Die Stadtentwicklung von Bratislava seit 1949 -Untersuchungen mittels Fernerkundung, Photogrammetrie, GPS-Vermessung und Geländebefunden
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- Die Stadtentwicklung von Bratislava seit 1949 -Untersuchungen mittels
Fernerkundung, Photogrammetrie, GPS-Vermessung und Geländebefunden
Gerhard KEMPER, Alice PÀTÌKOVÀ, und Carlo LAVALLE
1. Zusammenfassung
Im Rahmen des EU-Projektes „Murbandy Change“ wurde neben anderen europäischen Städten (z.B. auch Wien vgl. Vortrag
Steinnocher Agit 99) auch die Stadtentwicklung von Prag und Bratislava beleuchtet. Ausgehend von den Referenzjahr 1997
wurde die Entwicklung der Verkehrswege, Bebauung, Nutzung und das städtische Umfeld „rückschreitend“ bis 1949 analysiert.
Für 1997 wurde ein IRS-C Satellitenbild genutzt, für die 3 Zeitscheiben davor (49, 69, 85) Luftbilder. Das sehr unterschiedliche
Material musste mit verschiedenen Methoden und Techniken aufbereitet werden um sie einer GIS-Analyse zuzuführen. Auch
Felderfassungen unter Verwendung von DGPS-Systemen wurden hierfür notwendig. Hier sollen nun die methodischen Aspekte
und die verwendeten Soft- und Hardwarelösungen im Vordergrund stehen. Probleme und Lösungen werden anhand des
Projektes Bratislava dis kutiert.
2. Materialbeschaffung und Aufbereitung
Das Satellitenbild zur Bearbeitung des Referenzjahres wurde vom Auftraggeber (Joint Research-Center / European Commission)
zur Verfügung gestellt. Das IRS-C Satellitenbild besitzt eine Auflösung von 5,8m und kann als Image-Datei mit separatem
Beschreibungstext (Zeilen und Spalten) ohne Probleme in die genutzte Software eingelesen werden. Als geodätische Basis
wurden verschiedene Kartenmaterialien, z.B. die topographischen Karten 1:10.000 gewählt. Die Beschaffung der Luftbilder war
schwierig, da diese nur beim Militärkartographischen Institut der Slowakischen Republik erhältlich sind und lediglich unter
bestimmten Rahmenbedingungen zur Verfügung gestellt werden können. Die Flugroute über Bratislava erfolgte in 3 Achsen zu
etwas versetzten Zeiten in unterschiedlichen Maßstäben und mit zum Teil verschiedenen Kameras, was die photogrammetrische
Auswertung erschwerte. Dies liegt bei den historischen Aufnahmen an der Grenzlage der Stadt, so dass die ergänzenden
Achsen parallel zur Grenze gewählt und separat geflogen wurden. Zur Ermittlung des digitalen Geländemodells wurden die
Höhenlinien der topographischen Karten 1:10.000 vektorisiert. Eine Reliefberechnung mittels Autokorrelationen von Luft-
bildpaaren ist mit „PhoTopoL“ möglich, in urbanen Strukturen jedoch grundsätzlich problematisch. Die Auswertung von
Straßenkarten und City-Plänen wurde zur aktualisierten Interpretation herangezogen. Natürlich wurden auch Feldbegehungen
zur Prüfung der Interpretation durchgeführt, welche mittels DGPS- Vermessung Fehler der Kartenmaterialien aufdeckte und so
die Georeferenz verbesserten.
3. Georeferenzieren von Karten und Luftbildern
Die Karten waren zum Teil deutlich verzogen und mussten in 2 Schritten georeferenziert werden. Die Kartenblätter waren zudem
nicht nach Koordinaten geschnitten, so dass weder Eckkoordinaten vorlagen noch diese aus geographischen Daten hätten
abgeleitet werden können. Dies ist immer ungünstig, weil dann jedes Programmsystem extrapoliert. Dies verbietet nichtlineare
Transformationsberechnungen. Sämtliche Transformationsschritte wurden mittels „TopoL-GIS“ bewerkstelligt. Zunächst wurde
eine „Affin“-Transformation mittels der am weitesten in den Ecken gelegenen bekannten Punkten durchgeführt. Anschließend
wurde mit allen gegebenen Punkten eine „Affine“-Dreieckstransformation durchgeführt, wobei die bereits aus der ersten
Transformation vorliegenden Eckkoordinaten übernommen, aber auch halbkoordinierte Rahmenpunkte genutzt wurden. Damit
wurde die größte mögliche Genauigkeit der Karten erreicht, wobei immer noch Fehler am Randbereich festzustellen waren. Ein
vergleichbares Verfahren wurde für die Georeferenzierung des Satellitenbildes gewählt, wobei gegen die Karten nach
identischen Punkten gerechnet wurde. 120 identische Punkte wurden für die Transformation erfasst.
