A safe way through the heat: Transdisciplinary project HEAL makes everyday life easier for at-risk groups
Jul 2nd, 2021 by Johannes Fürle
As part of a transdisciplinary collaboration, the Heidelberg Institute for Geoinformation Technology (HeiGIT), the GIScience research group and the TdLab Geography at Heidelberg University are jointly developing adaptation strategies to support and protect at-risk groups during hot weather conditions. Individual needs of heat-sensitive people and near-real-time sensor data are combined in a heat-stress-avoiding routing application and will be provided via analogue maps and interactive web applications. The project “Heat Adaptation for Vulnerable Population Groups”, funded by the Baden-Württemberg Foundation with more than 600,000 € as part of the research programme “Innovations for Adaptation to Climate Change”, is a pioneer in the field of adaptation measures to climate change-related heat events due to the combination of the chosen methods.
Heat waves, severe weather events, droughts - extreme weather conditions are occurring more and more frequently caused by anthropogenic climate change. Heat events in particular are increasing in intensity and frequency, especially in cities, where surface sealing and low greenery further contribute to heat stress. The health and well-being of citizens can suffer under these conditions: Circulatory problems, exacerbation of illnesses and heat stroke are just some of the health hazards to which at-risk groups such as the elderly, people with pre-existing conditions and young children are particularly exposed. Furthermore, some research indicates that there is a systematic link between prolonged and intense periods of heat and mortality.
In Heidelberg, too, the increasing heat stress can be measured and perceived: data collected by geographers at Heidelberg University have shown that some squares and city districts are affected by particularly strong overheating. This can significantly impair the quality of life for citizens (Foshag et al. 2020). Therefore, the development of adaptation concepts and protection strategies is also urgently needed in the urban area of Heidelberg. In addition to urban planning aspects, individual strategies adapted to the needs of the affected groups are essential to support and ensure everyday life and mobility in the city even under heat stress conditions.
HEAL addresses this challenge: The project is a transdisciplinary cooperation of the Heidelberg Institute for Geoinformation Technology (HeiGIT), the GIScience Research Group of Heidelberg University, both headed by Prof. Dr. Alexander Zipf, and the TdLab Geography of Heidelberg University, headed by Dr. Nicole Aeschbach, and is funded by the Baden-Württemberg Foundation as part of the research programme “Innovations for Adaptation to Climate Change”. The implementation of the transdisciplinary design is realised through the involvement of affected groups of people (senior citizens, people with pre-existing conditions, families with young children), the organised civil society (senior citizens’ clubs, family networks) as well as the city administration of Heidelberg.
“In addition to providing information and adaptation concepts on heat stress in general, the aim of HEAL is to enable heat-adapted mobility for people in risk groups in particular via an app,” states Prof. Dr. Alexander Zipf. For this purpose, the project will use near-real-time sensor data to identify and model areas of increased heat stress. Based on the data and existing climate analysis maps, statistical prediction models will be developed. The results will be incorporated into navigation along shaded routes. The information obtained will be processed and made available via an interactive application, as analogue materials and maps.
“In this manner, the knowledge base on the effects of heat events on risk groups will be expanded for the Heidelberg area, individual adaptation strategies will be explored and implemented using near-real-time data, and administrative measures will be developed together with the city administration.” explain Dr. Kathrin Foshag und Johannes Fürle, co-initiators of the research project.
The project focuses on two aspects:
Involving stakeholders and target groups in the research process.
By directly involving at-risk groups, their needs can be identified in a focused manner and the research process can be individually adapted. Examples include key parameters for heat-avoiding routing, such as slope, noise and greenness. “This transdisciplinary approach decisively increases the effectiveness and feasibility of the measures,” states Dr. Nicole Aeschbach, head of TdLab Geography.
