Cette thèse porte sur le développement facilité d'applications de cartographie et de transport, plus particulièrement sur la génération de réseaux piétonniers pour des applications telles que la navigation, le calcul d'itinéraires, l'analyse d'accessibilité et l'urbanisme. Afin d'atteindre ce but, nous proposons un modèle de données à deux couches qui cartographie l'espace public dans une hiérarchie d'objets géospatiaux sémantisés. A bas niveau, la géométrie 2D des objets géospatiaux est représentée par une partition planaire, modélisée par une structure topologique d'arrangement 2D. Cette représentation permet des traitements géométriques efficaces et efficients, ainsi qu'une maintenance et une validation aisée au fur et à mesure des éditions lorsque la géométrie ou la topologie d'un objet sont modifiées. A haut niveau, les aspects sémantiques et thématiques des objets géospatiaux sont modélisés et gérés. La hiérarchie entre ces objets est maintenue à travers un graphe dirigé acyclique dans lequel les feuilles correspondent à des primitives géométriques de l'arrangement 2D et les noeuds de plus haut niveau représentent les objets géospatiaux sémantiques plus ou moins aggrégés. Nous avons intégré le modèle de données proposé dans un framework SIG nommé StreetMaker en complément d'un ensemble d'algorithmes génériques et de capacités SIG basiques. Ce framework est alors assez riche pour générer automatiquement des graphes de réseau piétonnier. En effet, dans le cadre d'un projet d'analyse d'accessibilité, le flux de traitement proposé a permis de produire avec succès sur deux sites un graphe de réseau piétonnier à partir de données en entrées variées : des cartes vectorielles existantes, des données vectorielles créées semi-automatiquement et des objets vectoriels extraits d'un nuage de points lidar issu d'une acquisition de cartographie mobile.Alors que la modélisation 2D de la surface du sol est suffisante pour les applications SIG 2D, les applications SIG 3D nécessitent des modèles 3D de l'environnement. La modélisation 3D est un sujet très large mais, dans un premier pas vers cette modélisation 3D, nous nous sommes concentrés sur la modélisation semi-automatique d'objets de type cylindre généralisé (tels que les poteaux, les lampadaires, les troncs d'arbre, etc) à partir d'une seule image. Les méthodes et techniques développées sont présentées et discutées / This thesis addresses easy and effective development of mapping and transportation applications which especially focuses on the generation of pedestrian networks for applications like navigation, itinerary calculation, accessibility analysis and urban planning. In order to achieve this goal, we proposed a two layered data model which encodes the public space into a hierarchy of semantic geospatial objects. At the lower level, the 2D geometry of the geospatial objects are captured using a planar partition which is represented as a topological 2D arrangement. This representation of a planar partition allows efficient and effective geometry processing and easy maintenance and validation throughout the editions when the geometry or topology of an object is modified. At the upper layer, the semantic and thematic aspects of geospatial objects are modelled and managed. The hierarchy between these objects is maintained using a directed acyclic graph (DAG) in which the leaf nodes correspond to the geometric primitives of the 2D arrangement and the higher level nodes represent the aggregated semantic geospatial objects at different levels. We integrated the proposed data model into our GIS framework called StreetMaker together with a set of generic algorithms and basic GIS capabilities. This framework is then rich enough to generate pedestrian network graphs automatically. In fact, within an accessibility analysis project, the full proposed pipeline was successfully used on two sites to produce pedestrian network graphs from various types of input data: existing GIS vector maps, semi-automatically created vector data and vector objects extracted from Mobile Mapping lidar point clouds.While modelling 2D ground surfaces may be sufficient for 2D GIS applications, 3D GIS applications require 3D models of the environment. 3D modelling is a very broad topic but as a first step to such 3D models, we focused on the semi-automatic modelling of objects which can be modelled or approximated by generalized cylinders (such as poles, lampposts, tree trunks, etc.) from single images. The developed methods and techniques are presented and discussed

El uso de tecnologías de información para planificar actividades y monitorear a través de la posición geográfica ya sean durante la distribución, delivery o geolocalización de pedidos ha tomado bastante importancia en la actualidad. Por consecuente, el presento proyecto propone una automatización del proceso de distribución mediante soluciones tecnológicas web y móvil GIS, a partir del análisis de las actividades que se realizan en dicho proceso. Esta propuesta, tiene como objetivo reducir las tareas manuales que se realizan en dicho proceso, así mismo, habilitar un medio de monitoreo en tiempo real de los repartidores y pedidos de los clientes. Para lograr la propuesta se realiza una conceptualización y análisis de la empresa empleando los marcos de trabajo de Zachman en el nivel 1 y 2 y TOGAF, de esta manera se identifica la situación problemática, los objetivos