Was passiert, wenn ein Gewässernetz nach vielen Jahren durch ein Neues ersetzt wird?
Auf den ersten Blick könnte man meinen, die Sache sei damit erledigt. Das neue Gewässernetz steht zur Verfügung und kann verwendet werden. In der Praxis ist es allerdings komplizierter. Denn über die Jahre sind zahlreiche Fach- und Umweltdaten entstanden, die sich auf das bisherige Gewässernetz beziehen. Soll künftig mit einem neuen Netz gearbeitet werden, muss deshalb zuerst klar sein, welche Elemente der beiden Netze einander entsprechen, damit die Fachdaten neu referenziert werden können. Genau mit dieser Fragestellung hat sich analyGIS in einem aktuellen Projekt für den Bund beschäftigt.
Während beinahe 20 Jahren diente VECTOR25 als Referenz für gewässerbezogene Umweltdaten. Seit 2022 steht mit dem TLM Gewässernetz der swisstopo ein neues, flächendeckendes Gewässernetz zur Verfügung. Die beiden Netze sehen auf den ersten Blick ähnlich aus. Sie sind aber nicht deckungsgleich. Das TLM Gewässernetz enthält deutlich mehr Gewässer sowie Abschnitte und ist feiner segmentiert. Teilweise haben sich auch die Topologie und die Referenznummern verändert.
Damit stellt sich eine ganz praktische Frage: Welcher Abschnitt im alten Gewässernetz entspricht welchem Abschnitt im Neuen? Ein einfacher geometrischer Vergleich reicht dafür nicht aus. Zwei Abschnitte können dieselbe Situation abbilden, obwohl ihre Geometrien nicht exakt übereinstimmen. Sie können leicht verschoben sein oder im neuen Netz in mehrere kleinere Segmente aufgeteilt werden. Für einen sinnvollen Abgleich muss deshalb nicht nur die Lage der Geometrien betrachtet werden. Auch die Struktur des Gewässernetzes spielt eine wichtige Rolle.
Im Projekt für das Bundesamt für Umwelt BAFU hat analyGIS GmbH dafür ein entsprechendes Konzept entwickelt und umgesetzt. Ein wichtiger Teil davon ist das Matching der Knoten. Dabei werden Knoten aus dem alten und dem neuen Gewässernetz miteinander verglichen. Als valide Knoten gelten Zuordnungen, bei denen die beiden Knoten dieselbe Situation im Gewässernetz repräsentieren, geometrisch nahe beieinander liegen und eindeutig einander zugeordnet werden können. Die 1:1-Zuordnung ist dabei besonders wichtig. Nur wenn ein Knoten im alten Netz eindeutig einem Knoten im neuen Netz zugeordnet werden kann, dient er als verlässlicher Bezugspunkt für die weiteren Schritte. Diese validen Knoten sind aber noch nicht das Ende des Abgleichs. Sie bilden vielmehr die Grundlage für den nächsten Schritt: die Gruppenbildung. Zwischen zwei validen Knoten liegen in den beiden Gewässernetzen jeweils Segmente. Diese Segmente werden zu Gruppen zusammengefasst. Anfangs- und Endknoten einer Gruppe sind dabei valide Knoten aus dem Knotenmatching. Das klingt zunächst einfach. Interessant wird es dort, wo die beiden Netze unterschiedlich segmentiert sind. Ein Abschnitt im alten Gewässernetz kann beispielsweise mehreren Segmenten im neuen Netz entsprechen. Durch die Gruppenbildung wird diese Beziehung als Ganzes betrachtet, anstatt jedes Segment isoliert zu vergleichen. Anschliessend werden die gebildeten Gruppen qualitativ und quantitativ analysiert. So lässt sich beurteilen, wie gut die Strukturen der beiden Netze zusammenpassen und wo besondere Fälle auftreten.
Gerade bei einem solchen Projekt ist die Frage nach dem Automatisierungsgrad wichtig. Ein vollständiges Matching für jeden einzelnen Spezialfall wäre möglich, würde aber schnell einen sehr hohen Aufwand verursachen. Im konkreten Projekt wurde deshalb bewusst eine pragmatische Lösung verfolgt. Das Ziel war eine Zuordnung von rund 70 bis 80 Prozent mit vertretbarem Aufwand. Wo eine automatische Zuordnung nicht möglich oder nicht eindeutig war, verbleiben Fälle für die manuelle Nachbearbeitung. Die Arbeiten von analyGIS sind mit der Umsetzung des Abgleichs abgeschlossen. Die erzielten Ergebnisse bilden nun die Grundlage für die verbleibenden manuellen Arbeiten durch das BAFU.
Der Nutzen des Abgleichs geht dabei über die beiden Gewässernetze selbst hinaus. Wenn Fach- und Umweltdaten auf dem bisherigen Netz referenziert sind, braucht es eine möglichst zuverlässige Verbindung zwischen altem und neuem Netz, damit diese Daten später auf das neue Referenzsystem übertragen werden können. Der Gewässernetz-Abgleich schafft genau diese Verbindung. Und die Fragestellung ist nicht nur für den Bund relevant. Auch auf kantonaler Ebene bestehen Gewässernetze, auf denen über Jahre verschiedene Fach- und Umweltdaten aufgebaut wurden. Wenn ein Kanton sein Gewässernetz aktualisiert oder durch eine neue Datengrundlage ersetzt, stellt sich deshalb dieselbe Frage: Wie lassen sich das alte und das neue Netz miteinander in Beziehung bringen? Die Datenmengen sind vielleicht kleiner als auf Bundesebene. Das Grundproblem bleibt aber dasselbe. Es braucht eindeutige Bezugspunkte, eine sinnvolle Zuordnung der dazwischenliegenden Segmente und eine Möglichkeit, die Ergebnisse systematisch zu beurteilen. Genau hier liegt die Stärke eines strukturierten Gewässernetz-Abgleichs. Statt zwei Netze nur geometrisch übereinanderzulegen, wird untersucht, welche Elemente fachlich zusammengehören und wie sich diese Beziehungen nachvollziehbar abbilden lassen.
Für analyGIS war das Projekt ein gutes Beispiel dafür, wie sich komplexe Geodaten mit einer Kombination aus automatisierten Verfahren, strukturierten Analysen und fachlicher Beurteilung bearbeiten lassen. Steht auch Ihr Kanton vor einem ähnlichen Wechsel des Gewässernetzes? Dann lohnt es sich, den Abgleich zwischen altem und neuem Netz frühzeitig zu planen.
analyGIS GmbH unterstützt Kantone und weitere Institutionen bei der Konzeption und Umsetzung solcher Geodatenprojekte. Wenn Sie vor einer ähnlichen Herausforderung stehen, freuen wir uns auf den Austausch.