4. Vorbereitung des digitalen Geländemodells
Die Erstellung eines digitalen Geländemodells war zur Berechnung von Orthophotos notwendig. Die gescannen und
georeferenzierten Karten aus „TopoL“ wurden mittels „Atlas-DMT“ digitalisiert. Mit dem graphische Netzeditor ist dies sehr
komfortabel möglich, da nach jedem eingegebenen Punkt das Modell nachgerechnet wird. Dadurch hat man immer eine
Kontrolle über den Erfolg der gesetzten Punkte und der Übereinstimmung des gerechneten Modells mit den Höhenlinien. Die
einzelnen Karten wurden kombiniert und zu einem großen Geländemodell mit etwa 280.000 Punkten zusammen gefasst. EineGerhard Kemper, Alice Pátíková und Carlo Lavalle
automatische Geländemodellierung über Autokorrelationsalgorithmen der digitalen Photogrammetrie ist im innerstädtischen
Bereich sehr problematisch, weshalb dieser konventionelle Weg gewählt wurde.
5. Kontrollmessung im Gelände mittels DGPS
Unter Verwendung des DGPS-Systems „Trimus“ wurden Kontrollpunkte zur Überprüfung von Karte und Satellitenbild
aufgenommen. Besonders im Süden von Bratislava haben sich durch Verkehrs- und Dammbauprojekte die Verhältnisse
dramatisch verändert. Abweichungen zwischen Karte und Satellitenbild selbst nach detaillierter Georeferenzierung von über 50
m waren vorhanden, wobei sich schlussendlich Fehler in den Karten herausstellten. Die DGPS-Kontrolle wurde mit 2
verschiedenen Methoden durchgeführt. Grundsätzlich wurde mit langwellenkorrigierten DGPS unter Verwendung des
Frankfurter Korrektursenders (ALF) gearbeitet, da andere Korrektursender nicht verfügbar waren und das System bereits
erfolgreich in Brünn (CZ) und Wien im Einsatz ist. Das Langwellensignal wurde über eine 10cm-Richtantenne weitgehend
Störungsfrei empfangen und ergab eine Lagegenauigkeit von etwa 3 m nach gewichteter Mittelung, welche auch für die im
Projekt angestrebte photogrammetrische Auswertung ausreichend war. Mit „Trimus-K“, einem DGPS-Empfänger und Hand-PC,
wurde die grundsätzliche Empfangsqualität geprüft und über besondere Mittelwertberechnungen die Qualität der
Punktbestimmung gesteigert. Des weiteren im Ge lände kritische Punkte aufgesucht, und die bereits durchgeführte Interpretation
der Luft- und Satellitenbilder geprüft. Genutzt wurde dafür TopoL-GIS mit GPS-Kopplung (Trimus-GIS) auf einem Fieldnote. Eine
direkte DGPS gestützte Vektorisierung in TopoL ist möglich, wurde aber nicht genutzt. Bei diesen „Field-checks“ wurden auch
Detailkartierungen gemacht und eine Photo-Dokumentation vorbereitet.
6. Interpretation des Referenzjahres
Das Satellitenbild wurde als Referenzjahr definiert. Die Interpretation durch Vektorisierung erfolgte in TopoL-GIS parallel in
mehreren Fenstern. Es wurde auf Basis der topographischen Karten gearbeitet, das Ergebnis aber parallel auf dem Satelliten-
und Luftbildern verglichen. Teilweise wurde auch direkt auf dem Satellitenbild gearbeitet. Ferner wurden Stadtpläne für die
Interpretation herangezogen. In einem zweiten Schritt wurden die Scheitelpunkte um kleinere Beträge so versetzt, dass eine
möglichst gute Übereinstimmung zwischen Satellitenbild und Karte gegeben war. Dadurch konnten Fehler durch lange Schatten
im Satellitenbild (Aufnahme vom späten Nachmittag) ausgeglichen werden. Schwierig war die Erfassung von Altwasserflächen
der Donau im südlichen Bereich von Bratislava, da durch das dortige Staudammbauprojekt extreme Veränderungen vorlagen,
welche die Karten nicht zeigten. Schatten und Wasserflächen hatten meist die gleichen Grauwerte. Daher wurde hier auch das
Relief zur Interpretation genutzt. Interpretationsschlüssel war nachfolgende aktualisierte Corine-Legende, die für „Murbandy-
Change“ vom Joint-Research-Centre der EU vorgegeben wurde.
