Akustische Lärmkarten – Austausch und Integration von Daten in verschiedenen Datenbanksystemen

EINLEITUNG
Gemäß der Richtlinie 2002/49/EG der Europäischen Union ist jedes Mitgliedsland verpflichtet, akustische Karten zu erstellen. Bis 2019 sind die Berechnungsmethoden in Anhang II der Richtlinie 2002/49/EG festgelegt. Ab 2019 gilt die in der Richtlinie 2015/996 beschriebene neue Berechnungsmethode CNOSSOS-EU. Eine detaillierte Beschreibung der einzelnen Methoden und Verfahren zur Erstellung akustischer Karten kann auf der von der EU verwalteten CIRCABC-Plattform eingesehen werden. Alle Daten, die im Rahmen der akustischen Kartierung entwickelt werden, sollten gemäß dem definierten Verfahren [4] gemeldet werden. Alle oben genannten Punkte sind kodifiziert worden. Es gibt jedoch keine klaren Standards für die Beschaffung, Verarbeitung und den Export von Daten. Eines der wenigen guten Beispiele sind die Leitlinien, die zu Beginn des Prozesses der Erstellung akustischer Karten entwickelt wurden. Bei der Erstellung einer akustischen Karte sind drei Datenbereiche zu bearbeiten, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1.

In den folgenden Kapiteln werden Datenquellen, Probleme und Bedürfnisse im Zusammenhang mit ihrer Verarbeitung, neue Möglichkeiten der Datenerfassung und -verarbeitung sowie Richtungen für weitere Arbeiten beschrieben.

Ein Beispiel.
Wenn wir den Akustikern die gleichen Informationen geben. Und jeder von ihnen wird eine akustische Karte mit denselben Werkzeugen erstellen.
Das Endergebnis wird sehr wahrscheinlich unterschiedlich ausfallen.

DATENQUELLEN
Zur Erstellung von Lärmkarten müssen wir eine Vielzahl von Daten aus verschiedenen Quellen verarbeiten. Die meisten Datenquellen sind nicht an die Bedürfnisse der akustischen Kartierung angepasst und erfordern mehrere Verarbeitungsschritte. Diese Verarbeitung ist nicht standardisiert und wird von jedem Kartenersteller entsprechend seiner Erfahrung und seinem allgemeinen Wissen durchgeführt. Hinzu kommt, dass jedes Lärmberechnungsprogramm die Daten auf unterschiedliche Weise verarbeitet und speichert, was die Situation weiter verkompliziert.

Austausch / Integration mit akustischen Daten

Bei der Erstellung von akustischen Karten ist es notwendig, viele Datenquellen zu nutzen, wie z. B. das numerische Geländemodell (NMT), die Gebäudedatenbank (BDT), die Umweltdatenbank (Deckung, Brücke usw.) und andere. Auf diese Daten muss eine Schicht mit akustischen Daten wie Verkehrsparameter und Art des Belags für Straßen/Schienen, Schallleistungspegel für industrielle Quellen, Lärmschutzwände usw. angewendet werden. Die Quellen dieser Daten können unterschiedlich sein, einschließlich solcher, die auf offenen Lizenzen basieren (OpenStreetMap, Inspire), sowie kostenpflichtige Regierungsdaten (NMT, BDT, usw.). Jede der oben genannten Daten kann in mehreren allgemein verwendeten Datenformaten dargestellt werden. Alle Daten wurden in die Lärmkartenberechnungsprogramme integriert. Dieser Ansatz verwischt die Transparenz der Daten.

Eine Zusammenfassung der Eingabedaten, ihrer Formate und Quellen finden Sie in Tabelle 1.
Table 1 – Eingabedaten, ihre Formate und Quellen

Beispiel (ICA 2019 Präsentationsfragmente)

Numerisches Geländemodell (NMT)

Messungen

Probleme und Bedürfnisse

The multitude of data, their sources and formats as well as methods and processing tools lead to many problems. The main need is to develop clear procedures, standardize data and ensure their interoperability. The goal is to develop methods that allow the largest possible automation of data processing and validation. Table 2 summarizes the most important problems and needs.

Die Vielzahl der Daten, ihrer Quellen und Formate sowie der Methoden und Verarbeitungswerkzeuge führt zu zahlreichen Problemen. Der Hauptbedarf besteht darin, klare Verfahren zu entwickeln, die Daten zu standardisieren und ihre Interoperabilität zu gewährleisten. Ziel ist es, Methoden zu entwickeln, die eine größtmögliche Automatisierung der Datenverarbeitung und -validierung ermöglichen. In Tabelle 2 sind die wichtigsten Probleme und Bedürfnisse zusammengefasst.

