chthler

Jörg Schaller

Lehrstuhl für Landschaftsökologie,Technische Universität München-Weihenstephan

COMPUTERSYSTEME FÜR ÖKOLOGISCH ORIENTIERTE PLANUNGEN

0. Zusammenfassung

Die Berücksichtigung komplexer ökologischer Probleme bei Planungen er-fordert die Verwendung von großen Datenmengen und aufwendigen Datenmani-pulationen. Der Einsatz der elektronischen Datenverarbeitung wird dahernotwendig. In den Vereinigten Staaten und in Europa sind schon vieleProgrammsysteme zur Lösung ökologisch-planerischer Fragestellungen zurAnwendung gekommen.

Die Erhebung, Speicherung und Verarbeitung flächenbezogener Daten mitdem Computer erfordert bestimmte Regeln bei der Datenerfassung und Aus-wertung.

Bei der Datenerfassung muß jeder Variable der Flächenbezug in Form vonKoordinaten zugeordnet werden.

Die Auswertung der Daten erfolgt ebenfalls flächenbezogen, d.h. die Va-riablen werden zusammen mit ihren Flächenbezügen ausgewertet.

Für flächenbezogene Datenverarbeitungen kann man unterschiedliche Pro-grammsysteme zur Datenspeicherung und Auswertung unterscheiden:

- Punktsysteme- Netzwerksysteme- Parzellensysteme- Rastersysteme- flächenumgrenzende Systeme- bzw. Kombinationen aus diesen Systemen.

Alle Systeme sind für bestimmte Anwendungen besonders gut geeignet oderbesonders wirtschaftlich. Ein bewertender Systemvergleich ist nur imBezug zur jeweiligen Aufgabenstellung möglich. Für die Aufgabenstellun-gen im Bereich ökologischer Planungen sind überwiegend die Raster- undflächenumgrenzenden Systeme in Anwendung, wobei die Entwicklung zumflächenumgrenzenden Softwaresystem geht.

Für die Verarbeitung flächenbezogener Informationen ist vor allem fürdie anspruchsvolleren Softwaresysteme sog. Grafik-Hardware notwendig.D.h. neben der Standardausrüstung einer Rechenanlage sind Spezialgerä-te wie Digitalisiergerät, grafischer Schirm, Scanner etc. zur Datenauf-nahme und entsprechende Angabegeräte wie Plotter, Mikrofilmplotter,elektrostatischer Plotter, Diabelichtungsgeräte etc. notwendig.

Für die Bearbeitung komplexer Probleme wird die Konzeption eines Infor-mationssystems vorgestellt, das den Anforderungen für die ökologischePlanungspraxis im Bereich der Datenaufnahme, Kommunikation mit dem Sy-stem, Datenmanipulation und Datenausgabe den wesentlichen Anforderungenentspricht. Die einzelnen Systemkomponenten und notwendigen Bausteineim Programmsystem sind kurz beschrieben bzw. grafisch und tabellarischzusammengestellt.

1. Einführung

Mit der Berücksichtigung komplexer ökologischer Zusammenhänge sind neuePlanungsmethoden und Modelle erforderlich geworden. Die Verfeinerungder Erhebungsmethoden und die Entwicklung der Planungsmodelle führt zu

202 J. Schaller

hohen Datenmengen und aufwendigen Manipulationen, die in vielen Fällenmit Handbearbeitung nicht mehr bewältigt werden können. Die fortschrei-tende Entwicklung der Computertechnologie (Hardware) und die laufendeVerbesserung und Verfeinerung der Anwendungsprogramme (Software) fürPlanungszwecke macht es kaum mehr möglich, auch nur annähernd vollstän-dig über den derzeitigen Stand der Anwendung zu berichten. In den USAhaben Universitäten, Regierungsstellen, Planungsbüros und private Bera-tungsfirmen eine Vielzahl von Programmen entwickelt, die schon für dieverschiedensten Fragestellungen im Planungsbereich angewendet wurden.In Deutschland steht die Entwicklung und Anwendung noch am Anfang, wirdaber mit großer Geschwindigkeit nachvollzogen. Einige Beispiele seiengenannt: Für die Raumplanung, Landesplanung und den Städtebau sind Pla-nungsinformationssysteme entwickelt worden, die schon an konkreten Fäl-len ihre Anwendung gefunden haben (vgl. Planungsinformationssystemefür die Raumplanung, Städtebaul. Beiträge 2/73 und ORL-Informationsra-ster ETH, Zürich, 1972). Für die Landschaftsplanung liegt die Konzep-tion eines Landschaftsinformationssystems vor (vgl. KOEPPEL, 1975). Dieflächenbezogenen Daten zur Agrarleitplanung in Bayern liegen in Form ei-ner Datenbank BALIS (Bayerisches allgemeines landwirtschaftliches Infor-mationssystem) vor (vgl. DÖRFLER, FINGER, RINTELEN, SITTARD, 1976).

Erste integrierende ökologische Planungsansätze wurden bereits mit Com-puterunterstützung durchgeführt (vgl. AULIG, 1978; BACHFISCHER, 1978;FELDE et al., 1978; FRIEDRICH, 1979; SCHALLER et al., 1979; STILLGER,1979) .

Für den Fachbereich Naturschutz ist mit der Biotopkartierung erstmaligin Bayern ein systematischer Schutzgebietskataster aufgebaut worden,der ebenfalls über EDV ausgewertet wird (vgl. SCHALLER, SITTARD, 1976).

2. Grundsätzliches zur Erhebung, Speicherung und Verarbeitungflächenorientierter Daten

Durch die "Auflösung" der Daten über die planungsrelevanten Flächen müs-sen je nach geforderter "Schärfe" große, flächenbezogene Datenmengenverarbeitet werden. Die hierzu notwendigen Datenerfassungs- und Auswer-tungsverfahren (Manipulationen) sind in der folgenden Tabelle zusammen-gefaßt (SCHALLER, WEIHS, 1977) (s. Tabelle 1).