del proyecto e indicadores de éxito. Esta información fue la base para diagramar los procesos actuales y los mejorados con el uso BPMN. Luego, para diseñar las soluciones tecnológicas se empleó la ingeniera de requerimientos para que finalmente se plasme ese análisis en diagramas de arquitectura en cuatro niveles usando como guía el modelo C4. Finalmente, se hace uso de la guía de PMBOK para la gestión del proyecto que como resultado permitió planificar las actividades, estimar los tiempos de ejecución y los costos que conllevan la implementación de la propuesta de automatización. / The use of information technologies to plan activities and monitor through the geographical position, whether during the distribution, delivery or geolocation of orders has become quite important today. Consequently, the present project proposes an automation of the distribution process through web and mobile GIS technology solutions, based on the analysis of the activities carried out in said process. The objective of this proposal is to reduce the manual tasks that are carried out in this process, as well as to enable a means of real-time monitoring of the distributors and customer orders. To achieve the proposal, a conceptualization and analysis of the company is carried out using the Zachman frameworks at level 1 and 2 and TOGAF, in this way the problematic situation, the project objectives and indicators of success are identified. This information was the basis for diagramming the current processes and those improved with the use of BPMN. Then, to design the technological solutions, requirements engineering was used to finally translate that analysis into four-level architecture diagrams using the C4 model as a guide. Finally, the PMBOK guide is used to manage the project, which as a result allowed to plan the activities, estimate the execution times and the costs involved in the implementation of the automation proposal. / Tesis

Town and country planning is an activity which is trying to find and create the most suitable conditions for the use and spatial arrangement of the territory based on comprehensive knowledge of various disciplines and therefore we rank it among multidisciplinary disciplines. The result of efforts is to ensure the sustainable development of the territory which is frequently highlighted in connection with town and country planning. The diploma thesis solves the issue of town and country planning from the point of view of the Act on town and country planning and building code with focusing on its tools. One of the tools of town and country planning is the subject of the main part of the diploma thesis which deals with the specific design of the local zoning plan of the village Radešín.

The main subject of this diploma thesis is a study of a suggestion of environmentally friendly adjustments in the basin of Jičínka, working as preventive protection against floods. The study contains a research of the stated area using the method of CN-curves in the hydrological model DesQ-MaxQ and the principle of Wischmeier-Smith's equation, in modicication of ArcGIS programme. Based on the analysis, the work suggests an improvement of erosive and drain ratios and then an assessment of effectiveness of the protection. We get the assessment of the effectiveness by comparing the condition of the erosive wash and the surface drain before and after implementation of our measures. The work also sets its goal in calculating the financial returnability of the investition indicatively.

This master thesis focuses on the development of the GIS in the Jinačovice municipality, particularly on the land use. The core data used for the research has been gathered by aerial photography since 1950. Other data sources include other types of maps, especially Cadastral map, ZABAGED data and statistical data. An analysis of the Land use has been carried out as well as additional analyses of the area. The research has been conducted specifically for the Jinačovice municipality.

Department of Ecology and Resource Management / MENVM

Der Monitor der Siedlungs- und Freiraumentwicklung, kurz: „IÖR-Monitor“ informiert seit 2010 im Internet über die Entwicklung der Siedlungs- und Freiraumstruktur in Deutschland. Dabei befindet er sich in stetiger Weiterentwicklung, sowohl was das Indikatorenset betrifft, als auch die Visualisierungs- und die Analysemöglichkeiten. Der Beitrag beschreibt die neuesten Entwicklungen des Übersichts-Viewers und gibt einen Einblick in den entstehenden Detail-Viewer.

Die zunehmende Verfügbarkeit adressbezogener Daten im Zusammenhang mit der Nutzung geometrischer Raster zur Raumuntergliederung haben die Voraussetzungen für kleinräumige Analysen deutlich verbessert. Bei der Verwendung personenbezogener Daten müssen datenschutzrechtliche Vorgaben eingehalten werden, falls die Rasterzellen zu wenig Fallzahlen enthalten. Vielfach werden diese Rasterzellen ausgeblendet, wodurch Informationen in der Karte verloren gehen. Eine datenschutzkonforme Alternative stellt die Aggregation von Rasterzellen dar, bis die Fallzahlen einen vorgegebenen Grenzwert überschreiten. In diesem Beitrag werden Möglichkeiten vorgestellt und bewertet, nach denen sich datenschutzkonforme Mischrasterkarten erzeugen lassen. Besonderes Augenmerk wird auf die Auflösungsverluste der erzeugten Mischrasterkarten gelegt, um geeignete Datengrundlagen für kleinräumige Analysen zu schaffen.

