der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft 328, 1991
Felix Kienast, Carmen Frank und Robert Leu
Analyse raum-zeitlicher Daten mit einem
Geographischen Informationssystem
der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft 328, 1991
Felix Kienast, Carmen Frank und Robert Leu
Analyse raum-zeitlicher Daten mit einem Geographischen Informationssystem
Herausgeber
Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft, Birmensdorf
Schriftenreihe Eidgenössische Anstalt für das forstliche Versuchswesen, Berichte ihren Namen geändert;
die Reihe wird als Berichte der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft weitergeführt.
Verantwortlich für die Herausgabe
Profes·sor Rodolphe Schlaepfer, Direktor WSL Adresse der Autoren
Frau Carmen Frank Dr. Felix Kienast WSL
8903 Birmensdorf Dr. Robert Leu
Bundesamt für Statistik 3003 Bern
Herausgeberkommission WSL
Charles von Büren, Dr. Bruno Jans, Dr. Walter Keller, Dr. Theo Keller, Dr. Alois Kempf, Dr. Felix Kienast, Dr. Nino Kuhn, Dr. Ruth Landolt, Marianne Wino Redaktion
Dr. Ruth Landolt
Zur Herausgabe dieser Arbeit haben beigetragen Bruno Crivelli
Doris Pichler
Manuskript eingereicht: 26. Oktober 1990 Bereinigte Fassung: 7. Januar 1991 Zitierung
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch.
Kommissionsverlag
F. Flück-Wirth, Internationale Buchhandlung für Botanik und Naturwissenschaften CH-9035 Teufen
Anschrift für Tauschverkehr Bibliothek WSL
Zürcherstrasse 111 CH-8903 Birmensdorf
Umschlagbild: Ausschnitt aus dem Siegfriedatlas 1:25000, Blatt 189, Eschenbach, Ausgabe 1888 und aus der Landeskarte der Schweiz 1:25000,
Eidg. Landestopographie, Blatt 1130, Hochdorf, Ausgabe 1988 (reproduziert mit Bewilligung der Eidg.
Landestopographie vom 9.7.1990).
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. Nr. 328, 1991
1200 3.91 A55737
Analyse raum-zeitlicher Daten mit einem Geographi- schen Informationssystem.
Berichte der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft,
Nr. 328, 1991, 36 Seiten.
Zusammenfassung, resume, riassunto, summary, ill.
ISSN 1016-3166. ISBN 3-905620-05-7.
OK: 630*62 : 91 : : 31 : 911.5 : 528.936 : (494) FDK: 624 : (494) : DK 91 : : 31 : 911.5 : 528.936
Abstract
Analyse raum-zeitlicher Daten mit einem Geographi- schen Informationssystem
Zwei Methoden werden vorgestellt, mit denen raum- zeitliche Daten rationell verwaltet und analysiert werden können. Die Verfahren werden anhand zahlreicher Bei- spiele illustriert. Als Testdaten dienen historische Karten- nachführungen aus zwei Pilotgebieten der Schweiz so- wie die als Planungs- und Kontrollinstrument verwendete Bestandes karte eines Forstbetriebes im schweizerischen Mittelland. Die Analyse der Daten erfolgte auf einer Microvax-3600 (VAXNMS) bzw. einer Tektronix-4336 Anlage (UNIX) mit der Software ARC/INFO ©. Bei der einen Methode werden Zustandskarten verwaltet, d.h.
jeder neue Landschaftszustand wird durch Kopieren und Editieren aus dem alten Zustand hergeleitet. Bei der anderen Methode werden Änderungskarten verwaltet.
Dies bedeutet, dass mit Ausnahme des ersten; komplett gespeicherten Zustandes, lediglich die Änderungen digital erfasst werden. Bei beiden Methoden werden schliesslich alle für eine bestimmte Zeitperiode vorliegenden Daten- ebenen überlagert. Mit dieser Sammelebene wird er- reicht, dass jedes Landschaftselement durch seine räumliche Lage, den Zeitpunkt in dem es auftritt bzw.
verschwindet sowie durch seine Eigenschaften charak- terisiert ist. Damit sind alle früheren Zustände direkt aus dem aktuellen Zustand abrufbar. Beide Methoden eignen sich sehr gut für die Nachführung von thematischen Karten (Biotop- und Landschaftsinventare, forstliche Pläne, usw.).
Keywords: Geographisches Informationssystem, räum- liche Zeitreihen, historische Karten, forstliche Planung, ARC/INFO ©, Landschaftsgeschichte, Schweiz
Analysis of spatio-temporal data with a Geographical Information System
Two methods for analyzing spatio-temporal data by means of a Geographical Information Systemare presented and evaluated with numerous examples. Digitized historic topographic maps of two pilot plots in Switzerland, and a forest management plan of a community on the Swiss Plateau are used as test data. Data processing was performed on a Microvax-3600 computer (V AXNMS) and a Tektronix-4336 workstation (UN IX) with the software ARC/INFO ©. In the first method complete maps of each time step are stored. Each layer is generated by copying and modifying the previous cover. In the second method onlythefirst inventory is stored completely. Subsequently only the changes from one time step to the next are digitized and stored. For both methods all layers that fall within a certain time frame are merged into a composite cover. The latter consists of all line or area elements of a particular set of time steps. Each element is characterized with time-stamped attributes such as birth, death and identification. Consequently the entire life history of each element considered can be accessed from the actual cover. Thus both methods are suitable updating procedures for any inventory of landscape or forest resources.
Keywords: Geographical Information System, spatio- temporal data, historic topographic maps, forest management plans, ARC/INFO ©, landscape history, Switzerland
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. Nr. 328, 1991
Vorwort
Geographische Informationssysteme (GIS) werden in Raumplanungs-, Naturschutz- und Forstämtern, aber auch in privaten Planungsbüros zur Verwaltung von raumbezogenen Daten eingesetzt. Dabei hat sich ge- zeigt, dass deren Nachführung häufig Probleme aufwirft, welcher die Standardausführungen gängiger Softwarepakete kaum gewachsen sind und die einer zusätzlichen Untersuchung bedürfen. Die vorliegende Studie soll dem GIS-Sachverständigen, der mit Raum-Zeit Daten arbei- tet, eine methodische Hilfe bieten. Verschiedene Nachführungsmethoden werden möglichst unabhängig vom benutzten Softwarepaket vorgestellt und Vor- und Nachteile diskutiert.
Die Aufbereitung und Digitalisierung der landschaftshistorischen Daten wäre ohne die Mitarbeit von Frau H. C. Sutherland und Herrn P. Gerber (Eidg. Landestopographie) nicht möglich gewesen. lhn'en sei hiermit herzlich gedankt. Die Bestandeskarte des Forstbetriebes Bremgarten wurde uns freundlicherweise von Herrn Dr.
H.Kasper, WSL zur Verfügung gestellt. Wichtige Hinweise aus der Sicht des Forst- praktikers konnten dank seiner Mithilfe berücksichtigt werden.
