Virtuelle Welten – reale Entscheide? Die Alpen im Modellbaukasten [original]

Synthesebericht NFP 48

Virtuelle Welten – reale Entscheide?

Synthesebericht NFP 48

Virtuelle Welten – reale Entscheide?

Die Alpen im Modellbaukasten

Thematische Synthese zum Forschungsschwerpunkt V

«Virtuelle Repräsentation»

Landschaften bieten keinen Raum für Experimente. Was in ihnen realisiert wird, bildet – meist für Jahr-

zehnte oder gar für Jahrhunderte – einen unauslöschlichen Teil von ihnen. Bevor endgültige Entscheide

gefällt werden, ist deshalb umsichtige und vorausschauende Planung gefordert. Computergestützte

Modelle erlauben es, Entwicklungsoptionen und Entscheidungsalternativen zu prüfen und zu visualisieren.

Entsprechend gewinnt die virtuelle Wiedergabe von Landschaftsprozessen in der Planung zunehmend

an Bedeutung.

Die thematische Synthese V des Nationalen Forschungsprogrammes 48 «Landschaften und Lebensräume

der Alpen» zeigt das Potenzial computer gestützter Modelle und Visuali sierungen für die Raum- und Land -

schafts planung auf und lotet den aktuellen Stand der Forschung aus. Die im Rahmen des NFP 48 entwickelten

Modelle behandeln die wichtigsten Themenkomplexe der Raum- und Landschaftsplanung in den Alpen –

Mechanismen und Land schaftsveränderungen durch sich wandelnde landwirtschaftliche Nutzung, den

Tourismus und intensive Siedlungsentwicklung oder das sich als Folge der Klimaerwärmung verändernde

Naturgefahren potenzial. Die Synthese V beleuchtet Chancen und Hindernisse von Modellen und Visuali -

sie rungen in der Planungspraxis und stellt dar, wie die Formulierung von «Use Cases» die Entwicklung

computergestützter Modelle und der dazugehörigen Software für die Praxis erleichtert und verbessert.

Autorenteam:

Ariane Walz, Christian Gloor, Peter Bebi, Andreas Fischlin, Eckart Lange, Kai Nagel, Britta Allgöwer

Herausgeber:

Schweizerischer Nationalfonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung SNF

Schweizerischer Nationalfonds

Fonds national suisse

Swiss National Science Foundation

www.vdf.ethz.ch

verlag@vdf.ethz.ch

Synthesebericht NFP 48

Virtuelle Welten – reale Entscheide?

Die Alpen im Modellbaukasten

Thematische Synthese zum Forschungsschwerpunkt V

«Virtuelle Repräsentation»

Ariane Walz, Christian Gloor, Peter Bebi, Andreas Fischlin, Eckart Lange, Kai Nagel, Britta Allgöwer

ISBN: 978–3–7281–3202-4

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Virtuelle Welten – reale Entscheide?

Die Alpen im Modellbaukasten

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Für Walter Schaufelberger (23.5.1940 – 14.9.2008) in tiefer Dankbarkeit

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vdf Hochschulverlag AG an der ETH Zürich

Virtuelle Welten – reale Entscheide?

Die Alpen im Modellbaukasten

Thematische Synthese und Ausblick zum Forschungsschwerpunkt V

«Virtuelle Repräsentation»

Nationales Forschungsprogramm 48 «Landschaften und Lebensräume der Alpen»

des Schweizerischen Nationalfonds

Ariane Walz, Christian Gloor, Peter Bebi, Andreas Fischlin, Eckart Lange, Kai Nagel und

Britta Allgöwer, Zürich und Davos, 2008

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Walz, Ariane et al.: Virtuelle Welten - reale Entscheidungen? Die Alpen im Modellbaukasten, © vdf Hochschulverlag 2009

Impressum

Projektteam

Dr. sc. techn. Britta Allgöwer, Geographisches Institut, Universität Zürich (Gesamtleitung); Dr. sc. natw. Ariane Walz, WSL-SLF

(Wissenschaftliche Bearbeitung); Dr. Christian Gloor, Universität Zürich (Wissenschaftliche Bearbeitung); Dr. Peter Bebi, WSL-SLF;

Dr. sc. natw. Andreas Fischlin, ETH Zürich; Prof. Dr. Eckart Lange, University of Sheffield; Prof. Dr. Kai Nagel, TU Berlin

Begleitgruppe

Leitungsgruppe des NFP 48: Prof. Dr. Wolfgang Haber, Freising, Deutschland; Prof. Dr. Bernard Lehmann, ETHZ, Zürich; Dr. Michael Weber,

ETHZ, Zürich; Stefan Husi, Schweizerischer Nationalfonds SNF; Urs Steiger, Kommunikationsbeauftragter NFP 48

Wissenschaft: Prof. Dr. Walter Schaufelberger, Institut für Automatik, ETHZ, Zürich

Bundesverwaltung: Fred Baumgartner, Sektion Siedlung und Landschaft, Bundesamt für Raumentwicklung ARE, Bern; Dr. Urs Frei, Bereich

Raumfahrt, Staatssekretariat für Bildung und Forschung, Bern

Kantonale Verwaltung: Walter Castelberg, Amt für Wirtschaft und Tourismus Kanton Graubünden, Chur; Cla Semadeni, Amt für Raumplanung

Kanton Graubünden, Chur

Politik: Hans Peter Michel, Landammann der Landschaft Davos Gemeinde, Davos

Vertreter der Praxis (Planung und Wirtschaft): Maria von Ballmoos, Davos, Graubünden; Thomas Schneider, Lodano, Tessin; Peder Plaz,

Co-Geschäftsführer des Wirtschaftsforums Graubünden, Chur

Bild Titelseite: Ausschnitt aus einer Animation, berechnet für das Use Case-Beispiel der Synthese V.

Bilder Kapitelseiten 1 bis 6: Grafische Umsetzungen aus Bildern der Synthese V.

Gestaltung: Grafikatelier Max Urech, Interlaken

Publiziert mit Unterstützung des Schweizerischen Nationalfonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung.

Empfohlene Zitierweise

Autorinnen/Autoren: Walz, A.; Gloor, C.; Bebi, P.; Fischlin, A.; Lange, E.; Nagel, K.; Allgöwer, B.

Titel: Virtuelle Welten – reale Entscheide? Die Alpen im Modellbaukasten

Untertitel: Thematische Synthese zum Forschungsschwerpunkt V «Virtuelle Repräsentation»

des Nationalen Forschungsprogramms NFP 48

«Landschaften und Lebensräume der Alpen» des Schweizerischen Nationalfonds SNF

Ort: Zürich

Jahr: 2008

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek

Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische

Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.

ISBN : 978–3–7281–3202–4

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Walz, Ariane et al.: Virtuelle Welten - reale Entscheidungen? Die Alpen im Modellbaukasten, © vdf Hochschulverlag 2009

This work is licensed under a creative commons license

Dieses Werk ist gedruckt unter www.vdf.ethz.ch erhältlich

Inhalt

Inhaltsverzeichnis

Dank

Prolog

Kurzfassung

1 Einführung

2 NFP 48-Projekte mit Modellierungscharakter

3 Einsatz von Modellen in der Raum- und Landschaftsplanung

4 Virtuelle Repräsentation – vom «schönen Bild» zum hilfreichen Planungsinstrument

5 Fazit

6 Anhang

Literaturverzeichnis

Begleit-CD-ROM zur Synthese

105

117

124

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Walz, Ariane et al.: Virtuelle Welten - reale Entscheidungen? Die Alpen im Modellbaukasten, © vdf Hochschulverlag 2009

Inhaltsverzeichnis

Dank

Prolog

Kurzfassung

1 Einführung

1.1 Motivation

1.2 Bedeutung der Synthese V für die Alpenforschung

1.3 Begleitgruppe

1.4 Zielpublikum der Synthese V

1.5 Ziele

1.6 Fragenkatalog

1.7 Aufbau der Synthese V

1.8 Definition und Abgrenzung von Schlüsselbegriffen

2 NFP 48-Projekte mit Modellierungscharakter

2.1 Vorstellung der Projekte

2.2 Merkmale der Projekte

2.2.1 Einordnung in die Landschaftsforschung

2.2.2 Inhaltliche Ausrichtung

2.2.3 Methodische Ansätze der Modellierung

2.2.4 Räumliche und zeitliche Skalen

7INHALTSVERZEICHNIS

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Walz, Ariane et al.: Virtuelle Welten - reale Entscheidungen? Die Alpen im Modellbaukasten, © vdf Hochschulverlag 2009

2.2.5 Die wichtigsten Szenarien für die Schweizer Alpen

2.2.6 Datengrundlagen der Projekte

2.2.7 Funktion der Modelle

2.2.8 Kommunikation und Visualisierung der Ergebnisse

2.3 Bewertung des Gesamtbeitrags

2.3.1 Komplementäre Ansätze und Kombination von Ansätzen

2.3.2 Technische Fortschritte bei der Kombination von Ansätzen

2.3.3 Einsatzpotenzial für die praktische Anwendung

3 Einsatz von Modellen in der Raum- und Landschaftsplanung

3.1 Erwartungen an virtuelle Planungsinstrumente

3.2 Probleme und Lösungsansätze zur Etablierung von Modellen in der Planungspraxis

3.2.1 Datenverfügbarkeit und -qualität

3.2.2 Schnittstellen zwischen verschiedenen Tools

3.2.3 Erforderliche Vielschichtigkeit und Komplexität

3.2.4 Übertragbarkeit von Modellen

3.2.5 Mögliche Funktionen im Planungsprozess

3.2.6 Etablierung von Modellen in der Planungskultur

3.3 Leitfaden zur Beurteilung des Einsatzbereiches der Modelle

4 Virtuelle Repräsentation – vom «schönen Bild» zum hilfreichen Planungsinstrument

4.1 Wie entwickelt man die fallspezifische, individuell angepasste Software-Lösung?

4.1.1 Der Anwendungsfall – oder von der «kleinen Geschichte» zur Funktionalitätenliste

4.1.2 Von der Idee zur Realisierung – wer nimmt welche Rolle ein?

4.2 Ein didaktisches Beispiel – Belegung der Wanderwege rund um den Schatzalpturm

4.2.1 Aufwand für die Herstellung der gewünschten Schatzalp-Animation

4.2.2 Verwendete Visualisierungstypen

8NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V

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INHALTSVERZEICHNIS 9

4.3 Beispiele aus dem NFP48

4.3.1 Use Case aus Alpscape

4.3.2 Use Case aus Ipodlas

4.3.3 Use Case zu den Auswirkungen von sich ändernden Rahmenbedingungen für

die Landwirtschaft auf Landschaft und Tourismus in den Alpen

4.4 Schlussfolgerungen für die Software-Entwicklung und Anwendung

im Bereich Planung und Landschaftsanalyse

5 Fazit

6 Anhang

6.1 Dokumentation des Begleitgruppenprozesses

6.1.1 Auswertung der Fragebögen

6.1.2 Anforderungsprofil an Modelle aus Sicht der (potenziellen) Anwender

Literaturverzeichnis

Begleit-CD-ROM zur Synthese V

105

106

108

117

124

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DANK 11

Dank

Soll eine Synthese im Bereich «Virtuelle Repräsentation»

geschrieben werden? Diese Frage hat nicht nur die NFP 48

Programmleitung eingehend beschäftigt, sondern auch das

Autorenteam der vorliegenden Synthese V.

Kann in vernünftige Worte gefasst werden, was eine

Computer ani mation scheinbar spielerisch und mühelos

ver mittelt? Und was hat das mit Landschaften und Lebens -

räumen der Alpen zu tun? Vieles oder auch nichts. Be -

trach tet man die analysierten NFP 48-Arbeiten mit Model -

lierungscharakter unter dem thematischen Aspekt, sind

sie alle an den Alpenraum gebunden. Interessiert der

Modellierungs- und Technikaspekt, werden die Alpen irre-

levant. Methoden im Bereich der Virtuellen Repräsen ta -

tion und der Landschaftsanalyse können irgendwo auf der

Welt – auch in der imaginären Welt – entwickelt werden.

Der angedeutete Spagat spiegelt sich nicht nur in der

Synthese V wider, sondern auch im Schwer punkt V des

NFP 48. Diese Projekte pendeln alle zwischen metho di -

schen und thema ti schen Aspek ten hin und her und neh -

men dement spre chend wech selnde Betrach tungswinkel

ein. Auch das Autoren team der Synthese V war sich nicht

immer klar, geschweige denn einig, welchem Aspekt nun

die Priorität gegeben werden soll.

Synthese V «Virtuelle Welten – reale Entscheide? Die

Alpen im Modellbaukasten» liegt vor und es gilt, einen

grossen Dank von Herzen auszusprechen. Einerseits der

NFP 48-Programmleitung, welche uns diese Synthese an -

vertraute und andererseits dem Autorenteam, allen voran

Ariane Walz und Christian Gloor, unseren beiden NFP 48-

Post-Doktorierenden und Hauptautoren. Ohne die kons -

truk tive und stets wohlwollende Kritik der ganzen Pro -

grammleitung, namentlich von Prof. Wolfgang Haber und

Prof. Bernard Lehmann, aber auch ohne den grossen

Einsatz von Ariane Walz – die in dieser Zeit auch ihre

Tochter Marlena zur Welt brachte – und Christian Gloor,

der uns die animierte Welt erschloss, wäre diese Synthese

nie zustande gekommen!

Grosser Dank gebührt auch der Begleitgruppe der Syn -

these V. Diese hat nicht nur «begleitet», sondern auch die

Stakeholder-Gruppen des NFP 48 vertreten. Es ist nicht

selbstverständlich, dass Menschen mit einem vollen Pen -

sum sich Zeit nehmen, das Entstehen einer solchen Arbeit

über längere Zeit und mehrere Begegnungen hinweg mit

Interesse, kritischem Wohlwollen und wertvollen Anre gun -

gen zu begleiten. Ganz herzlich gedankt sei Prof. Walter

Schaufelberger und Thomas Schneider für die Bildung der

Subgruppe Informatik & Praxis, Fred Baumgartner für die

Anregungen aus Bundessicht und Dr. Urs Frei für das Redi -

gieren des Manuskriptes. Bei der zweiten Begleit -

gruppensitzung, dem Stakeholder-Treffen in Davos am

19.1.2007, stiess Frau Elisabeth Mani-Heldstab, Grosse

Land rätin von Davos und Grossrätin des Kantons Grau -

bünden, dazu und hat wertvollen Input beigetragen. Auch

dafür sei herzlich gedankt!

Repräsentation – ob virtuell oder real – bedarf der ge -

konnten und durchdachten Gestaltung. Ohne Max Urech,

Grafiker und Erschaffer der grafischen Identität des NFP

48, würde die Synthese V ebenfalls nicht vorliegen. Er hat

es hervorragend verstanden, die abstrakten, mitunter tro-

ckenen Inhalte typografisch und bildlich dem Leser, der

Leserin näher zu bringen. Wir alle möchten im für seinen

unermüdlichen Enthusiasmus, sein Eindenken in den Text,

seine Geduld und sein Können ganz herzlich danken.

Ein grosses Dankeschön geht auch an die beiden

Lektorinnen des vdf, Hochschulverlag AG Zürich, Frau

Angelika Rodlauer und Frau Katharina Tschopp für die

sorgfältige Korrektur des deutschen Manuskripts.

Davos und Zürich, im Herbst 2007 und Sommer 2008

Britta Allgöwer, Gesamtleitung NFP 48-Synthese V

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Walz, Ariane et al.: Virtuelle Welten - reale Entscheidungen? Die Alpen im Modellbaukasten, © vdf Hochschulverlag 2009

NFP 48 THEMATISCHE SYNTHESE V12

Prolog

«Orascom Hotels & Development1(OHD) mit Sitz in

Kairo,Ägypten, plant in Andermatt ein Tourismus resort

mit Hotels, Ferienwohnungen und -häusern zu errich-

ten. Insgesamt sollen gegen 3’000 Gastbetten,

Kommerz flä chen und verschiedene Freizeitanlagen im

Sport- und Well nessbereich sowie ein 18-Loch-Golfplatz

entstehen.»

«Hafencity Flüelen:2Die Kombination der Lage am

Urner see und der des historischen Tourismusorts mit

dem Potential der Durchgangsreisenden könnte in Form

eines neuen Haltepunktes auf der internationalen Route

eine grosse Chance für das Alpental sein. Vorgeschlagen

wird ein kombinierter Bahn-, Auto- und Schiffshalt in

Flüelen als Entwicklungsschwerpunkt. Unter Nutzung

der Seelage und der Potentiale der Verkehrsträger kann

ein neuer Stadtteil in Form einer Hafencity mit Fern ver -

kehrsanschluss entstehen. Flüelen kommt wieder zum

See und wird zum attraktiven Anknüpfungspunkt des

historischen Siedlungsbogens an die Zukunft.»

«Vom Zauberberg zum Zauberturm:3Die Regierung4,5

hat die vom Davoser Stimmvolk am 31. Oktober 2004 be -

schlos sene Ortsplanungsrevision, mit welcher unter an -

de rem die Voraussetzung für einen 105 Meter hohen

Turm mit Hotel- und Wohnnutzung auf der Schatzalp

geschaffen wurde, genehmigt. Gleichzeitig hat die

Regierung die gegen das Turmkonzept eingereichten

Pla nungsbeschwerden abgewiesen.»

So lauten einzelne Kernsätze in den Unterlagen zu geplan-

ten Grossbauprojekten in den Alpen. Sind dies nun harm-

lose Papiertiger oder raumplanerischer Zündstoff? Plan -

spiele oder ernstzunehmende Entwicklungstrends in

einem sensiblen Raum?

Die NFP 48-Synthese V gibt darauf keine Antwort, aber

sie zeigt Möglichkeiten auf, wie solche Projekte durchge-

spielt werden können, bevor sie tatsächlich in die Realität

umgesetzt werden. «Virtuelle Welten – reale Entscheide»

symbolisiert denn auch das Spannungsfeld, in dem sich

Planung, Modellierung und gelebte Umsetzung befinden.

War es früher das Kartonmodell, welches die Vorstellungs -

kraft unterstützen musste, kann es einem heute bange

werden ob der Möglichkeiten, die das Internet und die

Rechenkapazität heutiger Personal Computer auftun. 3D-

und 4D-Planungswelten scheinen hier zum Kinderspiel zu

werden. Allerdings verschwimmen die Grenzen zwischen

Realität, Fiktion und Parallelwelten. Am 17. Mai 2007 ging

folgende Meldung durch den digitalen Blätterwald:6

«Deutsche Bank eröffnet Filiale in Second Life. Ber lin/

München/Grasbrunn – Im Wettlauf um die optimale Unter -

nehmensvermarktung in der virtuellen, 3D-simulierten

1SAWIRIS-Projekt: Richtplananpassung Urserntal, Erläuterungsbericht gemäss Art. 47 RPV, Korrekturexemplar Änderungen gegenüber Stand

12.09.06, Herausgeberin Kanton Uri, Justizdirektion, Projektleitung Andermatt, Tourismusresort Benno Bühlmann, Projektleiter,

Bearbeitung Ernst Basler + Partner AG, 8032 Zürich, 14.11.2006, pp. 60.

2Metron: Kurzzusammenfassung der Testplanung 06, pp. 1. REUR – Raumentwicklung unteres Reusstal Bericht Testplanung Juni 06 Marina

Uri, pp. 14.

3Pius App: Die Schatzalp – vom Zauberberg zum Zauberturm. Referat an der SommerUni Davos 2007 – Die Alpen zwischen Idylle und

Grossbaustelle, 20. – 24.08.2007, Davos.

4Regierungsbeschluss Kanton Graubünden vom 4.07.2006 (Protokoll-Nr. 815).

5http://www.link-gr.ch/wbb2/showthread.php?p=952 (Zugriff 1.06.2007).

6Zum Beispiel: http://www.news.ch oder http://www.nachrichten.ch/detail/275849.htm (Zugriff 1.06.2007).

7http://secondlife.com/world/de/whatis/ (Zugriff 1.06.2007).

8Koeppel, D. 2002. Massive Attack. Popular Science Online Magazine, November 2002, http://www.popsci.com/popsci/science/

(Zugriff am 6.06.2007).

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Walz, Ariane et al.: Virtuelle Welten - reale Entscheidungen? Die Alpen im Modellbaukasten, © vdf Hochschulverlag 2009

PROLOG 13

Com puterwelt Second Life7eröffnete nun auch der deut-

sche Finanzdienstleister und Spezialist für elektronische

Zahlungssysteme Wirecard eine eigene interaktive

Filiale.»

Die Homepage von Second Life liest sich wie eine

moderne Adaptation früher Science-Fiction-Literatur und

ihrer Suche nach der besseren Welt, nur dass Second Life

ironischerweise den heutigen, von Materialismus und

Mach barkeitsanspruch geprägten Zeitgeist vorbehaltlos

verinnerlicht hat:

«Second Life ist eine virtuelle Welt – eine dauerhaft

bestehende 3D-Umgebung, die vollständig von ihren

Be wohnern erschaffen und weiterentwickelt wird. In die-

ser gewaltigen und schnell wachsenden Onlinewelt kön-

nen Sie praktisch alles erschaffen oder werden, was Sie

sich vorstellen können. […] Sie können 3D-Inhalte ent-

werfen und verkaufen, Land erwerben und bebauen, und

Sie können virtuelles Geld in Form einer Mikrowährung

verdienen, die in reales Geld umgetauscht werden

kann.»

Fliessend ist auch die Grenze zwischen Forschung und

Unterhaltungsindustrie. Multiagententechnologie und

ausgeklügelte Computergraphik lassen die Soldaten des

Bösen – die Orks8– in der Filmtrilogie «Herr der Ringe» zu

Tausenden und in Echtzeit aufmarschieren und Schlachten

vor imposanter Landschaft schlagen. Die Orks – oder eben

Agenten – verfügen über ein riesiges Bewegungs- und

sogar Sinnesrepertoire, dass sie «selbstständig» Ent -

schei de treffen und «intelligent» in der ebenfalls künst-

lichen Landschaftskulisse navigieren lässt. Andererseits

befasst sich auch die akademische Welt mit der Erfor -

schung künstlicher Intelligenz und der virtuellen Welt. So

gibt es interaktive 3D-Applikationen in der Medizin für bei-

spielsweise das Erlernen der endoskopischen Mikro -

chirurgie, die Darstellung in der Architektur oder in dem

dieser Synthese näher liegenden Gebiet der Landschafts -

analyse.

Schliesslich gilt es festzuhalten, dass der Wunsch nach

bildlicher und kartografischer Darstellung ein alter ist, sei

es aus strategisch-militärischen oder emotionalen, erin -

nerungs behafteten Gründen. Dass dabei auch die drei-

dimensionale Darstellung schon früh ins Spiel kam, mag

erstaunen, entspricht aber der Tatsache, dass planare Dar -

stellungen das grössere Abstraktionsvermögen vorausset-

zen als die intuitiv verständliche 3D-Dar stellung. Wunder -

schönes und filigranes Zeugnis dafür ist die Arbeit eines

unbekannten Künstlers um 1800, der die Berner Alpen zwi-

schen Interlaken, Haslital, Brienzergrat und Breithorn

liebe voll in eine Nussschale einbettete. Heute steht dieses

Kleinod der Landschaftsdarstellung und Kartographie im

Schlossmuseum Burgdorf.

Die NFP 48-Synthese V «Virtuelle Welten – reale Ent -

scheide? Die Alpen im Modellbaukasten» zeigt, inwieweit

Modellierung im Nationalen Forschungsprogramm 48

«Landschaften und Lebensräume der Alpen» eine Rolle

spielte und wirft einen Blick hinter die Kulissen virtueller,

computerbasierter Planungsinstrumente, um Schluss fol -

ge rungen für die Praxis zu ziehen.

Davos, Zürich, Sheffield und Berlin, im Herbst 2007

Die Autoren der NFP 48-Synthese V:

Britta Allgöwer, Ariane Walz, Christian Gloor, Peter Bebi,

Andreas Fischlin, Eckart Lange, Kai Nagel

Quelle: Anonymus, um 1800, Schlossmuseum Burgdorf.

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NFP 48 THEMATISCHE SYNTHESE V14

Kurzfassung

Die Synthese V des Nationalen Forschungsprogramms

NFP 48 «Landschaften und Lebensräume der Alpen» wid-

met sich der computergestützten Modellierung, der

Simulation und der Visualisierung von Landschaften und

landschaftsverändernden Prozessen.

Echte Landschaften sind «träge». Echte Landschafts -

veränderungen sind in den meisten Fällen unwiederbring-

lich und sie bieten keinen Raum für Experimente. Da liegt

es nahe, Entwicklungsoptionen und Entscheidungs -

alternativen in einer «Virtuellen Welt» zu prüfen, bevor

endgültige Entscheide getroffen werden. Computer ge -

stütz te Modelle erlauben, ausgewählte Mechanismen

unserer Realität in dieser «Virtuellen Welt» zu testen, und

der Visualisierung gelingt es, uns diese «Virtuelle Welt»

intuitiv verständlich zu kommunizieren. Deswegen ge -

winnt die virtuelle Repräsentation von Landschafts -

prozessen anhand von Modellen und Visualisierungen

immer mehr Bedeutung für die Planung.

Das Hauptziel der Synthese V war es daher, das Po ten -

zial computergestützter Modelle und Visualisierungen

für die Raum- und Landschaftsplanung und den Beitrag

des NFP 48 dazu aufzuzeigen.

Die vorgestellten Erkenntnisse umfassen dabei nicht

allein die direkte Erfahrung aus der NFP 48-Forschung im

Sinne einer Synthese, sondern geben auch einen erweiter-

ten Ausblick zur verbesserten Etablierung von Modellen in

der Planungspraxis und schlagen eine Methode zur opti-

mierten Entwicklung von Modellen für die Praxis vor.

– Teil 1 (Kapitel 2) beschreibt die Auswahl an Modellen,

die im Rahmen des NFP 48 entwickelt wurden, und zeigt

auf dieser Grundlage den aktuellen Stand der Forschung

auf. Es wird gezeigt, dass die Modelle des NFP 48 wich-

tige Beiträge zu aktuellen Fragen der inhaltlich, metho-

disch und technisch ausgerichteten Landschafts for schung

leisten und ein weites Spektrum an Möglich kei ten im

Be reich der Landschaftsmodellierung abdecken.

Die analysierten Modelle weisen eine hohe inhaltliche

und methodische Komplementarität auf, so dass ein gros-

ses Potenzial in ihrer Verknüpfung zu finden ist. Da die

Modelle keiner systematischen Auswahl entsprechen, er-

gibt sich allerdings nicht ein kohärentes Ge samt er geb nis.

Die Modelle des NFP 48 gehen auf die wichtigsten

Themenkomplexe der Raum- und Land schafts planung in

den Alpen ein. Dazu zählen Mecha nis men und Folgen

von Landschaftsveränderungen durch sich wandelnde

land wirtschaftliche Nutzungsmuster und intensive, oft-

mals tourismusbedingte Siedlungs entwicklung so wie

ein verändertes Naturgefahren potenzial durch die Kli -

ma erwärmung.

Die NFP 48-Forschung deckt auch unterschiedliche

funktionale Ausrichtungen von Modellen ab. Während

die Funktion von Modellen in der Forschung vorzugs-

weise in der erklärenden Analyse von Systemen liegt,

wurden im Rahmen des NFP 48 auch Simulations -

modelle, Bewertungsansätze und Visualisierungs tech -

ni ken entwickelt, wie sie im Rahmen von Planungs -

prozessen sinnvoll eingesetzt werden können. Die ver-

schiedenen Werkzeuge können kombiniert oder einzeln

verwendet werden.

Um den Anforderungen wissenschaftlicher Forschung

gerecht zu werden, treten im Rahmen dieser Projekte

typischerweise methodische oder technische Detail -

fragen in den Vordergrund. Obwohl die Machbarkeit und

Plausibilität der Modelle im Vordergrund steht, sind

die erarbeiteten Erkenntnisse für die Praxis von grosser

Relevanz. Die Modelle selbst stellen Proto typen dar,

die in einzelnen Fallstudien entwickelt und getestet

wurden.

Die entsprechende Software wurde meist auch nur als

Prototyp implementiert, um den so genannten «proof of

concept» erbringen zu können. Zur Erreichung der

Praxisreife müsste noch ein weit über die wissenschaft-

liche Aufgabenstellung hinausgehender Programmier -

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Walz, Ariane et al.: Virtuelle Welten - reale Entscheidungen? Die Alpen im Modellbaukasten, © vdf Hochschulverlag 2009

KURZFASSUNG 15

aufwand geleistet werden. Das heisst auch, dass die

Prototypen die erforderlichen Standards hinsichtlich

Benutzerfreundlichkeit, Stabilität, Rechengeschwindig -

keit und Dokumentation nicht erfüllen. Die Angaben zu

den getroffenen Annahmen sowie die technischen Hin -

ter gründe wären aber notwendig, um Simulations er geb -

nisse zu interpretieren und Modelle für andere An wen -

dungssituationen zu adaptieren. Dies bedeutet, dass

die erarbeiteten Modelle selbst nur bedingt als allge-

mein gültige Werkzeuge in der Planung Verwendung fin-

den. Viele dieser Modelle sprechen zwar die Viel schich -

tigkeit der Raum- und Landschaftsentwicklung an, adä-

quate Werkzeuge sollten für die Planungspraxis aber

vorzugsweise wohldefinierte und immer wieder auftre-

tende Fragen der Regional- und Land schafts planung

abbilden.

– Teil 2 (Kapitel 3) schlägt die Brücke zur Planungspraxis,

in dem er die Gründe für die eher geringe Nutzung von

computergestützten Modellen in der Raum- und Land -

schafts planung und Lösungsansätze diskutiert. Dabei

hat sich gezeigt, dass die Ergebnisse repräsentativer

internationaler Studien zu diesem Thema weitgehend

mit den Erfahrungen aus dem Begleitgruppen prozess

der Syn these V zur Situation in der Schweizer Pla nungs -

praxis übereinstimmen.

Die Modelle und die Visualisierun gen werden dabei

als wichtige Hilfsmittel in der Pla nung verstanden. Die

Be deu tung von Modellen wird mit zu neh men der

Komplexität der Planungs fragen und steigender Nach -

frage nach entsprechenden Entscheidungs grund lagen

wachsen. Modelle können den politischen Prozess einer

Entscheidungs findung durch zusätzliche Informationen

unterstützen. Dabei wird die Visualisierung der Modelle

als Kom munikationsmittel eingesetzt. Es können grosse

Einzelein griffe in die Landschaft (z.B. die Pla nung eines

Stausees) oder schleichende Veränderungen (z.B. der

stetige Verlust von Magerwiesen durch Überdüngung) in

eine intuitiv begreifbare Form gebracht werden.

Technische Probleme wie Datenverfügbarkeit und

-qua lität, aber auch die Schnittstellen zwischen Soft -

ware-Paketen sind neben mangelnder Erfahrung im Um -

gang mit Modellen die wichtigsten Gründe für die gerin-

ge Etablierung von Modellen in der Planungs praxis.

Verfolgt man die Entwicklung seit den 1990er Jahren,

ist im Bereich der Datenverfügbarkeit und -qualität mit

einer schnellen Verbesserung der Situation zu rechnen.

Die insgesamt gute Datenlage in der Schweiz könnte

durch die gezielte Verknüpfung existierender Daten sätze

für Planungsaufgaben weiter verbessert werden. Zur

Bewältigung dieser Schnittstellenproblematik konnten

Projekte des NFP 48 Lösungsbeiträge zur Integration

unter schiedlicher Software-Umgebungen als auch un ter-

schiedlicher Modelle liefern.

Modelle, die ganz gezielt wohldefinierte Pla nungs -

fragen ansprechen, können technisch so optimiert wer-

den, dass sie als Werkzeuge für die Praxis dienen kön-

nen. Modellierung kann aber auch als Methode zur

Strukturierung eines eher unübersichtlichen Problems

eingesetzt werden. In diesem Fall steht dabei nicht das

Modell als Werkzeug, sondern vielmehr der Prozess der

Modellierung und der damit verbundene (oftmals kol-

lektiven) Lernprozess im Vordergrund. Entsprechende,

meist partizipative Methoden wurden hierzu in der

Forschung entwickelt und im Rahmen von Fallstudien

eingesetzt. Oftmals handelt es sich dabei um zunächst

qualitative Ansätze, die zu einzelnen, klar abgegrenzten

Teilfragen auf numerische Modelle zurückgreifen.

Schliesslich kann eine Modellierung auch in der Pla -

nungspraxis und Verwaltung zur Analyse oftmals auf-

wändig erhobener Daten eine wertvolle Methode sein.

Auch in diesem Fall steht der Prozess der Modellierung

im Vordergrund.

Aufwand und Mehrgewinn durch den Einsatz von

Modellen und Visualisierungen müssen in einem sinn-

vollen Verhältnis stehen. Da viele Visualisierungs werk -

zeuge (z.B. Visual Nature Studio, Simmetry 3d, Land -

Xplorer oder auch ArcGIS 3D Analyst) inzwischen recht

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komfortabel funktionieren, werden Visualisierungen

heute in zunehmendem Masse in der Planung einge-

setzt. Dabei wird neben der computerbasierten Überar-

beitung von Photographien inzwischen auch auf 3D-

Visualisierungen zurückgegriffen, die auf abstrakten

Daten aufbauen, wie Landnutzungskartierungen oder

Konstruktionspläne.

Aufgrund technischer Probleme und mangelnder Er -

fah rung mit Modellen bedeutet der Einsatz von Mo del -

len dagegen heute oftmals noch einen grossen Aufwand

für die Planungspraxis. Aus diesem Grund wird sich der

Einsatz von Modellen in der näheren Zukunft zunächst

höchstwahrscheinlich noch auf grosse Planungs pro jek te

konzentrieren. Die von Orascom Hotels & Development

(Kairo) geplante Ferienresortüberbauung in Ander matt,

die Hafencity Flüelen, der Gotthard-Basistunnel, die

Porta Alpina oder auch die Vergrösserung des Grimsel-

Stausees sind Projekte mit vielschichtiger Wirkung auf

die betroffenen Regionen und ihre Land schaft. Im

Rahmen derartiger Grossprojekte können Modelle

heute sinnvoll und gewinnbringend eingesetzt werden.

In diesen Projekten könnte zum Beispiel eine partizipa-

tive, qualitative Modellierung ein hilfreicher Schritt im

Planungsprozess darstellen, währenddem für Einzel -

fragen auf numerische, als Werkzeug aufgearbeitete

Modelle zurückgegriffen werden kann.

Neben der Berechnung von Informationsgrundlagen

in Entscheidungsprozessen stellt die wirklichkeitsnahe

Visualisierung ein wichtiges Hilfsmittel in der Planung

dar. Sie hat insbesondere in der Kommunikation von zu -

künftig zu erwartenden, teilweise nur schleichend voran-

schreitenden Veränderungen einen hohen Stellen wert.

Die realitätsnahe 3D-Visualisierung stellt ein wichtiges

Hilfsmittel dar, um die Ergebnisse komplexer Land -

schafts simulation anschaulich und eindrücklich zu kom-

munizieren. Dies gilt insbesondere für die Öffentlich-

keitsarbeit, je nach Fragestellung kann sie aber auch die

visuelle Vorstellungskraft der Fachleute sinnvoll unter-

stützen. Die Nutzung von seriös dokumentierten und

kommunizierten Modellen zur Abschätzung eines

zukünftigen Landschaftsbildes kann die Gefahr des

Miss brauchs dieses wirkungsvollen Kommunikations -

mittels reduzieren.

Eine verbesserte Zusammenarbeit zwischen Praxis

und Wissenschaft könnte ausserdem der geringen Er -

fah rung und damit auch den methodischen Problemen

und der Skepsis im Umgang mit Modellen in der Pla -

nung entgegenwirken. Über Qualifikationsarbeiten wie

Diplom- und Doktorarbeiten im Rahmen aktueller

Planungsprojekte wird der Know-how-Transfer verbes-

sert und werden die entsprechenden Fachleute für die

Praxis ausgebildet.

Wir schlagen schliesslich die Ausarbeitung eines

umfassenden Leitfadens zum Einsatz von Modellen in

der Planung in der Art eines Bestimmungsschlüssels vor.

Dieser Leitfaden soll dazu beitragen, dass sich interes-

sierte Planer einfach über Möglichkeiten und Methoden

der Modellierung und Visualisierung informieren kön-

nen und diese gewinnbringend in die Planungs praxis

integrieren können.

– Teil 3 (Kapitel 4) stellt eine Methode zur verbesserten

Ent wick lung computergestützter Modelle und da zu ge -

hörender Software für die Praxis vor. Anhand meh re rer

Beispiele wird er läutert, wie virtuelle Pla nungs- und

Land schaftsanalyseinstrumente funktionieren, respek-

tive wie sie im Dialog zwischen Anwender und Ent wick -

ler gemeinsam entworfen und implementiert werden

können.

Die For mulierung von «Use Cases» oder «Anwen -

dungs beispielen» stellt dabei eine Möglichkeit dar,

Anforderungen und Funktionalitäten eines Modells im

Sinne eines Werkzeugs und im Rahmen der technischen

Möglichkeiten optimal aufeinander abzustimmen. Der

Ansatz wird in der Software-Entwicklung seit Jahr -

zehnten angewendet, doch hat er bisher kaum Eingang

in die Entwicklung von Land schaftsmodellen gefunden.

Bei der Formulierung von Use Cases werden umfang-

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Walz, Ariane et al.: Virtuelle Welten - reale Entscheidungen? Die Alpen im Modellbaukasten, © vdf Hochschulverlag 2009

KURZFASSUNG 17

reiche Anwendungen detailliert in kleinste Aktions -

schrit te aufgegliedert, um so schrittweise massge-

schneiderte Software-Spezifkationen zu formulieren.

Damit kann zum einen dem Kommunikationsaspekt

Rechnung getragen werden, zum anderen kann aber

auch die technische Umsetzbarkeit der formulierten An -

forderungen geprüft werden.

Anhand eines «didaktischen» Beispiels wird die An -

passung eines der NFP 48-Modelle auf eine hypotheti-

sche Planungsfrage im Detail veranschaulicht. Am Bei -

spiel des geplanten Schatzalpturms in Davos wird de -

mon striert, wie eine komplexe und verschachtelte Frage-

stellung in wohldefinierte Teilaspekte aufgegliedert

werden kann. Gleichzeitig dokumentiert dieses Bei spiel

den zeitlichen Aufwand, der nötig ist, um Mo delle, die in

einer Fallstudie entwickelt wurden, auf eine andere

Region oder leicht veränderte Fragestellung zu übertra-

gen. Damit wird auch die technische Heraus for derung

deutlich, Modelle mit grosser und komfortabler Über-

tragbarkeit zu entwickeln.