[ES] Esta tesis aborda el desarrollo y análisis de nuevas herramientas y métodos para monitorizar y caracterizar el crecimiento urbano utilizando datos geográficos y bases de datos de usos y coberturas del suelo (LULC), así como explorar sus relaciones con factores socioeconómicos, aportando nuevas evidencias sobre el uso de los datos LULC para la caracterización urbana en diferentes niveles mediante métodos espaciales y estadísticos. En primer lugar, se compilaron e implementaron las métricas espacio-temporales más comunes dentro de una herramienta software, IndiFrag. A continuación, se presenta una metodología basada en métricas espacio-temporales y se propone un nuevo índice que cuantifica la desigualdad entre el crecimiento de la población y las zonas edificadas, para analizar y comparar los patrones de crecimiento urbano en diferentes niveles. Esto permitió una distinción de los patrones de crecimiento, además el análisis a diversos niveles contribuyó a una mejor comprensión de los patrones. En segundo lugar, se cuantificaron relaciones bidireccionales entre la estructura urbana de las ciudades y su situación socioeconómica a partir de métricas espaciales extraídas de mapas de zonas climáticas locales en 31 ciudades en Renania del Norte-Westfalia (Alemania). A partir de estos datos se cuantificaron relaciones con indicadores socioeconómicos mediante modelos de regresión lineal múltiple, explicando gran parte de su variabilidad. El método propuesto es transferible a otros conjuntos de datos, niveles y regiones. En tercer lugar, se evaluó el uso de las métricas espacio-temporales derivadas de los mapas LULC para identificar patrones espaciales de crecimiento urbano. Se utilizaron modelos de cambio de usos del suelo para simular diferentes escenarios de crecimiento urbano a largo plazo siguiendo varios patrones espaciales en diversas formas urbanas de partida. A continuación, se calcularon las métricas espacio-temporales para los escenarios simulados, se seleccionaron las más explicativas aplicando análisis discriminante y se clasificaron los patrones de crecimiento utilizando métodos estadísticos de agrupación. Por último, se identificaron relaciones empíricas entre indicadores socioeconómicos y su evolución a lo largo del tiempo con la estructura espacial de los elementos construidos y naturales en hasta 600 áreas urbanas de 32 países. Se aplicaron modelos de regresión random forest y las métricas espacio-temporales fueron capaces de explicar considerablemente la variabilidad de los indicadores socioeconómicos, confirmando que los patrones espaciales y sus cambios están vinculados a los indicadores socioeconómicos. Este trabajo contribuye a una mayor comprensión de los patrones de crecimiento urbano y amplía el conocimiento sobre las relaciones entre la estructura espacial urbana y los factores socioeconómicos. Se describen nuevos métodos para monitorizar y evaluar la sostenibilidad urbana a partir de bases de datos LULC, que podrían ser utilizadas por los investigadores, planificadores urbanos y responsables políticos para garantizar un futuro sostenible en los entornos urbanos. / [CAT] Aquesta tesi aborda el desenvolupament i l'anàlisi de noves ferramentes i mètodes per a monitorar i caracteritzar el creixement urbà utilitzant dades geogràfiques i bases de dades d'usos i cobertures del sòl (LULC), així com explorar les seues relacions amb factors socioeconòmics, i aportar noves evidències sobre la utilització de les dades LULC per a la caracterització urbana en diferents nivells mitjançant mètodes espacials i estadístics. En primer lloc, es van compilar i implementar mètriques espaciotemporals dins d'un programari, IndiFrag. A continuació, es presenta una metodologia basada en mètriques espaciotemporals i es proposa un nou índex que quantifica la desigualtat entre el creixement de la població i les zones edificades, i serveix per a analitzar i comparar els patrons de creixement urbà a diferents nivells. Això va permetre una distinció dels patrons de creixement, a més l'anàlisi a diversos nivells va contribuir a una millor comprensió dels patrons. En segon lloc, es van quantificar relacions bidireccionals entre l'estructura urbana de les ciutats i la seua situació socioeconòmica a partir de mètriques espacials extretes de mapes de zones climàtiques locals en 31 ciutats a Renània del Nord-Westfàlia (Alemanya). A partir d'aquestes dades es van quantificar relacions amb indicadors socioeconòmics mitjançant models de regressió lineal múltiple, explicant gran part de la seua variabilitat. El mètode proposat és transferible a altres conjunts de dades, nivells i regions. Seguidament, es va avaluar l'ús de les mètriques espaciotemporals derivades dels mapes LULC per a identificar patrons espacials de creixement urbà. Es van