Integration of public smart city data into a routing system
By using an app, a routing application is to be implemented based on near-real-time data. This will enable users to calculate shady and heat-stress-avoiding routes. In addition to the needs determined by the target groups themselves, an extensive LoRaWAN sensor network in the city of Heidelberg will provide additional input factors. For this purpose, the team is cooperating with the digital agency of the City of Heidelberg as an external partner to implement new sensors in the city area. These record parameters such as air temperature and humidity, can be integrated into the routing and allow the highest flexibility for route planning. The approach thus goes far beyond existing models: “The use of dynamically updated indicators and the high spatial resolution of the merged routing weights makes it possible to plan routes and evaluate sensor data and indicators with regard to optimal mobility and activity periods,” emphasises Dr. Sven Lautenbach.
About HeiGIT
The aim of the Heidelberg Institute for Geoinformation Technology (HeiGIT) is to improve the transfer of knowledge and technology from basic geoinformatics research into practice by using innovative geoinformation technologies. It is scientifically directed by Prof. Dr. Alexander Zipf and funded by the Klaus Tschira Stiftung gGmbH. As an affiliated institute of Heidelberg University, there is close cooperation with the staff of the Department of Geoinformatics at the Institute of Geography. Hence, innovative solutions can be realised at the cutting edge of research and technology.
About GIScience Research Group
The GIScience Research Group at Heidelberg University focusses on innovative basic and applied research as well as on the latest technology at the interface between geography and computational sciences. Due to the very close cooperation with the HeiGIT, it is possible to realise state of the art research. The HeiGIT/GIScience team has been running and developing the openrouteservice (ORS) for more than ten years, which will be used as a backend for the routing application.
About TdLab Geography (Transdisciplinarity Lab)
The team of the TdLab Geography (Transdisciplinarity Lab) at Heidelberg University, led by Dr. Nicole Aeschbach, develops climate change mitigation and adaptation measures in co-design with stakeholders from industry, public authorities, politics and civil society. For this purpose, natural and social science research is linked with requirements and knowledge from practice. Characteristic of the transdisciplinary research process are innovative methods that aim to effectively integrate the different perspectives.
Contact
GIScience Research Group
Institute of Geography
Heidelberg University
Im Neuenheimer Feld 348
DE 69120 Heidelberg
Email johannes.fuerle [AT] uni-heidelberg.de
Phone +49 6221 54-5525
Projektstart HEAL:
Auf sicherem Weg durch die Hitze
Transdisziplinäres Projekt HEAL erleichtert den Alltag für Risikogruppen
Luftaufnahme der Heidelberger Altstadt mit dem Universitätsplatz. Dieser war Untersuchungsort der Studie zur Klimawandelanpassung öffentlicher Plätze (Foshag et al. 2020). (Foto: Kathrin Foshag).
Im Rahmen einer transdisziplinären Zusammenarbeit entwickeln das Heidelberg Institute for Geoinformation Technology (HeiGIT), die GIScience Forschungsgruppe sowie das TdLab Geographie der Universität Heidelberg gemeinsam Anpassungsstrategien, die Risikogruppen während Hitzeperioden unterstützen und schützen sollen. Individuelle Bedürfnisse hitzesensitiver Personen und Nahe-Echtzeit-Sensordaten werden in einer hitzestressvermeidenden Routing-Anwendung kombiniert sowie in Form von analogen Karten und interaktiven Webanwendungen zur Verfügung gestellt. Das von der Baden-Württemberg Stiftung im Rahmen des Forschungsprogramms „Innovationen zur Anpassung an den Klimawandel“ mit über 600.000 € geförderte Projekt „Hitzeanpassung für vulnerable Bevölkerungsgruppen“ ist durch die Kombination der gewählten Methoden Vorreiter im Bereich der Anpassungsmaßnahmen an klimawandelbedingte Hitzeereignisse.
Hitzewellen, Unwetterereignisse, Dürreperioden – immer häufiger treten Extremwetterverhältnisse als eine Erscheinung des anthropogenen Klimawandels auf. Insbesondere Hitzeereignisse nehmen in ihrer Intensität und Häufigkeit zu, vor allem in Städten, wo Flächenversiegelung und geringe Begrünung weiter zu Hitzestress beitragen. Gesundheit und Wohlbefinden der Bürger*innen können unter dieser Belastung leiden: Kreislaufprobleme, Verschlimmerung von Krankheiten und Hitzschlag sind nur einige der gesundheitlichen Gefahren, denen vor allem Risikogruppen wie Ältere, Menschen mit Vorerkrankungen und kleine Kinder ausgesetzt sind. Des Weiteren weisen einige Forschungsarbeiten darauf hin, dass ein systematischer Zusammenhang zwischen längeren und intensiven Hitzeperioden und der Mortalität besteht.