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Inhalt
Abstract Vorwort
Verzeichnis der Abbildungen und der Tabellen 1 Einleitung
2 Datenmaterial
2.1 Landschaftshistorische Daten 2.2 Waldbauliche Planungsdokumente 3 Methoden
4 Resultate
4.1 Zustandserfassung und -vereinigung 4.1.1 Nachführaufwand
4.1.2 Datenstruktur
4.1.3 Abfragebeispiele zur landschaftshistorischen Analyse lnwil (LU) 4.2 Änderungserfassung und -vereinigung
4.2.1 Nachführaufwand 4.2.2 Datenstrukturen
4.2.3 Abfragebeispiele zur Bestandeskarte Bremgarten (AG)
4.2.4 Abfragebeispiele zur landschaftshistorischen Analyse Muttenz (BL) 5
5.1 5.2
6 7
Probleme
Ungenauigkeiten bei der Digitalisierung
Ungenauigkeiten bei der Vereinigung von Zustands- oder Änderungsebenen
Empfehlungen Zusammenfassung
Analyse raum-zeitlicher Daten mit einem Geographischen
1 nformationssystem Resume
Analyses de donnees spatio-temporelles
a
l'aide d'un systeme3 5 8 9 10 10 11 12 14 14 14 15 15
20 20 21 22 26 29 29 30 31
32
d'information geographique 33
8
Riassunto
Analisi di dati spazio-temporali su base informativa geografica Summary
Analysis of spatio-temporal data with a Geographical
1 nformation System Literatur
34
35 36
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. Nr. 328, 1991
Verzeichnis der Abbildungen un d der Tabe llen
Abbildungen
1 Geographische Lage der Untersuchungsgebiete 1
o
2 Schematischer Aufbau einer Bestandeskarte mit geplanten
und ausgeführten Verjüngungen 11
3 Schematische Darstellung der Nachführungsmethoden 12 4 Die Erfassung der zeitlichen Komponente in Raum-Zeit Daten 13 5 Abfragebeispiel zur Fluss- und Auenentwicklung
im Untersuchungsgebiet lnwil (LU) 17
-6 Abfragebeispiel zur Entwicklung der Verkehrsträger
im Untersuchungsgebiet lnwil (LU) 18
7 Abfragebeispiel zur Entwicklung der Obstgärten
und Waldflächen im Untersuchungsgebiet lnwil (LU) 19 8 Bestandeskarte der Ortsbürgergemeinde Bremgarten (1986) 20
9 Waldbauliche Planung Bremgarten 23
1 O Bestandeskarte Bremgarten (AG): Dominierende Baumarten in geplanten oder bereits ausgeführten Verjüngungen
der Planungsperiode 1987-98 24
11 Bestandeskarte Bremgarten (AG): Umwandlungsbestände
von Nadel- zu Laubholz in der Planungsperiode 1987-98 25 12 Abfrage sämtlicher linien- bzw. flächenhaften Veränderungen
im Untersuchungsgebiet Muttenz (BL) 27
13 Bilanzierung der flächenhaften Veränderungen
im Untersuchungsgebiet Muttenz (BL) 28
14 Probleme, die durch Ungenauigkeiten bei der Digitalisierung entstehen 29 15 Probleme, die bei der Zustandsvereinigung von Linienelementen
entsteben können 30
Tabellen
1 Übersicht über die im Untersuchungsgebiet lnwil (LU)
ausgewerteten Landschaftselemente 14
2 Landschaftshistorische Analyse lnwil (LU): Datenstruktur
der Zustandsebenen mit Beispielen für Linien- und Flächenelemente 15 3 Landschaftshistorische Analyse lnwil (LU): Datenstruktur
der vereinigten Zustandsebenen 16
4 Bestandeskarte Bremgarten (AG): Datenstruktur der
ersten Zustandskarte (1986) 21
5 Bestandeskarte Bremgarten (AG): Datenstruktur der Änderungsebenen 21 6 Bestandeskarte Bremgarten (AG) mit ausgeführten
und geplanten Verjüngungen 22
7 Landschaftshistorische Analyse Muttenz (BL): Datenstruktur
der Änderungsebenen «Schnellmethode» 22
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst Wald Schnee Landsch. Nr. 328, 1991
1 Einleitung
Geographische Informationssysteme sind Softwarepa- kete, mit denen digitale räumliche Daten wie Pläne oder Landschaftsinventare rationell erfasst, gespeichert und analysiert werden können. Jede raumbezogene Daten- bank, die den heutigen wissenschaftlichen oder verwal- tungstechnischen Anforderungen gerecht werden will, muss nachführbar sein, d.h. sämtliche in Raum und Zeit auftretenden Veränderungen -sollten erfasst und vom Benützer abgerufen werden können. Bei der Nachführung ist darauf zu achten, dass nicht nur der nachgeführte Zustand aufbewahrt wird, sondern dass auch frühere Zustände direkt aus dem aktuellen Zustand abgefragt werden können. Die Nachführung von raumbezogenen Datenbanken ist sehr aufwendig, weil sich nicht nur raumunabhängige Eigenschaften von Elementen ver- ändern können, sondern auch ihre räumliche Ausdehnung oder Lage. Für ein umfassendes Monitoring eines raum- bezogenen Objektes muss folglich eine Datenstruktur vorliegen, in der alle Elemente durch die räumliche Lage, den Zeitpunkt in dem sie auftreten bzw. verschwinden sowie durch ihre Eigenschaften charakterisiert sind
(ARMSTRONG 1988; LANGRAN 1989). Die Literatur über raum- zeitliche Datenmodelle ist relativ spärlich und die Hand- bücher der einschlägigen Geographischen Informations- systeme wie z.B. ARC/INFO © decken die Problematik nicht adäquat ab. Grundlegende Übersichten von Raum- Zeit Datenstrukturen geben LANGRAN (1989), PR1CE (1989)
· und VRANA (1989). Die vorliegende Studie soll in knapper Form verschiedene Methoden vorstellen, mit denen räumliche Zeitreihen verwaltet und analysiert werden können sowie Vor- und Nachteile der Verfahren be- leuchten. Dem Leser wird damit eine methodische Hilfe für seine eigenen Nachführprobleme geboten. Der Bericht enthält Beispiele aus zwei unterschiedlichen For- schungsrichtungen. Für den Bereich Forstwissenschaf- ten wird die digitale Nachführung einer Bestandeskarte gezeigt, während für den Bereich Landschaftsforschung eine landschaftshistorische Datenbank vorgestellt wird.
Sämtliche Analysen-beziehen sich auf die Software ARG/
INFO © und wurden auf einer Microvax-3600 Anlage (V AXNMS) bzw. auf einer Tektronix-4336 Arbeitsstation (UNIX) durchgeführt.
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. Nr. 328, 1991
2 Datenmaterial
2.1 Landsch aftshistor ische Daten
Historische Landschaftszustände lassen sich mit Hilfe von Karten und Luftbildern flächendeckend rekonstruieren (AGGER und BRANDT 1984; EwALD 1978, 1980; KoLEJKA 1987; LEu-REPO 1987; MASON et al. 1987). Aber auch alte Bilder, Postkarten, Stiche, Chroniken, Meliorationsun-
Untersuchungsraum Muttenz (BL) Landeskarte 1: 50 000, Blatt 213, Basel
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Untersuchungsraum lnwil (LU)
Landeskarte 1: 50 000, Blatt 235, Rotkreuz
terlagen und Interviews stellen ein zusätzliches und bislang oft ungenutztes Informationspotential dar. In ei- nigen Arbeiten wurde es mit Erfolg ausgewertet und in Beziehung zur Kultur- und Landschaftsgeschichte ge- bracht (GüNTER 1985; SrAUFFER und SruoACH AG 1985;
RöTHLISBERGER 1976). Die landschaftshistorische Daten-
Untersuchungsraum Bremgarten (AG) Landeskarte 1: 50 000, Blatt 225, Zürich
Abb. 1. Geographische Lage der Untersuchungsgebiete. Während bei Muttenz (BL) und lnwil (LU) die Grenzen des Untersuchungsperimeters eingetragen sind, gibt die Karte von Bremgarten (AG) die Lage des Forstbetriebes der Ortsbürger- gemeinde wieder (reproduziert mit Bewilligung der Eidg. Landestopographie vom 9.7.1990).
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. Nr. 328, 1991
bank, die an der WSL aufgebaut wird, soll Landnutzungs- änderungen in möglichst vielen Regionen der Schweiz lagegetreu und in möglichst vielen Zeitschnitten doku- mentieren. Für schweizerische Verhältnisse stellt sie damit einen der ersten Versuche dar, Landnutzungsän- derungen mit einem Geographischen Informationssy- stem zu verarbeiten. Wichtigste Datenquelle sind die von der Eidg. Landestopographie archivierten Änderungs- kartons des Siegfriedatlasses und der Landeskarte. Sie sind das Kernstück der Kartennachführung und enthal- ten sämtliche auf Grund der Feldbegehung oder des Luftbildes festgestellten Änderungen. In diesem Bericht werden landschaftshistorische Daten der Region lnwil (Kt. LU) sowie Muttenz (Kt. BL) vorgestellt (Abb. 1). Das Datenmaterial von lnwil wurde direkt aus den Ände- rungskartons der Eidg. Landestopographie im Massstab 1: 25 000 gewonnen, während die Daten von Muttenz auf schon existierenden Änderungskarten im Massstab . 1:10 000 basieren.
Für landschaftshistorische Rekonstruktionen der letzten 100 Jahre ist die topographische Karte wohl das einzige systematisch erhobene Dokument. Allerdings ist ihr Generalisierungsgrad hoch und landschaftsökologisch wichtige Kleinstrukturen wurden und werden oft nicht aufgenommen. Eine weitere Schwierigkeit bei der Aus- wertung historischer Karten sind die drastisch veränder- ten technischen Möglichkeiten der Kartenherstellung (HooGsoN und ALEXANDER 1990) sowie die sich z.T. än- dernden Klassifizierungskriterien. Für unsere Analyse sind Lagevergleiche innerhalb von drei Zeitperioden zulässig, nämlich vor 1860 (Dufour-Atlas), zwischen 1870 und 1950 (Siegfried-Atlas) und nach 1950 (Landeskarte der Schweiz).
