Raumzeitliche Topographien Wiens

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1 434 Raumzeitliche Topographien Wiens Stefan HERBST 1, Wolfgang SPITZER 1, Helmut AUGUSTIN 2 und Thomas PRINZ 1 1 Reseach Studios Austria ispace, Salzburg stefan.herbst@researchstudio.at 2 MA18 Stadtentwicklung und Standplanung, Stadt Wien Dieser Beitrag wurde durch das Programmkomitee als reviewed paper angenommen. Hintergrund und Ziele Die Weiterentwicklung des Verkehrssystem Wiens in Richtung Stärkung des Umweltverbundes ist ein wesentliches Ziel der Wiener Stadtplanung. In diesem Kontext beschäftigt sich die Magistratsabteilung 18 Stadtentwicklung und Stadtplanung auch mit den verkehrlichen Wirkungen des ÖPNV-Systems. Während es eine Vielzahl von Untersuchungen zu einzelnen Korridoren oder Trassenvarianten gibt, liegen ungleich weniger strukturentdeckende Analysen zu verkehrlichen Wirkungen des Gesamtsystems vor. Ziel des Projektes Raumzeitliche Topographien Wiens ist es, die ÖV-Angebotsqualität nicht-normativ abzubilden. Als Indikator wird das Verhältnis von physischer Distanz zur ÖV-Reisezeit gewählt. Es geht also u. a. um die Frage, ob Gebiete trotz räumlicher Nachbarschaft nur mit erhöhtem Zeitaufwand erreichbar sind. Plakativ wird diese Kenngröße nachfolgend auch als ÖV-Geschwindigkeit (Definition siehe Kap. 3) bezeichnet. Kleinräumige Unterschiede in der Direktheit der Linienführungen (Umwege), der Geschwindigkeit der Verkehrsmittel und der Bedienungshäufigkeiten werden damit aufgezeigt. Über kleinräumige Versorgungsoptimierungen hinaus, ist die Frage der radialen bzw. tangentialen Orientierung des ÖV-Angebotes eine wesentliche strukturelle Frage der strategischen Verkehrsplanung. Die vorliegende Untersuchung adressiert dieses Themenfeld mittels kleinräumiger kartographischer Darstellungen der Radialität bzw. Tangentialität, die allfällige Disbalancen zwischen physischer Distanz und ÖV-Erreichbarkeit zwischen (peripheren) Stadtteilzentren zeigen. Neben diesen stadtplanungsfachlichen Zielen ist auch die Weiterentwicklung des GISbasierenden Methodenrepertoires ein wesentliches Ziel. Es zeigt sich, dass neben Fragen der Indikatorenbildung auch das gewählte Raumbezugssystem relevanten Einfluss auf die Ergebnisse hat und daher diesbezüglich bewusste Entscheidungen erforderlich sind. 1 Stand der Forschung und Herausforderungen Den bisherigen Arbeiten zu ÖV-Erreichbarkeit (bspw. KRAMPE, PRINZ & HERBST 2010; ABEREGG & TSCHOPP 2010; PRINZ 2008; PRINZ et al. 2012; BRUGGER et al. 2012; AUGUS- TIN & BINDER 2008) ist gemein, dass sich die modellierten ÖV-Reisezeiten auf ein oder mehrere Zentren beziehen (1-n bzw. x-n Beziehung). Von diesen Zentren aus werden Isochronen gleicher Erreichbarkeit gebildet. In der gegenständlichen Arbeit werden hingegen Strobl, J., Blaschke, T., Griesebner, G. & Zagel, B. (Hrsg.) (2013): Angewandte Geoinformatik Herbert Wichmann Verlag, VDE VERLAG GMBH, Berlin/Offenbach. ISBN Dieser Beitrag ist ein Open-Access-Beitrag, der unter den Bedingungen und unter den Auflagen der Creative Commons Attribution Lizenz verteilt wird (

