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Impulsvortrag Landschaft auf dem Wissenschaftsdialog 2014 der Bundesnetzagentur. Mehr erfahren Sie unter: www.netzausbau.de/wissenschaftsdialog
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Bewertung und Planung von Stromnetzen
Wissenschaftsdialog 2014 | Bonn | 25.09.2014
Mike Dokter, TU Dortmund, Fachgebiet Ver- und Entsorgungssysteme
Jakob Kopec, TU Dortmund, Fachgebiet Raumbezogene Informationsverarbeitung und
Modellbildung
25.09.2014 Mike Dokter, Jakob Kopec, TU Dortmund, Fakultät Raumplanung 2
Quelle: Gina Sanders – Fotolia.de
Amprion GmbH Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. Jochen Meyering
Technische Universität Dortmund Informatik, LS für Algorithm Engineering
Prof. Dr. P. Mutzel, Dr. C. Gutwenger
Informatik, LS für Graphische Systeme Prof. Dr. H. Müller, Dr. F. Weichert
Mathematik, LS für Diskrete Optimierung Prof. Dr. C. Buchheim
Raumplanung, FG Ver- und Entsorgungssysteme Prof. Dr.-Ing. H.-P. Tietz, Dipl.-Ing. Mike Dokter
Raumplanung, FG Raumbezogene Informationsverarbeitung und Modellbildung Prof. Dr. N. X. Thinh, M.Sc. Jakob Kopec
Spiekermann & Wegener, Stadt- und Regionalforschung Dipl.-Ing. Björn Schwarze
Konsortium
3
• Softwaresystem zur Identifikation von „optimalen“ Trassenverläufen Objektive multikriterielle Ermittlung und
Bewertung von Trassenverläufen Beachtung topologischer, raumplanerischer,
technischer, wirtschaftlicher, ökologischer und sozioökonomischer Anforderungen
Bundesweite Übertragbarkeit möglich
• Nutzen aus planerischer Perspektive Unterstützung von Planungsprozessen Darstellung von Trassenalternativen
hinsichtlich veränderter Rahmenbedingungen („Bürgerdialoge“)
Partizipation durch Web-Gis-Anwendungen Quelle: VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e. V./Übertragungsnetzbetreiber
Motivation und Zielsetzung des Projektes
25.09.2014 Mike Dokter, Jakob Kopec, TU Dortmund, Fakultät Raumplanung
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Prozesspipeline
25.09.2014 Mike Dokter, Jakob Kopec, TU Dortmund, Fakultät Raumplanung
Erfassen relevanter Kriterien
Überführen der Kriterien in eine Bewertungsfunktion
Modellierung der Geodaten
Multikriterielle Optimierung
Trassenbewertung und Alternativenvergleich
Visualisierung
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Grundmodell der Bewertung
25.09.2014 Mike Dokter, Jakob Kopec, TU Dortmund, Fakultät Raumplanung
Vo
rhab
en
Sachmodell - Erfassungskriterien Wirkfaktor A
Wirkfaktor B
Wirkfaktor C
Wertesystem • Geltende Gesetze und Normen • Gesetzliche bzw. politische Ziele • Fachliche Konventionen und Standards • Wissenschaftliche Erkenntnisse • …
Mo
de
llierun
g de
r Ge
od
aten
Umwelt
Bewertung und Transformation
Quelle: in Anlehnung an Bechmann 1995 und laufendes BMWi-Forschungsprojekt „Stromnetzplanung“
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Kriterienbaum
25.09.2014 Mike Dokter, Jakob Kopec, TU Dortmund, Fakultät Raumplanung
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Kriterienbaum
25.09.2014 Mike Dokter, Jakob Kopec, TU Dortmund, Fakultät Raumplanung
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Geodaten
25.09.2014 Mike Dokter, Jakob Kopec, TU Dortmund, Fakultät Raumplanung
• Anforderungen Flächendeckend verfügbar Aktuell und aktualisierbar Gemeinsames Bezugssystem:
DHDN3
• Datenverarbeitung Post-GIS Serverlösung SQL-Abfrage und -Zugriff auf
parametrisierbare Datenbank
Abstandfunktion als Raster-Output
EU
EEA NATURA 2000 (FFH + VSG)
National
BKG Basis-DLM, DGM10
BFN NSG, LSG, NLP, NP, RAMSAR, SPA, UZVR, IBA, Biosphärenreservate, Biotopverbund, Landschaftsbewertung
BGR BÜK200, BÜK1000
Länder
Landes-umweltämter
Biotopkataster
Regionen
Regional-verbände
Regionalpläne
Kommunen
Denkmalschutz-behörden
UNESCO Welterbestätten
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Operationalisierung und Bewerten der Kriterien
