Lärmkarten zur Öffentlichkeitsbeteiligung - Analyse und Verbesserung ausgewählter Aspekte der kartografischen Gestaltung

Noise Maps for Public Participation – Analysis and Improvement of Selected Aspects of Cartographic Design

Lärmkarten zur Öffentlichkeitsbeteiligung - Analyse und Verbesserung ausgewählter Aspekte der kartografischen Gestaltung

URN urn:nbn:de:gbv:1373-opus-2193
URL
Dokumentart: Dissertation
Institut: Geomatik
Hauptberichter: Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiewe
ISBN: 978-3-941722-27-9
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 19.12.2014
Erstellungsjahr: 2015
Publikationsdatum:
SWD-Schlagwörter: Farbe , Kartengestaltung , Farbensehen , Farbgestaltung , Öffentlichkeitsbeteiligung
Freie Schlagwörter (Deutsch): Lärmkarten , Kartengestaltung , Farbgestaltung , Farbwahrnehmung , empirische Kartographie
Freie Schlagwörter (Englisch): Noise maps , cartographic design , color design , color perception , empirical cartography
DDC-Sachgruppe: Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau

Kurzfassung auf Deutsch:

Lärm gehört zu den größten Umwelt- und Gesundheitsproblemen unserer Zeit und folgt somit an zweiter Stelle nach der Luftverschmutzung. In der Europäischen Union (EU) sind rund 40 Prozent der Bevölkerung Lärm ausgesetzt, der die Grenze der Belästigung von 55 dB überschreitet. Die Motivation zu dieser Arbeit ist daher einerseits die hohe Dringlichkeit der Lärmbekämpfung aufgrund der großen Gesundheitsgefahr und andererseits die schlechte Qualität der Lärmkarten, die in der Praxis zur Information der breiten Öffentlichkeit verwendet werden. Diese sogenannten strategischen Lärmkarten bilden die Grundlage zur Bewertung von Umgebungslärm und für die Öffentlichkeitsbeteiligung, das heißt sie sind das Kommunikations- und Informationsmittel. Hauptinhalt der Karten ist die Schallimmission, dargestellt anhand des Lärmindexes Lden für Straßen-, Schienen-, Flug- und Industrielärm, der jeweils einzeln in einer Karte darzustellen ist. Lden ist der gewichtete A-bewertete äquivalente Dauerschallpegel für alle Tage eines Jahres. Er wird anhand von farbigen Isophonen, das sind Linien gleicher Lärmbelastung, in 5-dB-Klassen dargestellt. Die zu verwendenden Farben sind in der der Verordnung über die Lärmkartierung, festgeschrieben und in einer DIN definiert. Das vorgegebene Schema entspricht jedoch nicht dem aktuellen Forschungsstand der kartografischen Gestaltung. Bestehend aus einer Abfolge von Hellgrün, Mittelgrün, Dunkelgrün, Gelb, Ocker, Orange, Rot, Dunkelrot, Lila, Hellblau und Dunkelblau, ist es qualitativ und die Farben aufgrund des Fehlens einer systematischen Helligkeits- und Sättigungsverteilung nicht den ansteigenden Werten der dB-Skala zuzuordnen. Ziel der vorliegenden Arbeit war daher, die Lärmkarten, wie sie entsprechend der END zur Öffentlichkeitsbeteiligung verwendet werden, zu analysieren und für den wichtigsten Karteninhalt, die Schallimmissionen, ein neues Farbschema zu entwickeln. Neben einer qualitativen kartografischen Analyse, einer Bestandsanalyse der Lärmkarten der 27 deutschen Ballungsräume, die zur Lärmkartierung verpflichtet sind, und einer Task-Analyse, wurden in einer Anforderungsanalyse die Voraussetzungen für die Entwicklung des neuen Farbschemas bestimmt und in einem nutzerorientierten, iterativen Prozess ein neues Farbschema zur Darstellung der Schallimmissionen entwickelt. Bedingt