utilitzar models de canvi d'usos del sòl per a simular diferents escenaris de creixement urbà a llarg termini seguint diversos patrons espacials en diverses formes urbanes de partida. A continuació, es van calcular les mètriques espaciotemporals per als escenaris simulats, es van seleccionar les més explicatives aplicant anàlisi discriminant i es van classificar els patrons de creixement utilitzant mètodes estadístics d'agrupació. Finalment, es van identificar relacions empíriques entre indicadors socioeconòmics i la seua evolució al llarg del temps, amb l'estructura espacial dels elements construïts i naturals en fins a 600 àrees urbanes de 32 països. Es van aplicar models de regressió random forest i les mètriques van ser capaces d'explicar considerablement la variabilitat dels indicadors socioeconòmics, això confirma que els patrons espacials i els seus canvis estan vinculats als indicadors socioeconòmics. Aquest treball contribueix a una major comprensió dels patrons de creixement urbà i amplia el coneixement sobre les relacions entre l'estructura espacial urbana i els factors socioeconòmics. Es descriuen nous mètodes per a monitorar i avaluar la sostenibilitat urbana a partir de bases de dades LULC, que podrien ser utilitzades pels investigadors, planificadors urbans i responsables polítics per a garantir un futur sostenible en els entorns urbans. / [EN] This thesis addresses the development and analysis of new tools and methods for monitoring and characterizing urban growth using geo-data and land-use/land-cover (LULC) databases, as well as exploring their relationships with socio-economic factors, providing new evidences regarding the use of LULC data for urban characterization at different levels by means of spatial and statistical methods. First, the most common spatio-temporal metrics were compiled and implemented within a software tool, IndiFrag. Then, we present a methodology based on spatio-temporal metrics and propose a new index that quantifies the inequality of growth between population and built-up areas to analyze and compare urban growth patterns at different levels. This allowed for a differentiation of growing patterns, besides, the analysis at various levels contributed to a better understanding of such patterns. Second, we quantified the two-way relationship between the urban structure in cities and their socio-economic status by means of spatial metrics issued from a local climate zone map for 31 cities in North Rhine-Westphalia, Germany. Based on these data, we quantified their relationship with socio-economic indicators by means of multiple linear regression models, explaining a significant part of their variability. The proposed method is transferable to other datasets, levels, and regions. Third, we assessed the use of spatio-temporal metrics derived from LULC maps to identify urban growth spatial patterns. We applied LULC change models to simulate different long-term scenarios of urban growth following various spatial patterns on diverse baseline urban forms. Then, we computed spatio-temporal metrics for the simulated scenarios, selected the most explanatory by applying a discriminant analysis and classified the growth patterns using clustering methods. Finally, we identified empirical relationships between socio-economic indicators and their change over time with the spatial structure of the built and natural elements in up to 600 urban areas from 32 countries. We employed random forest regression models and the spatio-temporal metrics were able to explain substantially the variability of socio-economic variables. This confirms that spatial patterns and their change are linked to socio-economic indicators. This work contributes to a better understanding of urban growth patterns and improves knowledge about the relationships between urban spatial structure and socio-economic factors, providing new methods for monitoring and assessing urban sustainability by means of LULC databases, which could be used by researchers, urban planners and decision-makers to ensure the sustainable future of urban environments. / Sapena Moll, M. (2020). Development and analysis of land-use/land-cover spatio-temporal metrics in urban environments: Exploring urban growth patterns and linkages to socio-economic factors [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/158626 / TESIS

