Geographie des Spessarts in bytes und bites
- der Spessart im Geographischen Informationssystem
by Jürgen Jung
Die Mittelgebirgsregion Spessart
Das Mittelgebirge Spessart liegt eingebettet zwischen Odenwald und Untermainebene
im Westen, Vogelsberg im Norden, Rhön im Osten und fränkischem Gäuland
im Südosten. Einen mehr oder minder natürlichen Rahmen bilden die
Gewässer Main, Sinn und Kinzig. Ausgehend von den Tälern mit etwa
98 m über NN (Main bei Hanau) erreicht der Spessart mit seiner höchsten
Erhebung, dem Geiersberg, Höhenlagen von 585m über NN.
Der Spessart besitzt einen einzigartigen, unverwechselbaren Charakter. Die
Vielfalt seiner natürlichen Gegebenheiten und die differenzierte menschliche
Einflussnahme in die Landschaft machen es allerdings schwer, den Spessart und
seine ökologischen Potenziale zusammenfassend zu betrachten. Zu komplex
sind die Verknüpfungen von naturräumlicher Ausstattung und natürlicher
Prozesse und das, was der Mensch seit der Besiedlung dieser Landschaft in der
Jungsteinzeit vor etwa 6000 Jahren bis heute verändert und beeinflusst
hat. Eine geographisch-biologische oder kulturhistorische Analyse und Bewertung
dieser Landschaft bedarf daher neuer methodischer Ansätze.
Solche innovativen Möglichkeiten einer umfassenden Betrachtung bietet
der Computer. Mit der Entwicklung von PC-gestützten Anwendungen beginnt
ein neues Zeitalter geographischer Analysen: Es handelt sich hierbei um Geographische
Informationssysteme (abgekürzt GIS). Schon lange werden
sie nicht mehr allein im wissenschaftlichen Bereich eingesetzt. Behörden
und privatwirtschaftliche Institutionen, die sich mit Analysen und Planungen
im geographischen Raum befassen, haben längst die Vorzüge dieser Systeme
erkannt.
Ein Mittelgebirge wird im Computer erfasst - GIS
Ein Geographisches Informationssystem bietet
hervorragende Möglichkeiten, raumbezogene, also geografische Daten zu erfassen
und weiterzuverarbeiten. Prinzipiell ist es universell einsetzbar: Ob es nun
um globale Betrachtungen geht oder nur um einen Kleinstauschnitt der Erdoberfläche.
Im Rahmen des Projektes Spessart-GIS wird ein regionales Interesse am Spessart
als Mittelgebirge und Kulturlandschaft verfolgt. Allen Aktivitäten der
geografischen Erfassung des Spessarts geht die Auseinandersetzung mit dem System
voran, das man benutzen möchte. Man muss zunächst wissen, was ein
Geographisches Informationssystem eigentlich ist, wie es funktioniert und was
es zu leisten vermag:
Wir haben es zunächst mit einem System zu tun, das computergestützt
arbeitet. Es benötigt eine Hardware und Software. Für GIS muss man
längst nicht mehr auf Großrechner zurückgreifen; ein handelsüblicher
Computer reicht völlig aus. Natürlich müssen in das System Daten
eingebunden werden, mit denen gearbeitet werden kann. Zu beachten ist, dass
alle Daten einen Bezug zum geografischen Raum haben, anders ausgedrückt
zu Punkten, Linien oder Arealen auf der Erdoberfläche. Diese Geometrie
wird im System genau festgelegt und die geometrischen Objekte durch genaue geografische
Koordinaten definiert.
Im GIS sind umfangreiche Möglichkeiten vorhanden, diese Daten zu projizieren,
das heißt nach unterschiedlichen geografischen Gesichtspunkten darzustellen.
Das wird dann notwendig, wenn Daten von der gewölbten Erdoberfläche
in eine planare Kartenebene gebracht und schließlich ausgedruckt werden
sollen. Das für Mitteleuropa übliche Verfahren ist die Gauß-Krüger-Projektion.