Aus den Auswertungsanforderungen ergeben sich ganz bestimmte Bedingungenbei der Konzeption der Computersoftware zur Datenspeicherung und Auswer-tung. Auch die Möglichkeiten der Datenaufnahme werden dadurch bestimmt.Für die Erfassung ökologischer Daten muß allgemein gefordert werden,diese planungsbezogen, detailliert und möglichst genau aufzunehmen, d.h.die Verwendung von aggregierten Daten - wie z.B. nicht nachvollziehbarelandschaftsökologische Raumeinheiten - ist wenig sinnvoll, da für plane-rische Auswertungen der Daten vor allem die Verknüpfung und Überlage-rung von Einzelmerkmalen relevant sind (vgl. KOEPPEL, 1975).

Die erforderliche Genauigkeit bei der Datenerfassung wird bestimmt durchdie gewünschten Anforderungen bei der Auswertung. Dabei ist zu berück-sichtigen, daß sowohl in raster- wie in flächentreuen Systemen die Daten-menge mit zunehmender Genauigkeit überproportional ansteigt.

Grundsätzlich sollte aber die Datenaufnahme so genau wie möglich, alsoflächenscharf erfolgen, da eine Aufrasterung oder "Vergröberung" derDaten über die Fläche jederzeit möglich ist.

Flächenbezogene Verarbeitungsprogramme

FERRIS und FABOS (1974) analysierten im Rahmen eines Landschaftspla-nungsmodelles (METLAND) die anwendbaren Computersysteme für die Land-schaftsplanung und identifizierten fünf Typen der Datenspeicherung, diealle mit Koordinatenangaben arbeiten:

ökologische Planungen 203

- Punktsysteme- Netzwerksysteme- Parzellensysteme- Rastersysteme- flächenumgrenzende Systeme.

Für die Herstellung einer Kompatibilität zwischen den Systemen ist nurdie Einigung und Umrechnung auf eine gemeinsame Koordinatenbasis notwen-dig. Jedes der angesprochenen Systeme ist für bestimmte Anwendungen be-sonders gut geeignet oder besonders wirtschaftlich. Ein bewertender Sy-stemvergleich ist daher nur für die jeweilige Aufgabenstellung möglich,d.h. das zweckmäßigste System muß für den jeweiligen Anwendungsfallausgesucht werden. Die jeweiligen Merkmale dieser Systeme, ihre Vor-und Nachteile und Anwendungsmöglichkeiten sind in folgender Tabelle(s. Tabelle 2) gegenübergestellt (nach FERRIS, FABOS, 1974).

Aus ihr wird ersichtlich, daß die flächenumgrenzenden Systeme (Polygon-Speicherung) zukunftsweisend sind, da sie hinsichtlich der Genauigkeitder Datenaufnahme und damit der Genauigkeit der Auswertungsmöglichkei-ten den Rastersystemen überlegen sind. Dabei darf aber nicht übersehenwerden, daß die Rastersysteme für die Lösung bestimmter besonderer Fra-gestellungen (Abstandssuche, Überlagerungsmodelle etc.) verfahrenstech-nisch und von der Rechenzeit sehr günstig sind. Je nach Fragestellungmuß die Möglichkeit mit beiden Systemen zu arbeiten, gegeben sein.

Da Aussagen für ökologische Planungen vor allem aus der Überlagerungund Verknüpfung von Flächeninformationen gewonnen werden (STEINITZ,PARKER, JORDAN, 1976; FELDLE, R. et al., 1978) kommen vor allem raster-und flächentreue Systeme zur Anwendung.

Rastersysteme eignen sich besonders für die flächenbezogene Darstellungund Auswertung statistischer Daten für regionale Planungen (vgl. STAAK,1966; FEHL, 1967; DHEUS, 1970 u.a.). Diese in der Regel nach Gemeindenerhobenen Daten werden in ein homogenes Rasterfeld mit einer den Aus-wertungszwecken angepaßten Rastergröße (in der Regel 1 x 1 km) flächen-bezogen aufgelöst, d.h. homogen über die Gemeindefläche verteilt. BeiVariablenverknüpfungen und flächenbezogenen Überlagerungen zur Bewer-tung bestimmter Fragen können durch die in der Realität nicht vorhande-ne Homogenität des Flächenbezugs erhebliche Fehler auftreten. Für dieVerarbeitung ökologischer Grundlageninformationen (Bodengüten, Wasser-läufe, schutzwürdige Flächen, einzelne Flächennutzungen etc.) ist esdaher notwendig, sowohl für regionale wie für örtliche Planungen flä-chenscharfe Systeme anzuwenden, da sie mit genauen Flächenabgrenzungenarbeiten.

Da auch hier für die Auswertung unterschiedlicher Bezugsräume (Gemein-den, Wassereinzugsgebiete, Böden etc.) verwendet werden, tritt das Pro-blem der Homogenität der Raumstruktur auf. Die Homogenität wird durchdie Wahrscheinlichkeit, daß eine Elementareinheit einer Raumstruktur(auf die Größe der Elementareinheit soll hier nicht eingegangen werden)die entsprechende Ausprägung hat, ausgedrückt. Dies führt zu erhebli-chen Schwierigkeiten, wenn z.B. mehrere Flächensysteme überlagert wer-den (Verschneidung) und so sich die Variablen logisch summieren (Bil-dung der Kleinsten Gemeinsamen Geometrie KGG). Hat z.B. jedes Flächen-system eine unterstellte Homogenität von 0,9, so haben zwei übereinan-dergelagerte Systeme nur noch eine Homogenität von 0,81, drei Systeme0,73 etc. Das heißt, man kommt sehr schnell bei vielen Überlagerungenzu irrelevanten Aussagen für die KGG (vgl. BACHHUBER et al., 1979).

