Modellierung des Suburbanisierungsprozesses in ... - Michał Beim

Modellierung des Suburbanisierungsprozesses in ... - Michał Beim Modellierung des Suburbanisierungsprozesses in ... - Michał Beim

31.10.2012 Aufrufe

Michał Beim Lehrstuhl für Raumökonometrie Institut für Sozio-ökonomische Geographie und Raumplanung Adam-Mickiewicz-Universität, Posen, Polen Modellierung des Suburbanisierungsprozesses in dem Großraum Posen unter Nutzung künstlicher neuronaler Netze und zellulärer Automaten Dr. Michał Beim, Adam-Mickiewicz Universität Posen Modellierung des Suburbanisierungsprozesses in dem Großraum Posen… 1

<strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong><br />

Lehrstuhl für Raumökonometrie<br />

Institut für Sozio-ökonomische Geographie und Raumplanung<br />

Adam-Mickiewicz-Universität, Posen, Polen<br />

<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong><br />

<strong>Suburbanisierungsprozesses</strong><br />

<strong>in</strong> dem Großraum Posen<br />

unter Nutzung künstlicher<br />

neuronaler Netze<br />

und zellulärer Automaten<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong>, Adam-Mickiewicz Universität Posen<br />

<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen… 1


1. E<strong>in</strong>führung<br />

Plan der Präsentation<br />

2. Die Ziele der Forschung<br />

3. Plan der Doktorarbeit<br />

4. Def<strong>in</strong>ition der Suburbanisierung<br />

5. Die Def<strong>in</strong>ition <strong>des</strong> Ballungsraums Posen<br />

6. Methodologie<br />

7. Ergebnisse<br />

8. Zusammenfassung<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong>, Adam-Mickiewicz Universität Posen<br />

<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen… 2


Die Ziele der Doktorarbeit<br />

Das Werk verfügte über drei Arten von Zielen:<br />

a) methodische - Anpassung der zellulären<br />

Automaten und neuronalen Netze zu Analyse<br />

der Suburbanisierung - die Schaffung von<br />

Regeln und Software, die <strong>in</strong> Studien anderer<br />

Ballungsräume verwendet werden können;<br />

b) empirische - Richtung und Tempo der<br />

Suburbanisierung zu beschreiben, Faktoren<br />

und Motive der Bevölkerungsmigration <strong>in</strong> die<br />

Vororte kennenzulernen;<br />

c) praktische - das Werkzeug der zellulären<br />

Automaten und künstlichen neuronalen<br />

Netzwerke für die Planungsanalyse nutzbar zu<br />

machen.<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong>, Adam-Mickiewicz Universität Posen<br />

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Gliederung der Doktorarbeit<br />

1. E<strong>in</strong>leitung<br />

2. Geschichte der Suburbanisierung und Lebenszyklen der Stadt<br />

3. Begriffsbestimmungen und Abgrenzung <strong>des</strong> Ballungsraumes<br />

4. Merkmale der Agglomeration von Posen<br />

5. Gründe und Faktoren der Abwanderung <strong>in</strong> Großraum Posen<br />

6. Hybrid-Modell der Entwicklung der Vororte von Posen<br />

7. Das konzeptionelle Modell der Entwicklung der Vorstädte<br />

8. Zusammenfassung<br />

9. Appendix 1 - zellulären Automaten<br />

10. Appendix 2 - künstliche neuronale Netze<br />

11. Appendix 3-6 - die Ergebnisse von Erhebungen und sonstigen<br />

tabellarischen Zusammenstellungen<br />

12. Bibliographie<br />

13. Anhang - CD mit Programmen, die <strong>in</strong> der Forschung verwendet<br />

wurden<br />

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<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen… 4


Geschichte der Suburbanisierung<br />

Vorstädten bestehen seit prähistorischer Zeit, aber der<br />

Verteidigungscharakter der Städte beschränkte sie <strong>in</strong><br />

Umfang und Art der Gebäude bis zum Ende <strong>des</strong><br />

neunzehnten Jahrhunderts.<br />

Der Beg<strong>in</strong>n der Suburbanisierung war <strong>in</strong> den USA am Ende<br />

<strong>des</strong> neunzehnten Jahrhunderts, <strong>in</strong> Westeuropa nach dem<br />

Zweiten Weltkrieg. In Polen begann das Phänomen der<br />

breiten Suburbanisation mit der politischen Transformation<br />

nach 1989.<br />

Die Geschichte der Entwicklung der Vorstädte ist eng<br />

verbunden mit der Entwicklung <strong>des</strong> Verkehrs: die ÖPNV<br />

zuerst, dann MIV.<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong>, Adam-Mickiewicz Universität Posen<br />