25.09.2014 Mike Dokter, Jakob Kopec, TU Dortmund, Fakultät Raumplanung
• Probleme der Bewertung: Fehlen von Umweltstandards Allgemeine und abstrakte Rechtsgrundlagen (z.B. „unbestimmte Rechtsbegriffe) Bewertung im Einzelfall nicht möglich Ermessens- oder Interpretationsspielräume auszufüllen und abstrakte Lösungen
finden
• Beispiel „Wohnen im Innenbereich“: Überspannungsverbot von „Gebäude oder Gebäudeteilen […], die zum dauerhaften
Aufenthalt von Menschen bestimmt sind“. (§ 4 Abs. 3 26.BImSchV) Einhaltung der Grenzwerte des Anhang 1a der 26. BImSchV (elktr. Feldstärke 5
kV/m; magn. Flussdichte 100 µT). (§ 4 Abs. 1 26. BImSchV)
Abstandsintervall [m]
0 m 100 m 200 m 300 m 400 m 500 m 600 m
Raum
wid
ers
tand
Gru
nd
fläc
he
kein
tabu
hoch
mittel
gering
10
Modellierung der Widerstands- und Bündelungsfunktionen – Beispiel
Abstands-intervall [m]
Raum-widerstand
Grundfläche tabu
0 - 40 tabu
40 - 100 hoch
100 - 200 gering
200 - 400 sehr gering
> 400 kein
Datengrundlage: Basis-DLM, Webatlas des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie
Abstand zu Wohngebäuden im
Innenbereich
25.09.2014 Mike Dokter, Jakob Kopec, TU Dortmund, Fakultät Raumplanung
Abstandsintervall [m]
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Modellierung der Widerstands- und Bündelungsfunktionen – Beispiel
Abstands-intervall [m]
Raum-widerstand
Grundfläche tabu
0 - 40 tabu
40 - 100 hoch
100 - 200 gering
200 - 400 sehr gering
> 400 kein
Hausumring
Raumwiderstand
tabu
hoch
gering
sehr gering
Datengrundlage: Basis-DLM, Webatlas des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie
Abstand zu Wohngebäuden im
Innenbereich
25.09.2014 Mike Dokter, Jakob Kopec, TU Dortmund, Fakultät Raumplanung
0 1 2 3 4
Ra
um
wid
ers
tan
d
Rotordurchmesser
kein
tabu
hoch
mittel
gering
Abstand zu
Windenergieanlagen
*RD = 95m
12
Modellierung der Widerstands- und Bündelungsfunktionen – Beispiel
Rotor-durchmesser *
Raum-widerstand
≤ 1x tabu
> 1x bis < 3x mittel
≥ 3x kein
Datengrundlage: Basis-DLM, Webatlas des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie
25.09.2014 Mike Dokter, Jakob Kopec, TU Dortmund, Fakultät Raumplanung
Abstand zu
Windenergieanlagen
*RD = 95m
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Modellierung der Widerstands- und Bündelungsfunktionen – Beispiel
Rotor-durchmesser *
Raum-widerstand
≤ 1x tabu
> 1x bis < 3x mittel
≥ 3x kein
Datengrundlage: Basis-DLM, Webatlas des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie
25.09.2014 Mike Dokter, Jakob Kopec, TU Dortmund, Fakultät Raumplanung
Hausumring
Raumwiderstand
tabu
mittel
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• Raumplanerische Bewertung eines Teilgebiets
Wehrendorf
Urberach
Multikriterielle Modellierung
15
• Raumplanerische Bewertung eines Teilgebiets
Multikriterielle Modellierung
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16
• Raumplanerische Bewertung eines Teilgebiets Modellierung räumlich relevanter Kriterien
Multikriterielle Modellierung
25.09.2014 Mike Dokter, Jakob Kopec, TU Dortmund, Fakultät Raumplanung
17
• Raumplanerische Bewertung eines Teilgebiets Modellierung räumlich relevanter Kriterien
• Zerlegung des Raumes durch Konstruktion eines
Rastergraphen
Multikriterielle Modellierung
25.09.2014 Mike Dokter, Jakob Kopec, TU Dortmund, Fakultät Raumplanung
10 m
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• Raumplanerische Bewertung eines Teilgebiets Modellierung räumlich relevanter Kriterien
• Zerlegung des Raumes durch Konstruktion eines
Rastergraphen
• Gewichtung der Kante des Rastergraphen als Grundlage der multikriteriellen Optimierung
Multikriterielle Modellierung
25.09.2014 Mike Dokter, Jakob Kopec, TU Dortmund, Fakultät Raumplanung
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• Bewertung jeder Kante des Rastergraphen durch räumliches Verschneiden mit Raumwiderständen