1. Urbane Flächen
1.1 Urban fabric 1.1.1 Residential 1.1.1.1 Residential continuous dense urban
continuous urban fabric,
1.1.1.2 Resident. cont. medium dense urban
fabric
fabric
1.1.2 Residential dis - 1.1.2.1 Residential discontinuous urban fabric
continuous urban 1.1.2.2 Residential discontinuous spare urban
fabric
fabric
1.2 Industrial, 1.2.1 Industrial, public, 1.2.1.1 Industrial areas,
commercial transport commercial, private 1.2.1.2 Commercial areas
1.2.1.3 Public and private services
units
1.2.1 Road and rail 1.2.2.1 Toll-ways
net-works + associated 1.2.2.2 Other roads,
1.2.2.3 Railways
land
1.2.3 Port areas
1.2.4 Airports
1.3 Mine-, dump -, 1.3.1 Mineral
extraction
construction sites 1.3.2 Dump sites
1.3.3 Construction
sites
1.3.4 Abandoned land
1.4 Artificial 1.4.1 Green urban
areasDie Stadtentwicklung von Bratislava seit 1949
vegetated areas 1.4.2 Sport and leisure
facilities
2. Nichturbane Flächen
2. Agricultural 2.1 Arable land 2.1.1 Non-irrigated arable land
areas 2.1.2 Permanently irrigated land
2.2 Permanent crops 2.2.1 Vineyards
2.2.2 Fruit trees and berry plantations
2.3 Pastures 2.3.1 Pastures
2.4 Heterogeneous 2.4.1 Annual crops associated with permanent
crops
agricultural areas 2.4.2 Complex cultivation patters
2.4.3 Land principally occupied by agriculture,
with significant areas of natural vegetation
2.4.4 Agro-forestry areas
3. Forests and 3.1 Forests 3.1.1 Broad-leaved forest
semi-natural 3.1.2 Coniferous forest
areas 3.1.3 Mixed forest
3.2 Shrub and/or 3.2.1 Natural grassland
herbaceous 3.2.2 Moors and heathland
associations
3.2.3 Sclerophyllous vegetation
3.2.4 Transitional woodland shrub
3.3 Spaces with little or 3.3.1 Beaches, dunes, and sand plains
no vegetation 3.3.2 Bare rock
3.3.3 Sparely vegetated areas
4. Wetlands 4.1 Inland wetlands 4.1.1 Inland marhses
4.1.2 Peatbogs
5. Water bodies 5.1 Inland waters 5.1.1 Water courses (5.1.1.1Canals,
5.1.1.2Rivers)
5.1.2 Water bodies
7. Luftbildauswertung
Die 3 gewählten Jahrgänge an Luftbildern wurden einer photogrammetrischen Auswertung in PhoTopoL zugeführt. PhoTopoL
ist die photogrammetrische Erweiterung von TopoL-GIS und erlaubt zahlreiche Orientierungen, Korrekturen und auch
stereoskopische Auswertungen am Bildschirm. Da für die Luftbilder nur teilweise Kamera-Kalibrierungsprotokolle vorlagen,
wurden diese über Ausmessungen von Kontaktabzügen ergänzt. Dies war im Rahmen der geforderten Genauigkeit zulässig. Die
innere Orientierung anhand der Rahmenmarken konnte nun in PhoTopoL durchgeführt werden. Für die externe Orientierung
(Grundorientierung) lagen ebenfalls keine Kontrollpunkt-Koordinaten und Lageskizzen vor. Dies kann man aber über die GIS-
Funktionen von PhoTopoL sehr komfortabel anhand von georeferenzierten topographischen Karten bewerkstelligen. Sowohl 3
dimensionale Passpunkte als auch reine Lage- oder Höhenpunkte wurden simultan verarbeitet. Die Auswahl der Punkte war der
aufwendigste Arbeitsschritt. Da dies für über 70 Luftbilder notwendig war entstanden aus 9 Gbyte Ausgangsdaten ansehnliche
Datenmengen. Die Orthorektifikation der Bilder wurde mittels des in Atlas gebildeten Geländemodells in PhoTopoL geleis tet.