Ortsangaben werden nicht über dezimale Gradangaben vermittelt, sondern
über einen jeweils siebenstelligen Rechts- und Hochwert in Metern, die
sog. Gauß-Krüger-Koordinaten. Ein Sachverhalt, der im übrigen
auch auf jeder amtlichen Topographischen Karte der Vermessungsämter im
Legendenteil erklärt wird.
Jede punktuelle Ortsinformation wird im GIS durch eine genaue Koordinate definiert,
jede Linien durch die Verbindung von mehreren definierten Punkten, jede Fläche
ebenfalls durch verbundene Linien, wobei abschließend eine Verbindung
von Anfangs- und Endpunkt gezeichnet wird. Damit ist das GIS-typische Format
zur Darstellung von Objekten festgelegt: ein Format basierend auf Vektordaten.
Sie stehen im Gegensatz zu Bilddaten, die z.B. beim Scannen erzeugt werden und
durch ein Neben- bzw. Übereinander von kleinen Rechtecken, den Pixeln,
charakterisiert werden können.
Da die topographische Lage der Objekt mit ihren Koordinaten gespeichert wird,
können sie im beliebigem Maßstab wieder reproduziert werden. Der
Maßstab 1:1 besagt, dass Objekte genau in der Größe widergegeben
werden, die der Größe in der Realität entspricht. Üblicherweise
verkleinert man den Ausschnitt der Erdoberfläche in einem GIS. Möchte
man den gesamten Spessart beispielsweise auf ein DIN A4-Format darstellen, muss
man einen Maßstab von etwa 1:340 000 wählen. Hinter dieser Maßstabszahl
verbirgt sich die Information, dass ein Zentimeter auf der Karte (im DIN A4-Format)
340 000 Zentimeter (oder 3 400 Meter oder 3,4 Kilometer) in der Realität
entspricht. Möchte man die gesamte Weltkugel im A4-Format (Querformat)
abbilden, muss man den Maßstab von etwa 1:120 000 000 wählen.
Mit der Darstellung von geometrischen Objekten mit Bezug zur Erdoberfläche
sind die Möglichkeiten eines GIS aber noch lange nicht ausgereizt. Daten
in tabellarischer Form können ebenso eingegeben werden, sei es als Text
oder als Datensatz mit Zahlen. Die Besonderheit besteht nun darin, dass die
tabellarischen Daten mit entsprechenden Objektdaten in Verbindung stehen. Dies
bedeutet, dass jedes Objekt in der Grafikansicht im Hintergrund mit den unterschiedlichsten
tabellarischen Daten genauer beschrieben werden kann. Möchte man beispielsweise
die Höhe eines Berges in eine Karte eintragen, wird man dies nicht direkt
in der Grafikansicht des GIS tun. Dem System liegt eine andere Arbeitsweise
zugrunde: Den entsprechenden Höhenwert wird man erst in eine Tabelle eintragen,
die Eintragung einem geometrischen Objekt - in diesem Fall einem Höhenpunkt
- zuweisen, schließlich den Tabellenwert in der Grafikansicht abfragen.
Der Wert wird in der Tabelle gesucht und automatisch neben der Grafik eingetragen.
Nicht alle Daten müssen manuell eingegeben werden, das GIS beinhaltete
auch Funktionen, Daten automatisch zu erzeugen. Dazu gehört die Berechnung
der Länge einer Strecke oder die Größe einer Fläche. Die
Werte werden dann in die Tabelle quasi per Mausklick aufgenommen. Eine enorme
Arbeitserleichterung, wenn man sich vor Augen führt, dass die konventionelle
Methode unter Verwendung eines Millimeterpapieres angewendet wurde. Entsprechend
der zu untersuchenden geografischen Fläche zeichnete man Kästchen
und summierte sie auf, schließlich wurde die ermittelte Fläche in
Quadratmillimeter maßstäblich umgerechnet und damit die reale Flächengröße
bestimmt.