Weitere Beispiele aus der NFP 48-Forschung und ihr

hypothetischer Einsatz für bestimmte Anwendungs -

situationen zeigen auf, welche Beiträge die Modelle für

die Planung liefern könnten. Dazu werden typische

Planungssituationen dargestellt, in denen die Modelle

zum Einsatz kommen. Die ausgewählten Use Cases um -

fassen ökologische Fragestellungen mit Relevanz für das

Landschaftsbild (Beispiel: Migrationsmuster von Lär -

chen wicklern) sowie Aspekte der Ortsplanung (Beispiel:

Änderung in der Zonenplanung). Ein prominenter Use

Case zur Landwirtschaftsförderung verdeutlicht schliess-

lich, wie die vorgestellten NFP 48-Modelle inhaltlich

kombiniert werden könnten.

Die vorgestellten Beispiele zeigen, dass die NFP 48-

Forschung wichtige Herausforderungen der aktuellen

Raum- und Landschaftsplanung in den Alpen zu grossen

Teilen abdeckt, dass jedoch die technische Um set zung

den Anforderungen der Planungspraxis (meistens noch)

nicht entspricht.

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Einführung

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NFP 48 THEMATISCHE SYNTHESE V 20

1 Einführung

1.1 Motivation

Was ist eine Landschaft, was ist ein Lebensraum? Wo fängt

Landschaft an, wo hört sie auf? Wie können wir die Land -

schaft virtuell abbilden, wenn wir ihre Mehrdimen sio na -

lität und Vielschichtigkeit kaum oder nur umständlich in

Worte fassen, geschweige denn angemessen quantifizie-

ren können?

Die Synthese V des Nationalen Forschungsprogramms

NFP 48 «Landschaften und Lebensräume der Alpen» stellt

nicht den Anspruch, die oben gestellten Fragen umfassend

zu beantworten. Sie möchte jedoch aufzeigen, wie Land -

schaften und Lebensräume trotz aller Limitierungen mo del -

liert, simuliert und virtuell repräsentiert werden können.

Mehr noch, sie möchte aufzeigen, wie computerbasierte,

virtuelle Landschaftsanalyse- und Planungsinstrumente

aus sehen müssten und was die aktuellen Forschungs -

ergebnisse des NFP 48 zu diesen Instrumente beitragen

könnten.

Dabei geht sie sowohl auf computergestützte Model lie -

rung als auch auf computergestützte Visualisierung ein.

Denn spricht man von «Virtuellen Welten», werden diese

beiden an sich unabhängigen Techniken oft kombiniert

(Koll- Schretzenmayr et al., 2004).

Dazu stützt sich die Synthese V einerseits auf die model-

lierungsorientierten Projekte des NFP 48 ab und berück-

sichtigt andererseits die breit gefächerte Fachliteratur.

Ausserdem wirft sie einen Blick hinter die Kulissen der

Software-Entwicklung. Dieser Blick hinter die Kulissen ver-

sucht, dem immer wieder angetroffenen Reflex gerecht zu

werden, sich komplexen Modellierungs- und Darstellungs -

abläufen in Form einer «kleinen, leicht nachvollziehbaren

Geschichte» anzunähern.

Die inhaltliche Ausrichtung der Synthese V konzentriert

sich auf die methodische Diskussion. Geographisch be -

schränkt sie sich weitgehend auf die Schweizer Alpen, da

die berücksichtigten Projekte fast ausschliesslich diesen

Raum oder Teile davon behandeln. Es interessiert, welche

Modellierungstechniken und -ansätze verwendet wurden

und inwiefern in Zukunft Modellierung und Visualisierung

in der Raum- und Landschaftsplanung im Alpenraum ein-

gesetzt werden könnten. Obwohl die in den verschiedenen

Projekten verwendeten Ansätze nicht zwingend auf den

Alpenraum beschränkt sind, bedeuten die schwierigen

topographischen Verhältnisse für die Modellierung und

Visualisierung eine besondere Herausforderung, die eine

spezifische Behandlung erfordert.

Die Umsetzung von Raum- und Landschaftsplanungs -

konzepten scheitern oftmals daran, dass weder die Öffent-

lichkeit noch die Entscheidungsträger9sich die Auswir kun -

gen von Entscheiden oder auch Nicht-Entscheiden vorstel-

len können und zukünftige Entwicklungen unterschätzen.

Viele Probleme sind aber nur aus einer langfristigen Sicht

erkennbar. Da die politischen Prozesse kurzfristig orien-

tiert sind, kann mit Modellen ein Mittel zur stärkeren und

fundierteren Berücksichtigung langfristiger Entwick lun gen

geschaffen werden.

Die Synthese V strebt danach, die aktuellen Forschungs -

fragen in der Landschaftsmodellierung und -analyse auf-

zuarbeiten und zu zeigen, wie die erzielten Forschungs -

ergebnisse in der Praxis genutzt werden können und wel-

che Anforderungen praxistaugliche Produkte erfüllen

müss(t)en.

9Die Synthese V ist weitgehend geschlechtsneutral abgefasst. Wo dies nicht möglich ist, beziehen die männlichen Bezeichnungen Personen

beider Geschlechter ein.

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1EINFÜHRUNG 21

1.2 Bedeutung der Synthese V

für die Alpenforschung

Wie bereits erwähnt, ist die Synthese V methodisch nicht

an die Alpen gebunden. Das Wesen virtueller Landschafts -

analyse- und Planungsinstrumente könnte am Beispiel

jeden Landschaftstypus untersucht werden. Dass kompli-

zierte Topographien höhere Anforderungen an Modelle

und Daten stellen, liegt auf der Hand und lässt sich an den

Alpen naturgemäss schön zeigen.

Da der Alpenraum vor grossen, sowohl deutlich wahr-

nehmbaren als auch schleichenden Veränderungen steht,

sind methodische Fragen zur Modellierung und virtuellen

Repräsentation durch Werkzeuge der Raum- und Land -

schaftsplanung für diesen Raum von grosser Bedeutung.

Anstehende Grossprojekte rufen nach Modellierung und

Simulation als möglichen Instrumenten in der Planung. Es

sei in diesem Zusammenhang zum Beispiel an Stau damm -

projekte, den Alpentransit, die Ausscheidung und Etablie -

rung von Naturpärken, Entscheide zum Zweitwohnungs -

bau oder Investitionen im Wintertourismus vor dem Hin -

ter grund einer zu erwartenden Klimaveränderung erin nert.

Ausserdem schlagen sich neben Grossprojekten auch gra-

duelle Veränderungen der Landnutzungsmuster in der

Land schaft nieder, die z.B. durch eine neue Agrarpolitik

oder auch durch Veränderungen im Touris mus- und Er -

holungsverhalten ausgelöst werden. Diese Verände run gen

werden nicht direkt durch einzelne Eingriffe in die Land -

schaft verursacht, sondern wirken sich schleichend auf-

grund zahlreicher, quasi unabhängiger Einzel ent scheide

auf die Landschaft aus.

Die genannten Projekte und landschaftsrelevanten

Entscheide in der Agrar-, Erschliessungs- und Tourismus -

politik sowie die damit verbundenen Entscheidungs -

prozesse können mit geeigneten Planungsinstrumenten

unterstützt werden. Diese erlauben es, unterschiedliche

Zukunftsszenarien in virtuellen Welten zu simulieren und

bildlich darzustellen. Ob dann die richtigen realen Ent-

scheide gefällt werden, ist eine andere Frage.

1.3 Begleitgruppe

Um die Funktion der Synthese V als Brücke zwischen

Wissenschaft und Praxis besser zu verankern, wurde die

Begleitgruppe als Stakeholder-Gruppe konzipiert, die sich

aus Vertretern der Wirtschaft, Verwaltung, Politik und

Wissenschaft zusammensetzt. Zwei der drei Begleitgrup -

pen treffen dienten der Identifikation und Kommunikation

von Bedürfnissen und Interessen verschiedener Stake -

holder-Gruppen. Dieser Begleitgruppenprozess ist im

Anhang dokumentiert, und die Ergebnisse dieser Zusam -

menarbeit bilden neben der einschlägigen Fachliteratur

die Grundlage von Kapitel 3.

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NFP 48 THEMATISCHE SYNTHESE V 22

1.4 Zielpublikum der Synthese V

Die Synthese V richtet sich an Anwender computerge-

stützter, virtueller Planungs- und Landschafts ana lyse-

ins trumente und an diejenigen, die diese Instrumente in

Zu kunft einsetzen möchten. Damit wendet sie sich in

namentlich an Verwaltungsstellen mit Bezug zur Raum-

und Land schaftsplanung sowie an die entsprechenden pri-

vaten Planungs- und Beratungsbüros. Sie wendet sich zu -

dem an Entscheidungsträger aus Politik, Verwaltung und

Wirt schaft, die sich mit den Möglichkeiten dieser Ins -

trumente vertraut machen und einen Überblick gewinnen

wollen.

1.5 Ziele

Das Ziel der Synthese V liegt darin, das Potenzial compu-

tergestützter Modelle für die Raum- und Land schafts -

planung aufzuzeigen. Dieses Ziel soll durch die folgenden

drei Teilziele erreicht werden:

– Teilziel 1

Die Auswahl und Breite der Modelle, die im Rahmen des

NFP 48 entwickelt wurden, unter Berücksichtigung ver-

schiedener Merkmale darstellen und auf dieser Grund -

lage den aktuellen Stand der Forschung aufzeigen.

– Teilziel 2

Die Erwartungen an computergestützte Planungsins tru -

mente und die Probleme bei ihrer Nutzung in der Praxis

identifizieren und aus dem Spektrum an Ansätzen des

NFP 48 Beiträge zu ihrer Lösung herausarbeiten.

– Teilziel 3

Ein Verfahren zur Unterstützung der gezielten Ent -

wicklung computergestützter Instrumente für die Praxis

vorstellen und anhand ausgewählter Bespiele erläutern.

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1EINFÜHRUNG 23

1.6 Fragenkatalog

Der folgende Fragenkatalog konkretisiert die Ziele der

Synthese V und stellt in dieser Form auch die Grundlage

für ihr Gesamtfazit dar. Er thematisiert sowohl den Beitrag

und die Bedeutung der NFP 48-Forschung im Bereich com-

putergestützter Instrumente als auch bestehende und zu -

künftige Anwendungsmöglichkeiten dieser Instrumente in

der Raum- und Landschaftsplanung.

– Zu Teilziel 1

– Welche Erkenntnisse liefern die vorliegenden Projekte

der NFP 48-Forschung im Bereich der Modellierung,

der computergestützten Simulation und der virtuellen

Reprä sentation?

– Was sind die in Bezug auf die Anwendbarkeit wichtig-

sten Forschungsgebiete im Bereich computergestütz-

ter Landschaftsmodellierung für die Zukunft?

– Zu Teilziel 2

– Stellen Modellierung, Simulation und Visualisierungs -

techniken hilfreiche Instrumente dar, um die beste-

henden Probleme in der Raum- und Landschafts -

planung zu lösen? Falls ja, in welcher Weise können

sie einen Beitrag leisten?

– Können wir Merkmale für wissenschaftliche Modelle

finden, die sich auch für die praktische Anwendung

eignen?

– Was sind die Perspektiven von computergestützter

Modellierung, Simulation und Visualisierungstechnik

für die Praxis? Welches sind die nächsten Schritte, um

deren Einsatz in der Praxis in Zukunft zu erleichtern?

– Zu Teilziel 3

– Wie können die Bedürfnisse potenzieller Anwender in

die Entwicklung eines Modells direkt einfliessen?

1.7 Aufbau der Synthese V

Gemäss den drei Teilzielen geht die Synthese V in drei

Schritten vor. Der erste Teil (Kapitel 2) besteht aus einer

kritischen Würdigung derjenigen NFP 48-Projekte, bei

denen Modellierung und computergestützte Visualisie -

rungs techniken im Vordergrund standen. Dazu werden

diese Projekte und ihr Beitrag zur Modellierung zuerst

kurz vorgestellt. Dann wird das Spektrum, das diese

Modelle hinsichtlich verschiedener Merkmale abdecken,

aufgezeigt und der Beitrag der NFP 48-Forschung zur

Landschaftsmodellierung dieser Projekte bewertet.

Der zweite Teil (Kapitel 3) stellt die Bedürfnisse der

Praxis auf der Basis einschlägiger Literatur und der Zu -

sam menarbeit mit Stakeholdern in der Begleitgruppe dar.

Nach dieser Bedarfsabklärung werden die Probleme bei

der Nutzung von computergestützten Modellen in der

Praxis beleuchtet und mögliche Beiträge der Forschung

zur Lösung dieser Probleme aufgezeigt.

Der dritte Teil (Kapitel 4) stellt einen Ansatz zur Ent wick -

lung computergestützter Instrumente aus dem Software-

Engineering vor. Auf der Basis verschiedener Beispiele aus

dem NFP 48 werden mögliche Vorgehensweisen bespro-

chen und wird zur besseren Veranschaulichung eine hypo-

thetische Anwendungssituation als didaktisches Beispiel

komplett durchgespielt. Anschauungsmaterial zu diesem

Beispiel befindet sich in Form von Filmen auf der beilie-

genden CD-ROM.

Im Fazit (Kapitel 5) werden die in Abschnitt 1.6 auf-

geworfenen Fragen mit Verweis auf die präsentierten Aus -

ar beitungen im Einzelnen beantwortet.

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NFP 48 THEMATISCHE SYNTHESE V 24

1.8 Definition und Abgrenzung

von Schlüsselbegriffen

Um das gemeinsame Verständnis sicherzustellen, bedarf

es zunächst der Klärung einiger Begriffe, die in dieser

Synthese V immer wieder verwendet werden: Welche

Themen gebiete umfasst die Landschaftsforschung? Mit

welchen Problemen beschäftigt sich die Raum- und

Landschaftsplanung? Was ist ein Modell und welchen

Schwerpunkt setzen wir diesbezüglich in der Synthese V?

Was verstehen wir unter einer Simulation? Was ist ein

Szenario? Wie wird der Begriff Szenario verwendet?

Landschaftsforschung

Die Landschaftsforschung bearbeitet die vielfältigen

Aspekte, die Einfluss auf die Landschaft nehmen und die

ihrerseits von der Landschaft beeinflusst werden. Land -

schafts forschung untersucht das gesamte, in einem be -

stimmten Landschaftsausschnitt herrschende komplexe

Wirkungsgefüge zwischen den Lebensgemeinschaften,

ihren Umweltbedingungen und ihrer Entwicklung über die

Zeit. Den Mensch, der die Landschaft in Wert setzt, verän-

dert und wahrnimmt, schliesst sie dabei als Teil dieses

Wirkungsgefüges mit ein. Die Landschaftsforschung ist

eine Querschnittsdisziplin, zu der neben Fachleuten aus

Biologie, Pedologie, Hydrologie und anderen naturwissen-

schaftlichen Disziplinen auch Fachleute aus Regional -

entwicklung, Landwirtschaft, Verkehrsforschung, Touris -

mus, Psychologie, Geschichte und anderen sozialwissen-

schaftlichen Disziplinen beitragen.

In den letzten zehn Jahren wurden in der Land schafts -

forschung grosse Anstrengungen zur Entwicklung von Mo -

dellen unternommen, welche die Simulation von Land -

schaftsveränderungen und deren Bewertung für Mensch,

Tier und Pflanze erlauben. Dabei wird ein besonderer

Fokus auf die Abschätzung der Folgen von menschlichen

Eingriffen und von klimatischen Veränderungen auf ökolo-

gische Wirkungssysteme gelegt. Viele dieser Modelle stüt-

zen sich auf Geographische Informationssysteme (GIS) als

Analyseinstrumente und basieren auf Fernerkundungs -

daten (vorwiegend Satellitendaten und Luft bilder).

Raum- und Landschaftsplanung

Die Raumplanung ist eine öffentliche Aufgabe, die im eid-

genössischen Raumplanungsgesetz umschrieben ist. Mit

Hilfe der Raumplanung soll für eine haushälterische

Nutzung des Bodens und eine geordnete Besiedlung des

Landes gesorgt werden (Art. 1 RPG), um dadurch langfris-

tig die Erhaltung des Lebensraumes und eine Vielfalt von

Nutzungen sicherzustellen.

Ziel der Raumplanung ist es, die unterschiedlichen Be -

dürf nisse an unseren Lebensraum aufeinander abzustim-

men und so für eine nachhaltige, d.h. ökonomisch, ökolo-

gisch und sozial ausgewogene Ent wicklung der Schweiz

zu sorgen. Raumplanung umfasst alle räumlichen Planun -

gen der öffentlichen Hand auf allen Verwaltungsebenen

und in allen raumrelevanten Sach ge bieten wie Verkehr,

Umwelt, Wirtschaft, Gesellschaft und vielen mehr (BRP/

EJPD, 1998).

Die Landschafts planung befasst sich mit der Berück -

sich tigung der natürlichen Lebensgrundlagen bei allen

Planungsentscheiden sowie mit der Nutzung, dem Schutz

und der Gestaltung der freien Landschaft und der Sied -

lungsfreiräume (BSLA, 2005). Die Landschaftsplanung ist

integraler Bestandteil der Raumplanung (z.B. bei der Erar -

bei tung von Entscheidungsgrundlagen für die Ausschei -

dung von Baugebiet und Nichtbaugebiet), kann aber auch

selbständige Sachplanung (z.B. Naturschutzkonzepte)

oder Bestandteil von Umweltverträglichkeitsprüfungen

sein. Darüber hinaus leistet sie einen wichtigen Beitrag in

Form der landschaftspflegerischen Begleitplanung (z.B.

bei Strassenprojekten).

Modell

Ein Modell ist eine vereinfachte, auf das Wesentliche redu-

zierte Abbildung der Wirklichkeit. Wir benutzen bei der

Wahr nehmung unserer Realität entsprechend immer wieder

Modelle, auch wenn wir dies meistens nicht explizit tun

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1EINFÜHRUNG 25

und uns darüber gar nicht bewusst sind. Wie sie genau

aussehen, bestimmt unser Vorwissen, unsere Perspektive

und die Situation, in der wir uns befinden. Was «das

Wesentliche» ist und wie es im Modell abgebildet wird,

ändert sich je nach Fragestellung und Anwendungsbereich

des Modells. Dasselbe gilt auch für explizite Modelle, wie

sie in der Forschung und in der Praxis verwendet werden.

Dementsprechend gross ist das Spektrum an Modellen,

das neben rein mentalen Modellen, mit denen wie erwähnt

jede Wahrnehmung der Realität beginnt, auch physische

und computergestützte Modelle umfasst. Letztere spielen

in Bildung und Forschung eine zentrale Rolle, denn die

Komplexität der Wirklichkeit bewusst zu reduzieren ist

oftmals notwendig, um die wichtigsten Zusammenhänge

zu kommunizieren und um einzelne Aspekte bewusst in

grösserer Detailschärfe zu betrachten. Physische und

computergestützte Modelle erlauben, mit der Realität zu

«spielen» und Experimente durchzuführen, die in natura

nicht möglich wären.

In der Landschaftsforschung wird mit mentalen, physi-

schen und computergestützten Modellen gearbeitet.

Aktuelle Forschung im Bereich der mentalen Modelle fin-

den wir zum Beispiel im sich verändernden Verständnis

der Interaktion zwischen Mensch und Umwelt, die ein zen-

trales Thema der Landschaftsforschung bildet (z.B. Tress

und Tress, 2001). Ein Beispiel aus der aktuellen NFP 48-

Forschung sind die Unterschiede im Verständnis von Land -

schaft, die die Entscheidungsprozesse beziehungsweise

die Kommunikation verschiedener Interessensvertreter

innerhalb eines solchen Prozesses vehement erschweren

können (Droz und Miéville-Ott, 2005). Diese mentalen Mo -

delle sind weitgehend Gegenstand der Synthese I «Alpen -

landschaften – Von der Vorstellung zur Handlung» zum

Forschungsschwerpunkt «Prozesse der Wahrnehmung

und Darstellung von Landschaften und Lebensräumen in

den Alpen» (Backhaus et al., 2007).

Physische Modelle werden insbesondere in der natur-

wissenschaftlich orientierten Landschaftsforschung ein-

gesetzt. Dabei handelt es sich zum Beispiel um die

Nachbildung von Flusssystemen, mit denen Überflutungs-,

Renaturierungs- oder Verbauungsexperimente durchge-

führt werden.

Computergestützte Modelle sind Gegenstand der Syn -

these V. Sie werden im Bereich der Landschafts for schung

vor allem eingesetzt, um Landschaftsveränderungen zu

erklären, zu simulieren, ihre Folgen abzuschätzen oder sie

zu bewerten. Computergestützte Modelle erlauben, die

Reaktion des abgebildeten Systems in Abhängigkeit von

einzelnen Einflussfaktoren zu simulieren. Damit wird es

möglich, auch mit Systemen zu experimentieren, die sich

nicht physisch rekonstruieren lassen. Dies ist insbeson-

dere dann nötig, wenn die abgebildeten Systeme zu träge

sind, d.h. ihre Veränderung zu langsam ist, um sie in einem

physischen Modell abzubilden (z.B. Wald- oder Klima ent -

wicklung), oder wenn die Interaktion mit dem Menschen

wesentlich für das System ist. Mit dem computergestütz-

ten Modell kann virtuell experimentiert werden, um

Erkenntnisse über das abgebildete System und seine

Reaktion auf verschiedene Einflussfaktoren zu gewinnen.

Computergestützte Modelle werden auch zur Simulation

der Zukunft genutzt. Dabei wird mit alternativen Zukunfts -

szenarien experimentiert und die Reaktion des Systems

auf veränderte, für die Zukunft als plausibel erachtete Ein -

gabeparameter abgebildet. Die Modelle schätzen zum Bei -

spiel die langfristigen Konsequenzen veränderter klimati-

scher Rahmenbedingen oder eines politischen Ent schei -

des ab. Mit dieser Information können sie inhaltlich zur

Entscheidungsfindung beitragen. Obwohl es auch analoge

Simulationsmodelle gibt, beziehen wir uns in der Syn the -

se V immer auf computergestützte Simulations modelle.

Wichtig bei der Erstellung eines computergestützten Mo-

dells ist eine klare Zielsetzung. Damit kann entschieden

werden, welche Szenarien und Randgrössen betrachtet

werden müssen, um verwendbare Ergebnisse zu erlangen.

Gleichzeitig muss eine gewisse Verallgemeinerung erfol-

gen und der Detaillierungsgrad nicht zu hoch sein, weil

sonst der Zeitbedarf zur Erstellung des Modells sowie der

Rechenzeitaufwand für jedes Experiment steigen.

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NFP 48 THEMATISCHE SYNTHESE V 26

Simulation

Simulation ist eine realitätsgetreue Abbildung von Pro zes -

sen, Ressourcen und Abläufen mit dem Ziel, Entwick lun -

gen abzuschätzen und Veränderungen zu bewerten, ohne

dabei in den realen Prozess einzugreifen. Die verbindliche

Definition findet sich in den VDI-Richtlinien 3633 (VDI,

1993): «Simulation ist die Nachbildung eines Systems mit

seinen dynamischen Prozessen in einem Modell, um zu

Erkenntnissen zu gelangen, die auf die Wirklichkeit über-

tragbar sind.»

Simulationen beruhen meistens auf dynamischen

Model len mit einer zeitlichen Komponente. Ursprünglich

kamen dabei in der Physik Differenzialgleichungen zum

Einsatz. In der Landschaftsmodellierung genügt aber

meist eine zeitdiskrete Betrachtung, die Beziehungen zwi-

schen den Systemzuständen und speziellen Zeitpunkten

herstellt.

Simulationen in der Raum- und Landschaftsplanung

erstrecken sich meist über Zeithorizonte von mehreren

Jahrzehnten vom aktuellen Zustand aus in die Zukunft. Zur

Validierung der Modelle wird dagegen in der Regel von

einem wohldokumentierten Zustand ausgegangen und

von dort die Vergangenheit simuliert, so dass man die tat-

sächlich eingetretene Entwicklung mit den Simulations -

resultaten vergleichen kann.

Visualisierung

Visualisierung bedeutet, dass Informationen oder Zusam -

men hänge bildlich aufbereitet und in eine einfach erfass-

bare Form gebracht werden. Die Visualisierung ist ein Mit -

tel zur Kommunikation, wobei die Informationen so wohl

abstrakt (z.B. Diagramme und Graphiken) als auch reali täts -

nah (z.B. photorealistische Landschafts visualisie run gen)

aufbereitet werden können.

Zu den Techniken der Landschaftsvisualisierung zählen

«statische» Visualisierungen wie Photographien und digital

retuschierte Bilder sowie «dynamische» Visua lisie run gen

wie Filme und Computeranimationen. In der planerischen

Praxis werden zumeist digitale Photomontagen eingesetzt

(2D-Bilddaten). Diese können einen extrem hohen Reali -

täts grad aufweisen. Seit einigen Jahren werden auch zu -

nehmend 3D-Daten zur Generierung von echten 3D-Land -

schaftsmodellen («Virtuelle Welten») verwendet, in denen

sich der Betrachter frei bewegen kann (Lange, 1994). Diese

Art der Visualisierung ist zwar technisch aufwändiger, sie

ist jedoch durch eine nachvollziehbare Methodik gekenn-

zeichnet, bei der die Landschaftsvisualisierung auf einem

digitalen Geländemodell und dreidimensionalen Einzel -

objekten beruht, die mit hoch aufgelösten Texturen wie

digitalen Orthophotos oder Fassaden von Gebäuden kom-

biniert werden können (Graf, 1995).

Ein grosser Vorteil dieser 3D-Visualisierungen ist, dass

der Ansatz weitgehend übertragbar ist und auch veränder-

te oder beispielsweise simulierte Datensätze bei entspre-

chendem Format in ein wirklichkeitsnahes Bild übertragen

werden können. Sie liefern damit eine Technik, um Simu-

la tions modelle mit einer realitätsnahen, anschaulichen

Wieder gabe zu verknüpfen.

In der Raum- und Landschaftsplanung werden Visua li -

sierungen dazu eingesetzt, Zusammenhänge zu verdeutli -

chen, die sich aus einem gegebenen Datenbestand erge-

ben, aber nicht unbedingt direkt visuell vorstellbar sind.

Damit kann der visuelle Eindruck, der durch einen Eingriff

oder schleichende Veränderungen in der Landschaft verur-

sacht wird, für den Planungsprozess zugänglich gemacht

werden (Lange, 1994). Darüber hinaus lassen sich inner-

halb eines modellierten Landschaftsausschnitts verschie-

dene Varianten einer Planung vergleichsweise einfach

generieren und in unterschiedlichen Perspektiven darge-

stellen. Mit den zunehmend besser verfügbaren Daten und

der Etablierung entsprechender Software wird die Visua -

lisierung in vermehrtem Masse auch als Kommuni ka tions -

mittel in partizipativen Planungsprozessen eingesetzt

(Lange et al., 2005).

Szenarienanalyse

Ein Szenario stellt in der Fachsprache der Planung eine

hypothetische Aufeinanderfolge von Ereignissen dar, die

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1EINFÜHRUNG 27

unter Beachtung kausaler Zusammenhänge und zur Ab -

schätzung möglicher Entwicklungen konstruiert wird.

Die Szenarienanalyse ist eine Methode zur Darstellung

und Analyse möglicher Entwicklungen und wird ausser in

Wirtschaft, Militär und Politikentwicklung auch in der

Raum- und Landschaftsplanung eingesetzt. Eines der

ersten Einsatzgebiete der Szenarienanalyse waren in den

1960er Jahren die think tanks der US-Regierung zu militä-

rischen Themen (Kahn und Wiener, 1967). Weitere promi-

nente Beispiele sind die strategische Unternehmens -

planung des Shell Konzerns (z.B. Shell, 2001), die volks-

wirtschaftliche Studie «Grenzen des Wachstums» des Club

of Rome (Meadows et al., 1972) oder auch die Klima -

szenarien des IPCC (IPCC, 2007).

Ein zentrales Ziel der Szenarienanalyse ist es, Unsicher -

heiten zu berücksichtigen, die das betrachtete System

betreffen und kaum abschätzbar sind. Bei der Arbeit mit

Modellen werden bei wenig bekannten Eingangsgrössen

Szenarien entwickelt, die eine plausible und oft verein-

fachte Beschreibung der Zukunft darstellen. Sie sind da -

mit von (eindeutigen) Vorhersagen abzugrenzen.

Neben plausiblen Entwicklungen des untersuchten Sys -

tems werden meistens eine Häufung negativer Ent wick -

lun gen als negatives Extremszenario und eine Häufung

positiver Entwicklungen als positives Extremszenario ent-

wickelt. Die beiden Extremszenarien zeigen die Band -

breite der potenziellen Entwicklungen hinsichtlich der be -

rücksichtigten Unsicherheiten auf. Es wird angenommen,

dass die tatsächliche zukünftige Entwicklung sich zwi-

schen diesen beiden Extremen bewegen wird (Abb 1-1).

In der Landschaftsmodellierung wird vielfach mit Szena -

rien gearbeitet, da sich die zukünftig verändernden Rah -

men bedingungen eben nur unter grossen Unsicherheiten

abschätzen lassen. Aufgrund ihrer Komplexität werden alle

relevanten Einflussgrössen und ihre gegenseitigen In ter -

aktionen konsistent durchgedacht, um so Eingabe werte

für die Simulation abzuleiten. Dies kann sowohl nach

strengen formellen Kriterien als auch informell und intuitiv

erfolgen (Scholz und Tietje, 2002; Wiek et al., 2006).

Eine Szenarienanalyse kann sowohl deskriptiv-explo-

rativ als auch normativ-strategisch eingesetzt werden (van

Notten et al., 2003). Der deskriptiv-explorative Ansatz ver-

folgt die Frage «Wie könnten zukünftige Entwicklungen

aussehen?» («descriptive and forecasting exploration sce-

narios» in van Notten et al., 2003). Dagegen orientiert sich

der normativ-strategische Ansatz an einer Wunschvor stel -

lung von der Zukunft und fragt: «Wie kann dieser Zustand

erreicht werden?» In der Raum- und Landschaftsplanung

wird meistens der Status quo als Ausgangspunkt genom-

men und entsprechend dem deskriptiv-explorativen An -

satz die potenziellen Entwicklungen für die Zukunft ab ge -

leitet bzw. simuliert, wenn mit Modellen gearbeitet wird.

In der Synthese V wird der Begriff Szenario immer dann

verwendet, wenn alternative Eingabewerte oder -daten-

sätze für die Simulation auf der Grundlage von potenziel-

len zukünftigen Entwicklungen abgeleitet werden.

Dabei kann es sich um Szenarien handeln, die Rahmen -

bedingungen ansprechen, welche sich extern entwickeln

und auf die das betrachtete System keinen direkten Ein fluss

hat (z.B. die Auswirkungen der WTO-Verhandlungen auf

die regionale Berglandwirtschaft). Eine Szenarienana lyse

kann in diesem Fall aufzeigen, welche Folgen sich aus der

neuen Konstellation von externen Rahmen be din gun gen

ergeben und ob allenfalls Handlungsbedarf besteht.

Es kann sich aber auch um Szenarien handeln, die Hand -

lungsvarianten lokaler Entscheidungsträger analysieren

(z.B. Entscheide zwischen verschiedenen Bau inves ti tio nen).

In diesem Fall werden mögliche zukünftige Kon se quenzen

einer Entscheidung, z.B. auf die Landschaft, abgeschätzt.

Modellen und computergestützten Werk zeu gen können

verschiedene Entscheidungsvarianten und deren Konse -

quen zen gegenüberstellt werden, um die lang fristig sinn-

vollste Variante zu erkennen.

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Walz, Ariane et al.: Virtuelle Welten - reale Entscheidungen? Die Alpen im Modellbaukasten, © vdf Hochschulverlag 2009

NFP 48 THEMATISCHE SYNTHESE V 28

Abbildung 1-1

Darstellung der Bandbreite von Szenarien in einer Szenarienanalyse anhand des Szenarientrichters

Quelle: Graf und Klein (2003).

Szenarientrichter

Empirische Daten,

bisherige Entwicklung

Visionen, Utopien,

Zukunftsentwürfe

Vergangenheit Gegenwart Zukunft

Diskontinuität,

wild card Szenario A

Szenario B

Szenario C

Szenario B’

Szenario D

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NFP 48-Projekte

mit Modellierungs-

charakter

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Walz, Ariane et al.: Virtuelle Welten - reale Entscheidungen? Die Alpen im Modellbaukasten, © vdf Hochschulverlag 2009

2 NFP 48-Projekte mit

Modellierungscharakter

Dieses Kapitel umfasst eine Zusammenschau der relevan-

ten NFP 48-Projekte und die Bewertung ihres Beitrags vor

dem Hintergrund der aktuellen Landschaftsforschung. Die

Auswahl an Projekten zeichnet sich durch ihren Bezug zur

Modellierung aus. Wie unterscheiden sich die Modelle?

Wo lassen sich methodisch und/oder inhaltlich Parallelen

feststellen? Sind die Modelle methodisch und/oder inhalt-

lich komplementär? Ergänzen sich ihre Resultate oder kön-

nen die Modelle selbst kombiniert werden? Inwiefern haben

die Modelle einen direkten Bezug zur Alpenlandschaft?

2.1 Vorstellung der Projekte

Für die vorliegende Synthese V wurden 13 Projekte des

NFP 48 berücksichtigt (Tabelle 2-1). Sechs davon fokussie-

ren direkt auf die Entwicklung von und Simulation mit com-

putergestützten Modellen. Sie bilden das inhaltliche Kern -

stück dieser Zusammenschau. Die anderen sieben Projekte

stellen inhaltliche und methodische Ergänzungen zu den

oben genannten Modellierungsprojekten dar. Sie erwei-

tern die Zusammenschau um wichtige Einzelaspekte, die

nicht direkt durch die Modellierungsprojekte abgedeckt

werden und Grundlagen für zukünftige Modelle darstellen.

Im Rahmen dieser Synthese können die Projekte nur kurz

skizziert und im Wesentlichen ihr Beitrag für die Syn these V

herausgearbeitet werden. Die Literaturliste, in der die Ver-

öffentlichungen aus den entsprechenden NFP 48-Pro jek ten

zusammengestellt sind, zeigt auf, wo weitere Detail infor -

mation erhältlich ist. Weitere Dokumente befinden sich

auf www.nfp48.ch.

Nach einer Einordnung aller in Tabelle 2-1 aufgeführten

Projekte konzentriert sich diese Synthese auf die in

Kapitel 1.8 näher beschriebenen Simulationsmodelle. Was

letztere zu Entscheidungsprozessen beitragen können

und wie sie optimal in Entscheidungsprozesse integriert

werden, ist Gegenstand der Synthese V. Ein wichtiger As -

pekt kommt dabei auch der Kommunikation der Simula -

tions er geb nisse zu. Computergestützte Verfahren er lau ben

es, in Ver bindung mit hochentwickelten Visualisierungs -

tech ni ken attraktive Kommunikationsmedien zu erstellen

(Bishop und Lange, 2005; Lange et al., 2005), die neben der

rein inhaltlichen Aussage der Modellierung im politischen

Prozess durchaus wirksam eingesetzt werden können.

In den in Tabelle 2-1 hinterlegten Projekten Alpscape,

Alpsim, Gisalp, Ipodlas, Schutzwälder und Sulaps war

die Entwicklung von Simulationsmodellen zentraler Be -

stand teil der Forschung. Diese Projekte bilden den Kern -

input zur Synthese V. In den Projekten Ecosysserv und

Erreichbarkeit wurde zwar mit Simulationsmodellen ge -

ar beitet, doch lagen die Forschungsschwerpunkte nicht in

der Prognose, sondern auf Ansätzen zur Bewertung von

Landschaftsveränderungen beziehungsweise auf retro-

spektiven Analysen. In den übrigen Projekten wurden zum

Teil wichtige Grundlagen zur Modellierung erarbeitet, wie

z.B. die Erfassung der Geschwindigkeit beobachteter

Land schaftsveränderungen oder die Systematisierung von

«Driving Forces» der Landschaftsveränderung im Projekt

Transformation.

Im Folgenden werden die in Tabelle 2-1 aufgeführten

Projekte kurz zusammengefasst. Auf die farbig hinter leg -

ten Pro jekte, bei denen die Entwicklung eines Simulations -

mo dells von zentraler Bedeutung war, wird dabei zuerst

und etwas ausführlicher eingegangen.

30 NFP 48 THEMATISCHE SYNTHESE V

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31 2 NFP 48-PROJEKTE MIT MODELLIERUNGSCHARAKTER

Tabelle 2-1

Übersicht über die NFP 48-Projekte, die im Rahmen der Synthese V betrachtet werden

Hinterlegt sind die sechs Projekte, die auf die Entwicklung und Nutzung von computergestützten Simulations modellen

fokussieren und die wichtigsten inhaltlichen Grundlagen der Synthese bilden.

Projektkürzel

Projektleitende Person

Alpscape

Bebi

Alpsim

Schmid

Gisalp

Haeberli

Ipodlas

Allgöwer

Schutzwälder

Brang

SULAPS

Pfefferli

Alpro

Schwarzwälder

Ecosysserv

Grêt-Regamey

Erreichbarkeit

Axhausen

Flood’Alps

Gobat

Soziales Umfeld

Droz

Transformation

Pfefferli

Wasalp

Baur

Deutsche Projekttitel

Landschaftliche und ökonomische Zukunftsszenarien für alpine Regionen: Simulation von

zukünftigen Landschaften und Entwicklung von regionalen Entscheidungshilfesystemen

Raumplanung mit virtuellen alpinen Landschaften und autonomen Agenten

4D-Geoinformation für integrative Planungsstrategien in klimasensitiven Ökosystemen

des alpinen Hochgebirges

Wissensbasierte dynamische Landschaftsanalyse und Simulation alpiner Umwelten

Minimale Baumverjüngung in Schutzwäldern:

Herleitung von Sollwerten mit Simulationsmodellen

Nachhaltige Landschafts-Produktionssysteme:

Ein nachfrageorientierter landwirtschaftlicher Ansatz

Analyse von Landschaftsentwicklungsprojekten aufgrund verschiedener Kriterien

als Instrument für die Moderation partizipativer Entscheidungsprozesse

Räumlich explizite Bewertung von Ecosystem Services als Hilfsmittel für

regionale Entscheide in den Alpen

Verkehrs-Infrastruktur, Touristen-Verhalten und Raumnutzung in Landschaften und

Lebensräumen der Alpen

Überschwemmungsebenen im Alpenraum im Spannungsfeld von Sicherheitsansprüchen und

Artenvielfalt: Veränderungen in der Wahrnehmung, den Entscheiden und dem Management

Das soziale Umfeld der Landschaft:

Darstellung und Legitimation bei Nutzungsentscheiden in alpinen Lebensräumen

Transformationsgeschwindigkeiten von Landschaften im Alpenraum:

Gefahren und Chancen für Menschen und ausgewählte Arten

Waldausdehnung im Schweizer Alpenraum: Eine quantitative Analyse naturräumlicher und

sozioökonomischer Ursachen unter besonderer Berücksichtigung des Agrarstrukturwandels

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32 NFP 48 THEMATISCHE SYNTHESE V

Alpscape

Im Projekt Alpscape werden Modelle aus mehreren Dis-

zi plinen kombiniert, um sie dann im Rahmen eines partizi-

pativen Prozesses zur Regionalentwicklung in der Studien -

region Davos einzusetzen (Bebi et al., 2005). Die Einzel -

mo delle umfassen eine regionale Input-Output-Tabelle

(Wegmann und Kytzia, 2005), eine Stoffflussanalyse, ein

räumlich explizites Landnutzungsmodell (Walz, 2006) und

einen Ansatz zur Bewertung von Landschaftsfunktionen

(Grêt-Regamey et al., 2008). Dieses Konglomerat von Mo -

del len wird zur Simulation verschiedener Zukunfts sze na -

rien (Lundström et al., 2007) verwendet. Durch die Simu -

lation der Szenarien mit den verschiedenen Modellen

konnten die Auswirkungen auf die Landschaft Davos an -

hand mehrerer Indikatoren abgeschätzt werden (Bebi et

al., 2005).