Generationen der Softwareentwicklung

Durch die fortschreitende Entwicklung und Verfeinerung der Computerpro-gramme für Planungszwecke dürften diese in Zukunft immer breitere An-wendung finden.

Tabelle 1:

Ziel

D A T E N E R F A S S U N G

Verfahren Beispiel

Datenaufnahme Tabellarische Erfassungmanuelle Digitalisierungteilautomatische Digitalisierungautomatische Digitalisierung

AblochbelegeDigitalis iergeräte

Foliendigitalisierung (MBB)Datenaufbere itung Umsetzen nicht-vektorieller

Daten in vektorielle DatenAufbereitung digitalerFernerkundungsdaten

Plausibilitäts-kontrolle

Raster oder flächenbezogenqualitativ oder quantitativ

qualitativ: formale Kontrolleauf vorgegebene logische Be-dingungenquantitativ: z.B. auf Voll-ständigkeit (Karten-Rand-Abgleich etc.)

Zuordnung "Geogra-phischer" Koordina-ten

Umrechnung der "Maschinen-koordinaten" in ein "geogra-phisches" Koordinatensystem

Maschinen-Koordinaten inGauß-Krüger-Koordinaten

Umrechnung vonKoordinaten

Abbildung eines Koordinaten-system in ein anderes

U.T.M. in Gauß-Krüger-Koordinaten

Datei-Aufbau Speichern der Daten in eingeeignetes Datenbanksystem

Rechenanlage abhängig (Her-steller-gebunden): IMS, SESAM,FIDAS, ISIS, GOLEM, STAIRS...Rechenanlage unabhängig:IDBMS, ADABAS, TOTAL *

Datei-Verwaltung

Umset z -Programme

Klassifizierung vonCharakteristikaI so 1 iniendef ini t ion

Trendflächen-bestimmung

Zusammenfassen einzelner Daten-bestände (Rand-Korrektur)Fort Schreibung, Ergänzung undKorrektur der DatenbeständeUmwandlung von Rasterdateien inLiniendateien oder umgekehrt

Quantitative Charakteristikawerden in "Klassen" gruppiertEindeutige Bestimmung von Iso-linien aufgrund vorgegebenerMeßpunkte (z.B. Fourrier-Ana-lyse)Bestimmung von Flächen aus einervorgegebenen Punktmenge mit Hil-fe von Stützwerten. Die Trend-flächen sind nicht eindeutig be~stimmt (z.B. Ausgleichsrechnung)

Datenbank- System abhängig,z.B. über Bildschirm

je nach Auswertung und Auf-gabenstellung kann die eineoder andere Datei zweckmäßi-ger seinFestlegung von Klassen, z.B.bei NiederschlagsmengenBestimmung von Höhenlinien,flächenbezogenen Verteilun-gen

Bestimmung von Höhenlinien,flächenbezogenen Verteilun-gen

Ziel

D A T E N - A U S W E R T U N G

Verfahren

Darstellung der erfaßten Flächen,Linien und Punkte (Kartenmerkma-le) raster- oder linienbezogenin einem vorgegebenen Ausschnittund maßstabunabhängig von derDatenaufnahme

Beispiel

Ausgabe über bestimmte Merk-male (z.B. Vegetation) undKategorien (z.B. Grünland)über Plotter, Bildschirmoder Drucker

Kartendarstellung

Tabellendarstellung Darstellung der Flächencharak-terisierung (z.B. Flächeninhalt,Umfang) nach vorgegebenen Glie-derungskriterien (Flächen, Li-nienstatistik)

Flächenberechnung von Merk-malen untergliedert nach Ka-tegorien, Berechnung vonGrenzlinien (Ufer-Waldrand-längen etc.)

ökologische Planungen 205

Tabelle 1: Fortsetzung

Ziel Verfahren Beispiel

Logische Definitionvon iMerkmalen undKategorien

Bestimmung neuer Merkmale und/oder Kategorien mittels logi-scher (boul1scher) Bedingungen,die sich auf bereits vorhandeneMerkmale und Kategorien bezie-hen

Zusammenfassung von Merkmalenund Darstellung von Konflikt-bereichen: Wenn die KategorieNaturschutz- und Erholungs-gebiet erfüllt ist, dannweise diese Fläche aus

Typisierung vonFlächen

Redundanzbest im-mung

Distanzberechnun-gen

Optimierungs-rechnungen

Bestimmung "typischer" Flächenaufgrund vorgegebener Merkmaleund Kategorien mit Hilfe geeig-neter (flächenbezogener) Sta-tistikprogrammeUntersuchung und Validierung er-faßter Daten (Kategorien) inbezug auf bestimmte Fragestel-lungen, manuelle oder automati-sche Klassifizierung

Bestimmung von Entfernungenzwischen einzelnen Merkmalenund Kategorien mit oder ohnebestimmte NebenbedingungenAnwendung verschiedener Ver-fahren aus dem Operation -research, Entwicklung fall-bezogener Verfahren

Definition "typischer Bio-tope" Gebiete etc. mit Hilfeder partiellen Typologie

Auswertung der aus der Luftoder Satellitenbeobachtunggewonnenen Scanner-Daten :z.B. Definition eines Spek-tral -Bereiches, der die Er-kennung von Wasser-FlächenermöglichtDistanzberechnung zwischenOrten, Bestimmung kürzesterWege, Reichweitenuntersu-chungenTransportprobleme, Standort-untersuchungen , Re ichwe i ten-untersuchungen

FABOS und CASWELL (1977) sprechen von drei Generationen der Software-entwicklung der grafischen Datenverarbeitung für Planungszwecke (vgl.Tabelle 3 ) .

