un logiciel pour la gestion interactive des paysages

Montpellier- May-2009

Christine Fürst, Institute for Soil Science and Site Ecology, TUDwww.letsmap.de

un logiciel pour la gestion interactive des paysages



But: Développement dún logiciel interactif dáide à la prise de décision multicritère et multiagent dans láménagement dún territoir à l´échelle dún paysage.

approche générique – conditions cadres

• cessibilité et applicabilité du logiciel pour dáutres régions / des échelles variables (micro meso macro scale)

• interface aux SIG / bases de données digitales variables (vector data)

• concept flexible d´évaluation des décisions multicritères

Étude modèle – „EURO-Region Neisse“ (CZ-D-P)

Saxony

Departement Dolnoslaskie

Departement Ustecki

Departement Liberecki

Saxony

Departement Dolnoslaskie

Departement Ustecki

Departement Liberecki

Germany Poland

Czech Republic

Euro-Region Neisse



Informationssystemsoperations

research (OR)artifical

intelligence (AI)electronic data

processing (EDP)1950 electronic data

processing (EDP)1950

methods, models and tools

1960 database

management systems (DBMS)

1960 database

management systems (DBMS)

management information systems (MIS)

management information systems (MIS)

1990

Geographic information

systems (GIS)

1990


systems (GIS)


systems (GIS)

spatial decision support systems (SDSS)



Telnet, GopherFTP, E-mail

webICT Tools

webICT Tools

Group decision support systems (GDSS)

Group decision support systems (GDSS)

2000

Multi-criteria decision making systems (MCDSS)

2000




decision support systems (DSS)



1970 expert-

systems (ES)

1970 expert-

systems (ES)

Multi-Criteria Analysis(MCA)

growth and yieldmodels

automatic cartography

La base théoretique – systèmes d´information et de soutient des décisions multifonctionnelles (Vacik, 2007).

P.Y.L.



decision space objective space

Land-use types (homo-genous management)

Region types (consistsentrule system)

Value for land-scape functions

Region typerelated thresholds

Region typerelated targets

event alternatives

1 a: spatial / temporal interactions1 b: regulations / directives2: thresholds3: evaluation (effects on landscape functions)

rule set / evaluation 1 a: spatial / temporal interactions1 b: regulations / directives2: thresholds3: evaluation (effects on landscape functions)

rule set / evaluation • storing information (basic data)• storing changes of landscape pattern• query of simulationresults and data

database• storing information (basic data)• storing changes of landscape pattern• query of simulationresults and data

database• knowledge• experiences• rules

objective system• knowledge• experiences• rules

objective system

GUI (dialogue)

expert information

(stakeholder)

result characteristics array objective preferences array

• knowledge basedconnection decision / objective system

• fulfillment functions(changes)

• user feed-back

evaluation system• knowledge based

connection decision / objective system

• fulfillment functions(changes)

• user feed-back

evaluation system• visualization (web-GIS/ feed-back options)

transfer system• visualization (web-GIS/ feed-back options)

transfer system

Evaluated changes in the land-use pattern

output for GUI

graphicaloutput for GUI

preferences(prioritization of functions)

(oriented on Bamberg and Coenenberg 2006).



Processus de développement

running period IT-REG-EU further development// t

I: user requirements analysis

• 2-stage Delphi study

• N (end-users): 32 (D, CZ, P)

I: user requirements analysis

• 2-stage Delphi study


1paper based prototype V 1.0

1paper based prototype V 1.0

II: test phase 1

• live test V 1.0 (workshop)


II: test phase 1

• live test V 1.0 (workshop)


2computer based version V 2.0

2computer based version V 2.0

III: test phase 2

• live test V 2.0 (workshops, intranet)


III: test phase 2



III: test phase 2



3online version V 2.1

3online version V 2.1

IV: application phase

• online application of V 2.1• N (end-users): 124 (D, CZ, P, SK, Hr, SLO, SER)

• field test (exhibition)• N (end-users): > 800 (D)

IV: application phase

• online application of V 2.1• N (end-users): 124 (D, CZ, P, SK, Hr, SLO, SER)

• field test (exhibition)• N (end-users): > 800 (D)

• derivates for different regions / scale levels

• portal „letsmap“

0: literature analysis / expert consultation

• Experts from water management, nature protection, forestry, agriculture, rural planning, urban planning

evaluation basis

4

5

n

0

0

0

0

system development

stade actuel



(1) visualisation de la mosaïque des parcelles et de la distribution spatiale des types dóccupation du sol à la base de Corine Landcover (CLC) 2000 (1 cellule = 100 * 100 m²).