2.2 Waldbauliche Planungsdokumente
Im Rahmen der forstlichen Planung gibt es verschiedene Beispiele von raum-zeitlichen Daten. Im vorliegenden Fall beschränken wir uns auf die Bestandeskarte als Grundlage für die Planung und Kontrolle der waldbauli- chen Massnahmen auf Stufe Forstbetrieb. Eine Bestan- deskarte wird in der Regel für eine Planungsperiode von 1 0 bis 20 Jahren erstellt. Jeder Bestand wird normaler- weise durch folgende Merkmale charakterisiert: Bestok- kungstyp (Entwicklungsstufe, Alter), Mischungstyp sowie je nach Bedürfnis Schlussgrad, Hauptbaumart, Vitalität, Stabilität, usw. Die geplanten Massnahmen (z.B. Jung- waldpflege, Durchforstung, Verjüngung, Plenterung, Überführung, Umwandlung) werden sowohl räumlich als auch zeitlich festgelegt. Die einzelnen Massnahmearten können nach weiteren Merkmalen unterteilt sein, wie zum Beispiel Baumartenwahl, Naturverjüngung oder Pflanzung.
Bestandeskarten werden in den Forstbetrieben der Schweiz als gängige Planungs- und Kontrollinstrumente verwendet. Allerdings liegen die meisten Dokumente in analoger Form vor, so dass die Technologie des Geo- graphischen Informationssystems in der Waldplanung der schweizerischen Forstbetriebe noch sehr spärlich eingesetzt werden kann. Aus verschiedenen europäi- schen Ländern und Nordamerika liegen hingegen erste Anwendungen vor, die für unsere Zwecke hilfreich sein können (GRIESS 1990; HILLGARTER und HIMMELBAUER 1990;
MoNTEcuccou 1990). Für schweizerische Verhältnisse ist der vorliegende Versuch ein erster Schritt in Richtung eines Waldinformationssystems für die forstliche Praxis.
Als Testdaten dient eine Bestandeskarte im Massstab 1 :5000 des Forstbetriebes Bremgarten (AG) (Abb. 1 und 8; KASPER 1989). Sie wurde 1986 aufgrund von Luft- bildern im Massstab 1: 9000 aus dem Jahr 1985 erstellt und anschliessend digitalisiert. Der Forstbetrieb Brem- garten weist 'eine bestockte Fläche von 412 ha auf. 580 Bestände wurden photogrammetrisch ausgeschieden, in Grundlagenkarten übertragen und im Gelände über- prüft. Die Abbildung 2 illustriert den schematischen Auf- bau einer solchen Bestandeskarte. Felgende Daten- ebenen sind am Aufbau dieses Planungsdokumentes beteiligt:
- Bestandeskarte mit Bestandesgrenzen, Identifikation und Bestandeseigenschaften: Im vorliegenden Bei- spiel wird davon ausgegangen, dass der ursprüng- liche Bestand seine Identifikation während der gan- zen Planungsperiode beibehält.
- Massnahmenkarte: 1 n den verwendeten Beispielen werden geplante und ausgeführte Verjüngungen dar- gestellt.
Bestand a Bestandes-Nr. 1
8 unveränderte Bestandesfläche
~ ausgeführte Verjüngung geplante Verjüngung
Abb. 2. Schematischer Aufbau einer Bestandeskarte mit ge- planten und ausgeführten Verjüngungen.
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. Nr. 328, 1991
3 Methoden
Sollen Pläne oder Inventare nachgeführt werden, bieten sich verschiedene Möglichkeiten an. Zwei Methoden sollen in diesem Bericht näher behandelt werden (Abb. 3).
Bei der ersten Methode werden Zust~nde erfasst (Methode 1). In einem ersten Schritt wird der ursprüngli- che Zustand vollständig digitalisiert. Anschliessend wird jeder neue Zustand durch Kopieren und Abändern des alten Zustandes erzeugt. Landschaftselemente, die ver- schwinden, werden gelöscht, die neu dazukommenden digitalisiert und mit den bestehenden Vektorzügen oder Flächenpolygonen vereint. Landschaftselemente, die konstant bleiben, werden somit nur einmal erfasst.
Schliesslich können die Datenebenen der einzelnen
Methode 1
Zeitschnitte vereinigt werden. Zu diesem Zweck wurde an der WSL eine entsprechende Benutzeroberfläche entwickelt.
Eine Alternative zu der oben erwähnten Methode bildet die Änderungserfassung (Methode II). Auch bei dieser Methode muss der erste Zustand vollständig di- gitalisiert werden. Auf separaten Ebenen werden nun aber lediglich diejenigen Flächen und Linienzüge digita- lisiert, die sich ändern (z.B. Wald zu Freiland oder ausge- führte Waldverjüngungen). Ändert bei einer Fläche ledig- lich ein Teil des Perimeters, muss trotzdem die ganze Abgrenzung digitalisiert werden. Gewisse gleichbleiben- de Grenzen werden folglich ein zweites Mal digitalisiert.
Methode II
Änderungen Zeitpunkt B/C
~ ·~
t::::::=:=-:---:::'."---~·~'
vereinigte Datenebene
Abb. 3. Schematische Darstellung der Nachführungsmethoden. Bei der Zustandserfassung (Methode 1) werden neue Zustände durch Kopieren und Editieren der alten Zustände erzeY,gt und anschliessend überlagert. Bei der Änderungserfassung (Methode II) werden mit Ausnahme des ersten Zustandes nur die Anderungen digital erfasst und gespeichert.
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. Nr. 328, 1991
Werden diese Strecken mit den bereits bestehenden Streckenzügen der Zustandsebene geometrisch zur Deckung gebracht, kann die Zustandskarte mit den Än- derungskarten vereinigt werden.
Die Idee, alle Datenebenen zu einer einzigen Daten- ebene zu vereinigen, lehnt stark an die von lANGRAN
(1988) vorgeschlagene Methodik an. Damit wird erreicht, dass jedes Objekt mit geographischer Lage, Form, Iden- tifikation, Zeitpunkt des Auftretens, Zeitpunkt eines allfäl- ligen Identifikationswechsels und Zeitpunkt des Ver- schwindens dokumentiert ist (Abb. 4). Die zeitlichen Informationen sind dem Objekt mit einer Attributtabelle zugeordnet und permanent und aus jedem Zustand abrufbar. Änderungs- und Zustandskarten können für jeden beliebigen Zeitpunkt hergestellt werden. Grösste
Bedeutung hat bei der Vereinigung der Datenebenen die Digitalisierungsgenauigkeit. Sie muss sehr hoch sein, um allfällige Passungenauigkeiten zu minimieren.
Die Methode der Zustandserfassungwird mit Hilfe der landschaftshistorischen Daten aus dem Untersuchungs- gebiet lnwil (LU) dokumentiert, während die Ände- rungserfassung anhand der Bestandeskarte von Brem- garten erläutert wird. Für die landschaftshistorische Analyse von Muttenz (BL) wurden ebenfalls Änderungs- karten hergestellt, hingegen mit dem Ziel, mit reduzier- tem Digitalisieraufwand eine Landschaftsbilanzierung zu ermöglichen. Zu diesem Zweck wird der erste Zustand vollständig digitalisiert. Alle nachfolgenden Änderungen werden mit üblicher Digitalisiergenauigkeit erfasst, aber nicht auf bereits bestehende Linien eingepasst.
Zeitschnitte
Objekt 1
Objekt 2
2
.__________,~--ld _2 _
Zeitpunkt des Auftretens
2
.__________,H.__________.
• • • •
■ III III ■
• • • •
II III III II
n-2 n-1 n
ld n-2
H . . ....
_1_d_n_-1_~Ht _ ___,
n-2 n-1
Zeitpunkt des Verschwindens
n
.___ ___ ... H
ld n-1 ~ - - l d n___.Zeitpunkt des Auftretens
Abb. 4. Die Erfassung der zeitlichen Komponente in Raum-Zeit Daten. Jedem räumlich definierten Objekt ist eine Attributtabelle zugeordnet. Sie enthält Angaben über den Zeitpunkt des Auftretens und den Zeitpunkt des Weggangs eines Objektes sowie über die Eigenschaften des Objektes in jedem Nachführungszeitpunkt. Im vorliegenden Beispiel sind zwei Objekte beschrieben. Objekt 1 tritt zwischen Zeitschnitt 1 und 2 auf und verschwindet zwischen Zeitschnitt n-1 und n, während Objekt 2 erst zwischen Zeitpunkt n-2 und n-1 auftritt und im Zeitpunkt n noch nicht verschwunden ist.
