Geo-Informationssysteme als gemeinsame Datenplattform für Lärm- und Luftschadstoffberechnungen (zur Umsetzung der EU-Direktiven) Lärmminderungs- und Luftreinhalteplanung Lärmkontor GmbH, Hamburg 24./ 25. Februar 2005 Klaus-Georg Krapf, Sebastian Ibbeken Wölfel Meßsysteme · Software GmbH + Co. KG Höchberg/Berlin

… da stellen wir uns ganz dumm!: Ein Geoinformationssystem (GIS) ist ein Informationssystem, mit dem nach Bill (1994) "raumbezogene Daten digital erfasst und redigiert, gespeichert und reorganisiert, modelliert und analysiert sowie alphanumerisch und graphisch präsentiert werden." Es vereint eine Datenbank und die zur Bearbeitung und Darstellung dieser Daten nützlichen Methoden („Kurzdefinition“ nach Fédération Internationale des Géomètres).

Ausbreitungsberechnung Lärm/Luftschadstoffe GIS als gemeinsame Datenplattform … GIS Desktop Datenbank- User Viewer Öffentlichkeit im Web ggf. Veranlassung von Neuberechnung Emissionsdaten Lärm/Luftschadstoffe Verkehrzahlen Betriebsdaten Netzwerk Applikationsserver Internet Map Server Einwohnerzahlen (AG KOSTAT) Provider Geo-Datenbank Software zur Ausbreitungsberechnung Lärm/Luftschadstoffe Geo- Basisdaten Topographie (DGM) Gebäude (ALK) Hindernisse (Stadtgrundkarte) Rechnernetz Kommunal- verwaltungen Umweltbehörden Segment Rechner für segmentierte Berechnung

Anforderungen der EU an die Berechnung von Lärm und Luftschadstoffen Umsetzung der ULR im Jahre 2004 ;-) in Form der „Strategischen Lärmkartierung“: Erstellung von Lärmkarten Erstellung von Konzepten zur Lärmminderung („Aktionsplanung“) Information der Öffentlichkeit Umsetzung der EU-Direktive: Von der Bestandsaufnahme zur Maßnahmen-Planung!

Anforderungen der EU an die Berechnung von Lärm und Luftschadstoffen Umsetzung der LQ-RRL in Gestalt der 22. BImSchV, TA Luft setzt Grenzen: Bestandsaufnahme i. wstl. durch Messungen „Luftreinhaltepläne“, planerische Konzepte z. Minderung der Schadstoffbelastung (Schadstoffsimulation), Sanierungsplan Aktionsplanung (Überschreiten „Alarmschwellen“) Information der Öffentlichkeit Umsetzung der EU-Direktive: Von der Bestandsaufnahme über die Maßnahmen-Planung bis zur konkreten Aktionsplanung bei Überschreitung!

Region of Brussels-Capital Data exchange with ArcView Vorweg als Beispiel: Brüssel … Schallimmissionsplan Region of Brussels-Capital LDEN Calculation in IMMI Data exchange with ArcView

Geometriedaten als 3D-Information …

Ermittlung der Fassadenpegel …

Ermittlung der Fassadenpegel … Fassadenpegel Lden

„lauteste Fassade“ „Teilfassaden-Pegel“ - 49% - 36%

Luftschadstoff-Konzentrationen X

Ermittlung der Fassadenkonzentrationen … NOx Massenkonz. µg/m³

Betroffenheitsanalyse für Luftschadstoffe … Schadstoffbänder: Zahl betroffener Personen NO2

2. Untersuchungsumfang Lärm: „Ballungsräume“ – bis 2007: 31 Städte (> 250.000 Ew.), bis 2012: 82 Städte (> 100.000 Ew.) erfasste Ew.: ca. 26 Mio., Fläche ca. 14.000 km² „Hauptverkehrsstraßen“ – bis 2007: ca. 16.000 km (DTV > 16.000 KFz/Tag), bis 2012: ca. 40.000 km (DTV > 8.000 KFz/Tag) „Haupteisenbahnstrecken“ – bis 2007: ca. 2.500 km (> 160 Züge/Tag), bis 2012: ca. 10.000 km (>80 Züge/Tag) bis 2007: 12 Großflughäfen (> 50.000 Flugbewegungen/Jahr) Untersuchungsgebiete Lärm und Luft weitgehend identisch (Ausnahme Haupteisenbahnstrecken)!

