Entwicklung eines global anwendbaren Ausgleichungsverfahrens zur vollautomatischen Ermittlung von Stadtzentren und Stadtgrenzen am Beispiel von Deutschland und den USA

Betrachtet man die Entwicklung der Bevölkerung und deren Verteilung, so lässt sich feststellen, dass es immer mehr Menschen aus den ländlichen Gebieten in die Städte zieht. Als Folge dessen steigt der Flächenbedarf und die Anzahl der weltweit vorhandenen Städte stetig an.

Genaue aktuelle Daten zu den weltweit vorhandenen Siedlungen und der von ihnen bedeckten Fläche lagen bisher nicht vor. Mit dem kürzlich am Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum entwickelten Global Urban Footprint existiert nun eine aktuelle und weltweite Kartierung der besiedelten Flächen.

Ziel der vorliegenden Arbeit soll es sein, ein Verfahren zu entwickeln, welches auf globaler Ebene und vollautomatisiert in der Lage ist, Stadtzentren und die zugehörigen Stadtgrenzen aus den Daten des Global Urban Footprint zu ermitteln. Hierzu liegen die Daten von 60 verschiedenen Regionen, mit einer jeweiligen Größe von 200x200 Kilometern, in Deutschland und den Vereinigten Staaten von Amerika vor, für welche die Ermittlung ihrer Stadtzentren und der zugehörigen Stadtgrenzen erfolgt. Auf Basis dieser können dann im weiteren Verlauf verschiedene die Zentren und Regionen beschreibende Parameter abgeleitet werden. Für die Ermittlung der Stadtzentren kommt ein mehrstufiges Ausgleichungsverfahren zum Einsatz, welches Methoden der Bildverarbeitung und der Ausgleichungsrechnung vereint. Für die Ermittlung der Stadtgrenzen wird die Dichtefunktion der bivariaten Normalverteilung für jedes der sich ergebenden Zentren berechnet und anschließend die Stadtgrenzen aus dieser abgeleitet.

Bei Betrachtung der Ergebnisse lässt sich feststellen, dass sich teils deutliche Unterschiede zwischen den Regionen der jeweiligen Länder sowie zwischen Deutschland und den Vereinigten Staaten von Amerika ergeben. Diese reichen dabei von der Anzahl der festgestellten Stadtzentren bis hin zu großen Differenzen in den berechneten Stadtflächen. Ebenfalls lassen sich Unterschiede in den vorliegenden Siedlungsstrukturen und der Verteilung der besiedelten Flächen in den Datensätzen feststellen.