<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen… 5


Def<strong>in</strong>ition der Suburbanisation<br />

Allgeme<strong>in</strong> anerkannt ist: Suburbanisierung ist das Ergebnis<br />

der Migration, vor allem von wohlhabenden Gruppen, die<br />

primer aus den heruntergekommenen zentralen Bezirken<br />

<strong>in</strong> die Vorstädte abwandern. In e<strong>in</strong>er Distanz von der<br />

Stadtmitte, die tägliches Pendeln zur Arbeit <strong>in</strong> Zentrum<br />

erlaubt und dabei gleichzeitig wesentlich bessere<br />

Lebensbed<strong>in</strong>gungen als die früheren Wohnorte bieten.<br />

(Palmisano, 2000).<br />

Suburbanisierung steht im Zusammenhang mit e<strong>in</strong>em<br />

Rückgang der Bevölkerungsdichte <strong>in</strong> den städtischen<br />

Zentren und e<strong>in</strong>er Erhöhung der Dichte <strong>in</strong> der Umgebung,<br />

während die Netto-Zuwanderung <strong>in</strong> städtischen<br />

Verdichtungsraumen positiv ist. (Berry 1976, Klaassen<br />

Pael<strong>in</strong>ck 1979).<br />

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Def<strong>in</strong>ition der Suburbanisation<br />

Peripherie<br />

Eigene Grafik nutzung: Berry 1976, Klaassen Pael<strong>in</strong>ck 1979, Champion<br />

1999 i 2001<br />

/<br />

Bevölkerungsdichte<br />

Zentrum<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong>, Adam-Mickiewicz Universität Posen<br />

Peripherie<br />

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„Urban sprawl” und Suburbanization<br />

Zwei Bedeutungen <strong>des</strong><br />

Konzepts:<br />

• e<strong>in</strong>e Beschreibung der<br />

allgeme<strong>in</strong>en Prozesse<br />

der räumlichen<br />

Ausdehnung der Stadt<br />

• e<strong>in</strong>e Beschreibung der<br />

spezifischen<br />

Bed<strong>in</strong>gungen der<br />

morphologischen<br />

Prozesse zu<br />

Charakterisierung der<br />

räumlichen Ausdehnung<br />

der Städte<br />

Eigene Grafik auf der Grundlage der<br />

Duany, Plater-Zyberk, Speck J. 2001;<br />

Perry, Dean, Brown, 1986<br />

urząd<br />

centrum handlowe<br />

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Abgrenzung <strong>des</strong> Großraumes Posen<br />

Basierend auf der Analyse der<br />

bisherigen<br />

wissenschaftlichen<br />

Arbeiten, sowie<br />

verschiedener sozioökonomischer<br />

Daten,<br />

wurde die Agglomeration<br />

Posen operativ def<strong>in</strong>iert als<br />

Stadt Posen und Posener<br />

Landkreis.<br />

Der Landkreis besteht aus 17<br />

Geme<strong>in</strong>den: 2 Städten, 8<br />

Stadt- und Landgeme<strong>in</strong>den<br />

und 7 Landgeme<strong>in</strong>den.<br />

Öffentliche Statistik für Posen<br />

wird nur für 5 ehemalige<br />

Stadtteile geführt.<br />

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Charakteristik der Agglomeration<br />

Suburbanisierung im Ballungsraum Posen ist empirisch<br />

bestätigt.<br />

Sie ist räumlich ungleichmäßig - dom<strong>in</strong>ante Richtungen<br />

s<strong>in</strong>d die westlichen und nördlichen Geme<strong>in</strong>den.<br />

Vor der Jahrhundertwende gab es e<strong>in</strong>en Anstieg <strong>des</strong><br />

Tempos der Suburbanisierung und die andere<br />

Wanderungsrichtungen wurden populärer.<br />

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<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

10


Charakteristik der Agglomeration<br />

Als Folge der Zunahme der Migration <strong>in</strong> die Vororte wurden<br />

die demographischen Prognosen <strong>des</strong> GUS (Das<br />

Zentrale Statistische Amt) zum Jahr 2030 überarbeitet.<br />

Die Bevölkerung von Posen wurde um mehr als 90 000<br />

Personen (bis zu 485 109 Personen) im Vergleich zu<br />

Prognosen von vor-2000 verr<strong>in</strong>gert.<br />

Poznań<br />

Landkreis<br />

Zusammen<br />

Prognose<br />

aus 2005 2010 2015 2020 2025 2030<br />

2000 571772 575056 581118 584522 k.A. 577800<br />

2002 573039 561932 547887 530390 509203 485109<br />

2000 264239 277343 292010 305343 k.A. 320000<br />

2002 281811 301625 321140 339539 353283 361226<br />

2000 836011 852399 873128 889865 k.A. 897800<br />

2002 854850 863557 869027 869929 862486 846335<br />

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11


Charakteristik der Agglomeration<br />

%<br />

170,00<br />

160,00<br />

150,00<br />

140,00<br />

130,00<br />

120,00<br />

110,00<br />

100,00<br />

90,00<br />

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005<br />

Powiat poznański<br />

Veränderungen der Bevölkerung im Großraum Posen (e<strong>in</strong>zelne E<strong>in</strong>heiten)<br />