In der vorliegenden Dissertation wird gezeigt, dass es möglich ist mittels öffentlich zugänglicher Daten der Landesämter Paläooberflächen im Zentrum einer Großstadt zu modellieren. Auf der Suche nach dem anthropogen unbeeinflussten Georelief des heutigen Stadtgebietes Leipzigs ist nicht nur die Rekonstruktion ursprünglicher, natürlicher Gegeben-heiten das Ziel, sondern auch die Auseinandersetzung damit, wie der Mensch seine Umwelt in diesem Gebiet bis heute formte und strukturierte. Die Thematik vereint verschiedene geographische Disziplinen, wie z. B. Geomorphologie, Geoarchäologie und Geoinformatik, indem das verbindende Element der Untersuchungsraum in der Innenstadt von Leipzig ist. Zur Rekonstruktion der Erdoberfläche als Digitales Geländemodell (DGM) vor etwa 1.000 Jahren (DGM 1015) und 11.000 Jahren (DGM BASIS) sind hauptsächlich Daten des Sächsischen Landesamtes für Archäologie und des Sächsischen Landesamtes für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie ausgewertet worden. Um die heterogenen Ausgangsdaten mit Hilfe von Leitprofilen verarbeiten zu können, erfolgt vorab das Aufstellen von Arbeitshypothesen. Alle Daten sind so aufbereitet, dass sie in einer Gesamtdatenbank zusammengefasst dargestellt und in einem Geographischen Informationssystem (GIS) auswertbar sind. Ausgehend von der Gesamtdatenbank fand auf Grundlage der Arbeitshypothesen die Generierung von Teildatenbanken statt. Demnach entspricht der Aufschlussansatzpunkt dem rezenten Relief (DGM HEUTE) und die erste anthropogen unbeeinflusste Sedimentschicht bzw. die Schicht mit den ältesten Siedlungsspuren dem Paläorelief vor ca. 1.000 Jahren (DGM 1015ROH bzw. DGM 1015). Des Weiteren präsentiert die Basis der holozänen Sedimente das Paläorelief vor ca. 11.000 Jahren (DGM BASIS). Basierend auf den Modellen DGM 1015ROH und DGM HEUTE findet eine Evaluierung der Datengrundlagen und der Methodik statt. Dafür erfolgt eine Gegenüberstellung des DGM HEUTE mit dem auf LiDAR-Daten basierendem DGM 2 des Staatsbetriebes Geobasisinformation und Vermessung Sachsen. Denn es besteht in der vorliegenden Dissertation die Annahme, dass es möglich ist, ein DGM 1015 bzw. DGM BASIS zu erstellen, wenn es gelingt mit denselben Daten das DGM 2 annähernd zu reproduzieren. Nach der »Observed vs. Predicted Analyse« besteht offensichtlich ein von der Datenherkunft unabhängiger, signifikanter, monotoner Zusammenhang, zwischen dem DGM HEUTE und dem DGM 2, welcher nicht zufällig ist. Folglich ist es möglich, mit den Daten und der Methodik auch ein DGM 1015 bzw. DGM BASIS zu erstellen. Weiterhin konnte mit Hilfe von multivariater Statistik nachgewiesen werden, dass die Heterogenität der Datengrundlagen in Bezug auf das Jahr der Datenerhebung und die Art der Koordinatenbestimmung (xi, yi, zi) einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Abweichung zwischen dem DGM HEUTE und dem DGM 2 im Testdatensatz haben. Nachdem die Datengrundlagen evaluiert und teilweise u. a. mit Hilfe der Leitprofile, historischen Aufnahmen und dem DGM 2 an umgebende Profile angepasst wurden, findet die Extraktion der finalen Teildatenbanken DGM 1015 und DGM BASIS aus dem Gesamtdatensatz statt. Der Vorteil dieses für Leipzig entwickelten Untersuchungsdesigns liegt darin, dass durch den Vergleich zwischen dem DGM HEUTE und dem DGM 2 eine Evaluierung der Datengrundlagen messbar wird und nicht ausschließlich auf qualitative Kriterien zurückzuführen ist. Es wird somit auch quantitativ bewiesen, dass diese Methodik zur Paläoreliefmodellierung für die Innenstadt von Leipzig sehr gut angewendet werden kann. Prinzipiell ist es nicht möglich abschließend eine Realität der interpolierten Paläooberflächen zu präsentieren, sondern es können lediglich verschiedene Realitäten und deren Wahrscheinlichkeiten vorgestellt werden. Neben geostatistischen Methoden kommen auch deterministische Interpolationsverfahren zum Einsatz. Zur Quantifizierung der Ergebnisse erfolgt u. a. eine Kreuzvalidierung, auf deren Grundlage die Auswahl der finalen Interpolationsdarstellungen stattfindet. Das DGM BASIS und DGM 1015 stellen die Ausgangssituation der Reliefverhältnisse bei der Siedlungsgründung Leipzigs dar. Grundsätzlich ist es mit der vorliegenden Arbeit gelungen eine neue, fundierte Perspektive zur kritischen Diskussion der Landschafts- und Siedlungsgenese im Untersuchungsgebiet bereitzustellen. Neben einer detailgetreuen Abbildung der geomorphologischen und geologischen Gegebenheiten im heutigen Zentrum Leipzigs im Jahr 1015 und zu Beginn des Holozäns, ist es möglich, den Flurabstand zwischen den DGM zu bestimmen, um Veränderungen zu quantifizieren. In diesem Kontext ist es weiterhin möglich natürliche von anthropogenen Prozessen zu trennen und diese zeitlich aufzuschlüsseln. Auf dieser Basis können detailliertere Aussagen zum Relief zwischen Weiße Elster- und Parthetal um das Jahr 1015 gemacht werden. Des Weiteren lassen die Paläomodelle Rückschlüsse auf die raumbezogenen Gunstfaktoren bei der Siedlungsplatzwahl und -gestaltung zu. Zudem existiert das Potenzial zur Entwicklung einer visuell reizvollen Grundlage, um geowissenschaftliche und geoarchäologische Sachverhalte im Bildungsbereich für die Öffentlichkeit zu nutzen. Die Thematik hat durch den Charakter