Ein Überblick über versiegelte Flächen ist für Kommunen wichtig, um Probleme wie Wärmeinseln oder schlechte Entwässerung zu verhindern. Mit Künstlicher Intelligenz (KI) können Fernerkundungsdaten schneller analysiert werden, um den Grad der Versiegelung zu bestimmen. Dies hilft der Stadtplanung, gezielte Maßnahmen wie die Verbesserung von Grünflächen oder Entwässerungssystemen zu entwickeln.
Schnellnavigation
Darum geht's
- Was sind versiegelte Flächen?
- Warum sind versiegelte Flächen schlecht für das Klima?
- Wie wird der Grad der Versiegelung im Kreis Recklinghausen mit künstlicher Intelligenz (KI) erfasst?
- Was sind die Ergebnisse?
Gut zu wissen
Welche Arten der Versiegelung gibt es?
Laut dem Umweltbundesamt ist eine Fläche versiegelt, wenn sie luft- und wasserdicht abgedeckt ist und dadurch die Wasseraufnahme und der Gasaustausch behindert werden. Es gibt vier Arten der Versiegelung:
- Vollversiegelung: Undurchlässige Flächen wie Gebäude, asphaltierte oder betonierte Straßen.
- Teilversiegelung: Teildurchlässige Flächen wie Dränasphalt oder Pflastersteine mit offenen Fugen.
- Unterflurversiegelung und Verdichtung: Böden, die durch Bauwerke oder künstliche Bodenaufträge so verändert sind, dass ihre Funktionen beeinträchtigt werden.
- Indirekt abgeschirmte Flächen: Flächen, bei denen zwar Gasaustausch stattfindet, aber das Regenwasser nicht vollständig versickern kann, wie bei Rohrleitungen oder Carports.
Quelle: Umweltbundesamt: Abschlussbericht (TEXTE 141/2021)
Folgen der Versiegelung
Wärmeinseln, Überschwemmungen und schlechte Luft
Versiegelte Flächen, wie Asphalt oder Beton, sind schlecht für das Klima, weil sie die natürliche Bodenoberfläche ersetzen, die eigentlich Wasser aufnehmen und die Luft kühlen könnte. Hier sind die Hauptgründe:
- Wärmeinseln: Versiegelte Flächen absorbieren Wärme und geben sie langsam wieder ab, was zu städtischen Wärmeinseln führt. Das bedeutet, dass Städte deutlich wärmer sind als umliegende ländliche Gebiete, besonders im Sommer.
- Wasserabfluss: Versiegelte Flächen verhindern, dass Regenwasser in den Boden eindringt. Das führt zu erhöhtem Oberflächenabfluss, was Überschwemmungen und eine Überlastung der Entwässerungssysteme verursachen kann.
- Verminderte Luftqualität: Durch die fehlende Vegetation und den fehlenden Wasserhaushalt auf versiegelten Flächen wird weniger CO₂ gebunden und die Luft wird schlechter. Pflanzen können CO₂ aufnehmen und zur Kühlung der Umgebung beitragen, was bei versiegelten Flächen nicht möglich ist.
Insgesamt verschärfen versiegelte Flächen klimatische Probleme wie Überhitzung, Überschwemmungen und schlechte Luftqualität.
Methodik
Künstliche Intelligenz erkennt versiegelte Flächen
Der Kreis Recklinghausen hat zusammen mit der Westfälischen Hochschule eine Software entwickelt, die mithilfe Künstlicher Intelligenz (KI) eine Versiegelungskarte aus Fernerkundungsdaten erstellt. Früher wurden diese Flächen manuell aus Bildern erfasst, was sehr aufwendig war. Heute gibt es bessere Bilddaten und regelmäßigere Befliegungen, bei denen hochauflösende Luftbilder (einschließlich Nah-Infrarot) aufgenommen werden. Daher kann die Identifikation der versiegelten Flächen nun effizienter mit KI erfolgen.
Das neuronale Netz der KI zur Erkennung versiegelter Flächen muss zunächst trainiert werden. Dazu werden Luftbilder und Infrarotdatenmit manuell erfassten Versiegelungsdaten des Emschergenossenschaft Lippeverband (EGLV)verglichen, um das Netz zu lehren, welche Pixel versiegelte Flächen darstellen. So kann es in kurzer Zeit und mit hoher Genauigkeit versiegelte Flächen erkennen. Mit Daten aus verschiedenen Jahren (z. B. 2018 und 2022) lässt sich auch die Entwicklung versiegelter Flächen verfolgen. Die Ergebnisse können von Ämtern wie Kataster-, Stadtplanungs- oder Umweltämtern genutzt werden.
Die Software ist als Open-Source verfügbar und ermöglicht die Analyse beliebiger Gebiete, wenn RGB- und Infrarotbilder bereitgestellt werden. Zukünftig könnte die Software um zusätzliche Daten (z. B. Oberflächenmodelle) erweitert werden. Auch eine Kombination mit Sensordaten wie Temperaturmessungen aus dem Projekt des Kreises Recklinghausen ist möglich, um den Zusammenhang zwischen Temperatur und versiegelten Flächen zu untersuchen.
Einblick in den Ablauf der KI
Karte Grad der Versiegelung im Kreis Recklinghausen
In der folgenden Karte ist der Grad der Versiegelung zwischen 2018 und 2022 dargestellt, aggregiert auf die Geometrie von Flurstücken. Je kräftiger eine Fläche eingefärbt ist, desto größer ist der prozentuale Anteil an versiegelter Fläche. Über den Regler unten links in der Ecke kann zwischen den Jahren gewechselt werden. Oben rechts in der Ecke gibt es eine Layerübersicht. So kann die Entwicklung zwischen 2018 und 2022 visualisiert oder die Hintergrundkarte geändert werden.
Einen ausführlichen Artikel, der sich tiefer mit den Trainingsdaten und den Aufbau des neuronalen Netzes beschäftigt finden sie im VDV-Magazin (03/23 - Wie eine Maschine Versiegelungskarten erstellt).
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