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. Nr. 328, 1991
4 Resultate
4.1 Zustandserfassung und -vereinigung
4.1.1 Nachführaufwand
Der Arbeitsaufwand für die Zustandserfassung und -vereinigung kann anhand des 9 km2 grossen Test- gebietes lnwil (LU) illustriert werden. Die Nachführung der in der Tabelle 1 aufgeführten Landschaftselemente für 13 Zeitschnitte betrug rund 500 Arbeitsstunden. Ver- schiedene Landschaftselemente liegen sowohl als Linien- als auch als Flächenelemente vor. Als Linienele- mente werden sie nachgeführt, nachträglich zu Flächen (Bänder unterschiedlicher Breite) umgewandelt und als Flächenelemente zu einer Datenebene vereinigt. Dies
Der Nachführaufwand hängt unmittelbar davon ab, wie stark eine Landschaft verändert wurde und wie detailliert Änderungen in den Plänen nachgeführt wer- den. Der angegebene Arbeitsaufwand kann deshalb nicht als genereller Wert eingesetzt werden, sondern ist für jeden Landschaftstyp neu zu berechnen. Zwi- schen den Kartenwerken von Dufour (1864), Siegfried (1888-1942) und der Eidg. Landestopographie (ab 1955) bestehen bedeutende messtechnische Genauigkeitsun- terschiede. Eine Unterscheidung nach tatsächlichen und scheinbaren Landschaftsveränderungen ist deshalb für den Zeitabschnitt zwischen alter und neuer Kartenserie nicht möglich. Konsequenterweise musste jede Erstaus-
Tab. 1. Übersicht über die im Untersuchungsgebiet lnwil (LU) ausgewerteten Landschaftselemente mit Angaben über die Erhebungsperiode. Verschiedene Landschaftselemente sind als Linien- und Flächenelemente dokumentiert (für Details siehe Text).
Landschaftselement Datentyp Erhebungsperiode
Feldwege und Strassen Linien / Flächen 1864-1982
Eisenbahnlinien Linien/ Flächen 1888-1982
Flüsse< 3m Linien/ Flächen 1864-1982
Flüsse> 3m Flächen 1864-1982
Feuchtgebiete Flächen 1888-1982
geschlossener Wald Flächen 1864-1982
offener Wald Flächen 1864-1982
Hecken Linien/ Flächen 1888-1982
Hochspannungsleitungen Linien/ Flächen 1955-1982
Industrieanlagen Flächen 1888-1982
Transformerstation Flächen 1955-1982
Gruben Flächen 1888-1982
Häuser Flächen 1864-1982
deshalb, weil die Software ARC/INFO © Überlagerungen von Flächenelementen wesentlich besser unterstützt als die Überlagerung von Linienelementen. Für detaillierte Angaben betreffend Umwandlung von Linien in Flächen- daten siehe Kapitel 5.2.
gabe eines Kartenwerkes neu digitalisiert werden, die Nachführungen innerhalb der Serie (z.B. 1888-1942 oder 1955-1982) wurden lediglich ergänzt. Der Arbeits- aufwand für die Vereinigung der Datenebenen ist klein.
Im vorliegenden Fall betrug der Zeitaufwand rund 20 Arbeitsstunden.
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. Nr. 328, 1991
Tab. 2. Landschaftshistorische Analyse lnwil (LU): Datenstruktur der Zustandsebenen mit Beispielen für Linien- und Flächen- elemente. Punktelemente haben die gleiche Datenstruktur wie Flächenelemente.
Bedeutung der Kolonnen: $RECNO: Record No. des Linien- bzw. Polygonelementes; LENGTH: Länge des Linienelementes; AREA:
Fläche des Polygonelementes; PERIMETER: Perimeter des Polygonelementes; TRAFFIC1888-ID, FOREST1898-ID, usw.: Linien- bzw. Polygonidentifikation im betreffenden Jahr.
Linienelemente:
Datenebene 'traffici 888':
$RECNO LENGTH TRAFFIC1888-ID*
1 32,710 200
2 97,297 400
21 145,432 100
22 145,432 100
*TRAFFIC1888-ID = 100: Fussweg TRAFFIC1888-ID = 200: Feldweg
TRAFFIC1888-ID = 400: Strasse 3. Klasse
4.1.2 Datenstruktur
Die Datenstruktur für die Zustandserfassung ist in der Tabelle 2 dargestellt. Linien- oder Flächenelemente wer- den getrennt für jeden Zeitschnitt mit räumlicher Lage, Länge, Fläche und Identifikation dokumentiert. Die Identifikation kennzeichnet die Eigenschaften des Ele- mentes im betreffenden Jahr. Für die in der Tabelle 2 dargestellte Datenebene «traffic1888» resp. «forest1888»
sind dies z.B. Identifikationen für die Strassenklassen der Eidg. Landestopographie resp. Identifikationen für ge- schlossenen oder aufgelichteten Wald.
Werden die Zustandskarten vereinigt, ergibt sich eine Datenstruktur, wie sie in der Tabelle 3 dargestellt wird.
Sie weist viele kleine Teilflächen auf, die aus den überla- gerten Datenebenen hervorgehen. Jedes Flächen- oder Linienelement ist durch seine räumliche Lage, den Zeit- punkt in dem es auftritt bzw. verschwindet sowie seine Eigenschaften dokumentiert. Somit kann die Entste-
Datenebene Bedeutung
Flächenelemente:
Datenebene 'forest1888':
$RECNO AREA PERIMETER FOREST1888-ID*
1 28,345 40,567 200
2 32,710 50,342 200
21 165,860 170,454 100
22 42,320 51,402 100
*FOREST1888-ID = 200: offener Wald FOREST1888-ID = 100: geschlossener Wald
hungsgeschichte über beliebige Zeitperioden erfasst werden. Die Datenebenen der einzelnen Zeitschnitte (Tab. 2) können extern gespeichert werden und benöti- gen keinen lokalen Speicherplatz mehr.
4.1.3 Abfragebeispiele zur landschaftshistorischen Analyse lnwil (LU)
Die vereinigte Datenebene erlaubt es, für jedes beliebige Landschaftselement sowohl einen Zustand in einem bestimmten Jahr als auch Veränderungen über gewisse Zeitperioden abzufragen. Gerade für isoliert in der inten- siv genutzten Kulturlandschaft liegende Biotope kann so die ursprüngliche Vernetzung hergeleitet werden. In ei- nem ersten Beispiel aus der Region lnwil (LU) wird der Zustand der Landschaftselemente «Gewässer» und
« Feuchtgebiete» für die Kartenausgabe des Jahres 1932 abgefragt (Abb. 5a). Folgende Befehle sind dazu not- wendig:
Befehl riva.s Flüsse < 3m Breite (in Flächen umgewandelte
Liniendaten), 7 vereinigte Ebenen zwischen 1888 und 1942
reselect YEAR1932 ne EMPTY*
rivera.s Flüsse > 3m Breite und Feuchtgebiete, reselect YEAR1932 ne EMPTY 7 vereinigte Ebenen zwischen 1888 und 1942
*«YEAR1932»: Identifikation im Jahr 1932
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. Nr. 328, 1991
Tab. 3. Landschaftshistorische Analyse lnwil (LU): Datenstruktur der vereinigten Zustandsebenen. In den vorliegenden Beispielen wurden je 7 Zustandsebenen überlagert und zwar für Linien- als auch für Polygonelemente. Punktelemente können mit der hier verwendeten Software ARC/INFO nicht vereinigt werden. Sie müssen zuerst in Flächenelemente umgewandelt werden.
Linienelemente:
Daten: Erklärung:
$RECNO Record No. des Linienelementes
LENGTH
=
63,099 Länge des LinienelementesYEAR 1888
=
999 Linienidentifikation im Jahre 1888 (999=
nicht vorhanden) YEAR 1898=
999 Linienidentifikation im Jahre 1898YEAR 1902
=
100 Linienidentifikation im Jahre 1902 (100=
Fussweg) YEAR 1909=
300 Linienidentifikation im Jahre 1909 (300=
Fahrweg) YEAR 1913=
300 Linienidentifikation im Jahre 1913YEAR 1932
=
200 Linienidentifikation im Jahre 1932 (200=
Feldweg) YEAR 1942=
999 Linienidentifikation im Jahre 1942LSCPE-ELEMENT
=
TRAFFIC Identifikation des Landschaftselementes AUTHOR=
SIEGFRIED Identifikation des KartenautorsFlächenelemente:
Daten: Erklärung:
$RECNO Record No. des Polygonelementes
AREA
=
58,099 Fläche des PolygonelementesPERIMETER
=
90,346YEAR 1888
=
999 Polygonidentifikation im Jahre 1888 (999=
nicht vorh.) YEAR 1898=
999 Polygonidentifikation im Jahre 1898YEAR 1902
=
100 Polygonidentifikation im Jahre 1902 (100=
geschl. Wald) YEAR 1909=
200 Polygonidentifikation im Jahre 1909 (200=
offener Wald) YEAR 1913=
200 Polygonidentifikation im Jahre 1913YEAR 1932
=
200 Polygonidentifikation im Jahre 1932 YEAR 1942=
999 Polygonidentifikation im Jahre 1942 LSCPE-ELEMENT=
FOREST Identifikation des Landschaftselementes AUTHOR=
SIEGFRIED Identifikation des KartenautorsSollen Veränderungen zwischen zwei Zeitschnitten (z.B.