Da je nach Aufgabenstel lung raster- oder flächenscharfe Programmsystemezur Anwendung kommen werden (vgl. FABOS, FERRIS, 1 9 7 5 ) , ist es notwen-dig, ein Informationssystem zu verwenden, das entsprechende Schnittstel-lenprogramme zur Verwandlung von Polygonen in Raster und umgekehrt ent-hält .

Hardware - Ein- und Ausgabegeräte

Zur Verarbeitung f lächenbezogener Daten ist die Ausstattung der Rechen-anlagen mit entsprechenden Ein- und Ausgabegeräten notwendig. Standard-mäßig ist mit jeder Rechenanlage ein Lochkartenleser, ein Bandgerät undBildschirm zur Dateneingabe sowie mit einem Zeilendrucker zur Datenaus-gabe versehen. Die Software der 1. Generation war auf diese Hardware-ausstattung zugeschnitten, d .h . die Dateneingabe erfolgte weitgehendüber Lochkarte, die Datenausgabe am Zeilendrucker. Kartograf ische Dar-stellungen werden in Form von Rasterkarten erzeugt , die der sonst fürSchriftzeichen vorgesehene Zeilendrucker durch Übereinanderdrucken vonEinzelsymbolen erzeugt . Der konventionelle Listenausdruck des Zeilen-druckers hat einige Nachteile (unhandlich, schlecht zu lesen, kopieren,archivieren e tc . ) . Ausnahme bilden hier die neuen Laser-Drucker, diekleinformatig drucken und verschiedene Druckzeichen und Druckformateverwenden können.

Tabelle 2: Gegenüberstellung der Typen von flächenbezogenen EDV-Programmen

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Koordinaten- undInformations-speicherung

Information wirdauf einen Punktbezogen

-

-Linear verkettetePunktsysteme. Die"Punktquellen" sinddie Knoten und die -Kettenglieder zei-gen die Knotenbe-ziehungen. Daten-mittelpunkt liegtauf der LinieAnalog zu Netzwerk- -System, Datenmittel-punkt liegt aberauf der Fläche.Knotenpunkte werden -digitalisiert

Information wirdfür ein einheit-liches Raster ge-wählter Größe ge-sammelt. Meistgeodätischer Flä-chenbezug (Gauß-Krüger-Koordina-ten) . Daten werdenZelle für Zellegesammelt. JedeZelle erhält einen -Wert für jede Va-riable. Prozen-tuale Anteile je-der Variablen inder Zelle könnenzugeordnet, aber

Datenausgabe Vor- und Nachteile Anwendungen und

Isopleten- oderKonturkarte (Ver-bindung wertglei-cher Punkte)Computer-algorhyth- -misch erzeugte Kar-te (lineare Inter-polation zwischenunregelmäßigenPunkten)SummentabellenKartendarstellungnicht relevant(keine Flächen)Flußrichtung kannmit verschiedenenDarstellungen ge-kennzeichnet werden.Tabellenausgaben

graphischer Output -in KartenformGrunds tücksdatenin TabellenformVerschiedene Schraf-furen der Flächendifferenziert nachInf ormat ions inhal t

-

-

Darstellung in iso- -pleter Form alsKonturkarte(Plotter)Rasterkarte aus d.L ine -Printerverschiedene Schraf —füren bei der Kon-turkarte möglichinteraktive graphi- -sehe AusgabeFlächenstatistik inTabellenform

-_

Anwendungs-möglichkeiten

billig, einfache LuftverunreinigungEntwicklung WasserreinhaltungDigitalisierung Lärmschutz, Immis-erf orderlich sionenInformation eines Meßstellennetzegrößeren Gebietes meteorologischewird auf einen AnwendungenPunkt reduziert

Entwicklungskosten Der Systemtyp isthöher als bei Fluß-bzw. Trans-Punktsystemen port- oder sämt-Beschränkt auf li- liehen ähnlichenneare Daten, dafür Systemen angepaßt.aber hervorragend USA: Wasserquali-geeignet tätsdatenbank

Flüsse - LineareDaten

Wie beim Raster- - Vorwiegend fürSystem Daten nur Stadtplanungfür eine definier- verwendet, umte Flächeneinheit Daten auf Be-verwendbar, zirke, BlöckeÜberlagerung etc. zu loka-versch. Parzellen lisierennicht möglich, je- - EDV-Katasterdoch Überlagerung Grundstücks-vers eh. Merkmale datenbank wirdjeder Parzelle zur Zeit ent-Aggregat ion zu wickeltgrößeren Parzel-len möglich (Sta-tistik)Kosten in der Ent-wicklungsphasegrößer als beiRastersystemenEinfache Abstands- Wird derzeitig amfindung häufigsten für al-Relativ einfache le möglichen For-Handhabung der schungs-u.Planungs-Merkmale multip- aufgaben angewendetler Variablen - Verwendung fürEinfache Aggre- Flächendatenbankengierung, Gewich- - Anwendung für Pla-tung, Überlagerung nungsmodelleEinfache Speicher- (Überlagerungen)Systeme, Abrufbar — Landschaf t sdaten-keit, Überlagerung bank (Koeppel)u.graph. Display - AlpendatenbankWenig Daten in Ra- (Karl)sterform gesammelt - ORL Informations-Hoher Zeitaufwand ras t erbei Datenaufnahme(me thodenabhäng ig)