Die GIS-gestützte Flächenbestimmung wurde genutzt, um die Landnutzungsverteilung
im Spessart zu ermitteln. Nach Bearbeitung der Daten können die absoluten
Arealgrößen bestimmter Landnutzungsflächen angegeben werden.
Die Ermittlung der relativen Größen mündet in die Darstellung
der Landnutzungsverteilung, die prozentual ausgedrückt wird. Alle Ergebnisse
können dann in Tabellen oder als Grafiken in Form von Diagrammen veranschaulicht
werden.
Im Geoinformationssystem stehen über die bisher beschriebenen Funktionen
eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten bereit. Neue Daten können
berechnet, verschiedene Themen in eine Zusammenhang gebracht werden. Schließlich
können Themen analysiert und in Modelbildungen integriert werden. Für
den Spessart geschieht dies derzeit unter dem Projekttitel „Spessart-GIS“.
Ein regionales Projekt entsteht - das Spessart-GIS
Das Spessart-GIS ist ein Gemeinschaftsprojekt des Archäologischen Spessart-Projekts
(ASP) und des Forschungsinstituts Senckenberg (Himmelsbach 2002). In der Außenstation
der Forschungsstation für Mittelgebirge in Biebergemünd/Bieber im
nördlichen Spessart (Mollenhauer 2001) ist der Computer-Arbeitsplatz untergebracht.
Die besondere Ausstattung des Arbeitsplatzes besteht unter anderem in einem
21 Zoll-Bildschirm und einem Digitalisierbrett im DIN A0-Format. Der Arbeitsschwerpunkt
des Spessart-GIS ist entsprechend der beiden Träger des Projektes kulturhistorisch
und naturwissenschaftlich ausgerichtet. Fauna und Flora, Geologie, Böden
und Hydrologie sind die Themen, die im Rahmen des naturwissenschaftlichen Arbeitsschwerpunktes
behandelt werden. In einer umfangreichen Untersuchung wurden bereits naturwissenschaftliche
Daten in das GIS integriert (Mollenhauer et al. 1999). Für das ASP werden
Daten zur Archäologie und zur Kulturlandschaft Spessart eingegeben und
verarbeitet. Der Spessart soll als Kulturlandschaft analysiert und hinsichtlich
der Entwicklungsstadien rekonstruiert werden. Durch die Teilnahme des Archäologischen
Spessart-Projektes am Europaprojekt „Pathways to Cultural Landscapes“
(PCL) wird das Spessart-GIS eingebunden in eine europaweite Charakterisierung
von Kulturlandschaften (Ermischer 2002). Die elf weiteren Projektpartner stützen
ihre Projektarbeit zur Erfassung und Vermittlung von europäischen Kulturlandschaften
ebenfalls auf Geographische Informationssysteme (http://www.pcl-eu.de/project/gis/index.php).
Die Projekt-Arbeit des Spessart-GIS ist geprägt von der regionalbezogenen
Betrachtung des Spessarts als klar umrissene Mittelgebirgslandschaft. Als natürlicher
Rahmen werden angelehnt an erste landeskundliche Arbeiten (Siebert 1934) die
Gewässer Main, Kinzig und Sinn herangezogen, allerdings ohne die Mainniederungen
um Hanau. Abweichungen gibt es auch im Norden, denn der Bergwinkel wird Bezug
nehmend auf die naturräumliche Gliederung der Bundesrepublik Deutschland
(Meynen & Schmithüsen 1955) als Schlüchterner Becken integriert.
