Masterarbeit Wird in Kooperation Mit Der Bundesanstalt Für Straßenwesen (Bast) Durch- Geführt
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Untersuchung und Visualisierung der Permeabilität des Bau- werks Straße für potentielle Querungen für Tiere Master Thesis Im Rahmen des Universitätslehrganges „Geographical Information Science & Systems“ (UNIGIS MSc) am Zentrum für Geoinformatik (Z_GIS) der Paris Lodron Universität Salzburg Zur Erlangung des Grades Master of Science (Geographical Information Science & Systems) – MSc(GIS) Verfasser: Frank Struwe – U1523 – UNIGIS MSc Jahrgang 2011 Gutachter: Ao. Univ. Prof. Dr. Josef Strobl Vorgelegt am: 25.09.2013 Erklärung ii I. Erklärung Ich versichere, diese Master Thesis ohne fremde Hilfe und ohne Verwendung anderer als der angeführten Quellen angefertigt zu haben, und dass die Arbeit in gleicher oder ähnlicher Form noch keiner anderen Prüfungsbehörde vorgelegen hat. Alle Ausführungen der Arbeit die wört- lich oder sinngemäß übernommen wurden sind entsprechend gekennzeichnet. Euskirchen, 25.09.2013 Unterschrift Kurzfassung iii II. Kurzfassung Grünbrücken, Über- und Unterführungen, sogenannte Querungen, dienen unter anderem der Vernetzung von Tierlebensräumen über bzw. unter Straßen hinweg und geben damit ein Indiz für die Durchlässigkeit von Straßenkörpern. Bei den Untersuchungen zur Durchlässigkeit (Permeabilität) von Straßen für Tierquerungen werden jedoch Daten zur Struktur des Bauwerks Straße (Fahrstreifen, Betonschutzwände, Un- ter- und Überführungen, Zäune, etc.) nur selten berücksichtigt. In dieser Arbeit soll eine Unter- suchung beschrieben werden, die neben der naturlandschaftlichen Einbettung der Über- und Unterführungen auch die bauwerklichen Informationen der Querungen berücksichtigt. Dazu wurden die fachlichen Daten des amtseigenen Bundesinformationssystems Straße (BISStra) der Bundesanstalt für Straßenwesen (Bast) sowie Daten zu Wildschutzzäunen und Schutzein- richtungen auf deren Nutzbarkeit untersucht. Das BISStra liefert u. a. Daten und Informationen zu Bundesfernstraßen, zu Brücken und Tunneln sowie zu deren Alter und Zustand. Neben die- sen bauwerksspezifischen Geodaten umfasst die zugrunde gelegte Datensammlung die natur- schutzfachlichen Geodaten des CORINE Land Cover und stellt damit den Kontext zur land- schaftlichen Einbettung der Querungen her, sowie Geodaten über Lebensraumnetzwerke und unzerschnittene verkehrsarme Lebensräume. Aus diesen bauwerksspezifischen und naturlandschaftlichen Daten wird als neue Information die Durchlässigkeit von Straßenabschnitten abgeleitet. Es wurde ein Verfahren entwickelt, welches die beiden Datenarten miteinander kombiniert und die Qualität der Querungen hin- sichtlich ihrer Durchlässigkeit klassifiziert. Angewandt wird das Verfahren auf die Gegebenhei- ten und Besonderheiten in den Untersuchungsräume Bundesautobahn 1 und Bundesautobahn 4. Durch eine Qualitätsprüfung der Eingangsdaten und die Überführung in eine GIS-Datenbank werden die datentechnische Grundlage der Untersuchungen geschaffen. Die Entwicklung einer Modellierung zur Definition eines Umweltwertes und eines Bauwerkswertes kategorisiert und bewertet sowohl die bauwerkliche Beschaffenheit als auch die naturräumliche Einbindung der Querungen. Aus beiden Werten wird abschließend ein Querungswert abgeleitet. Mittels der Querungswerte aller Querungen eines Straßenabschnittes wird dessen Durchlässigkeit ermit- telt. Eine kartografische Darstellung im Ampeldesign gibt die Durchlässigkeit der Straßenabschnitte von Bundesfernstraßen in generalisierter Form wieder und zeigt als abschließende Präsentati- on der Ergebnisse, dass die Permeabilität von Straßen mit dieser Datengrundlage angezeigt werden kann. Abstract iv III. Abstract Green bridges, underpasses and overpasses, so-called crossings, serve the linking of animal habitats over or under roads and give an indication of the permeability of road bodies. Howev- er, information about crossings or the constructions themselves (traffic lanes, concrete safety barriers, underpasses, overpasses, fences) is rarely considered in studies on road permeability. This work describes a method which takes into account the architectural details of crossings besides their natural landscape embedding. For that purpose, the usability of data of the geo- graphic information system BISStra of the German Federal Highway Research Institute (Bun- desanstalt für Straßenwesen) as well as data of safety barriers and fences are examined. The underlying question is whether these data can be used for displaying the permeability of roads. In order to provide information about the landscape, both spatial data of the CORINE Land Cover project (natural embedding of the crossings) and spatial data of habitat networks and unfragmented areas are used in the analysis. These two datasets are the starting point