Ein Workflow zur Eignungsmodellierung ermittelt die besten Orte, um etwas zu platzieren oder um eine Fläche zu erhalten. Mithilfe eines Eignungsmodells können Sie beispielsweise eine Wohnsiedlung, eine Schule oder eine Unternehmenszentrale platzieren. Sie können mit einem Eignungsmodell aber auch die besten Standorte ermitteln, die aus Artenschutzgründen oder zur Vermeidung von Bränden erhalten werden sollen. Der allgemeine Workflow ist ungeachtet der potenziellen Anwendung ähnlich.
Die Erstellung eines Eignungsmodells besteht aus vier Hauptschritten:
- Ermitteln und Vorbereiten der Kriteriendaten
- Transformieren der Werte der einzelnen Kriterien nach einem gemeinsamen Eignungsmaßstab
- Gewichten der Kriterien im Verhältnis zueinander und Kombinieren der Kriterien, um eine Eignungskarte zu erstellen
- Verorten der Flächen für die Standortauswahl oder den Erhalt
Diese Modellierungs-Workflows werden im folgenden Beispiel in einem Eignungsmodell verwendet, mit dem das beste Gebiet für den Erhalt der Lebensräume von Rotluchsen ermittelt wird. Das Modell dient zur Illustration und versucht nicht, alle Rotluchsinteraktionen zu definieren. In diesem Beispiel geht es zwar um die Identifizierung der Lebensräume für Rotluchse, aber mit den allgemeinen Schritten können auch Eignungsmodelle für viele andere Anwendungen, einschließlich der oben erwähnten, erstellt werden.
Der Workflow für das Beispiel-Eignungsmodell wird in der folgenden Abbildung veranschaulicht:
Als Erstes muss das Ziel des Eignungsmodells formuliert werden. Das Ziel für die Standortauswahl eines Skigebiets besteht zum Beispiel nicht nur in einem guten Gelände und reichlich Schnee. Vielmehr lautet das Gesamtziel, dass das Skigebiet finanziell tragbar sein muss. Das Gelände und der Schnee ziehen Skifahrer an und somit kann mit dem vorgeschlagenen Skigebiet Geld verdient werden. Beim Eignungsmodell für die Rotluchse kann das Ziel darin bestehen, einen ausreichenden Lebensraum zu erhalten, damit für mindestens 100 Jahre eine stabile Rotluchspopulation aufrechterhalten werden kann.
Nach der Definition des Ziels müssen die Methoden zur Evaluierung des Modells festgelegt werden. Für ein Skigebiet kann die Evaluierungsmethode anhand des erwarteten Jahresgewinns gemessen werden. Für das Rotluchsmodell kann sie darin bestehen, eine Metapopulation von Rotluchsen zu erhalten, die in 6 Unterpopulationen aufgeteilt wird, welche in 8 verbundenen Lebensräumen leben.
Schritt 1: Ermitteln und Vorbereiten der Kriteriendaten
Der erste Schritt bei der Erstellung eines Eignungsmodells besteht darin, die Kriterien für das Thema des Modells zu identifizieren. In diesem Beispiel geht es darum, was die Rotluchse zum Überleben brauchen. Jedes identifizierte Kriterium sollte für die Erreichung des Gesamtziels des Modells – die Aufrechterhaltung einer stabilen Rotluchspopulation – von Bedeutung sein. Die identifizierten Kriterien sollten die Interaktionen der Rotluchse im Verhältnis zu ihren Anforderungen an den Lebensraum erfassen.
Im Beispiel mit den Rotluchsen kommen die folgenden Kriterien in Betracht:
- Neigung: Der typische Lebensraum von Rotluchsen ist ein steiles, zerklüftetes Gelände, in dem sie natürlichen Feinden entkommen können.
- Landnutzungsarten: Rotluchse leben in Wäldern und Buschland und nicht in vollständig oder zum Teil besiedelten Gebieten.
- Entfernung zu Wasserläufen: Die erhaltenen Standorte sollten sich in der Nähe von Wasserläufen oder anderen Wasserquellen befinden.
Da zunächst keine Datasets für die Neigung und die Entfernung zu Wasserläufen verfügbar sind, verwenden Sie die entsprechenden Spatial Analyst-Werkzeuge, um diese Kriterien aus den vorhandenen Basisdaten abzuleiten. Zum Ableiten der Neigung verwenden Sie das Werkzeug Neigung auf der Höhenoberfläche. Um die Entfernung der einzelnen Standorte zum nächsten Wasserlauf zu ermitteln, verwenden Sie das Werkzeug Entfernungsakkumulation.
Schritt 2: Transformieren der Werte der einzelnen Kriterien nach einem gemeinsamen Eignungsmaßstab
Neigung, Landnutzung und Entfernung zu Wasserläufen sind die Kriterien, die für das Eignungsmodell verwendet werden. Um fortzufahren, werden diese kombiniert. Beim reinen Addieren der Raster für Neigung, Landnutzung und Entfernung zu Wasserläufen ergeben sich jedoch Werte ohne Bedeutung. Zum Beispiel kann ein Standort einen Neigungswert von 5 Prozent haben, 600 Meter von einem Wasserlauf entfernt sein und einen Landnutzungswert von 4 aufweisen, was einem Einfamilienhaus entspricht. Die sich aus diesen Werten ergebende Summe ist 609, eine irrelevante Zahl. Bevor die Kriterienraster addiert werden können, müssen die Werte in den einzelnen Kriterien nach einem gemeinsamen Eignungsmaßstab transformiert werden.
