Diese Arbeit setzt sich mit Möglichkeiten auseinander, Karten nach Kriterien der thematischen Kartographie in einem GIS zu erzeugen. Anhand des aktuellen Themas der ‚Luftgüte in Berlin’ wird aufgezeigt wie sich luftverunreinigende Stoffe wie Gesamtstaub, Feinstaub (PM10), Ruß, Stickoxide (NOx), Stickstoffdioxid (NO2), Schwefeldioxid (SO2),Kohlenmonoxid (CO) entwickelt haben, welche Prozesse dafür zuständig sind und was in Zukunft getan werden muss, um die langjährige Luftentwicklung weiterhin zu verbessern.
Auf Grundlage des Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) ist das Land Berlin dazu verpflichtet Luftgütedaten zu veröffentlichen. Die Öffentlichkeit muss danach über den Umfang der Luftverschmutzung aufgeklärt werden, was die Veranschaulichung durch räumliche Verortung mit Hilfe von Karten einschließt. Die Arbeit mit einem Geoinformationssystem (GIS) bietet sich folglich als Mittel zur Erfassung, Verwaltung, Analyse und Präsentation der Daten in einem Softwaresystem an.
Die Datenauswertung und Aufbereitung in Karten beinhaltet sowohl die Immissionen als auch Emissionen, wobei je nach Datenverfügbarkeit verschiedene GIS-Tools eingesetzt wurden. Probleme in der Aufarbeitung und Umsetzung werden geschildert und ausgewertet und sollen einen Leitfaden für zukünftige Datennahme und deren Verarbeitung geben.
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung - Inwieweit Luftverschmutzung in Berlin, das BImSchG, ein GIS und der Umweltatlas in einem Zusammenhang stehen
1.1 Fragestellung
1.2 Aufbau der Arbeit
2 Die theoretischen Grundlagen zur Visualisierung von Karten
2.1 Das Geographische Informationssystem (GIS)
2.1.1 Die Arbeit mit dem GIS YADE
2.1.2 Der FIS-Broker für die Präsentation GIS-basierter Karten im Internet
2.2 Die thematische Karte
2.2.1 Kartengraphik
2.2.2 Kartenaufbau
2.3 Gestaltungskriterien im Internet
3 Methodische Vorgehensweise
3.1 Sinn der Nutzung eines GIS zur Erzeugung von Karten
3.2 Qualitative Analysen mit Hilfe von Experteninterviews
4 Hintergrundinformationen zur Luftreinhalteplanung - Emissionen vs. Immissionen
4.1 Wichtige Stoffe für die Luftreinhalteplanung
4.2 Das Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG)
4.3 Das Emissionskataster für Hausbrand, Industrie und Verkehr
4.4 Das Berliner-Luftgüte-Messnetz zur Erfassung der Immissionen
5 Der Weg der Daten zum Modell
5.1 Zielgruppenanalyse für Karten der Luftverschmutzung
5.2 Datenanalyse
5.2.1 Datenverfügbarkeit und Datengüte
5.2.2 Aufbereitung der Daten
5.3 Die Darstellung der Emissionen durch Kombination zweier Modelle
5.3.1 Chloroplethenkarte
5.3.2 Kartodiagramm (Gebietsdiagramm)
5.4 Die Darstellung der Immissionen in einer interaktiven Karte
5.4.1 GIS-Karte
5.4.2 HTML-Seiten
6 Auswertung und Analyse der Ergebnisse
6.1 Auswertung der Experteninterviews
7 Fazit
8 Anhang
8.1 Luftschadstoffe von besonderer Relevanz mit Grenzwertangaben
8.2 Emissionskataster
9 Quellen
9.1 Literaturliste
9.2 Internetquellen
1 Einführung - Inwieweit Luftverschmutzung in Berlin, das BImSchG, ein GIS und der Umweltatlas in einem Zusammenhang stehen
Wer schon Jahrzehnte in Berlin wohnt, kennt die Probleme der Luftverschmutzung, mit der sich die Großstadt auseinanderzusetzen hat. Kurzfristige Maßnahmen wie Fahrverbote in der Innenstadt und Smog-Alarm waren für die Berliner Bevölkerung in der Vergangenheit alltäglich. Auch eine Rußschicht auf dem Fensterbrett aus Abgasen der Kohleöfen gehörte in Berlin lange Zeit zur Normalität.
Mit der Wiedervereinigung von DDR und BRD und der daraus folgenden Zusammenführung von Berlin Ost und West brach auch ein neues Zeitalter für die Problemlösung der Luftverschmutzung in Berlin an. Einige Probleme lösten sich von selbst. Die niedergehende Industrie und die Verlagerung dieser ins Umland oder die Insolvenz veralteter Betriebe (besonders im Ostteil) führten zu einer selbständigen Verminderung der Luftbelastung. Aber auch neue moderne technische Möglichkeiten und Filteranlagen, gesetzliche Richtlinien und das zunehmende Umweltbewusstsein in der Bevölkerung kennzeichnen diesen Umbruch. Phänomene wie das Waldsterben, der Treibhauseffekt oder auch eine erhöhte Ozonbelastung sind heute jedem bekannt. Schlagzeilen wie: „Luftverschmutzung kostet jährlich zwei Millionen Menschenleben“ (APA/Reuters 2006), „EU-Staaten verschärfen Feinstaubgrenzen“, (DPA/Baz, o.V. 2006) oder „Saubere Luft für längeres Leben“ (Krzyzanowski, M. 2006) konfrontieren die Öffentlichkeit regelmäßig mit diesem Thema.
Das Interesse für das Thema dieser Magisterarbeit ergibt sich demnach aus dem Handlungsbedarf, luftverunreinigende Stoffe wie Gesamtstaub, Feinstaub (PM10), Ruß, Stickoxide (NOx), Stickstoffdioxid (NO2), Schwefeldioxid (SO2), Kohlenmonoxid (CO), Benzol, Toluol, Xylol, Ozon und Blei weiterhin zu vermindern und dem Wunsch nach Aufklärung über die Luftgüte der Hauptstadt von Seiten der Öffentlichkeit.
Als Grundlage dient das Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG), welches dazu verpflichtet Luftgütedaten zu veröffentlichen. Die Öffentlichkeit muss danach über den Umfang der Luftverschmutzung aufgeklärt werden, was die Veranschaulichung durch räumliche Verortung mit Hilfe von Karten einschließt. Auch müssen die Daten zur Luftverschmutzung so aufbereitet werden, dass auch einem Fachpublikum die Möglichkeit geboten wird, Daten abzufragen und Informationen zur langjährigen Entwicklung der Luftgüte Berlins zu erhalten.
Die Arbeit mit einem Geoinformationssystem (GIS) bietet sich folglich als Mittel zur Erfassung, Verwaltung, Analyse und Präsentation der Daten in einem Softwaresystem an. Das GIS ermöglicht die Speicherung digitaler raumbezogenen Daten und die Strukturierung dieser, was eine verbesserte Verwaltung gewährleistet. Darüber hinaus kann der Anwender mit Hilfe von GIS neue Geoinformationen generieren, räumliche Phänomene untersuchen und die Ausgangsdaten modellieren. Als Ergebnis erzeugt es eine Visualisierung des Datensatzes in Form einer Karte. Diese Funktion steht für diese Arbeit besonders im Vordergrund.
Der Themenbereich der Luftverschmutzung eignet sich gut, um aufzuzeigen, welche Anforderungen die verschiedenen Nutzergruppen an entsprechende Karten haben. Zudem kann in diesem Zusammenhang gut dargelegt werden, wie die Daten aufbereitet werden müssen, inwieweit Handlungsbedarf geboten ist, um gesetzliche Vorgaben zu erfüllen und an welchen Stellen Mängel und Probleme auftreten.
