Beispielhafte, praktische Anwendung von Fernerkundungsauswertungen auf Bundesgebäude (FerBund)

Beispielhafte, praktische Anwendung von Fernerkundungsauswertungen auf Bundesgebäude (FerBund)

Welche Informationen zu Gebäuden und den zugehörigen Flurstücken können heute aus Fernerkundungsdaten gewonnen werden? Das Forschungsprojekt beantwortet diese Frage beispielhaft für zivil genutzte Bundesgebäude. Es basiert dabei auf dem Vorläuferprojekt „Konzeptentwicklung für die Informationsgewinnung zum Gebäudebestand in Deutschland aus Fernerkundungsdaten“, in dem eine Reihe von Ansätzen als vielversprechend für diesen Anwendungsfall identifiziert wurden.

Ausgangslage

In Deutschland sind wichtige Informationen zum Gebäudebestand nicht flächendeckend verfügbar. Dies betrifft insbesondere den Bereich der Nichtwohngebäude, aber beispielsweise auch die energetische Güte von Wohngebäuden. Gleichzeitig entwickelt sich der Bereich der Fernerkundung rasant: Die eingesetzten Sensoren liefern immer höhere räumliche Auflösungen, und durch den Einsatz von maschinellem Lernen und Künstlicher Intelligenz können immer größerer Datenmengen innerhalb immer kürzerer Zeit automatisch ausgewertet werden.

Ziel

Um effektive Strategien und Instrumente zum Ausbau erneuerbarer Energien und zur Unterstützung von Klimaschutz- und Biodiversitätszielen auf der Ebene von Liegenschaften zu entwickeln und umzusetzen, benötigen Planer und Entscheidungsträger detaillierte, raumbezogene Daten zum Gebäudebestand und den zugehörigen Flurstücken.

Im Projekt wurden Fernerkundungsverfahren zur Charakterisierung von Einzelgebäuden aus einer Kombination von Fernerkundungsdaten und Geoinformationen der amtlichen Vermessung untersucht. Dabei stand aus technischer Sicht die folgende Frage im Mittelpunkt: Inwieweit lassen sich die entwickelten Verfahren auf große Bestände an Immobilien anwenden, die über das gesamte Gebiet der Bundesrepublik verteilt sind?

Der fachliche Schwerpunkt des Projekts befasste sich mit dem Nutzungspotenzial von Fernerkundungsverfahren bezüglich erneuerbarer Energien und Beiträgen zur Biodiversität. In diesem Zusammenhang wurde für zivile genutzte Dienstgebäude im Eigentum der Bundesrepublik eine nationale Bestandsaufahme in den Bereichen erneuerbare Energien (z. B. Solaranlagen) und Biodiversität (z. B. Dachbegrünung) durchgeführt.

Auftragnehmer war das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum (DFD), Weßling.

Konzept

Im Vorläuferprojekt „Konzeptentwicklung für die Informationsgewinnung zum Gebäudebestand in Deutschland aus Fernerkundungsdaten“ wurde ein Katalog möglicher Informationsprodukte und Auswertungsverfahren der Fernerkundung erstellt. In diesem Vorhaben wurden erstmalig ausgesuchte Fernerkundungsverfahren auf die von Bundesbehörden zivil genutzten Gebäude und ihr nahes Umfeld angewendet. Dabei stand die Bewertung ihres Potenzials zur Nutzung erneuerbarer Energien und zu Beiträgen zur Biodiversität im Mittelpunkt.

Ausgehend von Adressen zu allen für das Projekt relevanten Bundesliegenschaften wurden zunächst über einen Verschnitt der Adresspunkte mit Vektordaten zu Hausumringen (HU-DE, © GeoBasis-DE / BKG 2024) und Flurstücken (FS-DE, © GeoBasis-DE / BKG 2024) die Polygone der Bundesgebäude und der sie umschließenden Flurstücke identifiziert. Für die extrahierten Hausumringe und Flurstücke wurden anschließend über eine Analyse von 3D-Gebäudemodellen (LoD2-DE, © GeoBasis-DE / BKG 2024), Orthophotos (DOP, © GeoBasis-DE / BKG 2024) und digitalen Oberflächenmodellen (DOM1-DE, © GeoBasis-DE / BKG 2024) diverse Attribute zu den Gebäuden und abgeleitet und in den zugehörigen Attributtabellen ergänzt. Bei Gebäuden umfasste dies unter anderem Höhe, Volumen, Dachart, die Existenz von Gründächern und Photovoltaikanlagen oder das Solarenergiepotenzial, während für die zugehörigen Flurstücke unter anderem Lage, Fläche und Anteil von Gebäuden, begrünte und versiegelte Areale oder Freiflächen bestimmt wurden.

Ergebnisse

Die im Projektverlauf generierten Daten und Kennwerte haben das Potenzial, aktuell bestehende Informationslücken zu schließen und somit eine entscheidende Grundlage zum effektiven Ausbau der Nutzung erneuerbarer Energien und der Umsetzung von Klimaschutz- und Biodiversitätszielen im Bestand von Gebäuden und Liegenschaften des Bundes zu schaffen. Die gebäudescharfen Daten zu Gründächern und Solaranlagen sowie dem Solarenergiepotenzial ermöglichen einen räumlich hoch aufgelösten Überblick über den Status und das Potenzial zum Ausbau von Dachbegrünung und Solarenergiegewinnung.

Aufgrund der ausschließlichen Verwendung von Daten der amtlichen Vermessung in Kombination mit standardisierten und operationalisierbaren Verfahren (v.a. GIS) zeichnet sich die eingesetzte Methodik durch ein gutes Aufwand-Nutzen-Verhältnis, vollständige Fortschreibungsfähigkeit und räumlich flexible Anwendbarkeit bzw. Übertragbarkeit aus. Dadurch können die Verfahren und Ergebnisse des Projekts einen wertvollen Baustein für die Implementierung eines effektiven und effizienten Monitorings von Bundesliegenschaften darstellen.

Der Endbericht beschreibt das praktische Vorgehen in der Vorbereitung und Auswertung der Daten. Dabei werden neben den Herausforderungen durch den heterogenen Stand der GeoBasis-DE Daten im Vergleich der Bundesländer auch die notwendigen Annahmen und Schwellenwerte für die automatisierten Kategorisierungen dargestellt. In der Gesamtsicht ist damit für Interessierte der notwendige Aufwand und ein möglicher Nutzen der Anwendung von Fernerkundungsverfahren für Informationen zu Gebäuden besser nachvollziehbar.

Die im Vorhaben ermittelten Attribute können für weiterführende Auswertungen und Maßnahmen zum Ausbau erneuerbarer Energien und der Unterstützung von Klima- und Biodiversitätsprogrammen verwendet werden. Der Endbericht vermittelt in einem abschließenden Kapitel zur Anwendung der generierten Daten interessierten Nutzern Einblicke in die Möglichkeiten zur Auswertung und Inwertsetzung der neu geschaffenen Datenbasis.