Die Szenarien wurden in enger Zusammenarbeit mit

einer einheimischen Begleitgruppe aus Politik, Touris mus

und Gewerbe sowie Vertretern der Öffentlichkeit erarbei-

tet (Abbildung 2-1). Um einen weiten Bogen an Problem -

feldern und Unsicherheiten für die Zukunft aufzuzeigen,

wurden in diesen Szenarien folgende drei Themen ange-

sprochen: a) Klimaveränderung und potenzielle Auswir -

kungen auf den Wintertourismus, b) Veränderungen in der

Berglandwirtschaft durch eine veränderte Agrarpolitik und

die Liberalisierung von Märkten, und c) die Ausrichtung

eines Mega-Sport-Events (von Ballmoos und Bebi, 2003).

Die Ergebnisse der Simulation wurden bei einem Ab -

schluss treffen mit der Begleitgruppe vorgestellt und in -

ten siv diskutiert. Zwar waren die Ergeb nisse für die meis-

ten Teilnehmer nicht besonders überraschend, doch waren

die Reaktionen recht stark. So wurden die Ergebnisse

inzwischen bei weiteren Anlässen vorgetragen und flossen

in die Entwicklung des Leitbildes der Land schaft Davos ein

(Thalmann, 2006).

Alpsim

Ziel des Projektes Alpsim war es, die Möglichkeiten von

Multiagentensystemen zur Simulation des Verhaltens von

Wanderern in Tourismusregionen zu testen (Cavens und

Lange, 2004; Gloor et al., 2004). Grundsätzlich sollte da -

mit geklärt werden, ob sich Multiagentensysteme eignen,

die Reaktion von Gästen und Einheimischen auf Land -

schafts veränderungen zu simulieren und damit auch Rück -

schlüsse auf die Tourismusindustrie zu ziehen (Cavens und

Lange, 2004). Dazu wurden Modelle zur Verkehrs simu -

lation und Ergebnisse der Umweltpsychologie kombiniert.

Die visuelle Attraktivität der Landschaft sollte dabei nicht

statisch von einem Punkt aus (wie auf einem Bild) bewer-

tet werden, sondern als visuelles Erlebnis einer Wande -

rung durch die Landschaft (d.h. als eine Folge von Bildern,

wie ein Film) simuliert werden (Abbildung 2-2).

Mit dem Ansatz, jeden Touristen als individuellen Agen -

ten zu modellieren, wurde eine synthetische Bevölkerung

er zeugt, die den demographischen Verhältnissen der tat -

säch lichen Touristen entspricht. Die Ziele und Erwartun -

gen der Agenten können sich dabei individuell unterschei-

den. Den Agenten wurden Tagespläne zugeteilt und sie

wurden in die Simulation gesetzt, ohne dass sie ein

Wissen der Um gebung hatten. Die Agenten führten diese

Pläne aus und erhielten beim Wandern Rückmeldungen

der Umgebung. Am Ende jedes Durchganges wurden die

Aktionen der Agenten mit ihren Erwartungen verglichen.

Falls die Resul tate eines bestimmten Planes nicht den

Erwartungen entsprachen, wurde dieser für darauf folgen-

de Simulations-Durchgänge geringfügig modifiziert. Diese

Modifikationen basierten auf den eigenen Erlebnissen der

Agenten, aber, je nach eingesetztem Lernmuster, auch auf

der Erfahrung der anderen Agenten.

Dieses Projekt hatte einen computertechnologischen

Schwer punkt. Nebst der Präsentation des Frameworks und

seiner Module wurden die technischen Aspekte der imple-

mentierten Fussgängersimulation näher betrachtet. Durch

den Einsatz von neuen Methoden, speziell für Fuss gänger

in den Alpen entwickelt, wurde es möglich, eine Fläche von

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Abbildung 2-1

Schema zur Einbindung der integrierten Modellierung in einen partizipativen Prozess durch die Entwicklung von regionalen Szenarien

aus dem Projekt Alpscape

Quelle: Walz et al., 2007

33 2 NFP 48-PROJEKTE MIT MODELLIERUNGSCHARAKTER

Feedback

Enhanced

scenario story

Numerical

Modelling

Framework

Workshops

List of input

parameters

Scenario Table

Regional Scenario DevelopmentGaining and Processing of

Local S

stem Knowledge

Integrated Numerical

Modelling

Enhanced

scenario table Nummerical

modelling

outputs

Parameterisation

and quantification

Subset of

relevant elements

Critical elements

impact matrix

system graph

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NFP 48 THEMATISCHE SYNTHESE V 34

15 km2oder mehr auf einem einzigen PC zu simu lieren. Die

eigentliche Fussgängersimulation war eine Mischung zwi-

schen einem kontinuierlichen und einem zellenbasierten

Modell. Die einzelnen Fussgänger konnten jede beliebige

Position einnehmen und sich in eine beliebige Richtung

bewegen – die Informationen über die Umgebung waren

allerdings in einem Raster enthalten. Die Grösse der ein-

zelnen Rasterzellen konnte bis zu 250 m x 250 m betragen,

also ein Vielfaches einer normalen Schrittweite eines

Menschen. Nur durch die Einsparung von Rechenzeit und

Speicherauslastung konnte die gesamte Fläche simuliert

werden.

In der Fallstudie für die Gemeinde Schönried, Gstaad-

Saanenland, wurden die Ergebnisse von Befragungen zum

Verhalten der Touristen und von demographischen Daten

auf die Agenten übertragen. In der Simulation wurde dann

getestet, ob die Landschaft genug Möglichkeiten bietet,

die Bedürfnisse und Erwartungen der Gäste zu erfüllen

(Cavens und Lange, 2004; Cavens et al., 2003). Drei Szena -

rien wurden simuliert, um zu testen, ob die Agenten so auf

Eingriffe in die Landschaft reagieren würden wie voraus-

gesagt. Das erste Szenario zeigt den Status quo und

wurde zur Kalibierung des Modells verwendet. Das zweite

Szenario nimmt an, dass alle Bergbahnen im Sommer

geschlossen sind, und das dritte geht von einer Aus -

breitung des Waldes aufgrund von Kürzungen in der Agrar -

politik aus. Die Tests zeigen, dass das Modell eine gute

Plattform bietet, um Experimente zur Ausformulierung

weiterer Studien durchzuführen. Es zeigt sich allerdings

auch, dass der heutige Forschungsstand noch nicht aus-

reicht, um die Gründe des Touristenverhaltens zu verste-

hen und das Modell besser zu kalibrieren.

Abbildung 2-2

Ausschnitt aus einem Simulationslauf des Projektes Alpsim

Die virtuellen «Agenten» (rote Klötzchen) starten gerade ihre

Wanderung vom Hotel aus.

Quelle: Gloor et al., 2003.

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2 NFP 48-PROJEKTE MIT MODELLIERUNGSCHARAKTER 35

Gisalp

Ziel des Projektes Gisalp war es, mittels Kombination

exis tierender vegetationskundlicher, geomorpho logi scher,

gla ziologi scher und pedologischer Modelle das Naturge -

fah ren potenzial und die landschaftliche Attraktivität einer

Region zu beurteilen. Die Zusammenführung der Modelle

in Form von Modulen eines Gesamtmodells erforderte ein

konsistentes Datenmodell, in dem Datenformate und -flüsse

zwischen den einzelnen Modulen koordiniert werden. Alle

ein zelnen Module können für einen bestimmten Zeitpunkt

(2000, 2025, 2050, 2075 oder 2100) gestartet werden und

greifen bei Bedarf auf die Resultate von anderen Modulen

zurück (Rothenbühler, 2006). Das kombinierte Modell

wurde zur Beurteilung eines Klimaszenarios im Ober enga -

din über einen Zeitraum von 100 Jahren eingesetzt. Es er -

mög licht erstmals, nicht nur ein einzelnes Landschafts -

objekt oder einen einzelnen Naturgefahrenprozess zu

model lieren, sondern die Hochgebirgslandschaft des

Oberengadins als Synthese aus den vier oben erwähnten

Teilbereichen zu betrachten. So zeigt es zum Beispiel auf,

welche Veränderungen in den rezent vergletscherten

Land schaftsausschnitten oder auch im heutigen Perma -

frost gebiet durch einen Anstieg der Temperatur auftreten

und welche Folgeereignisse durch die Kombination von

klimabedingten Veränderungen ausgelöst werden könn-

ten. Als Beispiel wird eine Eislawine genannt, welche

einen Gletschersee erreicht und dort einen Murgang aus-

löst (Abbildung 2-3).

Ein Vergleich der Veränderungsräume untereinander

er möglicht zum einen Aussagen über Geschwindigkeit,

räum liche Verteilung und Beschleunigung der ablaufen-

den Veränderungen. Zum anderen können aufbauend auf

den Simulationen Landschaftsausschnitte ausgemacht

werden, in denen die menschliche Nutzung durch klimabe -

dingte Veränderungen des Naturgefahrenpotentials oder

der Landschaftsattraktivität beeinträchtigt werden könnte

(Rothenbühler, 2006).

Abbildung 2-3

Simulationsergebnisse des Projektes Gisalp

Resultate des Moduls Murdisp zur Abschätzung der

Mur gangs fläche im Jahr 2000 (oben) und 2100 (unten).

Quelle: Rothenbühler, 2006.

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NFP 48 THEMATISCHE SYNTHESE V 36

räumigen Verteilungsmuster der Lärchenwickler popu la tio -

nen hatten. Dies zeigte sich auch bei der Charakte ri sie rung

der grossräumigeren räumlich-zeitlichen Muster der Lär -

chenwicklerpopulationsdynamik über den ganzen Alpen -

bogen, wo untersucht wurde, welche Populationen syn-

chron migrieren und welche mit einer Zeitverschiebung

(Price et al., 2006; Price, 2006). In der Folge wurde eine

neue Art der Visualisierung entwickelt, welche die

Lärchenwicklerpopulationen als «Wolke» fliegender

Individuen darstellt. Dank neuester und beschleunigter 3D-

Rendering-Techniken kann der Betrachter die Migration

der Lärchenwickler in Abhängigkeit von Landschafts- und

Geländemerkmalen sowie über verschiedene Mass stabs -

ebenen hinweg verfolgen. Darin werden die zugrunde lie-

genden Lärchenbestände nach dem Grad der (episodi-

schen) Entnadelung eingefärbt, und die Farbcodierung der

Insektenwolken sind so gewählt, dass der Betrachter ver-

folgen kann, welche Subpopulation welchen Bestand ver-

lässt und welchen Bestand neu besiedelt (Wu et al., 2006a,

2006b).

Die Fallstudie zum Waldbrand diente einerseits dazu,

das Verhalten von Flammen und Rauch mit Hilfe physikali-

scher Modelle zu modellierten (Abbildung 2-4). Ande rer -

seits wurden dynamische Texturmethoden verwendet, um

Flammen und Rauch so realitätsnah wie möglich darzu-

stellen. Die Studie wurde sowohl auf Ebene der einzelnen

Flamme wie auch der landschaftsrelevanten Feuerfront

durchgeführt (Wu, 2007).

Die im Projekt Ipodlas entwickelten Konzepte, An sätze

und Techniken werden als genügend allgemein gültig

erachtet und eignen sich auch für die Simulation und die

Visualisierung anderer natürlicher Prozesse.

Ipodlas

Ipodlas steht für «Interactive Process Oriented Dynamic

Landscape Analysis and Simulation». Das Pro jekt hatte

zum Ziel, die drei traditionellerweise getrennten Bereiche

der räumlichen Modellierung (auf GIS beruhend), der zeit-

lichen Modellierung (auf Systemtheorie beruhende zeitli-

che Simulationssysteme) und der Echtzeit-Visualisierung

(auf Virtual Reality beruhend) miteinander zu verbinden.

Das Schwergewicht lag auf dem Verständnis und der

Simu la tion ökologischer Prozesse sowie der Etablierung

intuitiver, ansprechender Visualisierungsverfahren für die

entstehenden Resultate. Neben der Entwicklung des theo-

retischen Hintergrundes basierte die Entwicklung von

Ipodlas auf real existierenden Fallstudien, um das theore-

tische Konzept beweisen zu können. Die Modelle und die

Daten stammten aus langjährigen Forschungsprojekten

der Hauptgesuchssteller und befassten sich beide mit alpi-

nen Waldökosystemen: a) migrierende Insektenpopu la tio -

nen und b) Ausbreitung von Waldbränden. Auf der Basis

dieser Fallstudien wurden in drei eng verknüpften Disser -

ta tionen die Spezifikationen und die gewünschte Funk tio -

nalität des Ipodlas-Software-Systems erarbeitet (Isenegger

et al., 2005; Isenegger, 2006). Dieses Set-up erlaubte es,

skalenübegreifende Modellierungen und Simulationen

mit verschiedenen Daten und Modellen zu erforschen und

mit flexiblen Visualisierungsprozeduren zu verknüpfen. Da

der Begriff Skala Gegenstand vieler verschiedener Be -

trach tungsweisen ist, die vom jeweiligen Sachgebiet her

geprägt sind, entwickelten wir ein System, bei dem die

Skalenebenen systematisch abgegrenzt werden können.

Danach steht 0 für die Skala des «einzelnen Tales/der

Landschaft (z.B. Ober engadin)», -1 für den «einzelnen

(Wald-)Bestand» und +1 «bis zum gesamten Alpenbogen».

Die Fallstudie der migrierenden Insekten diente dazu zu

zeigen, wie sich Lärchenwicklerpopulationen (Zeiraphera

diniana GN., Lep., Tortricidae) über Raum und Zeit verhal-

ten. Dabei zeigte sich, dass bestimmte Landschafts ele -

mente und vom Gelände abhängige Windmuster auf der

Ebene einzelner Täler einen grossen Einfluss auf die klein-

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2 NFP 48-PROJEKTE MIT MODELLIERUNGSCHARAKTER 37

Schutzwälder

Ziel des Projektes Schutzwälder war es, die langfristige

Entwicklung von Schutzwäldern im schweizerischen Alpen-

raum besser zu verstehen und ein Werkzeug zur langfristi-

gen Bewertung der Schutzwaldfunktion gegen Stein schlag

zu entwickeln. Dazu wurden existierende Simulations mo -

delle zur Walddynamik und zur Abschätzung der Schutz -

wirkung verschiedener Bestandesstrukturen gekoppelt,

auf ihre Eignung zur Bewertung der Schutzwaldfunktion

hin geprüft und einige Funktionen speziell angepasst, um

den Prototyp eines Werkzeugs zur Schutzwaldpflege zu

ent wickeln.

Neben diesem gekoppelten Simulationsmodell, das vor-

wiegend zur wissenschaftlichen Auswertung dient (Stoffel

et al., 2006; Wehrli et al., 2005, 2007), wurde ein weniger

detailliertes Modell entwickelt, das grössere Zeiträume

ab bildet und weitere Aspekte einbezieht, wie z.B. waldbau-

liche Eingriffe, natürliche Störungen und die Abschät zung

der Kostenwirksamkeit alternativer Manage ment stra te -

gien (Brang et al., 2004). Dieses zweite Modell eignet sich

als Werkzeug im Rahmen des Entscheidungs prozesses

und wurde der Praxis bereits in Fortbildungs kursen ver-

mittelt (www.wsl.ch/forschung/forschungsprojekte/schutz-

waldmodell).

Im Sinne dieser Synthese handelt es sich bei den ver-

wendeten Modellen um Simulationsmodelle. Die simulier-

ten Szenarien sind zum grössten Teil durch alternative

waldbauliche Massnahmen gekennzeichnet. Mit der Simu -

lation ihres Effektes auf die Schutzfunktion des Waldes

unterstützt insbesondere das zweite, weniger detaillierte

Modell die Optimierung waldbaulicher Eingriffe im Sinne

eines Werkzeugs.

Abbildung 2-4

Simulation und Visualisierung eines Waldbrands

im Rahmen des Projektes Ipodlas

Quelle: Wu, 2007.

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NFP 48 THEMATISCHE SYNTHESE V 38

Sulaps

In diesem Projekt werden die Auswirkungen veränderter

agrarpolitischer und wirtschaftlicher Rahmen bedin gun -

gen auf Berglandwirtschaft und Kulturlandschaft anhand

eines agentenbasierten Modells analysiert (Lauber, 2006;

Lauber et al., 2004). Das Modell simuliert das Verhalten der

einzelnen landwirtschaftlichen Betriebe auf der Grund lage

eines Optimierungsansatzes und zeigt durch die Verknüp -

fung mit einem Flächenmobilitätsmodell räumlich explizit

die Auswirkungen auf das Landnutzungsmuster. Zur

Identifikation und Kalibrierung der einzelnen «Agenten»

wurden betriebswirtschaftliche Daten und Informationen

zu den bewirtschafteten Flächen für jeden einzelnen land-

wirtschaftlichen Betrieb in den Regionen Albula und Sur -

selva aufgenommen. Die Struktur der simulierten Land nut-

zungsmuster wurde schliesslich anhand von Land schafts-

masszahlen bewertet (Killer, 2005).

Die berechneten Szenarien umfassen Annahmen zur

Reduktion der Direktzahlungen, zur Liberalisierung des

schweizerischen Agrarmarktes und zur Regulierung der

Flä chenaufgabe. Im Falle des Liberalisierungsszenarios

würden beispielsweise rund 20% der ursprünglich 63 Be -

triebe aufgegeben, während die Betriebsgrösse der ver-

bleibenden Betriebe zunehmen würde. Für alle Szenarien

zeigen die Simulationen einen Rückgang der landwirt-

schaftlich genutzten Fläche, der in der Landwirtschaft ge -

leisteten Arbeitsstunden und des Einkommens sowie eine

Zunahme der Biobetriebe (Lauber, 2005).

Das Sulaps-Modell ist im Sinne dieser Synthese ein typi-

sches Simulationsmodell. Es simuliert die Reaktion der

regionalen landwirtschaftlichen Strukturen basierend auf

Szenarien für einen Zeitraum von 10–15 Jahren. Die simu-

lierten Veränderungen werden anhand eines Indikatoren -

sets aufgezeigt, wie zum Beispiel der Intensität der Flä chen-

nutzung (Abbildung 2-5). Damit kann das Modell Informa -

tionen und Entscheidungsgrundlagen für die Agrarpolitik

und eine nachhaltige Entwicklung im schweizerischen

Alpenraum liefern.

Abbildung 2-5

Simulationsergebnisse des Projektes Sulaps

Hier der Anteil der landwirtschaftlichen Nutzfläche nach Art der

Nutzung im Jahr 2002 und für sechs Zukunftsszenarien.

Legende

■Modell 2002

■Szenario I

■Szenario II

■Szenario III

■Szenario IV

■Szenario V

■Szenario VI

Quelle: Lauber, 2005.

10% 15% 20 % 25 % 30 % 35 % 40% 45 %

Extensiv

Wenig extensiv

Intensiv

Dauerweide

Ackerbau

Anteile an bewirtschafteter Fläche (in Prozent der LN)

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Abbildung 2-6

Visualisierung potentieller Siedlungsentwicklungen

aus dem Projekt Alpro

Manipulierte Photographien als Grundlage für eine

Nutzwertanalyse in Mürren, Berner Oberland.

Heutige Siedlung

Szenario 1: Hotelkomplex

Szenario 2: Chaletsiedlung

Quelle: Schwarzwälder und Kooijman, 2005.

2 NFP 48-PROJEKTE MIT MODELLIERUNGSCHARAKTER 39

Alpro

Ziel des Projektes Alpro war es, Bewertungsverfahren für

Eingriffe in die Landschaft durch Bauprojekte zu entwi-

ckeln und zu testen, um Konfliktpotenzial frühzeitig im

Planungsprozess zu erkennen. Zum einen wurden dazu

Discrete-Choice-Experimente durchgeführt (Baumgart,

2005), und zum anderen wurde ein Instrument zur Be -

wertung von landschaftsverändernden Bauprojekten an -

hand einer Nutzwertanalyse entwickelt (Schwarzwälder

und Kooijman, 2005). Durch die Discrete-Choice-Experi -

mente wurde der monetäre Wert des Landschaftsbildes

anhand manipulierter Photos abgeschätzt (Abbildung 2-6),

während die Nutzwertanalyse mit dimensionslosen Noten

arbeitet, aber dafür ein systematisiertes und umfangrei-

ches Spektrum an Entscheidungskriterien (insgesamt 35)

umfasst. Obwohl Alpro implizit ein Modell der Inter aktio -

nen zwischen Landschaft und Gesellschaft zugrunde liegt,

handelt es sich nicht um ein Simulationsmodell, sondern

um ein computergestütztes Instrument zur Bewertung von

Landschaftseingriffen, das zum Beispiel in einem partizi-

pativen Prozess eingesetzt werden kann (Schwarzwälder

und Kooijman, 2005).

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Erreichbarkeit

Das Projekt setzt sich mit der Frage auseinander, wie sich

eine verbesserte Erschliessung auf Attraktivität und Nut -

zungsmöglichkeiten von Alpenregionen auswirkt. Dazu

wurden Erreichbarkeiten auf nationaler, regionaler sowie

lokaler Ebene betrachtet und mit Befragungen in den

Unter suchungsregionen verknüpft (Simma und Axhausen,

2003; Tschopp et al., 2003a, 2003b, 2005). Zur Berechnung

der grossräumigen Erreich barkeiten wurden Modelle auf

nationaler Ebene genutzt und weiterentwickelt. Es handelt

sich dabei nicht im engeren Sinne um Landschafts mo -

delle, jedoch spielt die Er schliessung einer Region eine

wichtige Rolle für ihre zu künftige Entwicklung. Dieser

Zusammenhang wurde im Rahmen des Projektes ebenfalls

quantifiziert. Damit konnte das Projekt zur Entwicklung

von Simulationsmodellen für Er reichbarkeiten beitragen

und eine Grundlage schaffen, um grossräumige Muster

zukünftiger Landnutzungs verän de rungen abzuschätzen.

NFP 48 THEMATISCHE SYNTHESE V 40

Ecosysserv

Im Rahmen dieses Projektes wurden mehrere Ecosystem

Services für die Landschaft Davos in einem räumlich expli-

ziten Ansatz bewertet (Grêt-Regamey et al., im Druck).

Dazu wurde der Wert der einzelnen Landschaftsfunktionen

für die Gesellschaft monetarisiert, z.B. der Wert der

Schutzfunktion des Waldes auf der Basis einer Risiko ana -

lyse (Grêt-Regamey und Straub, 2006) und der Wert der

landschaftlichen Attraktivität mit einem Willingness-to-

pay-Ansatz (Grêt-Regamey et al., 2007). In einem zweiten

Schritt wurden die Auswirkungen eines Klimasze na rios auf

diese Ecosystem Services abgeschätzt. Dazu wurden ver-

schiedene Simulationen vorgenommen, z.B. zu Lawinen -

auslaufzonen, Hochwasserbereichen und zur Wald aus -

brei tung, die dann als Grundlage zur erneuten Beurteilung

der Ecosystem Services dienten. Obwohl mehrere Simu -

lationsmodelle in diesem Projekt eingesetzt und teilweise

auch entwickelt wurden, stand weniger die Simulation als

die räumlich explizite Bewertung der veränderten Land -

schaftssituation anhand von Ecosystem Ser vices im Zen -

trum des Forschungsinteresses.

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2 NFP 48-PROJEKTE MIT MODELLIERUNGSCHARAKTER 41

Flood’Alps

Das Projekt beschäftigt sich mit dem Zusammenhang zwi-

schen Flussverbauungen und Biodiversität in alpinen Fluss-

systemen (Bullinger-Weber und Gobat, 2006; Bullinger-

Weber, 2007; Gremaud et al., 2004; Weber et al., 2004).

Anhand von vier disziplinären Forschungsansätzen konn-

ten morphologische, hydrologische, soziale und rechtliche

Aspekte zukünftiger Massnahmen zur Gewährleistung der

Sicherheit und zum Schutz der Biodiversität abgeleitet

werden. Es wurden damit die Grundlagen zu einer zukünf-

tigen Modellierung geschaffen. Diese wurde allerdings

noch nicht umgesetzt.

Soziales Umfeld

Der ethnologische Ansatz des Projektes betrachtet die

Potenziale und Schwächen verschiedener Akteure in der

Landschaftsplanung (Droz und Miéville-Ott, 2005). Dazu

schlagen die Autoren ein «Soziales Feld» vor, das durch

die Achsen «Kapital» (= finanzielle Mittel, die ein Akteur

aufbringen kann) und «Intervisibilität» (= Möglichkeit, kon -

kret Änderungen in der Landschaft vorzunehmen) gebildet

wird. Entscheidungsprozesse werden durch die Positio nie -

rung der Akteure in diesem Feld sowie deren Wahrneh mung

des Verhandlungsobjektes «Landschaft» geprägt. Die Er -

geb nisse des Projekts zur Dynamik dieser beiden Faktoren

während eines Entscheidungsprozesses sollen in Zukunft

in ein Werkzeug zur Begleitung von Entscheidungs pro zes -

sen einfliessen. Dieses Projekt unterstreicht die Bedeu -

tung von mentalen Modellen ebenso wie ihre bewusste

Nutz barkeit für zukünftige Entscheidungsprozesse.

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NFP 48 THEMATISCHE SYNTHESE V 42

Transformation

Mit welcher Geschwindigkeit verändert sich die Land -

schaft? Wie gehen die Menschen damit um? Wie reagiert

die Natur darauf? Die drei Fragen wurden in diesem Pro -

jekt mit drei komplementären Ansätzen im Bereich der

sichtbaren Landschaftsveränderungen, der Wahrnehmung

dieser Veränderung und der entsprechenden Habitat ände -

rungen verfolgt (Felber, 2005; Lütolf, 2006; Schneeberger,

2005). In allen drei Teilstudien wurde vorwiegend retros-

pektiv vorgegangen (Abbildung 2-7), um Grundlagen für

zukünftige Entscheide zu erarbeiten. Damit wurden wich-

tige Grundlagen für die Landschaftssimulation und die

Bewertung von Landschaftsveränderungen geschaffen.

Insbesondere die Ergebnisse zur Abschätzung der

Geschwindigkeit von Landschaftsveränderungen in den

vergangenen 150 Jahren (Schneeberger et al., 2007b) und

die Identifikation und Systematisierung von Driving Forces

für Landschaftsveränderungen stellen wichtige Beiträge

für zukünftige Simulationsmodelle dar (Schneeberger et

al., 2007a).

Abbildung 2-7

Retrospektiver Landschaftsvergleich aus

dem Projekt Transformation

Hier das Hotel Acker in Liesighus im Jahr 1920, 1960 und 1980.

1920 © Photoglob AG, Zürich

1960 © Foto Anna, Wildhaus

1980 © Foto Anna, Wildhaus

Quelle: Felber, 2005.

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2 NFP 48-PROJEKTE MIT MODELLIERUNGSCHARAKTER 43

Wasalp

Das Muster und die Gründe für die Wiederbewaldung auf

aufgelassenem Landwirtschaftsland waren Forschungs ge -

gen stand dieses Projektes. Es verfolgte drei komple men -

täre An sätze: a) die naturräumliche Charakterisierung des

Wie derbewaldungsprozesses mit einer Auflösung von

100 m x 100 m (Rutherford, 2006), b) die strukturelle Cha -

rak terisierung auf der Basis der Gemeinden (Gellrich et al.,

2007) und c) die Befragung einzelner Landwirte zur Be -

grün dung der Aufgabe landwirtschaftlicher Flächen (Gell -

rich et al., 2008). Zur naturräumlichen und strukturellen

Charakterisierung des Wiederbewaldungsprozesses wur-

den statistische Modelle entwickelt, die zwar in erster

Linie zur Analyse (Abbildung 2-8), aber teilweise auch zur

Simulation eingesetzt wurden (Bolliger et al., 2007). Ein

Beispiel ist die Verwendung der Simulation der Landnut -

zungs veränderungen im Naturraum von Davos im Rahmen

des Projektes Alpscape für die Simulation des Wieder be -

wal dungsprozesses in der gesamten Schweiz (Walz,

2006).

Abbildung 2-8

Die Bodenbedeckungs- und Landnutzungsveränderungen,

wie sie im Projekt Wasalp analysiert wurden

Quelle: Rutherford, 2006.

Extensively used land Overgrown areas

Closed canopy forest

Intensively used land Open canopy forest

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NFP 48 THEMATISCHE SYNTHESE V 44

und schliesslich kann die simulierte Landschaft bewertet

und mit der ursprünglichen verglichen werden (z.B. Eco -

sys serv).

2.2.2 Inhaltliche Ausrichtung

Die inhaltliche Ausrichtung der Projekte erstreckt sich über

zahlreiche und vielfältige Themen wie

– die Landschaftsveränderung durch den Strukturwandel

in der Landwirtschaft (Alpscape, Sulaps, Wasalp),

– den Einfluss von Erreichbarkeit und regionaler Entwick -

lung auf die Landschaft (Alpscape, Erreich bar keit),

– den Einfluss der Fauna auf die Landschaft und Aus wir -

kun gen von Landschaftsveränderungen auf Wildtier habi-

tate (Ecosysserv, Ipodlas, Transformation),

– die Auswirkungen einer veränderten Nutzung oder Ge-

s taltung auf die Biodiversität (Flood’Alps, Sulaps),

– die Auswirkungen von Naturgefahren auf die Landschaft

und die Schutzfunktion der Landschaft selbst (Ipodlas,

Gisalp, Schutzwälder) sowie

– die Änderungen des Erholungsverhaltens und des tou-

ristischen Potenzials aufgrund von Landschafts verän de -

rungen (Alpsim, Alpro, Ecosysserv).

Die Bandbreite der thematisch-inhaltlichen Ausrichtung

der Projekte zeigt zum einen auf, dass Landschafts model -

lie rung in vielen Bereichen sinnvoll eingesetzt werden

kann. Zum anderen weist sie auch darauf hin, dass Land -

schaftsmodelle bereits sehr spezifische Fragestellungen

aufgreifen. Nur bei gleichem Fokus der Fragestellung kann

das Modell entsprechend auch in einer anderen Situation

eingesetzt werden. Für Anwendungen in ähnlichen, aber

nicht exakt gleichen Situationen muss das Modell ent-

sprechend angepasst werden.

2.2.3 Methodische Ansätze der Modellierung

Die vorliegenden Modellierungen umfassen ein breites

Spektrum an aktuellen methodischen Ansätzen. Unter den

vorliegenden Studien lassen sich grundsätzlich statisti-

sche Modelle, Simulationsmodelle, Bewertungsmodelle

und Datenmodelle unterscheiden, was sich vor allem

2.2 Merkmale der Projekte

Aus dem vorangegangenen Kapitel 2.1 wird ersichtlich,

dass die Modellierungsprojekte des NFP 48 ein weites

Spek trum an inhaltlichen und methodischen Ausrich tun -

gen abdecken. In den folgenden Abschnitten werden die

Projekte unter verschiedenen Gesichtspunkten diskutiert

und eingeordnet.

Bei der Vielzahl an Eigenschaften, die Modelle in der

Land schaftsforschung haben können, ist es auch nicht ver -

wunderlich (z.B. Briassoulis, 2000), dass die Projekte der

NFP 48-Forschung das weite Spektrum an Möglichkeiten

weder komplett noch systematisch abdecken.

2.2.1 Einordnung in die Landschaftsforschung

Die Projekte betrachten Landschaften und Lebensräume

sowie ihre Veränderung unter verschiedenen Blickwinkeln.

Die wichtigsten Perspektiven umfassen dabei

– die Gründe und Umstände («driving forces»), die zu Ver -

än derungen der Landschaften und der Lebensräume füh-

ren (Erreich bar keit, Sulaps, Transformation, Wa salp),

– die Muster und Prozesse, mit denen sich Landschaften

und Lebensräume verändern (Alpscape, Gisalp, Sulaps,

Transformation, Wasalp),

– die Bewertung der Landschaftsveränderungen (Alpro,

Alpsim, Ecosysserv, Flood’Alps), und schliesslich

– die methodisch-technischen Möglichkeiten, bestehende

Modelle und computergestützte Techniken der Land -

schafts forschung zu kombinieren (Alpscape, Gisalp,

Ipodlas).

Diese Betrachtungsweisen sind weitgehend komplemen-

tär und können bei gleicher inhaltlicher sowie zeitlich-

räumlicher Ausrichtung oftmals gut miteinander kombi-

niert werden. Dies wird durch die enge Zusammenarbeit

zwischen verschiedenen Projekten unterstrichen. So kann

der Fokus eines Projektes im Bereich der Gründe und Um -

stände und in der Erkennung von Veränderungsmustern

liegen (z.B. Wa salp). Diese Erkenntnisse werden zur Simu -

lation zukünftiger Veränderung eingesetzt (z.B. Alpscape),

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2 NFP 48-PROJEKTE MIT MODELLIERUNGSCHARAKTER 45

durch die jeweilige Zielsetzung ergibt. Jede dieser Klassen

umfasst theoretisch eine Vielzahl alternativer Modellie -

rungs ansätze. Im Rahmen der vorliegenden Arbeiten des

NFP 48 wird diese Vielfalt insbesondere bei den Simula -

tions modellen deutlich, auch wenn sie selbst dort nicht

systematisch und komplett aufgezeigt werden kann.

– Statistische Modelle konnten neue Erkenntnisse zur

räum lichen Verteilung von Landschaftsveränderungen

durch einen Rückgang der Landwirtschaft im Alpenraum

liefern (Wasalp). Sie bilden auch die Grundlage für eines

der Simulationsmodelle (Alpscape).

– Simulationsmodelle werden zur Simulation von Zu kunfts -

szenarien und zur Beurteilung alternativer politischer

Mass nahmen und Managementstrategien eingesetzt.

Sie operieren entweder auf der Grundlage von statisti-

schen Modellen (Alpscape), von physikalisch basierten

Teilmodellen (Gisalp, Schutzwälder), von biologisch-

empirischen Zusammenhängen (Ipodlas, Schutz wäl -

der) oder von empirisch basierten Multiagentensyste -

men (Alpsim, Sulaps). Tabelle 2-2 gibt einen Überblick

über die methodischen Merkmale und die inhaltliche

Ausrichtung dieser Simulationsmodelle.

– Modelle zur systematischen Bewertung von Eingriffen

und Veränderungen in die Landschaft umfassen Krite -

rien kataloge, Grundlagen zur Gewichtung und schliess-

lich die Bewertung selbst, die je nachdem monetär

(Alpro, Ecosysserv) oder auf der Basis dimensions-

loser «Noten» (Alpro) erfolgt.

– Die Erarbeitung neuartiger Datenmodelle konnte die

Integration existierender Teilmodelle (Gisalp) sowie

funk tional und technisch einzelnstehender Soft ware -

produkte (Ipodlas) unterstützen.

2.2.4 Räumliche und zeitliche Skalen

Landschaftsmodelle arbeiten auf verschiedenen räumli -

chen und zeitlichen Skalen. Die räumlichen Skalen, auf

denen im Rahmen des NFP 48 gearbeitet wurde, reichen

von der nationalen Ebene (Erreichbarkeit) über den ge -

samten schwei zerischen Alpenraum (Ipodlas, Wasalp),

die regionale und die lokale Ebene (Alpscape, Gisalp,

Ipodlas, Sulaps, Transformation), einzelne Wald stand -

orte (Schutz wälder) bis hin zu Einzelbäumen (Ipodlas).

Obwohl die Projekte ein grosses Skalenspektrum abde-

cken, ist die lokale bis regionale Ebene deutlich dominant

(Alpscape, Alpsim, Sulaps, Transformation). Ein Grund

dafür ist, dass Landschaftsveränderungen vor allem auf

dieser Ebene wahrgenommen werden (Transformation).

Trotzdem haben die dargestellten Prozesse der Land -

schafts veränderung vielmals ihren Ursprung auf mehreren

hierarchischen räumlichen Ebenen (Transformation).

Des wegen verfolgt zum Beispiel Ipodlas das Ziel, den

Fokus auf eine Ebene zu überwinden und mehrere Skalen

miteinander zu verbinden.

Die zeitlichen Skalen der Modelle sind durch die darge-

stellten Phänomene des Landschaftswandels bestimmt. Je

nachdem, ob Landschaftsveränderung als Folge des struk -

turellen Wandels in der Landwirtschaft, der Waldent -

wicklung oder des Klimawandels untersucht wird, werden

daher Zeitspannen von 10–50 Jahren in unterschiedlicher

Auflösung betrachtet. Eine Ausnahme bildet das Projekt

Transformation, das retrospektiv bis über einen Zeit -

raum von rund 150 Jahren die Geschwindigkeit des Land -

schafts wandels erfasst.

Wie die zeitliche Dimension (Auflösung und Dauer) in

Modellen verwirklicht wurde, unterscheidet sich sehr zwi-

schen den Projekten. Während im Projekt Alpsim die

Entscheide von Wanderern zeitlich sehr hoch aufgelöst

modelliert wurden, wurden im Projekt Ipodlas Migra tions-

muster des Lärchenwickler auf Jahresbasis über mehrere

Jahrzehnte und im Projekt Alpscape Landnutzungs ände run-

gen in 12-Jahres-Schritten über 50 Jahre hinweg simuliert.