Die Abschlussarbeit ist in Verbindung mit einem studienbegleitenden Praktikum in der Senatsverwaltung für Stadtentwicklung, Abteilung III, Gruppe Umweltatlas entstanden, deren Aufgabe in der Veröffentlichung von Umweltkarten liegt. Der praktische Teil der Arbeit steht daher in einem besonderen Bezug zu Mitteln, Möglichkeiten und Aufgaben des öffentlichen Dienstes. Die Kartenerzeugung mit einem GIS ergibt sich über genannte Gründe hinaus aus dem Arbeitsprozess des Umweltatlas. Die Veröffentlichung von GIS-basierten Karten ermöglicht eine Überlagerung mit anderen Karten und lässt sich sinnvoll in das Gesamtkonzept des Umweltatlas einfügen. Der Umweltatlas als
Umweltinformationssystem (UIS) wurde primär mit der GIS-Software YADE erstellt.
Es sei hier auf die Zielsetzung der Magisterarbeit hingewiesen, die den Anspruch hat, nach wissenschaftlichen Methoden zu arbeiten und Lösungen aufzuzeigen. Die Veröffentlichung des Umweltatlasses stimmt nicht immer mit den hier vorgestellten Konzepten überein, da nach dem Praktikum im Rahmen der Magisterarbeit noch Veränderungen vorgenommen wurden, die nicht in die Veröffentlichung integriert wurden.
1.1 Fragestellung
Die Fragestellung der Arbeit lautet: Welche Möglichkeiten gibt es, Karten nach Kriterien der thematischen Kartographie in einem GIS zu erzeugen? Als Beispiel dient das Thema ,Luftgüte in Berlin’. Darüber hinaus wird hinterfragt, inwieweit sich diese Karten als Informationsvermittlung für die Öffentlichkeit und das Fachpublikum eignen. Es soll herausgestellt werden, in welchen Punkten sich die Darstellungen für die verschiedenen Nutzergruppen unterscheiden und wie die Daten entsprechend aufbereitet werden sollten.
Ziel dieser Karten ist es, die dynamische Entwicklung von Luftschadstoffen im zeitlichen Verlauf darzustellen. Das Ergebnis soll die Vergleichbarkeit verschiedener Jahre aufzeigen und dem Nutzer nahe bringen, wie sich die ,Berliner Luft’ in den letzten Jahren verbessert oder verschlechtert hat und wer eventuelle Verursacher für diese Entwicklung sind. Da dieses Thema zwei Teilkomplexe - Immissionen und Emissionen - umfasst, für die verschiedenartige Daten zur Verfügung stehen, müssen differenzierte Darstellungsmöglichkeiten beleuchtet werden. Dabei drängt sich auch die Frage auf, welchem Sinn und Zweck es überhaupt dient, eine Karte zu erzeugen und in welcher Art und Weise eine Karte die Interpretationsfähigkeit im Vergleich zu der Bereitstellung von Messwerten in Form von Datenbanken erhöhen kann.
1.2 Aufbau der Arbeit
Zunächst werden die theoretischen Grundlagen für die Erzeugung thematischer Karten aufgezeigt. Da das Hauptziel der Arbeit die Kartenerzeugung ist, muss erläutert werden, was mit einem GIS bzgl. der Kartengestaltung möglich ist. Dies beinhaltet auch die Veröffentlichung im Internet mit Hilfe des FIS-Brokers, einer Art Map-Server der Senatsverwaltung, der die webbasierte Veröffentlichung von in YADE erzeugten Karten optimiert. Für die Visualisierung selbst müssen Prinzipien und Richtlinien zum Aufbau thematischer Karten herangezogen werden.
Neben den theoretischen Grundlagen ist die Methodik Ausgangspunkt für die Erzeugung der Karten und die Arbeit mit dem GIS. In Kapitel 3 werden Argumente analysiert, welche die Erzeugung von Karten mit einem GIS rechtfertigen. Hierfür werden besonders die Funktion und der Nutzen von Karten beleuchtet. Abschließend wird in diesem Kapitel die methodische Herangehensweise von Experteninterviews beschrieben, welche einen differenzierten Abschluss der Arbeit ermöglichen sollen und die eine Möglichkeit zur Überprüfung der Ergebnisse darstellen.
In Kapitel 4 werden Hintergrundinformationen zum Thema Luftverschmutzung geliefert. Es wird zunächst auf die wichtigsten Stoffe eingegangen. Des Weiteren wird der rechtliche Rahmen umrissen, der Berlin verpflichtet Daten über Emissionen und Immissionen zu veröffentlichen. Im Themenkomplex Emissionen wird aufgezeigt, welche Emittentengruppen es gibt und in welcher Form und welchem Umfang Emissionen ermittelt werden. Dem wird das Berliner Luftgütemessnetz gegenüber gestellt, da es für die Erhebung der Immissionen verantwortlich ist. Es wird beschrieben, aus welchen Komponenten dieses Netz besteht und welche Luftschadstoffe ermittelt werden.
Kapitel 5 beschreibt dann, wie die Aufbereitung der Daten bis zum Kartenmodell vollzogen wird, welche Möglichkeiten zur Visualisierung gewählt werden und wem die Art der Darstellung in welcher Art und Weise dient.
Die abschließende Analyse und Auswertung beinhaltet eine Beurteilung der erzeugten Karten vor allem aus kartographischer Sicht mit Hilfe von Interviews. Hier werden Verbesserungsmöglichkeiten aus Expertensichtweise aufgezeigt und die Visualisierung der Daten bewertet. Diese Verbesserungsansätze werden im Weiteren konkretisiert und weitere Umsetzungsmöglichkeiten beleuchtet. Die Zusammenfassung der Ergebnisse zeigt nochmals die Probleme der einzelnen Arbeitschritte auf und bietet Lösungsansätze an.
2 Die theoretischen Grundlagen zur Visualisierung von Karten
Ziel dieser Arbeit ist eine Visualisierung der langjährigen Entwicklung der Luftgüte in Berlin mit Hilfe von Karten, die in einem GIS erzeugt werden. Dafür müssen zunächst die theoretischen Rahmenbedingungen beleuchtet werden. Diese beinhalten die Definition eines GIS und dessen Komponenten. Dabei muss besonders auf die Informationssysteme YADE und FIS-Broker eingegangen werden, da diese in erster Linie zur Erzeugung der thematischen Karten und für die Veröffentlichung eingesetzt werden. Darüber hinaus wird aufgezeigt, wie das Gesamtlayout, die Farbgebung und die generalisierten Aussagen der Karte nach thematischen Gesichtspunkten gestaltet werden müssen. Dabei wird bedacht, dass eine Karte verschiedene Kriterien erfüllen muss, um für den Nutzer lesbar und identifizierbar zu sein. Dieses Kapitel wird demnach herausstellen, welche theoretischen Vorgaben es einzuhalten gilt, um das Thema einer Karte inhaltsgemäß kommunizieren zu können.
2.1 Das Geographische Informationssystem (GIS)
Das GIS stellt die wichtigste Komponente der räumlichen Informationssysteme dar. Informationssysteme sind ganz allgemein Systeme, in denen der Systembetreiber auf Anforderungen der Systemanwender Informationen unter Einsatz geeigneter Techniken und Methoden produziert und bereitstellt. Dieses System versucht aus Rohdaten Informationen zu gewinnen, die als Grundlage für Entscheidungen dienen können. Außerdem bietet es die Möglichkeiten der
Dateneingabe und -Verwaltung, der Aufbereitung, Manipulation und Auswertung (Dickmann, F., K. Zehner 1999: 15/16).
„Ein Geo-Informationssystem (GIS) ist ein rechnergestütztes System, das aus Hardware, Software, Daten und den Anwendungen [HSDA] besteht. Mit ihm können raumbezogene Daten digital erfasst und redigiert, gespeichert und reorganisiert, modelliert und analysiert, sowie alphanumerisch und graphisch präsentiert werden (Bill, R., D. Fritsch 1994: 5).“ Es können Daten unter geographischen Gesichtspunkten dargestellt, Verändert, abgefragt und analysiert werden, so dass bestimmte Muster und geographische Zusammenhänge erkannt werden können. Mit vorhandenen Geodaten werden neue Informationen erzeugt, indem Zusammenhänge zwischen räumlichen Phänomenen hergestellt werden. Aber auch Trends lassen sich mit Hilfe einer GIS-Karte verdeutlichen und erkennen.