2 Raumzeitliche Topographie Wiens 435 alle Orte (Bezugsobjekte) im Untersuchungsraum gleichberechtigt in das Erreichbarkeitsmodell miteinbezogen (n-n Matrix), um diese dann nach Distanz-, Nachbarschafts- und Richtungskriterien räumlich auszuwerten und kartographisch darstellbar zu machen. Die Herausforderung besteht nun darin, die mehr als 3,6 Mio. Beziehungen zwischen Haltestellen aus einer ÖV-Reisezeitmatrix so zu verarbeiten, dass eine für die Stadt Wien darstellbare Zahl an räumlichen Beziehungen entsteht. Dazu müssen zu Beginn unterschiedliche räumliche Bezugseinheiten auf ihre Eignung zur räumlichen Aggregation der Daten getestet werden. Eine weitere Herausforderung besteht in der anschließenden Visualisierung der auf räumliche Bezugseinheiten aggregierten Erreichbarkeitswerte (Auswahl der Distanz oder Nachbarschaft). So sollen jene Räume identifiziert werden, die durch nicht direkte Linienführung zwischen Start und Ziel oder ein langsames Verkehrsmittel verhältnismäßig niedrige ÖV-Geschwindigkeiten aufweisen. 2 Räumliche Bezugseinheiten Für belastbare flächenhafte kartographische Aussagen zu raumzeitlichen Topographien ist die Wahl einer adäquaten räumlichen Bezugsbasis und Maßstabsebene erforderlich. Grundsätzlich bieten sich hier verschiedene administrative oder geometrische Raumbezüge 1 mit jeweils spezifischen Eigenschaften an. Die Projektziele stellen folgende sich teils gegenseitig ausschließende Anforderungen an die räumlichen Bezugseinheiten, wie z. B.: Abbildung kontinuierlicher Erreichbarkeiten über verschiedene Entfernungen Abbildung einer planerisch verwertbaren Nachbarschaftsdefinition optimierte Abbildung verkehrs- und stadtstruktureller Elemente Verknüpfungsmöglichkeit mit ergänzenden Daten (bspw. für Betroffenheitsanalysen: Bevölkerungsstatistik) kartographische Gesichtspunkte (Raumeinheitengröße, Vergleichbarkeit) Vermittlung von Überblicksinformation ohne wesentliche Details zu unterdrücken Abb. 1: Auswahl möglicher Raumbezüge für die Stadt Wien: Zählbezirke (a), regionalstatistische Raster 1 km (b), Sechseckraster 750 m (c) 1 Administrative Raumbezüge: bspw. Baublöcke, Zählgebiete, Zählbezirke, Bezirke; geometrische Raumbezüge: bspw. regionalstatistische Raster (100 m, 250 m, 500 m usw.), regelmäßige Sechsecke

3 436 S. Herbst, W. Spitzer, H. Augustin und T. Prinz Im vorliegenden Projekt wurde die Modellierung der ÖV-Geschwindigkeit für die drei Raumbezüge Zählbezirke, regionalstatistische Raster und Sechseckraster (vgl. Abb. 1). untersucht. Tabelle 1 zeigt einen Überblick zu den in der Projektbearbeitung festgestellten Vor- und Nachteilen dieser räumlichen Bezugsobjekte für die Analyse raumzeitlicher Topographien. Stellvertretend für die unterschiedlichen Raumbezüge werden in den folgenden Kapiteln (Kap. 3; Kap. 4) ausschließlich Ergebnisse der Modellierungen für 1-km- Rasterzellen angeführt. Tabelle 1: Eigenschaften von Raumbezügen für die Analyse von raumzeitlichen Topographien in der Stadt Wien Anzahl (Wien) Vorteile Zählbezirke 250 wiedererkennbare Formen durch Orientierung an baulichen und natürlichen Gegebenheiten umfangreiche Statistiken verfügbar unterschiedliche Größen und Formen Lage der Haltestellen in vielen Fällen entlang der Zählbezirksgrenzen Regionalstatistische Raster 1 km Sechseckraster 750 m 489 gleiche Größe und Form flexibel aggregierbar umfangreiche Statistiken verfügbar 346 flächendeckendes Vieleck, verbesserte Abbildung topologischer Beziehungen Vorteile bei der kartographischen Visualisierung organischer Stadtstrukturen und Linienführungen Nachteile abstrakte Bezugseinheit direkte Beziehungen kartographisch in nur vier Richtungen abbildbar Datenverfügbarkeit bzw. Vergleichbarkeit aufgrund einer Umstellung der Systematik seitens Statistik Austria eingeschränkt abstrakte Bezugseinheit nur mit Adressstatistik verknüpfbar 3 Modellierung von Reisezeiten und physischen Distanzen Als Grundlage der Modellierung dient eine Haltestellen-bezogene ÖV-Reisezeit-Matrix aus der Fahrplanauskunft. Bei der Generierung, Aufbereitung und Bereitstellung der Daten zur ÖV-Fahrzeit wurde die MA 18 der Stadt Wien vom Verkehrsverbund Ostregion und ITS Vienna Region unterstützt. Als Indikator wird das Verhältnis von physischer Distanz zur ÖV-Reisezeit kurz ÖV-Geschwindigkeit gewählt, um bspw. die Frage, ob Gebiete trotz räumlicher Nachbarschaft nur mit erhöhtem Zeitaufwand erreichbar sind, zu beantworten. Zu beachten ist, dass es sich dabei um die theoretische Geschwindigkeit zwischen Quelle und Ziel handelt, wenn man sich ohne Unterbrechungen auf direktem Weg zum Ziel bewegen würde.