Auch die Südrhön wird analog zum Naturpark Bayerischer Spessart in
das Arbeitsgebiet des Spessart-GIS eingebunden. Hervorzuheben ist die länderübergreifende
Arbeit des Spessart-GIS. Der Spessart wird ungeachtet seiner administrativen
Gliederung in einen kleineren hessischen (25%) und eine größeren
bayerischen Teil (75%) bearbeitet. Insgesamt ergibt sich aufgrund dieser räumlichen
Definition des Spessarts eine Gesamtfläche von 2257,97 km2,
182,03 km2 weniger als die beschriebene Fläche des Naturparks
Hessischer Spessart und Bayerischer Spessart (zusammen 2440 km2).
Ein Projektbeispiel - Landnutzung im Spessart
Die Darstellung der Landnutzung und deren flächenstatistische Auswertung
ist ein Anwendungsbeispiel aus dem Spessart-GIS. Grundlage bildet die Fernerkundung,
also die Beobachtung der Erdoberfläche und Aufnahme von Bildern durch Satelliten
oder Flugzeuge. Sattelitenbilder des Satelliten Landsat TM 5 bieten günstige
Voraussetzungen für dieses Vorhaben im Spessart-GIS. Daten dieses Satellitenprogrammes
wurden vom Statistischen Bundesamt (1997) im Programm CORINE (CoORdination
of INformation of the Enviroment) ausgewertet. Dieser Datensatz
beinhaltet eine Landnutzungsklassifizierung mit Geometrie- und Sachdaten für
die gesamte Bundesrepublik Deutschland, die auch im GIS-Format veröffentlicht
wurde. Verfälscht werden die statistischen Werte durch die vorgenommenen
Vereinfachungen (Generalisierung) bei der Satellitenbildinterpretation. Zwar
bieten die Daten des Programms Landsat-TM 5 mit einer Auflösung am Boden
von 15 x 15 Metern eine geeignete Basis, doch die vorgenommene Vereinfachung
der Daten führt zu Lücken im Bereich des Spessarts. Flächen,
für die eine Flächengröße kleiner 30 ha ermittelt wurde,
konnten in der Klassifizierung nicht berücksichtigt werden. Dies betrifft
beispielsweise Ortschaften im Spessart wie Meerholz-Siedlung oder Waldrode,
insbesondere Häusergruppen oder Einzelhöfe (z.B. Baumwieserhof oder
Bruderdiebacherhof). Dieser Vereinfachung ging eine bildstatistische Auswertung
der Satellitenbildszene voraus. Durch die Anwendung spezieller Software wird
eine Abfrage der einzelnen Bildpunkte durchgeführt und schließlich
Bildpunkte mit ähnlicher Information zusammengefasst. Das Ergebnis sind
homogene Flächen in Form von Vektordaten, die den jeweils ähnlichen
Bildpunkten des Satellitenbildes entsprechen. Die Anzahl und Art der Landnutzungsklassen
wurden zuvor festgelegt und beruhen u.a. auf beispielhaften Kartierung im Gelände
(Methodik in Abb.1). Für die BRD wurden insgesamt 27 Klassen festgelegt,
von denen 20 Klassen im Spessart vorkommen. Für dem Main-Kinzig-Kreis sind
schließlich 21 Landnutzungsklassen relevant (Abb.2).
Ein wesentlicher Vorteil der GIS-gestützten Dateninterpretation ist die
Definition von Betrachtungsräumen, auf welche die Daten zugeschnitten werden
sollen. So ist es möglich, mit wenigen Arbeitsschritten eine raumbezogene
Landnutzungsdarstellung für den Main-Kinzig-Kreis zu realisieren (Abb.2).
Eine Zusammenstellung der Flächendaten und Berechnung der Flächenanteile
am Gesamtgebiet des Main-Kinzig-Kreises kann im Anschluss durchgeführt
werden (Tab. 1).