Da GIS für verschiedenste raumbezogene Anwendungen eingesetzt werden, können sie in ihre besonderen Einsatzschwerpunkte und Anwendungsgebiete unterteilt werden. Neben den Fach- (FIS, z.B. Arbeitsgemeinschaft Influenza, webbasiertes System zur Überwachung der Grippe), Netz- (NIS, z.B. Liniennetz des öffentlichen Personennahverkehrs), Land- (LIS, z.B. Amtlich topographisches Karteninformationssystem - ATKIS) und Raum Informationssystemen (RIS, z.B. das Raumordnungskataster) steht das UmweltInformationssystem (UIS) für diese Arbeit besonders im Vordergrund. Ein UIS ist eine Form des GIS, welches neben einer Datenbasis mit Nutzungsfunktionalität noch Umweltdaten, Geodaten und Karten beinhaltet, die Auskunft über die natürliche Umwelt und deren Wechselbeziehungen gibt (Asche, H. 2006). Es eignet sich besonders gut für die Erfassung komplexer ökologischer Zusammenhänge, aber auch für ein Monitoring, d. h. die Überwachung verschiedener Umweltfaktoren. Umweltinformationssysteme haben die Aufgabe, in der Sanierung, bei Schäden und der Verbesserung der Umwelt unterstützend zu wirken und auf Grundlage raumbezogener Daten Interpretationen zuzulassen, Umweltprobleme der Öffentlichkeit zugänglich zu machen und erlangte Ergebnisse zu veröffentlichen (Bill, R. et al. 2002: 17). Die Verarbeitung der Daten zur Luftgüte eignen sich daher im Kontext des Umweltatlasses besonders gut, da dieser als UIS entsprechende Umwelt- und Geodaten bereitstellt.
2.1.1 Die Arbeit mit dem GIS YADE
Die Berliner Verwaltung arbeitet mit dem GIS YADE, einer Produktentwicklung der Gesellschaft für Stadt- und Regionalplanung mbH (SRP). Das GIS bietet die Möglichkeit, über Standardschnittstellen Sachdaten beliebiger Datenbanken einzubinden. Diese können gemeinsam mit den Graphik-Daten ausgewertet werden. Das Programm YADE verfügt außerdem über einen SQL-Assistenten, der über die speziell entwickelte Abfragesprache GeoSQL eigene Abfragen über die gesamte Geo- und Sachdatenbasis ermöglicht (http://www.srp-gmbh.de). Dieses GIS ist in der Funktionalität zur Erfassung, Speicherung und Verwaltung, Analyse, Darstellung und Präsentation aller Daten mit dem ESRI-Produkt ArcGIS (aktuelle Version 9) bzw. dem einfachen Desktop Klienten dieser Produktfamilie - ArcView - vergleichbar. Die Kompatibilität zu anderen GIS ist nur bedingt vorhanden, so dass ein Austausch mit anderen Bundesländern und Institutionen, die YADE nicht nutzen, nur mit erhöhtem Aufwand möglich ist. Eine 1 : 1 Abbildung der Daten des einen Systems in das andere System kann bei komplexen Datenstrukturen in ihrer Gesamtheit jedoch bei keiner Datenübertragung des einen GIS-Systems zu einem anderen erfolgen. Die Datenumsetzung ist nur problemorientiert und projektbezogen möglich. „In der Regel wird heute bei komplexen Datenbasen eine Erfolgsquote von 1 : 0,8 als erreichbar angenommen, allerdings sind die fehlenden 20 % der Daten, die einer interaktiven oder anderen Nachbehandlung bedürfen, i. d. R. der anspruchsvollere Teil des Datenbestandes (Schilcher, M. 1991: 87).“ Dieses Problem tritt allgemein bei der Nutzung vergleichbarer Programme von verschiedenen Softwareherstellern auf. Die verschiedene Software speichert häufig Daten in einem eigenen Dateiformat, welche nicht immer ineinander umgewandelt werden können. Dies gilt nicht nur für die Sparte der GISSoftware, sondern auch für Bildbearbeitungsprogramme usw. Ein Austausch von Dateien kann jedoch zwischen dem GIS YADE und ArcGIS über das Schnittstellenformat Shape (shp)[1] erfolgen.
Für die Anforderungen und den Bedarf der Verwaltung hat sich YADE gegen andere GIS durchgesetzt. Jedoch gibt es einige Funktionen, die in YADE im Gegensatz zu Möglichkeiten von z.B. ArcGIS (mit Hilfe der Erweiterungen) eingeschränkt bzw. nicht vorhanden sind. Dazu zählen die Erstellung von 3D Graphiken. Auch würde der Einsatz von ArcGIS auf Grund der hohen Marktdominanz eine verbesserte Datenweitergabe und Kompatibilität zwischen verschiedenen Bundesländern und Institutionen gewährleisten.
Neben einer großen Anzahl zahlungspflichtiger Software, gibt es in diesem Bereich zunehmend Open-Source Software - die bekannteste ist das GRASSGIS (http://grass-verein.de). Dieses System bietet bei ähnlicher Funktionalität den Vorteil der kostenlosen Verfügbarkeit. Da jedoch nicht abzusehen ist, inwieweit solche Open-Source Software weiterentwickelt werden und zunächst hohe Investitionen in Schulungen getätigt werden müssten, scheint für die Berliner Verwaltung die Beibehaltung des GIS YADE am komfortabelsten und auf die Bedürfnisse und Anwendungen am Besten angepasst. Grundsätzlich sind die vorgestellten GIS in ihren Funktionen ähnlich. „Aus der Sicht der einzelnen Verarbeitungsschritte kann ein Informationssystem in die Komponenten: Erfassen, Verwalten, Analyse und Präsentation (EVAP- Komponenten) von Daten [...] unterteilt werden (Kappas, M. 2001: 46).“
Darüber hinaus können sie Verändern, Strukturieren, Transformieren, Konstruieren, Archivieren, Prüfen, Sichern, Abfragen, Berechnen, Vergleichen, Gestalten, Präsentieren (Bartelme 2005: 15 - 16).
Da die Möglichkeiten auf Grund der im Folgenden erläuterten Tiefe und Dichte der Daten nicht über die Funktionsweise des GIS YADE hinausgehen können, erscheint der Einsatz dieser Software auch für dieses Thema am besten geeignet. Die primäre Nutzung der Software YADE vereinfacht außerdem die Einbindung der Karten im Map-Server FIS-Broker zur Veröffentlichung im Internet. Die Verwaltung ist jedoch mit der Nutzung dieser beiden aufeinander aufbauenden Systeme in Bezug auf die Wahl der Software in ihrer Variabilität eingeschränkt.
