

36 Verfahren der Gebäudezuordnung (1) Ausgangspunkt ist der Gebäudelayer des aktuellsten Zeitschnittes T i (genauste Darstellung) (2) Prüfung jedes Gebäudes in T i auf Überdeckung im nächst älteren Zeitschnitt T i-1 (Kennzeichnung der Gebäudeexistenz zu diesem früheren Zeitpunkt) (3) Prüfung jedes Gebäudes in T i-1 auf Überdeckung mit Gebäude in T i. Bei fehlender Gebäudeüberdeckung erfolgt Übernahme des Gebäudegrundrisses aus T i-1 in den aktuellen Gebäudedatensatz T i und Kennzeichnung des Abrisszeitpunktes. (4) Wiederholung ab (2) bis alle Karten bis zum ältesten Zeitschnitt jeweils gegeneinander verglichen sind

37 Ergebnis der Gebäudezuordnung Zeitstände Änderungstyp T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 Keine Änderung, Gebäude existent vor T Abriss zwischen T 3 und T Neubau zwischen T 3 und T Abriss zwischen T 2 und T 3 und Neubau zwischen T 4 und T

38 Ergebnis ohne Gebäudezuordnung Geringe Abweichungen im Grundriss identer Gebäude führen zu großen Schwankungen siedlungsstruktureller Kennwerte (bspw. die überhöhte Geschossfläche für Mehrfamilienhäuser (Block offen) im Jahr 1999 wegen einer vergrößerten Gebäudedarstellung in diesem Zeitschnitt)

39 Ergebnis mit Gebäudezuordnung Deshalb erfolgt eine automatisierte Gebäudezuordnung und der Aufbau einer Gebäudedatenbank mit stets der aktuellsten Geometrie (genauester Grundriss). Somit stehen konsistente Daten für eine Bilanzierung zur Verfügung.

42 Bilanzierung der Gebäudeentwicklung ATKIS Basis-DLM Vermessungsverwaltungen der Bundesländer und BKG (

43 Gebäudeentwicklung (Xanten) T 1 (1984) T 2 (1988) T 3 (1994) T 4 (1999) T 5 (2005) Gebäudeanzahl (Gesamt) MFH-Geschlossen MFH-offen MFH-Trad. Zeile MFH-Ind. Zeile EZFH Industrie Besondere Funktion Gebäudegrundfläche [m²] (Gesamt)

44 Bilanzierung neuer Siedlungsflächen Rückprojektion aktueller Siedlungsflächen des ATKIS-Basis-DLMs in die früheren Zeitschnitte Detektion neuer Siedlungsflächen für einen definierten Betrachtungszeitraum mit folgenden Kriterien: Wohnnutzung: Verdopplung der Gebäudezahl im Baublock im Vergleich zum Basisjahr Gewerbenutzung: Verdopplung der überbauten Fläche im Baublock im Vergleich zum Basisjahr ausgenommen werden Flächen mit einer sehr geringen Bebauungsdichte <0.02 Grundlage für die Bilanzierung von Bebauung im Bestand vs. auf Grüner Wiese (Innen zu Außenentwicklung)

45 Bilanzierung neuer Siedlungsflächen Kriterium für die Detektion neuer Siedlungsflächen Scharfes Kriterium (Erstbebauung) unterschätzt die neue Siedlungsfläche Scharfes Kriterium über Erstbebauung (Bebauungsdichte zu T 1 = 0.0) Implementiertes Kriterium mit einer zulässigen Toleranz (Bebauungsdichte zu T 1 <0.02)

46 Bilanzierung neuer Siedlungsflächen Gebäudeneubau Siedlungsfläche seit 1984 Neue Siedlungsfläche bis 2005 Gebäudebestand seit 1984 Gebäudeneubau im Bestand Gebäudeneubau auf neuer Siedlungsfläche Gemeinde Kevelaer

47 Gebäudeentwicklung (Xanten)

48 Regionalstudien REFINA-DoRiF RB Düsseldorf Hannover Fläche der Region km² km² Siedlungsfläche ha ha Gebäudeanzahl ~ 1 Mio. ~1/4 Mio. Kartenblattanzahl 51 x 5 (255 Blätter) 24 x 3 (72 Blätter) Aktualität Z Aktualität Z Aktualität Z Aktualität Z Aktualität Z