Ermittlung von Kantengewichten
25.09.2014 Mike Dokter, Jakob Kopec, TU Dortmund, Fakultät Raumplanung
Hausumring
Raumwiderstand
tabu
hoch
gering
sehr gering
• Bewertung jeder Kante des Rastergraphen durch räumliches Verschneiden mit Raumwiderständen
Ermittlung von Kantengewichten
25.09.2014 Mike Dokter, Jakob Kopec, TU Dortmund, Fakultät Raumplanung
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• Bewertung jeder Kante des Rastergraphen durch räumliches Verschneiden mit Raumwiderständen
• Summenbildung der Querungslängen je Raumwiderstand und Kriterium entlang der Kante
Ermittlung von Kantengewichten
25.09.2014 Mike Dokter, Jakob Kopec, TU Dortmund, Fakultät Raumplanung
Kantenlänge
Rau
mw
ider
stan
d
1
2
3
4 5 1
2
4
3 5
22
• Testgebiet: Distanz zwischen Punkten: 6000m
• Betrachtete Kriterien:
Querung von Landschaftsschutzgebieten Querung von Vogelschutzgebieten Entfernung zu Wohnnutzungen Bündelung mit linearer Infrastruktur Gesamtlänge (Umwegfaktor ≤ 1,4)
Multikriterielle Optimierung - Beispiele
25.09.2014 Mike Dokter, Jakob Kopec, TU Dortmund, Fakultät Raumplanung
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Insgesamt 20.872 pareto-optimale Lösungen / Trassenvarianten
Multikriterielle Optimierung - Beispiele
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Wohnen
LSG
VSG
0 m
0 m
0 m
489 m
885 m
1893 m
183 m
mögliche min. Querung Bedingung: max. erlaubte Querung
n = 20.827 Variante0
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Multikriterielle Optimierung - Beispiele
25.09.2014 Mike Dokter, Jakob Kopec, TU Dortmund, Fakultät Raumplanung
Wohnen
LSG
VSG
0 m
0 m
0 m
183 m
885 m
1893 m
183 m
n = 190
310m
270m
Bezüglich der Entfernung zu Wohnnutzungen insgesamt 190 Lösungen mit einer minimalen Querung von 183m
Unter den 190 Lösungen ist die kürzeste Alternative 7473m lang
VarianteWohnen
25
Multikriterielle Optimierung - Beispiele
25.09.2014 Mike Dokter, Jakob Kopec, TU Dortmund, Fakultät Raumplanung
Wohnen
LSG
VSG
0 m
0 m
0 m
183 m
885 m
1893 m
183 m
n = 190
310m
270m
Unter den 190 Lösungen beträgt die kürzeste Querung von LSG 310m
VarianteWohnen
26
Multikriterielle Optimierung - Beispiele
25.09.2014 Mike Dokter, Jakob Kopec, TU Dortmund, Fakultät Raumplanung
Wohnen
LSG
VSG
0 m
0 m
0 m
183 m
885 m
1893 m
183 m
n = 190
310m
270m
Unter den 190 Lösungen beträgt die kürzeste Querung von LSG 310m
Unter den 190 Lösungen beträgt die kürzeste Querung von VSG 270m
VarianteWohnen
27
Multikriterielle Optimierung - Beispiele
25.09.2014 Mike Dokter, Jakob Kopec, TU Dortmund, Fakultät Raumplanung
Wohnen
LSG
VSG
0 m
0 m
0 m
489 m
0 m
1893 m
293 m
n = 207
589 m
VarianteLSG
Bezüglich der Querung von LSG insgesamt 207 Lösungen mit einer minimalen Querung von 0m
Unter den 207 Lösungen ist die kürzeste Alternative 7778m lang
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Multikriterielle Optimierung - Beispiele
25.09.2014 Mike Dokter, Jakob Kopec, TU Dortmund, Fakultät Raumplanung
Bezüglich der Querung von VSG insgesamt 17 Lösungen mit einer minimalen Querung von 0m
Unter den 17 Lösungen ist die kürzeste Alternative 8073m lang
Wohnen
LSG
VSG
0 m
0 m
0 m
489 m
885 m
0 m
242 m
n = 17
757 m
VarianteVSG
Quelle: Gina Sanders – Fotolia.de
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Fazit, Herausforderungen und Ausblick
25.09.2014 Mike Dokter, Jakob Kopec, TU Dortmund, Fakultät Raumplanung
• Fazit Die „perfekte“ Trasse gibt es nicht!
• Herausforderungen Sind alle Kriterien abbildbar/operationalisierbar? Objektive Bewertung möglich? Methoden zur Reduktion und Bewertung der Alternativen Räumliche Aggregation von Kriterien Trassenalternativen nicht auf „Knopfdruck“
• Ausblick
Softwaretool kann Planungsprozesse unterstützen Trassenverläufe anhand veränderter Eingangsparameter Bereitstellung eines interaktiven Anwendungs- und
Visualisierungstools