Tabelle 2: Fortsetzung

Koordinaten- und DatenausgabeInformations-speicherung

nicht innerhalbder Zelle lokali-siert werden

Vor- und Nachteile

- Schwierigkeit deropt. Rastergrößen-findung

- Keine flächen-scharfe Darstel-lung

- Zordnungsprobleme- Bei Änderung desKoordinatensystemsneue Datenaufnahmeerforderlich

Anwendungen undAnwendungs-möglichkeiten

flächtentreu auf-genommenSpeicherung inForm von Linienu. Flächencharak-teristik mit ge-nauester Auflö-sung geographi-scher Bezugssy-steme (GK-Koord.)

g Zuordnung der In-<D formation über^ gewählten Flä-w chenpunkt

- Jede graphischeDarstellung mög-lich wie:

- Darstellung alsKonturkarte mitverschiedenenSchraffüren freiwählbar nach In-formationsinhalt

- Oberlagerungenund Abruf thema-tischer Kartenmöglich

- Interaktive Datenausgäbe

- Flächenstatistikin Tabellenformoder als Diagramm

Exakt und reali-stischKarten jeder Kom-plexität könnenerfaßt werdenEndgültige Karten-ausgabe korrekt wieVorlageAlle Daten werdenin der feinstmögli-chen Auflösung er-faßtAufwendige Software-entwicklung fürkomplizierte Daten-manipulationGraphische Flächen-überlagerung nurdurch Mehrfachplot-ten möglichHohe Datenmengenfür Linienbe-schreibung notwen-digFlächenverschnei-dung noch nichtoptimal gelöstInformation mußpro Flächeneinheitnur einmal gespei-chert werden

scape PlanningModel

- Regniap- Agrarleitpla-nung

- Biotopkartie-rung

- Landschafts-planung

Dieses System istaufgrund seinerExaktheit und uni-versellen Anwend-barkeit zukunfts-weisend und wirdbald für vieleZwecke angewendetwerden, da schonbenutzerfreundli-che Softwarepaketeu. Datenbanksyste-me entwickelt wor-den sind.

Quelle: SCHALLER, WEIHS (1977)

208 J. Schaller

Tabelle 3: Generationen der Softwareentwicklung

Beispiele:

1. Generation Rastersysteme GRID, SYMAP, IRIS, KARIN, IMGRID,Inf. Raster-ORL, Alpendatenbank,Landschaftsdatenbank etc.

2. Generation flächenumgrenzende COMLUPSysteme AgrarleitplanungÜberlagerung ist hier Biotopkartierungnur durch Mehrfach- GRIPS etc.plotten oder durchden Zwischenschrittder Aufrasterungmöglich

3. Generation Polygonsysteme mit PIOS (ESRI)direkter Flächenver- CGISschneidung und Infor- LDB 377 (in Entwicklung)mationsüberlagerung ISPLAN "im Rechner ohne Auf-rasterung

Quelle: Eigene Darstellung in Anlehnung an FABOS und CASWELL, 1977

Bei kartografischen Ausgaben ergeben sich bei der üblichen Anwendungvon Zeilendruckern Flächenverzerrungen durch das Höhe-Breite-Verhältnisder Druckzeichen. Der Vorteil des Listendrucks liegt in der Verfügbar-keit: Zeilendrucker sind schnell und faktisch standardmäßig immer mitdem Computer verbunden.

Für grafische Ein- und Ausgaben, die für die Anwendung bei integrieren-den ökologischen Planungen flächenscharf erfolgen sollen, ist sog. Gra-fik-Hardware erforderlich. Im Gegensatz zum Lochkartenleser und Zeilen-drucker ist die Verfügbarkeit der Grafik-Hardware nicht standardmäßiggegeben. Auch ist die erforderliche Hardware noch entsprechend teuer.Die Datenein- bzw. -ausgäbe entspricht aber in vielen Fällen bedeutendbesser den Anforderungen. Die wichtigsten Ein- und Ausgabegeräte sindin der folgenden Tabelle 4 zusammengestellt.

3. Konzeption eines computerunterstützten Informations-und Planungssystems für ökologische Planungen

Die integrierte Anwendung von Fachdaten, die zum Teil in Fachdatenban-ken gespeichert sind, erfordern ein flexibles Datenaufnahme- und Verar-beitungssystem, das in der Lage ist, Daten unterschiedlichster Prove-nienz, Auflösung (Maßstab) und Speicherungsart aufzunehmen und zu ver-arbeiten. Anhand der vorhandenen konkreten Forschungsaufgaben und Pro-jekte (Agrarleitplanung, Biotopkartierung, ökologische Modelluntersu-chung Ingolstadt) wurde in enger Zusammenarbeit mit EDV-Fachleuten undFachanwendern ein Informationssystem konzipiert, das in einer erstenAusbaustufe auf seine Leistungsfähigkeit getestet wird.

Trotz der allgemein kritischen Betrachtung von Planungsinformationssy-stemen wird hier eine Konzeption vorgestellt, die die speziellen Anfor-derungen ökologischer Planungen an ein Informationssystem erfüllen soll,Neben verfahrenstechnischen Problemen (Benutzerfreundlichkeit) resul-tiert die Hauptkritik an EDV-Informationssystemen meist aus der Daten-basis, die entweder zu alt (Updating), zu ungenau oder nicht planungs-

Tabelle 4: Hardware - Ein- und Ausgabegeräte (Übersicht der gängigsten Typen)

Eingabegeräte

Lochkarten-leser

Lichtstift

Automatische

einrichtungen,

TechnischeBeschreibung

Automatisches Ein-lesen von Lochkar-ten, Informationwird auf Band oderPlatte gespeichert

Am Terminal ange-schlossenes griffei-förmiges Instrumentmit Fotozelle unddazugehöriger Optik

Instrument, das Be-

sehe Ströme um-setzt, die auf sum-miert werden und

mitte Iten Stand-ortkoordinatenüber ein Faden-kreuz auf demBildschirm dar-stellen

