Seit 2010 werden die Geobasisprodukte „Amtliche Hausumringe“ und „Amtliche Hauskoordinaten“ (auch georeferenzierte Adressdaten genannt) – geometrische Teilauszüge der Automatisierten Liegenschaftskarte (ALK) – von der Zentralen Stelle für Hauskoordinaten, Hausumringe und 3D-Gebäudemodelle (ZSHH) der Bezirksregierung Köln für länderübergreifende oder bundesweite Untersuchungen angeboten. Erstmals sind dadurch umfassendere Untersuchungen zum deutschen Gebäudebestand möglich und Ausdifferenzierungen nach Menge, geometrischer Eigenschaften (u. a. Gebäudetyp) sowie seiner Nutzung durchführbar. Das Analysepotenzial ist aber noch weitaus größer, da sowohl auf administrativer Ebene als auch auf Rasterebene räumliche Muster für unterschiedliche thematische Fragestellungen abbildbar werden. Das raumbezogene Informationsinstrument Monitor der Siedlungs- und Freiraumentwicklung (IÖR-Monitor) ist eine wissenschaftliche Dienstleistung des Leibniz-Instituts für ökologische Raumentwicklung und stellt seit 2012 auch Gebäudeindikatoren auf Grundlage dieser Katasterdaten bereit. In diesem Beitrag werden dazu erste Arbeitsergebnisse vorgestellt.

Zum Aufbau eines flächendeckenden Monitors der Siedlungs- und Freiraumentwicklung in Deutschland werden geeignete Geodaten benötigt. Ausgehend von den raum- und umweltplanerischen Zielstellungen eines Flächenmonitorings in Verbindung mit dem Anliegen der laufenden Raumbeobachtung ergeben sich dafür grundlegende Anforderungen. Verfügbare Datenquellen werden im Hinblick auf ihre potenzielle Eignung vorgestellt und verglichen: das Amtliche Topographisch-Kartographische Informationssystem ATKIS (insbesondere das Basis-DLM), das Amtliche Liegenschaftskataster-Informationssystem ALKIS (basierend auf der automatisierten Liegenschaftskarte ALK und dem Liegenschaftsbuch ALB) sowie klassifizierte Luft- und Satellitenbilddaten. Erkennbare Datenprobleme werden im Hinblick auf die Berechnung von Indikatoren diskutiert und mit Fallbeispielen illustriert. Außerdem wird eine Lösung für die administrative Bezugsgeometrie des Monitors vorgestellt.

In dem Beitrag werden das Konzept und erste Realisierungsergebnisse eines Monitors vorgestellt, der Zustand und Entwicklung von Siedlungs- und Freiraumstruktur in Deutschland beschreibt. Grundlage ist das ATKIS Basis-DLM, dessen Geobasisdaten einer gesetzlichen Fortschreibung unterliegen. Dieses digitale Landschaftsmodell ist der aktuellste und genauste topographische Datensatz, der flächendeckend für Deutschland vorliegt. Die hochauflösenden GIS-Daten ermöglichen erstmals die Berechnung sehr kleinräumiger Kennzahlen und Indikatoren der Flächennutzung für die gesamte Fläche der Bundesrepublik Deutschland. Das geplante Indikatorensystem umfasst die Themenbereiche Siedlung, Freiraum, Bevölkerung, Landschafts- und Naturschutz sowie Verkehr. Es soll, in Ergänzung zu bestehenden flächenstatistischen Berichtssystemen, den urbanen Nutzungswandel und den damit einhergehenden Druck auf Freiräume und Schutzgebiete, insbesondere unter Nachhaltigkeitsaspekten, beschreiben. Die Ergebnisse der komplexen Berechnungen werden im Internet bereitgestellt. Ein Überblicks- und ein Detail-Viewer ermöglichen eine einfache Visualisierung der raumbezogenen Indikatoren und Entwicklungsphänomene. Der Monitor und die damit verbundenen methodischen Entwicklungen sind Aufgabe des Forschungsbereichs „Monitor der Siedlungs- und Freiraumentwicklung“ des Leibniz-Instituts für ökologische Raumentwicklung.

