@phdthesis{Weigand2024,
  author    = {Weigand, Matthias Johann},
  title     = {Fernerkundung und maschinelles Lernen zur Erfassung von urbanem Gr{\"u}n - Eine Analyse am Beispiel der Verteilungsgerechtigkeit in Deutschland},
  doi       = {10.25972/OPUS-34961},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-349610},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2024},
  abstract  = {Gr{\"u}nfl{\"a}chen stellen einen der wichtigsten Umwelteinfl{\"u}sse in der Wohnumwelt der Menschen dar. Einerseits wirken sie sich positiv auf die physische und mentale Gesundheit der Menschen aus, andererseits k{\"o}nnen Gr{\"u}nfl{\"a}chen auch negative Wirkungen anderer Faktoren abmildern, wie beispielsweise die im Laufe des Klimawandels zunehmenden Hitzeereignisse. Dennoch sind Gr{\"u}nfl{\"a}chen nicht f{\"u}r die gesamte Bev{\"o}lkerung gleichermaßen zug{\"a}nglich. Bestehende Forschung im Kontext der Umweltgerechtigkeit (UG) konnte bereits aufzeigen, dass unterschiedliche sozio-{\"o}konomische und demographische Gruppen der deutschen Bev{\"o}lkerung unterschiedlichen Zugriff auf Gr{\"u}nfl{\"a}chen haben. An bestehenden Analysen von Umwelteinfl{\"u}ssen im Kontext der UG wird kritisiert, dass die Auswertung geographischer Daten h{\"a}ufig auf zu stark aggregiertem Level geschieht, wodurch lokal spezifische Expositionen nicht mehr genau abgebildet werden. Dies trifft insbesondere f{\"u}r großfl{\"a}chig angelegte Studien zu. So werden wichtige r{\"a}umliche Informationen verloren. Doch moderne Erdbeobachtungs- und Geodaten sind so detailliert wie nie und Methoden des maschinellen Lernens erm{\"o}glichen die effiziente Verarbeitung zur Ableitung h{\"o}herwertiger Informationen. Das {\"u}bergeordnete Ziel dieser Arbeit besteht darin, am Beispiel von Gr{\"u}nfl{\"a}chen in Deutschland methodische Schritte der systematischen Umwandlung umfassender Geodaten in relevante Geoinformationen f{\"u}r die großfl{\"a}chige und hochaufgel{\"o}ste Analyse von Umwelteigenschaften aufzuzeigen und durchzuf{\"u}hren. An der Schnittstelle der Disziplinen Fernerkundung, Geoinformatik, Sozialgeographie und Umweltgerechtigkeitsforschung sollen Potenziale moderner Methoden f{\"u}r die Verbesserung der r{\"a}umlichen und semantischen Aufl{\"o}sung von Geoinformationen erforscht werden. Hierf{\"u}r werden Methoden des maschinellen Lernens eingesetzt, um Landbedeckung und -nutzung auf nationaler Ebene zu erfassen. Diese Entwicklungen sollen dazu beitragen bestehende Datenl{\"u}cken zu schließen und Aufschluss {\"u}ber die Verteilungsgerechtigkeit von Gr{\"u}nfl{\"a}chen zu bieten. Diese Dissertation gliedert sich in drei konzeptionelle Teilschritte. Im ersten Studienteil werden Erdbeobachtungsdaten der Sentinel-2 Satelliten zur deutschlandweiten Klassifikation von Landbedeckungsinformationen verwendet. In Kombination mit punktuellen Referenzdaten der europaweiten Erfassung f{\"u}r Landbedeckungs- und Landnutzungsinformationen des Land Use and Coverage Area Frame Survey (LUCAS) wird ein maschinelles Lernverfahren trainiert. In diesem Kontext werden verschiedene Vorverarbeitungsschritte der LUCAS-Daten und deren Einfluss auf die Klassifikationsgenauigkeit beleuchtet. Das Klassifikationsverfahren ist in der Lage Landbedeckungsinformationen auch in komplexen urbanen Gebieten mit hoher Genauigkeit abzuleiten. Ein Ergebnis des Studienteils ist eine deutschlandweite Landbedeckungsklassifikation mit einer Gesamtgenauigkeit von 93,07 \%, welche