Atlas und PhoTopol besitzen neben gemeinsamen Schnittstellen die Möglichkeit der direkten DDE-Kopplung (Dynamic Data
Exchange = Dynamischer Datenaustausch). Größte Probleme für die photogrammetrische Auswertung machten die Luftbilder
der Jahre 1949. Da hier die Qualität der Aufnahmen sehr schlecht war, mussten Effekte der ungleichen Helligkeitsverteilung im
Luftbild über Bildbearbeitungsprogramme abgemildert werden. Schwierig war hier auch das Auffinden geeigneter Passpunkte
für die externe Orientierung, da sich die Situation auf den Karten häufig gänzlich anders darstellte und schon grundlegend die
„persönliche“ Orientierung Schwierigkeiten machte. Auch hier Bewahrheitet sich der typische Sachverhalt der Fernerkundung,
dass dies, was am interessantesten und wichtigsten erscheint, meist den größten Aufwand verursacht.
8. Interpretation der historischen DatenGerhard Kemper, Alice Pátíková und Carlo Lavalle
Die Auswertung der Luftbilder erfolgte weitgehend anhand der Vektorebenen des Referenz-jahres. Dabei wurden durch
Löschen und Verschieben der Scheitelpunkte die Informationen angeglichen. Auch hier war das Gewässernetz der Donau durch
die morphologischen und technis chen Prozesse einer großen Veränderung unterworfen. Die Nutzung von Flächen wurde durch
Umklassifizierung und Anpassung an die neuen Straßenzüge angeglichen. Im Wesentlichen wurden bei Straßen Löschungen
durchgeführt und nur wenige mussten überarbeitet oder neu eingegeben werden. Bei den Flussläufen waren dagegen starke
Überarbeitungen notwendig, die dem Umfang einer Neuerfassung vergleichbar waren.
Abb. 1-3: Ausschnitt aus dem Citybereich von Bratislava, links die topographische Karte 1:10.000, in der Mitte das Luftbild
von 1985, rechts das
IRS-C Satellitenbild
9. Temporale Analyse
Die Daten der GIS-Erfassung wurde sowohl statistisch über Flächenvergleich, als auch über Verschneidungen, Clusterungen
usw. analysiert. Ergänzend wurden demoskopische Daten verwendet und Tendenzen der Wohndichte abgeleitet. Die
Interpretationsmöglichkeiten sind vielfältig und es wurden auch Trendanalysen in MS-Excel angefertigt. Im GIS wurden darüber
hinaus Achsen zukünftiger Korridor-Entwicklungen modelliert.
Entsprechend der politischen Gegebenheiten existieren seit 1949 phasenweise starke Konzentrationstendenzen für Wohnungs-
und Industrieansiedlungen. Die Verstädterung war teilweise gewünschter Effekt und typisch für sozialistische Länder.
Abb: 4-5: Veränderung der Agrarlandschaft entlang der Kleinen
Donau zur petro-chemischen Produktionsstätte von
„Slovnaft“
Abb. 6-7: Veränderung ländlicher Kleinsiedlungsstrukturen zu
modernen Wohngebieten im Süden von Bratislava
(Petrzalka)
Abb. 8-9: Veränderung der Donaulandschaft im Süden
Es ist ein dramatischer Wandel der Landwirtschaftsflächen hin zu
großen Schlägen sichtbar, der bis heute bestand hat. Dies ist
insbesondere im Vergleich zum benachbarten Österreich ersichtlich,
wo die Realteilung die Ackerstruktur deutlich nachzeichnet und den
Grenzverlauf schon im Satellitenbild deutlich macht. Auch die Kon-
zentration der neuen Siedlungsgebiete in stabsmäßig geplanten
Arealen mit großen Plattenbauten ist symptomatisch. Die
Verstädterung zeigt sich in dem Einwohnerzuwachs von 180.000 auf
500.000 von 49-97. Entsprechend wuchsen die Wohngebiete, besonders die der Plattenbausiedlungen mit extremer Wohndichte.Die Stadtentwicklung von Bratislava seit 1949
Die Plattenbausiedlungen wuchsen nicht kontinuierlich sondern Stadtviertel mit kompletter Infrastruktur in wenigen Jahren.