Ziel der Arbeit ist die Methodenentwicklung zur Berechnung des Solarenergiepotenzials auf Dachflächen für sämtliche Gebäude eines großen Gebiets (Stadt, Landkreis) auf Grundlage von Laserscandaten. Die Methode zur Solarpotenzialberechnung wurde mit dem Hintergrund des notwendigen Handlungsbedarfs an Maßnahmen für den Klimaschutz entwickelt. Die Ausgabe des Solarpotenzials auf Dachflächen für alle Gebäude einer Verwaltungseinheit liefert flächendeckende und neutrale Informationen für den Bürger und die Verwaltung. Insbesondere die solare Nutzung auf den keiner Flächenkonkurrenz unterliegenden Dachflächen birgt enormes Potenzial und liefert einen wichtigen Beitrag zur Energiewende. Das Ergebnis dieser Arbeit präsentiert eine Methode, über die eine automatisierte Berechnung des Solarpotenzials auf Dachflächen auf Basis von Laserscandaten mit hoher Genauigkeitsausgabe für große Region realisierbar ist. Die Methode besteht aus sechs Prozessschritten. Es handelt sich um die Datenaufbereitung, die Selektion der homogenen Dachteilflächenbereiche, die Einstrahlungsanalyse, die Verschattungsableitung und die Berechnung des Solarpotenzials. Zudem wird eine Rohdatenkontrolle zur Qualitätsbewertung der Laserscandaten umgesetzt. Zentraler Verfahrensschritt ist die Ableitung der homogenen Dachteilflächen, die unter Berücksichtigung möglichst vieler auch kleiner Dachstrukturen gebildet werden. Das entwickelte Mehrfach-Thresholding Verfahren ermöglicht über die Auswertung der Dachneigung und Dachausrichtung die Separierung von planaren Dachteilflächen. Über den r.sun Algorithmus von GRASS GIS wird die Einstrahlungsanalyse umgesetzt, die den Sonnenstand über den Tag und das Jahr für den Betrachtungsort simuliert und die direkte, diffuse und Globalstrahlung auf die Dachfläche für unterschiedliche Zeitperioden ausgeben lässt. Die Jahressumme der Globalstrahlung wird für jede Dachteilfläche unter Ausschluss stark verschatteter Bereiche errechnet und dient als Grundlage für die Potenzialberechnung. Im Ergebnis enthält jedes Dachteilflächenpolygon Angaben zur geeigneten Modulfläche, zur Höhe der Globalstrahlung, zum potenziellen Stromertrag, zur potenziellen kW-Leistung und zur CO2-Einsparsumme. Datengrundlage sind Laserscandaten, die die Oberflächensituation mit sämtlichen Strukturen abbilden, sowie Gebäudeumringe aus den Liegenschaftsdaten zur Lokalisierung des Gebäudes beziehungsweise des Daches. Laserscandaten eignen sich, abhängig von der Qualität, sehr gut, um im Modell den Betrachtungs- und Einflussraum, der für die Ausgabe des Solarpotenzials auf Dachflächen wichtig ist, flächendeckend und realitätsnah abzubilden. Hier sind insbesondere das Dach insgesamt und die Dachstrukturen sowie die Vegetation, insbesondere Bäume und die Umgebungstopographie die wichtigen Elemente, die flächendeckend und in möglichst hoher Auflösung im Modell vorliegen und berücksichtigt werden sollen, da sie möglicherweise die ertragreiche und wirtschaftliche Nutzung einer Solaranalage verhindern. Über eine rasterbasierte Modellierung ermöglichen diese Daten die Berechnung der Standortparameter wie Dachneigung, Dachausrichtung, Verschattung, Einstrahlungsenergie und Dachflächengröße. An die Laserscandaten werden bestimmte qualitative Anforderungen gestellt, um eine Genauigkeit der Potenzialwerte zu garantieren. Das relativ junge Verfahren wurde in den vergangenen Jahren stark weiter entwickelt, die Lage- und Höhengenauigkeit und Punktdichte wurden deutlich erhöht. Zahlreiche Laserscandatensätze unterschiedlicher Qualität wurden ausgewertet. Die Arbeit beschreibt Mindestanforderungen an die Qualität der Daten, die für eine hohe Qualitätsausgabe des Solarpotenzials benötigt werden. Die Genauigkeit der Solarpotenzialergebnisse wurden über Gebäudepläne realer Objekte, Vor-Ort Messungen und Erträge von bestehenden PV-Anlagen evaluiert. Erzielbare Abweichungen von 2% in der Neigung und 1% in der Ausrichtung sind über die entwickelte Methode auf Grundlage von Laserscandaten mit ausreichender Qualität erreichbar. Größere Abweichungen mit 6% Prozent wurden bei der Dachflächengröße errechnet. Die Bewertung über Referenzanlagen und dessen spezifischem Stromertrag lieferte eine Abweichung von 1,2%. Die Evaluierungsergebnisse bestätigen den Methodenansatz und liefern gute Resultate in der Genauigkeit der Solarpotenzialwerte.