Kartenausgabe 1932 vs. 1942) abgefragt werden, sind folgende Befehle notwendig:
Datenebene Bedeutung Befehl
riva.s Flüsse < 3m Breite (in Flächen umgewandelte Liniendaten), 7 vereinigte Ebenen zwischen 1888 und 1942
reselect YEAR1932 ne YEAR1942
rivera.s Flüsse > 3m Breite und Feuchtgebiete, reselect YEAR1932 ne YEAR1942 7 vereinigte Ebenen zwischen 1888 und 1942
Die kartographische Darstellung erfolgt in der Abbildung 5b. Die zwischen 1932 und 1942 erfolgten Änderungen widerspiegeln deutlich die kriegsbedingten Melioratio- nen. Im intensiv bewirtschafteten Mittelland, wo das Wirken des Menschen zu einer ausgeprägten Gliede- rung der Landschaft geführt hat, kommt der Entwicklung des Verkehrsnetzes als einem wichtigen Barrieren-Kor-
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. Nr. 328, 1991
ridorsystem besondere Bedeutung zu. So kann z.B. in Abbildung 6 gezeigt werden, welche Regionen in gewis- sen Zeitperioden besonderen Störungen durch Stras- senveränderungen ausgesetzt waren. Es handelt sich dabei um eine sogenannte «Störungskarte», in der sämt- liche Änderungen wiedergegeben werden, die während einer bestimmten Zeitperiode auftraten. Während zwi-
a) Flüsse und Feuchtgebiete, Zustand 1932
r r
Bäche, FlüsseQ
Feuchtgebiete b) Flüsse und Feuchtgebiete, Änderungen 1932-1942lnwil
----
1 km
'
~ ~
~ - ~
670 000 Reusstalebene
r
Veränderte Fluss-r
und Bachläufe219000
+ ---:"~~a~~
.... -s -~*:;z
Perlen
Q
Meliorierte Feuchtgebiete 1 km RootAbb. 5. Abfragebeispiele zur Fluss- und Auenentwicklung im Untersuchungsgebiet lnwil (LU). Die Abbildung Sa (oben) gibt den Zustand des Gewässernetzes resp. der Feuchtgebiete im Jahre 1932 wieder. Die Abbildung Sb (unten) zeigt die Änderungen zwischen der Kartenausgabe 1932 und 1942. Sämtliche Linienelemente wurden in Flächen umgewandelt.
sehen 1888 und 1942 die durch den Strassenbau gestör- ten Flächen mehr oder weniger gleichmässig über das ganze Gebiet verteilt waren (Abb. 6a), zeigen sich in der Periode 1955-1982 deutliche Inseln mit wenig Störun- gen (Abb. 6b). Sind es in der Periode vor 1955 haupt- sächlich Nebenstrassen, die gewisse Änderungen erfuh-
Datenebene Bedeutung
ren, so dominieren in der Periode nach 1955 Haupt- und Hochleistungsstrassen (Nationalstrasse). Sämtliche Än- derungen, die in der Zeitperiode zwischen 1888 und 1942 erfolgten (Abb. 6a), werden mit Hilfe der nachste- henden Befehle abgefragt:
Befehl trafa.s Verkehrswege (in Flächen umgewandelte
Liniendaten), 7 vereinigte Ebenen zwischen 1888 und 1942, verschiedene Verkehrsweg- klassen
reselect YEAR 1888 ne YEAR 1898 or YEAR 1898 ne YEAR 1902 or YEAR1902 ne YEAR1909 or YEAR 1909 ne YEAR 1913 or YEAR1913 ne YEAR1932 or YEAR1932 ne YEAR1942
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a) Veränderte Verkehrsträger 1888-1942 (7 Zeitschnitte)
1 km b) Veränderte Verkehrsträger 1955-1982 (5 Zeitschnitte)
lnwil
Nationalstrasse
'
1 km
Abb. 6. Abfragebeispiel zur Entwicklung der Verkehrsträger im Untersuchungsgebiet lnwil (LU). Die Abbildung 6a (oben) zeigt alle Strassenänderungen (Neuanlagen, Verbreiterungen, Verlegungen etc), die sich zwischen der Kartenausgabe 1888 und 1942 ereignet haben (7 Zeitschnitte). Die Abbildung 6b (unten) zeigt alle Veränderungen zwischen 1955 und 1982 (5 Zeitschnitte).
Sämtliche Linienelemente wurden in Flächen umgewandelt.
Zu den zwischen 1955 und 1982 erfolgten Veränderun- gen (Abb. 6b) gelangt man mit Hilfe folgender Abfragen:
Datenebene trafa.l+t
Bedeutung
Verkehrswege (in Flächen umgewandelte Liniendaten), 5 vereinigte Ebenen zwischen 1955 und 1982, verschiedene Verkehrsweg- klassen
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Befehl
reselect YEAR1955 ne YEAR1966 or YEAR1966 ne YEAR1971 or YEAR1971 ne YEAR1976 or YEAR1976 ne YEAR1982
a) Veränderte Obst- und Waldflächen 1955-1982 (5 Zeitschnitte)
[l]Il]
unveränderte Flächen seit 1955
670000
mindestens einmal veränderte Flächen seit 1955
D
Reusstalebene
Perlen
weder Obst-
noch Waldflächen 1 km
Abb. 7. Abfragebeispiel zur Entwicklung der Obstgärten und Waldflächen im Untersuchungsgebiet lnwil (LU). In der Darstellung wird zwischen Flächen unterschieden, die zwischen 1955 und 1982 mindestens einen Landnutzungswechsel erfahren haben-oder aber während dieser Zeitperiode unverändert geblieben sind.
Die landschaftshistorische Datenbank erlaubt es aber auch, anzugeben, wie häufig Flächen umgewandelt wur- den. Die Abbildung 7 illustriert ein solches Abfragebei- spiel mit Hilfe der Landschaftselemente «Wald» und
«Obstflächen». Für beide Landschaftselemente wurden die seit 1955 unveränderten Flächen erfasst bzw. dieje- nigen Objekte gekennzeichnet, bei denen mindestens ein Landnutzungswechsel stattfand. So ist z.B. ersieht-
Datenebene Bedeutung
lieh, dass Flächenumwandlungen in der Umgebung der stark landwirtschaftlich orientierten Gemeinde lnwil we- sentlich häufiger sind als in der Umgebung der eher industrieorientierten Gemeinde Root. Für diese Daten- abfrage sind folgende Befehle nötig:
Befehl orchard.l+t Obstbauflächen, 5 vereinigte Ebenen zwischen
1955 und 1982
reselect YEAR 1955 ne YEAR 1966 or YEAR1966 ne YEAR1971 or YEAR1971 ne YEAR1976 or YEAR 1976 ne YEAR 1982
forest.l+t Waldflächen, 5 vereinigte Ebenen zwischen 1955 und 1982
reselect YEAR 1955 = YEAR 1966 and YEAR1966 = YEAR1971 and YEAR1971 = YEAR1976 and YEAR 1976 = YEAR 1982
reselect YEAR1955 ne YEAR1966 or YEAR1966 ne YEAR1971 or YEAR1971 ne YEAR1976 or YEAR1976 ne YEAR1982 reselect YEAR1955 = YEAR1966 and YEAR1966 = YEAR1971 and YEAR1971 = YEAR1976 and YEAR1976 = YEAR1982
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4.2 Änderungserfassung und -vereinigung
Die Nachführung der Bestandeskarte Bremgarten und die landschaftshistorische Analyse von Muttenz erfolg
ten nach der Methode der Änderungserfassung. Im Falle von Muttenz kam die Schnellvariante mit reduzierter Passgenauigkeit zur Anwendung. Die Schnellvariante erlaubt es aber immer noch, die Änderungskarten mit raumstatistischen Methoden zu analysieren. Lagege
treue Zustandskarten können hingegen keine hergestellt werden, wie dies bei der Nachführung der Bestandeskar
te Bremgarten möglich ist.
