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un logiciel pour la gestion interactive des paysages. Étude modèle – „EURO-Region Neisse“ (CZ-D-P). But: Développement d´un logiciel interactif d´aide à la prise de décision multicritère et multiagent dans l´aménagement d´un territoir à l´échelle d´un paysage. - PowerPoint PPT Presentation
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Montpellier- May-2009
Christine Fürst, Institute for Soil Science and Site Ecology, TUDwww.letsmap.de
un logiciel pour la gestion interactive des paysages
Montpellier- May-2009
Christine Fürst, Institute for Soil Science and Site Ecology, TUDwww.letsmap.de
But: Développement d´un logiciel interactif d´aide à la prise de décision multicritère et multiagent dans l´aménagement d´un territoir à l´échelle d´un paysage.
approche générique – conditions cadres
• cessibilité et applicabilité du logiciel pour d´autres 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
Montpellier- May-2009
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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
Geographic information
systems (GIS)
Geographic information
systems (GIS)
spatial decision support systems (SDSS)
spatial decision support systems (SDSS)
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
Multi-criteria decision making systems (MCDSS)
Multi-criteria decision making systems (MCDSS)
Multi-criteria decision making systems (MCDSS)
decision support systems (DSS)
decision support systems (DSS)
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.
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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).
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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
• N (end-users): 32 (D, CZ, P)
1paper based prototype V 1.0
1paper based prototype V 1.0
II: test phase 1
• live test V 1.0 (workshop)
• N (end-users): 21 (D, CZ, P)
II: test phase 1
• live test V 1.0 (workshop)
• N (end-users): 21 (D, CZ, P)
2computer based version V 2.0
2computer based version V 2.0
III: test phase 2
• live test V 2.0 (workshops, intranet)
• N (end-users): 83 (D, CZ, P)
III: test phase 2
• live test V 2.0 (workshops, intranet)
• N (end-users): 83 (D, CZ, P)
III: test phase 2
• live test V 2.0 (workshops, intranet)
• N (end-users): 83 (D, CZ, P)
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
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(1) visualisation de la mosaïque des parcelles et de la distribution spatiale des types d´occupation 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 l´interaction (dynamique) entre les types d´occupation du sol
Pimp your landscape – le profil d´utilisateur
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(3) transformation flexible de la distribution spatiale des types d´occupation du sol
• par un simple clic de souris sur une cellule
• freehand mode (démarcation à main libre d´un territoire à transformer à un type spécifique)
• transformation de toutes cellules d´un type spécifique dans toute la région / pour un part d´une région)
Pimp your landscape – le profil d´utilisateur
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(4) évaluation de l´impact de chaque type de gestion d´un territoir sur des fonctions / services paysagères
=> matrice d´évaluation / évaluation entre 0 (plus mauvais) et 100 (mieux)
=> feed-back sur de l´impact 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 l´eau
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
Pimp your landscape – le profil d´utilisateur
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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
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(6) Trois niveaus:
• mode ludique (enseignement / applications scolaires)
• mode expert (formation permanente / training / application dans des bureaus de planification)
• mode scientifique (études / recherches)
Pimp your landscape – le profil d´utilisateur
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(1) interactions entre types de gestion d´un territoireeffets spatio-temporels des changements de la distribution spatiale des types d´occupation du sol y compris des effets de la localisation d´une 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 l´utilisateur
Pimp your landscape – système de règles
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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
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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 ++ / - -
++
/ -
-
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restrictions spatiales - valeurs seuil pour le nombre de cellules d´un type spécifique d´occupation du sol avec effet sur l´évaluation
Pimp your landscape – règles simples
If > || < YA
B …-N
A
++ / --
land use service 1land use service 2land use service 3land use service n
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
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integration des attributes multiples - impact des informations additionelles (climat, géographie, topographie) sur l´évaluation
Pimp your landscape – règles simples
attr.1 > || = || < YIf attr.2 = YES || NO
attr.n = x && attr.n+1 = z…
A ++ / --
land use service 1land use service 2land use service 3land use service n
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
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trends temporels - impact du temps sur la valeur d´un type d´occupation du sol pour une fonction / un service paysager / -ère
Pimp your landscape – règles simples
t1 2 3
A A´ ++ / --
land use service 1land use service 2land use service 3land use service n
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
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Réalisation – programmation par objets
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interface actuelle
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différentes régions à choisir
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mode ludique
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mode expert
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mode scientifique (sous développement)
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…même téchnologie – application à l´échelle d´un peuplement forestier
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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“
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… les „élections“
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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
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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)
• …
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… 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“….
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www.letsmap.de
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Human brain is not made for multifunctional optimization!
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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
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• 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
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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
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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
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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?
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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
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Forester – quelles fonctions étaient préférées?
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Economy: +++Ecology: +++
Water Quality: +++
CC-Mitigation: +++
… I really pimped my forest…
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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
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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
Development profile – some assumptions
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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
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rules for testing regulations / directives
set-up thresholds
assign land-use type
legend / value table
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Development profile – some assumptions
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
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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
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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