2.1.2 Der FIS-Broker für die Präsentation GIS-basierter Karten im Internet
Für die Veröffentlichung GIS-basierter Karten im Internet nutzt die Berliner Verwaltung, wie bereits erwähnt, das Softwaresystem FIS-Broker. Er vereinfacht die Veröffentlichung der YADE-Karten im Internet, indem diese mit Hilfe der Programmiersprache XML in Webseiten integriert werden. Vorteil dieses Webdienstes ist, dass der Nutzer nicht sämtliche Funktionsweisen eines GIS verstehen, sondern nur mit gängigen Anwendungen des Internets vertraut sein muss (Mitchell, T. 2005: 211). Dieses Programm ermöglicht ein ,Web-Mapping’, indem klassische „GIS-Funktionen, z.B. der unmittelbare Zugriff der Sachdaten aus der Karte heraus oder die vorangehende Analyse der auf einer Webseite visualisierten Geodaten (Dickmann, F. 2004: 23)“, ermöglicht werden. Die Gesellschaft für Stadt- und Regionalplanung (SRP) hat dieses Web-GIS für die optimierte Darstellung der in YADE erzeugten Karten entwickelt. Von einem Web-GIS wird gesprochen, „wenn ein Nutzer nicht nur kartographische Darstellungen visualisieren und einfache Ansichts-Manipulationen, wie Zoomen, Verschieben, Einblenden vorgefertigter Layer etc. vornehmen kann, sondern darüber hinaus Zugriff auf eine Sachdatenbank hat und auf dieser Grundlage GIS-Operationen selbstständig durchführen kann (Dickmann, F. 2001: 18.)“
Jedoch sind die Funktionen eingeschränkt, da nur einige Funktionen eines GIS möglich sind. Strecken- und Flächenermittlung oder die Konstruktion von Pufferzonen u. a. können nicht realisiert werden. Der FIS-Broker ist demnach vielmehr als Map-Server zu betrachten, „von dem Geodaten abgerufen werden und [diese] anschließend visualisiert werden können (Dickmann, F. 2001: 19).“ Eine weiterführende Analyse wird jedoch nicht ermöglicht. Er bietet lediglich mit seinen interaktiven Möglichkeiten GIS-ähnliche Funktionen an.
Der Markt bietet vergleichbare Software an, die der internetbasierten Veröffentlichung von GIS-erzeugten Karten und Daten dienen. Eines der ersten Web-GIS ist die open-source Software GRASSLinks. Andere internetbasierte Map-Server sind ArcIMS, Autodesk Map/SICAD/SD oder GeoMedia (Dickmann, F. 2001: 43). Da der FIS-Broker jedoch auf die Veröffentlichung von YADE Karten optimiert ist und in der Vergangenheit zunehmend auf die Bedürfnisse der Senatsverwaltung angepasst wurde, wird der FIS-Brokers im Kontext der Veröffentlichung eingesetzt.
2.2 Die thematische Karte
Die besondere Schwierigkeit der Erzeugung von Karten mit dem GIS als Werkzeug, liegt in der Einhaltung kartographischer Richtlinien. Sie sind Ausgangsbasis, um Karten verstehen und lesen zu können. Die Gefahr, unwissenschaftliche oder selbst falsche Modelle in einem GIS zu erzeugen, ist sehr groß, da kartographische Vorschriften von den meisten GIS selbst nur bedingt eingehalten werden. Fehlerquellen sind z. B. die Erstellung der Legende m. H. des Legendeneditors, die Klasseneinteilung oder aber die thematische Farbzuweisung. Der Kartenerzeuger läuft aus kartographischer Sicht Gefahr fehlerhafte Karten anzufertigen. Daher ist eine theoretische Einführung für den Aufbau einer Karte besonders wichtig.
Die Reihenfolge, in der Karten vom Nutzer analysiert werden, gestaltet sich nach einem bestimmten Ablauf. Der Kartenleser arbeitet sich gedanklich zunehmend von der Oberfläche in das Detail vor. Für die korrekte Kommunikation des Karteninhalts wird für diese Arbeit die so genannte Kartengraphik nach Hake, G. et al. (2002: 105-150), als Summe graphischer Gestaltungsregeln befolgt. Diese ist „durch ihre Maßstäblichkeit und die klare Strukturierung nach bestimmten Bestandteilen“ (Hake, G. et al. 2002: 106) gekennzeichnet.
2.2.1 Kartengraphik
Die Kartengraphik kann als Gesamtheit der für die Karten aller Art typischen Darstellungsweisen bezeichnet werden, die sich nach Regeln der Zeichentheorie richten.[2] Das daraus resultierende „Zeichensystem umfasst die Merkmale und Regeln aller graphischen Darstellungen wie auch die der kartographischen Darstellungen (Hake, G. et al. 2002: 106).“
Das kartographische Zeichensystem gliedert sich in graphische Elemente, zusammengesetzte Zeichen und das graphische Gefüge. Die graphischen Elemente unterscheiden nach der geometrischen Ausbreitung in Diskreta (Punkt, Linie, Fläche). Werden die graphischen Elemente zusammengefügt, entstehen höhere Gebilde. Das bedeutendste zusammengesetzte Zeichen der Kartographie ist die Signatur. Graphische Elemente und zusammengesetzte Zeichen bilden demnach die kartographischen Gestaltungsmittel. Graphische Gefüge entstehen, wenn Elemente und Zeichen typische graphische Strukturen ergeben und so den Gesamteindruck der Karte entscheidend bestimmen.
Die Elemente können darüber hinaus mit visuellen Variablen versehen werden, die bestimmte Sachinhalte zum Ausdruck bringen. Die Stärke dieser Variablen sind die Möglichkeiten objektive (Qualität und Quantität) und subjektive Bewertungen vorzunehmen, aber auch die Anschaulichkeit mit Hilfe von Assoziationen zu verbessern. Ziel einer gelungenen Zuweisung graphischer Merkmale ist die Erhöhung der Interpretationsfähigkeit und Lesbarkeit der Karte. Die Zuordnung der Variablen zu den generalisierten Objekten verläuft in graphischen Darstellungen fast immer über eine Kombination mehrerer Variablen, so dass es wichtig ist, alle zu kennen, um die unzähligen Kombinationsmöglichkeiten analysieren und verstehen zu können (Bertin, J. 1974: 72). Daher wird im Folgenden das graphische System von Bertin beschrieben, welches die Vielfalt der Visualisierungsmöglichkeiten durch visuelle Variablen darstellt und die Möglichkeiten der Objekte zur Ausrichtung im Raum aufzeigt.
Das graphische System von Bertin geht von dem Umstand aus, dass ein Fleck (Patch) visuell variieren kann, indem er die Größe, den Helligkeitswert, das Muster, die Farbe, die Richtung und die Form verändert (Bertin, J. 1982: 187). Die Kombination dieser Variablen ist möglich und erlaubt eine Mehrfachaussage von Merkmalen. Objekte der Karte können Aussagen treffen, die durch die Lage in der Ebene charakterisiert werden. Außerdem kann die
Position in einer Stufenfolge (z.B. Stufe des Helligkeitswertes) quantitative Aussagen treffen. Da aber Punkte und Linien keinen Flächeninhalt aufweisen, werden diese zunächst durch so genannte Flecken (Patches), d. h. durch eine Fläche sichtbar gemacht. Jede Darstellungsform erfordert also ein Minimum einer Fläche, um überhaupt sichtbar zu sein. Die Positionsangabe bezieht sich aber dennoch auf das Zentrum des Punktes bzw. die Achse der Linie (Bertin, J. 1974: 50).
Über den Aufbau des kartographischen Zeichensystems hinaus ist es auch wichtig, graphische Rahmenbedingungen einzuhalten, die eine gute Lesbarkeit der Karte gewährleisten. Dazu gehört die möglichst exakte ortsgebundene Anordnung der Zeichen. Auch müssen Grundsätze eingehalten werden, die durch die Art der Generalisierung und die Bedeutung der Zeichen bestimmt werden. Diese Grundsätze besagen, dass Wichtiges erhalten, Unwichtiges fortgelassen, Typisches betont, Untypisches abgeschwächt und gleiche Merkmale, gleich dargestellt werden müssen. Darüber hinaus muss die Lesbarkeit durch visuell wahrnehmbare Mindestgrößen und die Wahrnehmbarkeit der typischen Gestalt gewährleistet sein (Hake, G. et al. 2002).