4.2.1 Nachführaufwand
Die Bestandeskarte Bremgarten wurde in etwa 40 Arbeitsstunden ab Vorlage 1 :5000 erstellt. Wie bereits erwähnt, ist der Aufwand stark von der der Komplexität und der Anzahl der zu digitalisierenden Flächen abhän
gig. Dieser Aufwand entfällt, wenn die Daten bereits bei der photogrammetrischen Luftbildinterpretation digital
Ausschnitt Abb. 9
1 km
erfasst werden. Einen Überblick über den Detailliert
heitsgrad der Bestandeskarte vermittelt die Abbildung 8.
Die Karten über geplante und ausgeführte Verjüngungen wurden in je vier Arbeitsstunden digitalisiert. Die Vereini
gung der einzelnen Datenebenen erforderte ca. sechs Arbeitsstunden. Mit der im Falle Muttenz angewendeten Schnellmethode kann der Digitalisieraufwand beträcht
lich reduziert werden, da im Vergleich zur Bearbeitung der Karten des Forstbetriebes Bremgarten keine best
mögliche Lage- und Passgenauigkeit der sich ändern
den Elemente angestrebt wurde. Der Zustand von Mut
tenz 1879 konnte in 16 Stunden erstellt werden. Die jeweiligen Änderungskarten zusammen benötigten rund 200 Arbeitsstunden. Auch hier gilt, dass der Arbeitsauf
wand je nach Komplexität der landschaftlichen Verände
rung stark variiert. Da im Falle von Muttenz bereits existierende Änderungskarten übernommen wurden, können keine Angaben zum analytischen Interpreta
tionsaufwand beim Arbeiten ab Änderungskartons der
+ 245000 668000
� Jungwuchs/ Dickung - Stangenholz
- schwaches Baumholz (��� mittleres Baumholz
m
starkes Baumholz Abb. 8. Bestandeskarte der Ortsbürgergemeinde Bremgarten (1986), verkleinertes Original im Massstab 1 :5000.Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. Nr. 328, 1991
Landestopographie gemacht werden. Dieser Aufwand sollte nicht unterschätzt werden, denn häufig muss die Neuausgabe der Karte bei der Interpretation zu Hilfe genommen werden.
4.2.2 Datenstrukturen
Die Datenstruktur für die Änderungserfassung mit hoher Passgenauigkeit kann anhand der Bestandeskarte Bremgarten erläutert werden. Die Zustandsebene (Be- standeskarte) enthält jedes Flächenelement mit Form, räumlichem Bezug, Zugehörigkeit zu einem Bestand und waldbaulichen Kenngrössen. Ein Beispiel für die Da- tenstruktur zeigt die Tabelle 4. Die Änderungsebenen (Tab. 5) enthalten die geplanten bzw. die ausgeführten Verjüngungen. Die Flächen sind einem Bestand zuge- ordnet und enthalten als Zusatzattribut Angaben über den Zeitpunkt der geplanten oder ausgeführten Verjün-
gung. Die durch Vereinigung entstandene Datenebene (Tab. 6) enthält sowohl die Informationen der Bestandes- karte als auch Angaben über geplante oder zu bestimm- ten Zeitpunkten ausgeführte Verjüngungen.
Die Datenstruktur der «Schnellmethode» ist äusserst einfach. Für jede Kartenneuausgabe wird eine Polygon- bzw. eine Linienebene definiert. Im Fall von Muttenz sind dies je 12 Datenebenen. Die thematischen Attribute, wie z.B. «Wald zu Freiland» oder «neue Strasse 3. Klasse»
werden mit dreistelligen Codes charakterisiert. Bei Flä- chenelementen ist dabei eine «von-zu» Beziehung her- leitbar, während bei Linienelementen lediglich zwischen neuen, wegfallenden oder die Klasse ändernden Ele- menten unterschieden werden kann. Die Tabelle 7 zeigt das Codesystem im Detail.
Tab. 4. Bestandeskarte Bremgarten (AG): Datenstruktur der ersten Zustandskarte (1986).
Bedeutung der Kolonnen: $RECNO: Record No. des Polygonelementes bzw. des Bestandes; AREA: Fläche des Polygonelementes;
PERIMETER: Perimeter des Polygonelementes; BESTNR: Bestandesnummer (Identifikationsschlüssel); ES: Entwicklungsstufe;
MG: Mischungsgrad; DB: Dominierende Baumart; AGE: Alter.
$RECNO AREA PERIMETER BESTNR ES MG DB AGE
1 784039,750 5089,351 2301 5 3 9 110
2 1031673, 125 3881,216 2302 1 4 9 20
3 1322843,375 4572,647 2303 1 4 8 10
4 1393950,250 5135,058 2304 3 4 9 60
Tab. 5. Bestandeskarte Bremgarten (AG): Datenstruktur der Änderungsebenen; a) geplante Verjüngungen von 1989 bis 1998;
b) ausgeführte Verjüngungen 1987/88/89.
Bedeutung der Kolonnen: $RECNO: Record No. des Polygonelementes bzw. des Bestandes; AREA: Fläche des Polygonelementes;
PERIMETER: Perimeter des Polygonelementes; BESTNR: Bestandesnummer (Identifikationsschlüssel); G-DB: Dominierende Baumart innerhalb geplanter Verjüngung; A-DB Dominierende Baumart innerhalb ausgeführter Verjüngung; GEPLANT: geplante Verjüngungen (1989 bis 1998); AUSGEF87/88/89: ausgeführte Verjüngungen zwischen1987 und i 989.
a) geplante Verjüngungen 1989 bis 1998
$RECNO AREA PERIMETER BESTNR G-DB GEPLANT
1 453097,594 2826,737 2301 6 1989-98
2 330274,781 2334,581 2301 8 1989-98
3 544463,375 3029,287 2303 9 1989-98
4 213060,125 1957,733 2304 7 1989-98
b) ausgeführte Verjüngungen 1987/88/89
$RECNO AREA PERIMETER BESTNR A-DB AUSGEF 87/88/89
1 327218,969 2325,177 2301 6 87/88/89
2 187323,953 2299,535 2303 8 87/88/89
3 133875,891 1528,580 2304 8 87/88/89
4 456793,670 3490,690 2301 7 87/88/89
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. Nr. 328, 1991
Tab. 6. Bestandeskarte Bremgarten (AG) mit ausgeführten und geplanten Verjüngungen (Vereinigung der Zustandsebene (Tab. 4) mit den Änderungsebenen a und b (Tab. 5)).
Bedeutung der Kolonnen: $RECNO: Record No. des Polygonelementes bzw. des Bestandes; AREA: Fläche des Polygonelementes;
PERIMETER: Perimeter des Polygonelementes; BESTNR: Bestandesnummer (Identifikationsschlüssel); ES: Entwicklungsstufe;
MG: Mischungsgrad; DB: Dominierende Baumart; G-DB: dominierende Baumart innerhalb geplanter Verjüngung; A-DB: dominie- rende Baumart innerhalb ausgeführter Verjüngung; AGE: Alter; GEPLANT: geplante Verjüngungen (1989 bis 1998); AUSGEF87/
88/89: ausgeführte Verjüngungen zwischen1987 und 1989.
$RECNO AREA PERIMETER BESTNR ES MG AGE DB G-0B A-0B GEPLANT AUSGEF
1 307026,969 4020,055 2301 5 3 110 9 0 0 87/88/89
2 998835,750 7206,501 2302 1 4 20 9 0 0
3 148072,453 1685,094 2303 1 4 10 8 0 0
4 1507,144 931,370 2301 5 3 110 9 6 0 1989-98
5 328766,406 2329,243 2301 5 3 110 9 0 6 87/88/89
6 1028112,375 3873,697 2304 3 4 60 9 0 0
Tab. 7. Landschaftshistorische Analyse Muttenz (BL): Datenstruktur der Änderungsebenen «Schnellmethode» mit Angaben über die Codierung der Landschaftsveränderungen.
Bedeutung der Kolonnen: $RECNO: Record No. des Polygon bzw. Linienelementes; ½.ENGTH: Länge des Linienelementes, AREA:
Fläche des Polygonelementes; PERIMETER: Petimeter des Polygonelementes; ID: Anderungsidentifikation b'?.i Linienelementen;
IDA: Identifikation der Flächenelemente vor der Anderung; IDN: Identifikation der Flächenelemente nach der Anderung.