Auch in Heidelberg ist die zunehmende Hitzebelastung mess- und spürbar: Datenerhebungen von Geograph*innen der Universität Heidelberg haben gezeigt, dass einige Plätze und Quartiere im Stadtgebiet von besonders starker Erhitzung betroffen sind. Dies kann die Aufenthaltsqualität für die Bürger*innen deutlich beeinträchtigen (Foshag et al. 2020). Vor diesem Hintergrund ist die Entwicklung von Anpassungskonzepten und Schutzstrategien auch im Stadtgebiet Heidelbergs dringend notwendig. Neben stadtplanerischen Aspekten sind vor allem individuelle Strategien, angepasst auf die Bedürfnisse der Zielgruppen, essenziell, um das Alltagsleben und die Mobilität in der Stadt auch bei extremen Temperaturen zu unterstützen und sicherzustellen.
An diesem Punkt setzt HEAL an: Das Projekt ist eine transdisziplinäre Kooperation des Heidelberg Institute for Geoinformation Technology (HeiGIT), der GIScience Forschergruppe der Universität Heidelberg, beide unter der Leitung von Prof. Dr. Alexander Zipf sowie des TdLab Geographie der Universität Heidelberg unter der Leitung von Dr. Nicole Aeschbach und wird von der Baden-Württemberg Stiftung im Rahmen des Forschungsprogramms „Innovationen zur Anpassung an den Klimawandel“ gefördert. Die Umsetzung des transdisziplinären Designs wird durch die Einbeziehung betroffener Personengruppen (Senior*innen, Menschen mit Vorerkrankungen, Familien mit kleinen Kindern), der organisierten Zivilgesellschaft (Senior*innenclubs, Familiennetzwerke) sowie der Stadtverwaltung Heidelbergs realisiert.
Kleine Kinder sowie ältere Menschen und Menschen mit Vorerkrankungen reagieren besonders sensitive auf Hitzeereignisse. Gemeinsam mit diesen Zielgruppen werden im Projekt individuelle Anpassungsstrategien und Schutzmaßnahmen entwickelt um den Alltag und die Mobilität auch während heißer Tage zu ermöglichen (Foto: Unsplash.com).
„Ziel von HEAL ist es, neben der Bereitstellung von Informationen und Anpassungskonzepten zu Hitzestress im Allgemeinen, im Rahmen einer App insbesondere Menschen in Risikogruppen eine hitzeangepasste Mobilität zu ermöglichen“, so Prof. Dr. Alexander Zipf. Zu diesem Zweck wird das Projekt Sensordaten in Nahe-Echtzeit nutzen, um Bereiche mit erhöhter Hitzebelastung zu identifizieren und zu modellieren. Basierend auf den Sensordaten und vorhandenen Klimaanalysekarten werden statistische Vorhersagemodelle entwickelt. Die Ergebnisse sollen in eine Navigation entlang beschatteter Routen einfließen. Die gewonnenen Informationen werden aufbereitet und über eine interaktive Anwendung sowie als analoge Materialien und Karten zur Verfügung gestellt.
„Auf diese Weise wird für den Raum Heidelberg die Wissensbasis über die Auswirkungen von Hitzeereignissen auf Risikogruppen erweitert, anhand von Nahe-Echtzeitdaten individuelle Anpassungsstrategien beforscht und umgesetzt sowie gemeinsam mit der Stadtverwaltung administrative Maßnahmen entwickelt.“ erklären Dr. Kathrin Foshag und Johannes Fürle, Mit-Initiatoren des Forschungsprojekts.