Quelle: eigene Grafik auf der Grundlage der GUS Daten<br />

Luboń<br />

Puszczykowo<br />

Buk - miasto<br />

Buk - obszar wiejski<br />

Czerwonak<br />

Dopiewo<br />

Kleszczewo<br />

Komorniki<br />

Kostrzyn - miasto<br />

Kostrzyn - obszar wiejski<br />

Kórnik - miasto<br />

Kórnik - obszar wiejski<br />

Mos<strong>in</strong>a - miasto<br />

Mos<strong>in</strong>a - obszar wiejski<br />

Murowana Gośl<strong>in</strong>a - miasto<br />

Murowana Gośl<strong>in</strong>a - obszar wiejski<br />

Pobiedziska - miasto<br />

Pobiedziska - obszar wiejski<br />

Rokietnica<br />

Stęszew - miasto<br />

Stęszew - obszar wiejski<br />

Suchy Las<br />

Swarzędz - miasto<br />

Swarzędz - obszar wiejski<br />

Tarnowo Podgórne<br />

Poznań<br />

aglomeracja<br />

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Charakteristik der Agglomeration<br />

7 000<br />

6 000<br />

5 000<br />

4 000<br />

3 000<br />

2 000<br />

1 000<br />

aglomeracja<br />

Powiat poznański<br />

Poznań<br />

0<br />

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005<br />

Anzahl von neuen Wohnungen, die <strong>in</strong> Jahren 1990-2005 <strong>in</strong> Betrieb genommen werden<br />

Quelle: eigene Grafik auf der Grundlage der GUS Daten<br />

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13


Charakteristik der Agglomeration<br />

Die<br />

Veränderung<br />

der<br />

Bevölkerung<br />

zwischen<br />

1990-2005<br />

(aufgeschlüs<br />

selt nach die<br />

Städtische-<br />

Ländlichen<br />

Teilen der<br />

Geme<strong>in</strong>den<br />

und Bezirke<br />

Posens;<br />

Jahr 1990 =<br />

100%)<br />

Quelle: eigene<br />

Bearbeitung<br />

auf der<br />

Grundlage der<br />

GUS Daten<br />

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<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

14


Charakteristik der Agglomeration<br />

Die Veränderung<br />

der<br />

Bevölkerung<br />

<strong>in</strong> den Jahren<br />

2000-2005,<br />

(aufgeschlüss<br />

elt nach die<br />

Städtischeländlichen<br />

Teilen der<br />

Geme<strong>in</strong>den<br />

und<br />

Siedlungen<br />

Posens;<br />

Jahr 2000 =<br />

100%;<br />

angemeldete<br />

Personen)<br />

Quelle: eigene<br />

Bearbeitung auf<br />

der Grundlage<br />

der Stadtamt<br />

Posen und GUS<br />

Daten<br />

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<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

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Methodologie<br />

Bei der Doktorarbeit wurden drei wichtige<br />

Verfahren der Forschung verwendet:<br />

• Künstliche neuronale Netze<br />

• Zellulare Automaten<br />

• Umfrage<br />

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<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

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Hybrid-Modell<br />

Hybrid-Modell verb<strong>in</strong>det<br />

künstliche neuronale Netze<br />

und zellulären Automaten.<br />

Es gibt zwei Ansätze für<br />

neuronale Netze:<br />

• Bestimmung der<br />

Wahrsche<strong>in</strong>lichkeit <strong>des</strong><br />

"Besiedelns" (die<br />

Wohnattraktivität <strong>des</strong><br />

Gebiets)<br />

• Ermittlung der Regeln für<br />

die zellulären Automaten.<br />

Zellulärer Automat<br />

Erstes künstliches neuronales Netz<br />

Ansiedlungswahrsche<strong>in</strong>lichkeit<br />

Grundstückspreise<br />

Raumerschließung<br />

Entfernung vom Zentrum<br />

Juristische Bed<strong>in</strong>gungen<br />

Natürliche Bed<strong>in</strong>gungen<br />

Künstliches<br />

neuronales Netz<br />

Ansiedlungswahrsche<strong>in</strong>lichkeit<br />

(für jede Zelle)<br />

0,9 0,4 1,0 0,2<br />

Analyse <strong>des</strong> Stands der eigenen Zellen<br />

und von benachbarten Zellen<br />

- Veränderung der Bevölkerungsdichte<br />

(<strong>des</strong> eigenen Zustan<strong>des</strong>) <strong>in</strong> e<strong>in</strong>er Zelle<br />