Linienelemente: Flächenelemente:
Datenebene 'year1928/31 L': Datenebene 'year1928/31 P':
$RECNO LENGTH ID* $RECNO AREA PERIMETER IDN* IDA*
1 32,710 202 1 28,345 40,567 800 400
2 97,297 712 2 32,710 50,342 600 400
21 145,432 222 21 165,860 170,454 400 500
*ID = 202: neue Eisenbahnlinie *IDN/IDA = 400: Freiland ID = 222: aufgehobener Fussweg
ID = 712: eingedolter Bach
4.2.3 Abfragebeispiele zur Bestandeskarte Bremgarten (AG)
Die Vereinigung der Bestandeskarte 1986 mit den ge- planten und bereits ausgeführten Verjüngungen erlaubt eine Reihe von Abfragen, welche die Planung im Forst- betrieb erleichtern. So kann z.B. jederzeit eine ak- tualisierte Bestandeskarte nach Entwicklungsstufe mit
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. Nr. 328, 1991
IDN/IDA
=
500: ReblandIDN/IDA = 600: Wald
IDN/IDA = 800: Grubenareale
ausgeführten und geplanten Verjüngungen hergestellt werden (Abb. 9). Ferner ist es zum Beispiel möglich, die dominierenden Baumarten innerhalb der geplanten oder bereits ausgeführten Verjüngungen anzugeben (Abb. 10). Diese Abfrage erfolgt mit den nachstehenden Befehlen:
Datenebene bremg.v
wobei
Bedeutung Befehl
Bestandeskarte mit geplanten und ausge- führten Verjüngungen, drei vereinigte Datenebenen
reselect AREA gt 0 and
AUSGEF87/88/89 = «87/88/89» and A- DB = 1 and GEPLANT= « 1989-98»
and G-DB = 1
«AREA»:
«AUSGEF87/88/89»:
«A-DB»:
«GEPLANT»:
«G-DB»:
Fläche der Polygonelemente
ausgeführte Verjüngung zwischen 1987 und 1989
dominierende Baumart innerhalb ausgeführter Verjüngung (1 = Fichte, 2 = Tanne, 3 = Föhre, 4 = Lärche, 5 = übriges Nadelholz, 6 = Buche, 7 = Eiche, 8 = Ahorn/Esche, 9 = übriges Laubholz) geplante Verjüngungen 1989 bis 1998
dominierende Baumart innerhalb geplanter Verjüngung (Baumartencode siehe Rubrik «A-DB»)
- -
244000
Jungwuchs / Dickung
Stangenholz
schwaches Baumholz
mittleres Baumholz
starkes Baumholz
ausgeführte Verjüngungen 1987/88/89
geplante Verjüngungen 1989 bis 1998
1 km
667000 Abb. 9. Waldbauliche Planung Bremgarten, Ausschnitt.
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. Nr. 328, 1991
668000
+
245000II
Fichte- ~ Tanne Föhre
~ Lärche
mIIl
übriges Nadelholz[ill]
• Bucheffi:H
Eiche~ Ahorn / Esche
~ übriges Laubholz 500m
Abb. 10. Bestandeskarte Bremgarten (AG): Dominierende Baumarten in geplanten oder bereits ausgeführten Verjüngungen der Planungsperiode 1987-98.
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. Nr. 328, 1991
500 m
245000
+
668000
Umwandlungsbestände von
Nadel- zu Laubholz
lffliffl
ausgeführt 1987-89~ geplant 1989-98
Abb. 11. Bestandeskarte Bremgarten (AG): Umwandlungsbestände von Nadel- zu Laubholz in der Planungsperiode 1987-98.
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. Nr. 328, 1991
Diese Abfrage ist für alle Hauptbaumarten zu wiederho- len. In einem weiteren Abfragebeispiel werden diejeni- gen Flächen dargestellt, die in der Planungsperiode 1987-1998 von Nadel- auf Laubholz verjüngt werden sollen (Abb. 11 ). Die Abfrage gliedert sich in zwei Teile,
nämlich a) in die Abfrage nach den zwischen 1987 und 1989 bereits von Nadel- auf Laubholz verjüngten Bestän- den und b) in die Abfrage nach den noch geplanten Umwandlungen:
Datenebene a)
bremg.v
b) bremg.v
wobei
Bedeutung Befehl
Bestandeskarte mit geplanten und ausge- führten Verjüngungen, drei vereinigte Datenebenen
reselect AUSGEF87/88/89 = «87/88/89»
and DB ge 1 and DB le 5 and A-DB ge 6 and A-DB le 9
Bestandeskarte mit geplanten und ausge- führten Verjüngungen, drei vereinigte Datenebenen
reselect GEPLANT= «1989-98»
and DB ge 1 and DB le 5 and G-DB ge 6 and G-DB le 9
«AUSG EF87 /88/89»:
«DB»:
«A-DB»:
«GEPLANT»:
«G-DB»:
ausgeführte Verjüngung zwischen 1987 und 1989
dominierende Baumart (1 = Fichte, 2 = Tanne, 3 = Föhre, 4 = Lärche, 5 = übriges Nadelholz, 6 = Buche, 7 = Eiche, 8 = Ahorn/
Esche, 9 = übriges Laubholz)
dominierende Baumart innerhalb ausgeführter Verjüngung (Baumartencode siehe Rubrik «DB»)
geplante Verjüngungen 1989 bis 1998
dominierende Baumart innerhalb geplanter Verjüngung (Baumartencode siehe Rubrik «A-DB»)
4.2.4 Abfragebeispiele zur landschaftshistorischen Ana.lyse Muttenz (BL)
Ein erstes Abfragebeispiel ist in der Abbildung 12 wiedergegeben. Es handelt sich dabei um die kartogra- phische Darstellung sämtlicher flächen- und linienhaften Veränderungen in den 12 Zeitabschnitten zwischen er- ster Kartenausgabe im Jahr 1879 und 1982. Zu diesem Zweck werden sämtliche Objekte der Änderungsebenen aufgerufen. Die Abfrage erfolgt in zwei Teilen, nämlich a) für die Änderungsebenen der Linienelemente und b) für die Änderungsebenen der Polygonelemente:
Die «Schnellmethode» der Änderungserfassung liefert detaillierte Objekt- und Flächenangaben zur Arealbilanz einer Landschaft. Während aus dem gewonnenen Kar- tenbild die räumlichen Aspekte der strukturellen Verän- derung ersichtlich werden, liefert die Datenbankabfrage diverse Bilanzierungsmöglichkeiten. Es lassen sich aus- sagekräftige Landschaftsbilanzen erstellen, die auch sämtliche «von-zu» - Relationen berücksichtigen.
Datenebene a)
year 1879/96L year 1976/82L b)
year 1879/96P year 1976/82P
Bedeutung
Linienelemente Zeitschnitt 1 Linienelemente Zeitschnitt 12
Polygonelemente Zeitschnitt 1 Polygonelemente Zeitschnitt 12
Befehl
reselect ID ne 0 reselect ID ne 0
reselect IDN ne 0 and IDA. ne 0 reselect IDN ne 0 and IDA ne 0
wobei: «ID»:
«IDN»:
«IDA»:
Änderungsidentifikation für Linienelemente neue Identifikation bei Polygonelementen alte Identifikation bei Polygonelementen
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. Nr. 328, 1991
Flächenelemente
D
I ••,, ., ~
. .. . . .
0: , ;
.
1 •
~.
zwischen 1879 und 1982 mindestens einmal veränderte Flächenelemente zwischen 1879 und 1982 unveränderte Flächenelemente
alter Dorfkern von Muttenz 1879
Linienelemente
zwischen 1879 und 1982 veränderte Linienelemente
1 km
1 km
Abb. 12. Abfrage sämtlicher flächen- bzw. linienhaften Veränderungen im Untersuchungsgebiet Muttenz (BL) zwischen 1879 und 1982.