Platte oder Unter-lage werden aufelektromagnetischemoder mittels Ultra-schall Positions-

stimmt und auto-matisch auf Loch-karten, Band oderFloppy-disk über-tragen, z.T. mitStand-alone Pro-zessor verbunden

-Kartenvorlage wird

matisch abgetastet

kontinuierlichgespeichert

Anwendung

Lochkarten werdenvon Hand einge-legt

Eingabe vonKoordinaten aufdem Bildschirm,Genauigkeit ab-hängig von derGenauigkeit desTerminals

mit der Hand be-

eine Lupe mitFadenkreuz wirdauf dem Tablettvon Hand geführt.Punktmarkierung

oder durch Knopf-druck. Auch Zu-gabe weitererInformationendurch Wahlknöpfe

Hochzeichnung

Information auf

z.T. notwendig

Ausgabe-geräte

DruckerverschiedeneTypen

ZeichengeräteTromme Iplotter

plotter

Diageräte

Elektrosta-

TerminalsDatensicht-geräte

TechnischeBe schre ibung

Zeilendrucker mit132 Zeichen proZeileLaserdrucker

Zu bezeichnendesPapier oder Foliewird über eineZahntrommel be-wegt. Senkrechtzur Papie be-wegung wi d derZeichenst ft ge-führt (Ku i,Tuschesti te) ,viele Bau ormen

in allen Richtun-

zu bezeichnendeMaterial wird flachauf der ebenen

Viele Bauformen

einer Kathoden-strahlenröhre ge-zeichnet und überein Objektiv aufeinen Mikrofilm ab-

z.B. Dicomed Dia-belichtung

Auf elektro-

werden Stäube an-

Xerox-Verfahrengedruckt

Speicherröhren-systeme u. Refresh-Röhrensysteme unter-scheiden sich durchSpeicherung des auf-gebauten Bildes inder Röhre oder durcheinen Bildwiederhol-speicher. Je nachBauform einfacheDatensichtgeräte biszu interaktiven gra-fischen Systemen

Anwendung

Ausgabe vonListen, Aus-druck vonRasterkartenmit Zeichen-kombinationen

Für alle zeich-nerischen Dar-stellungen ver-wendbar. Mehr-farbiges Zeich-nen durch ver-schiedene Stiftemöglich . Lang-sam und wartungs-intensiv

plotter

von Mikrofilmauf Folie oderPapier

Ausgabe vonFarbdias

Ausgabe wie

Normalpapier

Dialog mitBildschirm,interaktivesArbeiten mitLichtstift.( Eingabe , löscfaungoder AMtäenanmgvon gespeichertes:Information!.)

Quelle: Eigene Darstellung nach BALZER, 1975 und SCHALLER, J., WEIHS, E., 1977

210 J. Schaller

relevant ist, bzw. auf unzulänglicher, d.h. der Problematik der Anwen-dung nicht genügend angepaßter Hard- und Software. Das beste Informa-tionssystem kann natürlich nur so gut sein, wie die Daten, die eingege-ben und verwendet werden, und wie die Qualität der Manipulationen, d.h.die Datenverknüpfung mit problembezogenen Methoden. Deshalb ist nebender Entwicklung von neuen Planungsmethoden und Verknüpfungsmodellen dieHauptaufgabe auch in der Überprüfung der Eingabedaten auf Planungsrele-vanz zu sehen.

Die derzeitige Kritik an Planungsinformationssystemen (vgl. FEHL, 1976)setzt m.E. am falschen Punkt an. Nicht Informationssysteme für die Pla-nung an sich sind falsch, sondern es ist sinnlos, Planungsinformations-systeme ohne konkrete Anwendung oder Fragestellung zu entwickeln. Dabeisteht aber außer Zweifel, daß ein bestimmtes methodisches Instrumenta-rium (Programme, Modelle) vorhanden sein sollten, um ein Informations-system auf die jeweilige Fragestellung ausrichten zu können. Eine sog.Landschaftsdatenbank (LDB) darf daher keine Datensammlung ohne Frage-stellung sein, die evtl. sogar landesweit einen sog. "Datenfriedhof"bildet, der mit großem Aufwand gepflegt aber nicht angewendet wird.Sie sollte vielmehr eine Methodenbank darstellen, die in der Lage ist,unterschiedliche Daten und Informationen aus verschiedenen Quellen zuverarbeiten und zu verknüpfen, um hier die Grundaufgabe des ökologischorientierten Planers maschinell zu unterstützen. Auch die Auswahl derzur Verknüpfung herangezogenen Daten muß beim Planer liegen und darfnicht von der LDB vorgegeben werden.

Die Variablenauswahl und die Methode ihrer Verknüpfung zur Lösung be-stimmter Planungsprobleme ist das Arbeitsfeld des ökologisch orientier-ten Planers. Da er in der Regel kein Programmierer ist, kommt der Ent-wicklung anwenderfreundlicher Kommunikationssysteme höchste Bedeutung

Grundsätzliche Anforderungen an das Informationssystem

Der wichtigste Teil jedes Programmes oder Programmsystems sollte dieBenutzerschnittstelle, d.h. die Kommunikationsstelle zwischen Benutzerund Rechner sein. Auf diesem Gebiet ist noch viel Arbeit zu leisten,da die Anwenderfreundlichkeit der Programme noch sehr zu wünschen übrigläßt.

Eine optimale Benutzerschnittstelle besteht aus vier Komponenten:

- Das Benutzermodell versetzt den Anwender in die Lage, die logischenFunktionen und logischen Verknüpfungen der Funktionen zu verstehen.(Jede Funktion stellt ein Objekt dar; die Verknüpfungen sind Aktio-nen, die sich auf die Objekte beziehen. Die Menge der Aktionen defi-niert so die funktionalen Möglichkeiten des Programmes.)