Losung mit der<br />

angegebenen<br />

Wahrsche<strong>in</strong>lichkeit<br />

Anfangsbed<strong>in</strong>gungen<br />

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0,4<br />

0,1 1,0 0,3 0,6 0,3<br />

0,3 0,5 0,5 0,1 0,6<br />

0,9 0,7 0,4 0,8 0,3<br />

0,1 0,5 0,4 0,1 0,0<br />

Zwischenraume,<br />

welche den<br />

Überführungsfunktion<br />

h<strong>in</strong>zuberechnet wurden<br />

Überführungsfunktion<br />

(f1)<br />

JA<br />

angesiedelt<br />

(d.h. ändert eigenen Zustand)<br />

NEIN<br />

Zweites künstliches neuronales Netz<br />

nicht angesiedelt<br />

(eigener Zustand<br />

bleibt nicht geändert)<br />

Bevölkerungsdichte<br />

t0 t1<br />

Künstliches<br />

neuronales Netz<br />

Überführungsregeln<br />

für verschiede<br />

Überführungsfunktionen<br />

(f1, f2, f3)<br />

Analyse <strong>des</strong> Stands<br />

der eigenen Zellen -<br />

Auswahl Überführungsfunktion<br />

...<br />

Überführungsfunktion<br />

(fn)<br />

Analyse <strong>des</strong> Stands der eigenen Zellen<br />

und von benachbarten Zellen<br />

- Veränderung der Bevölkerungsdichte<br />

(<strong>des</strong> eigenen Zustan<strong>des</strong>) <strong>in</strong> e<strong>in</strong>er Zelle<br />

...<br />

...<br />

<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

17


Verfahren – die neuronalen Netze<br />

Künstliche neuronale Netze wurden <strong>in</strong> den drei Phasen der<br />

Forschung e<strong>in</strong>gesetzt:<br />

• bei der Analyse der Hauptkomponentenanalyse (PCA),<br />

• die Bestimmung von "Attraktivitätsregeln"<br />

• die Bestimmung der Parameter der zellulären<br />

Automaten.<br />

Im ersten Fall (PCA) wurde schließlich aufgegeben.<br />

Analyse mit Hilfe künstlicher neuronaler Netze war viel<br />

langsamer als mit e<strong>in</strong>em Programm, die im GNU<br />

Octave-Umwelt arbeitete.<br />

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<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

18


Verfahren – die neuronalen Netze<br />

Das Ergebnis der neuronalen Netze war e<strong>in</strong>e Matrix, welche<br />

die „Wohnattraktivität“ für jede der Zellen angab.<br />

Die Attraktivität, nach der Normalisierung <strong>des</strong> Wertes von 0<br />

bis 1, wurde <strong>in</strong> e<strong>in</strong>em Algorithmus <strong>des</strong> zellulären<br />

Automaten als die Wahrsche<strong>in</strong>lichkeit <strong>des</strong> Auftretens e<strong>in</strong>es<br />

neuen Gebäu<strong>des</strong> <strong>in</strong> der Zelle angegeben.<br />

Die Attraktivität der Besiedlung wurde auf der Grundlage von<br />

33 Themenschichten (z.B. Nähe zu Grünanlage,<br />

Naturschutzgebiete, Entfernung von Strassen etc.) für die<br />

verschiedenen der Zeitperioden (1990-2005, 2000-2005)<br />

und räumlichen Auflösungen berechnet.<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong>, Adam-Mickiewicz Universität Posen<br />

<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

19


Verfahren – die neuronale Netze<br />

Der Vergleich der<br />

Diagramme der<br />

Besiedlungsattraktivität<br />

für die Jahre 1990-2005<br />

im Falle von 9 und 300<br />

Iterationen.<br />

Summe <strong>des</strong> Fehlers <strong>in</strong> der Analyse der<br />

Attraktivität der Besiedlung Nutzung RPROP<br />

Funktion (rote Farbe - das Verhalten von<br />

Funktionen im Falle e<strong>in</strong>es Verifikationsdaten Test<br />

alle fünf Schritten)<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong>, Adam-Mickiewicz Universität Posen<br />