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NFP 48 THEMATISCHE SYNTHESE V 46

Tabelle 2-2

Inhaltliche und methodische Eigenschaften der sechs Simulationsmodelle

Projekt

Alpscape

Alpsim

Gisalp

Ipodlas

Schutzwälder

Sulaps

Inhaltliche

Schwerpunkte

Tourismus

Regionalentwick -

lung, Struktur -

wandel in der

Landwirt schaft

Naturgefahren

Migrationsmuster

(Lärchenwickler),

Ausbreitung von

Rauch, Flammen

und Wolken

Abschätzung der

Schutzfunktion

von Waldstruktur

Strukturwandel

in der Landwirt -

schaft,

Biodiversität

Methodischer

Ansatz

Agenten-

basiertes Modell

Integiertes

Modell:

Kombination

verschiedener

disziplinärer

Ansätze

Integiertes

Modell:

Kombination

mehrerer bereits

existierender

Modelle

Populations-

genetisches

Modell,

Waldbrand-

modell,

Rauchmodelle,

Wolkenmodelle

Kombiniertes

Modell, prozess-

basiert

Agenten-

basiertes Modell

Räumliche

Skala

Lokal

Regional

Multiskalar:

Lokal,

Regional,

Alpenraum

Waldbestand

Lokal

Zeitliche

Skala

1 Woche

50 Jahre

Nicht definiert

Zyklen à

7–10 Jahre oder

Stunden/Tage

(Feuer)

Mehrere

Jahrzehnte

150 Jahre

10–15 Jahre

Implementierung

Automatisiert

Einzelne Teile

teilweise auto-

matisiert,

die Kombination

von Modellen

quasi «manuell»

Automatisiert

Konzept zur

Integration von

GIS, zeitlicher

Simulation und

Visualisierung

sowie

Automatisierung

Automatisiert

Komplett

automatisiert

Visualisierung

Film,

photo realistische

Darstellung

Tabellen mit

Indikatorwerten

und Karten

Karten

Film oder

Echtzeit-

Demonstrationen

–

Indikatorwerte

und Karten

Einbindung von

Stakeholdern

–

Lokale

Begleitgruppe,

Szenarien-

entwicklung

und Diskussion

der Simulations-

ergebnisse

Daten und

finanzielle

Unterstützung

von kantonalen

Ämtern

«simulierte

Stakeholder» wie

z.B. Tourismus-

verantwortliche

oder Feuerwehr-

leute

–

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2 NFP 48-PROJEKTE MIT MODELLIERUNGSCHARAKTER 47

2.2.5 Die wichtigsten Szenarien

für die Schweizer Alpen

In den meisten der Modellierungsprojekte des NFP 48

wurde der Einfluss von Zukunftsszenarien auf die Land -

schaft simuliert. Drei Themen kristallisierten sich dabei als

besonders bedeutsam für die Zukunft des Alpenraums

heraus:

– Der Klimawandel und seine Folgen für den Schweizer

Alpenraum, wobei insbesondere auf die Frequenz und

Intensität von alpinen Naturgefahren (Gisalp) und auf

mögliche Veränderungen im Wintertourismus (Alp -

scape) eingegangen wurde.

Der landwirtschaftliche Strukturwandel und seine

Folgen für die alpine Landschaft, wobei die bereits beo -

bachteten Landnutzungsveränderungen durch statisti-

sche und betriebswirtschaftlich basierte Modelle in die

Zukunft projiziert wurden (Alpscape, Sulaps).

– Die Siedlungs- und Infrastrukturentwicklung, wobei

diese mehrmals in Verbindung mit der Bewertung der Ver -

änderung und der touristischen Entwicklung einer Region

betrachtet wurden (Alpscape, Alpro, Ecosysserv).

Für die Zukunft kann angenommen werden, dass diese

drei Entwicklungen einen dominierenden Einfluss auf die

Schweizer Berglandschaften und neben ökologischen

Konse quenzen auch Folgen auf die Attraktivität der

Landschaft haben werden.

2.2.6 Datengrundlagen der Projekte

Die Datengrundlagen decken ebenfalls ein weites Spek trum

an Möglichkeiten ab:

– Existierende Datensätze, die teilweise mehrere Jahr -

zehn te abdecken, wurden vorwiegend zur Entwicklung

statistischer und empirischer Modelle eingesetzt (Alp -

scape, Erreichbarkeit, Ipodlas, Transformation,

Wasalp). Es handelte sich dabei um Langzeitdatensätze

und Daten, die von Bundesstellen erhoben werden, wie

z.B. die Arealstatistik.

– Teilweise wurden die Daten in den Projekten selbst er -

hoben. Die Erhebungen, in denen z.B. die aktuelle Sozial-

und Wirtschaftslage einer Region oder eines Betriebs

(Alpscape, Sulaps), das Mobilitätsverhalten von Tou ris -

ten (Erreichbarkeit), Landschaftspräferenzen (Alpro,

Alpsim, Ecosysserv) oder Veränderungen der Biodi ver -

sität (Flood’Alps) aufgenommen wurden, decken eine

grosse Bandbreite an Inhalten und Methoden ab. Die er -

hobenen Daten wurden teilweise direkt zur Modell bil -

dung eingesetzt (Alpscape, Alpsim, Sulaps) oder bieten

sich als Grundlage zur zukünftigen Modellbildung und

Verifikation an (z.B. Flood’Alps).

– Mehrere Projekte nutzten ausserdem indigenes Wissen

von lokalen Akteuren (Sulaps, Wasalp). Im Projekt Alp -

scape wurde auf dieser Datengrundlage z.B. die numeri-

sche Modellierung mit einer partizipativen Szenario -

analyse kombiniert.

– Schliesslich stellte ein grosser Fundus an bereits beste-

hender wissenschaftlicher Literatur eine weitere wich-

tige Informations- und Datenquelle für die betrachteten

Projekte dar.

2.2.7 Funktion der Modelle

Die Funktion eines Modells ist ein besonders wichtiges

Merkmal, um sein Potenzial für die Praxis der Raum- und

Landschaftsplanung aufzuzeigen. Es wird dabei deutlich,

wie sehr die Zielsetzung der Modelle und damit auch ihre

mögliche Funktion in Entscheidungsprozessen variieren

kann. Hier werden die vier funktionalen Schwerpunkte

Erklärung, Prognose, Bewertung und Visualisierung aus

Sicht der Modelle unterschieden. Sie lassen sich direkt

den Funktionen innerhalb des Planungsprozesses, wie sie

in Kapitel 3.2.5 beschrieben sind, zuordnen. So werden

beispielsweise Simulationsmodelle, die Prognosen und

vor ausschauende Analysen liefern, typischerweise zur Be -

rechnung von Entscheidungsgrundlagen eingesetzt.

– Erklärende Analyse

Zu den erklärenden Ansätzen zählen insbesondere die

analytischen Ansätze der Projekte Erreichbarkeit,

Flood’Alps, Transformation und Wasalp. Sie arbeiten

zu einem grossen Teil retrospektiv und haben ihren

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Walz, Ariane et al.: Virtuelle Welten - reale Entscheidungen? Die Alpen im Modellbaukasten, © vdf Hochschulverlag 2009

Schwerpunkt im Erkenntnisgewinn. Dabei wird in man-

chen Projekten mit analytisch-erklärenden Modellen ge -

arbeitet (z.B. statistische Modelle in Wasalp), teilweise

greifen die Projekte aber auch auf andere Methoden zu -

rück (z.B. informelle Expertengespräche in Transfor -

ma tion). Die gewonnenen Erkenntnisse können in der

Raum- und Landschaftsplanung grosse Bedeutung haben

und richtungsweisend für Entscheide sein. Erklärend-

analytische Modelle werden vor allem in der Forschung

genutzt und kaum in der Praxis eingesetzt. Ein Haupt -

grund dafür ist, dass der grösste Erkenntnisgewinn

nicht bei der Anwendung des Modells, sondern bei sei-

ner Entwicklung erreicht wird.

– Prognose/vorausschauende Analyse

Unter Prognose wird die Abschätzung zukünftiger

Entwicklungen eines Systems verstanden. Prognose ist

das primäre Ziel von Simulationsmodellen, die eben

diese Entwicklung über die Zeit auf der Grundlage von

theoretischen Überlegungen und empirischen Analysen

abschätzen.

Wenn es sich dabei um komplexe Systeme handelt,

bei denen die zukünftige Entwicklung von grossen Un -

sicherheiten gekennzeichnet ist, ist eine Prognose im

engeren Sinne nicht mehr durchzuführen. Simulationen

werden dann vielfach im Rahmen einer vorausschauen-

den Szenarienanalyse eingesetzt (siehe auch Kapitel 1.8).

Damit erlauben sie ein Experimentieren mit unterschied-

lichen Rahmenbedingungen, das so mit Landschaften

und Regionen nicht möglich wäre, und zeigen auf, unter

welchen Umständen mit welchen Entwicklungen zu

rechnen ist.

Im Rahmen der NFP 48-Forschung wurden Prognosen

und Simulationen zur Optimierung von Management stra-

tegien (Schutzwälder, Sulaps) und als Grundlage zur

Diskussion von Zukunftsvisionen (Alpscape) er stellt.

– Bewertung

Bewertungsansätze verfolgen die Absicht, systematische

und nach Möglichkeit regional übertragbare Methoden

zur Bewertung von Landschaftsveränderungen zu entwi-

NFP 48 THEMATISCHE SYNTHESE V 48

ckeln. Dabei kann es sich um die Abschätzung der

Attraktivität einer Landschaft handeln (Alpro, Ecosys -

serv) oder auch um andere Eigenschaften, z.B. die Be -

wer tung des Lawinenschutzes oder der Hochwasser prä -

vention durch Gebirgswälder (Ecosysserv). Ein wichtiger

Aspekt dabei ist die Vergleichbarkeit zweier möglicher

Zustände, weswegen entweder mit dimensionslosen Be -

wer tungsklassen im Sinne von Indikatoren oder mone-

tarisierten Werten gearbeitet wird (Alpro, Ecosysserv).

Bewertungsansätze haben ein grosses Potenzial, zur

Objektivierung eines Entscheidungsprozesses in der

Praxis beizutragen.

– Visualisierung

Neben der Analyse und Simulation von Landschafts ver -

änderungen werden mit zunehmender Rechnerkapazität

auch die Visualisierungstechniken immer komplexer.

Ins besondere die Kopplung dynamischer Modelle mit

photo realistischen Darstellungsformen ist eine wichtige

Herausforderung für die aktuelle Forschung (Alpsim,

Ipodlas). Hochentwickelte 3D-Visualisierungstechniken

erlauben es, komplexe Simulationsergebnisse durch ein

anschauliches und leicht interpretierbares Bild bezie-

hungsweise einen entsprechenden Film darzustellen.

Diese Techniken stellen eine sinnvolle Verbindung zwi-

schen Simulationsmodellen und Kommunikations medien

dar, die auch in der Landschafts- und Regionalplanung

erfolgreich eingesetzt werden.

Die erwähnten vier Funktionen können weitgehend auto-

nom erfüllt werden. Im Falle von computergestützten Mo -

dellen werden sie oftmals auch kombiniert. Die Analyse der

Vergangenheit, die typischerweise der Funktion Erklä rung

zugeschrieben wird, bildet dabei häufig die Grundlage zur

Entwicklung von Prognoseinstrumenten. Die Prognose

ihrerseits stellt die Grundlage für Visualisierungen und zur

Bewertung von möglichen Zukunftsentwicklungen dar.

Die relevanten NFP 48-Projekte werden entsprechend

ihrer hauptsächlichen Akzentuierung diesen Funktionen

zugeordnet. Dabei zeigt Abbildung 2-9 nur eine grobe

Einordnung, denn die meisten Projekte können nicht ein-

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2 NFP 48-PROJEKTE MIT MODELLIERUNGSCHARAKTER 49

deutig zugeordnet werden. Viele der Modelle decken meh-

rere Funktionen ab (z.B. Sulaps) oder streben die Kom bi -

nation verschiedener Funktionen an (z.B. Ipodlas).

2.2.8 Kommunikation und Visualisierung

der Ergebnisse

Form und Technik, in der die Ergebnisse der Modellierung

ausgegeben und kommuniziert wurden, unterscheiden

sich stark zwischen den Projekten. Während manche

Projekte mehrere, mitunter komplexe Indikatorwerte aus-

geben (Alpscape, Sulaps), arbeiten andere mit Vertei -

lungs karten (Alpscape, Gisalp, Sulaps) und schliesslich

manche mit hochentwickelten Visualisierungsprodukten

wie realitätsnahen Animationen und Filmen (Alpsim,

Ipodlas). Diese Bandbreite zeigt die Gewichtung zweier

komplementärer Aspekte in der computergestützten Land -

schaftsmodellierung: Die Generierung und die Kommuni -

kation von Wissen.

Abbildung 2-9

Einordnung der Modellierungsprojekte des NFP 48 nach Funktionen

Die blau gekennzeichneten Projekte lieferten wichtige inhaltliche

Grundlagen zu dieser Synthese.

Quelle: Eigene Darstellung.

Visualisierung Bewertung

Prognose

Erklärung und Analyse

Ipodlas Alpro

Alpsim Ecosysserv

Alpscape

Sulaps

Gisalp

Erreichbarkeit

Transformation Soziales Umfeld

Schutzwälder

Wasalp

Flood’Alps

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NFP 48 THEMATISCHE SYNTHESE V 50

2.3 Bewertung des Gesamtbeitrags

Wir wollen hier die NFP 48-Modelle hinsichtlich ihres Bei -

trags zur aktuellen Forschung sowie in Bezug auf eine

mög liche praktische Anwendung bewerten.

2.3.1 Komplementäre Ansätze und

Kombination von Ansätzen

Vom wissenschaftlichen Standpunkt her ist die Kombina -

tion verschiedener Modellierungsansätze methodisch und

inhaltlich interessant und wünschenswert. Die Breite der

Modellierungsmerkmale in den einzelnen Projekten und

damit die Vielzahl möglicher Kombinationen zeigen, dass

das Potenzial zur Kombination von Ansätzen im Allgemei -

nen und auch auf der Basis der im NFP 48 entwickelten

Modelle hoch ist.

Um Modellierungsansätze erkenntnisbringend mitein-

ander zu kombinieren, müssen zahlreiche Faktoren aufein-

ander abgestimmt werden. Die zeitliche und räumliche

Auflösung der Daten ist dabei neben der inhaltlichen

Ausrichtung eines der bedeutsamsten Kriterien.

Die Zusammenarbeit der Projekte Alpscape, Ecosysserv

und Wasalp ist ein gutes Beispiel für die Kombination un -

ter schiedlicher Modellierungsansätze: Nachdem das Pro -

jekt Wasalp statistische Modelle zur Entwicklung der Wald -

ausdehnung entwickelt hatte, wurden diese im Pro jekt

Alpscape zur Entwicklung eines regionalen Simu la tions -

modells eingesetzt. Die räumlich expliziten Simu la tions er -

gebnisse aus dem Projekt Alpscape lieferten schliesslich

die Grundlage für die Bewertung von Eco system Services

im Projekt Ecosysserv (z.B. Grêt-Rega mey et al., 2008).

Diese Abfolge war inhaltlich und methodisch sinnvoll und

durchaus auch erkenntnisbringend. Doch gestaltete sich

die räumliche Auflösung der zwischen den Modellen

ausgetauschten Daten als problematisch. Sie musste mit

Hilfe zu sätzlicher Studien und Modellierschritte ange-

passt werden.

2.3.2 Technische Fortschritte bei

der Kombination von Ansätzen

Zu den technischen Problemen, welche die Arbeit mit

Modellen oftmals schwerfällig und zeitaufwändig machen,

gehören insbesondere Schnittstellenprobleme zwischen

verschiedenen Datenformaten und Software-Umgebungen.

Im Bereich räumlich expliziter Daten, die für die Raum-

und Landschaftsplanung besonders relevant sind, wird die

Datenverwaltung weitgehend von Geographischen Infor -

ma tionssystemen (GIS) übernommen. Die dynamische

Mo del lierung erfolgt oftmals in einer unabhängigen, zeit-

basierten Entwicklungsumgebung, und zur Visualisierung

wird ein drittes Instrument verwendet (Bishop, 1998; Isen -

egger et al., 2005). Die Optimierung dieser Schnittstellen

wird als wichtiger Beitrag zur Anwendbarkeit von Mo del -

len in der Praxis gesehen (Vonk et al., 2005).

Das NFP 48 hat zu dieser Schnittstellenproblematik zwei

wichtige Beiträge geleistet. Im Hinblick auf die Daten -

konvertierung, die zwischen verschiedenen Modellen oft-

mals nötig ist, hat Gisalp mit der Entwicklung eines ein-

heitlichen Datenmodells für verschiedene Naturgefahren -

modelle beitragen können. Das Projekt Ipodlas hat mit

der Konzeption einer Software-Architektur, welche die

Bereiche Datenverwaltung/GIS, dynamische (zeitliche)

Modellierung und Visualisierung direkt miteinander ver-

knüpft, einen Vorstoss im Bereich der Zusammenführung

der meist separat verwendeten Software-Umgebungen

gemacht.

2.3.3 Einsatzpotenzial für

die praktische Anwendung

Eines der erklärten Ziele des NFP 48 war es, anwendungs-

nahe Forschung zu fördern. Bei den Modellierungs pro jek -

ten stellt sich deswegen die Frage, ob neben den eigent-

lichen Forschungsergebnissen auch die entwickelten

Modelle in der Praxis angewendet werden können. Dies ist

bei den meisten Projekten aus verschiedenen Gründen nur

unter grossem zusätzlichem Aufwand möglich. Grosse Be -

deutung bei der Anwendung von Modellen in der Praxis

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2 NFP 48-PROJEKTE MIT MODELLIERUNGSCHARAKTER 51

hat die jeweils ganz konkrete Fragestellung (siehe auch

Kapitel 2.2.3 und 3.3). Es gibt durchaus Fragestellungen,

die in Planungsprozessen immer wieder auftauchen und

deren Beantwortung durch Modelle objektiviert und ver-

einfacht werden könnte. Ein Beispiel für ein solches Werk -

zeug wäre das einfachere Modell, das im Rahmen des

Projekt Schutzwälder weiterentwickelt wurde (Brang et

al., 2004, 2006).

In den meisten Projekten des NFP 48 wurden allerdings

kaum derartige Werkzeuge entwickelt, stattdessen stellen

die meisten der entwickelten Modelle quasi inhaltlich-

methodische Prototypen dar. Setzt man eine entsprechen-

de Fragestellung voraus, sind sie als Fallstudien metho-

disch auf andere Regionen übertragbar (siehe auch

Kapitel 3.2.4). Gegebenenfalls müssten sie für andere

Regionen nur noch einmal kalibriert und validiert werden

(z.B. Alpro, Sulaps).

Technisch erfüllen sie jedoch die Voraussetzungen für

den Einsatz in der Praxis kaum. Zur Bereitstellung eines

Modells als Planungswerkzeug sind eine benutzerfreund-

liche Ausgestaltung des Modells, eine stabile Program -

mie rung und eine umfassende Dokumentation, die auch

die Annahmen des Modells aufzeigt und die Möglichkeiten

zu Adaption auf eine andere Fallregion erklärt, unbedingt

erforderlich (Vonk et al., 2005).

Das NFP 48 hatte den Anspruch zu Praxisnähe und

Trans disziplinarität (Fry, 2001; Klein et al., 2001). In den

meisten Projekten wurden deswegen potenzielle Nutzer

der Modelle schon früh in die Projekte einbezogen. Der

Kontakt zu Entscheidungsträger oder Verwaltungs insti tu -

tio nen wurde häufig bereits in der Formulierung der Projekt-

idee aufgenommen (z.B. Gisalp), und die Einbindung der

lokalen Bevölkerung erfolgte in Form von Workshops

(z.B. Alpscape) und/oder Informationsveranstaltungen

(z.B. Sulaps) während des Projektes. Trotzdem gelang es

nur teilweise, regelmässig Kontakt über die ganze Laufzeit

eines Projektes zu pflegen. Oftmals entwickelten sich die

Erwartungen der Wissenschaft und der Praxis im Laufe der

Projekte auseinander. Wie in zahlreichen anderen trans-

disziplinären Forschungsprojekten (Mittelstrass, 2003)

wurde deutlich, dass es sich trotz aller Bemühungen bei

den NFP 48-Projekten primär um Forschungsprojekte han-

delt, die neben den Erwartungen der Praxis auch der

Grundlagenforschung und der Ausbildung gerecht werden

sollten.

Ein weiterer Grund, weshalb das Einsatzpotenzial der

Modelle in der Praxis noch nicht ausgeschöpft wurde, ist

die anfängliche Aussicht auf eine spezielle Umsetzungs -

phase des NFP 48. Das Projektdesign sah deshalb in meh-

reren Fällen eine Methodenentwicklung und die Erstellung

eines Prototyps in der ersten Projektphase vor, während

die Forschungsresultate in einer zweiten Projektphase für

die Praxis oder die Öffentlichkeit umgesetzt werden sollte.

Schliesslich ist im Einzelfall auch ein gezieltes Marke -

ting hilfreich, um ein Modell als Werkzeug zu etablieren.

Dies zeigt das Beispiel des Projektes Alpro, aus dem eine

ansprechende Broschüre über das entwickelte Bewer -

tungs instrument hervorgegangen ist (Schwarzwälder und

Kooijman, 2005).

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Einsatz von Modellen

in der Raum- und

Landschaftsplanung

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NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V54

3 Einsatz von Modellen in der

Raum- und Landschafts planung

Seit den 1980ern wurden zahlreiche computergestützte,

räumlich-explizite Modelle zur Raum-, Landschafts- und

auch Stadtplanung entwickelt. Während sich Visuali sie -

rungs techniken bereits relativ gut in der Planungspraxis

etabliert haben (Bishop und Lange, 2005), bestätigt die

Literatur und auch unsere Zusammenarbeit mit den Ex -

perten der Begleitgruppe, dass Modelle in der Praxis trotz

intensiver Forschungsaktivitäten kaum genutzt werden

(z.B. Geertman und Stillwell, 2004; Stillwell et al., 1999).

Dies bedeutet nicht, dass Modelle für die Planungspraxis

wertlos sind. Im Gegenteil, es wird von sehr positiven

Erfah rungen berichtet, wo sie angewandt wurden (z.B. Cos-

tanza, 1998; van den Belt, 2004).

In diesem Kapitel werden die wichtigsten Erwartungen

und Probleme bei der Nutzung von Modellen in der Pla -

nungs praxis angerissen, mögliche Lösungsansätze entwi-

ckelt und der allfällige Beitrag der NFP 48-Forschung dar-

gestellt. Dabei stellt man fest, dass die NFP 48-Forschung

(Kapitel 2) wichtige Beiträge zur Lösung mehrer Kern pro -

bleme liefert.

3.1 Erwartungen an virtuelle

Planungsinstrumente

In den vergangenen Jahren haben sich zahlreiche Institu -

tio nen und Forscher mit der Ausarbeitung und Verbesse -

rung von Planungsinstrumenten beschäftigt (z.B. Bishop,

1998; Klostermann, 2001; Landis, 2001; Waddell, 2002;

Wegener, 2001). Die Ergebnisse dieser Forschung wurde in

mehreren Büchern zusammengeführt (Brail und Kloster -

mann, 2001; Geertmann und Stillwell, 2003) und zeigen

die Bandbreite und Möglichkeiten von Planungsinstru -

men ten auf.

Gleichzeitig gibt es auch ein paar wenige Arbeiten, die

sich mit den Bedürfnissen der Planungspraxis direkt und

empirisch auseinandersetzen. In gross angelegten Studien

sind Cockerill et al. (2004) und Vonk et al. (2005) zum

Beispiel der Akzeptanz von Modellen in Planungs pro zes -

sen nachgegangen.

Die Autoren betonen, dass die grosse Mehrheit der Be -

fragten überzeugt war, dass Modelle hilfreiche Werkzeuge

in der Planung und dem dazugehörenden politischen Pro -

zess sind (Cockerill et al., 2004). Trotzdem werden sie in

der Planungspraxis bisher kaum genutzt (z.B. Stillwell,

1999). Die Hauptgründe, weswegen die Aktivität bei der

Entwicklung von Planning Support Systems für die Raum-

und Landschaftsplanung die tatsächliche Nutzung über-

steigt, werden darin gesehen, dass die Planung mit dem

Potenzial und der Handhabung von Modellen noch nicht

ausreichend vertraut ist und die technischen Komplika tio -

nen oftmals gross sind (Vonk et al., 2005).

Die Ergebnisse dieser Studien spiegeln auch den Stand -

punkt der Begleitgruppe dieser Synthese V sehr gut wider

(Dokumentation des Begleitgruppenprozesses im An hang).

Auch sie sieht auf der einen Seite das grosse Potenzial der

virtuellen Planungsinstrumente, aber auch, dass der Ein -

satz von Modellen durch notwendige Adaptionen und er -

for derliche Daten mit einem grossen zeitlichen und finan-

ziellen Aufwand verbunden ist und viele Anwender diesen

Aufwand scheuen. Trotz einzelner Zweifel geht die Begleit -

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3 EINSATZ VON MODELLEN IN DER RAUM- UND LANDSCHAFTSPLANUNG 55

gruppe davon aus, dass virtuelle Planungswerkzeuge in

Zukunft zunehmend zum Einsatz kommen werden, da sie

der zunehmenden Komplexität der Entscheide, dem ent-

sprechenden Bedürfnis nach Planungsgrundlagen und

einer verbesserten Transparenz der Planungsverfahren

Rechnung tragen können.

Funktionen der Planungsinstrumente

Für die Praxis ist es wichtig, zwischen verschiedenartigen

Funktionen, die computerbasierte Planungsinstrumente

in nerhalb des Planungsprozesses haben können, zu

unter scheiden. So muss zum Beispiel zwischen Instru -

men ten, deren Ergebnisse intern als Entscheidungs grund -

lage und jenen, deren Ergebnisse zur Kommunikation an

die Öffentlichkeit oder Entscheidungsträger verwendet

wer den, unterschieden werden. Dies entspricht weitge-

hend der Differenzierung zwischen Modellen und Visua -

lisierungen, wie sie in der Synthese V gehandhabt wird

(siehe Kapitel 2.2.7). Ausserdem stellt es ein grundlegen-

des Merkmal dar, um passende Werkzeuge für die eigenen

Bedürfnisse zu finden (siehe Kapitel 3.2.5).

Vielschichtigkeit und Komplexität

Verschiedenartige Folgewirkungen von Entscheiden abbil-

den und Alternativen simulieren zu können, stellt das

gros se Potenzial der Planungsinstru men te dar, welche

dadurch einem weiteren wichtigen Anspruch der Praktiker

gerecht werden.

Problematisch kann dabei allerdings die erwartete Viel -

schichtigkeit der Modelle sein, die oftmals die Kombi na tion

verschiedener Modellierungsansätze und verschiedener

disziplinärer Herangehensweisen erfordert. Im Sinne einer

nachhaltigen Entwicklung würde die Praxis zum Beispiel

gerne ökonomische Modelle mit Environmental-Impact-

Modellen auch in Tools verknüpft sehen. Zwar können

diese Zusammenhänge unter weitreichenden Annahmen

in einzelnen Fallstudien hergestellt werden (z.B. Grêt-

Regamey und Kytzia, 2007), doch nehmen im Allgemeinen

mit der Vielschichtigkeit eines Modells die involvierten

Un sicher heiten und begleitenden Annahmen zu. Die

Trans parenz und Übertragbarkeit der Modelle leidet dar-

unter und es wird auch immer schwieriger, das Modell zu

einem Planungsinstrument auszubauen.

Trotzdem zeigte die Diskussion in der Begleitgruppe,

dass im Bereich der Simulationsmodelle oftmals eine

grosse Vielschichtigkeit gefragt ist. Diese Aussage stimmt

mit den Erfahrungen von Bishop (1998) überein, der allzu

vielschichtige Erwartungen an Planungswerkzeuge aller-

dings kritisiert und auf unterschiedliche Werkzeuge für

unterschiedliche Aufgaben hinweist. Dies gilt für die in -

haltliche Ausrichtung von Modellen (z.B. Ökonomie versus

Ökologie) ebenso wie für die Funktionen der Instrumente

innerhalb des Planungsprozesses (z.B. Visualisierung ver-

sus Simulation).

Modelltransparenz und Vertrauen

Die Modelltransparenz und das Vertrauen in die Modelle

spielen eine wichtige Rolle für die Akzeptanz von Modellen

in der Planungspraxis. Dies bestätigt auch die Begleit -

gruppe in Übereinstimmung mit Vonk et al. (2005) und

Cockerill et al. (2004). Dabei ist Transparenz im Sinne

einer detaillierten und kompletten Dokumentation in

erster Linie für Nutzer bedeutsam, die sich mit dem Modell

detailliert auseinandersetzen, das methodische Vorgehen

beurteilen können sollten und die Plausibilität der Er geb -

nisse abschätzen müssen. Dies können kleine Teams oder

auch Einzelpersonen in der Verwaltung und in Beratungs -

büros sein.

Für Nutzer, die sich mit dem Modell selbst nicht detail-

liert auseinandersetzen, wie zum Beispiel die Politik als

potenzielle Auftraggeberin, ist nicht die Modell trans pa -

renz, sondern das Vertrauen in das Modell, seine Entwick -

ler und seine Anwender entscheidend. Eine aktive Ver -

trauensbildung im Vorfeld kann daher entscheidend sein

für die Akzeptanz eines Modells im Planungsprozess

(Cockerill et al., 2004).

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NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V56

3.2 Probleme und Lösungsansätze

zur Etablierung von Modellen

in der Planungspraxis

3.2.1 Datenverfügbarkeit und -qualität

Die technischen Probleme, die dazu führen, dass die Nut -

zung computergestützter Hilfsmittel noch immer einen

grossen finanziellen und zeitlichen Aufwand bedeutet,

um fassen unter anderem die Verfügbarkeit und die Auf -

bereitung von Datengrundlagen (Begleitgruppe, siehe An -

hang, und Vonk et al., 2005). Im Gegensatz zur Forschung

können in der Praxis oftmals nicht erst selbst Daten erho-

ben werden, bevor ein Modell oder Planungswerkzeug zum

Einsatz kommt. Die Datengrundlagen, die in der Raum-

und Landschaftsplanung verwendet werden, sind viel-

schichtig und unterscheiden sich neben der inhaltlichen

Ausrichtung in ihrer räumlichen Ausdehnung sowie in ihrer

räumlichen und zeitlichen Auflösung. Obwohl der Umfang

der zur Verfügung stehenden Daten gross ist, decken sie

viele Bedürfnisse der Raum- und Landschafts planung der-

zeit noch nicht ausreichend ab.

Flächendeckende Datensätze

Für die gesamte Schweiz stehen mehrere flächendecken-

de Datensätze zur Verfügung. Der Vorteil dieser Daten -

sätze besteht darin, dass sie für alle Regionen der Schweiz

erhältlich sind, dass sie keinen datenschutzrechtlichen

Restriktionen unterliegen und dass sie sehr gut dokumen-

tiert sind. Sie werden zum grössten Teil vom Bundesamt

für Statistik (BFS) und von swisstopo (Bundesamt für

Landes topographie) aufgenommen und weitergeführt, wie

z.B. die Datensätze des GEOSTAT (BFS, 2001) oder der

Vector25-Datensatz (swisstopo, 2006).

Die GEOSTAT-Datensätze decken ein weites Spektrum

an Themen ab. So werden z.B. die Ergebnisse der Volks -

zählung, aber auch pedologische und klimatische Infor -

ma tionen im Rahmen dieses Datensatzes aufbereitet (BFS,

2001). Ein weiterer Vorteil dieser Daten ist, dass genau

Interaktive Instrumente

In Übereinstimmung mit Vonk et al. (2005) ist auch für die

Begleitgruppe ein interaktives Instrument ein langfristig

erstrebenswertes Ziel. Eine hohe Interaktivität in Verbin -

dung mit schnellen Rechenzeiten ermöglicht das «Herum -

spielen» mit dem Modell. Professionelle Anwender könn-

ten so die Plausibilität eines Modells und dessen Grenzen

schnell abschätzen, ausserdem wäre es möglich, es direkt

in Sitzungen und öffentlichen Veranstaltungen nutzen.

Datenverfügbarkeit und -qualität

Obwohl die Datensituation in der Schweiz im internationa-

len Vergleich sehr gut ist, stellen Datenverfügbarkeit und

-qualität in der Praxis eine grosse Herausforderung dar

und der Aufwand zu ihrer Aufbereitung wird oftmals ge -

scheut. In der Begleitgruppe wird dies als eine rein techni-

sche Herausforderung beurteilt und langfristig als weniger

problematisch bewertet, obwohl die Daten be schaffung im

Moment noch eine sehr grosse Hürde bedeutet.

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3 EINSATZ VON MODELLEN IN DER RAUM- UND LANDSCHAFTSPLANUNG 57

dokumentierte Zeitreihen existieren, wie im Falle der

Arealstatistik (1979/85, 1992/97 und demnächst auch

2004/09) und der Volkszählungen (1990 und 2000) (BFS,

2001). Allerdings reicht die räumliche Auflösung der GEO-

STAT-Daten nur bedingt für die Durchführung regionaler

und lokaler Studien (Abbildung 3-1).

Vector25 bildet ebenfalls die gesamte Schweiz ab. Die

räumliche Auflösung dieses Datensatzes ist um ein Viel -

faches besser, da der Vector25-Datensatz auf der Landes -

karte der Schweiz im Massstab 1:25’000 beruht, welcher

für regionale und lokale Studien meistens ausreicht.

Aller dings umfasst er ausschliesslich die Informationen,

die für die Landeskarten der Schweiz ge braucht werden

(swisstopo, 2006). Ökologische oder soz io logische Daten

wer den nicht aufgenommen und Zeit reihen sind aufgrund

des geringen Alters des Datensatzes auch (noch) nicht er -

hältlich.

Form und Inhalt weiterer

öffentlich zugänglicher Datensätze

Neben diesen flächendeckenden Datensätzen der Bundes -

institutionen existieren weitere öffentlich zugängliche

Daten sätze von Ämtern auf Kantons- und Gemeindeebene.

Da die Daten von Kantonen und Gemeinden oftmals räum -

lich höher aufgelöst sind, stellen sie eine sinnvolle Ergän -

zung der flächendeckenden Datensätze des Bundes dar.

Abbildung 3-1 zeigt ein Beispiel aus dem Bereich Land-

nutzung. Während die linke Abbildung auf der Areal sta -

tistik mit einer Auflösung von 100 m x 100 m be ruht (BFS,

2001), zeigt die rechte Abbildung die durch eigene Erhe -

bun gen angereicherten Daten des Amtlichen Geo meters

der Landschaft Davos Gemeinde. Gerade für die Nut zung

von virtuellen Planungsinstrumenten wäre es sehr hilf-

reich, die Verfügbarkeit solcher Daten, ihre Eigenschaften

und Inhalte zusammenzutragen und öffentlich zu machen.

Ein Abgleich dieser Datensätze hinsichtlich ihrer Form und

Inhalte von einer Gemeinde zur nächsten wäre ein weiterer

Schritt, um die Übertragbarkeit von Modellen zwischen

einzelnen Regionen zu vereinfachen.

Kombination bereits existierender

öffentlich zugänglicher Datensätze

Bei der Aufbereitung von Daten für die Raum- und Land -

schaftsplanung wäre die Kombination bereits existieren-

der öffentlich zugänglicher Datensätze eine grosse Ver -

bes serung. So wäre zum Beispiel die Verknüpfung von

Verkehrserhebungen mit dem Strassennetz des Vector25

oder die Verknüpfung der Stockwerkzahlen pro Gebäude

mit dem Gebäudedatensatz des Vector25 sehr hilfreich.

Die Informationen liegen auf Ämtern in Form von Berichten

und Plänen nahezu flächendeckend vor, doch sind sie digi-

tal nicht erhältlich oder es bestehen rechtliche Restrik -

tionen, welcher einer Datenabgabe im Wege stehen.

Aggregation von Daten auf räumliche Einheiten

Nicht alle Informationen von Interesse für die Raum- und

Landschaftsplanung sind räumlich explizit. Wichtige sozio-

ökonomische Daten werden auch auf der Ebene von Ver -

waltungseinheiten erhoben. Dazu gehören zum Beispiel

die Kennzahlen zur regionalen Wirtschaft und zur Land -

wirt schaftsstruktur. Die Aggregation auf der Ebene der

Gemeinden ist dabei für die Raum- und Landschafts pla -

nung oftmals ausreichend. Problematisch ist es dagegen,

wenn Daten nur auf höheren administrativen Ebenen erho-

ben werden. Ein Beispiel dafür sind Finanzflüsse zwischen

Wirtschaftsbranchen. Derartige Daten, wie sie für Input-

Output-Tabellen erforderlich sind, werden zum Beispiel

nur auf Bundesebene erhoben, obwohl sie sich regional

stark unterscheiden. Die Regionalisierung solcher Daten -

sätze ist sehr aufwändig, stellt aber einen grossen Infor -

ma tionsgewinn für die Regionen dar, wie man am Beispiel

der Input-Output-Tabelle im Rahmen des Projektes Alp -

scape sehen kann (Wegmann und Kytzia, 2005).

Lücken in der Datenabdeckung

Trotz der insgesamt recht guten Datenlage in der Schweiz

gibt es letztendlich noch Lücken in der Datenab de ckung.

Manche dieser Lücken führen dazu, dass die Raum- und

Landschaftsplanung in wichtigen Bereichen auf grobe

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NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V58

Abbildung 3-1

Gegenüberstellung der Arealstatistik und dem Datensatz eines Amtlichen Geometers

Je nach räumlicher Auflösung lassen sich unterschiedliche Inhalte darstellen und Aussagen machen.

Massstab: 1:100’000

Räumliche Auflösung und Genauigkeit: 100 m

Inhaltlicher Fokus: Sich gegenseitig beeinflussende

Ver änderungen von Siedlung, Landwirtschaft und Wald

Land use classes

■Closed forest

■Open forest

■Overgrown area

■Intensive agriculture

■Extensive agriculture

■Unproductive grassland

■Bare land

■Housing and infrastructure

■Water surfaces

Quelle: Verändert nach Walz, 2006.

Massstab: 1:5’000

Räumliche Auflösung und Genauigkeit: ~ 0.25 m

Inhaltlicher Fokus: Siedlungsstrukturen und Nutzung

der Siedlungsfläche

Usage

Residential

Tourist accomodation: hotel

Tenure

■Single owner

■Multiple owner

Planning

Construction capacity factor (CCF)

■CCF = 0m2GEA/m2base area

■CCF

≤

0.5 m2GEA/m2base area

■CCF

≤

1.0 m2GEA/m2base area

■CCF

≤

1.5 m2GEA/m2base area

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3 EINSATZ VON MODELLEN IN DER RAUM- UND LANDSCHAFTSPLANUNG 59

dieser speziell zu einer Fragestellung erhobenen Daten

wäre vielmals eine sinnvolle Ergänzung zu den heute stan-

dardmässig durchgeführten Analysen. So könnten statt der

meist rein gedanklich vollzogenen Szenarien wohldoku-

mentierte Szenarienanalysen und Simulationen durch ge -

führt werden.

3.2.2 Schnittstellen zwischen

verschiedenen Tools

Die technische Verbesserung der Schnittstellen zwischen

ver schiedenen Tools gilt als essenziell zur Etablierung von

Simulationsmodellen in der Praxis. Weil diese Schnitt stel -

len zwischen verschiedenen Software-Paketen wie z.B.

einem GIS und einem Simulationsmodell schlecht ausge-

arbeitet oder inexistent sind, muss viel Zeit für die Auf be -

reitung und den Austausch von Daten zwischen verschie-

denen Software-Paketen aufgewendet werden (Bishop,

1998). Diese technischen Probleme machen die Nutzung

von computergestützten Hilfsmitteln und Modellen sehr

schwerfällig.

Die Entwicklungen der jüngsten Vergangenheit zeigen

jedoch, wie rasch der technische Fortschritt zu neuen

Standards führen kann. Ein Beispiel dafür ist der Einsatz

von Geographischen Informationssystemen (GIS). Sie wer-

den inzwischen standardmässig bei Planungsprozessen

genutzt. Ein zweites Beispiel ist Google Earth, das vom

Datenumfang, von der Rechengeschwindigkeit und von der

Interaktivität her vor wenigen Jahren noch nicht für mög-

lich gehalten worden wäre. Die bestehenden technischen

Probleme werden insofern als lösbar und als wichtige

Felder zukünftiger Forschung und Entwicklung erachtet.