- Die Möglichkeit der Einflußnahme auf den Ablauf des Benutzermodells,z.B. mit Hilfe einer Sprache oder Menuetechnik. (Jedes Sprachelement(Anweisung, Kommando) bezieht sich auf die Objekte des Benutzermo-dells und ihre Funktion ist es, die Aktionen durchzuführen. Dabeisind die Elemente der Anweisung Operanden, die die Aktion auf einoder mehrere Objekte näher beschreibt. Der Aufbau einer Anweisungunterliegt festen Regeln (Syntax). Wichtig dabei ist die Einfachheitdes sprachlichen Gerüstes, d.h. Sprachelemente stammen aus dem Wort-schatz des Anwenders (haben gleiche Bedeutung - Genauigkeit und dieKonsistenz der Syntax).)

- Rückkopplung, d.h. der Rechner unterstützt den Benutzer, das Programmablaufen zu lassen (z.B. Meldungen, Erläuterungen, Hinweise auf Feh-ler und Möglichkeiten zu deren Beseitigung).

- Informationsdarstellung, die dem Benutzer die Effekte seiner Manipu-lationen auf die Daten zeigt (z.B. in Form von Tabellen, Grafiken).

ökologische Planungen 211

Keine dieser vier Komponenten darf vernachlässigt werden, da die Benut-zerschnittstelle einen wesentlichen Einfluß darauf hat, wie ein Pro-gramm oder Programmsystem akzeptiert bzw. eingesetzt wird.

Das vorgeschlagene Informationssystem beruht auf dem Datenpool derLandschaftsdatenbank. Der Anwender hat die Möglichkeit, die für seineZwecke relevanten Daten zu extrahieren (numerische, grafische Daten),um sie in normierter Form zu verarbeiten. Die Verarbeitung (Mathematik,Statistik, grafische Aufbereitung usw.) ist vom Anwender beliebig aus-zuwählen, sowohl in ihrer Anzahl wie in ihrer Reihenfolge.

Die so verarbeiteten Daten können dann entsprechend ausgegeben werden(Drucker, Plotter, alphanumerischer Schirm, grafischer Schirm, Mikro-film).

Sie können auch in die Landschaftsdatenbank geschrieben werden.

Zur Steuerung des Systems sind mehrere Ansätze möglich:

- formale Sprache: der Anwender formuliert seine Wünsche im Klartext(Anwendersprache).

- Bildschirmformat: der Anwender kreuzt in einem Formular seine Wün-sche an.

- Frage/Antwort Spiel: der Anwender antwortet mit ja/nein auf Fragendes Systems, bis sein Problem voll definiert ist.

Die folgende Tabelle 5 gibt Aufschluß über die wichtigsten Prozeduren,die das zentrale Informationssystem Landschaftsdatenbank bewältigenmuß. Die meisten der aufgezeigten Prozeduren sind bereits realisiertund ablauffähig.

Die Tabelle wurde im Rahmen der Anwendung Landschaftsdatenbank für dielandschaftsökologische Modelluntersuchung im Raum Ingolstadt erstellt(Quelle: FELDLE et al., 1978; DANGERMOND, 1978a,b).

Jede in der Tabelle vorgestellte Prozedur hat eine Eingabe und eineAusgabe. Dabei ist besonders wichtig, daß jede Ausgabe als Eingabe ei-ner anderen Prozedur zu verwenden ist. (Ausnahmen: Druck- und Plotbe-stände, die zur Hardcopyerstellung bei der Ausgabe dienen.) Wesentlichin diesem Informationssystem ist, daß die Operationen, die vom Anwen-der durchgeführt werden, nach ihrer Validität überprüft werden.

Zum Beispiel dürfen zwei topografische Karten mit unterschiedlichenMaßstäben nicht zusammengefaßt werden. Ein entsprechender Hinweis be-nachrichtigt den Anwender, der dann die entsprechende Korrektur einlei-ten kann. Neben der Prüfung der Eingaben zur Durchführung einer Proze-dur muß noch geprüft werden, ob die vorgesehene Reihenfolge der Proze-duren legal ist oder nicht. Diese Validitätsmerkmale müssen dem Rech-ner z.B. in Form einer Entscheidungsmatrix mitgeteilt werden.

LITERATUR

AULIG, G., 1978: Der Beitrag der ökologischen Risikoanalyse zum Konzeptder Vorranggebiete. Dissertation - Technische Universität München,Lehrstuhl für Landschaftsökologie, Weihenstephan.

BACHFISCHER, R., 1978: Die ökologische Risikoanalyse - eine Methode zurIntegration natürlicher Umweltfaktoren in die Raumplanung. Dissertation- Technische Universität München, Lherstuhl für Raumforschung, Raum-ordnung und Landesplanung.

ZENTRALES INFORMATIONSSYSTEM LANDSCHAFTSDATENBANK TABELLE 5 (A)

STEUERUNG DES SYSTEMS

*;r—> EXTRAK-TION

1p

1p

kp

AUFBE-REITUNG

AUS-GABE

DRUCKER

PLOTTER

GRAPH. SCHIRM

SCHNITTSTELLE ZUANDEREN SYSTEMEN

ZEICHEN UND SYMBOLERKLÄRUNG

LDB/N LANDSCHAFTSDATENBANK (objekbezogene Fachdaten = Numerisch/alphanumerisch)

LDB/G LANDSCHAFTSDATENBANK (flächenbezogene Fachdaten = Geometrisch)

LDB/T LANDSCHAFTSDATENBANK (textbezogene Fachdaten = T?ext)

