Unser aktueller Forschungsschwerpunkt liegt auf:
- Numerische Modellierung des urbanen Mikroklimas mit besonderem Fokus auf die Modellierung städtischer Vegetation
- Fortschrittliche Analysen und Methoden zur Bewertung der Auswirkungen des globalen Klimawandels und der urbanen Neugestaltung auf thermischen Stress und damit verbundene Risiken
- Simulation des menschlichen thermischen Stresses bei der Nutzung urbaner Umgebungen
- Fortschrittliche Methoden der statistischen Analyse (z. B. jährliche Analysen), auch basierend auf maschinellen Lernverfahren
Die Geoinformatik am Geographischen Institut in Mainz beschäftigt sich vor allem mit der Anwendung von modernen Technologien zur Analyse und Modellierung von geospatialen Daten. Im Zentrum der Forschung stehen die Auswirkungen des globalen Klimawandels und die Gestaltung von Städten, insbesondere in Bezug auf Umweltfaktoren wie Temperatur, Luftqualität und Vegetation. Ein wichtiger Bestandteil der Forschung ist die Simulation von städtischen Mikroklimata und deren Einfluss auf die Lebensqualität der Menschen.
Ein zentrales Werkzeug, das in der Geoinformatik in Mainz verwendet wird, ist ENVI-met. ENVI-met ist eine Software, die es ermöglicht, die Wechselwirkungen zwischen städtischen Oberflächen, der Atmosphäre und dem Mikroklima zu simulieren. Mit dieser Software können Forscher in Mainz untersuchen, wie verschiedene Stadtgestaltungen, wie die Begrünung von Dächern oder die Gestaltung von Parks, das städtische Klima beeinflussen. Diese Simulationen helfen, Lösungen für städtische Hitzewellen zu finden und die Lebensbedingungen in Städten zu verbessern.
Forschungsfragen, die in der Geoinformatik in Mainz bearbeitet werden, umfassen unter anderem:
- Wie beeinflusst städtische Vegetation das Mikroklima und die Luftqualität in Städten?
- Welche städtischen Gestaltungen sind am besten geeignet, um die negativen Auswirkungen des Klimawandels, wie extreme Hitze, zu verringern?
- Wie kann ENVI-met zur Optimierung von Stadtplanungsprozessen beitragen, um den thermischen Stress in urbanen Gebieten zu minimieren?
- Welche Rolle spielen Daten aus der Fernerkundung und Satellitenbilder bei der Modellierung des städtischen Klimas?
Die Geoinformatik in Mainz zielt darauf ab, durch präzise Simulationen und Analysen fundierte Empfehlungen für die Stadtplanung zu liefern und Lösungen für die Anpassung an den Klimawandel zu entwickeln.
In Mainz spielt die Arbeit mit Geographischen Informationssystemen (GIS) eine zentrale Rolle in der Geoinformatik. GIS ist ein leistungsstarkes Werkzeug, um räumliche Daten zu erfassen, zu verwalten, zu analysieren und zu visualisieren. In der Forschung werden GIS eingesetzt, um komplexe räumliche Fragestellungen zu lösen und neue Erkenntnisse über die Wechselwirkungen zwischen Mensch, Umwelt und Raum zu gewinnen.
Die Forschungsschwerpunkte in Mainz mit GIS liegen vor allem auf der Analyse und Modellierung von Umweltdaten. Es werden unter anderem großräumige Klimadaten, topografische Informationen und Satellitendaten verarbeitet, um räumliche Muster und Veränderungen zu untersuchen. Dies umfasst beispielsweise die Analyse von Temperaturverläufen in Städten, die Kartierung von Risiken wie Hochwasser oder die Untersuchung der Auswirkungen von Landnutzungsänderungen.
Typische Forschungsfragen, die mit GIS in bearbeitet werden, sind:
- Wie lassen sich die Auswirkungen des Klimawandels auf lokale und regionale Umweltsysteme präzise kartieren?