2.2.2 Kartenaufbau
Auch für den Aufbau einer Karte müssen Richtlinien eingehalten werden, die das richtige Lesen sichern. Dazu muss zunächst zwischen formalen und sachlichen Merkmalen unterschieden werden (Hake, G. et al. 2002: 141). Zu den formalen Merkmalen gehören das Kartenfeld, der Kartenrahmen, der Kartenrand und die Kartenbenennung (siehe Abbildung 1). Zu den sachlichen, inhaltlichen Merkmalen hingegen muss der Karteninhalt, das Kartennetz und die Kartenrandangaben gezählt werden.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 1 : Bestandteile der Karte nach Hake, G. et al. (2002: 142)
Das Kartenfeld ist die Fläche, die den Karteninhalt enthält. Neben der Hauptkarte können noch Nebenkarten auftreten, die ebenso dem Kartenfeld zugehören. Diese können als Übersichtskarten in einem kleinen Maßstab der externen geographischen Identifizierung dienen. Der Kartenrahmen dient der Abgrenzung von Informationen des Kartenrands, wie Überschrift, Nebenkarten oder Maßstab. In diesem Kartenrahmen können z. B. Angaben zu den Koordinaten des Kartennetzes gemacht werden. Die Kartenbenennung, die sich meist im oberen Teil des Randes befindet, soll das Thema der Karte, den dargestellten geographischen Bereich und den Maßstab der Karte angeben.
Die substanziellen Bestandteile einer thematischen Karte sind jedoch der Karteninhalt (Hake, G. et al. 2002: 146). In ihm sind die Summe der graphischen und digitalen Darstellungen und Daten verankert und bilden die Gesamtheit der Objekte. Es besteht aus der thematischen Darstellung, dem topographischen Kartengrund und der Schrift. Weiterer Bestandteil der inhaltlichen Aussage von Karten ist das Kartennetz, als Bezug für die geometrische Lage im Raum. Der Kartennutzer benötigt ein Georeferenziersystem, um die Karte lesen zu können.
Die Besonderheit in Berlin ist die Abweichung vom deutschlandweit meistgenutzten Gauß-Krüger- zum Soldner-Berlin-Koordinatensystem.[3] Diese Besonderheit resultiert aus der ehemaligen Teilung Berlins in Ost und West. Die besondere Insellage durch die Teilung in zwei Staaten nach dem 2. Weltkrieg führte zu dem Entschluss, ein einheitliches Lagenetz im Soldnersystem für beide Teile Berlins verbindlich einzuführen. Der Nullpunkt wurde mit ,Berlin Müggelberg’ gemeinsam festgelegt. In der Folgezeit bezogen sich die Netze jedoch im Westteil der Stadt auf das Ellipsoid ,Bessel’, während der Ostteil auf das Bezugsellipsoid von ,Krassowski’ festgelegt wurde.[4] Dadurch verlief die Lagenetzerneuerung in beiden Teilen Berlins recht unterschiedlich. Im Zuge der Wiedervereinigung beider Teile Deutschlands 1989 stand Berlin vor erheblichen Problemen, da unterschiedliche Lagenetze bestanden. Es wurde gesetzlich festgelegt, ein einheitliches Soldner-Berlin-Netz (Netz 88) zu nutzen (Schaal, W., S. Niedfeld 1999). Damit wurde der Sonderstatus Berlins bzgl. seines geographischen Bezugssystems ohne sachlich und wissenschaftlich begründete Fakten beibehalten. Karten von Berlin sollten explizit auf diese Besonderheit hinweisen.
Darüber hinaus umfassen Angaben im Kartenrand und im Kartenrahmen alle Hinweise, die erforderlich sind, um den Karteninhalt verstehen und auswerten zu können. Dazu gehören Kartenbenennung, Maßstab, Autor, Zeitpunkt der Herausgabe sowie eine ausführliche Legende. Die Möglichkeit der Identifizierung der Größe mit Hilfe des Maßstabs ist ein wichtiger Punkt für das korrekte Lesen der Karte, um die Ausdehnung des in der Karte dargestellten Gebiets beurteilen zu können. Der Kartenmaßstab gibt das Größenverhältnis zwischen der Realität und der Darstellung an. Er wird in Bruchform angegeben (z.B. 1:10.000) und seine Größe bestimmt entscheidend den Umfang des Karteninhalts und die Detailliertheit der abgebildeten Elemente. Bei Kartenserien erleichtert die Beibehaltung eines Maßstabs die Nutzung und Auswertung der Karten (Asche, H. 2006). Für Bildschirmkarten ist es sinnvoller mit Maßstabsleisten zu arbeiten, die sich bei Vergrößerung und Verkleinerung des Ausschnitts ebenso verändern.
2.3 Gestaltungskriterien im Internet
Web-Kartographie ist ein aktueller Trend in der Kartographie, die auch für dieses Thema genutzt wird. Neben kartographischen Richtlinien, die für Bildschirm- (Screenmap), als auch Papierkarten gelten, müssen für Internetseiten ebenso bestimmte Regeln eingehalten werden. Die Einhaltung solcher Regeln ist ausschlaggebend für den Nutzen der Karten. Auch hier ist wichtig für welche Anwender die Karten veröffentlicht und für welche Informationsvermittlung diese herangezogen werden sollen (Kraak, M.-J., A. Brown 2001: 9 - 10). Grundsätzlich unterscheidet sich die Web-Veröffentlichung durch folgende Merkmale von anderen Veröffentlichungsformen: die
Geschwindigkeit (des Bildaufbaus), die Interaktivität, die Kommerzialisierung (Suchmaschinen, Werbung usw.), der Nutzerkreis und die Einbettung (Verlinkung mit anderen Karten usw.). Diese Komponenten müssen in die Betrachtung eingebracht und berücksichtigt werden (Peterson, M. 2003: 41 - 45).
Bildschirmkarten erfordern auf Grund der Bildschirmauflösung von 72 dpi (hochauflösende Bildschirme mit 300 dpi sind noch selten und teuer) und der substraktiven Farbmischung der Grundfarben rot, grün und blau (RGB) bestimmte Gestaltungskriterien. Sie sollten zu Gunsten der Lesbarkeit auf die Bildschirmauflösung angepasst werden, was den Grad der Detailliertheit der Geoobjekte beschränkt. Auch muss die Seitengestaltung im Internet bestimmten Richtlinien folgen. Die Benutzerfreundlichkeit von Websites steigt mit den Möglichkeiten der Navigation, welches das Auffinden gewünschter
Informationen ermöglicht. Dieses sollte jedoch so klein wie möglich gehalten werden, um nicht vom eigentlichen Inhalt der Web-Site abzulenken (Nielsen, J. 2000: 18). Auch der Text muss deutlich kürzer gehalten werden, als auf ausgedruckten Seiten, da der Benutzer auf dem Bildschirm langsamer liest und die Information schnell erfassen möchte. Hilfreich hierfür sind klare Überschriften, die direkt wiedergeben, was der thematische Inhalt ist, Aufzählungen und Absätze (Nielsen, J. 2000: 101). Darüber hinaus sollte Text und Hintergrund farblich stark kontrastieren. Websites sollten so gestaltet sein, dass der Nutzer die zugehörige Dokumentation nicht benötigt und nicht viel Zeit in die Handhabung der Websites investieren muss (Nielsen, J. 2000: 129). Animationen sind für das Lesen des Inhalts der Website eher störend und sollten nie in einer Endlosschleife gezeigt werden. Dennoch können solche die Aufmerksamkeit erregen und Entwicklungen (z. B. von Emissionen) über einen langen Zeitraum hinweg darstellen. (Nielsen, J. 2000: 143). Die Navigation ermöglicht dem Nutzer Interaktionsmöglichkeiten, die jedoch immer unter bestimmten Voraussetzungen stehen sollte: „Wo bin ich? Wo bin ich gewesen? Wo kann ich hin?“ (Nielsen, J. 2000: 188)
3 Methodische Vorgehensweise
Bevor auf die Darstellung der Daten in Karten im Einzelnen eingegangen werden kann, muss in diesem Kapitel zunächst geklärt werden, warum sich der Einsatz eines GIS zur Kartenerzeugung für das Thema dieser Arbeit eignet und welches Gründe für die Darstellung der Daten in einer Karte sind. Die methodischen Ansatzpunkte zur Erzeugung der Karten mit dem GIS YADE und Veröffentlichung im Umweltatlas von Berlin mit Hilfe des FIS-Brokers ergeben sich auf Grund der vielfältigen Funktionalitäten eines GIS. Einerseits kann das GIS dem Nutzer eine Karte für die Raumanalyse präsentieren und andererseits eine Bereitstellung von Daten ermöglichen. Keine andere vergleichbare Software bietet die Kombination beider Funktionen an. Besonders hinsichtlich der gesetzlichen Verpflichtung Luftgütedaten zu veröffentlichen eignet sich das GIS als Werkzeug, da einerseits explizite Daten bereitgestellt werden können und andererseits eine Veranschaulichung mit Hilfe von Karten erfolgen kann.