Die betrachteten Änderungen verteilen sich aber nicht gleichmässig über die Periode 1879-1982. Vielmehr sind deutliche Häufungen von landschaftsverändernden Eingriffen um 1890, 1920, 1960 und 1970 zu verzeich- nen. Die Abbildung 13 veranschaulicht die zeitliche Glie- derung der flächenhaften Eingriffe graphisch. Die Flä- chenbilanzierung erfolgt mit einfachen Routineabfragen, wie sie auf jeder Datenbank getätigt werden können. Die Gesamtfläche des Untersuchungsperimeters umfasst 3 km2• Die Gesamtsumme der Veränderungsfläche be- trägt 2,7 km2, d.h. rechnerisch 90 Prozent der Untersu- chungsfläche. Da jedoch häufig gleiche Areale geändert haben, dürften bloss rund 30 Prozent der Gesamtfläche verändert worden sein. Die Änderungen innerhalb einer Zeitepoche können noch weiter aufgeschlüsselt werden (Abb. 13). Für den Zeitschnitt 1896-1902 sind z.B.
sieben Änderungstypen mit 20 Objekten und einer Gesamtfläche von 2, 19 ha zu verzeichnen. Mit den
Abtauschvorgängen von Rebland zu Freiland und um- gekehrt, lassen sich die Bilanzierungsmöglichkeiten veranschaulichen: Drei Rebland-Objekte
a
12, 7 a wech- selten in diesem Zeitraum zu Freiland, während in dersel- ben Periode vier Freiland-Objektea
20,9 a zu Rebland wurden. Insgesamt hat sich also das Rebland um 8,2 a ausgedehnt.Lageungenauigkeiten bilden bei beiden Methoden die grössten Probleme. Sie sind durch Papierverzug, Kartenungenauigkeit, Digitalisier- sowie Rundungs- fehler bei den Überlagerungen bedingt. In diesem Bericht gehen wir nicht auf Fehler ein, die durch Karten- ungenauigkeiten, den Papierverzug oder krasse Digita- lisierungs- und Zuordnungsfehler entstehen. Hingegen sind Lagefehler von Interesse, die durch mehrmaliges Digitalisieren derselben Strecke und die nachfolgende Überlagerung entstehen.
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. Nr. 328, 1991
ha 300
250
C Q) 0) 200
C
Cl) :J
"O
150
:ct:S C
Cl) > C
Q) 100
..c:
:ct:S u
u:
50
0
(0 C\J CO CO T"" 0) LO LO "d" 0
0) 0 T"" C\J Cf) Cf) "d" LO (0 t,..
CO 0) 0) 0) 0) 0) 0) 0) 0) 0)
1 1 1 1 1 1 J 1 1 J
0) (0 C\J CO CO T"" LO LO
t,.. 0) 0 T"" C\J Cf) Cf) "d" LO (0
CO CO 0) 0) 0) 0) 0) 0) 0) 0)
Periode
Änderungen 1896-1902 nach Kategorien
Waldsaum in Freiland (650400; 18,0%)
Wald in Freiland (600400; 61,4%)
(0 C\J
t,.. CO
0) 0)
1 ~
0 t,.. t,..
0) 0)
Neubau im Siedlungsgebiet (111100; 1 ,3%)
Neubau im Freiland (111400; 2,6%)
Hausabbruch im Freiland (400112; 1,5%)
Freiland in Rebland (400500; 5,8%) Rebland in Freiland (500400; 9,5%)
Abb. 13. Bilanzierung der flächenhaften Veränderungen im Untersuchungsgebiet Muttenz (BL). Die Säulengraphik gibt die Summe aller Flächenänderungen in den 1? untersuchten Perioden wieder, während die Kreisgraphik die Änderungen in der Zeitperiode 1896-1902 aufgeschlüsselt nach Anderungskategorien zeigt.
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5 Probleme
5.1 Ungenauigkeiten bei der Digitalisierung
Wird ein Linienzug mehrmals digital erfasst, resultieren wegen der Digitalisierungenauigkeit geometrisch unter- schiedliche Strecken. Obwohl bei der verwendeten Soft- ware neu zu digitalisierende Strecken innerhalb be- stimmter Toleranzen an bestehende Linienzüge angepasst werden können, lassen sich geringe Lageun- genauigkeiten nicht vermeiden. Für die Methode der Änderungserfassung ist diese Fehlerquelle beträchtlich, werden doch sämtliche Änderungen in einer Ebene neu digitalisiert und sollten mit bestehenden Grenzen zur Deckung gebracht werden. Ist dies nicht möglich, erge- ben sich bei der Überlagerung sogenannte «Sliver-Poly- gone» (Abb. 14). Für diese kleinen Flächen wird z.B. eine Änderung vorgetäuscht, wo keine stattfand (a), oder eine Veränderung unterschlagen, wo eine stattfand (b). ARC/
INFO © bietet verschiedene Möglichkeiten, «Sliver- Polygone» zu eliminieren und den richtigen Flächen
Zustandskarte
vereinigte Ebene
«Sliver-Polygone»
zuzuweisen. Unterbleibt jedoch diese Korrektur, können sich die Fehler fortpflanzen und zu unerwünschten Inter- pretationsschwierigkeiten führen.
Bei der Methode der Zustandserfassung treten «Sli- ver-Polygone» weniger häufig auf, da kartographisch identische Streckenzüge nicht mehrmals digitalisiert werden. Wie dem auch sei, bei komplexen Nachführungen kann es bei dieser Methode vorkommen, dass Flächen- oder Linienelemente in sehr viele kleine Teilstücke oder -flächen aufgetrennt werden müssen, so dass es sich aus arbeitstechnischen Gründen aufdrängt, ganze Par- tien zu löschen und neu zu digitalisieren. Dabei müssen unveränderte Streckenabschnitte ein zweites Mal digi- talisiert werden. Wegen der Digitalisierungenauigkeit ist nicht mehr gewährleistet, dass kartographisch identisch bleibende Linien auch geometrisch identisch sind. Wenn immer möglich, sollte davon abgesehen werden, ganze Partien zu löschen und anschliessend neu zu digitali-
Änderungskarte
Abb. 14. Probleme, die durch Ungenauigkeiten bei der Digitalisierung entstehen (für Details siehe Text).
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. Nr. 328, 1991
sieren. Ist dies aus irgendwelchen Gründen nicht mög- lich, sollten sämtliche Hilfsmittel der Software ausgenützt werden, damit kartographisch identische Linienzüge auch geometrisch zur Deckung gebracht werden können.
5.2 Ungenauigkeiten bei der Vereinigung von Zustands- oder Änderungsebenen
Im Gegensatz zum Verschnitt von Flächen sind viele Software-Pakete nur bedingt oder überhaupt nicht dafür eingerichtet, Linienelemente mit Linienelementen zu überlagern. Für die Software ARC/INFO © wurde an der WSL eine Benutzeroberfläche entwickelt, welche die wenigen zur Verfügung stehenden Befehle geschickt kombiniert und Verschnittebenen von Linienelementen bildet. Es ist allerdings zu bemerken, dass dabei eine beträchtliche Anzahl von Scheinänderungen generiert wird, da identische Linienelemente zweier oder mehrerer Zeitschnitte oft trotz «Schnapptechnik» nicht zur völligen Deckung gebracht werden können. Die Abbildung 15 illustriert den Fall einer Strasse, die in ihrer Lage zwischen Jahr A und Jahr B nicht verändert wurde. Sie wechselte lediglich die Klasse (100 zu 200), und an beiden Rand- partien münden in Jahr B neue Strassen ein. Letztere
Zustand Jahr A Änderung
führen zu kleinsten topologischen Abweichungen zwi- schen den beiden Linienzügen, so dass sie als nicht identisch interpretiert werden. Konsequenterweise wird nun das Strassenstück vorerst als «abgehend» erfasst (Teilstück b1 ), um in der gleichen Zeitperiode wieder als
«dazugekommen» deklariert zu werden (Teilstück b2).
Diese Probleme können einfach gelöst werden, indem Linienelemente nach wie vor als Linienelemente nachge- führt und digitalisiert werden, hingegen für die Zustands- vereinigung in Flächendaten umgewandelt werden. Die flächenmässig sehr kleinen Polygone, die durch nicht identische Linienzüge entstehen tragen nur unwesent- lich zu einer Verfälschung der Resultate bei. Für die Software ARC/INFO © wurde eine Benutzeroberfläche entwickelt, die Linienelemente in Flächen (Bänder) un- terschiedlicher Breite umwandelt, ohne dass dabei die Linienidentifikation verloren geht. Es hat sich gezeigt, dass Pufferungen von 0,5 bis 1,0 m (entspricht einer Bandbreite von 1,0 bzw. 2,0 m) keine ernsthaften Proble- me für die Genauigkeit des Systems darstellen.
Zustand Jahr B
~ o
100
Zustandsvereinigung Jahr NB
b2
Datenbankauszug Zustandsvereinigung
leichte Verzerrungen wegen Änderung von Element a und b
Elemente Länge Strassenidentifikation
a b1 b2 C
25.7 45.8 45.6 28.3
(999 = nicht vorhanden) ID-Jahr A
999 100 999 999
ID-Jahr 8 100 999 200 100
Abb. 15. Probleme, die bei der Zustandsvereinigung von Linienelementen entstehen können (für Details siehe Text).
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. Nr. 328, 1991