- Welche Landnutzungsänderungen haben die größte Auswirkung auf die Biodiversität und die Umwelt?
- Wie können GIS-gestützte Analysen helfen, Risiken wie Überschwemmungen oder Hitzestress besser zu bewerten?
- Wie kann GIS in Kombination mit anderen Technologien, wie Fernerkundung oder maschinellem Lernen, verwendet werden, um detaillierte Vorhersagemodelle zu erstellen?
Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Visualisierung der Ergebnisse. GIS ermöglicht es, Daten in Form von Karten, interaktiven Web-Anwendungen und Modellen darzustellen. Diese Visualisierungen helfen Wissenschaftlern, Stadtplanern und Entscheidungsträgern, komplexe räumliche Zusammenhänge besser zu verstehen und fundierte Entscheidungen zu treffen.
Die Arbeit mit GIS in Mainz trägt dazu bei, Lösungen für aktuelle Herausforderungen, wie die nachhaltige Stadtentwicklung und die Anpassung an den Klimawandel, zu entwickeln.
Im Zuge des BSc-Moduls M4 Geographische Informationssysteme werden jedes Jahr herausragende Karten angefertigt, die technisch, inhaltlich und gestalterisch überzeugen. Damit diese Arbeiten nach der Benotung nicht nur im Archiv verstauben, wird die jeweils beste Karte der letzten und kommenden Jahre (ab 2019) zusammen mit einer kurzen Beschreibung der zugrundeliegenden Aufgabenstellung auf dieser Seite veröffentlicht.
Herzlichen Glückwunsch an die bisherigen Gewinner des Wettbewerbs!
In Folge des Booms von Crypto-Währungen will die fiktive Firma CRXY eine neue Serverfarm in Texas, USA bauen. Im Rahmen des Abschlussprojekts 2025 sollte mithilfe einer Multi-Criteria-Decision-Analysis der beste Standort dafür gefunden werden. Aufgrund von möglichen verfügbaren Fördermitteln kamen nur gewisse Counties für die Planung in Frage. Außerdem mussten Puffer um Stadtzentren und ein Schutzgebiet von der potentiell bebaubaren Fläche ausgeschlossen werden. Um innerhalb der Potentialfläche den perfekten Standort zu finden, musste eine Gewichtung anhand der folgenden drei Kriterien errechnet werden: Nähe zu Photovoltaik-Anlagen für eine direkte und nachhaltige Stromquelle, hoher Ausbaugrad von Internet-Breitbandverbindungen und niedrige Geländehöhen.
Workation, also die Verbindung aus Arbeit (work) und Urlaub (vacation) ist eine wachsende Tourismussparte. Im Rahmen des Abschlussprojekts wurde für einen fiktiven Bauherrn der ideale Standort für eine neue Workation-Anlage ermittelt. Diese soll auf der Nordinsel Neuseelands in der Manawatū-Whanganui Region entstehen. Zwar müssen zur Versorgung in unmittelbarer Nähe Cafés oder Restaurants zu finden sein, doch im Sinne des Naturerlebnisses in Abgeschiedenheit soll einiger Abstand zu größeren Städten eingehalten werden. Selbstverständlich darf die Anlage allerdings nicht innerhalb von Naturschutzgebieten gebaut werden. Der finalen Standortentscheidung sollte schließlich die Multi-Criteria-Decision-Analysis folgender drei gleichgewichteter Parameter zugrundeliegen: eine möglichst große Nähe zum bestehenden Glasfaser-Netz für eine schnelle und stabile Internetverbindung, ein möglichst großer Abstand zu historischen Stätten, die beim Auftraggeber als langweilig verrufen sind, und möglichst geringe Distanzen zu Mountainbike-Parks für die Freizeitgestaltung.
