Aus den zu ermittelnden Vegetationsgraden pro Pixel werden schrittweise die Versiegelungsgrade abgeleitet. Das Verfahren basiert auf folgenden Annahmen:
- Es besteht ein linearer Zusammenhang zwischen NDVI und Vegetationsgrad: je höher der NDVI-Wert, desto mehr (vitale) Vegetation ist vorhanden.
- Es besteht eine hohe negative Korrelation zwischen Vegetationsgrad und Versiegelungsgrad.
Vegetationsfreie Oberflächen (Vegetationsgrad 0 %) werden in niedrigen bis sehr niedrigen Index-Werten wiedergegeben. Weitergehende Unterscheidungen von versiegelten und unversiegelten Bereichen sind mittels NDVI nicht sicher möglich.
Vollständig von grüner Vegetation bedeckte Oberflächen (Vegetationsgrad 100 %) wie Wälder oder Grünland werden überwiegend in hohen bis sehr hohen Index-Werten wiedergegeben. Diese Bereiche wurden als unversiegelt eingestuft.
Das Problem der lokalen Verdeckung von versiegelten Flächen durch Baumkronen ist über die Auswertung von Satellitenbilddaten nicht lösbar. Um diesen “Fehler” zu verringern wurden mit Hilfe der ISU-Daten kontextbezogene Korrekturfaktoren ermittelt und angewendet. Methodisch anspruchsvoll war das Erfassen und Unterscheiden von Abstufungen des Vegetationsgrades (Vegetationsgrad > 0 % und < 100 %). Mittlere Index-Werte dominierten. Es war zu berücksichtigen, dass gleiche Index-Werte aus unterschiedlichen Mischsignaturen hervorgehen können.
Die vorliegende Verfahrensentwicklung griff diese Unterschiede auf: NDVI-Werte, die auf teilweise vegetationsbedeckte Flächen hinweisen (Vegetationsgrad > 0 %), wurden differenziert betrachtet und in der regelbasierten Klassifizierung je nach Flächentyp-Kategorie oder Flächentyp unterschiedlichen Versiegelungsgraden zugeordnet.
Aufbauend auf diesen Ansatz wurden 12 NDVI-Kategorien festgelegt (vgl. Tabelle 2).
Im Rahmen der Veränderungskartierung sollen die Versiegelungsgrade von 2005 mit denen von 2011 verglichen werden. Dabei müssen die spektralen Eigenschaften und phänologischen Gegebenheiten einer Satellitenbildszene von Mai mit einer Satellitenbildszene von September beachtet und vergleichbar gemacht werden. Hierzu wurde die 2011er Satellitenbildaufnahme auf die vorhandene Referenz-Szene von 2005, die sogenannte Masterszene, geometrisch und auch radiometrisch angepasst.
Gleisschotter sollte im Rahmen der Nutzung der Versiegelungsdaten unterschiedlich bewertet werden können. Für einige Fragestellungen werden diese Areale als versiegelt betrachtet, für andere wird ihnen eher der Charakter unversiegelter Flächen zugesprochen, daher wurden entsprechende Flächen innerhalb von Gleisanlagen separat erfasst. Es wurde eine Klasse “Gleisschotter” ausgewiesen, die optional beiden Versiegelungskategorien zugewiesen werden kann.
Durch die räumliche Verzahnung der Materialien Eisen, Schotter, teilweise auch Holzschwellen ergab sich eine tendenziell charakteristische Reflexion von Gleisschotter. Die Erfassung wurde durch eine klassentypisch spektrale Heterogenität erschwert. Insbesondere die Abgrenzung zu versiegelten Oberflächen wie Straßen war nicht sicher möglich. Um Fehlkartierungen zu vermeiden, erfolgte die Kartierung von Schotter ausschließlich innerhalb der Flächentyp-Kategorie “Bahnanlagen ohne Gleiskörper” und “Gleiskörper”. Zusätzlich wurde das Streckennetz der K5 genutzt, wodurch auch die mit Baumkronen überdeckten Gleise ermittelt werden konnten.
Die korrigierten Teilklassifizierungen wurden zu einem Datensatz zusammengeführt, der auf Pixelbasis die Grundlage für die nachfolgende regelbasierte Klassifizierung bildete. Kartierte Sandflächen, Kunstbeläge sowie Gleisschotter wurden mit den bebaut versiegelten Gebäudeflächen aus der ALK zur klassifizierten Gesamtblockfläche aggregiert.
Die Klasse “Schatten” blieb von anderen Klassen weiterhin separiert.
Regelbasierte Klassifizierung
In der regelbasierten Klassifizierung wurden die Ergebnisse der spektralen Klassifizierung mit ISU-Daten (Flächentypen) verknüpft und Versiegelungsgrade auf Pixelebene abgeleitet. Hierzu wurde zunächst das in Ausgabe 2007 entwickelte Regelwerk angewendet und eine Vorkartierung für 2011 durchgeführt. Einen schematischen Überblick hierfür gibt Abbildung 4.
Um die Vergleichbarkeit von zwei monotemporal abgeleiteten regelbasierten Klassifizierungen zu verbessern, wurde in einem zweiten Schritt eine multitemporale Veränderungsanalyse der Satellitenbilddaten zwischen 2005 und 2011 durchgeführt.