EPARtwin

Digitaler Zwilling zur Analyse und Bewertung von Entsiegelungspotenzialen und partizipativen Szenarienbildung für die Vermeidung von Hitzeinseln

Neue Möglichkeiten für urbane Hitzeanpassung durch innovative Technologien

In stark verdichteten und hitzeexponierten urbanen Strukturen bieten Entsiegelungsmaßnahmen und die Herstellung grüner Freiräume große Potenziale für die nachhaltige und gesundheitsschützende Stadtentwicklung. Zum einen können auf diese Weise wichtige Bodenfunktionen wiederhergestellt werden, die einen essenziellen Beitrag zur biologischen Vielfalt, Klimaregulation, Lufthygiene und Milderung von Extremwetterereignissen leisten. Zum anderen sind grüne Freiräume wichtige Orte des öffentlichen Lebens mit vielfältigen Aneignungsmöglichkeiten, sei es Sport, Freizeitgestaltung, Erholung, Abkühlung oder die Pflege sozialer Kontakte.

Da die Identifizierung und Bewertung von Entsiegelungspotenzialflächen aktuell aufgrund geringer Automatisierung mit einem enormen Aufwand verbunden sind, werden Potenziale von Entsiegelungsmaßnahmen derzeit noch nicht ausgeschöpft. In dem vom BMWE geförderten Forschungs- und Entwicklungsvorhaben EPARtwin im Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) wird ein technologiegestütztes, KI-basiertes Verfahren entwickelt, um Entsiegelungspotenziale in einem Digitalen Stadtzwilling unter ausgewogener Berücksichtigung der drei Nachhaltigkeitsdimensionen (Ökologie, Ökonomie, Soziales), detailliert und effizient zu bewerten und zu priorisieren. Der Digitale Stadtzwilling bietet dabei sowohl für die technischen als auch für die kommunikatorischen Herausforderungen innovative Lösungsansätze. Ausgewählte Teilbereiche („Interventions-Räume“) können im Digitalen Zwilling als Beteiligungsumgebung zugänglich gemacht und in partizipativen Planungsprozessen eingesetzt werden, um die Analyseergebnisse verständlich zu kommunizieren und mittels Augmented Reality (AR) konkrete Entsiegelungsszenarien zu visualisieren.

Über das Projekt

Um Potenzialflächen für Entsiegelungen zu identifizieren und zu bewerten sowie die Analyseergebnisse anschließend in einer partizipativen Szenarienentwicklung nutzen zu können, wird ein Tool mit verschiedenen innovativen Technologien konzipiert und erprobt:

• Entsiegelungsanalyse mit Künstlicher Intelligenz (KI): Mithilfe verschiedener KI-Tools wird die Fläche in ausgewählten Untersuchungsgebieten hinsichtlich der Entsiegelungspotenziale analysiert. Wichtige Parameter sind dafür die baulichen Gegebenheiten, insbesondere ober- und unterirdische Versiegelung, Flächennutzung und rechtliche Rahmenbedingungen, klimaökologische Faktoren sowie die soziodemographischen Merkmale. In der Analyse werden Flächen ohne Entsiegelungspotenzial ausgeschlossen und die verbleibenden Flächen hinsichtlich Umsetzbarkeit und Nachhaltigkeitswirkungen potenzieller Entsiegelungen priorisiert.
• Datenbereitstellung und Integration im Digitalen Stadtzwilling: In einer „gemeinsamen Datenumgebung“ (CDE) werden die Basisdaten katalogisiert und für die Entsiegelungsanalysen bereitgestellt. Die Analyseergebnisse werden anschließend wieder in die CDE integriert. Mittels CityGML 3.0 wird ein Digitaler Stadtzwilling zur Visualisierung der Ausgangslage, Analysen und Entsiegelungsszenarien entwickelt.
• AR-Partizipationsumgebung im Digitalen Stadtzwilling: In den Digitalen Stadtzwilling wird eine AR-Partizipationsumgebung implementiert, um die visualisierten Analyseergebnisse verständlich zu kommunizieren, Umfragen zu starten und verschiedene Akteursgruppen aus Verwaltung, Politik und Zivilgesellschaft an der Entwicklung von Entsiegelungsszenarien zu beteiligen.

​​​​​​​Das Projekt durchläuft dabei einen iterativen Prozess aus technologischer Entwicklung und der Erprobung in Untersuchungsgebieten. Vorgesehen ist der pilothafte Einsatz des Tools in realen Planungsprozessen der assoziierten Kommunen Hannover und Magdeburg (Interesse bekundet).

Anwendungsbereiche in der Praxis

Das Tool EPARtwin wird nach Projektende von dem wirtschaftlichen Partner GEO-NET Umweltconsulting GmbH in das Dienstleistungsangebot übernommen. Ziel ist es, Kommunen mit dem Tool eine automatisierte und fundierte Planungs- und Entscheidungsgrundlage für Klimaanpassungsmaßnahmen wie Hitzeminderung und Starkregenvorsorge, Freiraumqualifizierung und eine nachhaltige, gesundheitsfördernde Stadtentwicklung zu bieten. Ein wichtiger Bestandteil sind dabei auch die erweiterten Möglichkeiten der Bürgerbeteiligung mit AR-Technologie im Rahmen von Strategie- und Planungsprozessen. 

Insbesondere kann das Tool EPARtwin in den folgenden Anwendungsbereichen in Kommunen eingesetzt werden:

• Entsiegelungskataster und -strategie: Erstellung eines Entsiegelungskatasters der identifizierten Potenzialflächen, Entwicklung einer Entsiegelungsstrategie anhand der Priorisierung der Entsiegelungspotenzialflächen.
• Stadtklimaanalyse und Klimaanpassungsstrategie: Identifizierung von versiegelungsbedingten „Hot Spots“ und Definition von „Interventionsräumen“ für die Maßnahmenplanung.
• Klimaökologische Fachgutachten: Präventive Abschätzung der Folgen von Versiegelung in der vorbereitenden und verbindlichen Bauleitplanung, Analyse der klimaökologischen Gegebenheiten in Sanierungsgebieten und Ableitung von Maßnahmenempfehlungen.

Wissenschaftlicher Beitrag der Fachhochschule Erfurt

Die Fachhochschule Erfurt, vertreten durch die Professur Vermessung und Geoinformatik sowie das ISP - Institut für Stadtforschung, Planung und Kommunikation, begleitet das Projekt wissenschaftlich. Insbesondere übernimmt die FHE federführend folgende Aufgabenbereiche:

• Anforderungsanalyse und Systemarchitektur,
• Weiterentwicklung von Open Source KI-Anwendungen zur Identifizierung von Versiegelungsgraden und Baumkronenbedeckung,
• Entwicklung der CDE und des Digitalen Stadtzwillings,
• Erprobung und Evaluation der AR-Partizipationsumgebung,
• Durchführung von Veranstaltungen, Stakeholder- und Bewohnerbefragungen,
• Dokumentation und Wissenstransfer in Publikationen und auf Fachveranstaltungen.