Die Interviews, die zum Abschluss der Arbeit geführt werden, sollen die Karten und die Art der Visualisierung bewerten. Die Interviewführung nach Methode des Experteninterviews wird ebenfalls in diesem Kapitel erläutert und analysiert.
3.1 Sinn der Nutzung eines GIS zur Erzeugung von Karten
Die These, dass die Nutzung eines GIS aus verschiedenen Gründen Sinn ergibt, gilt es nun zu beweisen, um die methodische Herangehensweise zu rechtfertigen. Dafür muss zunächst noch einmal die Fragestellung aufgegriffen werden. Diese versucht zu hinterfragen, welche Möglichkeiten es gibt, mit einem GIS Karten zum Thema Luftverschmutzung in Berlin zu erzeugen und inwieweit diese als Informationsvermittlung der Öffentlichkeit und dem Fachpublikum gerecht werden. Dafür ist das Abrufen der Daten von besonderer Relevanz. Die Nutzung eines GIS ergibt sich demnach aus einer kombinierten Zielsetzung. Es soll zum einen mit Hilfe von Karten eine Veranschaulichung der Verteilung ausgewählter Luftparameter im Raum erfolgen und zum anderen die zeitliche Entwicklung der Luftgüte visualisiert werden. Das GIS birgt den großen Vorteil der ständigen Verfügbarkeit der Mess- und Geobasisdaten für den Nutzer und somit auch eine Erleichterung der Verwaltung dieser Daten für den Kartenerzeuger. Außerdem können GIS-Karten durch Georeferenzierung räumliche Zusammenhänge illustrieren, und so Planungsansätze vereinfachen, welche Verbesserungen der Luftqualität herbeiführen sollen (Birkin, M. et al. 1996: 149). Im Zusammenhang mit der Veröffentlichung im Umweltatlas lassen sich die GIS-basierten Karten als Bildschirmkarten gut mit anderen (ebenfalls im GIS erzeugten) thematischen Karten kombinieren und überlagern (Kraak, M.-J., F. Ormeling 2003: 2). So kann das UIS problemlos ergänzt und erweitert werden. Das GIS ermöglicht erst das Gesamtkonzept, auf dem der Umweltatlas aufbaut. Darüber hinaus können in der untersten Ebene Hintergrundkarten dem räumlichen Bezug der thematischen Aussage dienen und die Auswertung der Datensätze um ein Vielfaches erleichtern. Für den zukünftigen Nutzer kann die zu vermittelnde Information gut aufbereitet und entsprechend selektiert werden. Diese Vorgehensweise ermöglicht demnach, sowohl den Anforderungen der Öffentlichkeit als auch dem Fachpublikum gerecht zu werden. Nachteil der Nutzung eines GIS ist jedoch, dass es ursprünglich vor allem der Analyse von Daten und weniger der Erzeugung von Karten und Graphiken dient. Die Visualisierung gehört nicht zu den Hauptaufgaben und aus diesem Grund sind die Ausdrucksformen eingeschränkt. Die visuellen Grenzen des GIS YADE liegen in den fehlenden Möglichkeiten zu Animationen oder anderen innovativen Visualisierungen (3D). Es ist eine sehr konventionelle Software, die jedoch für die Grundlagenarbeit im Umweltatlas ausreicht.
Die vom GIS erzeugten thematischen Karten geben Ergebnisse von Analysen wieder und dienen als Arbeitshilfe und Speicher des Wissens. Die Daten können frei modelliert und auf Grund der Visualisierung besser analysiert werden.
Außerdem werden die Daten vom Kartenerzeuger - dem Experten - einer Rationalisierung und Generalisierung unterzogen, so dass Informationen gefiltert und akzentuiert werden. Dies erfolgt durch Objektselektion, Objektbildung und Objektklassifikation. So wird die Effizienz der Informationsübermittlung erhöht. „Raumbezüge [werden grundsätzlich] in bildlicher Form [...] deutlich besser wahrgenommen als Raumbezüge, die in Form von Texten und Tabellen kodiert sind (Dickmann, F. 2004: 13).“
Der methodische Einsatz des FIS-Brokers als Web-GIS und die damit realisierte Veröffentlichung im Internet stellen Potentiale für Bildschirmkarten, aber auch für GIS-Software dar. Im Gegensatz zu Papierkarten sind Web-Maps durch multimediale, dynamische und interaktive Komponenten gekennzeichnet. Durch das Anklicken bestimmter Flächen oder Symbole können weitere Webseiten über die normale Darstellung einer Karte hinaus gezeigt oder Fotos, Texte und Graphiken aufgerufen werden. Mit der Veröffentlichung im Internet kann darüber hinaus davon ausgegangen werden, dass eine Erweiterung des Nutzerkreises erfolgt, da Papierkarten seltener von der Öffentlichkeit genutzt werden. Mit Hilfe der Internet-Technologie können die GI-Systeme „mit einem großen Teil ihrer Funktionen auf vernetzten Rechnern Einsatz finden und [auch so] wesentlich größere Nutzerkreise erschließen (Dickmann, F. 2001: 20).“ Ein Nachteil von Bildschirmkarten im Vergleich zu Papierkarten sind jedoch die technischen Voraussetzungen, mit denen ein Nutzer zunächst ausgestattet sein muss. Dazu zählt ein Computer (Hardware), der ausreichend Arbeitsspeicher und einen Internetzugang anbietet, um die Karten abrufen und anzeigen zu können.
3.2 Qualitative Analyse mit Hilfe von Experteninterviews
Am Ende der Arbeit werden zur Bewertung der Karten einige Experteninterviews geführt. Die Auswahl der Interviewpartner wird über eine Recherche im Internet getroffen. Diese sucht Personen, die in ihrer Qualifikation und ihrem beruflichen Aufgabenbereich für die Beurteilung der Karten geeignet scheinen. Die Experten sind Personen anderer Abteilungen der Senatsverwaltung, die zu den potentiellen fachinternen Nutzern der Karte zählen oder den Universitäten Berlins und der Technischen Fachhochschule. Zwei Interviews setzen sich mit Anforderungen und Erwartungen von GIS-Experten auseinander, so dass nicht nur kartographische Aspekte, sondern auch das Möglichkeitsspektrum des GIS mit herangezogen werden kann. Da diese qualitative Interviewform als Querschnittsuntersuchung lediglich einige Expertenmeinungen einholen soll, um deutliche Aussagen herauskristallisieren zu können, erscheinen fünf bis sechs Interviews hinreichend.