Wenn man den Main-Kinzig-Kreis mit seinem Spessartanteil dem bayerischen Spessart
gegenüberstellen möchte, wird man bei der kartographischen Umsetzung
feststellen, dass eine zu hohe Informationsdichte der Karte vorliegt. Daher
ist es aus Gründen der Übersichtlichkeit ratsam, die Daten auf ein
angemessenes Maß zu reduzieren. Ein weiterer Vorteil des Geoinformationssystems
wird deutlich: Die Zusammenführung von Daten zum Beispiel durch Reduzieren
der Nutzungsklassen. Für den Spessart, den man gemeinhin als waldreiches
Mittelgebirge charakterisiert, wird man deshalb an den Nutzungsklassen, welche
die Waldflächen betreffen, nichts ändern. Eine Differenzierung in
Laubwald-Nadelwald-Mischwald bietet sich auch im Überblicksmaßstab
an. Im Anwendungsbeispiel wurden schließlich sämtliche nicht bewaldeten
Flächen, wie Siedlungsflächen, Erholungsflächen, landwirtschaftliche
Flächen und Brachflächen unter der Kategorie „Offenland“
zusammengefasst. Zu Grunde liegt eine einfache GIS-Anwendung, welche die Flächen
der relevanten Nutzungsklassen verbindet und als neues GIS-Thema auf dem Datenträger
ablegt. Somit kann das Spektrum der Landnutzungsklassen von 21 der Main-Kinzig-Kreis-Karte
auf vier Klassen der Spessart-Karte reduziert werden. Ergebnis ist eine übersichtliche
kartographische Darstellung der Landnutzung in den betrachteten Teilräumen
des Spessarts und des Main-Kinzig-Kreises. Die Flächengrößen
wurden auch hier ermittelt und schließlich tabellarisch umgesetzt (Tab.
2). Karte und Tabelle sind Datengrundlage und Ansporn zugleich, die Hintergründe
der unterschiedlichen Verteilungsmuster der Nutzflächen zu analysieren
(Abb. 3). Gehen diese Verteilungsmuster eher auf die geologischen Gegebenheiten
zurück, z.B. die Verbreitung bestimmter Gesteine? Sind es evtl. klimatische
Bedingungen die unterschiedliche Nutzungen der Landschaft bedingen? Oder liegen
diesem Verteilungsmuster eher kulturhistorische Entwicklungen zugrunde? Die
Klärung dieser Frage wäre auf alle Fälle eine potenzielle GIS-Anwendung.
Das Ziel - eine virtuelle Spessartlandschaft?
Ein Geoinformationssystem (GIS) ist hervorragendes Werkzeug, um die Landschaft
hinsichtlich ihrer natürlichen Ausstattung und ihrer Veränderung zu
analysieren. Am Beispiel der Landnutzungskartierung auf Satellitenbildbasis
können grundlegende Anwendungsmöglichkeiten eines GIS aufgezeigt werden.
Letztlich ist es nur ein kleines Spektrum der potenziellen Möglichkeiten
eines solchen Systems. Durch komplexere Anwendungen können Prozesse und
funktionale Zusammenhänge der Landschaft sichtbar gemacht werden, die zuvor
nicht in dieser Form bekannt waren. Die Möglichkeiten sind sehr vielfältig,
allerdings hängt eine erfolgreiche GIS-Arbeit und Spessart-bezogene Anwendung
auch von anderen Faktoren ab. Dies ist beispielsweise die Verfügbarkeit
von Daten, die nicht alle im GIS selbst erzeugt werden können. Topographische
Informationen gehen auf die Arbeit der Vermessungsämter zurück. Die
Veröffentlichungen anderer Behörden wie z.B. des Landesamtes für
Umwelt und Geologie bilden weitere Datengrundlagen. Auch wissenschaftliche Publikationen
stellen die Basis der GIS-Arbeit dar. Die Verfügbarkeit an Daten ist ein
Aspekt der erfolgreichen Umsetzung, die Kenntnis der realen Landschaft, die
man GIS-gestützt untersucht ist ein weitere. Die Ideen zur Strukturierung
des GIS und zu potenziellen Anwendungen werden nicht am Computerarbeitsplatz
geboren. Die Landschaft selbst ist das Vorbild und der Ideenpool. Die Landschaftsanalyse
allein auf digitaler Datenbasis wäre unseriös. Die Ergebnisse eines
solchen Vorgehens würden zu einem verzerrten Bild führen. Die virtuelle
Welt, die man auf diese Weise schaffen würde, wäre ein Konstrukt,
das die Verbindung zur Realität entbehrt. Es kann daher nicht das Ziel
sein, mit einem GIS eine virtuelle Ersatzlandschaft zu erzeugen. Vielmehr sollen
Perspektiven eröffnet werden, welche eine umfassendere Sichtweise und ein
besseres Verständnis der realen Landschaft ermöglicht. Das GIS kann
einen wertvollen Beitrag leisten, die Landschaft und ihre Zusammenhänge
besser kennen zu lernen und besser zu verstehen. Nicht „bytes“ und
„bites“ stehen im Vordergrund, sondern nach wie vor die Landschaft
selbst - der Spessart.