for deriving the permeability of roads as new information. As in every GIS project, workflow steps such as ”determine the objectives of the project“, “build the database and prepare the data for analysis“, “perform the analysis“ and “present the result“ are used for obtaining that information. On two test sites including parts of the German Bundesautobahn 1 and Bundesautobahn 4 near Cologne, a new method was developed in which a quality value for each crossing was established. Based on that value a specific environment-value and a separate so-called build- ing-value are formed for each crossing from the input data performing a raster analysis for the landscape dataset and classification steps of the attribute data of the architectural information of over- and underpasses. Finally, a so-called crossing value is derived from both values and the permeability of road sections can be calculated. The values of all crossings of one separate road section define the permeability of this road section. A cartographic representation in traffic light design reflects the permeability of road sections of federal highways in a generalized manner. In addition to the cartographic representation a database with all required datasets was developed and installed using the commercial off the shelf software ArcGIS and the geodatabase file format. Creating the database design was the first step of the workflow, followed by importing the landscape data and architectural data of the crossing into the database. After processing quality and topology tests the analysis of the data was performed. The cartographic representation made up the assignment. The Federal Highway Research Institute (BASt) is a research institute in the responsibilities of the Federal Ministry of Transport, Building and Urban Development (BMVBS). Inhaltsverzeichnis v Inhaltsverzeichnis I. Erklärung ....................................................................................................................... ii II. Kurzfassung ................................................................................................................... iii III. Abstract ........................................................................................................................ iv Inhaltsverzeichnis ............................................................................................................... v Tabellenverzeichnis ............................................................................................................ ix Abbildungsverzeichnis ......................................................................................................... x 1 Einleitung ....................................................................................................................... 1 1.1 Straßen und Fortbewegung .......................................................................................... 1 1.2 Straßen als Einschnitt in die Natur ................................................................................ 1 1.3 Straßen und Lebensräume ............................................................................................ 2 1.4 Motivation und Zielsetzung .......................................................................................... 4 1.5 Gliederung ..................................................................................................................... 5 2 Daten ............................................................................................................................. 7 2.1 Arbeitsdaten ................................................................................................................. 8 2.1.1 BISStra............................................................................................................................ 9 2.1.2 Wildschutzzäune .......................................................................................................... 11 2.1.3 Lärmschutzeinrichtungen ............................................................................................ 13 2.1.4 Lebensraumnetzwerke ................................................................................................ 14 2.1.5 CORINE Land Cover ...................................................................................................... 17 2.1.6 Unzerschnittene, verkehrsarme Räume ...................................................................... 20 2.2 Referenzdaten ............................................................................................................. 21 2.2.1 Daten der amtlichen Landesverwaltungen .................................................................. 21 2.2.2 Google Earth ................................................................................................................ 22 2.2.3 Microsoft Bing Maps