Im Abschlussprojekt 2023 wurde in einem fiktiven Szenario nach dem perfekten europäischen Standort für eine neu zu planende Algenfarm im Meer gesucht. Es galt dabei harte Kriterien wie bestimmte Abstände zu Häfen und Atomkraftwerken sowie die Lage innerhalb genau definierter Fischereizonen zu beachten. Für die anschließende Multi-Criteria-Decision-Analysis sollten folgende drei Parameter zu gleichen Teilen berücksichtigt werden: Eine südliche Hangausrichtung der Bathymetrie, eine möglichst hohe Wassertemperatur und eine große Nähe zu bereits vorhandenen, spezifischen Makroalgen-Farmen. Die finale Fläche sollte sich bestenfalls in Küstennähe befinden und es konnten noch weitere Kriterien wie Naturschutzgebiete, Fährverbindungen oder Infrastruktur bei der Planung berücksichtigt werden.
Die fortschreitende Elektrifizierung in der Mobilitätsbranche führt zu einem hohen Bedarf an Lithium-Ionen-Akkus. Um die Abhängigkeit vom Weltmarkt zu reduzieren, sollte in einem fiktiven Planungsszenario ein perfekter Standort für eine Lithium-Ionen-Akku-Fabrik in Europa gefunden werden. Die Fabrik sollte sich aufgrund der Transportwege möglichst nah an großen Lithiumvorkommen und E-Auto-Fabriken, aber möglichst weit entfernt von bestehenden Akku-Fabriken befinden. Zudem mussten Länder von der Planung ausgeschlossen werden, die einen zu niedrigen Anteil von erneuerbaren Energien am Strommix bzw. einen zu hohen Unternehmenssteuersatz aufweisen. Nach der regionalen Standortwahl aufgrund dieser Kriterien sollten anschließend eigene Kriterien recherchiert sowie die entsprechenden Daten heruntergeladen und in der Karte eingebunden werden, um den perfekten Standort innerhalb der definierten Region aufzuzeigen und zu begründen. Infrastruktur, Landnutzung und Gelände wurden hierfür am häufigsten verwendet.
In den letzten Jahren gab es zahlreiche Studien zu den vielfältigen Auswirkungen des Klimawandels. Ein Teilbereich beschäftigt sich dabei mit den Veränderungen für den Weinbau: Dabei wird zum einen untersucht, welchen Einfluss der Klimawandel auf die größten und bekanntesten Weinbauregionen der Welt hat und zum anderen welche Regionen durch veränderte Temperatur- und Niederschlagsverhältnisse in Zukunft zu neuen Weinbauregionen werden könnten. Im Rahmen des Abschlussprojektes 2021 sollte nun eine Karte erstellt werden, die mögliche Riesling-Anbauflächen in Großbritannien im Jahr 2100 (basierend auf einer realen Modellierungs-Studie) analysiert und einen gut geeigneten Weingut-Standort definiert. Dieser Standort sollte zusätzlich vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich Landnutzung, Bodenverhältnissen und Geländeeigenschaften wie Höhe, Neigung und Exposition aufweisen. Das Weingut musste beispielhaft mit Gebäuden, Weinbergsflächen und einer zu berechnenden Straßenanbindung digitalisiert werden.
Für das Abschlussprojekt im Jahr 2020 musste mithilfe einer Multi-Criteria-Decision-Analysis der optimale Standort für einen neuen Photovoltaik-Park in Thüringen gefunden werden. Dazu wurde die Fläche Thüringens zunächst auf drei Landkreise mit besonders hohem Potential reduziert. Besonders hohes Potential wurde dabei für Flächen definiert, die hohe Werte solarer Einstrahlung im Jahresmittel aufweisen sowie nach Süden ausgerichtet und nur leicht geneigt sind. Bereits bestehende zentrale Photovoltaik-Anlagen, Puffer um Straßen und Bahnstrecken, Gebäudeflächen und Gewässer mussten von der Planung ausgeschlossen werden. Zudem konnten weitere Faktoren wie Schutzgebiete, Landschaftsnutzung oder Bodenrichtwerte berücksichtigt werden. Der neue Solar-Park sollte nach den Berechnungen der Potential- und Ausschlussflächen auf einer möglichst großen zusammenhängenden Fläche (zwischen 2 und 4 km²) höchster Eignung geplant werden. Zudem musste eine kostengünstige Straßenanbindung anhand der Neigung errechnet werden.