einer Fallstudie zunächst einen lokalen Bezug zu Leipzig (Sachsen). Das dabei entwickelte Untersuchungsdesign eröffnet jedoch eine neue, fundierte und transparente Möglichkeit zur Paläoreliefrekonstruktion in weiteren Untersuchungsgebieten.:Bibliografische Daten I Zitat II Danksagung III Zusammenfassung IV Abstract VI Abbildungs- & Tabellenverzeichnis XII Abkürzungsverzeichnis XVIII 1. Einleitung 1 1.1 Fragestellung und Zielführung 1 1.2 Abgrenzung des Untersuchungsgebietes 3 1.3 Grundlagen 7 1.3.1 Fachliche Einordnung der Thematik 7 1.3.2 Begriffe und Definitionen 9 1.3.2.1 »Natürlich gewachsener Boden« 9 1.3.2.2 Zeitangaben 9 1.3.2.3 Digitale Erdoberflächenmodelle 12 1.3.2.4 Lage- und Höhenbezugssystem 13 1.3.2.5 Unsicherheiten und Fehler 13 1.4 Forschungsgeschichtlicher Überblick 16 1.5 Ähnliche Forschungen außerhalb Leipzigs 24 2. Stand des Wissens im Untersuchungsgebiet 26 2.1 Naturräumliche Einordnung 26 2.1.1 Klima 29 2.1.2 Geologie 31 2.1.2.1 Leitprofil der Leipziger Tieflandsbucht 31 2.1.2.2 Geologischer Aufbau des Untersuchungsgebietes 34 2.1.3 Boden 36 2.1.4 Vegetation 40 2.1.5 Gewässernetz 41 2.1.5.1 Auengenese der Weißen Elster 43 2.1.5.2 Auengenese der Parthe 47 2.1.5.3 Zusammenfluß der Weißen Elster und Parthe 49 2.2 Siedlungsgeschichtliche Einordnung 50 2.2.1 Allgemeiner Überblick 51 2.2.2 Die im Jahr 1015 erwähnte »urbs Libzi« 56 2.2.3 Die Zwillingssiedlung der »urbs Libzi« 59 2.2.4 Wasserbauliche Einschnitte im Untersuchungsgebiet 63 3. Methodik 67 3.1 Generierung der Datenbasis 71 3.1.1 Formulieren der Arbeitshypothesen 72 3.1.2 Datengrundlagen und deren Aufbereitung 75 3.1.3 Zusammenfassung: Gesamtdatenbank 77 3.2 Zwischenergebnisse »DGM 1015ROH« und »DGM HEUTE« 78 3.2.1 Generierung der Teildatenbanken 78 3.2.2 Interpolation und qualitative Auswertung der Zwischenergebnisse 78 3.2.3 Definition von Teiluntersuchungsgebieten 82 3.3 Evaluation der Methodik 82 3.3.1 Deskriptive Statistik 83 3.3.2 »Observed vs. predicted Analyse« 84 3.3.3 Multivariate Statistik 86 3.3.4 Validation der Methodik 91 3.4 Evaluation der Datengrundlagen und Generierung der finalen Teildatenbanken 92 3.4.1 Evaluation der Datengrundlagen 94 3.4.2 Finale Teildatenbanken »DGM 1015« und »DGM BASIS« 95 3.4.3 Interpolation und qualitative Auswertung der Ergebnisse 95 3.4.4 Validation der Datengrundlage 96 3.5 Geostatistische Auswertung des »DGM 1015« und »DGM BASIS« 96 3.5.1 Objektive Auswahl der Rasterzellengröße 98 3.5.2 Simulation und Analyse der Paläooberflächen 102 3.5.3 Simulation und Analyse der Fließgewässer 104 3.5.4 Evaluation der vorhergesagten Unsicherheiten 105 3.6 Abschließende Interpolation und räumliche Validierung 106 3.6.1 Weitere Interpolationsmöglichkeiten und finale Modelle 106 3.6.2 Flurabstandsberechnungen zwischen den DGM 110 3.6.3 Anstehende geologische Substrate der finalen DGM 111 4. Ergebnisse und Diskussion 114 4.1 Generierung der Datenbasis 114 4.1.1 Arbeitshypothesen 114 4.1.2 Datengrundlagen 114 4.1.2.1 Höhenfestpunkte 114 4.1.2.2 LiDAR Daten 118 4.1.2.3 Historische Archive 120 4.1.2.4 Leitprofile 123 4.1.2.5 Geologische Aufschlüsse 126 4.1.2.6 Archäologische Dokumentationen 131 4.1.3 Zusammenfassung: Gesamtdatenbank 141 4.2 Zwischenergebnisse »DGM 1015ROH« und »DGM HEUTE« 143 4.2.1 Generierung der Teildatenbanken 143 4.2.2 Interpolation und qualitative Auswertung der Zwischenergebnisse 144 4.2.3 Definition von Teiluntersuchungsgebieten 150 4.3. Evaluierung der Methodik 152 4.3.1 Deskriptive Statistik 152 4.3.2 »Observed vs. Predicted Analyse« 154 4.3.3 Multivariate Statistik 157 4.3.4 Validation der Methodik 163 4.4. Evaluierung der Datengrundlagen 166 4.4.1 Evaluation und ggf. Anpassung der Datengrundlagen 168 4.4.1.1 Geologische Aufschlüsse 168 4.4.1.2 Archäologische Dokumentationen 169 4.4.1.3 Fallbeispiel: Teiluntersuchungsgebiet Matthäikirchhof 173 4.4.2 Finale Teildatenbanken »DGM 1015« und »DGM BASIS« 176 4.4.3 Interpolation und qualitative Auswertung der Ergebnisse 179 4.4.4 Validation der Datengrundlage 182 4.5 Geostatistische Auswertung des »DGM 1015« und »DGM BASIS« 184 4.5.1 Objektive Auswahl der Rasterzellengröße 184 4.5.2 Simulation und Analyse der Paläooberflächen 186 4.5.3 Simulation und Analyse der Fließgewässer 193 4.5.4 Evaluation der vorhergesagten Unsicherheiten 197 4.6 Abschließende Interpolation und räumliche Validierung 198 4.6.1 Weitere Interpolationsmöglichkeiten und finale Modelle 199 4.6.2 Flurabstandsberechnungen zwischen den DGM 207 4.6.3 Anstehende geologische Substrate der finalen DGM 210 4.7 Landschafts- und Siedlungsgenetische Interpretation der Paläomodelle 218 5. Synthese und Ausblick 233 6. Literaturverzeichnis 248 7. Anlagen i / In search of the anthropogenically undisturbed palaeo-surface of the city of Leipzig, the main goals are the reconstruction of the specific