GF GRAPHISCHER BESTAND (_Flächen scharfe Geometrie + entspr. Variablengruppe)

GR GRAPHISCHER BESTAND (Rasterbezogene Geometrie + entspr. Variablengruppe)

N BESTAND MIT NUMERISCHEN/ALPHANUMERISCHEN GRÖSSEN

P _PLOTBARER BESTAND

D DRUCKBARER BESTAND (MIT VORSCHUBZEICHEN)

Bestände

Platte

S—-'!-

Vs __ /

Druck-bestände

Plot-bestände

LADEN DER LANDSCHAFTSDATENBANK MIT BASISINFORMATIONEN

Die Method< Geometrieerfassung sind vielfältig:

- Digitalisiertisch (z.B. Calkomp)- KARTOSCAN- Manuelle Eingabe von Koordinaten

- Fernerkundung (Scanner)- Tektronix/IGS

Geometrie mitNummerierungdes Beschriftungs-punktes (z.B. Flächeinummer)

BESCHREIBUNG DER VARIABLENGRUPPE (AUSGABE IST DER SOG. "FILE A")

CH:hen Schirm oder Lochkarte

•iablengruppe

Die Eingabe geht über alphanumerischen Schirm (Festes Bildschirmformat)oder Lochkarte (Freies Format) '

Variablen- -2. -312 412

600 3.0 0.2 .312 639

SATZNUMMER, VARIABLE

ZUORDNUNG DER VARIABLENGRUPPEN ZU DEN GEOMETRIEN (AUSGABE IST DAS SOG. "FILE 2")

Die Zuordnung der Variablengruppe zur Geometrie geht überalphanumerischen Schirm oder Lochkarte - Voraussetzungensind Bestand Bl (Geometrie) und Bestand (B3) (Variablengruppe).Ausgegeben wird ein graphischer Bestand, der in der LDBgeladen werden kann.Dies ist allerdings nur eine Art, wie Informationen in dieLDB geladen werden können: z.r Bestand Bl direkt in dieLDB/G, Bestand B3 in die LDB/N und Bestand B2 in die LDB/GuncYoder LDB/N als Verkettungsmerkmal beider Informationen(numerisch und geometrisch).

VARIABLENGRUPPE

1) Nummer desBeschri f-tungspunktes

2) Satznumme

LDB-EXTRAKTION

FUNKTION/PROZEDUR

Auswahl bestimmter Variablen(auch Flächengrößen bei flächen-scharfen Geometrien)- nach logischen Beziehungen derVariablen

- nach Lokalisierung der Geometrien(z.B. Fenster)

Auswahl bestimmter Variablen mitentspr. Geometrie nach logischenBeziehungen der Variablen

GF oder GR

Auswahl bestimmter Geometrien

(Linie/Punkt/Fläche)GF oder GR

Auswahl nach geometrische!reichen (Fenster)

GF oder GR

Textauswahl(GOLEM/PASSAT) ADASCRIPT

AUFBEREITUNG, GRAFISCHE DARSTELLUNG VON GRAFISCHEN BESTÄNDEN

(Kartographie)""Betextung, Positionierung, Fenster,Schraffur der Flächen nach Werten de:VariablenLinien-Punkt-DarstellungLegende/Layout

grafische Aufbereitungz.B. Schraffur der Raster

Aggregation der Geometrien naWerten der Variablen(z.B. Flächenzusammenlegung)

Umwandlung flächenscharf inRaster

Umwandlung Raster inflächenscharf

Verschneidung zweier geometrischerSysteme (flächenscharf) mit Über-nahme aller oder bestimmterVariablen

FUNKTION/PROZEDUR

Verschneidung zweier geometrischerSysteme (Raster) mit Übernahme alleoder bestimmter Variablen

Überlagerung zweier geometrischerSysteme (flächenscharf) mit Übernahmealler, bzw. bestimmter Variablen

Überlagerung zweier geometrischerSysteme (Raster) mit Übernahme aller,bzw. bestimmter Variablen

ODreidimensionale Darstellung mitRaster als Basis einer Säule

x,y Raster manuelle EingabeZ Höhe der Klassen nach x,y

Säule Höhe der Säule Z

Digitales Geländemodell

Bestand mitKoord. derEckpunkte,der geschlosscPolygone usw.

Darstellung architektonischerElemente

Zusammenfügen der Geometrii

Koordinatentransformation:TranslationRotationZoomingUmrechung von Koordinatensystemen

Kartenrandabgleich

LDB EXTRAKTION

GRAFISCHE DARSTELLUNG NUMERISCHER GRÖSSEN

InterpolationsverfahrPunkt auf Fläche(Isolinien)

Dreidimensionale Darstellung vonpunktuellen Daten (x, y, z)- mathematische Funktionen

0Grafische Ausgaben voKurvenHistogrammeKreisdiagramme, usw.

Berechnen von Trendflächen

MATHEMATISCHE MODELLE, STATISTIKEN, TABELLENGENERATOR

Statistische AuswertungenHäufigkeitenMittelwerte, Std. AbweichungenRegressionFaktoranalyse(SPSS, BMDP)

stat>

Tabellen 1

stat. Datenwie Häufigkeiten,Mittelwerte,Faktorwerte

Mathematische ModelleMPSXInput/Output ModellCSMPGPSSDYMOSIS, usw.

TabelleErgebnisse^

Aggregierte DatenGleichungskoeffizi

Zur Weiterverarbei-

Aufbereitung der DateTabellengeneratorEdit für Texte, usw.

O alphanun.

ScbizB

Ausgabe eines Plotbestandes

Ausgabe Druckbestand

Update der LDB(z.B. speichern aggregierteGeometrien und entspr. Sta-tistiken)

Update der LDB

Speichern von Texten/Dokumente

o

216 J. Schaller

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