Das GIS-Abschlussprojekt 2019 bestand aus der Planung einer neuen Metro-Linie für die Stadt Rom, um die Verkehrsströme umzuleiten und dadurch die Luftqualität in besonders von Verkehrsemissionen belasteten Gebieten zu verbessern. Hierzu mussten CSV-Dateien fiktiver Messstationen mit ebenfalls fiktiven Luftqualitäts-Indizes importiert, miteinander verknüpft und daraus ein vektorbasierte Gewichtungsfläche generiert werden. Eine fiktive Raster-Karte harten Gesteins musste georeferenziert und digitalisiert werden. Diese Flächen sollten bei der Planung ebenso gemieden werden wie bestimmte archäologische Fundstellen und Attraktionen, die aus dem OpenStreetMap-Datensatz bezogen und mit gewissen Abständen versehen wurden. Bestenfalls sollte die zuvor errechnete Gewichtungsfläche durch diese Ausschlussflächen reduziert werden. Die neu geplante Metrolinie sollte nun möglichst durch die am stärksten von der Luftverschmutzung betroffenen Stadtgebiete verlaufen und möglichst wenig Überschneidung mit den 3 bestehenden Linien aufweisen. Allerdings sollte mindestens eine zentrumsnahe Umstiegshaltestelle eingeplant werden. Weitere Einflussfaktoren wie Gebiete mit hoher Einwohnerdichte, Geschäftsviertel, Ausbildungs- oder Sportstätten sowie Tourismusziele konnten zusätzlich berücksichtigt werden. Neben der Streckenführung umfasst die Planung auch die Platzierung von Haltestellen, die nach Umsetzbarkeit des Bauvorhabens (z.B. an einer größeren Straße oder einem Einkaufszentrum) und zu recherchierenden Abständen/Einzugsbereichen gesetzt werden sollten.
Der Potentialbereich EXPOHEALTH (EXPOsure-related HEALTH effects) untersucht gesundheitliche Risiken der Umweltstressoren Verkehrslärm, Luftverschmutzung und Klimawandel-bedingter Hitzeperioden. Besonderes Augenmerk wird auf die Charakterisierung von pathophysiologischen Prozessen sowie die Auswirkungen auf Bevölkerungsebene mit Fokus auf Erkrankungen der Hirn-Herz-Achse und Krebs gelegt. Die AG Geoinformatik unterstützt die vorrangig im medizinischen Bereich angesiedelten Untersuchungen mit ihrer Expertise im Bereich Geodaten und Geoinformationssystemen.
Project: GreenSkin – innovative mass-market integrated living wall façade-construction systems
The GreenSkin partners want to make cities greener worldwide and therefore deliver the first mass-market green façade solutions. Both rear ventilated and ETICS facades are addressed and highly cost effective living wall systems developed. The innovation potential is increased by the complementary expertise of the partners. Synergies in the interaction of production and construction are identified and realized. The partners are able to produce and market GreenSkins worldwide.
Development of an evaluation tool for green infrastructure and their positive effects derived for cities worldwide.
The Green4cities project aims to develop a worldwide applicable evaluation method and planning tool called Green pass to help reduce the negative impacts of urban areas and local climate as heat stress, nocturnal heat island and pluvial flooding, achieved with minimum input of resources. It shall boost the implementation of green infrastructures (GI) in cities, the quality, attractiveness and competitiveness of urban form and will create revenue and jobs for the SME partners in the project.
Utilizing simulations, the efficiency of the newly developed PROGREENcity technologies regarding their micro-climatic effects (cooling effect, insulation effect, climate improvements) and their ability to absorb particulate matter are publicly traceable online.