durch die Farbwahrnehmung und bei genauerer Betrachtung des Anwendungsfalles, der Darstellung der Schallimmissionen, werden die Herausforderungen zur Erstellung eines Farbschemas klar. Die Schallimmissionen werden zwar in 5-dB-Klassen dargestellt, aber der zugrundeliegende Schalldruckpegel ist ein logarithmisches Maß, dadurch tragen höhere Werte stärker zu einem Mittelwert bei und die dargestellte Wertespanne ist sehr groß. Um eine sinngemäße Interpretation zu ermöglichen, müssen diese daher auch in der Darstellung stärker betont werden, was durch einen starken Anstieg der Sättigung der Farben für hohe Werte erreicht wurde. Da Lärmkarten die Lärmbelastung darstellen, ist es für eine verbesserte Interpretation sinnvoll, Farben zu wählen, die mit der Belastung assoziativ sind. Aus diesem Grund wurde von der kartografischen Konvention abgewichen und ein Schema mit zwei Farbtonübergängen gewählt. Insgesamt besteht das entwickelte Farbschema aus zehn Farben, die drei Wirkungsklassen bilden. Jeder Wirkungsklasse ist ein Farbton zugeordnet - Blaugrün, Orange und Lila - der assoziativ mit dem Grad der Belästigung und dem Gesundheitsrisiko ist und somit die Interpretation erleichtert. Da es pro Farbton somit nur drei bis vier Helligkeitsstufen gibt, werden die Unterscheidbarkeit und die Zuordnung der Farben zur Legende erleichtert. Durch die Vermeidung von Ampelrot und –grün konnte die Eignung für Menschen mit Farbenfehlsichtigkeiten stark gesteigert werden. Um die Farbtöne in eine visuelle Hierarchie zu bringen, wurden die Helligkeit und die Sättigung systematisch variiert. Die Helligkeit ist am größten bei der vierten Farbe und nimmt in Richtung beider Enden ab, die Sättigung hingegen nimmt v. a. zum unteren Ende der Skala, d. h. in Richtung der hohen Werte, stark zu. Durch dieses „bipolare“ Schema wird eine Betonung der Regionen erreicht, die von größtem Interesse sind: die positiven, ruhigeren Bereiche und die Bereiche hoher Belastung. Das Schema wurde in vier Nutzerstudien evaluiert, die Ergebnisse flossen jeweils in die Weiterentwicklung ein. Die Ergebnisse der ersten Studie zeigten, dass es signifikante Einflüsse des Farbschemas auf die Interpretation der Lärmbelastung gibt. Weitere Studien ergaben, dass die verwendeten Farben unterscheidbar sowie assoziativ mit der Belastung sind und dass großeWertespannen besser anhand konträrer Farben, wie beispielsweise Komplementärfarben dargestellt werden, was sehr für das Farbschema mit Farbtonübergängen spricht. Es zeigt sich, dass die Farben auch für Menschen mit Farbenfehlsichtigkeit unterscheidbar sind. Der Anwendungsfall zur Entwicklung waren deutsche Straßenlärmkarten, daher wurden die Anwendbarkeit in anderen EU-Ländern und die Übertragbarkeit auf andere Lärmquellen untersucht. Zur Übertragbarkeit auf andere Lärmquellen sowie auf Daten aus Crowdsourcing müssen die Anforderungen und darauf aufbauend die Darstellung an die spezifischen Charakteristika der Werte angepasst werden, wie zum Beispiel die Wiederholungsrate, die Dauer, oder die Häufigkeit von Messungen. Über das Farbschema hinaus ergab die Analyse u. a., dass zur Vermittlung einer wahrnehmungsgetreuen Lärminformation psychoakustische Aspekte der Wahrnehmung integriert werden müssen, denn physikalische Parameter, wie Lden, scheinen dafür nicht auszureichen und kein ausreichendes Bild einer tatsächlich wahrgenommenen Lärmsituation zu liefern.