In diesem Beispiel verwenden wir einen Eignungsmaßstab von 1:10. Für jeden Wert in einem Kriterium erhalten Standorte mit Attributen, die am stärksten bevorzugt werden, höhere Eignungswerte, während Standorte mit weniger präferierten Features niedrigere Eignungswerte erhalten. Neigungen von mehr als 25 Prozent erhalten zum Beispiel einen Eignungswert von 10, Neigungen zwischen 4 und 6 Prozent wird ein Eignungswert von 5 zugewiesen und Neigungen von weniger als 3 Prozent erhalten einen Eignungswert von 1.
Beim Transformieren der Werte jedes Kriteriums nach dem 1:10-Eignungsmaßstab werden die Werte im Verhältnis zueinander im Maßstab transformiert. Das bedeutet, dass ein Standort, dem ein Eignungswert von 5 zugewiesen wurde, nur halb so stark präferiert wird wie ein Standort mit einem Eignungswert von 10, und dass die Präferenz eines Standorts mit einem Eignungswert von 10 zehnmal höher ist als die eines Standorts mit einem Eignungswert von 1.
Dieser Transformationsprozess wird auf jeden Wert der im Modell identifizierten Kriterien angewendet. Beim Rotluchsmodell wird für das Landnutzungskriterium den bevorzugten Landnutzungsarten wie Wäldern ein Eignungswert von 10 zugewiesen, Wohngebäude erhalten einen Eignungswert von 5 und Industrie einen Eignungswert von 1. Für das Kriterium "Entfernung zu Wasserläufen" erhalten nähere Standorte einen höheren Eignungswert von 9 oder 10 und entfernte Standorte einen niedrigeren Eignungswert von 1 oder 2. Es ist wünschenswert, dass die zugewiesenen Eignungswerte die gleiche Präferenz zwischen den Kriterien aufweisen. Das bedeutet, dass einem Neigungswert, dem ein Eignungswert von 5 zugewiesen wurde, die gleiche Bedeutung beigemessen wird wie einer Landnutzungsart oder einer Entfernung zum Wasserlauf, der ein Eignungswert von 5 zugewiesen wurde.
Die Werte in den einzelnen Kriterien werden nach einem gemeinsamen Eignungsmaßstab im Verhältnis zueinander transformiert. Die transformierten Kriterien können nun kombiniert werden.
Schritt 3: Gewichten der Kriterien im Verhältnis zueinander und Kombinieren der Kriterien, um eine Eignungskarte zu erstellen
Wenn die drei transformierten Kriterien addiert werden, kann sich das Ergebnis auf einen Bereich zwischen 3 und 30 erstrecken. Ein Standort, dem ein Wert von 30 zugewiesen wurde, ist der am stärksten bevorzugte Standort: er wäre steil, läge im Wald und befände sich in der Nähe eines Wasserlaufs. Standorte, denen niedrigere Werte zugewiesen wurden, werden aufgrund der dort vorhandenen Features weniger bevorzugt.
Vor dem Addieren der Kriterien kann es jedoch sein, dass ein Kriterium wichtiger ist als die anderen. Ist dies der Fall, wird das Kriterium stärker gewichtet als die anderen. Um den Unterschied hervorzuheben, konvertiert der in Schritt 2 beschriebene Transformationsprozess die Werte innerhalb eines Kriteriums im Verhältnis zueinander. Die Gewichtung in diesem Schritt definiert die relative Gewichtung der Kriterien zueinander.
Beim Rotluchsmodell wurde dem Kriterium "Entfernung zum Wasser" eine um 50 Prozent höhere Bedeutung beigemessen als den Kriterien "Neigung" und "Landnutzung". Folglich wird der transformierte Kriterienwert "Entfernung zum Wasser" 1,5-mal stärker gewichtet (mit 1,5 multipliziert), bevor die Kriterien addiert werden. Der Gewichtungsfaktor für die transformierten Kriterien "Neigung" und "Landnutzung" bleibt bei 1.
Schritt 4: Verorten der Flächen für die Standortauswahl oder den Erhalt
Die Eignungskarte wurde erstellt. Ausgehend von den Attributen an jedem Standort gibt die Eignungskarte die Präferenzen der einzelnen Standorte im Verhältnis zueinander aus der Perspektive eines Rotluchses an.
Allerdings haben Rotluchse auch räumliche Anforderungen. Sie benötigen eine bestimmte Fläche, die in mehrere kleinere Lebensräume aufgeteilt wird. Diese müssen innerhalb einer bestimmten Mindest- und Höchstgröße liegen und bestimmte Entfernungen zueinander einhalten.
Ausgehend von diesen räumlichen Anforderungen werden die optimalen Flächen mithilfe der in Schritt 3 erstellten Eignungskarte ermittelt.
Die Lebensräume befinden sich an den am besten geeigneten Standorten der Eignungskarte (grüne Flächen).
Zusammenfassung
Sie haben die folgenden allgemeinen Schritte zum Erstellen eines Eignungsmodells kennengelernt:
- Identifizieren der wichtigen Kriterien
- Transformieren der Werte der einzelnen Kriterien nach einem gemeinsamen Eignungsmaßstab
- Gewichten der Kriterien im Verhältnis zueinander und Kombinieren der Kriterien, um die Eignungskarte zu erstellen
- Bestimmen der besten Standorte anhand der Eignungskarte auf Basis der definierten räumlichen Anforderungen (in diesem Fall Größe der Fläche und Anzahl der Lebensräume)
Wie geht es weiter?
Weitere Informationen finden Sie unter Implementieren des Workflows zur Eignungsmodellierung (Suitability Modeling).