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Leibniz-Institut für ökologische Raumentwicklung

Gebäude sind mehr als ihr Grundriss – deutschlandweit lassen sie sich nun automatisch klassifizieren

Die Planung von Städten, Infrastruktur oder Energieversorgung ist ohne Informationen zur Siedlungsstruktur nicht denkbar. Aussagen zu einzelnen Gebäuden waren bisher jedoch nur eingeschränkt möglich. Im Rahmen einer Dissertation hat Robert Hecht untersucht, wie sich Merkmale anhand von Geodaten automatisch erheben und Gebäude dadurch klassifizieren lassen. Nachzulesen ist dies in einem neuen Band der Schriftenreihe des Leibniz-Instituts für ökologische Raumentwicklung (IÖR).

Grafik: Eine Karte zeigt die Ergebnisse der automatisierten Gebäudeklassifizierung am Beispiel eines Ausschnittes von Dresden-Striesen. (Quelle: Berechnung und Darstellung Robert Hecht)
Häuser können anhand von Geobasisdaten einem Gebäudetyp zugeordnet werden. (Quelle: Robert Hecht)

In Deutschland existiert ein riesiges Angebot an Karten und Geodaten, die Gebäude im Grundriss, zwei- oder dreidimensional abbilden. Für die Stadt- und Regionalplanung oder das Risikomanagement reichen diese Informationen jedoch längst nicht mehr aus. Gefragt ist konkretes Wissen über den Gebäudebestand bis hin zum einzelnen Haus oder Wohnblock. Diese Informationen automatisiert zu generieren, ist ein Aspekt der Forschungsarbeiten im Bereich Monitoring der Siedlungs- und Freiraumentwicklung. Mit einer Dissertation hat Robert Hecht die Grundlagen geschaffen, Gebäude flächendeckend in ganz Deutschland automatisch zu klassifizieren. Anhand von Geobasisdaten und Kartenmaterial können sie als Ein- oder Mehrfamilienhaus, Gründerzeit- oder DDR-Plattenbau, Wohn- oder Geschäftshaus identifiziert werden. Auf Basis dieses klassifizierten Gebäudebestandes lassen sich weitere Informationen ableiten, die nicht nur für Stadtplaner von Interesse sind.

„Eine manuelle Erhebung von Gebäudetypen ist extrem zeitaufwändig und nicht frei von subjektiven Einflüssen. Bisher genutzte automatisierte Verfahren hatten aber das Problem, dass sie noch nicht hinreichend an deutschen Geo­basisdaten getestet wurden und zudem nicht flexibel genug arbeiten“, erläutert Hecht. Diese Defizite sollte die neue Methode nicht haben. Deshalb hat der Wissenschaftler verschiedene Verfahren untersucht und sich schließlich für ein maschinelles Lernverfahren entschieden. „Der Einsatz eines lernenden Verfahrens macht es möglich, verschiedene Datenbestände als Ausgangsmaterial zu verwenden. Das System muss lediglich anhand von Trainingsdaten lernen, Muster wiederzuerkennen“, erklärt Robert Hecht. Für seine Untersuchungen hat er eine Referenzdatenbank mit 800.000 Gebäudegrundrissen verwendet. Mit Hilfe dieser Daten ließ sich belegen, dass das Verfahren die untersuchten Grundrisse präzise den verschiedenen Gebäudeklassen zuordnet.

Für die Erhebung der Gebäudemerkmale werden ausschließlich amtliche Geo­basisdaten genutzt, die fortschreibungspflichtig sind und damit auch in der Zukunft zur Verfügung stehen. Damit ist eine zuverlässige Datenbasis gesichert und das Verfahren in ganz Deutschland anwendbar. Auch in Ländern mit vergleichbarer Datenlage kann es zum Einsatz kommen. Die Übertragbarkeit zwischen verschiedenen Regionen ist allerdings begrenzt. Differenzen in der Baukultur machen es erforderlich, dass zur Gebäudeklassifizierung Datenbanken mit regionalspezifischen Trainingsdaten verwendet werden.

Die mit dem Verfahren gewonnenen Daten machen passgenaue Planungen möglich, da sich auf ihrer Grundlage auch Bevölkerungsverteilungen berechnen lassen. Für Kommunen wird damit zum Beispiel ersichtlich, wo zusätzliche Fahrradwege oder Spielplätze vonnöten sind. Die Regionalplanung kann entscheiden, wo neue Windkraftanlagen entstehen oder Gewerbeflächen eingespart werden können. Durch die Kombination der gebäudebezogenen Daten mit Gefahrenkarten lassen sich Informationen für den Katastrophenschutz oder die Gefahrenabwehr ableiten. Energieversorger oder Mobilfunkanbieter können die Daten für ihre Netzplanung nutzen.

Die Ergebnisse der Arbeit fließen in den Monitor der Siedlungs- und Freiraumentwicklung (www.ioer-monitor.de) ein. Diese wissenschaftliche Dienstleistung des IÖR steht Interessierten im Internet frei zur Verfügung. Der IÖR-Monitor wurde mit dem Ziel entwickelt, Städte und Regionen bei der ressourcen- und flächenschonenden Entwicklung zu unterstützen.