Tabelle 2 – Probleme und Bedürfnisse

NEUE MÖGLICHKEITEN
Mit Blick auf alle Prozesse, die mit der Entwicklung akustischer Karten und anderen Bereichen der Verwaltung einer großen Anzahl von Geodaten zusammenhängen, sollten Methoden entwickelt werden, die mit den bereits vorhandenen interagieren. Es liegt nahe, gute Erfahrungen, Methoden, Werkzeuge und Datenstrukturen zu nutzen, die in OpenStreetMap-, CityGML- und OGC-Projekten entwickelt wurden und die leicht mit akustischen Daten ergänzt und bei der Entwicklung akustischer Karten verwendet werden könnten.

Ein weiterer Ort für neue Möglichkeiten ist die gemeinsame Veröffentlichung und Nutzung von Daten, die in akustischen Karten entwickelt wurden, in anderen akustischen Projekten. Derzeit sind nur die Endergebnisse in Form von Karten und Tabellen verfügbar. Es gibt jedoch keinen Zugang zu Daten, die für Berechnungen akzeptiert und für akustische Bedürfnisse aufbereitet wurden. Dies führt häufig dazu, dass dieselben Daten bei anderen akustischen Bewertungen derselben Lärmquellen erneut generiert werden, und verhindert die Validierung der Daten im Prozess ihrer Selbstverbesserung (z. B. Verbesserung der Geometrie bei jeder nächsten Lärmzählung).

Die Verbreitung von Drohnen als Instrument zur Erfassung räumlicher Daten kann den Prozess der Erstellung von Karten und der Aktualisierung von Geometriedaten erheblich beschleunigen.

Mit Blick auf die Anzahl der verarbeiteten Daten sollte auch der Einsatz von Big-Data-Verarbeitungsalgorithmen in Betracht gezogen werden, die eine Automatisierung der Datenvalidierungsprozesse ermöglichen würden.

Ein weiteres Feld für die Entwicklung neuer Tools ist die Erstellung einer Matrix von Quellenrankings, die eine schnelle Abschätzung der Richtung von Veränderungen ermöglichen, ohne dass wiederholte zeitaufwändige Berechnungen durchgeführt werden müssen.

Das letzte Feld neuer Möglichkeiten ist der Versuch, den Mapping-Prozess auf der Grundlage kontinuierlicher Messungen und eines ständigen Zugriffs auf Datenbanken zu automatisieren.

Tabelle 3. fasst die wichtigsten neuen Möglichkeiten im Zusammenhang mit der Entwicklung akustischer Karten zusammen.

Tabelle 3.

INTEROPERABILITÄT
Definition: „Interoperabilität ist eine Eigenschaft eines Produkts oder Systems, dessen Schnittstellen vollständig verstanden werden, um mit anderen Produkten oder Systemen, gegenwärtig oder in Zukunft, entweder bei der Implementierung oder beim Zugriff, ohne jegliche Einschränkungen zusammenzuarbeiten.“

Bei der Erstellung der Datenstruktur, die mit der akustischen Karte verbunden ist, muss die Interoperabilität der Daten gewährleistet sein.

Derzeit verarbeiten wir alle Daten ohne eine gut entwickelte homogene Struktur und Verarbeitungsmethoden.

Gegenwärtig wird sogar der übliche Datentransfer von einem Programm zum anderen Lärmberechnungsprogramm zu einem Problem.
Ein guter Ansatzpunkt wäre der Übergang zu offenen Datenformaten und offenen Umgebungen für deren Verarbeitung. Ein Beispiel dafür sind die jüngsten Arbeiten französischer Forscher, die erfolgreich versucht haben, eine akustische Karte in einer Open-Source-Umgebung zu erstellen.

HANDLUNGSPLAN
Auf der Grundlage der obigen Übersicht werden die folgenden Schritte vorgeschlagen:

• Schritt 1: Überblick über die verwendeten Daten,
• Schritt 2: Überprüfung der Datenstrukturen,
• Schritt 3: Definition des Bedarfs (welche Daten werden benötigt, in welchem Format, in welcher Ausführlichkeit, usw.),
• Schritt 4: Überprüfung offener Datenstrukturen (OSM, CITYGML, WKT, etc.),
• Schritt 5: Erstellung von Basisdatenstrukturen,
• Schritt 6: Standardisierung der Datenverarbeitung,
• Schritt 7: Entwicklung von Methoden zur Datenvalidierung,
• Schritt 8: Entwicklung von endgültigen Standards, Richtlinien und Methoden der Datenverarbeitung.

Die Entwicklung einheitlicher Standards, Leitlinien und Methoden wird eine korrekte Bewertung des Ausmaßes des Lärmproblems ermöglichen und eine zuverlässige Bewertung der Ergebnisse zwischen den einzelnen Ländern erlauben. Derzeit konzentriert sich die Arbeit auf die Entwicklung neuer Bewertungsmethoden, wobei vergessen wird, dass das Ergebnis der akustischen Kartierung stark von den Eingangsdaten und den Methoden ihrer Verarbeitung abhängt. Ohne eine Standardisierung in diesem Bereich wird jede Karte das Originalprojekt ihres Schöpfers sein, und es wird nicht möglich sein, die Ergebnisse in der nächsten Ausgabe der Karten zuverlässig zu vergleichen.