Zwei Projekte der NFP 48-Forschung fokussieren genau

auf diese Problematik. In Ipodlas wurde ein Konzept zur

technischen Optimierung der Verbindung von GIS, Visua li -

sierungssoftware und dynamischen, zeitkritischen Model -

len ausgearbeitet (Isenegger et al., 2005). Im Mittelpunkt

stand dabei die Konzeption einer Software-Architektur, die

einen direkten Datenfluss zwischen den drei Werkzeugen

er möglichte und anhand von Use Cases den «Proof of

Abschätzungen und relativ schlecht dokumentierte

Befragung zurückgreifen muss. Eine dieser Lücken ist zum

Beispiel die Verteilung und Belegung von Zweit woh -

nungen. Besonders in den Bergregionen ist diese Angabe

von grosser Bedeutung für die Raum- und Land schafts -

planung. Grosse Hoffnung wird in die zurzeit laufende so

genannte Registerharmonisierung gesetzt. Diese verlangt

detaillierte Angaben zur Belegung von Erst- und Zweit -

wohnungen in der ganzen Schweiz und soll langfristig die

herkömmliche Volkszählung ersetzen.

Ebenso schwierig ist die Erhebung von Daten zu den

Tagestouristenströmen und deren räumlich-zeitlichen Prä -

ferenzen. Tagestouristen müssen keine Übernachtungsge-

bühren bezahlen und müssen sich auch nicht melden. Für

diese für die Raum- und Landschaftsplanung in den

Schweizer Alpen wichtigen Angaben ist man immer wieder

auf die Kooperation der Bergbahnen angewiesen. Wie gut

diese Kooperation funktioniert, hängt meist von persön-

lichen Kontakten ab, obwohl diese Daten von öffentlichem

Interesse wären.

Es müssen und können sicher nicht alle derartigen

Daten lücken geschlossen werden, dennoch würde es Pla -

nungsprozesse in Zukunft wesentlich erleichtern, wenn

gewisse, immer wieder auftretenden Lücken identifiziert

und auch geschlossen werden könnten. In vielen Fällen

wie in den aufgeführten Beispielen würde das nicht nur für

die Nutzung von Modellen und Planungs werk zeugen hilf-

reich sein, sondern damit würden von vornherein wesent-

lich verbesserte Diskussions- und Entschei dungs grund -

lagen zur Verfügung stehen.

Modellierung als Analysewerkzeug

Bisher haben wir uns auf modellbasierte Planungs ins tru -

mente konzentriert, also auf die Entwicklung und Nut zung

eines Werkzeugs. Aber Modellierung kann auch eine – im

Moment in der Praxis noch eher wenig etablierte –

Analysemethode bedeuten. In der Planungspraxis werden

regelmässig aufwändige Erhebungen durchgeführt (z.B.

Verkehrszählungen). Eine Modellierung auf der Grundlage

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NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V60

concept» erbrachte. Gisalp konzentrierte sich dagegen

auf die Entwicklung eines Datenmodels, um verschiedene

be reits existierende Modelle im Bereich Naturgefahren zu

kom binieren. Dabei standen Lösung von Konvertie rungs -

pro blemen im Vordergrund, so dass die kombinierte Nut zung

der Modelle stark vereinfacht wurde (Rothenbühler, 2006).

3.2.3 Erforderliche Vielschichtigkeit

und Komplexität

In der Planungspraxis ist es von grösster Bedeutung, dass

Werkzeuge und Methoden dem Planungsproblem ange-

messen sind. Komplexere Modelle zeichnen sich durch

viel schichtigere Ergebnisse und eine grössere Men ge an

erforderlichen Eingabedaten aus. Oftmals können jedoch

bereits technisch und methodisch relativ einfache Ansätze

zum Ziel führen.

Überträgt man die unterschiedlichen Eigenschaften von

Modellen in der Raum- und Landschaftsplanung auf ein

Bauwerk, lassen sich Modelle finden, die das Bauwerk ein-

fach von aussen zeigen. Komplexere Modelle stellen das

Bauwerk aus mehreren Perspektiven und vielleicht auch

noch in seiner Umgebung dar. Noch komplexere Modelle

zeigen auch das Innere des Bauwerks und lassen den Be -

trachter darin herumspazieren. Schliesslich gibt es Model -

le, die neben dem Bauwerk auch noch seine Nutzung, die

Menschen, die ein- und ausgehen, und die Materialflüsse,

die mit Bau und Betrieb des Objektes in Zusammenhang

stehen, abbilden.

Bildliche Darstellung und Visualisierung

Es ist weder für Fachleute noch für die Öffentlichkeit ein-

fach, sich Eingriffe in die Landschaft und vor allem auch

schleichende Veränderungen visuell vorzustellen. Die

Visualisierung von Landschaftsveränderungen wird des-

wegen als wichtiges Hilfsmittel eingestuft und bereits jetzt

in der Raum- und Landschaftsplanung immer wieder wir-

kungsvoll eingesetzt.

Vielmals ist bereits die computergestützte Visua lisie rung

eines geplanten Objektes in seiner Umgebung sehr auf-

schlussreich (z.B. Abbildung 3-2). Dazu werden entweder

Photographien in einem Bildverarbeitungsprogramm so

verändert, dass sie den zu diskutierten Eingriff in die Land -

schaft veranschaulichen. Oder es wird eine 3D-Visua li sie -

rung genutzt, die das Planungsobjekt (in Form eines digi-

talen Datensatzes) virtuell in seine Umgebung (digitales

Geländemodell und Bodenbedeckungskarte) einbettet.

Zur 3D-Visualisierung eines Planungsobjektes sind Daten

zur Abmessung des geplanten Objektes, der Umgebung,

in der es erstellt werden soll, und eine Standard-Software,

in der beides aus verschiedenen Perspektiven gezeigt wer-

den kann, erforderlich. Geeignete Software-Pakete werden

direkt als Visualisierungswerkzeuge angeboten, ausser-

dem eignen sich auch Produkte aus den Bereichen CAD

(Computer Aided Design) und GIS (Geographische Infor -

ma tionssysteme).

Während die Nachbereitung von Photographien eine

weithin bekannte Technik ist, die lange vor der Etablierung

von Computern genutzt wurde, handelt es sich bei der 3D-

Visualisierung um eine Technik, die sich in den letzten

Jahrzehnten mit entsprechender Software und mit zuneh-

mend verfügbaren Daten allmählich etabliert.

Auch wenn die entsprechenden Bilder heute teilweise

noch etwas unnatürlich wirken, hat die 3D-Visualisierung

gegenüber der Nachbearbeitung von Photographien eini-

ge Vorteile. Da sie auf Daten beruht, die inzwischen für

viele Geländeausschnitte und Planungsobjekte vorhanden

sind, ist sie relativ einfach übertragbar. Die Detailschärfe

der Abbildungen kann dabei den Anforderungen des Pla -

nungs prozesses mit einem zusätzlichen Rechen aufwand

nahezu beliebig – sofern die entsprechenden Daten vor-

handen sind – angepasst werden. Ausserdem erlaubt die

computergestützte Visualisierung, das Objekt aus un ter -

schiedlichen Perspektiven abzubilden. Wie Abbil dung 3-2

zeigt, kann dies bei der Beurteilung der visuellen Wirkung

eines Planungsobjektes ein grosser Vorteil ge gen über

physischen Architekturmodellen sein. Schliess lich – und

im Zusammenhang mit virtuellen Welten von besonderem

Interesse – kann Visualisierung auch eingesetzt werden,

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3 EINSATZ VON MODELLEN IN DER RAUM- UND LANDSCHAFTSPLANUNG 61

Abbildung 3-2

Computergestützte Visualisierungen im Vergleich zum (analogen) 3D-Architekturmodell

Beispiel Planung neues Nationalparkzentrum im Schlossgarten von Zernez, GR.

Bauprofile der Bauherrschaft

Die von der Gegnerschaft erzeugte Gebäudesimulation

3D-Modell des verantwortlichen Architekten

Pro Chaste da Zernez, 2004.

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NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V62

um die Ergebnisse von Simulationen der Land schafts -

entwicklung in ein einfach zu verstehendes Bild zu über-

setzen. Damit macht sie abstrakte Simula tions ergebnisse

in ihrer Bedeutung erfassbar, was gerade für das Verständ -

nis von schleichenden Prozesse eine grosse Bedeutung er -

langen kann.

Erfolgreich wurde die computergestützte Visualisierung

zum Beispiel im bereits erwähnten Fall des neuen Natio -

nalparkzentrums in Zernez, GR, eingesetzt. Die Lage des

bereits bewilligten Bauprojektes wurde noch einmal in

Diskussion gestellt, nachdem eine massstabsgetreue

Visualisierung zeigte, dass das Objekt im Schlossgarten

die Sicht auf das Ensemble von Schloss und Schlosswiese

verdecken und somit das durch das ISOS (Inventar der

schützenswerten Ortsbilder der Schweiz, beruhend auf

dem Natur- und Heimatschutzgesetz) geschützte Ortsbild

stark in Mitlei den schaft ziehen würde (Abbildung 3-2).

Angestossen durch diese Visualisierung wurde das Objekt

an einem anderen Ort platziert, wo es nun realisiert wurde.

Nicht untersucht wurde, in wieweit die Verwendung der

Farbe Schwarz für die Darstellung des Neubaues die Dis -

kus sion um den Standort des neuen National park zen -

trums beeinflusste.

Kausale Zusammenhänge und Modellbildung

Einen höheren Grad an Komplexität wird bei der Dar stel -

lung von kausalen Zusammenhängen erreicht. Methoden,

um diese Zusammenhänge zu etablieren, wurden im

Bereich der Systemanalyse und -dynamik entwickelt (z.B.

Forrester, 1972; Vester und von Hesler, 1980). Diese An -

sätze werden sowohl in der Informatik, in den Natur wis sen -

schaften als auch in den Wirtschafts- und Sozial wis sen -

schaften eingesetzt. Eines der frühen und sehr bekannten

Beispiele ist der Bericht «Grenzen des Wachstums» des

Club of Rome Anfang der 1970er (Meadows et al., 1972).

Derzeit werden systemanalytische Methoden vor allem im

Rah men von Szenarienanalysen (z.B. Scholz und Tietje,

2002) und im Bereich des Adaptive Management (z.B.

Sendzimir et al., 2007) eingesetzt.

Das Vorgehen der Systemanalyse ist zunächst qualitativ

und eignet sich sehr gut für die Gruppenarbeit. Im ersten

Schritt werden die Systemgrenzen festgelegt, im zweiten

die für die Fragestellung relevanten Elemente ausgewählt,

im dritten die Beziehung zwischen den ausgewählten

Elemen ten bestimmt, und schliesslich werden die Eigen -

schaften des Gesamtsystems und seine Beziehungen zur

Umwelt betrachtet. Das Ergebnis der qualitativen System -

analyse beschreibt die ursächlichen Zusammenhänge

innerhalb eines Systems und wird graphisch in der Form

eines Flussdiagramms dargestellt (siehe Abbildung 3-3).

Im Folgenden lassen sich auch die Beziehungen zwi-

schen den Elementen semiquantitativ oder quantitativ be -

stimmen. Beispiele dafür sind die semiquantitative Beur -

teilung der Wirkung zwischen Elementen oder die Quanti fi -

zierung von Stoff- oder Energieflüssen zwischen Elemen ten.

Mit Hilfe entsprechender Software (z.B. Stella, Powersim,

Vensim u.ä.) kann eine derartig quantifizierte System -

analyse relativ einfach zu einem Simulations modell wei -

ter entwickelt werden.

Die Systemanalyse stellt vielfach den ersten Schritt zur

Entwicklung numerischer computergestützter Modelle dar.

Sie bestimmt die Logik und die Struktur eines Modells und

kann als eigentlicher Schritt der Modellbildung be trachtet

werden.

Sie eignet sich ausserdem sehr gut dazu, einen Dialog-

und Lernprozess zu unterstützen (z.B. van den Beld, 2004;

Vennix, 1996). In einem Stadium des Planungsprozesses,

in dem die Verbesserung des System- und Problem ver -

ständnisses von Stakeholdern und Entscheidungsträgern

im Vordergrund steht (siehe auch Kapitel 3.2.5), kann die

Systemanalyse deswegen hilfreich in einem partizipativen

Prozess eingesetzt werden (z.B. Sendzimir et al., 2007).

In der Synthese III «Landschaft gemeinsam gestalten» wird

sie deswegen auch im Zusammenhang mit den «Men talen

Modellen» beschrieben (Simmen und Walter, 2007).

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3 EINSATZ VON MODELLEN IN DER RAUM- UND LANDSCHAFTSPLANUNG 63

Abbildung 3-3

Qualitative Ergebnisse der Systemanalyse aus dem Projekt Alpscape

Am Beispiel der Landwirte (Satellite Group: Agriculture)

Quelle: Walz et al., 2007.

Processing industry

Loans

Innovations

Demand on local products

Public subsidies

Ecology

Landscape attractiveness

Public acceptance

National policies Tourism

Housing development

Agricultural land

Cultural heritage

Secondary income

Local policies

Natural hazards

Climate

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NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V64

Quantifizierung kausaler Zusammenhänge

und Kalibrierung

Um die Intensität von Prozessen, das Resultat interagieren-

der Prozesse oder die Überschreitung von Schwellen werten

abschätzen zu können, müssen die Zusammen hän ge eines

abgebildeten Systems quantifiziert und kalibriert werden.

Dabei handelt es sich um Parameter, die auf der Grundlage

von empirischen Beobachtungen abgeschätzt werden, wie

z.B. betriebwirtschaftliche Eckwerte in der Landwirtschaft

(Sulaps), Migrationszyklen von Lärchenwicklern (Ipodlas),

oder Vorlieben von Wanderern (Alpsim).

Diese Quantifizierung erlaubt es, das Modell unter flan-

kierenden Annahmen dynamisch zu Computer simula tio -

nen zu nutzen. Die Ergebnisse der Computersimulation

hängen stark von der Kalibrierung des Modells ab. Nur mit

einer sehr detaillierten Dokumentation kann ein potentiel-

ler Anwender abschätzen, ob das vorliegende Modell auch

seinen Anforderungen entspricht, ob Adaptionen erforder-

lich sind und ob es seinen Anwendungsfall ausreichend

gut abbildet.

Weil die Möglichkeit zu Rekalibrierung und Adaptionen

bei der Verbreitung eines Modells von grosser Bedeutung

ist, werden viele Modelle inklusive Source Code zur Ver fü -

gung gestellt. Die Rekalibrierung und Adaption eines Mo -

dells kann in Einzelfällen recht arbeits- und datenintensiv

sein (Stevensa et al., 2007), obwohl zur Rekalibrierung

teilweise automatisierte Verfahren zur Verfügung stehen

(z.B. Straatman et al., 2004).

Die Kalibrierung von Modellen wird umso schwieriger,

je schlechter sich Zusammenhänge quantifizieren lassen.

In integrierten Ansätzen, in denen Modelle aus verschie-

denen Disziplinen kombiniert werden, ist es besonders

schwierig. In der NFP 48-Forschung war Alpscape ein typi-

sches Beispiel für ein integriertes Modell. Die verschie-

denen, auf die lokalen Verhältnisse kalibrierten Mo delle

wurden dabei nicht durch einen vollautomatisierten

Mechanismus zusammengeführt, sondern durch die Aus -

formulierung von Szenarien (Walz et al., 2007). Um zum

Beispiel aus Landnutzungsänderungen auf eine verän-

derte Produktivität der lokalen Landwirtschaft oder einen

veränderten Wert der landschaftlichen Attraktivität zu

schliessen, waren im Einzelfall weitere Annahmen nötig,

die am besten im Rahmen der Szenarien kommuniziert

werden konnten.

An diesen Schnittstellen – insbesondere zwischen öko-

logischen und wirtschaftlichen Fragestellungen – liegen

noch Forschungsdefizite vor, die für die Schweizer Alpen

essenziell sind. Die Forschung muss in diesem Bereich in

Zukunft wesentliche Beiträge liefern, um integrierte

Modellansätze für die Planung attraktiv zu machen. Erste

Beiträge findet man beispielsweise bereits in den Pro jek -

ten Sulaps, Ecosysserv und der Synthese IV zu «Raum -

nut zung und Wertschöpfung» (Simmen et al., 2007).

3.2.4 Übertragbarkeit von Modellen

Ein weiteres und – langfristig betrachtet – womöglich das

schwierigste Problem zur Etablierung von computerge-

stützten Hilfsmitteln in der Planung sehen wir darin, dass

wenige der Entscheidungssituationen vergleichbar sind.

Das heisst, dass sich die Hilfsmittel und Modelle hinsicht-

lich ihrer inhaltlichen Schwerpunkte und auch hinsichtlich

der notwendigen Datengrundlagen von Situation zu Situa -

tion unterscheiden.

Inwiefern ein Simulationsmodell auf eine andere Pla -

nungs situation übertragen werden kann, wie offen und

flexibel ein Werkzeug zur Entscheidungshilfe sein muss,

um verschiedenen Situationen gerecht werden zu können,

oder ob man vor allem die Erfahrung und die entwickelten

Methoden in neuen Anwendungssituationen übernehmen

kann, hängt sehr von der Komplexität der Fragestellungen

ab. Hinsichtlich der Übertragbarbeit von Modellen lassen

sich zwei Hauptrichtungen für den Einsatz in der Raum-

und Landschaftsplanung herausschälen:

– Auf der einen Seite haben wir die technischen Hilfs -

mittel, die aufgrund ihrer relativ einfachen Datenan -

forderungen auf viele Einzelfälle übertragen werden

können («Tools»). Ein Beispiel dafür ist die Darstellung

von geplanten Bauobjekten in ihrer Umgebung aus ver-

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Abbildung 3-4

Einsatz von Modellen in der Raum- und Landschaftsplanung als Spektrum zwischen «Tool» und «Lernhilfe»

3 EINSATZ VON MODELLEN IN DER RAUM- UND LANDSCHAFTSPLANUNG 65

schiedenen Perspektiven mit Hilfe von Visualisierungs-

Software, CAD oder GIS. In diesem Fall sind die Daten ver-

fügbarkeit und die technischen Software-An forde run gen

heutzutage nahezu Standard.

– Auf der anderen Seite haben wir den Einsatz von Mo del -

len zur Vertiefung des Problem- und System verständ -

nisses. Bei diesem Einsatzgebiet steht der Lernprozess

aller Beteiligten im Vordergrund («Lernhilfen»). Wichtig

ist bei diesem Einsatz von Modellen, dass die Problem -

stellung durch die Modellierung strukturiert und das

Systemverständnis selbst erarbeitet wird. Aus diesem

Grund ist der Prozess der Modellentwicklung von zen-

traler Bedeutung. Nur bedingt kann es hilfreich sein, auf

existierende Modelle zurückzugreifen. Ein Beispiel für

einen solchen Einsatz ist z.B. das Projekt Alpscape, in

dem die lokalen Entscheidungsträger und Vertreter der

Öffentlichkeit in den Prozess der Szenarienentwicklung

einbezogen wurden (Walz et al., 2007). Weitere sehr

gute Beispiele, in denen der Lernprozess im Vorder -

grund stand und Entscheidungsträger in den Prozess

der Modellentwicklung selbst einbezogen wurden, fin-

det man z.B. in van den Beld (2004).

Beide Einsatzbereiche zeigen charakteristische Eigen -

schaf ten für die Übertragbarkeit der entsprechenden

Modelle. Sie lassen sich dabei als die zwei äusseren Pole

eines Spektrums betrachten (Abbildung 3-4). Die Simu -

lations modelle des NFP 48 bilden dabei das Binde glied

zwischen «Tool» und «Lernhilfe». Mittels Fallstudien ent -

wick eln damit Betroffene und Entscheidungsträger fall-

spezifische Methoden. Einerseits lag das Schwergewicht

auf der Entwicklung technischer und methodischer An -

sätze, die für die Ent wicklung von Planungsinstrumenten

grundlegend sein können (z.B. Ipodlas oder Alpsim).

Andererseits stellten sie Fallstudien dar, in welche die ent-

sprechenden Entscheidungsträger einbezogen waren, so

dass sie für die Untersuchungsregion selbst als

«Lernhilfe» fungierten (z.B. Alpscape). Schliesslich liefer -

ten sie Er kennt nisse, die eine Hilfestellung für Entscheide

sein können, auch ohne eine direkte Anwendung des ent-

sprechenden Modells (z.B. Sulaps). Dabei gibt es natür-

lich auch unter den NFP 48-Modellen Unterschiede. So ist

zum Beispiel Alpscape in diesem Spektrum relativ weit

rechts einzuordnen, während Schutzwälder eher links

angesiedelt ist.

Too l

Ziel:

Werkzeug, das in zahlreichen Einzel-

fällen angewendet werden kann

Grosse Übertragbarkeit:

Datenverfügbarkeit für neue

Anwendung hoch

Modellentwicklung:

durch Experten

oder Wissenschaftler

Quelle: Eigene Darstellung.

Fallstudie mit komplexen Simulationen

Ziel:

Erarbeitung von Entscheidungs grund-

lagen durch Simulation

Mittlere Übertragbarkeit:

Datenaufbereitung und evtl. -erhebung

für neue Anwendung und Adaptionen

am Modell notwendig

Modellentwicklung:

in punktuellem Kontakt mit

Entscheidungsträgern

Lernhilfe

Ziel:

Strukturierung des Problems und

besseres Systemverständnis

Nur Übertragbarkeit der Methoden:

Modellentwicklung als zentraler

Prozess

Modellentwicklung:

in Zusammenarbeit

mit Entscheidungsträgern

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NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V66

3.2.5 Mögliche Funktionen im Planungsprozess

Der Einsatz von computergestützten Hilfsmitteln kann Pla -

nungs- und Entscheidungsprozesse nicht ersetzen, aber

konstruktiv unterstützen. Dabei können ihre Funktionen in

verschiedenen Planungsprozessen und in unterschied-

li chen Phasen dieser Prozesse variieren.

Das Spektrum an Funktionen umfasst (1) die Berech nung

von Entscheidungsgrundlagen durch komplexe und voraus-

sagende Analysen wie Simulationen, (2) Kommunika tions -

aspekte, (3) die Bewertung anhand von Indikatoren, (4)

partizipative Lernprozesse und schliesslich (5) Analyse und

Erklärung. Im Zusammenhang mit der Forschung des NFP 48

wurden diese Funktionen teilweise in Kapitel 2.2.7 bereits

angesprochen. Wie sie im Einzelnen einen Beitrag zur Ent -

scheidungsfindung leisten können und welche Kompo -

nen ten dabei notwendig sind, zeigt Abbildung 3-5.

Berechnung von Entscheidungsgrundlagen

(Decision Support)

Prognosen und vorausschauende Analysen können Argu -

mente und Grundlagen zur Verbesserung von Einzelent -

schei den liefern. Bei der Berechnung von Entscheidungs -

grundlagen gehen dabei Standardmethoden (z.B. Trend be-

rechnungen), hochentwickelte Techniken zur Datenana lyse

(z.B. statistische Modellierung, Data Mining, neuronale

Netze oder künstliche Intelligenz) und Simulations mo -

delle, wie wir sie in Kapitel 1.8 definiert haben, allmählich

ineinander über. Simulationsmodelle werden dabei als

Mittel der vorausschauenden Analyse im Rahmen von

Szenarienanalysen eingesetzt. Die Simulationsmodelle

der NFP 48-Forschung werden zum grössten Teil genau in

diesem Bereich eingesetzt. So liegt bei den Projekten

Alpscape, Alpsim, Gisalp, Ipodlas und Sulaps der Fokus

auf der zukünftigen Entwicklung.

Dabei liegt ein grosser Schwerpunkt darauf, alternative

Entwicklungspfade aufzuzeigen und nicht im engeren

Sinne eine Prognose abzugeben. Beispielsweise trägt

Sulaps im Bereich der agentenbasierten Modelle mit

einem Ansatz, Landschaftsveränderung auf der Grundlage

von aufwändig erhobenen Daten landwirtschaftlicher

Betriebe zu simulieren, zur einem verbesserten Ver -

ständnis der Mechanismen der Hofaufgabe im schweizeri-

schen Alpenraum bei. Und auf dem Gebiet der

«Integrierten Modelle» hat die Forschung des NFP 48 ins-

besondere mit dem Projekt Alpscape einen Beitrag zur

Integration verschiedener disziplinärer Modelle anhand

von Szenarienanalysen geleistet.

Kommunikation durch Visualisierung

Während die Berechnung von komplexen Entschei dungs -

grundlagen die Hauptaufgabe bildet, wird die Visuali sie -

rung als Querschnittsaufgabe betrachtet (Abbildung 3-5).

Eine sinnvolle realitätsnahe Visualisierung muss nicht

an ein Simulationsmodell gekoppelt sein, sondern kann

je nach Bedarf aus manipulierten Bildern oder aus 3D-

Visualisierungen des geplanten Vorhabens bestehen

(siehe auch Kapitel 3.2.3). Doch im Gegensatz zu dem oft-

mals recht abstrakten Output von Simulationsmodellen in

Form von Indikatorwerten oder Karten, der sich vorwiegend

an Experten wendet, kann man mit einer realitätsnahen

Visualisierung auch Adressaten erreichen, die über wenig

Erfahrung in der Raum- und Landschaftsplanung verfügen.

Neben der Öffentlichkeit gilt dies auch für wichtige

Entscheidungsträger in der Politik.

Die NFP 48-Forschung hat mit dem Projekt Ipodlas ein

Konzept zur Integration von Werkzeugen zur Verwaltung

von (räumlichen) Daten, von Simulationsmodellen und von

Visualisierungsinstrumenten geschaffen. Diese Integra tion

ermöglicht es, den umständlichen Transfer zwischen den

verschiedenen Instrumenten zu erleichtern und damit die

Simulationsresultate sofort zu visualisieren (Isenegger et

al., 2005). Das Ergebnis einer dynamischen Simulation

kann damit direkt als Film präsentiert werden. Das Projekt

Alpsim geht noch einen Schritt weiter. Einerseits wird die

Landschaft photorealistisch visua li sie rt, und andererseits

erfahren die Agenten des Modells «visuelle» Reize in die-

ser virtuellen Landschaft und reagieren darauf mit ihrem

Verhalten (Cavens und Lange, 2004; Gloor et al., 2004).

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3 EINSATZ VON MODELLEN IN DER RAUM- UND LANDSCHAFTSPLANUNG 67

Bewertung anhand von Indikatoren

Bewertungsansätze werden immer wieder sehr kontrovers

diskutiert, so auch in der Begleitgruppe. Obwohl die auto-

matisierte, objektive Bewertung von Landschafts ein grif -

fen und Entwicklungsoptionen in vielen Ohren sehr viel-

versprechend klingt, wird sie nicht als zentrale Aufgabe

von computergestützten Hilfsmitteln betrachtet. Selbst

von Be fürwortern wird sie eher als Zusatzfunktion eines

Simu la tionsmodells eingestuft («nice-to-have»), siehe Ab -

bil dung 3-5.

Obwohl dies eine eher zwiespältige Haltung der Begleit -

gruppe aufzeigt, ist zu bedenken, dass die Bewertung einer

Landschaftsveränderung nicht immer trivial ist und eine

automatisierte Bewertung durch einen Experten in man-

chen Fällen nützlich sein kann (z.B. Mortberg et al., 2007).

Die NFP 48-Forschung trägt zur Entwicklung von Ins tru -

menten zur Bewertung von Landschaftseingriffen mit den

Projekten Ecosysserv und Alpro bei. In Alpro wurden

Methoden zur systematischen und vielschichtigen Be wer -

tung von Landschaftseingriffen anhand von Befragungen

Abbildung 3-5

Verschiedene Funktionen von Modellen und ihr Beitrag zum Entscheidungsprozess

Quelle: in Anlehnung an Bishop, 1998.

Visueller

Eindruck

Realitätsnahe Visualisierung

Verbesserte

Datengrundlagen für

den Einzelentscheid

Simulationen/

Szenarien

Modell

Daten

Simulationen

Modellierung

Stakeholder-Wissen

Simulationen/

Sensitivitätsanalysen

Modell

Daten

Systematisch

bewertete Szenarien

Bewertung

Gemeinsames

Systemverständnis

Allgemein gültige

Zusammenhänge

(evt. Grundlagen für

Praxis-Modelle)

Entscheidung

Wirkliche Welt

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NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V68

entwickelt (Baumgart et al., 2005). Sie ermöglichen ein

Meinungsbild zu erstellen, beziehen sich aber nicht auf

eine automatisierte Bewertung von Simulations ergeb nis -

sen. Im Projekt Ecosysserv stehen verschiedene Metho -

den der Monetarisierung von Landschaftsveränderungen

im Vordergrund (z.B. Grêt-Regamey et al., 2007). Dabei

werden auch Methoden entwickelt, die zur automatisier-

ten Bewertung von Simulationsergebnissen von grösster

Bedeutung sein könnten, wie z.B. die Übertragung von

punktuellen Befragungsergebnissen auf die Fläche oder

die Vergleichbarkeit der Bewertung für verschiedene

Landschaftsfunktionen (Grêt-Regamey et al., im Druck).

Partizipative Lernprozesse

Wenn man vom Potenzial von Modellen in der Landschafts-

und Raumplanung spricht, soll auch auf die Potenziale der

Modellierung als Methode angesprochen werden. Eine ge -

meinsame Modellierung kann in partizipativen Pro zessen

ein Augenöffner und eine grosse Hilfe beim Finden ge -

meinsamer Lösungen sein. So weist auch die Synthese III

«Landschaften gemeinsam gestalten» auf den Einsatz von

Modellierung im Rahmen partizipativer Prozesse hin.

Modellierungen im Rahmen partizipativer Prozesse

erlebt nach einer ersten Hochphase in den 1970ern in den

letzten Jahren wieder einen grossen Bedeutungszuwachs

(Antunes et al., 2006; Förster und Kytzia, 2004; Hare et al.,

2003; van den Beld, 2004). Sie wird insbesondere bei der

komplexen und unscharfen Entscheidungssituationen

erfolgreich eingesetzt («messy problems» nach Vennix,

1999). Im Gegensatz zum Einsatz von Modellen für kom-

plexe Analysen und Voraussagen steht dabei nicht das

Modell im Vordergrund, sondern der Modellierungs pro -

zess an sich (van den Beld, 2004).

Durch die partizipative Modellierung wird innerhalb

einer Gruppe ein gemeinsames Problemverständnis eta-

bliert, die Abgrenzung des betroffenen Systems festgelegt

und die Wirkungsweise zwischen einzelnen Elementen

dieses Systems definiert. Mit dem daraus entstehenden

Modell können die Reaktionen des Systems auf äussere

Veränderungen simuliert werden. Das Modell kann dabei

rein qualitativ, aber auch semi-quantitativ oder quantitativ

sein (siehe auch Kapitel 3.2.3). Neben den Simulations er -

gebnissen wird insbesondere das gemeinsam erworbene

Systemverständnis als Produkt des Modellierungs pro zes -

ses betrachtet, was bei schlecht abzugrenzenden, viel-

schichtigen Entscheiden zur Lösung beitragen kann. In Ab -

bildung 3-4 wäre eine derartige Modellanwendung weit

links auf der Seite der Lernhilfen anzusiedeln.

Erklärende Analyse

Analytisch-erklärende Ansätze werden vorwiegend in der

Forschung eingesetzt. Dabei verfolgen sie das Ziel, allge-

mein gültige Erkenntnisse zu generieren (Abbildung 3-5).

Trotzdem können auch diese Ansätze für die Planung rele-

vant sein. Zum einen wird dabei Wissen gewonnen, das für

die Praxis bedeutsam sein kann. Zum anderen könnte die

Praxis davon profitieren, in Zukunft Modellierung ebenfalls

als eine Analysemethode einzusetzen (siehe auch Kapitel

3.2.6).

Ein Beispiel aus der NFP 48-Forschung ist das Projekt

Schutz wälder. Dort wurde zuerst ein Modell zu For -

schungs zwecken entwickelt (Stoffel et al., 2006; Wehrli et

al., 2005, 2007). Und in einem zweiten Schritt wurden die

Ergebnisse aus dieser Forschung zur Ent wicklung eines

Werkzeugs für die Praxis genutzt (Brang, 2002; Brang et

al., 2004).

3.2.6 Etablierung von Modellen in

der Planungskultur

Die mangelnde Erfahrung im Umgang mit Modellen und

die Tatsache, dass sie in der Planung so wenig eingesetzt

werden, weisen auf einen beträchtlichen Kommunika tions-

bedarf zwischen Entwicklern und potenziellen Anwendern

hin. Potenzielle Anwender müssen mit den Möglichkeiten

der entwickelten Werkzeuge vertraut sein, um ihren Ein satz

in Erwägung zu ziehen.

Vonk et al. (2005) schlagen zur Etablierung von Model -

len in der Planungskultur professionelles Marketing vor,

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3 EINSATZ VON MODELLEN IN DER RAUM- UND LANDSCHAFTSPLANUNG 69

3.3 Leitfaden zur Beurteilung des

Einsatzbereiches der Modelle

Um interessierten Praktikern eine bessere Übersicht über

computergestützte Methoden und Modellierungs tech ni ken

in der Raum- und Landschaftsplanung, ihre Poten zia le und

ihre Grenzen zu vermitteln, wäre die Entwicklung eines

Leitfaden mittelfristig von grosser Hilfe.

Ein Überblick über bereits zur Verfügung stehende Mo -

delle in der Raum- und Landschaftsplanung wurde bereits

von mehreren Autoren und Institutionen herausgegeben

(Brail und Klosterman, 2001; Geertman und Stillwell, 2004;

USEPA, 2000). Diese Veröffentlichungen beziehen sich

aller dings nur auf bereits existierende Modelle und haben

ihren Fokus auf Simulationsmodellen und Bewertungs-

werkzeugen.

Die wichtigsten Schritte bei der Auswahl eines solchen

Modells können hier zusammengetragen werden. Der ei -

gent lichen Auswahl eines Modells oder Tools vorausge-

hend muss sich der Anwender über einige Fragen erst

selbst klar werden (Abbildung 3-6). Zuerst muss die vor-

liegende Problemstellung genau erfasst und die eigent-

liche Frage formuliert werden. Davon muss die Information

abgeleitet werden, die man mit Hilfe des Modells berechnen

möchte. In diesen beiden Schritten geht es um die inhalt-

liche und funktionale Ausrichtung des Modells. Damit kann

auch der Kreis der möglicherweise passenden Modelle

deutlich eingeschränkt werden. Die US Environ mental Pro -

tection Agency (2000) hat in ihrer Zusammen schau bei-

spielsweise 22 existierende und erhältliche Simu la tions -

modelle und Bewertungsinstrumente vorgestellt. In dieser

Zusammenschau wird zwischen Land nut zungsmodellen,

Ver kehrsmodellen, Wirtschaftsmodellen und Environmental-

Impact-Modellen unterschieden (USEPA, 2000). Somit

werden die vier wichtigsten inhaltlichen Schwerpunkte

fest gehalten. Diese Unterscheidung ist allerdings bei

Weitem nicht ausreichend für die Auswahl eines Modells

im Einzelfall, werden doch allein für die Verkehrsmodelle

vier weitere Untergruppen differenziert.

wie es zum Beispiel auch im Bereich der GIS-Anwen dun -

gen in den 1990ern grossflächig erfolgreich war. Diesen

Vorschlag halten wir nur für bedingt hilfreich, da die

Vielfalt an Funktionen und inhaltlichen Ausrichtungen bei

Modellen sehr gross ist. Wir sehen dagegen ein grosses

Potenzial im direkten Know-how-Transfer durch eine ver-

besserte Zusammenarbeit zwischen den Entwicklern und

den (potenziellen) Nutzern von Modellen.

Im Rahmen von aktuellen Planungsprojekten kann die

Zusammenarbeit über Qualifikationsarbeiten wie Diplom-

und Doktorarbeiten gefördert werden. Qualifizierte und im

Umgang mit Modellen erfahrene Fachleute würden ent-

sprechend auch danach auf dem Arbeitsmarkt zur Einbin -

dung in die Planung zur Verfügung stehen.

Umgekehrt kann die Forschung auch Anwender und Ent -

scheidungsträger ansprechen, in dem sie sie in vergleichs-

weise kleinere, oftmals weniger dringliche Projekte direkt

mit einbezieht. Dies entspricht dem Ansatz, den das NFP 48

mit seiner Forderung nach Transdisziplinarität verfolgt und

gefördert hat. Die potenziellen Anwender der Instrumente

oder zumindest des generierten Wissens sollten frühzeitig

in die Forschungsprojekte eingebunden werden, am

besten direkt bei seiner Ausformulierung. Wie erfolgreich

diese Strategie war, ist von einem Projekt zum anderen

sehr unterschiedlich. Am Beispiel Alpscape kann man zum

Beispiel sehen, dass zwar das Modell nicht weiter in der

Region zum Einsatz kommt, die Ergebnisse jedoch teil-

weise in die Ausarbeitung eines Leitbilds für die Land -

schaft Davos einflossen (Thalmann, 2006).

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NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V70

Abbildung 3-6

Die wichtigsten Vorüberlegungen zur Auswahl eines geeigneten Modells im einzelnen Anwendungsfall

Quelle: Entwurf nach USEPA, 2000.

Was ist genau die Frage, die ich habe?

Welche Informationen suche ich?

Über welche Ressourcen verfüge ich?

Welches Modell ist für mich das richtige?

Bewertungsschema für alternative Modelle

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3 EINSATZ VON MODELLEN IN DER RAUM- UND LANDSCHAFTSPLANUNG 71

Tabelle 3-1

Bewertungsschema zur Auswahl eines geeigneten Modells im einzelnen Anwendungsfall

Merkmal

Inhaltliche Ausrichtung/Relevanz

Funktion des Modells

im Entscheidungsprozess

Zeitliche und räumliche Auflösung

Genauigkeit

Interaktivität

Form des Outputs/Visualisierung

Verknüpfungspotenzial

Übertragbarkeit

Datenanforderungen

Technische Erfahrung

Ressourcen

Support

Erfahrung anderer Anwender

Summe

1niederes Gewicht = 1 bis 5 = hohes Gewicht

2erfülllt gewünschte Eigenschaft nicht = 0 bis 10 = erfüllt gewünschte Eigenschaft optimal

Quelle: Entwurf nach USEPA, 2000, verändert nach Chang und Kelly, 1995.

Gewichtung1

Bewertungsskala2BW

Alternative Möglickeiten

Modell #1 Modell #2 Modell #3

BW BW x G BW BW x G BW BW x G

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NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V72

Landschaftsplanung hierarchisch gegliedert werden und

somit einen relativ einfachen Zugang für den Laien her-

stellen. Damit könnte man Praktikern ein Hilfsmittel an die

Hand geben, mit dem sie sowohl den Aufwand als auch

den Mehrgewinn durch die Anwendung bestimmter

Methoden und Modelle im Voraus gut abschätzen könn-

ten. Abbildung 3-7 stellt eine Skizze eines solchen

Entscheidungsbaumes dar.