Tab. 1: Landnutzung im Main-Kinzig-Kreis auf Basis der Corin-Land-Cover
(Statistisches Bundesamt 1997; Bearbeitung Spessart-GIS)
Tab. 2: Landnutzung im Spessart und im Main-Kinzig-Kreis - Auswahl
der Nutzungsklassen
(Statistisches Bundesamt 1997; Bearbeitung Spessart-GIS)
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Abb. 1: Landnutzungskartierung auf Satellitenbildbasis
(Satellitenbild Landsat-TM5 vom 13.09.1991; Statistisches Bundesamt 1997;
Bearbeitung Spessart-GIS)
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Abb. 2: Landnutzung im Main-Kinzig-Kreis auf Basis der Corine-Land-Cover
(Satellitenbild Landsat-TM5 vom 13.09.1991; Statistisches Bundesamt 1997;
Bearbeitung Spessart-GIS)
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Abb. 3: Landnutzung im Vergleich - Spessart und Main-Kinzig-Kreis
(Statistisches Bundesamt 1997; Bearbeitung Spessart-GIS)
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Literatur:
Ermischer, G. (1998a): Das Archäologische Spessart-Projekt. - In:
Mainfränkische Studien 63 - Beiträge zur Archäologie von
Unterfranken. Büchenbach.
Ermischer, G. (1998b): Der Spessart als Kulturlandschaft - Das Archäologische
Spessart-Projekt. - Das Archäologische Jahr in Bayern 1998. Stuttgart.
Klausing, O. (1967): Die naturräumlichen Einheiten auf Blatt 151 Darmstadt.
- Geographische Landesaufnahme 1:200 000. Selbstverlag, Bad Godesberg.
Mensching, H. & Wagner, G. (1963): Die naturräumlichen Einheiten auf
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Bad Godesberg.
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Veröff. Bundesanstalt für Landeskunde, zweite Lieferung. Remagen.
Mollenhauer, D. et al. (1999): Regionalökologisches Gutachten Spessart
- Mit vertieften Aussagen für den hessischen Teil. - Unveröff.
Schlussbericht.
Mollenhauer, D. (2001): Spessart - Modell für die Mittelgebirgsforschung.
- In: Spessart - Monatszeitschrift für die Kulturlandschaft
Spessart, 8, . Aschaffenburg.
Schwenzer, B. (1967): Die naturräumlichen Einheiten auf Blatt 139 Frankfurt
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- Geographische Landesaufnahme 1:200 000. Selbstverlag, Bad Godesberg.
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S.; Breslau [unveränd. Nachdruck 1982; Frankfurt, Wolfgang Weidlich].
Statistisches Bundesamt (1997): Daten zu Bodenbedeckung für die Bundesrepublik
Deutschland (corine-land-cover). - Wiesbaden. |