Ausbreitungsberechnung Lärm/Luftschadstoffe GIS als gemeinsame Datenplattform … GIS Desktop Datenbank- User Viewer Öffentlichkeit im Web ggf. Veranlassung von Neuberechnung Emissionsdaten Lärm/Luftschadstoffe Verkehrzahlen Betriebsdaten Netzwerk Applikationsserver Internet Map Server Einwohnerzahlen (AG KOSTAT) Provider Geo-Datenbank Software zur Ausbreitungsberechnung Lärm/Luftschadstoffe Geo- Basisdaten Topographie (DGM) Gebäude (ALK) Hindernisse (Stadtgrundkarte) Rechnernetz Kommunal- verwaltungen Umweltbehörden Segment Rechner für segmentierte Berechnung

3. Datenverfügbarkeit, Datenqualität Zu beantwortende Fragen: Lagedaten/Topographie in digitaler Form verfügbar? Verfügbarkeit der Lärm-/bzw. Schadstoff-Daten? Berücksichtigung von Hindernissen/Schirme? Verwendung der Daten von Vermessungsämtern? Schnittstellen zum Austausch der Daten?

Datentyp „Lieferant“ Verfügbarkeit Emissionen Straßenverkehr (Verkehrszahlen) Kommunalverwaltungen Für Hauptstraßen flächendeckend in Tabellenform verfügbar. Meist nicht im GIS. Emissionen Anlagen (Geräusche, Schadstoffe) Anlagenbetreiber Meist lokal auf Papier verfügbar, nicht im GIS. Hindernisse (Topographie, Gebäude, Wände etc. Kommunalverwaltungen, Vermessungsämter Geländemodell (DGM) immer im GIS verfügbar. Gebäude teilweise in (GIS-) Stadtgrundkarte (mit/ohne Höhenangabe) oder in ALK (Automatisierte Liegenschaftskarte, GIS) teilweise mit Geschossanzahl. Gebäudehöhen müssen meist zusätzlich ermittelt werden. Belastung (Einwohnerzahlen, pro Gebäude) Einwohnermeldeämter Flächendeckend vorhanden, wegen Datenschutz jedoch nicht verfügbar. Belastung (Einwohnerzahlen, pro Wohnblock oder Stadtteil) Kommunalverwaltungen, Arbeitsgemeinschaft Kommunalstatistik (AG KOSTAT) Bei über 90% aller Städte mit EW>100.000 digital im GIS verfügbar. Empfindlichkeiten (Grenz- und Richtwerte in Nutzungsgebieten) Kommunalverwaltungen, Umweltbehörden Digitale Flächennutzungspläne sind meist im GIS verfügbar.

Ein Vergleich von Datenmengen …

Ausbreitungsberechnung Lärm/Luftschadstoffe GIS als gemeinsame Datenplattform … GIS Desktop Datenbank- User Viewer Öffentlichkeit im Web ggf. Veranlassung von Neuberechnung Emissionsdaten Lärm/Luftschadstoffe Verkehrzahlen Betriebsdaten Netzwerk Applikationsserver Internet Map Server Einwohnerzahlen (AG KOSTAT) Provider Geo-Datenbank Software zur Ausbreitungsberechnung Lärm/Luftschadstoffe Geo- Basisdaten Topographie (DGM) Gebäude (ALK) Hindernisse (Stadtgrundkarte) Rechnernetz Kommunal- verwaltungen Umweltbehörden Segment Rechner für segmentierte Berechnung