Aus diesem Grund ist eine gut formulierte Frage aus-

schlaggebend, um mit der Auswahl eines Modells zu be -

ginnen. Dann muss der potenzielle Nutzer seine Ressou r -

cen abschätzen. Es gilt dabei den Aufwand, den der Nutzer

sich leisten kann und will, abzuschätzen. Neben den finan-

ziellen Ressourcen sind die technische Erfahrung im Um -

gang mit Modellen, das Zeitbudget und die Ver füg barkeit

und Aufbereitung von Daten entscheidende Punkte.

In einem weiteren Schritt muss nun die Wahl des geeig-

neten Modells erfolgen. Kriterien und ein Bewertungs -

schema zur Auswahl eines geeigneten Modells im einzel-

nen Anwendungsfall werden in Tabelle 3-1 aufgezeigt.

Dieser Kriterienkatalog ist das Ergebnis der Zusammen -

arbeit mit der Begleitgruppe (vor allem Workshop 2, siehe

Anhang) und der einschlägigen Literatur zu diesem Thema

(z.B. Brail und Klosterman, 2001; Geertman und Stillwell,

2004; USEPA, 2000).

Die bisher aufgezeigten Veröffentlichungen geben einen

guten Überblick über die Eigenschaften und die Auswahl -

kriterien für bereits existierende Simulationsmodelle und

Bewertungswerkzeuge (Brail und Klosterman, 2001;

Geert man und Stillwell, 2004; USEPA, 2000). Sie geben

allerdings keinen Gesamtüberblick über die Möglichkeiten

von Modellierungsansätzen und computergestützten Werk-

zeugen, die ja nicht unbedingt an Simulations modelle

gebunden sein müssen. So berücksichtigen sie nicht, dass

computergestützte Werkzeuge in der Visualisierung einen

wichtigen Beitrag zum Entscheidungsprozess liefern kön-

nen oder dass die partizipativen Modellierungsansätze

Entscheidungsprozesse strukturieren können.

Wir schlagen einen umfassenden Leitfaden vor, der nicht

nur existierende Modelle beschreibt, sondern eine Metho -

denanleitung darstellt, die das in Kapitel 3.1 beschriebene

Spektrum an Planungsinstrumenten und -methoden ein-

schliesst. Eine Möglichkeit zur Ausarbeitung dieses Leit -

fadens sehen wir in der Entwicklung eines Entschei dungs -

baumes, wie er in Abbildung 3-7 gezeigt wird. In dieser

Baumstruktur können Entscheidungskriterien für ver-

schiedene Techniken und Modelle in der Raum- und

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3 EINSATZ VON MODELLEN IN DER RAUM- UND LANDSCHAFTSPLANUNG 73

Abbildung 3-7

Skizze eines Entscheidungsbaumes zur Beurteilung von Modellen und Hilfsmitteln in der Raum- und Landschaftsplanung

Quelle: Eigene Darstellung.

Wie könnte sich

eine globale Klimaerwärmung

auf die Tourismusregion

Davos auswirken?

Welche Verjüngung ist

im Waldbestand notwendig, so dass

der Bestand langfristig das Stein-

schlagrisiko vermindert?

Was für einen Einfluss

haben Errichtung und Betrieb

einer grossen Ferienanlage auf den

Lebensraum und die Tourismus-

destination Mürren?

Möchte ich die Auswirkungen

eines Entscheides bzw.

von veränderten Rahmen-

bedingungen abschätzen?

Möchte ich alternative Zukunfts-

entwicklungen gegenüberstellen?

Wie weit in die Zukunft möchte/

kann/muss ich gehen?

Brauche ich einen dynamischen Ansatz?

Welche zeitliche Auflösung ist nötig?

Brauche ich eine räumlich

explizite Modellierung?

Welche räumliche Auflösung ist nötig?

Existieren bereits Modelle, die sich mit

dieser Fragestellung auseinandersetzen?

Arbeiten sie auf den richtigen zeitlichen

und räumlichen Skalen?

Kann ich ein existierendes Modell

für meine Fragestellung anpassen?

Muss ich es speziell für meinen

Einsatz neu kalibrieren?

Entwickele ich besser ein eigenes Modell?

Welche methodischen Ansätze kommen

in Frage? Optimierungsansätze, Multi-Criteria-

Ansätze, Input-Output-Analyse, agenten-

basierte Ansätze, integrierte Ansätze

…

Möchte ich

vorhandene Daten-

sätze analysieren?

…

Verbesserte Datengrundlagen

für Einzelentscheide liefern

Veränderungen

systematisch bewerten

…

Wie lautet die genaue Fragestellung?

Welche Funktion soll mein

Hilfsmittel oder Modell erfüllen?

Gemeinsames System- und

Problemverständnis herstellen

…

Allgemein gültige

Zusammenhänge finden

…

Einen visuellen

Eindruck geben

…

Möchte ich

Erhebungen

durchführen?

…

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4 VIRTUELLE REPRÄSENTATION – VOM «SCHÖNEN BILD» ZUM HILFREICHEN PLANUNGSINSTRUMENT 75

Virtuelle Repräsentation –

vom «schönen Bild»

zum hilfreichen

Planungsinstrument

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NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V 76

4 Virtuelle Repräsentation –

vom «schönen Bild» zum

hilfreichen Planungsinstrument

Er besticht – der geplante «Bienenwabenturm» auf der

Schatz alp! Aber ist die Realisierung auch möglich? Was

bedeutet er für das Landschaftsbild, was für die regionale

Wirtschafts- und Tourismusentwicklung? Diese Fragen

müs sen Baustatiker, Baufachleute, Touristiker, Finanz-

und Wirtschaftsexperten, Planer und schliesslich Bau her -

ren beantworten. Bevor sie dies jedoch tun, greifen sie oft

auf die «Kraft der Bilder» zurück, seien diese statisch oder

animiert.

Bauvorhaben und Grosseingriffe in die Landschaft wer-

den zwar im 2D-Plan millimetergenau geplant, so richtig

vorstellen können sich diese die meisten Betrachter –

namentlich die meisten Entscheidungsträger – erst, wenn

3D-Modelle oder 3D-Animationen zur Verfügung stehen.

Abbil dung 4-1 (des geplanten Schatzalpturms) repräsentiert

eine statische Variante. Diese kombiniert eine terrestrische

Photographie mit der im Computer erzeugten Dar stel lung

des Schatzalpturms sowie die übrigen erforderli chen bau-

lichen Veränderungen an der bestehenden Bau sub stanz.

Der gewählte Blickwinkel lässt den Turm «greifbar» er -

scheinen, da der Betrachter gleichsam auf den Turm hin-

unterschaut oder sich mit ihm auf «Augenhöhe» befindet.

Auf diese Weise verliert der Turm etwas an seiner zuweilen

kritisierten Monumentalität, die den Betrachter zu irritie-

ren vermag, wenn er von «unten» zum Schatzalpturm hin-

aufschaut. Die photographische Grundlage für Abbildung

4-1 ist eine Flugaufnahme. Sie ist damit eine ge schickte

An leh nung an das verkleinerte Kartonarchi tek tur modell,

welches zwar einen 3D-Eindruck vermittelt, aber doch die

1:1-Situation nicht wiederzugeben vermag.

Ob wir es wollen oder nicht: Solche Darstellungen beein-

flussen unsere Entscheidungen, sei es als möglicher Käufer

einer solchen Liegenschaft oder als Stimmbürger, der über

eine Zonenplanänderung abstimmen muss. Die wenigsten

Menschen werden den Schatzalpturm in Natura je so

sehen wie er auf der Abbildung 4-1 dargestellt ist – die

Mehrzahl der Menschen in Davos bewegt sich auf dem

Boden fort. Trotzdem wird so eine beinahe «intime» Sicht

ermöglicht, die eine Identifikation mit dem Turm eher zu -

lässt als die eventuell Ehrfurcht bis Beklemmung aus-

lösende Froschperspektive.

Dass diese «Quasi-Vertrautheit» mit ebenso suggesti-

ven wie einfachen Mitteln über den Haufen geworfen wer-

den kann, zeigt das Beispiel des Neubaus des National -

parkzentrums in Zernez (vgl. Kapitel 3.2.3, Abbildung 3-2).

Eine einfache, plakative Darstellung des Neubaus, der die

Sicht auf das unter Heimatschutz stehende Schloss

Planta-Wildenberg verwehrt, reichte, um das Baubewil-

li gungsverfahren in Frage zu stellen und schlussendlich

einen neuen Bausstandort zu erzwingen. Bauherren, Planer

und Software-Entwickler tun gut daran, solche Reaktionen

zu antizipieren und dem «Kunden» ihrer Produkte die

Darstellung aller Perspektiven und Möglichkeiten zu ge -

währen. Dann wird der fruchtbare Dialog, das fruchtbare

Variantenstudium erst möglich. Dann erfüllen virtuelle com-

putergestützte Visualisierungstechniken ihre Bestim mung

und werden zum wertvollen Instrument oder Werk zeug für

Planung und Praxis.

Kapitel 4 soll Einblick geben in das, was hinter compu-

terbasierten Planungsinstrumenten und Landschafts ana -

lyse instrumenten steckt und wie diese durch Benutzer wie

auch Entwickler erschlossen werden können. Da im NFP 48-

Programm viele Modellierungen durchgeführt wurden,

liegt es auf der Hand, dies an den analysierten Beispielen

zu demonstrieren.

Die grosse Schwierigkeit für diese Synthese besteht nun

darin, dass die analysierten NFP 48-Projekte mit Model lie -

rungscharakter sowohl thematisch wie räumlich nicht

über einstimmen. Dies ist teilweise begründbar aus der

(ursprünglichen) Datenverfügbarkeit heraus, die oft auf

persönlichen Kontakten der jeweiligen Antragsteller be -

ruht, als auch verständlich im Sinne eines Versuches,

Resul tate geographisch breiter zu streuen. Im Sinne der

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4 VIRTUELLE REPRÄSENTATION – VOM «SCHÖNEN BILD» ZUM HILFREICHEN PLANUNGSINSTRUMENT 77

Abbildung 4-1

Der geplante Schatzalpturm

Quelle: © Herzog & de Meuron, in: Wettbewerbsfähige Strukturen und Aufgabenteilung

im Bündner Tourismus, AWT Graubünden, Chur, 2006.

Synthese wäre es jedoch sehr viel einfacher, wenn sich

alle Computeranwendungen auf dieselbe geographische

Region bezogen hätten. Unterschiede in der Daten notwen -

digkeit, in der räumlichen und zeitlichen Auflösung, im

Aufwand seitens der Entwickler oder der Bediener (User)

wären dann offensichtlicher, Aspekte wie allgemein auf-

tretende Probleme oder thematische Lücken und fehlende

Modelle auch.

Da die Vorraussetzung der Homogenität nicht gegeben

ist, stellt die Synthese V eine Technik vor, welche dies we -

nig stens zum Teil kompensiert und gleichzeitig an schau -

lich ist im Hinblick auf einen konstruktiven Dialog zwi-

schen Entwicklern und Anwendern von Computer anwen -

dungen. Es ist dies die Technik des so genannten «Use

Case» (z.B. Cockburn, 2001; Isenegger et al., 2005), zu

Deutsch «Anwendungsfall».

Ein Use Case ist eine informelle Beschreibung eines

typischen Anwendungsfalles einer Computeranwendung.

Use Cases bieten die Möglichkeit, komplexe Sach- und

Modellverhalte auf Einzelschritte herunterzubrechen und

daraus die erforderlichen Software-Anforderungen abzu-

leiten. Bei zielgerichteter Software-Entwicklung ist es im

Allgemeinen für beide Seiten von Vorteil, vor und während

der Entwicklungsarbeit mehrere solcher Use Cases durch-

zusprechen und zu dokumentieren. Use Cases können als

Vorstufen zu exakten Programmspezifikationen dienen

und sind in vielen Fällen auch als pragmatischer Ersatz

solcher Spezifikationen nützlich, nicht zuletzt in dem

Sinne, dass gemeinsam entwickelte Use Cases besser sind

als nie geschriebene Spezifikationen.

Anhand eines exemplarisch durchgespielten (didakti-

schen) Use Cases und Beispielen aus den NFP 48-Projekten

möchten wir in Kapitel 4 in diese Technik einführen und

dabei auch der Praxis in die Hand spielen, die grosse Hoff -

nung in die Verwendung virtueller Planungsinstrumente

setzt. Ein virtueller Stausee, eine virtuelle Strasse können

per Mausklick verändert oder gelöscht werden – einmal

Gebautes lässt sich nicht mehr so leicht «wegeditieren».

Ergänzend zu diesem Kapitel wurde eine Begleit-CD-ROM

angefertigt, die verschiedene Beispiele enthält.

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NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V 78

4.1 Wie entwickelt man

die fallspezifische, individuell

angepasste Software-Lösung?

4.1.1 Der Anwendungsfall –

oder von der «kleinen Geschichte»

zur Funktionalitätenliste

Unter einem Use Case oder Anwendungsfall verstehen wir

Folgendes, zitiert aus dem dieser Synthese V zugrunde

liegenden Proposal:

«A use case provides a description of the behavior of a

specific software system in a typical use as experienced

from the perspective of the main actors/users. The des-

cription is made either in form of a story (procedural,

yet informal) or more formally (e.g. decision table, state

transition diagram).»

Wir sind der Meinung, dass es von grosser Wichtigkeit

ist, die entwickelten Methoden auch in «echten» Sze na -

rien anzuwenden. Die der Synthese V zugrunde liegenden

Projekte waren sehr ambitiös und breit gefächert. Use

Cases können helfen, die Komplexität herunterzubrechen:

Sie bilden sozusagen einen Sandkasten, angesiedelt zwi-

schen Theorie und Wirklichkeit, mit dessen Hilfe eine

Brücke zwischen den Entwicklern und den Anwendern von

Software gebaut werden kann. Der Use Case ermöglicht

den Dialog zwischen den Anwendern und den Autoren

oder Software-Entwicklern, in dem er die Anforderungen

und Wünsche der ersteren formuliert und gleichzeitig die

Vorlage für die Entwickler liefert, welche diese nachher in

Software-Funktionalitäten übersetzen müssen.

4.1.2 Von der Idee zur Realisierung –

wer nimmt welche Rolle ein?

Im Idealfall sitzen Auftraggeber (Anwender/User) und Auf -

tragnehmer (Entwickler) am gleichen Tisch. Die Auftrag -

geber sind in der Regel die Entscheidungsträger oder

Stakeholder-Gruppen beziehungsweise deren Vertreter;

die Auftragnehmer sind die Planer und/oder Modellierer –

und im Glücksfall auch die Software-Entwickler.

Halten sich beide Seiten an abgemachte Spielregeln,

wie die Anwendungsbeispiele entwickelt werden können,

steht einem erfolgreichen Use Case-Entwicklungsprozess

nichts im Wege.

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4 VIRTUELLE REPRÄSENTATION – VOM «SCHÖNEN BILD» ZUM HILFREICHEN PLANUNGSINSTRUMENT 79

Stand orte für ihre Ausführungen sind. Resultat soll eine

Animation (Film) sein, die eine mögliche und besonders

schöne Wanderung zum Schatzalpturm hin zeigt und

die auf der Homepage von Davos Tourismus aufge-

schaltet wird.»

Von dieser trivial anmutenden Geschichte zur Software-

Spezifikation braucht es einige Schritte. Auf den ersten

Blick ist nicht klar erkennbar, welcher Strang der Ge -

schichte auf welche Funktionalität abzielt. Geht es um die

Berechnung einer Wertschöpfungskette oder um eine sim-

ple Sichtbarkeitsberechnung von einem Wegnetz aus?

Oder geht es um beides?

Dies herauszufiltern und eine Sequenz von Aktionen

(«sequenced action list») oder Einzelschritten zu definie-

ren ist nun die Aufgabe eines guten Software-Entwicklers.

Je klarer dabei die Einzelschritte dieser verschachtelten

Use Case-Geschichte von einander unterschieden werden

können, desto leichter fällt es, die Funktionalitäten zu er -

kennen und die Spezifikationen zu formulieren.

Erforderliche GIS-Funktionalitäten

– Einlesemöglichkeiten von Vektor- und Rasterdaten

– Selektionsmöglichkeiten für verschiedene Feature-

Klassen (Linien, Punkte, Flächen, Rasterzellen/Pixel,

Aggregationen von Rasterzellen/Pixeln etc.)

– Berechnung von Gehzeiten auf einzelnen Linien ab-

schnitten in Abhängigkeit von Steigung und Marsch-

geschwindigkeiten

– Berechnung von Sichtbarkeitsbereichen von einem

bestimmten Beobachterstandort aus in Abhängigkeit

von Blickwinkel und Blickrichtung

– Verschneidefunktionen (Overlay-Funktionen) für

verschiedene Feature-Klassen

– Export-/Importfunktionen (Schnittstellen) zu

weiterer erforderlicher Software

Bei genauerer Betrachtung «zerfällt» diese Geschichte in

drei Haupteile beziehungsweise folgende Aktionen

(Tabelle 4-1a):

4.2 Ein didaktisches Beispiel –

Belegung der Wanderwege rund

um den Schatzalpturm

Was soll eine Software können? Die meisten Anwender

haben keine spezifischen Software-Entwicklerkenntnisse.

Dies brauchen sie auch nicht. Es reicht, wenn das User

Interface so gut ist, dass die Anwender sich intuitiv und

unter Verwendung assoziativen, passiven Wissens zur ge -

wünschten Funktionalität «durchklicken» können. Damit

Entwickler nun aber herausfinden können, was Anwender

brauchen, hilft es, wenn diese eine «Geschichte» schrei-

ben, was sie mit der Software machen wollen. Eine solche

Geschichte wird anschliessend in eine Folge von Aktionen

zerlegt, die einer semi-formalen Beschreibung gleich-

kommt und die dazu dient, die gewünschten Funktio nali -

täten zu identifizieren. Im Falle virtueller Planungs- und

Land schaftsanalyseinstrumente geht es in erster Linie da -

rum, herauszufinden, welche (räumlichen) GIS-, welche

zeitlichen und welche 2D- und/oder 3D-Darstellungs funk -

tionalitäten erwünscht sind.

Das folgende Beispiel zum geplanten Schatzalpturm in

Davos ist fiktiv. Es hat didaktischen Charakter und soll in

keiner Weise den Schatzalpturm neu erfinden, sondern

ledi glich aufzeigen, wie Software-Spezifikationen entste-

hen können. Die «kleine Geschichte» dazu lautet wie folgt:

«Der Davoser Landammann sitzt im Rathaus und über-

legt, was der Schatzalpturm der Gemeinde Davos bringt.

Zum einen erwartet die Gemeinde durch den Verkauf

der Wohnungen finanzkräftige Zweitwohnungsbesitzer,

die wiederum ihren Bekanntenkreis dazu animieren,

nach Davos zu kommen. Zum andern könnte Davos Tou -

rismus geführte Architekturwanderungen zum Schatz -

alp turm anbieten und so den Bekanntheitsgrad von

Davos noch fördern. Erstrebenswert dabei ist, den

Schatz alpturm im besten und interessantesten Licht zu

zeigen. Dazu sollen die fachkundigen Wanderleiter tes-

ten, welches die besten Zugänge und ungestörten

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NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V 80

Tabelle 4-1a

Aktionsliste – Übersicht 1

Die Hauptteile können wiederum in weitere Einzelschritte

zerlegt werden (Tabelle 4-1b):

Tabelle 4-1b

Aktionsliste – Übersicht 2

Landammann schätzt Verkaufsmöglichkeiten und Wertschöpfung des Turms ab

Wanderleiter muss optimale Begehungs- und Besichtigungsstandorte berechnen

Wanderleiter simuliert mögliche Wanderung und speichert sie als Animation ab

Landammann benötigt Verkaufspreise für Wohnungen im Turm

Landammann berechnet Wertschöpfungspotenzial der einzelnen Wohnungen

Wanderleiter berechnet Gehzeiten auf Wegnetz

Wanderleiter führt Sichtbarkeitsanalysen durch

Wanderleiter bestimmt optimale Aussichtspunkte

Wanderleiter simuliert mögliche Wanderungen

Wanderleiter speichert Wanderungen als Animation ab

In unserem Beispiel konzentrieren wir uns auf die Schritte

B1, B2 und B3 sowie C1 und C2. Diese können dem Gebiet

der Landschaftsanalyse zugeordnet werden. Die Behand -

lung der Schritte A1 und A2 würde Modelle aus der Öko-

nomie und Betriebswirtschaft erfordern. Damit B1 bis B5

durchgeführt werden können, braucht es eine weitere Ver -

feinerung der sequenziellen Aktionsliste. Anhand der fol-

genden sequenziellen Aktionsliste (Tabelle 4-1c) können

an schliessend die erforderlichen Funktionen sowie Soft -

ware-Umgebungen abgeleitet und in die Implementation

der massgeschneiderten Software-Lösung einbezogen

werden. Dabei wird analysiert, was Standardfunktionen

und was neu zu implementierende Funktionen sind.

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4 VIRTUELLE REPRÄSENTATION – VOM «SCHÖNEN BILD» ZUM HILFREICHEN PLANUNGSINSTRUMENT 81

Tabelle 4-1c

Detaillierte sequenzielle Aktionsliste zur Ableitung der erforderlichen Software-Funktionalitäten und -Spezifikationen

B1.1

B1.2

B1.3

B1.4

B1.5

B1.6

B1.7

B1.8

B1.9

B2.1

B2.2

B3.1

B3.2

B3.3

B3.4

B3.5

C1.1

C1.2

C1.3

C2.1

C2.2

C2.3

C2.4

Wanderleiter startet GIS

Wanderleiter lädt Wegnetz in das GIS

Wanderleiter wählt gewünschte Wanderstrecke

Wanderleiter wählt Ausgangs- und Endpunkt der Wanderung

Wanderleiter lädt dazugehöriges digitales Geländemodell in das GIS

Wanderleiter startet Berechnung der Gehzeit für Hinweg

Wanderleiter speichert die berechnete Gehzeit Hinweg

Wanderleiter startet Berechnung der Gehzeit für Rückweg

Wanderleiter speichert die berechnete Gehzeit Rückweg

Wanderleiter bestimmt Beobachterstandort und -zielpunkt für Sichtbarkeitsanalyse

Wanderleiter wählt Turmstandort für erste Annäherung, was sichtbar ist

Wanderleiter verschneidet Sichtbarkeitsbereich Turm mit Wegnetz

Wanderleiter wählt neue Beobachterstandorte im Sichtbarkeitsbereich

Wanderleiter wählt Turm als Beobachterzielpunkt («target point»)

Wanderleiter berechnet neue Sichtbarkeitsbereiche von Aussichtspunkten aus

Wanderleiter speichert neue Sichtbarkeitsbereiche und dazugehörende Beobachterstandorte

Wanderleiter wählt eine mögliche Route mit optimalem Aussichtspunkt

Wanderleiter berechnet Fussgängersimulation(en) auf dieser Strecke

Wanderleiter berechnet mögliche Interaktionen zwischen den Fussgängern

Wanderleiter erstellt ein 3D-Oberflächenmodell mit Textur aus Landnutzung und Wegnetz:

aus den Geländemodell wird die Oberfläche erstellt

Wanderleiter erstellt weitere 3D-Modelle für die Vordergrunddarstellung und fügt diese einzeln

(z.B. Häuser) oder mehrfach ein (z.B. Bäume)

Wanderleiter berechnet mittels Ray Tracing von jedem Punkt, an dem ein Fussgänger in der

Simulation je stand, ein Bild

Wanderleiter fügt die Bilder zusammen und speichert sie als Animation

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NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V 82

Erforderliche Simulationsfunktionalitäten

– Simulation eines Wanderers auf einer bestimmten

Wegstrecke

– Simulation von Interaktionen mehrerer Wanderer

auf einer bestimmten Wegstrecke

– Erforderliche Visualisierungsfunktionalitäten:

– Berechnung des 3D-Bildes, das ein Wanderer von

jedem Punkt des zurückgelegten Wegstückes

aus sieht

– Zusammenfügen der berechneten Bilder zu

einer Sequenz von Bildern

– Abspeichern der Sequenz als Animation (Film)

Die erforderlichen GIS-Funktionalitäten entsprechen mehr-

heitlich Standardfunktionen der meisten gängigen GIS-Sys-

teme und decken die Schritte B1.1 bis B3.5 in Tabelle 4-1c

im Wesentlichen ab. Allerdings ist das Problem der

«besten Standorte» im vorliegenden Beispiel nicht allein

mit einer Sequenz von Abfragen in einem GIS gelöst, auch

wenn die Positionen, von denen aus man den Turm sehen

kann, sich in einem GIS berechnen lassen. Für den «besten

Standort» braucht es auch noch eine Berechnung, wie sich

die Wanderer auf den Wegen und Aussichts plä tzen gegen-

seitig beeinflussen und allenfalls in die Quere kommen,

was im vorliegenden Beispiel den Wander ge nuss beein-

trächtigen würde.

Bei den Simulationsanforderungen (Schritte C1.1 bis C1.3)

wird es schon schwieriger, Standardlösungen zu finden. Es

liegt aber auf der Hand, dass hier die Multiagenten techno -

logie den vielversprechendsten Ansatz bietet. Für die

Visua lisierung (Schritte C2.1 bis C2.4) werden Renderings -

techniken benötigt, die sehr zeitaufwändig sind. Im Fol gen-

den soll der Implementationsaufwand für das gewählte

Beispiel dargestellt werden.

4.2.1 Aufwand für die Herstellung

der gewünschten Schatzalp-Animation

Aufwand für die GIS-Analysen

Eine durchschnittlich versierte GIS-Person führt die gefor-

derten GIS-Standardberechnungen in ca. zwei Tagen

durch, vorausgesetzt, die nötigen räumlichen Daten ste-

hen zur Verfügung und liegen auch in einem GIS-kompati-

blen Datenformat vor. Im vorliegenden Fall können die

Daten der Landestopographie verwendet werden: Vector

25 und DHM25 (© swisstopo). Eine aufwändige Daten -

beschaffung und Datenaufbereitung fallen damit weitge-

hend weg. Die einzelnen Schritte schlagen mit folgendem

Arbeitsaufwand zu Buche:

Datenübernahme und Aufbereitung für Analyse

(DHM25, Vector25: Wegnetz, Siedlungen,

Einzelobjekte) 0.5 Tage

Gehzeitberechnungen 0.5 Tage

Sichtbarkeitsberechnungen und Overlays 0.5 Tage

Abschlussarbeiten und Dokumentation 0.5 Tage

Arbeitsaufwand GIS-Analysen Total 2.0 Tage

Implementationsaufwand für die Fussgänger -

simulation

Grundsätzlich ist der Implementationsaufwand von der

Laufzeit der Simulation zu unterscheiden. Ersterer ist nur

dann notwendig, wenn das Gebiet gewechselt wird (z.B.

von Gstaad – Projekt Alpsim – nach Davos) oder wenn die

Art der Simulation grundsätzlich ändert (z.B. von einer

Fuss gängersimulation zu einer Verkehrssimulation). Die

Laufzeit der Simulation fällt bei jeder Auswertung neu an.

Dazu kommt die Visualisierung, die auf den Ausgabedaten

der Simulation aufbaut.

Das agentenbasierte Simulationssystem ist im Projekt

Alpsim bereits entwickelt worden und steht somit für die

Simulationen rund um den Schatzalpturm zur Verfügung.

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4 VIRTUELLE REPRÄSENTATION – VOM «SCHÖNEN BILD» ZUM HILFREICHEN PLANUNGSINSTRUMENT 83

Geht man davon aus, dass am Simulationssystem nichts

verändert werden muss, und dass man sich damit bereits

auskennt, reicht eine kurze Zeit, um es zu installieren und

zu testen. Allenfalls kommt hier die Evaluation dazu, falls

mehrere Systeme zur Wahl stehen.

Simulation aufsetzen 1.0 Tag

Das Geländemodell und das daraufliegende Wander -

weg- und Strassennetz bilden die Grundlage der Dar stel -

lung in der Fussgängersimulation und anschliessenden

Visuali sierung. Auch wenn diese Daten vorhanden sind, ist

eine Adaption nicht auf jeden Fall geradlinig. Besonders in

den Bergen werden an das Geländemodell höhere An for -

de rungen gestellt, es muss entsprechend feinmaschig vor-

liegen, damit die Animation plausibel ausfällt. Es kommt

da her folgender Aufwand dazu:

Geländemodell im richtigen Format 5.0 Tage

Wegnetz im richtigen Format 5.0 Tage

Sind diese Grundlagen vorhanden, kann das Simu-

la tions system zusammengefügt werden. Je nach System

wer den für verschiedene Berechnungen getrennte Pro -

gramm teile verwendet (modulares System). Typische Mo -

dule sind a) die Berechnung der physikalischen Welt,

Kollisionsberechnungen zwischen Fussgänger und Umge -

bung, aber auch untereinander, b) Routenberechnung, c)

Sichtbarkeitsanalysen und d) die Verwaltung der von den

Fussgängern gelernten Daten (das «Gehirn»).

System aufsetzen, zusammenfügen und testen 2.0 Tage

Arbeitsaufwand Simulation Total 13.0 Tage

Aufwand für die 3D-Visualisierung und

Filmherstellung

Für 3D-Visualisierungen aus grossen Distanzen stehen

Programme wie zum Beispiel Google Earth zu Verfügung.

Es scheint so, als ob diese auch geeignet wären, eigene

benutzerdefinierte Daten darin darzustellen. Sobald man

aber Ansichten aus Bodennähe benötigt, leidet die Dar -

stel lungs qualität stark und ist meist nicht ausreichend.

Für die Herstellung des Schatzalp-Films auf der beige-

legten CD-ROM wurde ein eigenes 3D-Oberflächenmodell

mit einer Textur bestehend aus Informationen zur Land -

nut zung und dem Wegnetz erstellt, das anschliessend mit

einem vorhandenen Raytracer in Bilder umgewandelt

wurde. Das Oberflächenmodell enthält 3D-Informationen

zu Bäumen und Häusern, die ebenfalls in die Filmbe rech -

nungen einbezogen werden. Der Aufwand dafür setzte

sich wie folgt zusammen:

Höhenmodell aussuchen, zuschneiden und testen,

evtl. konvertieren nach Rasterformat 2.0 Tage

Umwandeln in Mesh (Dreiecke) 3.0 Tage

Primärnutzflächen: Gras, Geröll etc. 2.0 Tage

3D-Modelle der typischen lokalen Objekte

(Bäume, einfache Pflanzen) 5.0 Tage

Positionen der Bäume und Pflanzen (randomisiert) 5.0 Tage

3D-Modelle von Gebäuden: je nach Genauigkeit 5.0 Tage

Arbeitsaufwand Film Total 22.0 Tage

Ein solches 3D-Modell mit Textur muss nur einmal pro

Gebiet erstellt werden. Im Prinzip wäre ein einziges Modell

für die gesamte Schweiz oder gar Europa ideal, aber die

Datenmenge würde dabei so gross, dass es dann doch

zugeschnitten beziehungsweise unterteilt werden müsste.

Je nach Szenario müssen noch spezifische Gebäude oder

andere Objekte zusätzlich erstellt werden.

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NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V 84

Nach dem Aufsetzen des Szenarios wird die Simulation

gestartet. Für einfache Szenarien wird wenig Rechenzeit

benötigt (wenige Minuten). Die Ausgabe der Simulation

bildet die Grundlage für die anschliessende Visuali -

sierung. Für diese wird allerdings viel mehr Zeit benötigt:

Für die folgende Rechnung wurde ein 3D-Modell mit

200’000 Objekten verwendet (vor allem Bäume und

Boden bedeckungselemente wie Pflanzen und Gräser). Die

Darstellung im Speicher (RAM) des Raytracers ist knapp

500 Megabytes gross.

Die Angaben beziehen sich auf die Verwendung eines

Computers mit 2 GHz CPU und 1 Gigabyte RAM. Raytracing

eignet sich vor allem für Szenen mit Spiegelungen und

transparenten Objekten, was beides in freier Natur selten

vorkommt. Es ist daher möglich, Berechnungsmethoden

zu verwenden, die signifikant schneller sind. Um eine rea-

listische Landschaft zu erzeugen, werden aber vor allem

sehr viele einzelne Objekte benötigt, z.B. Bäume und Ge -

bäude. Das Einlesen dieser Daten dauert in etwa gleich

lange wie das Berechnen und Anzeigen der Szene.

Für ein Bild mit einer Auflösung von 640 x 480 Pixeln

ergeben sich folgende Rechenzeiten:

Einlesen und intern darstellen 1min 58 sek

Berechnen und anzeigen 1min 45 sek

Total 3min 43 sek

Berechnen der Einzelbilder, pro Bild ca. 4min

Es werden mindestens 5 Bilder pro Sekunde Film benö-

tigt – ideal wären 30 Bilder pro Sekunde. Für eine Minute

Film werden im vorliegenden Fall 300 Bilder benötigt:

1Minute Film à 5Bilder/Sekunde 20 Std

Gesamtaufwand für die Herstellung

der Schatzalp-Animation

Addiert man den gesamten Arbeitsaufwand (Tabelle 4-2),

kommt man auf fast zwei Monate Arbeitszeit für die Pro -

duktion von einer Minute Film, dessen Herstellung seiner-

seits noch mindestens 20 Stunden Computerrechenzeit

benötigte. Dies erscheint horrend! Bedenkt man aber, dass

dies die Implementation und Bearbeitung verschiedens-

ter Teilaspekte (Modellanpassungen), die partielle Anpas -

sun gen des Programm-Codes sowie die Modellierung der

neuen 3D-Objekte bedeutet, sieht die Bilanz wieder

anders aus. Auch da gilt, dass sich der Aufwand mit jeder

weiteren Übertragung auf andere Untersuchungsgebiete

reduzieren würde. Vernachlässigbar wird der Aufwand

aber nie, da jedes neue Studiengebiet wieder Anpassun -

gen in der Fragestellung, der Datenverfügbarkeit und der

Simulation erfordert.

Tabelle 4-2

Gesamtaufwand für die Schatzalp-Animation

Arbeitsaufwand GIS-Analysen Total 2.0 Tage

Arbeitsaufwand Simulation Total 13.0 Tage

Arbeitsaufwand Film Total 22.0 Tage

Arbeitsaufwand Total 37.0 Tage

4.2.2 Verwendete Visualisierungstypen

Für die Berechnung der nachfolgenden Abbildungs bei -

spiele (Abbildung 4-2 bis 4-7) dienten die Landes topo gra -

phiedaten Vector25 und DHM25 (© swiss topo) als räum-

liche Grundlage. Sämtliche 3D-Objekte – Bäume, Blumen,

Gräser und der Schatzalpturm – wurden entweder im Pro -

jekt Alpsim (Abbildungen 4-3 und 4-4) oder im Rahmen

dieser Synthese (Abbildungen 4-6 und 4-7) erstellt.

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Abbildung 4-2

2D-Ansicht des simulierten Gebietes

Dargestellt sind die Agenten mit der ihnen zugeordneten Nummer

(orange), sowie die die Agenten beeinflussenden Ereignisse (grüne

und rote Kreuze).

Abbildung 4-3

3D-Ansicht des simulierten Gebietes

Derselbe (räumliche) Ausschnitt wie in Abbildung 4-2: Die Agenten

(rote Balken) sind stark vergrössert dargestellt, damit sie aus dieser

Distanz überhaupt sichtbar sind.

Quellen beider Abbildungen: Szenario Gstaad, Projekt Alpsim

4 VIRTUELLE REPRÄSENTATION – VOM «SCHÖNEN BILD» ZUM HILFREICHEN PLANUNGSINSTRUMENT 85

Real-Time-Visualisierung

Die Real-Time- oder Echtzeit-Visualisierung greift direkt

auf die Daten einer laufenden Simulation zu und stellt

diese dar. Dabei stehen die Positionen der Fussgänger im

Mittel punkt; die Ausgaben (neben der Position z.B.

Geschwin dig keit, Ziel, Angaben über Hunger, Durst, Kraft,

Interes sen) beziehen sich oft auf individuelle Fussgänger

und sind nicht weiter aggregiert.

Die Darstellung kann sowohl 2- als auch 3-dimensional

sein. Damit die Visualisierung in Echtzeit geschehen kann,

muss auf aufwändige Details verzichtet werden. Je nach

verfügbarer Rechenleistung sieht diese Art von Visua li sie -

rung jedoch entsprechend abstrakt aus.

Real-Time-Visualisierungen sind für den Anwender der

Simulation hilfreich, da er sofort sehen kann, was in der vir -

tuellen Welt geschieht. Ferner kann dadurch die Ar beits -

weise eines Simulationssystemes demonstriert werden.

Offline-Visualisierung

Wird erst nach Beendigung der Simulation aus den gesam-

melten Daten eine Visualisierung erstellt, stehen viel mehr

Computerzeit und Rechenleistung zur Verfügung, entspre-

chend mehr Aufwand kann in ein realistisches Aus sehen

der Visualisierung gesteckt werden. Es ist möglich, photo-

realistische 3D-Darstellungen zu berechnen. Abbildungen

4-4, 4-6 und 4-7 wurden so erstellt.

Die in Kapitel 4.2.1 aufgeführte Aufwandsschätzung

basiert auf der Berechnung von Bildern wie in Abbildung

4-6 und 4-7 dargestellt.

Solche Visualisierungen zeigen die Ausgabe einer Simu -

lation und eignen sich daher besonders für Demon stra -

tionen, bei denen nicht die Technik, sondern das Resultat

einer einzelnen Simulation gezeigt werden soll.

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NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V 86

Abbildung 4-4

Offline berechnete virtuelle 3D-Ansicht –Derselbe Ausschnitt wie in Abbildung 4-2

Abbildung 4-5

Natürliche photographische Ansicht –Derselbe Ausschnitt wie in Abbildung 4-2

Quelle: Szenario Gstaad, Projekt Alpsim.

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Abbildung 4-6

Szenario Schatzalp: Ausschnitt aus der Animation der virtuellen Wanderung zum Schatzalpturm oberhalb von Davos

Quelle: Eigene Darstellung, berechnet für das Use Case-Beispiel der Synthese V (Szenario Schatzalp).

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NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V 88

Abbildung 4-7

Szenario Schatzalp: Mögliche Aussicht von der Wiese oberhalb des Schatzalpturms auf den Büelenberg und das Jakobshorn

Besondere Beachtung verdient die detaillierte Struktur des Vordergrundes.

Quelle: Eigene Darstellung, berechnet für das Use Case-Beispiel der Synthese V.