49 Geschossfläche [m²] Millionen Gebäudegrundfläche [m²] Millionen Gebäudeanzahl [m²] Tausende Wie viel wurde gebaut? Regierungsbezirk Düsseldorf Regierungsbezirk Düsseldorf Regierungsbezirk Düsseldorf

50 Wo wurde gebaut? Düsseldorf: Verortung neu gebauter Gebäude (rot)

51 Wo wurde gebaut? Düsseldorf: Änderung des Überbauungsgrades (rot +, blau -)

52 Wann wurde wo gebaut? Gemeinde Xanten Siedlungsfläche (bereits bebaut) Neue Siedlungsfläche im Vergleich zum vorherigen Zeitpunkt

53 Was wurde gebaut? Gemeinde Xanten: Geschossflächendichte

54 Wie viel neue Siedlungsfläche wurde in Anspruch genommen? Anteil neuer Siedlungsfläche an der Gemeinde- bzw. Stadtfläche für den Regierungsbezirk Düsseldorf Anteil neuer Siedlungsfläche an Bezugsfläche [%] 1 > 1-2 > 2-3 > 3 Dinslaken 3,4 (Max) D NL Duisburg " Essen " Krefeld " Mönchengladbach " Düsseldorf " Wuppertal " 0 10 km Rommerskirchen 0,3 (Min) Gemeindebezogene Berechnung mit SEMENTA-Change (IÖR) auf Grundlage von TK25 ( ), DTK25-V ( ) und ATKIS Basis-DLM (2006) Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG) Landesvermessungsamt Nordrhein-Westfalen Karte: IÖR 3/2009

55 Hat sich die Gebäudedichte geändert? Gebäudeanzahl pro Siedlungsfläche 2005 für den Regierungsbezirk Düsseldorf NL Gebäudeanzahl pro km² Siedlungsfläche 500 > > > > 800 Änderung der Gebäudeanzahl pro Siedlungsfläche zwischen 1984 und 2005 für den Regierungsbezirk Düsseldorf NL Emmerich am Rhein 0,5 (Min) Änderung der Gebäudeanzahl [%] 5 > 5-10 > > > 20 Straelen 375 (Min) Duisburg " Essen " D Kerken 26,7 (Max) Duisburg " Essen " D Krefeld " Krefeld " Düsseldorf " Wuppertal " Düsseldorf " Wuppertal " Mönchengladbach " Mönchengladbach " Solingen 874 (Max) 0 10 km 0 10 km Gemeindebezogene Berechnung mit SEMENTA-Change (IÖR) auf Grundlage von TK25 ( ), DTK25-V ( ) und ATKIS Basis-DLM (2006) Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG) Landesvermessungsamt Nordrhein-Westfalen Karte: IÖR 3/2009 Gemeindebezogene Berechnung mit SEMENTA-Change (IÖR) auf Grundlage von TK25 ( ), DTK25-V ( ) und ATKIS Basis-DLM (2006) Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG) Landesvermessungsamt Nordrhein-Westfalen Karte: IÖR 3/2009

56 Wie wurde gebaut, verdichtend oder extensiv? Änderung der Geschossflächendichte der Siedlungsfläche (Hinweis: Verringerungen beruhen auf Siedlungserweiterungen, weniger auf Abrissen) Änderung der Geschossflächendichte* zwischen zwischen 1984 und 2005 für den Regierungsbezirk Düsseldorf NL Kerken -0,03 (Min) Mönchengladbach " Krefeld " Duisburg " Düsseldorf " Essen " Änderung der Geschossflächendichte Wuppertal " -0,01 > -0,01-0,00 > 0,00-0,01 > 0,01-0,02 > 0,02 D 0 10 km Hilden 0,02 (Max) *bezogen auf Wohnbauflächen und Flächen gemischter Nutzung Gemeindebezogene Berechnung mit SEMENTA-Change (IÖR) auf Grundlage von TK25 ( ), DTK25-V ( ) und ATKIS Basis-DLM (2006) Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG) Landesvermessungsamt Nordrhein-Westfalen Karte: IÖR 3/2009