<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

20


Verfahren – die neuronalen Netze<br />

E<strong>in</strong>gangsignal (u) waren 33 thematischen Schichten,<br />

Supervisorsignal (Yz) - Veränderungen <strong>des</strong> Prozentsatzes<br />

der gebauten Fläche <strong>in</strong> verschiedenen Zellen. Das Ergebnis<br />

war die Wohnattraktivität der verschiedenen Zellen (Y).<br />

u1<br />

u2<br />

...<br />

un<br />

w2<br />

wn<br />

w1<br />

ϕ1=2u1w+2unwn ϕ1=2u1w+2unwn ...<br />

ϕ1=2u1w+2unwn f( ϕ1)<br />

f( ϕ1)<br />

f( ϕ1)<br />

Y1<br />

Y2<br />

Y1<br />

Y2<br />

ϕ1=2u1w+2unwn ...<br />

ϕ1=2u1w+2unwn ...<br />

f( ϕ1)<br />

f( ϕ1)<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong>, Adam-Mickiewicz Universität Posen<br />

Y3<br />

ϕ1=2u1w+2unwn δ Y-Y<br />

Y<br />

f( ϕ1)<br />

Y<br />

<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

21


Verfahren – die neuronalen Netze<br />

Die Analyse der Gewichtung, durch künstliche neuronale<br />

Netze, erlaubt die Identifizierung der wichtigsten<br />

Faktoren für die Attraktivität <strong>des</strong> Gebäu<strong>des</strong>:<br />

• im Zeitraum 1990-2005 waren für die Entwicklung <strong>des</strong><br />

Gebäu<strong>des</strong> wichtig: die Nähe der Bahnhöfe und der<br />

Präsenz der Industrie <strong>in</strong> e<strong>in</strong>em bestimmten Bereich<br />

(Zelle),<br />

• im Zeitraum 1990-1995 wurde die Entwicklung <strong>des</strong><br />

bebauten Gelän<strong>des</strong>, durch die arme Klasse der<br />

landwirtschaftlicher Boden, die Nähe zur Wasser (Seen,<br />

Flüsse, Bäche) und der Nähe von Naturschutzgebieten,<br />

und auch auf der Militärgebieten unterstützt.<br />

• im Zeitraum 2000-2005 wurde die Entwicklung durch die<br />

Nähe der Gebäude zu den Bahnhöfen bee<strong>in</strong>flusst,<br />

während die Nähe zum bestehenden Gebäude die<br />

Entwicklung gebremst hat.<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong>, Adam-Mickiewicz Universität Posen<br />

<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

22


Verfahren – die neuronalen Netze<br />

Bei der Analyse der Attraktivität war Auswahl der Modelle<br />

von neuronalen Netzen sehr wichtig. Die Auswahl<br />

erfolgte auf der Grundlage zahlreicher Experimente.<br />

Vergleich der Ergebnissen bei verschiedener Algorithmen (RPROP, schnelle<br />

Ausbreitung Algorithmus) Quelle: eigene Ergebnisse<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong>, Adam-Mickiewicz Universität Posen<br />

<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

23


Verfahren – die neuronalen Netze<br />

Künstliche neuronale Netze werden auch für die Auswahl der<br />

Parameter der Regel, für die zellulären Automaten, genützt.<br />

Dies wurde auf der Grundlage der Beobachtung durch die künstlichen<br />

neuronalen Netzen der Auswirkungen benachbarten Zellenzustand<br />

an der Zustand e<strong>in</strong>zelne Zelle <strong>in</strong> den nächsten Schritt der Zeit,<br />

gemacht.<br />

Vergleich der Ergebnissen bei verschiedener Algorithmen (Schnell- und<br />

Standardausbreitung Algorithmus) Quelle: eigene Ergebnisse<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong>, Adam-Mickiewicz Universität Posen<br />

<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

24


S<br />

Verfahren – die neuronalen Netze<br />

E<strong>in</strong>gangssignalen (u) waren Zustände der<br />

Bevölkerungsdichte alle 25 Zellen (24 Nachbarn und<br />

se<strong>in</strong>e eigene), Lernendensignal (yz) war die<br />

Veränderung der Bevölkerungsdichte <strong>in</strong> dem nächsten<br />

Zeitschritt.<br />

Die Gewichte wurden so zugeordnet, dass das neuronale<br />

Netz später als Parameter (fn) für Übergangsfunktionen<br />

der zellulären Automaten dienen konnte.<br />

t+<br />

1<br />

( x,<br />

y)<br />

=<br />

S<br />

t<br />

( x−2,<br />

y−2)<br />

×<br />

f<br />

F<br />

1<br />

+<br />

S<br />

t<br />

( x−1,<br />

y−2)<br />

×<br />

f<br />

F<br />

2<br />

t F<br />

t<br />

F<br />

+ ... + S(<br />

x,<br />

y)<br />

× f13<br />

+ ... + S(<br />

x+<br />

2,<br />

y+<br />

2)<br />

× f25<br />

25<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong>, Adam-Mickiewicz Universität Posen<br />