4. Kombination von GIS und Berechnungssoftware Kombination GIS/Berechnungs-SW: Warum? Vorschriftentreue Zertifizierung/QS Rechengeschwindigkeit/Genauigkeit

5. Anforderungen an Qualitätssicherung und Rechenzeiten Die Datenmengen zur Umsetzung der EUD‘s erfordern optimale Werkzeuge zur Datenhaltung (GIS) und zur Berechnung (Spezial-Software). Diskussion der Rechenzeiten nicht ohne Genauigkeit! Lärm: DIN 45687 E: 2004-03 fordert „Referenzeinstellung“ in der Software und Genauigkeitsermittlung bei „optimierter“ Einstellung. In der „Referenzeinstellung“ sind EU-Direktiven nicht rechenbar. Genauigkeits-Untersuchungen sind daher integraler Bestandteil der Vorgehensweise. Luft: Gauss- und Lagrange-Modellierung für Screening und Planungs-Simulation („vom (Mess-)Punkt zur Fläche“), Detail- Analyse ggf. mit Strömungsmodell

Gegenüberstellung Ergebnisse/Rechenzeiten „Referenz“-Berechnung Lärm: „Referenz“-Berechnung „optimierte“ Berechnung 54% Basisdatensatz Optimierter Datensatz 77% 0,1% = ca. 10 min ohne Refl. 2,4 % 11d 20h = 100% Rechenzeiten Raster 10m x 10m

Rechenzeiten und Genauigkeit: Ein Beispiel …

… mit segmentierter Berechnung entsprechend schneller! Rechenzeiten und Genauigkeit: Ein Beispiel … Vergleich zwischen „Referenz“ und optimiertem Verfahren Statistische Fehler-auswertung Rechenzeit-Prognose … mit segmentierter Berechnung entsprechend schneller!

Segmentierte Rasterberechnung nutzt die volle Netzwerk-Leistung Leistungsbeschreibung Berechnungen Untersuchungs- gebiet Segmentierte Rasterberechnung nutzt die volle Netzwerk-Leistung

Ausbreitungsberechnung Lärm/Luftschadstoffe GIS als gemeinsame Datenplattform … GIS Desktop Datenbank- User Viewer Öffentlichkeit im Web ggf. Veranlassung von Neuberechnung Emissionsdaten Lärm/Luftschadstoffe Verkehrzahlen Betriebsdaten Netzwerk Applikationsserver Internet Map Server Einwohnerzahlen (AG KOSTAT) Provider Geo-Datenbank Software zur Ausbreitungsberechnung Lärm/Luftschadstoffe Geo- Basisdaten Topographie (DGM) Gebäude (ALK) Hindernisse (Stadtgrundkarte) Rechnernetz Kommunal- verwaltungen Umweltbehörden Segment Rechner für segmentierte Berechnung

6. Information der Öffentlichkeit über Internet Umsetzung EUD: Untersuchungsergebnisse sind der Öffentlichkeit zugänglich zu machen. Internet flexibles Medium für Informationsmassen einfach zu aktualisieren GIS im Internet Werkzeuge direkt verfügbar übersichtliche Präsentation individuelle Nutzung gezielter Abruf regionaler Umweltinformationen (Lärm, Luftschadstoffe u. a.) ABER: Gefahr der Fehlinterpretation!

GIS im Internet

GIS im Internet

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GIS im Internet

GIS im Internet

GIS im Internet

GIS im Internet

GIS im Internet

GIS als gemeinsame Datenplattform für Lärm- und Luftschadstoffberechnungen: Zusammenfassung Werkzeuge auf hohem technischen Stand zu günstigen Kosten verfügbar Kosteneinsparung durch gemeinsame Nutzung für Lärm/Luft, Daten in GIS zunehmend verfügbar! Kombination GIS mit qualifizierter Berechnungs-SW sichert Regelkonformität, Aktualität, Geschwindigkeit und Genauigkeit Parallele Analyse Lärm/Luft schafft Planungssynergie insbesondere in Kombination mit VEP Transparenz und Information der Öffentlichkeit über Internet