57 Wurde nachhaltig gebaut? Verhältnis von Bebauung im Bestand vs. auf Grüner Wiese (vergleichbar Innen zu Außen) Verhältnis* von Bebauung im Bestand vs. auf "Grüner Wiese" zwischen 1984 und 2005 für den Regierungsbezirk Düsseldorf Sonsbeck 0,4 (Min) Verhältnis von Bebauung im Bestand vs. "Grüne Wiese" 1,0 > 1,0-1,5 > 1,5-2,0 > 2,0-2,5 > 2,5 D NL Duisburg " Essen " Viersen 3,9 (Max) Krefeld " Mönchengladbach " Düsseldorf " Wuppertal " 0 10 km *berechnet über die Geschossfläche der Wohnbauflächen und Flächen gemischter Nutzung Gemeindebezogene Berechnung mit SEMENTA-Change (IÖR) auf Grundlage von TK25 ( ), DTK25-V ( ) und ATKIS Basis-DLM (2006) Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG) Landesvermessungsamt Nordrhein-Westfalen Karte: IÖR 3/2009

58 Viersen Hilden Solingen Oberhausen Uedem Remscheid Niederkrüchten Brüggen Emmerich am Rhein Issum Rommerskirchen Wuppertal Essen Kaarst Mülheim an der Ruhr Mönchengladbach Duisburg Hünxe Rheurdt Moers Goch Velbert Voerde (Niederrhein) Schwalmtal Kranenburg Alpen Wesel Weeze Dinslaken Schermbeck Grevenbroich Heiligenhaus Meerbusch Korschenbroich Xanten Bedburg-Hau Nettetal Grefrath Wachtendonk Hamminkeln Ratingen Rheinberg Kleve Kevelaer Krefeld Düsseldorf Kerken Straelen Geldern Rees Haan Monheim am Rhein Kalkar Langenfeld (Rhld.) Neukirchen-Vluyn Kamp-Lintfort Neuss Tönisvorst Erkrath Willich Kempen Wülfrath Mettmann Jüchen Dormagen Sonsbeck Wurde nachhaltig gebaut? Verhältnis von Bebauung im Bestand vs. auf Grüner Wiese (vergleichbar Innen- zur Außenentwicklung) 4,5 4,0 3,5 3,0 Zielverhältnis der Nationalen Nachhaltigkeitsstrategie: 3: (Verhältnis der Innen- zur Außenentwicklung) 2,5 2,0 1,5 Ø Region: 1,4 1,0 0,5 0,0 *bzgl. der Geschossfläche

59 Welcher Bebauungstyp War Auslöser der Siedlungserweiterung? Gebäudetypen der Neubauten auf neuer Siedlungsfläche für den Regierungsbezirk Düsseldorf (gebaut zwischen 1984 und 2005) Gebäudetypen und Anteile MFH (offen/geschlossen) Anteil der Gebäudetypen auf neuen Siedlungsflächen (Hinweis: Karte zeigt die Gebäudetypen, die für Außenentwicklung verantwortlich sind) NL MFH in Zeile, Hochhaus EZH, Reihenhaus Ind.-/Gewerbegebäude D 0 10 km Gemeindebezogene Berechnung mit SEMENTA-Change (IÖR) auf Grundlage von TK25 ( ), DTK25-V ( ) und ATKIS Basis-DLM (2006) Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG) Landesvermessungsamt Nordrhein-Westfalen Karte: IÖR 3/2009

60 Siedlungsflächenanteil 1984 Regierungsbezirk Düsseldorf Anteil der Siedlungsfläche (in %)

65 Zuwachs des Siedlungsflächenanteils Regierungsbezirk Düsseldorf Änderung des Siedlungsflächenanteils zwischen 1984 und 2005 (in %) <

66 Grenzen von SEMENTA-CHANGE Kartenverfügbarkeit und qualität muss gegeben sein Siedlungsfläche nicht mit amtlichen Statistik vergleichbar Neue Siedlungsfläche entspricht nicht der wahren Außenbereichsabgrenzung Renaturierungen unsichtbar (Rückprojektion der Baublöcke) Höchste zeitliche Auflösung durch Aktualisierungszyklus bestimmt (5 Jahre) Leerstand

67 Fazit Verfahren erlaubt erstmals großflächige, hochauflösende Analysen der Siedlungsstruktur und entwicklung Neue objektive Geoinformation für die Planung Erste Ansätze zur Messung der Wirksamkeit von Steuerungsinstrumenten Sichtbarmachen des Flächenverbrauchs Detektion von Innenentwicklungspotentialen

68 Anmerkungen, Fragen? Robert Hecht Hendrik Herold Gotthard Meinel