Die Interviewten sollen die erzeugten Karten aus ihrer jeweiligen Expertensichtweise beurteilen und entsprechende Verbesserungsvorschläge machen. Ziel dabei ist es herauszufiltern, welche Ansätze gut und welche weniger gelungen sind, ob kartographische Richtlinien eingehalten wurden und ob das Thema verständlich ist. Die Interviewpartner sollen darüber hinaus bewerten, wie gut die Karten in der Anwendung funktionieren und ob die Möglichkeiten des GIS ausgeschöpft wurden. Dafür wird die Interviewmethode nach Vorbild des Experteninterviews geführt, welches als eine leitfadengestützte Interviewform relativ offen ist. Diese halbstandardisierte Interviewform gibt dem Befragenden „weitgehende Freiheiten in der Gestaltung der Frageformulierungen, der Frageabfolge oder Streichung von Fragen [...]. Entscheidend für die Abgrenzung zu standardisierten Interviews ist, dass es im Interview keine Antwortvorgaben gibt und dass die Befragten ihre Ansichten und Erfahrungen frei artikulieren können (Flick, U. et al. 1991: 177).“ Der Leitfaden beinhaltet neben Standardfragen nach dem Beruf, der Ausbildung und der Qualifikation zur Beurteilung dieses Themas vor allem Fragen zu den Erwartungen an die Umsetzung. Außerdem werden Kriterien herausgestellt, die der Bewertung der Karten dienen. Des Weiteren wird die Funktionalität und Benutzerfreundlichkeit hinterfragt und die Fähigkeit der Informationsvermittlung herausgefiltert. Die Interviews variieren in Länge und Intensität, da bei einigen Interviewten eher ein thematisches und bei anderen ein methodisches Hintergrundwissen vorhanden ist. Die Gespräche sollten etwa eine Stunde dauern und am Arbeitsplatz der Gesprächspartner stattfinden. Es muss ein Internetzugang vorhanden sein, um die Karten im Internet abrufen zu können. Die Gespräche werden aufgezeichnet, um eine genaue Paraphrasierung und Codierung des Interviews und eine systematische Auswertung möglich zu machen und so in einer qualitativen Inhaltsanalyse die tatsächlichen Kritikpunkte und die Bedeutung des Gesagten herauszufiltern (Mayring, P. 1990). Ziel dieser Interviews ist es, die Karten auf Grund der Vorschläge zu verbessern und eine Einschätzung über die Qualität und die Einhaltung der kartographischen Richtlinien zu erhalten.
4 Hintergrundinformationen zur Luftreinhalteplanung - Emissionen vs. Immissionen
Bevor das Thema Luftverschmutzung in Berlin’ in Karten visualisiert werden soll, müssen zunächst wichtige Hintergrundinformationen zur Problematik der Luftverunreinigung geliefert werden. Nur so können die Ziele der Visualisierung richtig beurteilt werden. Die Differenzierung in die Teilbereiche Emissionen und Immissionen und die Benennung der wichtigsten chemischen Bestandteile der Luftverschmutzung dienen der thematischen Einführung. Die Art und Weise, wie eine Ermittlung der Messwerte erfolgt und welches die gesetzlichen Rahmenbedingungen dafür sind, zeigt auf, welch ein Zusammenhang zwischen der Verwaltung, der Politik, den Gesetzesvorgaben und der Veröffentlichung von Daten besteht.
4.1 Wichtige Stoffe für die Luftreinhalteplanung
Allgemein kann man Luftverunreinigungen als Veränderungen der natürlichen Zusammensetzung der Luft, vor allem durch Rauch, Ruß, Staub, Gase, Aerosole, Dämpfe oder Geruchsstoffe bezeichnen. Die Unterscheidung in Emissionen und Immissionen ergibt sich aus dem Einfluss, der im Laufe der Zeit auf die Stoffe ausgeübt wird. Emissionen sind die von einer Anlage ausgehenden Luftverunreinigungen. Immissionen hingegen sind die auf Menschen und Tiere, Pflanzen oder andere Sachen einwirkende Luftverunreinigungen (Kalmbach, S., J. Schmölling 1994: 13). Emissionen und Immissionen bestehen zwar grundsätzlich aus den gleichen Stoffen, diese sind jedoch in verschiedenen Verhältnissen vertreten. Die Werte der Emissionen können deshalb nicht 1 : 1 auf die Immissionswerte übertragen werden, da sowohl Transformationsereignisse (ein chemischer Stoff wird durch Einfluss der Umwelt umgewandelt) als auch kurzfristige meteorologische Ereignisse (z. B. der Niederschlag) auf die Emissionen einwirken. Die Jahreszeit und die damit verbundene Temperatur oder die Windstärke, die Niederschläge und die Luftfeuchtigkeit sind mitunter ausschlaggebend für aktuelle Immissionswerte. Als Beispiel für den Einfluss von Transformationsprozessen und meteorologischen Ereignissen sei hier die Ozonbelastung genannt, die an heißen Sommertagen besonders hoch ist, da Stickstoffdioxid und flüchtige organische Gase mit zunehmender Sonneneinstrahlung auch zunehmend Ozon bilden. Diese Erhöhung der Immissionen hat zunächst nichts mit der Erhöhung der Emissionen von Stickstoffdioxid zu tun.
Wichtige Komponenten für die Analyse der Luftverschmutzung sind Gesamtstaub, Feinstaub (PM10), Ruß, Stickoxide (NOx), Stickstoffdioxid (NO2), Schwefeldioxid (SO2), Kohlenmonoxid (CO), Benzol, Toluol, Xylol, Ozon und Blei (vgl. Anhang).
Für die Immissionen gibt es Grenzwerte, die sich an Vorgaben der WeltGesundheitsorganisation (World Health Organisation, WHO) orientieren, welche wiederum in Richtlinien der Europäischen Union (EU) verankert sind. Sie sollen eine gesundheitliche Beeinträchtigung vor allem von Stadtbewohnern begrenzen, auf die eine besonders starke Luftverunreinigung einwirkt, aber auch die Flora und Fauna schützen. Die Rechtsgrundlagen und Grenzwerte für die Luftreinhaltung auf nationaler Ebene bilden das BundesImmissionsschutzgesetz (BImSchG) und die aufgrund dieses Gesetzes erlassenen Rechtsverordnungen.
4.2 Das Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG)
Das BImSchG dient gemäß § 1 dem Zweck „Menschen, Tiere und Pflanzen, den Boden, das Wasser, die Atmosphäre sowie Kultur- und sonstige Sachgüter vor schädlichen Umwelteinwirkungen zu schützen und dem Entstehen schädlicher Umwelteinwirkungen vorzubeugen.“
Das BImSchG ist vor allem für städtische Ballungsräume von erheblicher Bedeutung, da diese sich vermehrt mit Umweltverschmutzungen konfrontiert sehen. Dieser Sachverhalt ist das Ergebnis der Konzentration von Verbrennungsprozessen (Emissionsprozessen), die aus der hohen Einwohnerdichte in Städten resultiert. Die entsprechenden Grenzwerte zur Luftreinhaltung sowie Richtlinien zur Erfassung und Veröffentlichung verschiedener Luftparameter sind durch Rechtsverordnungen aufgrund des BImSchG geregelt. Auf Länderebene sind die jeweiligen Umweltministerien für die Umsetzung des BImSchG und die entsprechenden Rechtsverordnungen zuständig. In Berlin ist dies die Senatsverwaltung für Stadtentwicklung.
Mit diesem Gesetz sollen Emissionen, die einen negativen Einfluss auf ihre Umwelt haben, vermindert oder sogar vermieden werden. § 2 BImSchG definiert, welche Emissionen als schädlich erachtet werden müssen. Für eine flächenhafte Datenerhebung, die Grundlage der Visualisierung in Karten, ist die Emissionserklärung gemäß § 27 BImSchG von besonderer Bedeutung. Sie verpflichtet Betreiber genehmigungspflichtiger (genehmigungsbedürftiger) Anlagen in einem Emissionskataster regelmäßige Angaben (alle 4 Jahre) „über Art, Menge, räumliche und zeitliche Verteilung der Luftverunreinigungen, die von der Anlage in einem bestimmten Zeitraum ausgegangen sind (Landmann, R. von, G. Rohmer 2005: § 27, Absatz 1)“ zu machen. Darüber hinaus verpflichtet sie die zuständige Abteilung der Senatsverwaltung in ebenso regelmäßigen Abständen flächenhafte Angaben zu Hausbrand und Verkehr zu erstellen.
