Maßstabsspezifische Ableitung von thematischen Grundlagendaten für Landschaftsanalysen

Abstract

Landschaftsökologische Modellierungen stehen im Spannungsfeld zwischen gesellschaftlichen Ansprüchen und der mangelnden maßstabsspezifischen Verfügbarkeit an thematischen Grundlagendaten und Bezugseinheiten. Gesellschaftliche Ansprüche resultieren aus der nationalen und europäischen Umweltgesetzgebung. Die maßstabsspezifische Datenverfügbarkeit bezieht sich auf die inhaltliche, zeitliche und geometrische Auflösung sowie die Datenqualität. Das Hauptziel der Arbeit besteht in der Entwicklung einer Datenintegrations- und Disaggregierungsprozedur zur maßstabsspezifischen Bereitstellung von Grundlagendaten, die in eine konzeptionelle Umgebung zur Modellierung landschaftsökologischer Prozesse vor dem Hintergrund politischer Rahmenbedingungen einbettet ist. Die Prozedur beruht auf der Verknüpfung von bestehenden funktionalen Hierarchien thematischer Grundlagendaten mit multi-skalaren Objektstrukturen, die sich aus der regionenbasierten Segmentierung kontinuierlicher Flächendaten ableiten. Die statistische Klassifikation der resultierenden Bezugseinheiten unter Berücksichtigung von Zusatzwissen führt zu räumlich-zeitlichen Lückenschlüssen funktionaler Hierarchien. Den Disaggregierungsergebnissen können Qualitätsmaße zugeordnet werden, die sich sowohl auf die Grenzen der Bezugseinheiten als auch auf die Klassifikationen beziehen. Der methodische Ansatz ist beispielhaft anhand der Disaggregierung (1.) einer Landnutzungsklasse und (2.) eines Bodenkartenwerkes angewendet worden: 1. Die Disaggregierung der thematischen Klasse ’Ackerflächen’ basierte auf der geometrischen und semantischen Verknüpfung von Biotoptypenkartierung, spektralen Objekten aus der Segmentierung multi-temporaler Landsat-Satellitenbilder sowie kreisbezogenen Feldfuchtinformationen aus der Agrarstatistik. Als Ergebnis konnten Ackerschläge automatisiert abgegrenzt, mit einem neuen Objektvaldierungsverfahren hinsichtlich ihrer Grenzgenauigkeit bewertet sowie beispielhaft mit Informationen zur aktuellen Feldfurcht attributiert werden. 2. Die Disaggregierung des Bodenkartenwerkes der Mittelmaßstäbigen landwirtschaftlichen Standortkartierung (MMK) konnte (a) durch eine adaptive Reliefklassifikation und (b) die anschließende Verknüpfung der resultierenden Reliefklassen mit der MMK-Wissensbasis realisiert werden: a) Das neu entwickelte Reliefgliederungsverfahren ermöglichte die Adaption der Klassifizierungsergebnisse an Reliefklassendefinitionen, die Ausdruck einer nutzerspezifischen Landschaftswahrnehmung sind. b) Als Verknüpfungsrelationen dienten Angaben zur Verbreitung von Bodenformen und zugehörigen Reliefklassen. Auf diese Weise konnte das semantische Bodenformeninventar der Wissensbasis lokalisiert werden.

Landscape-related modelling is challenged to prevail within the limits of scale-specific availability of geodata and reference units on the one side and policy requirements on the other side. Policy requirements result from national and European societal acting of legislature and executive on different administrative levels regarding environmental issues. The scale-specific availability of geodata refers to semantic, temporal and geometric resolutions as well as data accuracy. The main objective of the thesis is the development of a procedure for data integration and disaggregation enabling the supply of scale-specific thematic geodata. The procedure is embedded in a conceptual framework for modelling of landscape-related processes against the background of policy conditions. The method is based on the coupling of existing functional hierarchies of thematic geodata and multi-scale object structures. Multi-scale object structures arise from the region-based segmentation of continuous data. The statistical classification of the resulting reference units considers auxiliary data and fills spatio-temporal gaps of functional hierarchies. The disaggregation results can be characterised by quality measures which refer to both objects and classifications. The approach is applied to the example of the disaggregation (1.) of a land use class and (2.) of a soil map: 1. The disaggregation of the thematic class ’intensive agriculture’ was based on the geometric and semantic coupling of the digital biotope and land use types, spectral objects from the segmentation of multi-temporal Landsat satellite data as well as crop data from the agrarian state statistics. The resulting fields could be assessed regarding boundary accuracy as well as be updated with information of current field crops. 2. The disaggregation of mesoscale soil mapping units could be realised by (a) an adaptive terrain classification procedure and (b) the following coupling of the resulting landforms with a semantic knowledge base: a) The new terrain classification procedure enabled the adaptation of landform classifications to user’s landscape perception. b) The knowledge base contains information about semantic relations between soil classes and landforms. Thus, the soil class inventory of the knowledge base could be localised.