natural conditions during the Holocene and a deduction about how the environment has been shaped and structured by humans in this area over the last 1,000 years. In the present doctoral thesis, the possibility to model palaeo-surfaces for the central part of a big city by means of publicly accessible data of the state offices is demonstrated. The topic combines various geographical disciplines with a focus on the interface between Geosciences and Archaeology (often termed Geoarchaeology). For the reconstruction of the earth's surface as a Digital Elevation Model (DEM) about 1,000 years ago (DEM 1015) and 11,000 years ago (DEM BASIS) mainly data from the Archaeological Heritage Office Saxony and the Saxon State Office for Environment, Agriculture and Geology have been evaluated. The qualitative data are linked by using GIS through surveying techniques. To be able to process the heterogeneous data, working hypotheses are established in advance. According to them, the elevation of the top of a geological drill or archaeological excavation represents the current surface (DEM HEUTE). In addition, the first anthropogenically undisturbed layer of a geological drill or the layer with the oldest settlement trace of an archaeological excavation represents the data basis for the DEM 1015ROH and the DEM 1015, respectively. Furthermore, the basis in transition to Holocene sediments represents the palaeo-relief approximately 11,000 years ago (DEM BASIS). All data are summarized in an overall database. Hence, the data can be analyzed in a Geographical Information System (GIS). Based on the models DEM 1015ROH and DEM HEUTE the data basis and the methodology are evaluated. For this purpose, a comparison between the DEM HEUTE and another recent DEM, which was generated with LiDAR data provided by the State Operation Geobasisinformation and Surveying Saxony (DEM 2), is conducted. Therefore, it is assumed that it is possible to create a DEM 1015 or DEM BASIS, if it is possible to reproduce approximately the DEM 2 with the same data. The Observed vs. Predicted Analysis shows, that between the DEM HEUTE and the DEM 2 a non-data-independent, significant, monotonic relationship exists, which is not random. Consequently, based on the mentioned assumption above, it is possible to use the data and methodology to create a DEM 1015 or DEM BASIS. Furthermore, the multivariate statistic for the data set demonstrated, that the heterogeneity of the data bases in relation to the year of data collection and the type of coordinate determination (xi, yi, zi) had a negligible influence on the deviation between the DEM HEUTE and the DEM 2. Nevertheless, a check and, if necessary, a correction of the original data is necessary. If there are anomalies, the correction of the original data will be adapted to the surroundings by means of representative soil profiles, historical recordings and the DEM 2. After the data basis and methodology are validated the final sub databases DEM 1015 and DEM BASIS are extracted from the overall database. By means of the developed investigation design the comparison between the DEM HEUTE and the DEM 2 can be based on a quantitative evaluation of the data basis and not exclusively to qualitative criteria. Thus, it is also proved quantitatively that the methodology to model the palaeo-surface works very well for the inner city of Leipzig. However, models represent only a limited picture of reality. In principle, there is no unique interpolation result. That´s why, it is mandatory to present different realities of the palaeo-surfaces and their probabilities. Therefore, in addition to geostatistical interpolation methods, deterministic methods are also used. To quantify the results, among other things, a cross validation is performed. On this basis the selection of the most likely interpolation for the final representation takes place. The DGM BASIS and DGM 1015 show the highest possible approximation of the palaeo-surfaces. In general, the present dissertation has succeeded in providing a new, well-founded perspective for the critical discussion of landscape and settlement genesis in the study area. In addition to a detailed mapping of the geomorphological and geological conditions in the center of Leipzig at the time of 1015 and at the beginning of the Holocene, it is possible to determine the differences between the DEMs to quantify changes. In this context, it was also possible to separate natural from anthropogenic processes and to date the changes. On that basis, more detailed statements about the relief between the river valleys of Weiße Elster and Parthe around the year 1015 can now be made. In addition, the palaeo-models allow conclusions on the space-related favorable factors in settlement site selection and design. Finally, there