(2) “automat cellulaire” - introduction des attributs additionels (et multiples) par cellule (informations environnementales (GIS data) / socio-économiques) et des règles pour définir línteraction (dynamique) entre les types dóccupation du sol

Pimp your landscape – le profil dútilisateur



(3) transformation flexible de la distribution spatiale des types dóccupation du sol

• par un simple clic de souris sur une cellule

• freehand mode (démarcation à main libre dún territoire à transformer à un type spécifique)

• transformation de toutes cellules dún type spécifique dans toute la région / pour un part dúne région)




(4) évaluation de límpact de chaque type de gestion dún territoir sur des fonctions / services paysagères

=> matrice d´évaluation / évaluation entre 0 (plus mauvais) et 100 (mieux)

=> feed-back sur de límpact de chaque changement en temps réel (diagramme)

Impact du type d'occupation sur la fonction

Type d'occupation du sol (d'après

CORINE LANDCOVER 2000) économie écologie tourisme

qualité

de léau

villes et zones urbanisées 100 0 0 0

zones industrielles 100 0 0 0

agriculture 80 30 20 20

cultures spécialisées 75 35 40 30

prairies artificielles 60 35 50 60

prairies naturelles 5 100 90 70

forêts de feuillus 30 100 80 80

forêts de conifères 40 60 60 50

forêts mixtes 35 90 90 80

plans d'eau et zones humides 5 100 90 100

300

• résultats de recherche

• normes / réglementations administratives

• connaissances / expériences régionales




indicateurs simples

indicateurs agrégés

fonctions / services évaluées

types de gestion d´un territoire

changémentsutilisateur

processus de harmoniser et agréger des informations pour l´évaluation

Pimp your landscape

connaissances régionales



(6) Trois niveaus:

• mode ludique (enseignement / applications scolaires)

• mode expert (formation permanente / training / application dans des bureaus de planification)

• mode scientifique (études / recherches)




(1) interactions entre types de gestion dún territoireeffets spatio-temporels des changements de la distribution spatiale des types dóccupation du sol y compris des effets de la localisation dúne cellulle (géo/topographique) et de son environs (voisinage type 1- type 2)

(2) impact des conditions légales (lois, réglements, directives européennes)impact des restrictions légales / administrative sur la marge planificatrice et sur l évaluation des changements

Additionel: possibilité de définir des valeurs seuil (min / max) pour les fonctions / services (p. ex. biodiversité minimale)

activation / désactivation des règles selon les besoins de lútilisateur

Pimp your landscape – système de règles



matrice d´évaluation

valeurs seuilmatrice d

´évaluation

R (1) interactions spatio-temporelles

R (2) conditions légales

Y / N Y / N

++ / --

interdit: r1 r2

Y / N

A B

++ / --

f1

f2

f3

f4

Front end

Back end

e/u

e

e e

e

utilisateur (type)e: expert / utilisateur professionnelu: utilisateur non-professionnel



interactions spatiales entre les cellules dans le context régional voisinage directe / cornier gradients (impact sur une zone circonscrite)

Pimp your landscape – règles simples

A

BB

C

C A

C

AC

Σ(++ / --)

land use service 1land use service 2land use service 3land use service n

A, B, C : land-use types: interactions

Σ(++ / --) : increase or decrease of the weighted mean value of a land use service

0 ++ / - -

++

/ -

-



restrictions spatiales - valeurs seuil pour le nombre de cellules d´un type spécifique d´occupation du sol avec effet sur l´évaluation


If > || < YA

B …-N

A

++ / --


or

A, B, N : land-use typesA+1…n : additional cells of the land use type AY : threshold value (number of cells in the considered spatial context)++ / -- : increase or decrease of the value of a cell for a land use service