4 Raumzeitliche Topographie Wiens 437 Um spätere flächenbezogene Auswertungen zu ermöglichen, wird zunächst auf Grundlage der bereitstehenden ÖV-Reisezeit-Matrix eine Haltestellenmatrix im GIS generiert, die alle notwendigen Informationen (physische Distanz, ÖV-Reisezeit im Verkehrsmittel und durchschnittliche Wartezeit) enthält. Die in der Matrix enthaltene Reisezeit setzt sich dabei aus der Fahrzeit mit dem/n Verkehrsmittel/n und der Wartezeit beim Umsteigen zusammen. Zusätzlich zu dieser Reisezeit im Verkehrsmittel wird die mittlere Wartezeit an der Starthaltestelle als Maß der Attraktivität des benutzten Verkehrsmittels integriert. Grundlage für die Berechnung ist die Zahl der Abfahrten je Haltepunkt innerhalb von 24 Stunden. Der Wert für die mittlere Wartezeit an der Quell-Haltestelle wird in weiterer Folge in gewichteter Form hinzugerechnet. Um Reisezeiten zwischen verschiedenen Raumeinheiten miteinander vergleichen zu können, wird aus den drei ermittelten Komponenten (physische Distanz, Reisezeit und mittlere Wartezeit an der Starthaltestelle) das Maß ÖV-Geschwindigkeit zwischen zwei Haltestellen berechnet. Die unterschiedlich langen ÖV-Verbindungen werden so auf eine von der euklidischen Distanz unabhängige Einheit normiert. Um diese große Datenmenge kartographisch visualisieren zu können, ist die Umlegung der punkthaften Information auf flächenhafte Bezugseinheiten (vgl. Kap. 2) notwendig. Ausgehend von der generierten Haltestellenmatrix (Kap. 3) erfolgt daher die räumliche Aggregation der Geschwindigkeitswerte auf die Bezugsobjekte Zählbezirke, Rasterzellen und Sechsecke. 4 Ergebnisse Verschiedene Möglichkeiten der kartographischen Darstellung werden evaluiert. Die Darstellungen erlauben das Identifizieren von Raumwiderständen zwischen Räumen (je geringer die ÖV-Geschwindigkeit desto größer der Raumwiderstand). Diese können anschließend, gemeinsam mit regionalstatistischen Auswertungen, als Basis für die Erstellung von Planungsgrundlagen dienen. Für zweckdienliche Planungsgrundlagen ist die Festlegung der Nachbarschaft von Bedeutung. Auf Basis der ÖV-Geschwindigkeitswerte zwischen den räumlichen Bezugsobjekten (Raster, Zählbezirke, Sechsecke) wird daher die Auswahl des zu analysierenden räumlichen Umfeldes um die Zielzelle durch Nachbarschaftsfilter (Kap. 4.1) sowie richtungsspezifische Filter (Kap. 4.2) vorgenommen. 4.1 Auswertung nach Nachbarschafts- und Distanzfilter Die Auswertung berücksichtigt jeweils die räumlich angrenzenden Bezugseinheiten mit den in Abb. 2 dargestellten Nachbarschaftsdefinitionen. Dies ermöglicht die kartographische Darstellung von ÖV-Geschwindigkeiten zu jedem einzelnen Nachbarn (dargestellt durch die Breite der Trennlinie) sowie der mittleren ÖV-Geschwindigkeit zu allen angrenzenden Bezugseinheiten (Farbwert der Fläche). Die Berechnungen erfolgen hier zwar ausschließlich für die jeweils direkte Nachbarschaft (siehe hierzu Abb. 2), mehrere aufeinanderfolgende Raumeinheiten können aber auch als größere Nachbarschaften kumulativ interpretiert werden (bspw. als bandartige Strukturen). Die drei untersuchten Raumbezugseinheiten weisen hierzu jeweils spezifische Vor- und Nachteile (s. u. bzw. Tabelle 1) auf.