is the possibility to represent the palaeo-surfaces as a visually appealing basis for geoarchaeological questions in public education. Due to its´ nature of being a case study, the topic has a local connection to Leipzig (Saxony). However, the developed investigation design will open new, well-founded, transparent options for the reconstruction of palaeo-reliefs in further study areas.:Bibliografische Daten I Zitat II Danksagung III Zusammenfassung IV Abstract VI Abbildungs- & Tabellenverzeichnis XII Abkürzungsverzeichnis XVIII 1. Einleitung 1 1.1 Fragestellung und Zielführung 1 1.2 Abgrenzung des Untersuchungsgebietes 3 1.3 Grundlagen 7 1.3.1 Fachliche Einordnung der Thematik 7 1.3.2 Begriffe und Definitionen 9 1.3.2.1 »Natürlich gewachsener Boden« 9 1.3.2.2 Zeitangaben 9 1.3.2.3 Digitale Erdoberflächenmodelle 12 1.3.2.4 Lage- und Höhenbezugssystem 13 1.3.2.5 Unsicherheiten und Fehler 13 1.4 Forschungsgeschichtlicher Überblick 16 1.5 Ähnliche Forschungen außerhalb Leipzigs 24 2. Stand des Wissens im Untersuchungsgebiet 26 2.1 Naturräumliche Einordnung 26 2.1.1 Klima 29 2.1.2 Geologie 31 2.1.2.1 Leitprofil der Leipziger Tieflandsbucht 31 2.1.2.2 Geologischer Aufbau des Untersuchungsgebietes 34 2.1.3 Boden 36 2.1.4 Vegetation 40 2.1.5 Gewässernetz 41 2.1.5.1 Auengenese der Weißen Elster 43 2.1.5.2 Auengenese der Parthe 47 2.1.5.3 Zusammenfluß der Weißen Elster und Parthe 49 2.2 Siedlungsgeschichtliche Einordnung 50 2.2.1 Allgemeiner Überblick 51 2.2.2 Die im Jahr 1015 erwähnte »urbs Libzi« 56 2.2.3 Die Zwillingssiedlung der »urbs Libzi« 59 2.2.4 Wasserbauliche Einschnitte im Untersuchungsgebiet 63 3. Methodik 67 3.1 Generierung der Datenbasis 71 3.1.1 Formulieren der Arbeitshypothesen 72 3.1.2 Datengrundlagen und deren Aufbereitung 75 3.1.3 Zusammenfassung: Gesamtdatenbank 77 3.2 Zwischenergebnisse »DGM 1015ROH« und »DGM HEUTE« 78 3.2.1 Generierung der Teildatenbanken 78 3.2.2 Interpolation und qualitative Auswertung der Zwischenergebnisse 78 3.2.3 Definition von Teiluntersuchungsgebieten 82 3.3 Evaluation der Methodik 82 3.3.1 Deskriptive Statistik 83 3.3.2 »Observed vs. predicted Analyse« 84 3.3.3 Multivariate Statistik 86 3.3.4 Validation der Methodik 91 3.4 Evaluation der Datengrundlagen und Generierung der finalen Teildatenbanken 92 3.4.1 Evaluation der Datengrundlagen 94 3.4.2 Finale Teildatenbanken »DGM 1015« und »DGM BASIS« 95 3.4.3 Interpolation und qualitative Auswertung der Ergebnisse 95 3.4.4 Validation der Datengrundlage 96 3.5 Geostatistische Auswertung des »DGM 1015« und »DGM BASIS« 96 3.5.1 Objektive Auswahl der Rasterzellengröße 98 3.5.2 Simulation und Analyse der Paläooberflächen 102 3.5.3 Simulation und Analyse der Fließgewässer 104 3.5.4 Evaluation der vorhergesagten Unsicherheiten 105 3.6 Abschließende Interpolation und räumliche Validierung 106 3.6.1 Weitere Interpolationsmöglichkeiten und finale Modelle 106 3.6.2 Flurabstandsberechnungen zwischen den DGM 110 3.6.3 Anstehende geologische Substrate der finalen DGM 111 4. Ergebnisse und Diskussion 114 4.1 Generierung der Datenbasis 114 4.1.1 Arbeitshypothesen 114 4.1.2 Datengrundlagen 114 4.1.2.1 Höhenfestpunkte 114 4.1.2.2 LiDAR Daten 118 4.1.2.3 Historische Archive 120 4.1.2.4 Leitprofile 123 4.1.2.5 Geologische Aufschlüsse 126 4.1.2.6 Archäologische Dokumentationen 131 4.1.3 Zusammenfassung: Gesamtdatenbank 141 4.2 Zwischenergebnisse »DGM 1015ROH« und »DGM HEUTE« 143 4.2.1 Generierung der Teildatenbanken 143 4.2.2 Interpolation und qualitative Auswertung der Zwischenergebnisse 144 4.2.3 Definition von Teiluntersuchungsgebieten 150 4.3. Evaluierung der Methodik 152 4.3.1 Deskriptive Statistik 152 4.3.2 »Observed vs. Predicted Analyse« 154 4.3.3 Multivariate Statistik 157 4.3.4 Validation der Methodik 163 4.4. Evaluierung der Datengrundlagen 166 4.4.1 Evaluation und ggf. Anpassung der Datengrundlagen 168 4.4.1.1 Geologische Aufschlüsse 168 4.4.1.2 Archäologische Dokumentationen 169 4.4.1.3 Fallbeispiel: Teiluntersuchungsgebiet Matthäikirchhof 173 4.4.2 Finale Teildatenbanken »DGM 1015« und »DGM BASIS« 176 4.4.3 Interpolation und qualitative Auswertung der Ergebnisse 179 4.4.4 Validation der Datengrundlage 182 4.5 Geostatistische Auswertung des »DGM 1015« und »DGM BASIS« 184 4.5.1 Objektive Auswahl der Rasterzellengröße 184 4.5.2 Simulation und Analyse der Paläooberflächen 186 4.5.3 Simulation und Analyse der Fließgewässer 193 4.5.4 Evaluation der vorhergesagten Unsicherheiten 197 4.6 Abschließende Interpolation und räumliche Validierung 198 4.6.1 Weitere Interpolationsmöglichkeiten und finale Modelle 199 4.6.2 Flurabstandsberechnungen zwischen den DGM 207 4.6.3 Anstehende geologische Substrate der finalen DGM 210 4.7 Landschafts- und Siedlungsgenetische Interpretation der Paläomodelle 218 5. Synthese und Ausblick 233 6. Literaturverzeichnis 248 7. Anlagen i