Durch die unpersönliche, teilweise anonyme Wohnweise in den Plattenbausiedlungen, entwickelten sich die Schrebergarten-
Kolonien an vielen Stellen am Stadtrand, einige sogar im Wald. Deren Bebauung nahm zum Teil dermaßen zu, dass diese heute
als diffus bebaut gelten können. Heute ist der Flächenanspruch für Wohngebiete immer noch hoch, da eher individuell und
klein statt aus Masse gebaut wird. Die Landschaftszersiedelung in größerem Stil setzt ein.
Die Industrie wurde auf wenige aber dafür intensive Standorte konzentriert. Sämtliche Infrastruktur wurde daraufhin
ausgerichtet. Während die Schifffahrtsindustrie kaum Zuwächse zu verzeichnen hat ist in der Chemischen Industrie und deren
Sekundärbetrieben der Flächenanspruch gestiegen. Mit der Öffnung zum Westen aber auch den ehemaligen „Bruderstaaten“
werden die Bestrebungen einer guten Verkehrsanbindung besonders nach Richtung Brno, Wien und Györ/Budapest sichtbar.
Nahezu der gesamte Landschaftsverbrauch ging zu Lasten der Landwirtschaftsflächen. Dies wird auch in Zukunft so sein. Die
Zunahme an Wasserflächen ist nur auf das Staudammprojekt (Gabcikovo) zurückzuführen.
30.000 1949
25.000
1969
20.000
1985
Hectares
15.000
1997
10.000
5.000
0
Urban Fabric Agricultural Industrial, Forest & Artificial non- Wetlands &
land commercial, seminatural agricultural water bodies
transport & areas vegetated area
service
Abb. 10: Entwicklung der Landnutzung von Bratislava seit 1949
10. Schlussfolgerung
Die technischen Arbeiten des Projektes wurden mit den Programmpaketen TopoL und PhoTopoL sowie Atlas-DMT
vollkommen gelöst. Der Einsatz der GPS-Datenaufnahme wurde mit dem DGPS-System Trimus zufriedenstellend angewandt. Die
logistischen und methodischen Aspekte wurden projektbezogen über verschiedene Zwischenschritte entsprechend der
Anforderungen des Auftraggebers umgesetzt. Dabei sind, wie so oft, die realen Bedingungen mit den projektierten Abläufen
inkompatibel. Dennoch entspricht das Ergebnis den Erwartungen. Die Entwicklung von Bratislava hat 3 entscheidende
Meilensteine gezeigt. Da ist zum ersten die Umstrukturierung der ländlichen und urbanen Areale mit der Änderung der
politischen Situation in der damaligen Tschechoslowakei nach 49, die Zuwanderung in die Städte mit der Bildung neuer
Siedlungen mit Plattenbauten und Industriekomplexen, und schließlich eine Umstrukturierung des Verkehrssystems nach der
Öffnung der Grenzen. Das Donau-Staudamm-Projekt im Süden von Bratislava hat die Landschaft dort dominant umgestaltet.
Dies wird weitere Änderungen in der nächsten Zukunft mit sich bringen, da hier Folgeindustrie, Freizeitindustrie, Transport- und
Verkehrsgewerbe bereits in der Ansiedlung begriffen sind. Mit der Öffnung der Grenzen hat aber auch der Fremdenverkehr in
dem historischen Kern der Stadt zugenommen, was sowohl das Gastronomie- und Hotelgewerbe, als auch die
Verkehrswegesituation beeinflusst. Alle Entwicklungen haben sich aber auch an den Reliefgegebenheiten orientiert, und sich
auf die Tal und Ebenen-Bereiche konzentriert. Dies führte zu einer weitgehenden Erhaltung der Gebirgsbereiche, wo heute Na-
turschutzgebiete der Naherholung dienen. In naher Zukunft möchte „Moland“ = Monitoring Landuse Dynamics) die
untersuchten Städte anhand deren Korridore verknüpfen.Sie können auch lesen
