AG Geomatik

Arbeitsgruppe „Geomatik“

Der wissenschaftliche Fokus der Arbeitsgruppe Geomatik liegt auf Untersuchungen zur raum-zeitlichen Dynamik vor allem von städtischen Entwicklungsprozessen mit dem Ziel einer nachhaltigen (Stadt)entwicklung unter Verwendung quantitativer Analysen mittels unterschiedlicher Methoden. Dazu zählen Fernerkundung (FE), Geografische Informationssysteme (GIS), Umweltmessungen und kartografische Modellierung.

Schwerpunkt: Analyse städtischer Strukturen

Das Monitoringsystem betrachtet die natürliche, gebaute und soziale Umwelt. Zur räumlichen Analyse gehören sozio-demografische Indikatoren sowie bisher noch wenig berücksichtigte Phänomene des urbanen Landnutzungswandels, wie beispielsweise Freiraumentwicklung versus Innenverdichtung oder der Umgang mit Brachflächen. Außerdem werden raumprägende Merkmale, wie z.B. Stadtstrukturtypen, urbane Morphologie, Grünflächenausstattung und Versiegelungsintensität als flächenbezogene Indikatoren für eine räumliche Differenzierung der natürlichen und gebauten Umwelt abgeleitet und Interaktionen zwischen Städten und ihrem Umland untersucht.

Wissenschaftlicher Ansatz

  • Monitoring der Landnutzungsdynamik im Gradient urbaner bis peri-urbaner Raum unter dem speziellen Blickwinkel von Freiraumentwicklung und Innenverdichtung von Städten mittels hoch- und sehr hochauflösender Fernerkundungsdaten.
  • Auswertung verschiedenster FE-Daten zur strukturellen Analyse der urbanen Morphologie
  • Verwendung von sowohl Pixel-basierter als auch Objektbasierter Bildanalyse
  • Räumliche Ableitung von Indikatoren zur Bestimmung ökologischer Merkmale (z.B. Charakteristik des Oberflächenmaterials hinsichtlich seiner Versiegelung und seines potentiellen Oberflächenabflusses / Versickerungsrate).
  • Monitoring von sozialräumlichen Veränderungen auf der Basis statistischer Daten auf unterschiedlichen Maßstabsebenen.
  • Erstellen von Landnutzungsszenarien.
  • Ableitung von Strategien zur Unterstützung kommunaler Entscheidungsträger.

Schwerpunkt: Mobile personenbezogene Messungen

Urbane Räume sind Hotspots für Umweltbelastungen wie Lärm, Luftverschmutzung und Hitze. Diese Stressoren beeinträchtigen die Gesundheit der Menschen in der Stadt und sind räumlich und zeitlich stark kontextabhängig verteilt. Mobile, persönliche Sensoren (sog. Wearables) ermöglichen die Messung dieser Stressoren für Einzelpersonen. Dabei haben Wearables zwei Aspekte: Erstens wird die Exposition einer Person aufgezeichnet, und zweitens fungiert die Person als Erforscher des urbanen Raums. Solche Umweltdaten können genutzt werden, um die Resilienz urbaner Regionen in Bezug auf Gesundheitsrisiken zu verbessern. Sie eröffnen Wege für eine flexible persönliche Anpassung an ein sich veränderndes Stadtklima, für die Identifizierung von Hotspots urbaner Schadstoffe und für die Verbesserung urbaner Strukturen. Insbesondere kann personalisiertes Belastungsfeedback eingesetzt werden, um das Bewusstsein für gesundheitsrelevante Stressoren zu schärfen und gesundheitsschützendes Verhalten zu fördern.

Wissenschaftlicher Ansatz

  • Erfassen der räumlichen und zeitlichen Verteilung von Umweltstressoren im urbanen Raum (auch Echtzeit)
  • Erfassen von individuellen Belastungsprofilen von Radfahrer*innen und Fußgänger*innen
  • Auswertung der Messdaten und weiterer urbaner Daten (Datenintegration) mit Hilfe von Methoden der Visualisierung, VR und räumlicher Statistik

Schwerpunkt: Urbane Fernerkundung

Urbane Gebiete zeichnen sich durch hohe Heterogenität auf einem vergleichsweise kleinen Raum aus. Ziel der Anwendung und Weiterentwicklung von Methoden der Fernerkundung (Satelliten- und Luftbildauswertung) und Geografischer Informationssysteme ist es die raum-zeitliche, sowie strukturelle Untersuchung von Stadtgebieten zu befördern. Darüber hinaus wird die Übertragbarkeit auf andere urbane Räume untersucht. Die Nutzung spektraler, struktureller, 3D und topologischer Informationen aus der Fernerkundung ist auf unterschiedlichen räumlichen Skalen von großer Bedeutung bei der Charakterisierung und Modellierung von Landoberflächeneigenschaften.