A+1…n Σ



integration des attributes multiples - impact des informations additionelles (climat, géographie, topographie) sur l´évaluation


attr.1 > || = || < YIf attr.2 = YES || NO

attr.n = x && attr.n+1 = z…

A ++ / --


B …-N

A

or

A, B, N : land-use typesattr. 1, 2, n, n+1 : additional environmental or infrastructural attributesY : threshold to be defined by the userx, z : values, which can be reached by an attributeYES, NO : existence or absence of an attribute>, <, ||, && : mathematical relations++ / -- : increase or decrease of the value of a cell for a land use service



trends temporels - impact du temps sur la valeur d´un type d´occupation du sol pour une fonction / un service paysager / -ère


t1 2 3

A A´ ++ / --


A : land use typeA´ : land use type development stage at a defined time slot1, 2, 3 : time slots++ / -- : increase or decrease of the value of a cell for a land use service



Réalisation – programmation par objets



interface actuelle



différentes régions à choisir



mode ludique



mode expert



mode scientifique (sous développement)



…même téchnologie – application à l´échelle d´un peuplement forestier



Pimp your landscape – version Forester

développé pour „l´Été des Sciences 2008“ comme software pour • l´éducation• pour soutenir des processus de communication en groupe • pour analyser des préférences des citoyens (aménagement participative) • application avec 874 participants

(1) analyse des visions des participants concernant un forêt optimale pour le bas pays autour Leipzig (171 proposition des forêts optimisées)

(2) élection de l´alternative la plus populaire par les 874 participants

(3) analyse des critères de sélection (quels types de forêt sont préférés et pourquoi)

(4) plantation d´une parcelle de la „Forêt future de Leipzig“



… les „élections“



Forester – résultats

• biodiversité => préférence des forêts avec plus de six espèces d´arbres

• conifères vs. feuillus => préférence des forêts mixtes, composés de conifères et de feuillus

• structure / mélange => préférence de structures schématiques

• diversité des fonctions / services => pas de prérérences

• Fonctions / services prioritaires => biodiversité / bien préparé au changement climatique

0% 20% 40% 60% 80% 100%

D

C

B

A

all

1-2 tree species% 3 - 5 tree species 6-10 tree species

0% 20% 40% 60% 80% 100%

D

C

B

A

all

C < D C > D C =D C or D

0% 20% 40% 60% 80% 100%

D

C

B

A

all

pure schematic non-schematic



perspectives

• KIDS : Préparation et adaptation de Pimp your landscape pour l´éducation scolaire (Décennie des Nations Unies sur l'Education pour un Développement Durable 2005 – 2014) (D, CZ)

• TrainForEducation : Adaptation du logiciel pour l´entraînement des praticiens (bureaus de planification / administrations) (A, CZ, D, Sk)

• REGKLAM : utilisation pour développer une stratégie de mitigation des conséquences du changement climatique pour Dresde (D)

• IWAS : utilisation pour tester des stratégies d´un développement soutenable des bassins versantes (water catchment areas) (Brésil)

• …



… sorry, but in behalf of the region I´m going to have to charge you an artist modelling fee..

…threats and risks of „landscape modelling“….



www.letsmap.de



Human brain is not made for multifunctional optimization!



Résume – domaines d´emploi

Forester Pimp your landscape expert / ludique

Pimp your landscape 2.0scientifique

micro scale/peuplement meso scale/région macro scale/UE

éducation soutient planification policy support

processus participatives

training / éducation



• Pimp your landscape can be run as adaptive system, i.e. the complexity of the use functions is oriented to the user´s needs and the available / used data base.

Conclusions

data availability Pimp your landscape mode Use

high

low

medium

game mode (no rule setting / no special functions)

expert mode (directives, regulations, some functions)

scientific mode (wide range of rule setting options, test of diff. value systems)

Research / Consultation (Policy & Management Support)

Training / Education, Screening (Policy support)

Education / Participation



0% 20% 40% 60% 80% 100%

D

C

B

A

all

1-2 tree species% 3 - 5 tree species 6-10 tree species

Forester – quels types de forêts étaient préférés?