<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

25


Verfahren – die zellulären Automaten<br />

Nachbarschaft umfasst zwei Kreise von Zellen, während die Zelle e<strong>in</strong>en<br />

von 100 Zuständen annehmen kann, die der Bevölkerungsdichte<br />

entspräche.<br />

Die Basis <strong>des</strong> zellulären Automaten ist e<strong>in</strong>e Gitterzelle, die ist 25 ha<br />

(500 x 500 m) groß.<br />

Die Matrix verfügt über 15 104 Zellen (118 x 128) und ist <strong>in</strong> den<br />

Grenzen der Agglomeration mit 8 748 Zellen vertreten.<br />

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<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

26


Verfahren – die zellularen Automaten<br />

Simulationen der zellulären Automaten<br />

das „PozSym“ Programm wurde für<br />

2020 auf die folgenden Ansätze<br />

angewendet:<br />

• auf der Grundlage der Daten für den<br />

Zeitraum von 15 Jahren (1990-<br />

2005) [grün]<br />

• auf der Grundlage von Daten für<br />

e<strong>in</strong>en Zeitraum von 5 Jahren (2000-<br />

2005), aufgegliedert nach Bezirken<br />

Posen und Teile der städtischen<br />

und ländlichen Geme<strong>in</strong>den [gelb]<br />

• auf der Grundlage von Daten für<br />

e<strong>in</strong>en Zeitraum von 5 Jahren (2000-<br />

2005), aufgegliedert nach Bezirken<br />

Posen und Teile der städtischen<br />

und ländlichen Geme<strong>in</strong>den [blau]<br />

Screen aus „PozSym“<br />

Programm<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong>, Adam-Mickiewicz Universität Posen<br />

<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

27


Die zellularen Automaten – Ergebnisse<br />

Jahr 2005<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong>, Adam-Mickiewicz Universität Posen<br />

<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

28


Die zellularen Automaten – Ergebnisse<br />

Jahr 2020<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong>, Adam-Mickiewicz Universität Posen<br />

<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

29


Die zellularen Automaten – Ergebnisse<br />

Jahr 2005<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong>, Adam-Mickiewicz Universität Posen<br />

<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

30


Die zellularen Automaten – Ergebnisse<br />

Jahr 2010<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong>, Adam-Mickiewicz Universität Posen<br />

<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

31


Die zellularen Automaten – Ergebnisse<br />

Jahr 2015<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong>, Adam-Mickiewicz Universität Posen<br />

<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

32


Die zellularen Automaten – Ergebnisse<br />

rok 2020<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong>, Adam-Mickiewicz Universität Posen<br />

<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

33


Die zellularen Automaten – Ergebnisse<br />

Jahr 2005<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong>, Adam-Mickiewicz Universität Posen<br />

<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

34


Die zellularen Automaten – Ergebnisse<br />

Jahr 2010<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong>, Adam-Mickiewicz Universität Posen<br />

<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

35


Die zellularen Automaten – Ergebnisse<br />

Jahr 2015<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong>, Adam-Mickiewicz Universität Posen<br />

<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

36


Die zellularen Automaten – Ergebnisse<br />

Jahr 2020<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong>, Adam-Mickiewicz Universität Posen<br />

<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

37


Verfahren – Forschung-Umfrage<br />

Daten über die Faktoren für die<br />

Wahl der besonderen Lage <strong>des</strong><br />

Wohnsitzes, die durch das<br />

neuronale Netzwerk generiert<br />

wurden, s<strong>in</strong>d durch Daten aus<br />

e<strong>in</strong>er direkten Umfrage von 562<br />

Haushalten, die als Neubürger<br />

Posener Vororten wohnen,<br />

überprüft worden.<br />

Dafür diente die vierseitige<br />

Umfrage. Die Untersagung<br />

wurde durchgeführt im Zeitraum<br />

von August bis Oktober 2006.<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong>, Adam-Mickiewicz Universität Posen<br />

<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

38


Forschung-Umfrage - Egebnisse<br />

Gründe für die Wegzugsentscheidung aus lezten Wohnsitz<br />

100%<br />

90%<br />

80%<br />

70%<br />

60%<br />

50%<br />

40%<br />

30%<br />

20%<br />

10%<br />

0%<br />

Veränderte Familiensituation<br />

Unzureichende Wohnfläche<br />

Verbesserung der persönlichen E<strong>in</strong>kommenssituation<br />

Strassenlärm<br />

Umweltverschmutzung<br />

Krim<strong>in</strong>alitätsniveau<br />

Hohe Unterhaltskosten<br />

Schlechter Bauzustand <strong>des</strong> Wohnhauses<br />

Persönlicher Status<br />

Fehlende Grün- und Freiflächen<br />

Veränderte Berufssituation<br />

Fehlende K<strong>in</strong>derspielplätze<br />

Veränderte Eigentümersituation<br />

Mode <strong>des</strong> Wohnens am Stadtrand<br />

Schlechte Erreichbarkeit <strong>des</strong> Arbeitsortes<br />

Schlechtes Schulangebot<br />

Schlechte Nachbarschaftsbeziehungen<br />

Wegzug von Verwandten oder Bekannten<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong>, Adam-Mickiewicz Universität Posen<br />