Kurzfassung auf Englisch:

Noise is one of the most serious environmental and health risks, a close runner-up to air pollution. Roughly 40 percent of the population in the European Union (EU) are exposed to a noise level of 55 dB, which is at the verge of annoyance. Therefore, the motivation for this research project was the acuteness for noise abatement due to high health risk, on the one hand, and the lack of quality that can be observed in noise maps used for public information on the other hand. These so-called strategic noise maps have to be drawn up every five years according the EU Environmental Noise Directive (END, RL 2002/49/EG). They form the basis for noise assessment and public participation and, therefore, they are a major tool of communication and information. The main map content is sound immission, presented by means of the noise index Lden for road traffic, train noise, airport noise, and industrial noise; each noise source has to be presented in a separate map. Lden is the A-weighted equivalent continuous sound level for all days of a year. It is represented by means of colored isophones, which are areas of equal noise pollution, in 5 dB steps. The colors that have to be used are established in the German regulation about noise mapping, and defined in a German standard. However, this predefined color scheme does not conform to the latest standard in cartographic research and science. Being composed of a sequence from light green, green, dark green, yellow, light brown, orange, red, dark red, purple, light blue, and dark blue it is counterintuitive because a systematic change of lightness and saturation is missing. Also, the colors cannot be matched with the increasing values of the dB-scale. The aim of this research effort, therefore, is to analyze END-conform noise maps and to develop a color scheme for the most important map content, the sound immission. Besides a qualitative, cartographic analysis the author undertook a status analysis of the maps published by the 27 agglomerations, which are legally obliged to draw up noise maps, an analysis of the tasks users carry out in accordance with their aims, and a requirements analysis for noise maps. The requirements are the foundation for the user-centered and iterative color design process to develop a new color scheme for the presentation of noise immission. Looking at the vast number of cartographic research on color-design the development of a color scheme might seem trivial. However, due to color perception and the specific case of application challenges become clear. Noise immission is presented in 5-dB-classes, but the underlying sound pressure is logarithmic. The effect is that higher values contribute more to the energetic mean value and the span between extreme values is big. To support that colors are logically assignable to the characteristics of noise data, higher values have to be highlighted. This is achieved by an increase of saturation for higher values. To facilitate interpretation it makes sense to choose colors that are associative with the presented noise pollution. That was the reason for choosing a color scheme with two color transitions against cartographic custom. In total the color scheme consists of ten colors and three color hues – blue-green, orange, and purple. The color hues symbolize three levels of noise exposure as well as health risk and support recognition. For each hue there are only three to four lightness steps, which supports distinguishability and the matching of colors in the map with colors in the legend. Through avoidance of red and green the scheme’s suitability for people with color vision deficiencies was achieved. A systematic change of saturation and lightness supports a visual hierarchy of the presentation. The fourth color is the lightest while lightness decreases at both ends of the scale. Saturation, in contrast, increases for higher values. By means of this “bipolar“ scheme areas of interest are highlighted, which are quiet areas as well as highly polluted areas. The scheme is evaluated in four user studies following an iterative design. Thereby results of the studies are considered for the further development of the scheme. Results of the first study show that color schemes have an influence on the interpretation of noise maps. The other studies prove that the colors of the scheme can be distinguished, also by users with color vision deficiencies, and are associative with the level of pollution. Studies also show that contrary colors with a high color or lightness contrast are appropriate to represent a big span between extreme values. This is the argument for the proposed scheme with two hue transitions. The case of application for the development of this new color scheme were German traffic noise maps, therefore the adaptability of results for other EU member states and for other noise sources was evaluated. Results show that there is no effect between place of residence and color association. Consequently, the color scheme can also be used in countries other than Germany. To be used for other noise sources as well as data from crowdsourcing, requirements and presentation styles have to be adapted to the specific data characteristics, such as repetition rate, duration, or the frequency of metering. Beyond insights for the color scheme the analysis revealed that the presentation of physical parameters like Lden is not sufficient to represent noise information that is in line with the individual perception of affected people. Therefore, psychoacoustic aspects have to be integrated to a greater degree.

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