Ansprechpartner im IÖR:
Dr. Robert Hecht, Telefon: (0351) 46 79-248, E-Mail: R.Hecht[im]ioer.de

Kooperation zwischen IÖR und Partnern in Kolumbien wächst

Mit Baumpflanzungen im Umland von Bogotá, der Hauptstadt von Kolumbien, haben Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für ökologische Raumentwicklung (IÖR) die weiteren Kooperationen mit Partnern in dem südamerikanischen Land besiegelt. Das IÖR unterstützt die Regierung in Fragen der ökologischen Raumentwicklung und beim Schutz der biologischen Vielfalt – unter anderem im Rahmen eines deutsch-kolumbianischen Expertenaustauschs.

Foto: Bernhard Müller und Clemens Deilmann helfen in Kolumbien bei der Aufforstung. (Fotos: IÖR)
Bernhard Müller und Clemens Deilmann helfen in Kolumbien bei der Aufforstung. (Fotos: IÖR)

Auf Einladung der kolumbianischen Botschaft haben Wissenschaftler des IÖR an einem Kolumbianisch-Deutschen Forum teilgenommen. Rund 100 Experten aus Wissenschaft und Praxis gingen bei dem Treffen der Frage nach, wie Umwelt und Natur in Kolumbien durch eine geeignete Raumordnung besser geschützt werden können. "Es wurde schnell deutlich, dass es keineswegs an Informationen mangelt, die für eine ökologische Raumplanung nötig sind", erläutert Professor Bernhard Müller, Direktor des IÖR. "Das Problem ist eher eine Fülle an kleinen, häufig einzelfallorientierten Planungen. Es mangelt an Kommunikation und Kooperation bei der Abstimmung von Planungsprozessen." Erste Lösungswege, wie Prozesse der Raumplanung künftig optimiert werden können, wurden bei dem Treffen benannt. In verschiedenen deutsch-kolumbianischen Projekten sollen sie nun konkret erarbeitet werden.

Neben dem Direktor des IÖR waren auch die Forschungsbereichsleiter Professor Clemens Deilmann und Professor Wolfgang Wende zu Gast in Kolumbien, um unter anderem mit dem Amt für nationale Planung nächste Schritte der Zusammenarbeit zu besiegeln. Geplant sind wechselseitige Forschungsaufenthalte und die gemeinsame Förderung von Nachwuchswissenschaftlern, zum Beispiel gemeinsame Dissertationen im Rahmen der Dresden Leibniz Graduate School.

Doch nicht nur mit ihren Forschungsergebnissen wollen die Wissenschaftler des IÖR die kolumbianische Regierung dabei unterstützen, verstärkt Umwelt- und Naturschutzaspekte in die Raumplanung des Landes zu integrieren. Bei der Aufforstung eines Savannen-Auwaldes in der Nähe der Hauptstadt Bogotá haben die Vertreter des Institutes nun auch bei der praktischen Umsetzung von Maßnahmen geholfen. Die Pflanzungen dienen dem Ziel, die Reste des Urwaldes zu erhalten und ihn auszuweiten. Er soll künftig nicht nur der Bevölkerung von Bogotá zur Erholung dienen, sondern ist vor allem wichtig, um die biologische Vielfalt in dem Gebiet zu erhalten und zu schützen. Dazu werden bei der Wiederaufforstung Pflanzen verwendet, die aus den Samen der noch vorhandenen Bäume herangezogen wurden.

Ansprechpartner im IÖR:
Prof. Dr. Dr. h.c. Bernhard Müller, Telefon: 0351/46 79-211, E-Mail: B.Mueller[im]ioer.de

Wir über uns - IÖR

Das Leibniz-Institut für ökologische Raumentwicklung ist eine raumwissenschaftliche Forschungseinrichtung der Leibniz-Gemeinschaft. Wir erarbeiten wissenschaftliche Grundlagen für eine dauerhaft umweltgerechte Entwicklung von Städten und Regionen im nationalen und internationalen Zusammenhang. Die Ausrichtung der Forschung zielt auf Antworten für ökologische Fragen nachhaltiger Entwicklung.

Wir erforschen Wechselwirkungen zwischen der natürlichen Umwelt und der Gesellschaft sowie damit verbundene Optionen der Steuerung. Auf der Grundlage unserer Erkenntnisse beraten wir Politik und Gesellschaft. Unsere Motivation ist es, durch innovative Forschung und Beratung zur Vereinbarkeit von menschlichem Handeln und der Entwicklung der natürlichen Umwelt beizutragen, um Lebensgrundlagen nachhaltig zu sichern.

Wir legen großen Wert auf die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses. Wir fördern die Gleichstellung von Frauen und Männern und setzen uns bewusst für die Vereinbarkeit von Familie und Beruf ein. Für seine Aktivitäten in diesem Bereich wurde das IÖR mit dem Prädikat TOTAL-E-QUALITY ausgezeichnet.


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