komplett unwichtig<br />

unwichtig<br />

mittel<br />

wichtig<br />

sehr wichtig<br />

n=562<br />

<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

39


100%<br />

90%<br />

80%<br />

70%<br />

60%<br />

50%<br />

40%<br />

30%<br />

20%<br />

10%<br />

0%<br />

Forschung-Umfrage - Egebnisse<br />

Ruhe<br />

Saubere Luft<br />

Nähe zu Grünbereichen<br />

Gute PKW-Erreichbarkeit<br />

F<strong>in</strong>anzielle und sonstige Miet-/ Kaufbed<strong>in</strong>gungen<br />

Nähe zum Stadtzentrum<br />

Interessante Umgebung<br />

Zuzugsgründe Posener Umland<br />

Sicherheit<br />

Vertrauenswürdiger Developer<br />

Ke<strong>in</strong>e Hauptverkehrsstrasse<br />

Abstand zu Industriegebieten<br />

Gute ÖPNV-Anb<strong>in</strong>dung<br />

Attraktives Architekturprojekt<br />

Lage auf der Stadtseite <strong>des</strong> Arbeitsortes<br />

Prestige und Renommee der Umgebung<br />

Zuvoriger Zuzug von Bekannten<br />

Zuvoriger Zuzug von Verwandten<br />

K<strong>in</strong>derspielplätze<br />

Vermarktung durch den Developer<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong>, Adam-Mickiewicz Universität Posen<br />

<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

komplett unwichtig<br />

unwichtig<br />

unentschieden<br />

wichtig<br />

sehr wichtig<br />

n = 562<br />

40


Forschung-Umfrage - Egebnisse<br />

Sicherheit<br />

Zugang zur<br />

Gesundheitsdienstleistungen<br />

Zugang zur Handel<br />

Zugeng zur Kulturelle<strong>in</strong>stitutionen<br />

Zugeng zur Schulorten<br />

Zugang zur Rekreations- und<br />

Freiflächen<br />

Zugang zur Grünflächen<br />

Nachbarschaftsbeziehungen<br />

Erreichbarkeit <strong>des</strong> Arbeitsortes<br />

Umweltzustand<br />

Wohnungsbed<strong>in</strong>ungen<br />

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%<br />

viel besser<br />

besser<br />

dieselbe /<br />

ähnliche<br />

schlechter<br />

viel<br />

schlechter<br />

n=562<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong>, Adam-Mickiewicz Universität Posen<br />

<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

41


Forschung-Umfrage - Egebnisse<br />

wenn es möglich wäre,<br />

Verkehrsmittel ohne<br />

Beschränkungen zu wählen<br />

nach Umzug <strong>in</strong> die Vororte<br />

vor Umzug aus Poznan<br />

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%<br />

Verkehrsverhalten von Personen, die aus Posen <strong>in</strong>s Vorstädte umgezogen s<strong>in</strong>d: vor<br />

dem Wechsel <strong>des</strong> Wohnsitzes, nachdem, und wenn es möglich wäre, Verkehrsmittel<br />

ohne Beschränkungen zu wählen.<br />

Auto<br />

ÖPNV der Vororte<br />

Bahn<br />

MPK Poznań (ÖPNV<br />

der Stadt Poznan)<br />

Fahrrad<br />

n=397<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong>, Adam-Mickiewicz Universität Posen<br />

<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

42


Das konzeptuell Modell<br />

Das Modell unter<br />

Berücksichtigung der<br />

Ergebnisse der<br />

Umfrage: die<br />

wichtigsten Faktoren<br />

der<br />

Standortverlagerungen<br />

und die Auswirkungen<br />

der Änderung <strong>des</strong><br />

Wohnsitzes, um die<br />

Verkehrsverhältnisse.<br />

und so weiter…<br />

E<strong>in</strong> Umstieg <strong>in</strong> die Vororte<br />

E<strong>in</strong>wohner fordern<br />

"saubere" Bereiche<br />

Zunehmende<br />

Umweltbelastungen<br />

Anstieg der Zahl<br />

der Fahrten<br />

Der Anstieg<br />

der durchschnittlichen<br />

Länge e<strong>in</strong>er Fahrt<br />

Der Anstieg<br />

der Zahl der Kfz<br />

Der Anstoß für<br />

die Raumentwicklung<br />

der Stadt<br />

Der Anstieg<br />

der Zahl der Kfz<br />

Zunehmende<br />

Verkehrsbelastung<br />

Die Ausbreitung <strong>des</strong> Ballungsraums<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong>, Adam-Mickiewicz Universität Posen<br />