Für diese Arbeit ist außerdem der Teil des BImSchG von Relevanz, der die gesetzliche Überwachung und Verbesserung der Luftqualität und die Luftreinhalteplanung beinhaltet. Demzufolge gehört es nach den §§ 44 und 46 des BImSchG zu den Aufgaben des Landes Berlin, in Gebieten mit relevanten
Luftverunreinigungen, Art und Umfang der Immissionen zu erfassen und deren Ursachen und Entstehung zu erforschen (Reichenbächer, W. 2003). Gemäß § 44 BImSchG sind die zuständigen Behörden zu regelmäßigen Untersuchungen der Luftqualität an verschiedenen Standorten verpflichtet. Die Maßnahmen zur Luftverbesserung sind gemäß § 45 BImSchG ebenfalls von den zuständigen Abteilungen der Senatsverwaltung für Stadtentwicklung durchzuführen. Diese Schutzmaßnahmen dürfen nach der europäischen Gesetzgebung weder eine Beeinträchtigung anderer Mitgliedsstaaten zur Folge haben, noch den Vorschriften zum Schutz von Gesundheit und Sicherheit widersprechen. Sollte eine Überschreitung der in § 48a Abs.1 BImSchG festgelegten
Immissionsgrenzwerte erfolgen, hat jede Behörde einer Großstadt gemäß § 47 Abs. 1 des BImSchG die Verpflichtung, in deren Einzugsgebiet einen Luftreinhalteplan zu erstellen (Landmann, R. von, G. Rohmer 2005). Dieser beinhaltet, welche Maßnahmen erforderlich sind, um die Luftgütewerte dauerhaft zu verbessern. Die Unterscheidung zwischen Emissionen und Immissionen ist für den Luftreinhalteplan wichtig, da Maßnahmen immer emittentenbezogen sein müssen. Gemäß § 46a BImSchG muss die
Öffentlichkeit über die Luftqualität in Luftreinhalte- und Aktionsplänen informiert und von Überschreitungen der Grenzwerte und Alarmschwellen unverzüglich[5] über Medien wie Rundfunk, Fernsehen und Presse in Kenntnis gesetzt werden (Landmann, R. von, G. Rohmer 2005).
4.3 Das Emissionskataster für Hausbrand, Industrie und Verkehr
Aus der gesetzlichen Verpflichtung zu einer Emissionserklärung resultiert ein Emissionskataster für Industrie. Dieses liefert die Datenbasis für die Visualisierung der Emissionen. „Unter einem Emissionskataster ist die Auflistung aller anthropogenen Quellen luftverunreinigender Stoffe in einem bestimmten Gebiet zu verstehen (Reichenbächer 2003: 1).“ Die
Hauptemissionsstoffe aller Emittentengruppen sind Schwefeldioxid (SO2), Stickstoffoxide (NOx), Kohlenmonoxid (CO), Stäube und organische Gase, wobei sich diese Arbeit nur mit Daten von Schwefeldioxid (SO2) und Stickoxiden (NOx) auseinandersetzt, da nur für diese Stoffe die Messdaten über einen langjährigen Zeitraum hinweg bestehen. Die Werte für Emissionen aus Industrieanlagen werden von den Betreibern selbst gemessen und berechnet, solche für Hausbrand und Verkehr von der Senatsverwaltung. Die Hochrechnungsverfahren und die Zugehörigkeiten zu den einzelnen
Verursachergruppen orientieren sich an dem Erläuterungstext der Emissionskataster Hausbrand, Industrie bzw. Verkehr (Reichenbächer, W. 2003, vgl. Anhang).
4.4 Das Berliner-Luftgüte-Messnetz zur Erfassung der Immissionen
In Berlin existieren zwei Luftgütemessnetze. Das Hauptmessnetz BLUME (Berliner Luftgütemessnetz) und das Ergänzungsnetz RUBIS (Ruß- und BenzolImmissionssammler). Mit dem BLUME-Messnetz wird seit 1976 in Berlin (West) die Menge und Zusammensetzung der Immissionen erfasst. Nach der Wiedervereinigung 1989 wurde das Messnetz auf ganz Berlin ausgeweitet. Die BLUME-Container messen wesentlich mehr Luftparameter als die RUBISMessstationen. Dazu gehört Gesamtstaub, Feinstaub (PM10), Stickoxide (NOx), Schwefeldioxid (SO2), Kohlenmonoxid (CO), Benzol, Toluol und Ozon. Diese Werte werden elektronisch ermittelt und alle fünf Minuten an eine Messzentrale weitergegeben. Aus diesen Werten werden 1h-, 8h-, 24h- und Jahresmittelwerte berechnet.
Die RUBIS-Messstationen hingegen, die erst seit April 1997 im Einsatz sind, sind kleine, preiswertere Probeentnahmegeräte, die meist an Laternen von Hauptverkehrsstraßen angebracht sind. Sie dienen vor allem der Ermittlung der Emissionen aus dem Verkehr. Mit diesen Geräten werden Benzol-, Ruß- und Stickoxid-Wochenproben und seit 2005 aus finanziellen Gründen nur noch 14- Tages-Proben gesammelt und im Labor analysiert. Diese manuell erzeugten Daten werden wegen des analysebedingten zeitlichen Versatzes zwischen Messung und Erhalt der Ergebnisse und ihrer geringen zeitlichen Auflösung ausschließlich als Jahresmittelwert in den Jahresberichten veröffentlicht. Das Messnetz hat sich in den letzten Jahren auf 15 ortsfeste BLUME-Messcontainer (siehe Abbildung 2: rote Punkte) verkleinert, da die Belastung der Luft vor allem mit Schwefeldioxid und Schwebstaub erheblich zurückgegangen ist. Zudem wurde das Messspektrum der meisten Stationen aus Kostengründen stark verringert. Darüber hinaus gibt es drei meteorologische Stationen, die ebenfalls zum BLUME-Messnetz zählen (siehe Abbildung 2: grüne Punkte, wobei eine Station sowohl BLUME-Container, als auch Meteorologiemessstation ist). Das RUBIS-Messnetz besteht mittlerweile aus 36 Stationen (siehe Abbildung 2: blaue Punkte). Aktuell wird demnach mit insgesamt 56 Messstationen gemessen, wobei an einigen Orten sowohl BLUME-Messcontainer, als auch RUBIS-Stationen messen.
[...]
[1] ein von der Firma ESRI eingeführtes Format zur Speicherung von Geometriedaten (ArcGIS)
[2] Zeichentheorie: Die wechselseitige, dialogisierende Kommunikation ist nur dann sinnvoll, wenn die Kommunikatoren ein bestimmtes gemeinsames Repertoire an Zeichen und Zeichenbedeutungen besitzen. Nur dann ist es dem Empfänger möglich, die durch die Zeichen codierten Informationen in ihrem Sinngehalt zu gewinnen. (Hake, G. et al. 2002: 10)
[3] Im Koordinatensystem Soldner-Berlin bezeichnen y und x die Entfernung östlich und nördlich von einem fiktiven Koordinatennullpunkt in Metern. Dieser liegt 40.000 m westlich und 10.000 m südlich vom Trigonometrischen Punkt Müggelberg. URL: http://www.kulturbuch-verlag.de/online/brv/BRV.PDF. Stand 07.08.2006
[4] Bessel- und Krassowski-Ellipsoid: Referenzellipsoid, der sich der Erdkrümmung anpasst und Datengrundlagen für Vermessungsnetze ergänzt. Die verschiedenen Ellipsoide haben eine unterschiedliche Achsendimension. (Bollmann, J., W.G. Koch 2001: 78/189)
[5] nach § 121 Abs.1 BGB heißt unverzüglich: „Ohne schuldhaftes Zögern“, innerhalb von 7 Tagen
- Citation du texte
- Magistra Artium Janina Seemann (Auteur), 2007, Karten als Informationsvermittler für die Öffentlichkeit, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/94022
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