Natur und Biodiversität sind als Lebensgrundlagen einer menschlichen Sozietät nicht nur essentiell, sondern zugleich auch durch die Ausbreitung der Städte und der Verkehrsinfrastruktur gefährdet. Und so wie menschliche Gesellschaftsstrukturen von gut durch Strassen und Schienen miteinander verbundenen Siedlungsnetzen abhängen, sind auch Tierspezies auf gut vernetzte Habitate, also Lebensräume angewiesen. Interaktionen innerhalb solcher Netzwerke wie z.B. zwischen Land- und Verkehrsnutzung und Metapopulationsdynamik, oder zwischen Netzwerken wie sie z.B. in der Stadt- und Strassenökologie bestehen, schaffen eine komplexe Systemdynamik. Deshalb werden kohärente Siedlungs- und Lebensraumnetzwerke als sozioökonomisches System (englisch: socio-ecological system or SES) aufgefasst. Um zu verstehen, wie sich das Wachstum von Siedlungs- und Verkehrsinfrastrukturen auf die biologische Vielfalt auswirkt, müssen wir die kombinierten Auswirkungen von netzwerkinternen und -externen Interaktionen auf ihre langfristige Entwicklung entschlüsseln: Eine Analyse, die bisher noch nie aufgrund von empirischen Daten erfolgte. Die Theorie komplexer Systeme liefert nützliche Konzepte für eine derart anspruchsvolle Analyse. In komplexen Systemen entstehen emergierende Phänomene aus den Interaktionen zwischen den Teilkomponenten des Systems und unterliegen Gesetzmässigkeiten, die sich nicht von denjenigen ableiten lassen, die für die Teilkomponenten gelten. Zum Studium von emergenten Phänomenen wurden oft Netzwerke beigezogen. Bei diesem Projekt, werden wir die Dynamik von Siedlungs- und Habitatnetzwerken über mehr als ein Jahrhundert studieren und beurteilen, wie diese Dynamik emergente soziale und ökologische Phänomene entstehen lässt. Unser Untersuchungsgebiet ist das dicht besiedelte Schweizer Mittelland.
Im Arbeitspaket 1 werden wir eine Zeitreihe historischer topographischer Karten seit 1870 klassifizieren und vektorisieren. Wir werden eine Reihe natürlicher und von Menschen geschaffener Merkmalsklassen mit den neuesten Deep-Learning-Bildtechniken klassifizieren. Mit GIS Modellierungsmethoden werden diese Klassifizierungen dann verbessert und die für eine Vektorisierung erforderlichen Korrekturen vorgenommen.
Im Arbeitspaket 2 werden wir aus den klassifizierten historischen Karten und weiteren historischen Datenbanken und Dokumentationen Zeitverläufe der Siedlungs- und Lebensraum-Netzwerke erstellen. Als Attribute dieser Netzwerke werden wir die wichtigsten Interaktionsvariabeln innerhalb und zwischen den Netzwerken einbeziehen. Die Entwicklung der Netzwerke wird so durch eine Reihe von Netzwerk-Kennzahlen beschrieben.
Im Arbeitspaket 3 werden wir emergente soziale und ökologische Phänomene entdecken, die für eine nachhaltige Entwicklung städtischer Regionen relevant sind (z.B. jene, die sich auf den Artenreichtum und sozioökonomische Kennzeichen beziehen), (wo möglich) mittels mathematischen Funktionen beschreiben und ihre zeitliche Stabilität bewerten. Darüber hinaus wollen wir die Phänomene mittels der Interaktions-Dynamik innerhalb und zwischen den Siedlungs- und Lebensraum-Netzwerken erklären. Zudem werden wir mögliche Rückkoppelungen dieser neu auftretenden Phänomene auf die Netzwerke bewerten.
Dieses Projekt wird nicht nur unser Verständnis der Langzeit-Dynamik der Siedlungs- und Lebensraumnetzwerke verbessern, sondern auch Informationen liefern, um nachhaltige Planungslösungen für Länder zu entwerfen, denen ein rasantes Bevölkerungs- und Stadtwachstum noch bevorsteht. Zudem werden wir die dabei entstehenden Kartenprodukte der Wissenschaftsgemeinschaft zur Verfügung stellen.