EMPHASES

Natur und Artenvielfalt sind nicht nur für die Existenz menschlicher Gesellschaften essentiell, sondern werden auch durch die Ausdehnung von Städten und Verkehrsinfrastrukturen bedroht. So wie menschliche Gesellschaften von gut durch Strassen und Schienen verbundenen Siedlungen (d.h. Siedlungsnetzwerken) abhängig sind, sind auch Tierarten auf Netzwerke gut verbundener Lebensräume (d.h. Lebensraumnetzwerke) angewiesen. Wechselwirkungen innerhalb dieser Netzwerke (z. B. Wechselwirkungen zwischen Landnutzung und Verkehr und Metapopulationsdynamik) sowie zwischen den Netzwerken (z. B. zwischen Verkehr und Lebensraumvernetzung) führen zu einer komplexen Systemdynamik. Daher werden gekoppelte Siedlungs- und Lebensraumnetzwerke als komplexes sozio-ökologisches System betrachtet. Um zu verstehen, wie sich das Wachstum von Siedlungen und Verkehrsinfrastrukturen auf die biologische Vielfalt auswirkt, müssen die kombinierten Auswirkungen der netzwerkinternen und -externen Wechselwirkungen auf ihre langfristige Entwicklung entschlüsselt werden: eine Analyse, die noch nie mit empirischen Daten durchgeführt wurde. Die Theorie komplexer Systeme bietet nützliche Konzepte für eine solche anspruchsvolle Analyse. In komplexen Systemen entstehen emergente Phänomene aus den Wechselwirkungen zwischen den Teilkomponenten des Systems und unterliegen Gesetzmässigkeiten, die sich nicht aus denen der Teilkomponenten ableiten lassen. Netzwerke werden häufig zur Untersuchung emergenter Phänomene verwendet. In diesem Projekt untersuchen wir die Dynamik von Siedlungs- und Lebensraumnetzwerken seit mehr als einem Jahrhundert und analysieren, wie diese Dynamik zu emergenten sozialen und ökologischen Phänomenen führt. Unser Untersuchungsgebiet ist das dicht besiedelte Schweizer Mittelland.

In Arbeitspaket 1 werden wir eine Zeitreihe historischer topographischer Karten seit 1870 klassifizieren und vektorisieren. Wir werden eine Reihe von natürlichen und anthropogenen Kartenmerkmalen mit modernsten Deep-Learning-Bildklassifikationsverfahren klassifizieren. Mit GIS-Modellierungsmethoden wird die Qualität dieser Klassifizierungen verbessert und es werden Korrekturen vorgenommen, die für die Vektorisierung notwendig sind.

In Arbeitspaket 2 werden wir aus den klassifizierten historischen Karten, sowie weiteren historischen Datensätzen und Dokumentationen Zeitreihen von Siedlungs- und Lebensraumnetzwerken konstruieren. Als Attribute der Netzwerke werden wir die wichtigsten wechselwirkenden Variablen innerhalb und zwischen den Netzwerken aufnehmen. Die Entwicklung der Netzwerke wird mit einer Reihe von Netzwerkmetriken beschrieben.

 

In Arbeitspaket 3 werden wir emergente soziale und ökologische Phänomene identifizieren, die für die nachhaltige Entwicklung von urbanen Regionen relevant sind (z.B. solche, die sich auf den Artenreichtum und sozioökonomische Indikatoren beziehen), sie mit mathematischen Funktionen (wo möglich) beschreiben und ihre zeitliche Stabilität bewerten. Darüber hinaus wollen wir die Phänomene mit der Dynamik der Interaktionen innerhalb und zwischen den Siedlungs- und Lebensraumnetzwerken erklären. Wir werden auch mögliche Rückkopplungen dieser emergenten Phänomene auf die Netzwerke untersuchen.
 

Dieses Projekt wird nicht nur unser Verständnis der langfristigen Dynamik von Siedlungs- und Lebensraumnetzen verbessern, sondern auch Informationen für nachhaltige Planungslösungen für Länder liefern, in denen die Periode des raschen Bevölkerungs- und Siedlungswachstums noch bevorsteht. Ausserdem werden wir die Kartenprodukte der wissenschaftlichen Fachwelt zur Verfügung stellen.