Wissenschaftlicher Ansatz

  • Objektbasierte Auswertung mittels Orthofotos und sehr hoch auflösende Satellitenbilder. Erstere werden aus einem Flugzeug heraus aufgezeichnet und sind kostenfrei, letztere sind global verfügbar jedoch kostenintensiv. Beide Aufnahmesysteme besitzen eine räumliche Auflösung von unter einem Meter.
  • Zusätzliche Informationen ziehen wir aus dem Vergleich von Daten verschiedener Zeitpunkte und der Nutzung von spektralen Kanälen außerhalb des sichtbaren Bereichs, wie red edge und nahes Infrarot.
  • Neben den spektralen Eigenschaften von Oberflächen werden auch 3D Informationen von LiDAR Befliegungen oder photogrammetrische Ansätze genutzt.
  • Die Verarbeitung der Informationen wird nach dem aktuellen Stand der Forschung nicht nur auf Basis von Pixeln, sondern auf Objektebene vorgenommen um zusätzliche Informationen wie Form, Größe und Textur ableiten zu können.

Schwerpunkt: Stadtklimamodellierung und Klimaanpassung in urbanen Räumen

Anpassung gegenüber urbaner Hitze erfordert Detailwissen über die raumzeitliche Ausprägung der dazu beitragenden biophysikalischen Prozesse (z. B. Strahlung, Konvektion, Evapotranspiration, Wärmespeicherung und anthropogen erzeugter Wärme). Unser Ziel ist es dies in möglichst hochaufgelösten Karten zu visualisieren, um die Auswirkungen der stark heterogenen Bebauungsstruktur einer Stadt abbilden zu können. Dies wird dann in Handlungsempfehlungen für städtische Entscheidungsträger übersetzt. Zur Gewährleistung der dafür nötigen räumlichen Abdeckung, werden state-of-the-art Stadtklimamodelle angewendet und für praxisrelevante Anpassungsmaßnahmen weiterentwickelt. Eine Implementierung solcher Modelle erfordert die Integration von umfangreichen und detaillierten Landnutzungsdaten, sowie Informationen über die Oberflächeneigenschaften. Zusammen mit der urbanen Fernerkundung und externen Partnern, wollen wir entsprechende Produkte ableiten und damit die Simulationsresultate verbessern. Hochaufgelöste Fernerkundungsprodukte und mobile personenbezogene Messungen verbessern dabei die Validierung solcher Modelle, da Sie eine größere räumliche Abdeckung erzielen. Bisher werden dafür hauptsächlich Punktmessungen verwendet, die allerdings die lokal großen stadtklimatischen Unterschiede nur unzureichend erfassen können.

Wissenschaftlicher Ansatz

  • Ursachenattribution zur urbanen Überwärmung und Interaktion der Oberflächenwärmeflüsse (Energiebilanz) mit der Bebauungsstruktur
  • Empfehlungen für lokal maßgeschneiderte Klimaanpassungsmaßnahmen mit Fokus auf der Quartiersebene und Szenarienmodellierung
  • Weiterentwicklung und Anwendung von Stadtklimamodellen, mithilfe der Integration von Landnutzungsdaten und physikalischer sowie thermischer Oberflächeneigenschaften

Schwerpunkt: GIS-Analysen in Kombination mit soziologischen und sozialgeografischen Untersuchungen

Urbane Räume und Strukturen weisen eine hohe Komplexität auf. Um dieser gerecht zu werden, kombinieren wir unterschiedliche disziplinäre Zugänge miteinander. GIS- und Landnutzungsdaten werden mit Befragungsergebnissen aus einer soziologischen Langzeitstudie sowie kommunalstatistischen Daten verknüpft. Qualitative Untersuchungen (z.B. Interviews) ergänzen die gekoppelten Analysen.
Diese Herangehensweise führt sowohl methodisch als auch inhaltlich zu einem zusätzlichen Erkenntnisgewinn. Insbesondere Wechselwirkungen verschiedener Einflussfaktoren in Städten und einzelnen Quartieren werden erkennbar. Zudem kann damit die Prozesshaftigkeit urbaner Entwicklungen belegt werden.

Wissenschaftlicher Ansatz

  • Mixed Methods
  • Vergleichende sozialwissenschaftliche Raumanalysen
  • Test von disziplinübergreifenden innovativen Methodenverknüpfungen

Das Stadtlabor am UFZ − LeipzigLab

Das Stadtlabor Leipzig

Um innerhalb der Projekte den Zugang zu raumbasierten Daten sowie den Datenaustausch zwischen Projektpartnern zu vereinfachen und erzielte Ergebnisse fachübergreifend nutzbar zu machen, wird auf den Aufbau von Geodateninfrastrukturen gesetzt. Die Grundlage bilden ein webbasiertes Metadaten-Informationssystem (MIS) (https://geonetwork.ufz.de) zur standardkonformen Dokumentation von Geodaten in Kombination mit WebGIS Technologien für den Austausch und die Visualisierung von Geoinformationen (in Entwicklung).




Publikationen der AG-Mitglieder sind auf den jeweiligen Mitarbeiterhomepages zu finden.