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4 VIRTUELLE REPRÄSENTATION – VOM «SCHÖNEN BILD» ZUM HILFREICHEN PLANUNGSINSTRUMENT 89

4.3 Beispiele aus dem NFP 48

Im Folgenden werden aus den Projekten Alpscape und

Ipodlas exemplarische Use Case-Situationen herausge-

griffen und kurz nach dem oben beschriebenen Vorgehen

analysiert. Auf eine Arbeitsaufwandabschätzung wird al ler -

dings verzichtet. Beiden Projekten lag die Ausführung von

Dissertationen zugrunde, bei denen die Arbeits be las tung

naturgemäss sehr hoch ist und nicht mit den gängigen

Arbeitszeiten und Ansätzen der Praxis verglichen werden

kann.

4.3.1 Use Case aus Alpscape

Dieses Projekt befasste sich mit der Modellierung der Ent -

wicklung alpiner Tourismusgemeinden. Die Geschichte eines

Alpscape-Use Cases könnte folgendermassen lauten:

«Die Vertreter des Gemeinderates diskutieren das neue

Baugesetz und die neue Zonenplanung, welche für eine

alpine Tourismusgemeinde erarbeitet werden. Kontro -

vers wird diskutiert, wie diese Zonenplanung aussehen

soll. Es bestehen divergierende Interessen, weil a) der

Tourismus sich frei entfalten können soll, b) neuer

Wohn raum auch für die einheimische Bevölkerung ge -

braucht wird, und c) die Zersiedlung der Landschaft ein-

geschränkt werden soll. Gewünscht werden Karten, die

aufzeigen, wo innerhalb der verschiedenen Bau zonen

noch Sied lungsreserven liegen, beziehungsweise wo

noch Brutto geschoss fläche reserven vorhanden wären.»

Aktionsliste des Alpscape-Use Case

Der beschriebene Use Case zu Alpscape erfordert im Mini -

mum die folgende Aktionsliste (Tabelle 4-3). Einzelne

Schritte könnten noch in Subschritte unterteilt werden,

namentlich was die Ausgabe- oder Visualisierungs funk tio -

nen (V) betrifft. Für eine fruchtbare Diskussion mit Soft -

ware-Entwicklern dürfte dies aber reichen.

Notwendige Daten für den Alpscape-Use Case

– Grundflächen und Stockwerkzahlen zur Abschätzung

der Bruttogeschossfläche

– Aktuelle Zonenplanung zur Abschätzung des noch

existierenden Potenzials

– Daten zur Besitzstruktur der existierenden Gebäude:

Besitzen mehrere Eigentümer eine Liegenschaft

zusammen (Mehrfacheigentümer), verringert dies

die Wahrscheinlichkeit, dass eine Liegenschaft ab-

gerissen und mit einer erhöhten Ausnutzungsziffer

neu ge baut wird.

– Daten zur Nutzung: Hotellerie, Ferienwohnungen,

Zweitwohnsitze, Erstwohnsitze pro Wohneinheit

– Zeitlich hoch aufgelöste Gästebelegungszahlen

über mehrere Jahre nach verschiedenen Tourismus-

kategorien

– Anzahl Betten, differenziert nach Nutzung

– Auslastung der Tourismusbetten nach

Kategorie pro Jahr

– Maximale Auslastung der Tourismusbetten

nach Kategorie

–m

2Bruttogeschossfläche pro m2Grundfläche des

Grundstücks (= Ausnutzung bzw. Ausnutzungsziffer)

– Bettendichte pro Grundstück nach Tourismus-

kategorien

Mögliche Visualisierung des Alpscape-Use Case

Die Abbildung 4-8 zeigt, wo innerhalb der Bauzone noch

Sied lungs reserven liegen, beziehungsweise wo noch ver-

baubare Bruttogeschossfläche vorhanden wäre. Solche

Kar ten kön nen nun mit der effektiven Überbauungssitua-

tion verglichen und als Entscheidungsgrundlage weiter-

verwendet werden.

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NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V 90

Tabelle 4-3

Aktionsliste für den Alpscape-Use Case

Eingabefunktionen (E)

Rechenfunktionen (R)

Visualisierung (V) – Ausgabefunktionen am Monitor und in Form von Dateien, die anderswo wiederverwendet werden können

Quelle: Isenegger, 2006.

Einlesen von Zonenplanung (+ Szenarien) in gängigen GIS- und CAD-Formaten

Einlesen von Belegungszahlen im Jahresverlauf für verschiedene Tourismuskategorien

Szenarien in DBF-Format

Bettendichte für verschiedene Tourismuskategorien bei möglicher Siedlungserweiterung

Abschätzung der Bruttogeschossfläche

Berechnung des aktuellen Potenzials zur Erweiterung von Wohnraum

Berechnung der Potenziale nach den Szenarien A und B

Berechnung der möglichen Übernachtungen (je nach Tourismusstrategie)

Berechnung der Bettendichte pro Grundstück für verschiedene Tourismuskategorien

Berechnung der erforderlichen Siedlungserweiterung in m

im Fall einer Zunahme um xx Betten

für bestimmte Tourismuskategorien bei gleichbleibender Bettendichte

Karten mit Betten pro Gebäude

Karte mit Übernachtungen pro Gebäude inkl. jahreszeitlicher Verlauf der Belegung

Karte mit Potenzial m

Bruttogeschossfläche pro Gebäude (heute und nach Szenarien)

Zahl – theoretisch notwendige m

Bruttogeschossfläche und Siedlungserweiterung (nach Szenarien)

Karte – Bruttogeschossfläche pro Bett und Gebäude

Karte – Bruttogeschossfläche pro Grundfläche Grundstück (Ausnutzung heute und nach Szenarien)

in gängigen GIS- und CAD-Formaten sowie als JPG

Karte – Potenzial zum Ausbau der Bruttogeschossfläche

– jede Karte soll als Vektordatensatz in gängigen GIS- und CAD-Formaten und als JPG und TIFF

verschiedener Auflösungen exportierbar sein

– zu jeder Karte soll auch eine Legende erscheinen

– Legenden sollen bearbeitbar sein (Farbwahl + Beschriftung)

– in die Ausgabe am Monitor soll hineingezoomt werden können

– Strassennamen sollen ab einer Ausgabe von 1:5’000 am Bildschirm, in Bildern und auch

auf Ausdrucken erscheinen

– Drucker soll direkt aus dem Modell heraus ansprechbar sein

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Abbildung 4-8

Gegenwärtige Ausnutzungsziffer («construction capacity factor») und existierendes Potenzial «remaining capacity» zur Erweiterung

der Bruttogeschossfläche «gross floor space», gebäudegenau

Construction Capacity Factor

according to spatial planning

■0.00

■0.01 – 0.50

■0.51 – 1.00

■1.01 – 1.50

■1.51 – 2.00

Remaining Capacity

to increase gross floor space

■0.00 sqm

■0.01 – 0.50 sqm

■0.51 – 1.00 sqm

■1.01 – 1.50 sqm

■1.51 – 2.00 sqm

0 1’000 2’000 Meters

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NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V 92

4.3.2 Use Case aus Ipodlas

Im Projekt Ipodlas ging es darum, eine Software-Um ge -

bung zu konzipieren, die in der Lage ist, räumliche und

zeitliche Modellierungssysteme zu kombinieren und die

modellierten Prozesse möglichst ansprechend zu visuali-

sieren. Eine solch komplexe Aufgabe kann nur mit Hilfe

ausgefeilter Use Cases gelöst werden. Um dem Anspruch

der realen Anwendung gerecht werden zu können, wurden

Fallstudien und Daten aus bereits bestehenden For schungs-

gebieten ausgewählt. Damit wurde verhindert, dass intuitiv

«einfache» Beispiele gewählt wurden, die dann «lehrbuch-

mässig» hätten implementiert werden können. Die Ver -

wendung bestehender Daten, Modelle und Software-

Umgebungen stellt sehr hohe Anforderungen an die

Entwickler eines Systems, da alle Bestandteile integriert

werden müssen. Andererseits hat dann der (geglückte)

«Proof of concept» einen viel grösseren Stellenwert.

Der folgende Use Case aus dem Projekt Ipodlas be -

schreibt, wie eine englischsprachige, aus Australien stam-

mende Doktorandin sich im NFP 48-Pro gramm zurecht fin-

den und sich den gestellten Aufgaben im alpinen Raum,

nämlich der Modellierung des Lärchen wick ler zyklus über

den ganzen Alpenraum und spezifisch im Oberengadin

stellen muss. Zusätzlich wird die Lärchen wickler-Model lie -

rung mit einer Feuerausbreitungs model lie rung gekoppelt.

Dies macht nicht nur vom Software-Ent wick lerstandpunkt

aus Sinn – bei dem es darum geht, «Härte fälle» zu testen –,

sondern auch thematisch. Durch Insekten befall beein träch-

tige Waldbestände sind für weitere Stö rungs ereignisse

wie beispielsweise Feuer beson ders anfällig.

An dieser Stelle erlauben wir uns, die Ipodlas-Use Case-

Geschichte und die -Aktionsliste sowie die abgeleitete

Funktionalitätenliste in englischer Sprache wiederzugeben

und so zu dokumentieren, wie der Ipodlas-Prototyp schritt-

weise und unter Verwendnung aufeinander aufbauender

Use Cases entstand. Die folgenden Ausführungen beruhen

auf den Dissertationen von Bronwyn Price (2005), Daniel

Isenegger (2006) und Yi Wu (2007), die alle im Rahmen des

Ipodlas-Projektes entstanden sind. Die Dissertation Isen -

egger übernahm dabei den Part der Software-Konzeption

und Entwicklung. Die Dissertation Price bearbeitete die

Lärchenwickler-Modellierungen und übernahm auf diese

Weise die Rolle der Anwenderin mit komplexer Frage stel -

lung. Die Dissertation Wu schliesslich setzte das Schwer -

gewicht auf die Visualisierung der modellierten räumlichen

Prozesse im 4D-Raum. Die Ge schich te eines Ipodlas-Use

Case könnte folgendermassen lauten:

«Bronwyn is an ecologist and expert user of the Ipod -

las system. She is a PhD student within the Ipodlas

project and wants to use functionalities of the Ipodlas

system to help her answer research questions concer-

ning the spatiotemporal dynamics of the Larch Bud

Moth (LBM) Zeiraphera diniana Gn. (Lep., Torticidae) at

differing scales and to investigate the influence of spa-

tial data resolution on modelling LBM dynamics in the

Upper Engadine valley.

In particular, Bronwyn wants to see LBM migration

within the Upper Engadine valley, in particular a 3-D

visualization of the seasonal LBM migration from given

sites to other sites and the resultant forest appearance

due to defoliation. After a simulation run, Bronwyn

changes parameters of the LBM simulation model in the

Ipodlas GUI: she wants to simulate warmer winter con-

ditions with higher egg mortality. Afterwards, Bronwyn

is interested in the interaction of LBM and wildland fire

occurrence (WLF). She wants to explore WLF spread in a

LBM peak year exhibiting high defoliation and tree mor-

tality. Bronwyn starts a WLF in a site having a high defo-

liation rate.» Zitiert nach Isenegger, 2006.

Aktionsliste des Ipodlas-Use Case

Die nachfolgende Aktionsliste mutet akribisch an, ist aber

für die Konzeption der erforderlichen Software-Architektur

und das Ermitteln der nötigen Software-Funktionen eine

grosse Hilfe, da damit die Spezifikationen für die Soft ware-

Entwickler formuliert werden können.

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4 VIRTUELLE REPRÄSENTATION – VOM «SCHÖNEN BILD» ZUM HILFREICHEN PLANUNGSINSTRUMENT 93

Tabelle 4-4

Aktionsliste für die Analyse des Lärchenwicklers im Oberengadin

Das Kürzel LE3 steht für «Larch Bud Moth Expert Use Case number 3» bzw. «Lärchenwickler-Experte-Use Case Nr. 3».

Action

LE3e-1

LE3e-2

LE3e-3

LE3e-4

LE3e-5

LE3e-6

LE3e-7

LE3e-8

LE3e-9

LE3e-10

Description of action

Bronwyn starts IPODLAS and selects LBM from the list of topics.

IPODLAS shows her the Alpine Arc with highlighted areas where LBM data are provided.

Bronwyn selects the Upper Engadine valley.

IPODLAS displays a 2-D map of the Upper Engadine valley. An additional menu shows several

options (geographic data, 3-D, simulate, pre-calculated movie). Bronwyn chooses to simulate

and see the output in 3-D.

In the LBM configuration window, Bronwyn chooses a start and stop time (1953, 1954) and

otherwise keeps all defaults, then runs the model.

IPODLAS displays a 3-D visualization of the output showing comparative numbers of LBM migrating

(departure and landing points) and the resultant coloring of the forest in the sites symbolizing

the defoliation ratio.

After the end of the simulation, Bronwyn changes the «winter egg mortality» parameter in the

LBM configuration window, keeps all the other defaults, and starts the simulation again.

IPODLAS displays a 3-D visualization of the output showing comparative numbers of LBM migrating

(departure and landing points) and the resultant coloring of the forest in the sites symbolizing

the defoliation ratio.

After the simulation ended, Bronwyn selects in the IPODLAS GUI the WLF topic and then the WLF

simulation configuration window. In there, Bronwyn chooses that the ignition point can be set

in VR and that the «live moisture» parameter of the WLF simulation model is taken from the

output of the LBM simulation.

In the VR interface of IPODLAS the defoliation of the forest in the respective sites is

displayed applying different colors. Bronwyn now selects a WLF ignition point in a site

exhibiting high defoliation values.

In the VR interface of IPODLAS the spread of a WLF is shown starting from the user-selected

ignition point.

Tabelle 4-5

GIS-Funktionalitäten und Übergabe der Resultate an das Submodul Visualisierung

Action

LE2-2a, LE3e-2a

LE2-2b, LE3e-2b

LE2-2c, LE3e-2c

LE2-4a, LE3e-4a

Required GIS functionality

Receiving request to provide areas with

available data

Selecting data from storage(s):

areas with available data

Notifying the requesting subsystem about

available data via IPODLAS

Receiving request concerning forest and in

particular larch distribution, calculating

slope and aspect, and wind simulation

Type of GIS functionality

Communication/information exchange

between subsystems

Connection to storage(s) and retrieving data

from storage(s)

Communication/information exchange

between subsystems

Communication/information exchange

between subsystems

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NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V 94

LE2-4b, LE3e-4b

LE2-4c, LE3e-4c

LE2-4d, LE3e-4d

LE2-5a, LE3e-5a

LE2-5b, LE3e-5b

LE2-5c, LE3e-5c

LE3e-6a

LE3e-6b

LE3e-6c

LE3e-6d

LE3e-8a

LE3e-8b

LE3e-8c

LE3e-9a

LE3e-9b

LE3e-9c

Quelle beider Tabellen: Isenegger, 2006.

Selecting data from storage(s) if simulation

data is not already available: forest data,

larch data, temperature data, DTM

Calculating, if not available in storage:

– larch per hectare, forest area per hectare,

temperature distribution

– slope, aspect

– wind speed and direction statistics

Notifying the requesting subsystem about

available data via IPODLAS

Receiving request to transform

tabular simulation output to raster

Transform tabular simulation output to raster

Notifying the requesting subsystem about

available data via IPODLAS

Receiving request concerning LBM data with

changed «winter egg mortality»

Selecting data from storage(s) if simulation

data is not already available: forest data,

larch data, temperature data, DTM, defoliation

Calculating, if not available in storage:

– larch per hectare, forest area per hectare,

temperature distribution

– slope, aspect

– wind speed and direction statistics

Notifying the requesting subsystem about

available data via IPODLAS

Receiving request concerning defoliation data

in sites

Selecting defoliation data from storage(s)

if data is already available

Notifying the requesting subsystem about

available data via IPODLAS

Receiving request concerning WLF simulation

(with ignition point)

Starting WLF simulation

Notifying the requesting subsystem about

available data via IPODLAS

Connection to storage(s) and retrieving data

from storage(s)

– Map algebra, map overlay, clipping

– Slope, aspect calculation from DTM

– Simulation using the wind model and

calculating statistics using Map algebra

Communication/information exchange

between subsystems

Communication/information exchange

between subsystems

Join attribute data with spatial data and

generate raster through rasterization

Communication/information exchange

between subsystems

Communication/information exchange

between subsystems

Connection to storage(s) and retrieving data

from storage(s)

– Map algebra, Map overlay, clipping

– Slope, aspect calculation from DTM

– Querying wind model

Communication/information exchange

between subsystems

Communication/information exchange

between subsystems

Connection to storage(s) and retrieving data

from storage(s)

Communication/information exchange

between subsystems

Communication/information exchange

between subsystems

Accessing and invoking a WLF simulation model

to simulate a WLF spread

Communication/information exchange

between subsystems

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4 VIRTUELLE REPRÄSENTATION – VOM «SCHÖNEN BILD» ZUM HILFREICHEN PLANUNGSINSTRUMENT 95

Abbildung 4-9

Ausschnitt aus dem User Interface zur Berechnung der Lärchenwickler- und Feuerausbreitungsmodelle

Quelle: Isenegger, 2006.

Mögliche Visualisierung des Ipodlas-Use Case

Abbildung 4-9 und Abbildung 4-10 stellen die Lärchen -

wick lerpopulationen als farbige «Wolken» dar. Abbildung

4-11 zeigt eine mögliche Waldbrandausbreitung in den ge -

schwächten Beständen. Aus den Originaldaten zu den Lär -

chen wicklerpopulationen und den Lärchenwickler model -

len des Oberengadins weiss man, welche Subpopulation

aus welchem Waldbestand stammt. Aufgabe für die Visua -

lisie rung war nun, die Migration der Subpopulationen so

darzustellen, dass der Betrachter nachvollziehen kann,

welche Subpopulation aus welchem Bestand wegfliegt

und zu welchem Zielbestand. Die Farbskala der Wald be -

stände (grün bis gelb/orange) spiegelt dabei den Grad der

Entnadelung wider.

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NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V 96

Abbildung 4-10

Ausschnitt aus einer Lärchenwicklerflug-Animation

Abbildung 4-11

Ausschnitt aus der nachgeschalteten Feuermodellierung

Quelle beider Abbildungen: Wu, 2007.

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4 VIRTUELLE REPRÄSENTATION – VOM «SCHÖNEN BILD» ZUM HILFREICHEN PLANUNGSINSTRUMENT 97

4.3.3 Use Case zu den Auswirkungen

von sich ändernden Rahmenbedingungen

für die Landwirtschaft auf Landschaft

und Tourismus in den Alpen

Gleichsam als Ausblick und Fazit wird im Folgenden skiz-

ziert, was möglich wäre, wenn einige der im NFP 48-Pro -

gramm entwickelten Modelle in ein gemeinsames Fall bei -

spiel zusammengezogen würden. Die Use Case-Geschich te

dazu lautet:

«Im National- und Ständerat wird über die Öffnung von

Agrarmärkten und die Entwicklung der Landwirtschafts -

politik diskutiert. Es wird angenommen, dass durch

eine extreme Kürzung der Agrarsubventionen jegliche

Landwirtschaft im Raum Davos an Hanglagen einge-

stellt wird. Man geht davon aus, dass die dadurch aus-

gelöste Sukzession einen Grossteil der Kulturland -

schaft durch flächendeckenden Wald bis zur Baum -

grenze ersetzen wird. Es wird erwartet, dass die daraus

resultierende Landschaft für Sommertouristen erheb-

lich unattraktiver wird und diese sich daher anderweitig

orientieren.»

Dieser Use Case wirkt vergleichsweise komplex. Es stellt

sich aber heraus, dass im Rahmen des NFP48 Modelle ent-

wickelt wurden, welche diese Fragen im Prinzip bearbeiten

können. Theoretisch besteht also die Möglichkeit, die

NFP48-Modelle wie folgt zu kombieren:

Sulaps betrachtet die Veränderungen in der Berg land wirt -

schaft als Folge der veränderten Agrar sub ven tio nen:

–Veränderung bei den Betriebsgrössen und den Schwer -

punkt setzungen

–Veränderung der Flächennutzung

Alpscape nimmt diese Ergebnisse auf und simuliert:

–direkte und sekundäre Effekte auf die regionale Wirt -

schaft

–Veränderungen bei den Material- und Energieflüssen

und im Selbstversorgungsgrad der Region als Resultat

der veränderten Bewirtschaftung

Wasalp und Ipodlas berechnen darauf aufbauend die

raum-zeitliche Entwicklung der Ausdehnung und Struktur

der Waldbestände um Davos:

–Wasalp liefert räumlich hoch aufgelöst den differenzier -

ten Bewuchs im Bereich um Davos

–Ipodlas berechnet die Veränderungen der Wald struk -

turen und Zusammensetzung mit Hilfe ent spre chender

Wachstumsfunktionen für bestimmte Waldtypen

–Das kombinierte Resultat ist eine Waldbestandes karte,

die sowohl inhaltliche (Artenzusammen setzung, struk-

turelle Parameter) wie geometrische Informationen

(Wald ausdehnung) enthält, aufgegliedert nach gewün -

sch ten Zeitabschnitten.

Gisalp generiert, darauf aufbauend, statische Bilder des

veränderten Bewuchses, und berechnet daraus Indika -

toren für eine möglicherweise veränderte Attraktivität der

Landschaft.

Alpsim simuliert, aufbauend auf den veränderten Bewer -

tungen, die Veränderungen im Verhalten der Wanderer:

–Veränderungen in der Routenwahl der Wanderer

–Veränderungen in der Zufriedenheit der Wanderer (z.B.

Unzufriedenheit damit, dass man nun jedes Mal über die

Baumgrenze muss, um eine schöne Aussicht zu haben)

–Veränderungen der Tätigkeitsstruktur während des

Urlaubes (z.B. weniger Wanderungen, dafür mehr

Besuche im Schwimmbad)

–Veränderungen in der gewünschten Verweildauer

am Urlaubsort

Erreichbarkeit schätzt, basierend auf der veränderten

Zufriedenheit, das veränderte Zielwahl verhalten der

Wochenendbesucher ab. Dabei wird auch betrachtet, in

welchem Masse die erwarteten Verluste durch eine

schnellere Bahnverbindung ausgeglichen werden können.

Die praktische Umsetzung dieser Kombination wirft einige

Probleme auf: Übertragbarkeit zwischen geographischen

Regionen, Programmierung von Schnittstellen zwischen

Modellen und noch zu entwickelnde Bau steine. Dennoch

halten wir die sen Use Case für bearbeitbar.

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NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V 98

4.4 Schlussfolgerungen für die

Software-Entwicklung und

Anwendung im Bereich Planung

und Landschaftsanalyse

Software-Entwicklungsprojekte scheitern meist nicht an

technischen Fragen, sondern daran, dass Menschen sich

nicht verstehen, nicht verstehen können. Anwender und

Entwickler mögen vielleicht das gleiche Ziel vor Augen

haben, ihre Rollen und Möglichkeiten könnten aber unter-

schiedlicher nicht sein. Geht es Ersteren (am liebsten kurz

und bündig!) um die Beantwortung einer inhaltlichen Fra -

ge, so streben Letztere in der Regel nach einer technisch

ausgeklügelten Lösung. Dauern Implementationsprozesse

länger als geplant oder bringen sie nicht das gewünschte

Resultat, können Verständnisschwierigkeiten auftreten. Je

sorgfältiger die Use Cases entwickelt werden, desto eher

lassen sich solche Schwierigkeiten vermeiden.

Die in Kapitel 4 vorgestellten Use Case-Beispiele zeigen,

dass komplexe Fragestellungen mit der Methodik des Use

Case auf beinahe spielerische Weise angegangen und auf

verständliche Einzelfragen heruntergebrochen werden

kön nen, ohne dabei die übergeordnete Frage zu vergessen.

Dass Software-Anwender eine andere Sprache sprechen als

Software-Entwickler, scheint noch auf der Hand zu liegen.

Das Gleiche kann aber auch für den Bereich der Land -

schaftsanalyse und Planung gesagt werden. Da verstehen

sich die verschiedenen Akteure auch nicht immer. So spre-

chen Modellierer, Planer, Bauherren, Politiker und Tech ni -

ker zu Beginn eines Planungsprozesses mit Sicherheit

sehr un terschiedliche Sprachen.

Mit der vorgestellten Methodik lassen sich diese «Sprach -

schwierigkeiten» sehr detailliert analysieren. Die Use Case-

Methodik begegnet dem immer wieder angetroffenen Re -

flex, komplizierte Sachverhalte intuitiv als «sequenzielle

Geschichten» zu erzählen, welche einen Ausgangspunkt

und ein gewünschtes Resultat beinhalten. Dabei wird

gleichsam eine Eselsbrücke konstruiert, die das Erlernen

des gegenseitigen Verständnisses ermöglicht, ohne dass

die Beteiligten auf Anhieb viel vom Fachgebiet des Gegen -

übers, geschweige denn dass Anwen der etwas von Pro -

gram mierung verstehen müssten.

Die Technik des Use Case wird in der Software-Ent wick -

lung häufig eingesetzt. Im Bereich der Landschafts -

analyse- und Planung hat sie sich aber noch nicht stark

etabliert. Aus Sicht dieser Synthese scheint es folglich

Sinn zu machen, diesen Ansatz zu propagieren, da dieses

methodische Vorgehen für jeden Sachverhalt, für jedes Ge -

biet und für jegliche Art von Sachdaten angepasst werden

kann. Darüber hinaus kann diese Vorgehensweise – ohne

«aufdringlich» zu werden – in die Rolle des «Mediators»

schlüpfen, was den meisten Planungsprozessen nur dien-

lich sein kann.

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Fazit

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NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V 100

5 Fazit

Welche Erkenntnisse liefern die vorliegenden Projekte der

NFP 48-Forschung im Bereich der Modellierung, compu-

tergestützten Simulation und virtuellen Repräsentation?

– Die vorliegenden Modelle des NFP 48 zeigen die grosse

Vielfalt an Möglichkeiten im Bereich der Modellierung

und Visualisierung auf. Allerdings decken sie das Spek -

trum bei Weitem nicht ab und stellen auch keine syste-

matische Auswahl dar. Insofern zeigen sie also beispiel-

haft auf, was möglich ist, stellen aber als Gesamtbeitrag

kein kohärentes Ergebnis dar.

– Die Modelle des NFP 48 sind komplementär und ergän-

zen sich inhaltlich und methodisch. Ein grosses Poten -

zial dieser Modelle besteht daher in der Verknüpfung

ver schiedener Ansätze. Ein erstes Beispiel dafür sind die

Beiträge der Projekte Wasalp, Alpscape und Ecosys -

serv, wie sie in Kapitel 2.2.1 erläutert sind. Einen weite-

res, hypothetisches Beispiel ist in Kapitel 4.3 umfang-

reich beschrieben.

– Die Modellierungsprojekte des NFP 48 konnten im Ein -

zel nen wichtige Beiträge zu international aktuellen For -

schungsfragen leisten. Diese Beiträge decken inhaltliche,

methodische und auch technische Herausforderungen

im Bereich der Landschaftsmodellierung ab.

– Teilweise konnten die Modelle wichtige Ergebnisse für

die Alpenforschung im Allgemeinen erbringen. Dazu sol-

len die Arbeiten zu Veränderungen in der Landwirtschaft

der Projekte Wasalp und Sulaps und die Ergebnisse zur

Schutzwaldpflege des Projektes Schutzwälder erwähnt

sein. Ihre Ergebnisse sind über die regionalen Fall stu dien

hinaus für den Alpenraum von Bedeutung. Bei anderen

Projekten ist der Bezug zu den Alpen eher lokal (z.B.

Alp scape) oder die Lages des Untersuchungsgebietes

im Alpenraum nicht von unmittelbarer Bedeutung (z.B.

Ipodlas).

– Methodische Beiträge von internationaler Bedeutung

wur den ebenfalls in verschiedenen Projekten erarbeitet.

So konnte Alpsim im Bereich der agentenbasierten

Mo del lierung wichtige Fortschritte im Umgang mit «vi -

suel len» Landschaftseindrücken erarbeiten. Dabei wird

in diesem Projekt in doppelter Weise mit visuellen Effek -

ten gearbeitet: zum einen reagieren die Agenten auf

«visuelle» Eindrücke einer eigenständigen virtuellen

Landschaft, und zum anderen werden diese Eindrücke in

Form eines Films festgehalten und so auch für den Nut -

zer visualisiert.

Ein wichtiger methodisch-konzeptioneller Beitrag

im Bereich der Bewertungsansätze leistet Ecosysserv

mit der vielschichtigen Monetarisierung von Umwelt -

leis tun gen.

Mit einem integrierten Modellierungsansatz und einer

starken Einbindung der lokalen Bevölkerung verfolgt

auch Alpscape einen aktuellen methodischen Ansatz.

Doch besteht insbesondere in der Definition und Kali -

brierung der Schnittstellen zwischen den einzelnen dis-

ziplinären Ansätzen auch in Zukunft noch grosser For -

schungsbedarf.

Für zukünftige Arbeiten in der Landschafts model -

lierung werden die Ergebnisse zur Geschwindigkeit von

Landschaftsveränderungen und zur Systematisierung

von Driving Forces im Projekt Transformation eine

grosse Bedeutung haben.

– Beiträge zu den technischen Herausforderungen im

Bereich der Landschaftsmodellierung haben insbeson-

dere die Projekte Gisalp und Ipodlas geleistet. Wäh rend

Gisalp ein einheitliches Datenmodell zur Kombination

verschiedener Naturgefahrenmodelle vorlegte, wurde in

Ipodlas ein Konzept zur direkten Verknüpfung verschie-

dener Software-Umgebungen erarbeitet.

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5FAZIT 101

Was sind die in Bezug auf die Anwendbarkeit wichtigsten

Forschungsgebiete im Bereich der computergestützten

Landschaftsmodellierung für die Zukunft?

– Die Zusammenarbeit mit der Begleitgruppe und die Lite -

ratur haben gezeigt, dass in der Raum- und Land schafts -

planung Interesse an der Nutzung von Model len besteht.

Thematisch-inhaltlich alle möglichen Einsatz bereiche

abdecken zu können, kann nicht das Ziel der For schung

in diesem Bereich sein. Doch sie kann im Bereich der

methodischen und technischen Heraus forderungen

wichtige, keineswegs ausgeschöpfte Dienste leisten.

– Entsprechend der hohen Komplexität, die die Frage stel -

lun gen in der Raum- und Landschaftsplanung aufweisen,

versprechen integrierte Modellierungsansätze einen

wich ti gen Fortschritt. Dabei stellen insbesondere die

Schnitt stellen zwischen verschiedenen disziplinären

Ansätzen einen Forschungsschwerpunkt dar.

– Auch integrierte Modelle dürfen nicht als «Super mo -

delle» konzipiert und verstanden werden, die auf viele

verschiedene Fragestellungen eingehen können. Denn

die Auswahl der methodischen Ansätze, die in den ein-

zelnen Teilen verwendet werden, und die Definition der

Schnittstellen müssen gezielt auf eine bestimmte Frage -

stellung hin optimiert werden.

– Die realitätsnahe Visualisierung wird als wichtiges Ins -

tru ment bei der Kommunikation von Zukunftsszenarien

eingesetzt. Zur automatisierten «Übersetzung» abstrak-

ter Informationen in realitätsnahe Bilder und Filme so -

wie zur Gestaltung und Wirkung dieser Medien besteht

weiterhin noch grosser Forschungsbedarf.

– Heute werden Datenverwaltung, Datenanalyse/Modell -

bildung, Simulation und Visualisierung oftmals in unter-

schiedlichen, jeweils auf die einzelne Aufgabe speziali-

sierten Software-Umgebungen realisiert. Diese Trennung

macht die Entwicklung und Nutzung von Modellen oft-

mals schwerfällig. Technische Lösungen zur Kombi na tion

der verschiedenen Software-Umgebungen könnten in

Zu kunft die Nutzung von Modellen erleichtern.

Stellen Modellierung, Simulation und Visualisierungs -

techniken hilfreiche Instrumente dar, um die bestehenden

Probleme in der Raum- und Landschaftsplanung zu lösen?

Falls ja, in welcher Weise können sie einen Beitrag leisten?

– Modelle, Simulationen und Visualisierungstechniken

werden sowohl von der Begleitgruppe als auch in der

internationalen Literatur als hilfreiche Werkzeuge in der

Raum- und Landschaftsplanung bewertet.

– Weil sich die Raum- und Landschaftsplanung mit immer

komplexeren Problemstellungen beschäftigt und die Mo -

dellierung diese Komplexität ordnet und systematisiert,

wird Modellen ein grosses Potenzial für die Zukunft ein-

geräumt.

– Modelle und Visualisierungstechniken können Konflikte

der Raum- und Landschaftsplanung nicht lösen. Sie kön-

nen allerdings als Hilfsmittel in Entscheidungs pro zes sen

eingesetzt werden und diese durch zusätzliche Informa -

tion bereichern, objektivieren und transparenter ma chen.

Bei emotional stark aufgeladenen Themen können Mo -

delle eventuell in partizipativen Ansätzen genutzt wer-

den (im Sinne eines «Mediated Modelling», z.B. van den

Belt, 2004).

– Problematisch ist im Moment noch der Aufwand, der nö -

tig ist, um diese Werkzeuge zu nutzen. Dieser wird sich,

insbesondere durch technische Fortschritte und eine ver-

besserte Datenverfügbarkeit, in den kommenden Jahren

und Jahrzehnten höchstwahrscheinlich stark redu zieren.

Empfehlungen dazu sind in Kapitel 3.2.1 zu finden.

– Aufwand und Mehrgewinn durch den Einsatz eines

Mo dells in der Planung müssen in einem sinnvollen Ver -

hält nis stehen. Um die Verhältnismässigkeit zwischen

Auf wand und Mehrgewinn an Information durch die

Model lierung zu gewährleisten, wird das An wen dungs -

poten zial von Modellen im Moment vor allem bei

umfang reichen und komplexen Projekten und Pro -

blemen ge sehen. Für die nähere Zukunft wird höchst-

wahrscheinlich noch gelten, dass der Einsatz und die

Entwicklung von Modellen in der Praxis auf die grossen

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NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V 102

und aufwändigen (Planungs-)Fälle beschränkt bleibt.

Kleinere Projekte hingegen eigenen sich auch weiterhin

für die Methodenentwicklung in der Forschung.

– Da im Alpenraum zahlreiche komplexe Probleme und

grosse Projekte anstehen, können Modelle auch heute

schon hilfreich in den Entscheidungsprozessen der

Raum- und Landschaftsplanung genutzt werden. Im Be -

reich der Grossprojekte sind zum Beispiel das SAWIRIS-

Projekt in Andermatt, die Hafencity Flüelen, der Gott -

hard-Basistunnel, die Porta Alpina und die Erweiterung

des Grimsel-Stausees als typische Einsatzbereiche zu

nen nen. Weitere komplexe Probleme des Alpenraums,

bei deren Lösung Modelle sinnvoll genutzt werden

könn ten, sind zum Beispiel die Problematik des Alpen -

transits, die Etablierung von Naturparks in der Schweiz

und grosse Investitionen in den Wintertourismus vor

dem Hinter grund einer erwarteten Klimaänderung.

– Es ist zu beachten, dass dabei auch die Modellierung als

Lernhilfe und Analysemethode herangezogen werden

kann. Bereits bestehende Modelle decken oftmals nur

Teilaspekte der anstehenden Frage ab, jedoch zeigen sie

den Fundus an Möglichkeiten und Methoden für die An -

wendung im konkreten Einzelfall auf.

– Visualisierung spielt als Kommunikationsform eine

wichtige Rolle in der Entscheidungsfindung in Raum-

und Landschaftsplanung. Dabei gilt es im Sinne der Ver -

hältnismässigkeit die angemessene Technik zu wählen.

Je nach Einzelfall kann ein retuschiertes Bild, das durch

Manipulation einer realen Aufnahme am Computer ent-

standen ist, ein rein «oberflächliches» Landschafts modell

auf der Basis von Gelände-, Landnutzungs- und Gebäude-

daten oder eine komplexe Simulation, die Material-,

Geld- und Verkehrsströme einbezieht, angemessen sein.

Können wir Merkmale für wissenschaftliche Modelle fin-

den, die sich auch für die praktische Anwendung eignen?

– Der Einsatzbereich von Modellen in der Wissenschaft

liegt vielfach im Erkenntnisgewinn. Sie konzentrieren

sich oftmals auf Detailfragen, zu deren Beantwortung

zahlreiche Faktoren und Faktorenkombinationen getes-

tet werden. Obwohl diese Erkenntnisse für die Praxis

grosse Relevanz haben können, haben diese Modelle

oftmals einen Fokus auf wissenschaftliche Frage stel -

lungen oder sind zu detailliert für Anwender.

– Es werden in der Forschung auch Modelle explizit zu

angewandten Fragestellungen entwickelt. Doch selbst

diese Modelle kommen letztendlich nur selten in der

Praxis zum Einsatz. Neben der inhaltlichen Übertragbar-

keit sind Benutzerfreundlichkeit, Dokumentation und

Support der Modelle wichtige Aspekte, um ihren Einsatz

in der Praxis zu fördern.

– Voraussetzung zur Anwendung eines solchen Modells in

der Praxis ist, dass es auf flächendeckend und öffentlich

erhältliche Daten zurückgreift.

– Diese Modelle müssen gut dokumentiert sein: Die Do -

ku mentation muss neben Anleitungen zur Installation

und Handhabung des Modells auch Details zur internen

Ver arbeitung der Daten und zur Kalibrierung des Mo dells

enthalten. Um im Einzelfall Anpassungen vornehmen zu

können, sollte der Code gut gegliedert und kommentiert

sein.

– Modelle, die sich für die Praxis eignen, können über das

Internet verfügbar gemacht werden. Für manche Mo -

delle ist neben der Dokumentation auch eine Reihe von

An wen dungsbeispielen, ein Forum zur Diskussion von

allfälligen Fragen potenzieller Nutzer und eine Kontakt -

adresse angegeben. Die Verfügbarkeit dieser Infor ma -

tion und die Möglichkeit, sich mit eigenen Fragen direkt

an die Entwickler des Modells zu wenden, vereinfachen

den Einstieg sehr (beispielsweise www.cluemodel.nl,

www.ncgia.ucsb.edu/projects/gig/project_gig.htm

oder www.whatifinc.biz).

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5FAZIT 103

– Die Fragestellungen im einzelnen Anwendungsfall sind

sich selten ähnlich genug, um bereits existierende Mo -

delle 1:1 zu übertragen. Je komplexer die Fra ge stellung

ist, umso schwieriger ist es, ein Modell zu finden, das

der Ausgangssituation und der Problematik im Einzel -

nen gerecht wird.

Was sind die Perspektiven von computergestützter Model -

lierung, Simulation und Visualisierungstechnik für die

Praxis? Welches sind die nächsten Schritte, um deren Ein -

satz in der Praxis in Zukunft zu erleichtern?

– Aufgrund der zunehmenden Komplexität von Ent schei den

und der Reduktion technischer Schwierigkeiten wird an -

genommen, dass die Bedeutung von Modellen in der Zu -

kunft zunehmen wird.

– Modelle können verschiedene Aufgaben in der Pla nungs-

praxis übernehmen. Für die Planung sind folgende drei

Aufgaben relevant: (1) Simulationsmodelle, (2) Visua li sie-

rungs techniken und (3) partizipative Modellierungs an -

sätze. Die Bedeutung von Bewertungsansätzen wird in

der Planung (noch) nicht sehr hoch eingeschätzt.