im weiteren Verlauf der Arbeit genutzt wird, um gr{\"u}ne Landbedeckung (GLC) r{\"a}umlich zu quantifizieren. Im zweiten konzeptionellen Teil der Arbeit steht die differenzierte Betrachtung von Gr{\"u}nfl{\"a}chen anhand des Beispiels {\"o}ffentlicher Gr{\"u}nfl{\"a}chen (PGS), die h{\"a}ufig Gegenstand der UG-Forschung ist, im Vordergrund. Doch eine h{\"a}ufig verwendete Quelle f{\"u}r r{\"a}umliche Daten zu {\"o}ffentlichen Gr{\"u}nfl{\"a}chen, der European Urban Atlas (EUA), wird bisher nicht fl{\"a}chendeckend f{\"u}r Deutschland erhoben. Dieser Studienteil verfolgt einen datengetriebenen Ansatz, die Verf{\"u}gbarkeit von {\"o}ffentlichem Gr{\"u}n auf der r{\"a}umlichen Ebene von Nachbarschaften f{\"u}r ganz Deutschland zu ermitteln. Hierf{\"u}r dienen bereits vom EUA erfasste Gebiete als Referenz. Mithilfe einer Kombination von Erdbeobachtungsdaten und Informationen aus dem OpenStreetMap-Projekt wird ein Deep Learning -basiertes Fusionsnetzwerk erstellt, welche die verf{\"u}gbare Fl{\"a}che von {\"o}ffentlichem Gr{\"u}n quantifiziert. Das Ergebnis dieses Schrittes ist ein Modell, welches genutzt wird, um die Menge {\"o}ffentlicher Gr{\"u}nfl{\"a}chen in der Nachbarschaft zu sch{\"a}tzen (𝑅 2 = 0.952). Der dritte Studienteil greift die Ergebnisse der ersten beiden Studienteile auf und betrachtet die Verteilung von Gr{\"u}nfl{\"a}chen in Deutschland unter Hinzunahme von georeferenzierten Bev{\"o}lkerungsdaten. Diese exemplarische Analyse unterscheidet dabei Gr{\"u}nfl{\"a}chen nach zwei Typen: GLC und PGS. Zun{\"a}chst wird mithilfe deskriptiver Statistiken die generelle Gr{\"u}nfl{\"a}chenverteilung in der Bev{\"o}lkerung Deutschlands beleuchtet. Daraufhin wird die Verteilungsgerechtigkeit anhand g{\"a}ngiger Gerechtigkeitsmetriken bestimmt. Abschließend werden die Zusammenh{\"a}nge zwischen der demographischen Komposition der Nachbarschaft und der verf{\"u}gbaren Menge von Gr{\"u}nfl{\"a}chen anhand dreier exemplarischer soziodemographischer Gesellschaftsgruppen untersucht. Die Analyse zeigt starke Unterschiede der Verf{\"u}gbarkeit von PGS zwischen st{\"a}dtischen und l{\"a}ndlichen Gebieten. Ein h{\"o}herer Prozentsatz der Stadtbev{\"o}lkerung hat Zugriff das Mindestmaß von PGS gemessen an der Vorgabe der Weltgesundheitsorganisation. Die Ergebnisse zeigen auch einen deutlichen Unterschied bez{\"u}glich der Verteilungsgerechtigkeit zwischen GLC und PGS und verdeutlichen die Relevanz der Unterscheidung von Gr{\"u}nfl{\"a}chentypen f{\"u}r derartige Untersuchungen. Die abschließende Betrachtung verschiedener Bev{\"o}lkerungsgruppen arbeitet Unterschiede auf soziodemographischer Ebene auf. In der Zusammenschau demonstriert diese Arbeit wie moderne Geodaten und Methoden des maschinellen Lernens genutzt werden k{\"o}nnen bisherige Limitierungen r{\"a}umlicher Datens{\"a}tze zu {\"u}berwinden. Am Beispiel von Gr{\"u}nfl{\"a}chen in der Wohnumgebung der Bev{\"o}lkerung Deutschlands wird gezeigt, dass landesweite Analysen zur Umweltgerechtigkeit durch hochaufgel{\"o}ste und lokal feingliedrige geographische Informationen bereichert werden k{\"o}nnen. Diese Arbeit verdeutlicht, wie die Methoden der Erdbeobachtung und Geoinformatik einen wichtigen Beitrag leisten k{\"o}nnen, die Ungleichheit der Wohnumwelt der Menschen zu identifizieren und schlussendlich den nachhaltigen Siedlungsbau in Form von objektiven Informationen zu unterst{\"u}tzen und {\"u}berwachen.},
  subject      = {Geografie},
  language  = {de}
}