5 438 S. Herbst, W. Spitzer, H. Augustin und T. Prinz Abb. 2: Schema einer direkten 2 Nachbarschaft für Raster (a; 4er-Nachbarschaft), Sechsecke (b) und Zählbezirke (c) Abb. 3: ÖV-Geschwindigkeit zwischen direkt benachbarten 1-km-Rasterzellen (4er-Nachbarschaft)

6 Raumzeitliche Topographie Wiens 439 Abb. 3 zeigt auf Basis des regionalstatistischen 1 km Rasters die ÖV-Geschwindigkeit zwischen direkt benachbarten 2 Rasterzellen. Im Falle von regelmäßigen Rastern entspricht dies einer 4er-Nachbarschaft (Abb. 2). Die Grenzlinienstärke bezieht sich auf die Geschwindigkeit zwischen direkt aneinander angrenzenden Rasterzellen. Die Flächenfarbe wiederum repräsentiert den Mittelwert der maximalen Geschwindigkeiten zu den vier benachbarten Rasterzellen. 4.2 Auswertung nach radialen und tangentialen Richtungen Das ÖV-System der Stadt Wien ist nicht zuletzt aufgrund der typischen Stadtmorphologie von einer überwiegend radialen Struktur der leistungsfähigen Verkehrsmittel gekennzeichnet. So weisen die Linienführungen der U-Bahnen ausgehend vom Stadtzentrum meist sternförmig in die randlichen Bezirke. Die Erschließung der dadurch schematisch von außen in Richtung Stadtzentrum sich verjüngenden Zwischenräume der Verkehrsachsen erfolgt i. d. R. eher durch den niederrangigen ÖV. Um ein dadurch mögliches raumbezogenes Ungleichgewicht zwischen radialer und tangentialer ÖV-Erschließung aufzuzeigen, wird ein Nachbarschaftsfilter für die Auswertungen erstellt, der für jede Rasterzelle die umliegende 24er-Nachbarschaft in zwei Richtungen unterteilt (siehe Abb. 4). Dafür wird ausgehend von jeder Rasterzelle die Richtung der Luftlinie zum Stadtzentrum (Stephansplatz) berechnet. Diese Richtung wird mit einer Toleranz von ±30 als radiale Richtung festgesetzt. Die jeweilige tangentiale Richtung steht normal auf die radiale Richtung, wobei auch hier eine Abweichung von ±30 toleriert wird (Abb. 4). Diejenigen Rasterzellen, die innerhalb der 24er-Nachbarschaft 3 sowie in einem dieser beiden Richtungskorridore liegen, werden so der radialen bzw. der tangentialen Nachbarschaft zugeordnet und fließen in die Mittelwertberechnung für die betroffene Rasterzelle ein. Aufbauend auf diesem richtungsabhängigen Nachbarschaftsfilter zeigt die Karte in Abb. 5 einen Vergleich der ÖV-Geschwindigkeit in radialer sowie in tangentialer Richtung für jede 1-km-Rasterzelle. Die Diagonale von hell- in Richtung dunkelgrau indiziert eine insgesamt zunehmende ÖV-Geschwindigkeit, aber keine Unterschiede in radialer und tangentialer Richtung. Abweichungen von dieser Diagonale kennzeichnen größere Unterschiede der beiden Richtungen. Die Signatur R zeigt so jene Rasterzellen, die in radialer Richtung besser als in tangentialer Richtung angebunden sind. Für eine tangentiale Dominanz wird die Signatur T verwendet. 2 3 Als direkte Nachbarn gelten im vorliegenden Projekt diejenigen Raumeinheiten, die eine gemeinsame Grenzlinie haben. Sind zwei Raumeinheiten allein über einen gemeinsamen Grenzpunkt verbunden, so werden diese nicht berücksichtigt (Abb. 2). Umgesetzt als Distanz von bis zu m um den Bezugszellenmittelpunkt