The actual gauging stations in the form of inhabited, greened Microhouses are situated in 3 European cities, representing different climate zones: Vienna (Austria), Bottrop (Germany) and Madrid (Spain). The measurement results of the houses can be observed under www.progreencity.com.
The measurement results as well as the evaluation of the experience accounts of the tenants provide an extensive data set, which builds the basis of a focused planning strategy for the effective processing of urban environmental problems under site-specific circumstances. The accumulated data are aimed to convince politicians, architects and planners, municipalities and the public of the need for green constitution of future cities, with PROGREENcity providing the means.
„Strategies and concepts for urban planning to mitigate the adverse impacts of climate extremes on human comfort and public health in cities“ (funded by the BMBF – Federal Ministry of Education and Research)
Im Zentrum des BMBF-Projekts KLIMES wurden stadtplanerische Strategien entwickelt, um die negativen Folgen des Klimawandels in Städten zu mindern. Dazu wurde das Mikroklimamodell ENVI-met ( www.envi-met.com) so weiter entwickelt, dass es möglich ist, auf der Architekturebene die Auswirkungen von baulichen Veränderungen auf das Stadtklima zu analysieren. Neben der Veränderung von einzelnen Gebäuden können auch die Materialeigenschaften von Häuserwänden beliebig modifiziert werden. Somit können auch Einflüsse kleinskaliger Maßnahmen wie Sonnensegel, Fassadenbegrünung oder Pergolen explizit simuliert werden. In Zusammenarbeit mit der Umweltmeteorologie der Universität Kassel und der Meteorologie und Klimatologie der Universität Freiburg wurden Klimamessungen durchgeführt und für vier Quartiere in Freiburg aktuelle und zukünftige Klimaszenarien entwickelt. Nach der Analyse der Klimasimulation durch ENVI-met wurden die Gebiete stadtplanerisch optimiert und Vergleiche zwischen den Simulationen angestellt. Die Ergebnisse des Projekts sind unter anderem im Leitfaden für klimawandelgerechtes Planen und Bauen zusammengefasst.
Link: Klimes
„Benefits of Urban Green Spaces“ (funded by the 5th EU Framework Programme)
The inter-related issues of urban sprawl, traffic congestion, noise, and air pollution are major socio-economic problems faced by most European cities. The main objective of BUGS is to develop an integrated methodology to assess the role of green space in alleviating the adverse effects of urbanisation. Addressing the impact of green areas on such diverse areas as traffic flows and emissions, air quality, microclimate, noise, accessibility, economic efficiency, and social well-being, this methodology will allow to deduce a set of guidelines regarding the use of green space as a design tool for urban planning, at scales ranging from a street canyon or a park to an entire urban region. Potential end-users are actively involved to help focus and steer the work. Supported by a marketing strategy, the ultimate goal is to turn the methodology into a self-sustaining activity, to be offered as a service to urban and regional authorities in Europe.
Link: BUGS
Mit der Geoinformatik werden Sie während Ihres Bachelor-Studiums in den Bereichen Statistik, GIS, Geosimulation und Fernerkundung unausweichlich Kontakt haben.
Wenn Sie Spaß an neuen numerischen Methoden und Computersimulationen gefunden haben, dann bietet sich (- im Wahlpflichtbereich-) ein Kurs zu „Speziellen Methoden der Geoinformatik“ an.
Natürlich können Sie Ihre Bachelor-Arbeit in der Geoinformatik schreiben.
Im Master-Studium erlernen Sie vertiefte Methoden aus dem Bereich Geoinformatik und Klimatologie. Hier geht es um das Design von Simulationsmodellen, die Energiebilanz von städtischen Oberflächen und um Visualisierungsmethoden im Bereich der Computergrafik. Sie entwerfen eigene Ideen aus den Bereichen Architektur, Stadtplanung und Landschaftsarchitektur und optimieren diese mit der Hilfe von Simulationsrechnungen.