0 – 9 votes (N = 102)

10 - 49 votes (N = 57)

50 - 99 votes (N = 9)

> 100 votes (N = 2)

trend: forêts mixtes avec plus de 5 éspèces



0% 20% 40% 60% 80% 100%

D

C

B

A

all

C < D C > D C =D C or D

Forester – quels types de forêts étaient préférés?

0 – 9 votes

10 - 49 votes

50 - 99 votes

> 100 votes

trend: feuillus préférés à l´égard des conifères



0% 20% 40% 60% 80% 100%

D

C

B

A

all

pure schematic non-schematic

Forester – quels types de forêt mixte étaient préférés?

0 – 9 votes

10 - 49 votes

50 - 99 votes

> 100 votes

trend: pas clair / tendance de préférence de types schématiques?



0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

D

C

B

A

all

water quality water + biological diversitywater + biodiversity + economy water + biodiversity + economy + climate change

Forester – rélevance de l´attribut „multifonctionelle“ pour l´élection

0 – 9 votes

10 - 49 votes

50 - 99 votes

> 100 votes

trend: pas clair préférénce pour des forêts multifonctionales



Forester – quelles fonctions étaient préférées?



Economy: +++Ecology: +++

Water Quality: +++

CC-Mitigation: +++

… I really pimped my forest…



Expert knowledge

Estimation in relation to other variables

Publications and regional standards / regulations in environmental evaluation, modelling results

value for land use function CLC 2000 land use forms

water quality

economy ecology tourism / aesthetics

urban areas 0 100 0 0

industry 0 100 0 0

agriculture 20 80 30 20

fruit trees and vegetables 30 75 35 40

pastures 60 60 35 50

deciduous forest 80 30 100 80

coniferous forest 50 40 60 60

mixed forest 80 35 90 90

natural grassland 70 5 100 90

wetlands & water bodies 100 5 100 100

Development profile – some assumptions



CORINE Landcover - Classes

CLC 2000

Urban areas / cités

Industry / industrie

Agriculture / agriculture

Fruit trees and vegetables /fruits et légumes

Pastures / pâturage

Broad-leaved forest / forêtde feuillus

Coniferous forest / bois deconifères

Mixed forest / forêt mixte

Natural grassland / prairie

Wetlands and Water bodies/ zones humides / eaux

1. Artificial surfaces / surfaces artificiels

2. Agricultural areas / surfaces agricoles

3. Forests / forêts

4. Wetlands / zones humides

5. Water bodies / eaux



Christine Fürst, Institute for Soil Science and Site Ecology, TUDwww.letsmap.de game mode

part of a region

optimization target

game time adjustment

raster sizezoom to screen size

feed-back diagram

trend table

scores


Christine Fürst, Institute for Soil Science and Site Ecology, TUDwww.letsmap.de expert mode

rules for testing regulations / directives

set-up thresholds

assign land-use type

legend / value table




Single Indicatorse.g. number of species, NO3

- output into seapage water…

Aggregated Indicators / Criteriae.g. contribution to regional typical species composition / richness

Functions e.g. Ecology, Economy Water Quality, Aesthetics

Land-use type valuesRanking and distance between different types for any function

100

0



a) Starting situation b) Changed situation

Front end

Back end

Map /

Aerial photo

Corine /

Geoland

Geo-coordinates

Simulation Evaluation

Visu

aliza

tion

f1

f2

f3

f4

Corine /

Geoland

Final: back-transformation with Fuzzy Logic

Map /

Aerial photo

interm

ed

iate

feed

back

f1

f2

f3

f4

fina

l fee

d ba

ck



Data shell

Digital data (CLC 2000, Topography, other maps)

Knowledge shell

Results from modelling / expert knowledge => basic value table

Admin shell

Matrix value table => regional adaptationMatrices rule sets=> back-coupling value table => allowed / forbidden moves

User shell

Web-GIS application (test interface)Threshold table => regional development frame

un logiciel pour la gestion interactive des paysages

Documents

Transcript of un logiciel pour la gestion interactive des paysages