Im Fokus des Projektes stehen zwei Aspekte:
Einbindung von Stakeholdern und Zielgruppen in den Forschungs- und Entwicklungsprozess
Durch die direkte Einbindung von Risikogruppen können deren Bedürfnisse zielgerichtet ermittelt werden und der Forschungs- und Entwicklungsprozess kann individuell angepasst werden. Beispiele hierfür sind etwa zentrale Parameter für ein hitzevermeidendes Routing, wie Steigung, Lärm und Grünheit. „Dieser transdisziplinäre Ansatz erhöht die Wirksamkeit und Umsetzbarkeit der Maßnahmen entscheidend“, so Dr. Nicole Aeschbach, Leiterin des TdLab Geographie.
Einbindung öffentlicher Smart City Daten in ein Routing System
Im Rahmen einer App soll anhand von Nahe-Echtzeitdaten eine Routinganwendung umgesetzt werden, mithilfe derer Nutzende möglichst schattige und hitzestressvermeidende Routen berechnen lassen können. Als mögliche Einflussfaktoren auf die Routen soll neben den von Zielgruppen selbst bestimmten Bedürfnissen auch ein ausgedehntes LoRaWAN-Sensornetzwerk im Stadtgebiet Heidelberg dienen. Hierzu kooperiert das Team mit der Digitalagentur der Stadt Heidelberg als externer Partnerin um neue Sensoren im Stadtgebiet zu implementieren. Mit diesen können Nahe-Echtzeitinformationen über Parameter wie Lufttemperatur und Luftfeuchte in das Routing integriert werden und erlauben damit größte Flexibilität für die Routenplanung. Der Ansatz geht damit weit über bestehende Modelle hinaus: „Durch die Verwendung dynamisch aktualisierter Indikatoren und die hohe räumliche Auflösung der fusionierten Routinggewichte wird eine Planbarkeit von Routen und die Auswertung der Sensordaten und Indikatoren hinsichtlich optimaler Mobilitäts- und Aktivitätszeiträumen möglich.“ betont Dr. Sven Lautenbach.
Über das HeiGIT
Das Ziel des Heidelberg Institute for Geoinformation Technology (HeiGIT) ist es, den Wissens- und Technologietransfer aus der Geoinformatik-Grundlagenforschung in die Praxis auf Basis innovativer Geoinformationstechnologien zu verbessern. Es wird von Prof. Dr. Alexander Zipf wissenschaftlich geleitet und von der Klaus Tschira Stiftung gGmbH gefördert. Als An-Institut der Universität Heidelberg besteht eine enge Zusammenarbeit mit den Mitarbeiter*innen der Abteilung Geoinformatik am Geographischen Institut. So können innovative Lösungen auf dem aktuellsten Stand der Forschung und Technik realisiert werden.
Über die GIScience Forschungsgruppe
Die GIScience Research Group der Universität Heidelberg beschäftigt sich mit innovativer Grundlagen- und angewandter Forschung sowie neuester Technologie an der Schnittstelle zwischen Geographie und computational sciences. Durch die sehr enge Zusammenarbeit mit dem HeiGIT, besteht die Möglichkeit, Forschungsarbeiten auf dem neuesten Stand der Technik zu realisieren. Das HeiGIT/GIScience-Team betreibt und entwickelt seit mehr als zehn Jahren den openrouteservice (ORS), welcher als Backend für die Routing-Applikation verwendet werden soll.
Über das TdLab Geographie (Transdisziplinaritätslabor)
Das Team des TdLab Geographie (Transdisziplinaritätslabor) der Universität Heidelberg erarbeitet unter der Leitung von Dr. Nicole Aeschbach im Co-Design mit Akteuren aus Unternehmen, Behörden, der Politik sowie der Zivilgesellschaft Klimaschutz- und Klimawandelanpassungsmaßnahmen. Dazu wird natur- und gesellschaftswissenschaftliche Forschung mit Anforderungen und Wissen aus der Praxis verknüpft. Kennzeichnend für den transdisziplinären Forschungsprozess sind innovative Methoden, die auf eine wirksame Integration der verschiedenen Perspektiven abzielen.
Kontakt:
GIScience Research Group
Geographisches Institut
Universität Heidelberg
Im Neuenheimer Feld 348
69120 Heidelberg
Email: johannes.fuerle [at] uni-heidelberg.de
Tel.: +49 (0) 6221 54-5525