7 440 S. Herbst, W. Spitzer, H. Augustin und T. Prinz Abb. 4: Schema erweiterter Nachbarschaften (24er) in tangentialer bzw. radialer Richtung Abb. 5: ÖV-Geschwindigkeit in radiale und tangentiale Richtungen (24er-Nachbarschaft)

8 Raumzeitliche Topographie Wiens Räumliche Verzerrung nach ÖV-Geschwindigkeit Um die festgestellten Disbalancen in der ÖV-Verbindungsqualität plakativ darzustellen, werden Techniken der räumlichen Verzerrung eingesetzt. Unterschiedliche Ansätze der kartographischen Verzerrung von Räumen finden sich in der Literatur unter den Begriffen kartographische Anamorphose, Zeitkarten, chronomaps oder time-space maps (bspw. CAROSIO 2005, AHMED & MILLER 2007). Im aktuellen Ansatz werden in einem geometrischen Ansatz ÖV-Verbindungen analysiert und ihre räumliche Entfernung durch die ÖV-Geschwindigkeit verändert. Die unterschiedlichen Geschwindigkeiten im Stadtgebiet führen zu räumlichen Verzerrungen gegenüber dem gewohnten Kartenbild. Regionen mit guter Anbindung an den öffentlichen Verkehr (mit hoher ÖV-Geschwindigkeit) rücken dadurch näher zusammen; Regionen mit schlechter Anbindung (geringer ÖV-Geschwindigkeit) entfernen sich voneinander. Die Herausforderung besteht in der Generierung eines stabilen Modells, dessen Ergebnisbild (Trend der Verzerrung) in erster Linie von den als Datengrundlage einfließenden Reisezeiten gesteuert wird. Die Parameterwahl im Modell soll möglichst nur den Grad der Verzerrung beeinflussen. Es ist dabei ein Mittelmaß zu finden, welches einerseits die räumlichen Unterschiede in den ÖV-Geschwindigkeiten im Kartenbild ausreichend repräsentiert und andererseits die städtischen Strukturen für den Interpreten noch erkennen lässt. Abb. 6 zeigt eine mögliche Variante der räumlichen Verzerrung nach der ÖV-Geschwindigkeit für das Stadtgebiet von Wien. Abb. 6: Prototypische Verzerrung durch Ersetzen der Entfernung durch die ÖV-Geschwindigkeit

9 442 S. Herbst, W. Spitzer, H. Augustin und T. Prinz 5 Fazit und Ausblick In der vorliegenden strukturentdeckenden und flächenhaften Analyse von räumlichen Erreichbarkeiten des Öffentlichen Verkehrs werden Daten zum ÖV-Angebot hinsichtlich unterschiedlicher Aspekte der ÖV-Erreichbarkeit untersucht und liefern als räumliche Indikatoren Hinweise auf Disbalancen in der Verbindungsqualität: raumzeitliche Unterschiede: Welche Räume liegen physisch nahe, sind aber aus ÖV- Nutzersicht zeitlich weit voneinander entfernt? Welche Räume sind trotz großer physischer Entfernung für ÖV-Nutzer in kurzer Zeit erreichbar? richtungsspezifische Unterschiede: Wie unterscheiden sich die ÖV-Erreichbarkeiten eines Raumes in verschiedenen Richtungen? In der Modellierung werden auf Basis unterschiedlicher Bezugseinheiten (vgl. Kap. 2) flexible räumliche Nachbarschaften (Nachbarschafts- und Distanzfilter) verwendet, um topologische Beziehungen