Grundlage des Buches sind die Beiträge des 1. Dresdner Flächennutzungssymposiums. Dieses ist der Auftakt für eine zukünftig jährlich stattfindende Fachtagung, die Wissenschaft und Praxis zu Fragen der Erhebung, Entwicklung und Prognose der Flächennutzungsentwicklung zusammenführt. Das 1. Buch der beginnenden Reihe „Flächennutzungsmonitoring“ informiert über die amtliche Flächenstatistik einschließlich deren Datengrundlage und alternativer Datengrundlagen für die Flächenerhebung. In diesem Zusammenhang werden auch Indikatoren zur Beschreibung der Flächeninanspruchnahme und der Freiraumentwicklung vorgestellt. Da es hier auch immer wieder um Fragen der Visualisierung geht, werden Verfahren zur kleinräumigen Darstellung von Zustand und Entwicklung von Indikatoren auf verschiedenen räumlichen Ebenen bis hin zu Rasterkarten erläutert. Im abschließenden Beitrag geht es um die Konzeption eines Monitors der Siedlungs- und Freiraumentwicklung auf Grundlage von geotopographischen Basisdaten.

Für den im Aufbau befindlichen Monitor zur Siedlungs- und Freiraumentwicklung im Leibniz-Institut für ökologische Raumentwicklung e. V. sollen im Teilsystem „Freiraumstruktur und Landschaftsfunktionen“ zur Beschreibung von Zustand, Entwicklung und Belastung der Freiräume geeignete Indikatoren entwickelt werden. Dazu werden in diesem Beitrag zunächst vorhandene oder konzeptionierte Indikatorensysteme auf Bundesebene hinsichtlich Ihrer Inhalte zum Freiraum untersucht und verglichen. Auf dieser Basis werden Überlegungen zu ergänzenden Indikatoren angestellt. Es werden Indikatoren u. a. zur Naturnähe und Störungsintensität der Flächennutzung, zu Schutzgebieten, zur Durchlässigkeit des Verkehrsnetzes, zur Dichte von kleinräumigen Landschaftselementen in der Offenlandschaft, zu Veränderungen der Siedlungs- und Verkehrsfläche in Überschwemmungsgebieten und zur Qualität von Erholungsgebieten vorgeschlagen. Deutlich wird aber auch, dass neben den ATKIS-Daten weitere Datengrundlagen herangezogen werden müssen, die derzeit teilweise noch nicht flächendeckend verfügbar sind.