Anstieg der Zahl<br />

der Fahrten<br />

Der Anstieg<br />

Größerer Anteil<br />

der Autoreisen<br />

der durchschnittlichen am Modal Split<br />

Zunehmende<br />

Länge e<strong>in</strong>er Fahrt<br />

Umweltbelastungen Größerer Anteil<br />

der Autoreisen<br />

Zunehmende<br />

Verkehrsbelastung<br />

am Modal Split<br />

<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

43


Zusammenfassung<br />

Was sich besonders nützlich bei der Analyse herausstellte<br />

sich als künstliche neuronale Netze, war die Möglichkeit<br />

der praktischen Anwendung der neuronalen Netze, <strong>in</strong> zwei<br />

Schritten der Simulation. Auftrag der Netzen erfordert<br />

jedoch viele Experimente um <strong>in</strong> die Zukunft .<br />

Die Simulationen, mit Nutzung der zellulären Automaten,<br />

weisen e<strong>in</strong>en Anstieg <strong>des</strong> Tempos der Suburbanisierung<br />

aus.<br />

Die wichtigsten Bereiche Migration bef<strong>in</strong>den sich rund<br />

bestehenden Dörfer <strong>in</strong> Landkreis Posen.<br />

Die Auswahl der Regelparameter der zellulären Automaten,<br />

durch die künstliche neuronale Netze, erzeugt e<strong>in</strong>ige<br />

Unterschätzung der Zahl der E<strong>in</strong>wohner <strong>in</strong> der gesamten<br />

Metropolregion, im Vergleich zu Prognosen der GUS.<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong>, Adam-Mickiewicz Universität Posen<br />

<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

44


Zusammenfassung<br />

E<strong>in</strong> genauer Vergleich der Ergebnisse der Befragung und der<br />

Gewichte von den neuronalen Netzen ist nicht möglich.<br />

Aus den Umfragen stellte sich heraus, dass Befragungsund<br />

Modellergebnisse nicht immer korrelierten, zum<br />

Beispiel, der Nähe von Grünflächen korrelierten positiv,<br />

andere – wie die Rolle der Eisenbahnen – völlig negativ.<br />

Man sollte die Befragung und Analyse der künstlichen<br />

Netze als komplementäre Untersuchungen <strong>in</strong>terpretieren.<br />

Der E<strong>in</strong>satz von künstlichen neuronalen Netzen erlaubt sogar<br />

die Verwendung von unvollständigen Daten.<br />

E<strong>in</strong> großes H<strong>in</strong>dernis war die begrenzte Verfügbarkeit von<br />

Daten für die Forschung. Grund waren verschiedene,<br />

<strong>in</strong>kompatible kartographische Systeme.<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong>, Adam-Mickiewicz Universität Posen<br />

<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

45


Forschungen im<br />

Rahmen der<br />

Promotion wurden<br />

mit f<strong>in</strong>anzieller<br />

Unterstützung:<br />

geführt.<br />

Vielen Dank für Ihre<br />

Aufmerksamkeit!<br />

Autor herzlich dankt:<br />

• Wielkopolskie Biuro Planowania Przestrzennego (dem Großpolnischen Büro für<br />

Raumplanung),<br />

• Powiatowy Ośrodek Dokumentacji Geodezyjnej i Kartograficznej w Poznaniu (dem<br />

Landkreiszentrum für Geodäsie- und Kartographiedokumentation <strong>in</strong> Posen),<br />

• Starostwo Powiatowe w Poznaniu (der Starostei der Landkreis Posen),<br />

• Urząd Miasta Poznania (dem Stadtamt Posen),<br />

• den Stadt- und Geme<strong>in</strong>deämte aus Landkreis Posen,<br />

• Dr. Piotr Jabkowski Institut für Soziologie der Adam Mickiewicz Universität<br />

• Kollegen aus der Institut für Sozioökonomische Geographie und Raumplanung<br />

für Hilfe bei der Bereitstellung von Daten.<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong><br />

Lehrstuhl für Raumökonometrie<br />

Adam-Mickiewicz-Universität, Poznań, Polen<br />

Tel. +48 61 8296149, Handy: +48 696 151112<br />

michal@srm.eco.pl, www.beim.pl<br />

Dr. <strong>Michał</strong> <strong>Beim</strong>, Adam-Mickiewicz Universität Posen<br />

<strong>Modellierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Suburbanisierungsprozesses</strong> <strong>in</strong> dem Großraum Posen…<br />

46

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