– Die Simulation von Varianten hat in der Planung einen

hohen Stellenwert. Simulationsmodelle, die vielschich-

tige Entwicklungen abbilden und damit Entscheidungs -

grundlagen liefern können, werden als zukünftig wich-

tige Instrumente der Planung eingeschätzt.

– Diese Simulationsmodelle müssen eventuell speziell zu

den konkreten Fragestellungen konzipiert werden. Gera -

de bei grossen Projekten, zu deren Beurteilung sowieso

Daten erhoben werden (müssen), kann dies allerdings

eine lohnende Anstrengung sein.

– Photorealistische Visualisierungen können abstraktes

Wissen in ein eindrückliches Bild verwandeln. Ihr Vorteil

wird insbesondere bei der Kommunikation an die

Öffentlichkeit und Entscheidungsträger, die keine ver-

tiefte Erfahrung im Bereich der Raum- und Land schafts -

planung haben, gesehen. Da es oftmals sehr schwierig

ist, sich einen visuellen, konkreten Eindruck von einer

zukünftigen Entwicklung zu machen, kann die photorea-

listische Visualisierung ein wichtiges Kommunikations -

mittel sein.

– Die photorealistische Visualisierung transportiert neben

der reinen Information auch immer eine emotionale

Kom ponente. Auf der einen Seite führt dies dazu, dass

sie eindrücklich und leicht verständlich ist, auf der ande-

ren Seite besteht damit die Gefahr der Manipulation.

– Partizipative Modellierungsansätze können insbeson-

dere bei schlecht abzugrenzenden Problemen ein hilfrei-

ches Mittel zur Strukturierung und Lösung des Problems

sein. Wie im oben beschriebenen Fall von der Ent wick -

lung von Simulationsmodellen für einzelne Fragestel lun-

gen tritt hier der Prozess der Modellierung in den Vor -

der grund, anstatt dem Modell als Werkzeug.

– Technische Schwierigkeiten im Bereich der Schnitt stel -

len zwischen Software-Umgebungen und im Bereich der

Datenaufbereitung machen die Arbeit mit Modellen und

Visualisierungstechniken schwerfällig. Aufgrund aktuel-

ler Entwicklungen in diesem Bereich kann man davon

ausgehen, dass diese Probleme sich in Zukunft relativ

bald lösen werden.

– Die Datenverfügbarkeit in lokalen, kantonalen und Bun -

desinstitutionen hat in den letzten Jahren rasch zuge-

nommen. Um den Aufwand zu reduzieren, der im Mo -

ment noch nötig ist, um Daten zur Modellierung aufzu-

nehmen und aufzubereiten, empfehlen wir gezielt Lücken

in den Datenbeständen zu schliessen.

– Datengrundlagen verschiedener Institutionen und Orga -

nisationen sollten gemeinsam und über einzelne ad mi nis-

trative Ebenen hinaus verwaltet und zugänglich ge macht

werden. Selbst wenn die Daten selbst nicht zen tral gela-

gert werden (können), sollten Inhalt und Eigen schaften

der Daten über öffentlich zugängliche Daten kataloge

(«Metadaten») ständig aktuell und einsehbar sein.

– Weil Forschungsprojekte typischerweise an kleineren

Fall beispielen Methodenentwicklung betreiben, ist die

Einbindung von Akteuren aus der Praxis oftmals schwie-

rig. Der Aufwand einer Modellierung lohnt sich in der

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NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V 104

Planungspraxis erst bei grossen Projekten. Um die

Modellierung als Methode in der Planungspraxis zu eta-

blieren, sollte vor allem bei diesen grossen Projekten

eine Zusammenarbeit zwischen Forschung und Praxis

stattfinden. In diesen tatsächlichen Anwendungsfällen

könnte das methodischen Know-how der Forschung in

die Praxis transportiert werden.

Wie können die Bedürfnisse potenzieller Anwender in die

Entwicklung eines Models direkt einfliessen?

– Anwender und Entwickler (von Modellen) leben meist in

sehr unterschiedlichen gedanklichen Welten. Nebst der

Etablierung partizipativer Prozesse erscheint die in Ka -

pitel 4 aufgezeigte Methodik des Use Cases eine ideale

Voraussetzung dafür, dass die beiden Seiten sich ver-

stehen lernen und die zunächst als komplex erscheinen-

de Fragestellung auf Einzelfragen herunterbrechen.

– Die Technik des Use Case wird in der Software-Ent wick -

lung häufig eingesetzt. Im Bereich der Landschafts ana -

lyse und -planung hat sie sich aber noch nicht etabliert.

Aus Sicht der Synthese V scheint es sinnvoll, diesen An -

satz zu propagieren, da dieses methodische Vor gehen

für jeden Sachverhalt, für jedes Gebiet und für jegliche

Art von Sachdaten angepasst werden kann.

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105

Anhang

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6 Anhang

6.1 Dokumentation des

Begleitgruppenprozesses

Um die Meinungen und Erfahrungen der Fachleute einzu-

beziehen, wurde die Synthese V von einer Gruppe von 14

Personen aus der Raum- und Landschaftsplanung begleitet.

Die Begleitgruppe bestand aus Mitgliedern der Lei tung des

NFP 48 und neun weiteren Fachleuten aus den Berei chen

Verwaltung, Politik, Beratung und Wissenschaft und deck-

te von der lokalen bis zur nationalen Ebene alle räumlich-

administrativen Ebenen ab. Die Mitglieder sind zugleich

auch Stakeholder auf dem Gebiet der Landschafts- und

Regionalentwicklung und vertreten zahlreiche Instanzen

der Planung.

Dieser Personenkreis kam während des Projektes zwei-

mal zu Workshops zusammen. Vor dem ersten Workshop

am 17. August 2006 wurden durch eine Fragebogenum -

frage die Erfahrungen und Erwartungen der Teilnehmer im

Zu sammenhang mit computergestützten Modellen er mittelt.

In hal te dieses Workshops waren die Vorstellung des Syn -

theseprojekts und eine Diskussion über Gemeinsam kei ten

im Verständnis von Modellen sowie über Möglichkeiten

und Probleme ihres Einsatzes. Nach dem Workshop haben

die Teilnehmer den gleichen Fragebogen noch einmal aus-

gefüllt.

Im zweiten Workshop am 19. Januar 2007 wurden Anfor -

derungsprofile an mögliche Modelle zur Unterstützung

von Entscheidungsprozessen aus unterschiedlichen Pers -

pek tiven erarbeitet. Dazu wurden die Erwartungen an vir-

tuelle Planungsinstrumente aus Sicht der Verwaltung, der

Politik, der Praxis und des Tourismus anhand des Beispiels

Schatzalpturm zuerst in Kleingruppen und dann im Ple -

num diskutiert. Abschliessend wurden die vorgeschlage-

nen Modelleigenschaften im Plenum auf ihre Bedeut sam -

keit hin bewertet.

6.1.1 Auswertung der Fragebögen

Ziel der Befragung war es, verschiedene Erfahrungen mit

computergestützten Modellen und entsprechende Erwar -

tun gen für verschiedene Einsatzgebiete zu erfassen. Die An -

zahl der befragten Begleitgruppenmitglieder ist zu ge ring,

um ein repräsentatives Ergebnis zu erwarten. Doch zeigen

die Antworten bereits ein Spektrum auf, das nach Ver gleich

mit einschlägiger Fachliteratur (z.B. Brail und Klosterman,

2001; Cockerill et al., 2004; Vonk et al., 2005) als typisch

bewertet werden kann.

Der Fragebogen vom 18. August 2006 deckte die im

Folgenden diskutierten Gebiete ab:

Einsatzgebiet

Ein Einsatz von computergestützten Modellen in den Be -

reichen Raum- und Landschaftsplanung erscheint sowohl

den Teilnehmern mit als auch ohne Erfahrung in der An wen-

dung computergestützter Modelle als hilfreich. Als wich-

tige Einsatzgebiete werden vor allem die Zusammenhänge

in der Regionalentwicklung, Bewertung von Landschafts -

ver änderungen, Klimaänderung, Tourismusentwicklung

und wirtschaftliche Entwicklung genannt.

Bewertung verschiedener Funktionen

Das grösste Potenzial von Modellen sehen die Fachleute

in deren Funktion, komplexe Zusammenhänge aufzuzeigen

und komplexe Entwicklungen in Form von Simu la tio nen dar-

stellen zu können. Wenn Modelle damit inhaltlich glaub -

würdige und methodisch nachvollziehbare Informa tio nen

und Argumente liefern, können sie damit den Ent schei -

dungsträgern für langfristige Entwicklungen sensibilisieren

und den Entscheidungsprozess massgebend be reichern.

Eine weitere, als sehr wichtig eingestufte Funktion der

Modelle ist es, diese Information auch ansprechend zu

visualisieren. Gerade dieser Aspekt der Visualisierung

wurde in der Diskussion vielfach wieder aufgenommen

und stellt insbesondere für die Teilnehmer, die auf lokaler

und kantonaler Ebene arbeiten, das wichtigste Argument

für den Einsatz computergestützter Modelle dar.

NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V 106

S5_Anhang6_d.qxd:RZ_189-202_Teil_8.qxd 19.11.2008 10:29 Uhr Seite 106

Ein letztes, sowohl in den Fragebögen als auch in der

Dis kussion immer wieder genanntes Argument für den Ein-

satz computergestützter Modelle kommt mehr bei deren

Ent wicklung als bei der Anwendung zum Tragen. Es han-

delt sich dabei um den Lernprozess beim Verlauf der Mo -

de llierung, der zu einem tieferen Verständnis des bearbei-

teten Problems führt. Der Entscheidungsprozess profitiert

unabhängig von den eigentlichen Simulations er geb nissen

davon, dass im Verlauf der Modellierung ein klares

Problemverständnis und eine Strukturierung sämtlicher

Ein flussgrössen notwendig sind. Die Möglichkeit, anhand

von Modellen systematische Bewertungen durch Indi ka -

toren durchzuführen, wurde von den Experten zum Gross -

teil als «schön, aber nicht zwingend» eingeschätzt.

Nutzer

Der Einsatz von computergestützten Modellen wird als

besonders bedeutsam für die Fachleute und -gremien ein-

gestuft, weil die damit erarbeiteten Grundlagen weiter

in die Entscheidungsprozesse eingespeist werden können.

Viele der Befragten halten es ausserdem für sinnvoll und

wünschenswert, wenn die Modelle direkt «live» in Gre mien

und Sitzungen genutzt werden können; Voraus setzung da -

für sind eine entsprechend benutzerfreundliche Gestal tung

der Modelle und schnelle Rechenzeiten. Eine Nutzung der

Modelle durch die Öffentlichkeit, z.B. über ein Internet-

Portal, wird als weniger wahrscheinlich angesehen.

Zeitaufwand

Die Befragung zeigt, dass die meisten Teilnehmer nur

einen geringen Arbeitsaufwand für den Einsatz eines com-

putergestützten Modells auf sich nehmen würden. Einen

Tag zum Kennenlernen des Modells und zu seiner Anwen -

dung oder eine Woche, um auch noch eventuelle notwen-

dige Adaptionen vornehmen zu können, halten die meisten

Befragten für vertretbar; nur wenige wären bereit, auch

ein grösseres Zeit- und Kostenbudget einzuräumen.

Diese Antworten zeigen, warum sich Erwartungen an

Modelle und ihre gewünschten Leistungen sowie ihr tat-

sächlicher Einsatz so sehr unterscheiden. Die Erwartung,

komplexe Systeme darstellen und langfristige Entwick lun -

gen aufzeigen zu können und Modellierung zur Verbes se -

rung des eigenen Problemverständnisses zu nutzen, steht

in deutlichem Widerspruch zum geringen Aufwand, den

sich viele Nutzer leisten können.

Bedeutung auf unterschiedlichen

räumlichen Ebenen

Die Bedeutung von Modellen auf den verschiedenen räum -

li chen Ebenen findet eine sehr unterschiedliche Bewer tung.

Tendenziell zeichnen sich dabei zwei Richtungen ab. Die

eine nimmt Bezug auf die Möglichkeit, Landschafts verän -

derungen kleinräumig und detailliert zu visualisieren, was

insbesondere für die Entscheidung über Einzelprojekte

und auf lokaler Ebene bedeutsam ist. Die andere folgt der

Erwartung, durch die Modellierung komplexe Systeme dar -

zustellen und besser zu verstehen, was insbesondere für

grossräumigere Fragestellungen interessant ist. Dabei wird

allerdings auch darauf hingewiesen, dass Modelle gerade

in konfliktreichen Entscheiden meistens keine Hilfe bieten

können. Nur zwei der Befragten schätzen die Bedeutung

computergestützter Modelle auf allen Ebenen gleich hoch

bzw. gleich niedrig ein.

Zukünftige Bedeutung

Die zukünftige Bedeutung von computergestützten Mo -

del len in der Raum- und Landschaftsplanung wird in den

Fragebögen ebenfalls recht unterschiedlich bewertet.

Die meisten Antworten weisen auf eine in Zukunft grös-

sere Bedeutung computergestützter Modelle hin. Die zu -

nehmend verfügbaren Input-Daten und die wachsende Ver-

trautheit mit der Technologie sind wichtige Gründe dafür.

Aber auch die Beobachtung, dass die Komplexität vieler

Ent scheide zunimmt und immer umfangreichere Daten -

grund lagen zur Entscheidungsfindung erwartet werden,

sprechen für den zunehmenden Einsatz von Modellen.

Schliess lich wird auch angenommen, dass weiter verbes-

serte Modelle erfolgreich in der Praxis Einsatz finden und

6 ANHANG 107

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NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V 108

so die allgemeine Akzeptanz von Modellen in Zukunft

wächst.

Doch wird auch die gegensätzliche Meinung vertreten,

dass computergestützte Modelle in Zukunft nicht an Be -

deu tung gewinnen werden. Gründe dafür sind zum einen

Glaubwürdig keit und Qualität der Modelle selbst, zum

anderen aber auch die mangelnde Sachlichkeit und Sys te -

matik, mit denen Entscheide im Bereich der Raum- und

Landschaftsplanung häufig gefällt werden.

Aus den Begründungen sowie der Gruppendiskussion

ging hervor, dass die grundlegende Voraussetzung für

einen erfolgreichen Einsatz computergestützter Modelle

eine relativ sachlich geführte Diskussion in den Entschei -

dungsgremien ist. Politisches Taktieren und Lavieren be -

ein trächtigt die Anwendung von Modellen. Auch wird ein

Modell nie zwischen verschiedenen Interessen vermitteln

können, so dass Entscheidungskonflikte nur bedingt durch

den Einsatz von Modellen gelöst werden können.

6.1.2 Anforderungsprofil an Modelle

aus Sicht der (potenziellen) Anwender

Ziel des zweiten Workshops war es, die Bedürfnisse po -

ten zieller Nutzer aus den verschiedenen Anwendungs be -

rei chen zusammenzutragen und aus der Diskussion Anfor -

de rungsprofile dafür zu entwickeln. Als Beispiel eines

möglichen Modelleinsatzes wurde der Schatzalpturm in

Davos und die damit zusammenhängenden Simulationen

ge wählt. Die Anforderungen wurden in vier Gruppen

gegliedert, die jeweils die Sicht von Politik, Verwaltung,

Wirt schaft/Praxis oder der Tourismusbranche vertraten.

Jede einzelne Gruppe hat während 15 Minuten rund

sechs Anforderungen an ein potenzielles Modell gesam-

melt und diese in weiteren 10 Minuten nach ihrer Bedeu -

tung rangiert. Schliesslich wurde die Diskussion für weite-

re 10 Minuten für das Plenum geöffnet, das dann die

Anforderungen gesammelt, diskutiert und ihre Bedeutung

im Einzelnen bewertet hat.

Jeder Teilnehmer war aufgefordert, frei und unabhängig

von beruflichen oder fachlichen Interessen zwischen den

Gruppen zu wählen. Insofern stellte die Gruppenarbeit

eine Art Rollenspiel mit freier Argumentation dar.

Anforderungsprofil aus Sicht der Politik

Transparenz im Sinne von Modellverständnis und Ver -

trauen in das Modell wurden in der Gruppe Politik am

höchsten bewertet (Abbildung 6-1a), wobei die Begriffe

«Trans parenz» und «Vertrauen» in der Diskussion weitge-

hend identisch waren. Zur Entscheidungsfindung muss die

Politik nicht genau jedes mathematische Detail eines Mo -

dells kennen, sondern in erster Linie Vertrauen in seine Er -

gebnisse haben. Dies muss nicht in erster Linie methodisch-

technischen Aspekten, sondern vielmehr den verantwort-

lichen Modellierern entgegengebracht werden und ergibt

sich vor allem aus der entsprechenden Kom munikation.

Grosse Bedeutung wurde ausserdem der Visualisierung

zugeschrieben, und zwar aus zwei Grün den. Zum einen

liessen sich damit sinnvolle Lösungen «überzeugend ver-

kaufen». Zum anderen können sich so wohl Politik als auch

die Öffentlichkeit mittels Visualisie rung die Folgen eines

Entscheides erst richtig vorstellen, wie z.B. bei der Ge neh -

mi gung eines Bauprojektes oder einer Änderung der Zo nen-

planung. Trotz des hohen Stel len werts der Visuali sie rung

wurde sie kontrovers diskutiert und z.B. keine Einig keit

erzielt, ob ihre Bewertung von Seiten der Politik oder nach

entsprechend vorher festgelegten Kriterien direkt durch

das Instrument vorgenommen werden solle.

In der Diskussion wurde die Bedeutung der aufgeführ-

ten Anforderungen an computergestützte Modelle als Ent -

scheidungshilfen noch einmal grundlegend relativiert. Als

übergeordnete Notwendigkeit wurde die Fähigkeit der

Modelle bezeichnet, die unterschiedlichen Phasen eines

Entscheidungsprozesses mit jeweils unterschiedlichen

Anforderungen gezielt zu unterstützen.

Anforderungsprofil aus Sicht der Verwaltung

Aus Sicht der Verwaltung werden zwei Einsatzgebiete für

Modelle von vornherein unterschieden (Abbildung 6-1b).

Zum einen werden sie intern zur Schaffung von Daten grund-

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6 ANHANG 109

lagen für Entscheide, zum anderen als Kommunika tions -

mittel in partizipativen Prozessen und in der Öffentlich -

keits arbeit verwendet.

Beim internen Gebrauch steht die Abbildung komplexer

Zusammenhänge zur Vorbereitung von Entscheidungs -

grund lagen im Vordergrund, wie z.B. die möglichen Folge -

wirkungen eines diskutierten Eingriffs in die Landschaft.

Für Entscheide auf der Basis der simulierten Information

ist die Transparenz des Modells von grundlegender Be deu -

tung. Die Möglichkeit Varianten zu berechnen wird so wohl

für den internen als auch für den externen Gebrauch als

wichtig bewertet, ohne dass sie in der Diskussion unbe-

dingt interaktiv berechenbar sein müssen. Beim heutigen

Stand der Technik wird die automatisierte Bewertung nach

Indikatoren als wünschenswert, jedoch als weniger be deut-

sam angesehen.

Insgesamt wird angenommen, dass zum verwaltungsin-

ternen Gebrauch von Modellen ein recht technokratischer

Ansatz auch ohne eine realitätsnahe Visualisierung ver-

folgt werden kann, im Gegensatz zu den Anforderungen

der Gruppe Politik oder zu extern genutzten Modellen.

Beim externen Gebrauch für die Öffentlichkeitsbeteiligung

und -arbeit hat die Visualisierung einen sehr hohen Stel -

lenwert. Dabei setzen Computerspiele einen hohen Mass -

stab für die Realitätsnähe, die allerdings im Moment von

Simulationsmodellen noch nicht erreicht wird. Ähnlich wie

in der Gruppe Politik wird auch hier die Möglichkeit, alter-

native Entwicklungsszenarien als Diskussionsgrundlage

simulieren und präsentieren zu können, als überaus

wichtig be wertet. In der Diskussion wird aber auch darauf

hingewiesen, dass Öffentlichkeitsbeteiligung und -arbeit

nicht die Hauptaufgabe der Verwaltung darstellen, son-

dern bereits in den Bereich Politikvorbereitung gehören.

Anforderungsprofil aus Sicht der Wirtschaft/Praxis

Die Diskussion in der Gruppe Wirtschaft/Praxis war stark

vom Verhältnis zwischen Aufwand und Nutzen des poten-

ziellen Modelleinsatzes geprägt. Das Ergebnis der Gruppe

lässt sich in zwei grösseren Themenkomplexen zu sam -

men fassen (Abbildung 6-1c) und bildet keine Rang liste wie

eigentlich vorgesehen.

Der Themenkomplex A, der von dem vorgeführten De -

monstrationsfilm der Wan de rer simulation ausgeht, kriti -

siert den zu grossen Auf wand für die Herstellung einer sol-

chen Visualisierung. Als weniger aufwändige Alternative

zu Filmen werden Reihen mit manipulierten Photos vorge-

schlagen, die als Kommunikationshilfe dienen können.

Andererseits wird deutlich, dass der Aufwand für den

Demonstrationsfilm sehr viel geringer wäre, würden die

entsprechend aufbereiteten Daten bereits zur Verfügung

stehen. Insofern wurde der visualisierungskritische Stand -

punkt mit dem Hinweis auf die zu erwartenden tech ni -

schen Entwick lun gen vom Ple num abgelehnt.

Der Themenkomplex B geht dagegen vom Aufwand

einer Modellierung aus und sieht in deren Möglichkeit zur

Darstellung komplexer Systeme und zur Schaffung von

Ent scheidungs grund lagen ein grosses Potenzial. Dieser

Auf wand wird allerdings als sehr hoch eingeschätzt, und

nach Meinung der Beteiligten könnten in den meisten

Fällen Einzelstudien mit gezielter Datenaufnahme effizien-

ter sein.

Basierend auf dieser Demonstration wurde zudem der

drin gende Wunsch nach Interaktivität geäussert, die das Ler-

nen zum Verständnis und zur Nutzung der Modelle fördert.

In der Diskussion im Plenum stiess der visualisierungs-

kritische Standpunkt der Gruppe Wirtschaft/Praxis auf

gros se Überraschung. Gerade Investoren müssten ein

gros ses Interesse an der Visualisierung haben, da sie sich

sehr effektiv im Marketing einsetzen liesse.

Anforderungsprofil aus Sicht des Tourismus

Die Gruppe Tourismus sieht in der Nutzung von Modellen

und computergestützten Entscheidungshilfen vor allem

bei der Vermarktung ein grosses Potenzial und misst einer

realitätsnahen Visualisierung grösste Bedeutung zu (Ab -

bil dung 6-1d); in ihr sollten auch alternative Erschei nungs -

bilder zu verschiedenen Jahres- und Tageszeiten berück-

sichtigt werden. Ausserdem wird ein hoher Grad an Inter -

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NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V 110

Abbildung 6-1a

Ergebnis der Gruppenarbeiten: Zusammenstellung von Modellanforderungen zum Schatzalpturm aus Sicht der Politik

Quelle: Eigene Darstellung.

Transparenz

Visualisierung

Bewertung

z.B. nach Nachhaltigkeitskriterien

Übergeordnetes Ziel und thematische Ausrichtung

Kostenabschätzung

Interaktivität

um Sensitivitäten zu testen und Varianten zu berechnen

Gruppe Politik

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6 ANHANG 111

Abbildung 6-1b

Ergebnis der Gruppenarbeiten: Zusammenstellung von Modellanforderungen zum Schatzalpturm aus Sicht der Verwaltung

Quelle: Eigene Darstellung.

Externe Verwendung

z.B. Öffentlichkeitsarbeit

Interne Verwendung und

interne Entscheidungsfindung

Zeitaufwand teils gerechtfertigt

z.B. bei Projekten mit hoher Öffentlichkeitswirksamkeit

Realitätsnähe

«Spiele können das auch»

Varianten simulieren

Modelltransparenz

Folgewirkungen aufzeigen

z.B. Strassen, weitere Gebäude

Bewertung anhand

von Indikatoren

Gruppe Verwaltung

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NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V 112

Abbildung 6-1c

Ergebnis der Gruppenarbeiten: Zusammenstellung von Modellanforderungen zum Schatzalpturm aus Sicht der Wirtschaft/Praxis

Quelle: Eigene Darstellung.

Themenkomplex A

Der Aufwand, der in dem vorgeführten Film steckt, ist zu gross.

Um solche Simulationen in der Praxis anzuwenden, müssten

aufbereitete Daten bereits zur Verfügung stehen.

Gruppe Wirtschaft/Praxis

Themenkomplex B

Modelle können einen wichtigen Beitrag zur Berechnung von

Entscheidungsgrundlagen leisten. Der zeitliche und finanzielle

Aufwand ist aber (noch) sehr hoch.

Auswirkungen auf

den Ort, z.B. Verkehr

Statistische Erhebungen

können ausreichend sein

Schaffung von

Entscheidungsgrundlagen

mit inhaltlicher

Tiefe/Komplexität

Eventuell reichen

Einzelstudien,

Aufwand für Simulationen

(noch) sehr hoch

Simulation und Film

können durch eine Reihe

manipulierter Bilder ersetzt

werden, z.B. Marketing

Aufarbeitung von Basisdaten

zur Simulation für die

ganze CH > Daten müssten

schneller und günstiger

verfügbar sein

Verschiedene Varianten für

die Simulation im Beispielfall

des Schatzalpturm: Saisons,

Tageszeiten, Innenansichten

Modelle sollen interaktiv

sein, so dass Nutzer sie

besser verstehen lernen

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6 ANHANG 113

Abbildung 6-1d

Ergebnis der Gruppenarbeiten: Zusammenstellung von Modellanforderungen zum Schatzalpturm aus Sicht des Tourismus

Quelle: Eigene Darstellung.

Realitätsnahe

Visualisierung

Alternative

Erscheinungsbilder

z.B. Jahreszeiten, Wetter

Transparenz Infrastruktur-

management

Verkehrs- und

Besucherströme

Interaktivität

Integration von

Massstabsebenen

Simulation von

zukünftigen

Entwicklungen

Gruppe Tourismus

Verknüpfung von

Informationsquellen

und Modellen

S5_Anhang6_d.qxd:RZ_189-202_Teil_8.qxd 19.11.2008 10:29 Uhr Seite 113

NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V 114

aktivität gefordert, so dass das Tool direkt in Sitzungen

eingesetzt und zu Marketingzwecken über ein Internet-

Portal genutzt werden kann.

Die Folgewirkungen eines diskutierten Eingriffes in die

Landschaft auf die Attraktivität der touristischen Ziele soll-

ten, ähnlich wie bei den anderen Gruppen, durch die Simu -

lation von zukünftigen Entwicklungen abgeschätzt werden

können. Dabei weist die Gruppe explizit daraufhin, dass

dazu verschiedene Informationsquellen und Modelle zu

verknüpfen seien, um der Komplexität der Situation ge -

recht zu werden.

Auch in dieser Gruppe wird Transparenz des Modells als

Voraussetzung zu seiner Nutzung gesehen und, ähnlich

wie bei der Gruppe Politik, weitgehend synonym mit Ver -

trauen verwendet.

Gemeinsame Bewertung von Modelleigenschaften

In der anschliessenden Diskussion wurden die Eigen schaf -

ten, die in den einzelnen Gruppen genannt wurden, ge -

mein sam durch das Plenum bewertet. Die Eigenschaften

und die Bewertungen, die in Tabelle 6-1 aufgeführt sind,

verfolgen weder den Anspruch auf Vollständigkeit noch ist

die Tabelle eine bis ins letzte Detail differenzierte

Beurteilung. Viel mehr spiegelt Tabelle 6-1 sehr gut den

Verlauf der Dis kussion wider und fasst sie in grossen

Teilen zusammen.

Die bereits in den Gruppen Verwaltung und Wirt schaft/

Praxis diskutierte Differenzierung zwischen Modellen,

deren Ergebnisse intern als Entscheidungsgrundlage und

jenen, deren Ergebnisse vorwiegend zur Kommunikation

nach aussen verwendet werden, wurde dabei in Tabelle

6-1 als grundsätzliches Unterscheidungsmerkmal aufge-

nommen.

Als einen der wichtigsten Punkte wurde die Modell trans -

parenz aufgeführt. Im Sinne einer detaillierten und kom-

pletten Dokumentation ist Transparenz in erster Linie für

Nutzer bedeutsam, die der einzelnen Sachfrage mit gros-

sem Detaillierungsgrad nachgehen. Im Laufe der Diskus -

sion erwies sich allerdings der Begriff «Transparenz» nicht

für alle potenziellen Nutzer als treffend. Denn in Berei -

chen, in denen die Auseinandersetzung mit der einzelnen

Sachfrage nicht bis in einen grossen Detaillierungsgrad

erfolgt, wie zum Beispiel in der Politik, ist nicht die Modell -

trans parenz, sondern eigentlich das Vertrauen in das

Modell, seine Entwickler und seine Anwender ent schei -

dend. Ergeb nisse, die an die Öffentlichkeit weitergegeben

werden, sollten auf ihre Richtigkeit und ihre Ver trauens -

würdig keit hin bereits überprüft sein. Insofern spielt die

Transparenz und Vertrauensbildung im Vorfeld eine wichti-

gere Rolle. In Tabelle 6-1 wird neben der Modell trans -

parenz auch die Transparenz des Entscheidungsprozesses

aufgeführt. Obwohl Modelleigenschaften nur einen gerin-

gen Anteil an dieser Transparenz gegenüber der Öffent-

lichkeit haben, wurde er von den Entscheidungsträgern

und Praktikern sehr hoch bewertet.

Weitere als wichtig eingestufte Ansprüche an ein mögli-

ches Modell war die Fähigkeit, verschiedenartige Fol ge -

wirkungen von Entscheiden abbilden und die, Alter nativen

simulieren zu können. Diese Ansprüche deuten da rauf hin,

dass Simulationsmodelle eines hohen Kom plexi täts -

grades durchaus von Anwendern gewünscht werden. Denn

zukünftige Entwicklungen systematisch abzuschätzen wird

durchaus als hilfreicher Beitrag zu Ent schei dungs grund -

lagen gewertet. Welchen Grad der Komplexi tät diese Mo -

delle abdecken sollen, kann von einem Anwendungsfall

zum nächsten stark variieren. Doch zeigt die Diskussion

während des Workshops, dass im Bereich der Simu la -

tionsmodelle oftmals gerade hohe Kom plexi tät gefragt ist.

Die realitätsnahe Visualisierung nimmt, wie bereits in

den Kleingruppen besprochen, insbesondere bei der Kom -

mu nikation nach aussen an ein Publikum, das über keinen

grossen professionellen Erfahrungsschatz in der Planung

verfügt, einen sehr hohen Stellenwert ein. Dies sind neben

der Öffentlichkeit auch Entscheidungsträger der Politik.

Er gänzend zur Diskussion während des Workshops muss

ausserdem erwähnt werden, dass eine Visualisierung auch

Experten und Entscheidungsträgern im planungsnahen

Um feld überraschende Eindrücke vermitteln kann. Zum

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6 ANHANG 115

Bei spiel ist es auch für Experten sehr schwer, sich vor

Augen zu führen, was eine höhere Auslastung der gegebe-

nen Ausnutzungsziffer für Konsequenzen für das Stadtbild

haben kann.

Obwohl die technischen Probleme und der Mehrauf wand

bei der Implementierung eines Modells den Experten der

Begleitgruppe durchaus bewusst ist, wäre für sie ein inter-

aktives Instrument ein langfristig erstrebenswertes Ziel.

Eine hohe Interaktivität in Verbindung mit schnellen Re -

chen zeiten ermöglicht das «Herumspielen» mit dem Mo -

dell. So könnten professionelle Anwender die Plausibilität

und die Grenzen des Modells relativ schnell abschätzen,

und es könnte ausserdem direkt in Sitzungen und öffent-

lichen Veranstaltungen genutzt werden.

Die Verfügbarkeit und Aufbereitung von Daten wird als

eine rein interne Herausforderung eher weniger hoch be -

wer tet. Und auch die automatisierte Bewertung von Simu -

la tionsergebnissen anhand eines vordefinierten Indika to -

ren systems wird in diesem Sta dium als weniger bedeut-

sam betrachtet.

Zusammenfassung des zweiten Begleitgruppen-

Workshops

Die ausführliche Dokumentation des zweiten Begleit -

gruppen-Workshops lässt sich in ein paar Haupter geb nis -

se zusammenfassen:

– dass die Anwendung von Simulationsmodellen heute

oftmals noch einen grossen Aufwand bedeutet und die-

Tabelle 6-1

Bewertung von Modelleigenschaften im Plenum des zweiten Begleitgruppen-Workshops am 19. Januar 2007

Modelleigenschaften

Modelltransparenz/Vertrauensbildung

Folgewirkungen darstellen

Möglichkeit zur Erzeugung von Varianten

Realitätsnahe Wirkung

Interaktivität

Datengrundlagen für Modellanwendung

Indikatorensysteme

Transparenz des Entscheidungsprozesses

Quelle: Eigene Darstellung.

Zur internen Entscheidungsunterstützung

+++

(bis zu 30 Varianten, bis zu 3 Tage Arbeits-/

Rechenzeit pro Szenario akzeptabel)

Kann bis zu einem gewissen Grad

durch «Varianten» ersetzt werden.

Auf Dauer wünschenswert

(=++)

Zur Kommunikation nach aussen

+++

(ca. 3 Varianten)

+++

Interaktive Betrachtung der Szenarien

++++

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ser Aufwand sich bei kleineren Projekten in der Praxis

nicht lohnt,

– dass dieser Aufwand den heutigen Stand der Ent wick -

lung abbildet und in der nahen Zukunft bereits ganz

andere Standards anzunehmen sind, insbesondere hin-

sichtlich der Datenverfügbarkeit sowie technischer Pro -

bleme,

– dass zwischen der Nutzung von Modellen zur Berech -

nung von Datengrundlagen für die interne Ausarbeitung

von Entscheidungen und der Nutzung von Visuali sie run -

gen zur Kommunikation nach aussen differenziert werden

muss, weil sich daraus andere Anforderungen an die vir-

tuellen Planungsinstrumente ergeben,

– dass die Anforderungen an Modelle und Werkzeuge in

allen Nutzergruppen trotzt der Betrachtung aus unter -

schiedlichen Blickwinkeln ähnlich waren und sich nur

die Gewichtung je nach Fokus etwas auf die interne oder

externe Nutzung verlagert,

– dass komplexe und interdisziplinär angelegte Simula -

tions modelle als Idealvorstellung immer noch die Dis -

kus sion beherrschen,

– dass die Verfügbarkeit und Aufbereitung von Daten als

eine rein interne Herausforderung eher weniger hoch

be wertet wird, und

– dass die automatisierte Bewertung von Simulations -

ergebnissen anhand eines vordefinierten Indikatoren -

systems als weniger bedeutsam betrachtet wird.

NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V 116

S5_Anhang6_d.qxd:RZ_189-202_Teil_8.qxd 19.11.2008 10:29 Uhr Seite 116

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Um einen schnellen Überblick über die Pub li ka tio nen zu er -

halten, die im Rahmen eines Projekts des NFP 48 entstan-

den sind und in diese Synthese Eingang gefunden haben,

werden im Folgenden die einzelnen Publikationen eines

Projekts dem Projektkürzel (vgl. Ta belle 2-1) zugeordnet.

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Forschungsprogramms 48 «Landschaften und Lebensräume

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Landschaft gemeinsam gestalten – Möglichkeiten und Grenzen

der Partizipation. Thematische Synthese zum Forschungs -

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Simmen, H., Walter, F., Marti, M. (2006)

Den Wert der Alpenlandschaften nutzen. Thematische Synthese

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«Landschaften und Lebensräume der Alpen» des

Schweizerischen Nationalfonds SNF, Zürich.

Stöcklin, J., Bosshard, A., Klaus, G., Rudmann-Maurer, K.,

Fischer, M. (2007)

Landnutzung und biologische Vielfalt in den Alpen – Fakten,

Perspektiven, Empfehlungen. Thematische Synthese zum

Forschungsschwerpunkt II «Land- und Forstwirtschaft im

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Schweizerischen Nationalfonds SNF, Zürich.

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Auf CD-ROM.

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7. – 9. Juni 2004. Auf CD-ROM.

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NFP48 THEMATISCHE SYNTHESE V124

Begleit-CD-ROM zur Synthese V

Virtuelle Repräsentation ist ohne die multimediale Aus -

gabe kaum denkbar. Die Projekte Alpsim und Ipodlas

haben sich vertieft mit dieser Thematik im Schwerpunkt V

des NFP 48-Programms befasst. Animierte Darstellungen

in einem Buch wiederzugeben ist kaum möglich; die meis-

ten Vorteile der dynamischen Wiedergabe gehen verloren.

Die vorliegende Begleit-CD-ROM stellt daher eine Er gän -

zung zur Synthese V dar. Kurze Kommentare ergänzen die

auf der CD-ROM enthaltenen Videos und Abbildungen.

Inhalt

ALPSIM

Bilder und Videos zum Projekt

IPODLAS

Videos zum Projekt

Synthese V

Videos und Bilder, die für die Synthese V

neu erstellt worden sind

Benötigte Software zum Abspielen der Filme und Anzeigen

der Bilder

Die Filme sind im Internet-Browser abspielbar mit dem Flash-Player

von Adobe. Dieser ist erhältlich unter: http://www.adobe.com/go/

getflashplayer_de und funktioniert sowohl für Mac OS X als auch

für Microsoft Windows. Die Bilddateien können direkt im Browser

angezeigt werden, bedingen jedoch aktivierte Javascript-Funktionen.

Verbreitung und Weiterverwendung der Daten

Der Inhalt der vorliegenden CD-ROM ist urheberrechtlich geschützt

und darf nur unter Angabe der vollständigen Quellen weiterver-

breitet werden. Insbesondere erlaubt ist die Verwendung für

Unterrichts zwecke und die Publikation auf einer Webseite unter

Erwähnung der Synthese V.

Empfohlene Zitierweise

Daten aus dem Directory «ALPSIM»

Gloor, C., 2005. Distributed Intelligence in Real-World Mobility

Simulations, Hartung-Gorre, 174 pp, ISBN-10 3-86628-029-7

Daten aus dem Directory «IPODLAS»

Wu, Y., 2007. Knowledge-based 4D Visualization of Amorphous

Phenomena in Complex Terrain. Dissertation der Mathe ma tisch-

naturwissenschaftlichen Fakultät, Universität Zürich, Remote

Sensing Series 49, 126 pp, ISBN-13 978-3-03703-015-8

Daten aus dem Directory «SYNTHESE V»

Begleit-CD-ROM «Virtuelle Welten – reale Entscheide?

Die Alpen im Modellbaukasten», NFP 48 Synthese V, Walz, A.,

Gloor, C., Bebi, P., Fischlin, A., Lange, E., Nagel, K., Allgöwer, B.,

vdf Hochschulverlag, Zürich, 125 pp, ISBN 978-3-7281-3202-4

S5_Literatur_d.qxd:133-144_Literatur.qxd 19.11.2008 10:33 Uhr Seite 124