abzubilden. Für die in Kap. 4 dargestellten Ergebnisse wurden geographische Rasterzellen verwendet, da eine Reihe von amtlichen Daten vorliegt, die regionalstatistische Analysen und eine räumliche Übertragbarkeit des Modells ermöglichen. Weitere Bezugseinheiten wie regelmäßige Sechsecke bieten etwa die Möglichkeit der besseren Abbildung topologischer Beziehungen und bringen damit Vorteile bei der kartographischen Visualisierung organischer Stadtstrukturen und Linienführungen. Für diese Sechsecke ist jedoch keine aggregierte Statistik verfügbar. Somit müsste zur planerischen in Wert Setzung die Adressstatistik herangezogen werden. Die erarbeiteten Ergebnisse können einen Beitrag zur strategischen Planung des Öffentlichen Verkehrs im Sinne einer Priorisierung von Maßnahmen liefern. Daneben besteht die Möglichkeit, zusätzlich zur Analyse der aktuellen Betroffenheit auch künftige Entwicklungen wie Einwohnerveränderungen zu berücksichtigen. In zukünftigen Arbeiten wird eine Verfeinerung und Weiterentwicklung des Modells zur räumlichen Verzerrung nach ÖV-Geschwindigkeit (Kap. 4.3) angestrebt. Dafür ist auch eine Ergebnisbeurteilung nach raumplanerischen Gesichtspunkten zwischen der entwickelten Methodik und anderer Ansätzen (bspw. multidimensionale Skalierung) vorgesehen. Literatur ABEREGG, I. & TSCHOPP, M. (2010), Erschließung und Erreichbarkeit in der Schweiz mit dem öffentlichen Verkehr und dem motorisierten Individualverkehr. Bern. ( ). AHMED, N. & MILLER, H. J. (2007), Time-space transformations of geographic space for exploring, analyzing and visualizing transportation systems. In: Journal of Transport Geography, AUGUSTIN, H. & BINDER, B. (2008), Die räumliche Verteilung von baulicher Dichte und ÖV-Erreichbarkeit in Wien. In: STROBL, J., BLASCHKE, T. & GRIESEBNER, G. (Hrsg.), Angewandte Geoinformatik Wichmann Verlag, Heidelberg,

10 Raumzeitliche Topographie Wiens 443 BRUGGER, P., HERBST, S., LENZ, P., STEIGER, E., KRAMPE, S. & PRINZ, T. (2012), Public- TransportScreener praxisorientierte Planungstools zur Bewertung der ÖV-Angebotsqualität. In: STROBL, J., BLASCHKE, T. & GRIESEBNER, G. (Hrsg.), Angewandte Geoinformatik Wichmann Verlag, Heidelberg, CAROSIO A., DOLCI, C. & SCHERER, M. (2005), Erreichbarkeitsveränderungen in der Schweiz: Eine kartographische Darstellung. In: AXHAUSEN, K. W. & HURNI, L. (Eds.), Zeitkarten Schweiz , Kapitel 3, IVT, ETH Zürich, Zürich. ( ). KRAMPE, S., PRINZ, T. & HERBST, S. (2010), Erreichbarkeit und Angebotsbewertung im ÖPNV. In: STROBL, J., BLASCHKE. T. & GRIESEBNER, G. (Hrsg.) (2010), Angewandte Geoinformatik Wichmann Verlag, Heidelberg, PRINZ, T. (2008), Multikriterielle Modellierung der ÖV-Erreichbarkeit für die Stadt Wien, Projektbericht. Salzburg. ( ). PRINZ, T., HERBST, S., KRAMPE, S. & LENZ, P. (2012), Demographieorientiertes Bewertungs- und Planungsmodell für die Zugänglichkeit und Angebotsqualität im ÖV. Endbericht des ways2go Projektes PublicTransportScreener (unveröffentlicht).