Geodaten liefern neue Informationsbasis über Bestände und Bedarfe der öffentlichen Infrastruktur in Deutschland

Illustration zum Thema "Forschungsprojekt Infrastrukturatlas Deutschland"

© Timo Meyer

Das Ausmaß der Infrastrukturdefizite in Deutschland und der damit verbundene öffentliche Investitionsbedarf werden seit Jahren prominent diskutiert. Vielzitierte Beispiele aus dem Alltag sind marode Sanitäranlagen in Schulen, sanierungsbedürftige Straßen und Brücken und eine unzureichende Internet- und Breitbandbandversorgung in vielen Regionen. Zugleich gibt es jedoch bislang noch keine deutschlandweite Datenbasis zur Verfügbarkeit und Qualität der öffentlichen Infrastruktur. Diesen Umstand hat auch der Wissenschaftliche Beirat in seinem jüngsten Gutachten zur Infrastruktur in Deutschland angemerkt.

Ziel des Forschungsprojekts „Infrastrukturatlas“ des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie in Kooperation mit dem TÜV Rheinland war es deshalb, eine bessere Übersicht über Infrastrukturausstattungen in ganz Deutschland zu gewinnen und gleichzeitig das Anwendungspotenzial von Geodaten für die Analyse öffentlicher Infrastrukturausstattungen aufzuzeigen.

Dabei geht es um mehr als nur die reine Erfassung der exakten Infrastrukturstandorte. Leitgedanke ist vielmehr, die Infrastrukturausstattung aus der Nutzerperspektive zu betrachten. Entscheidend ist dabei nicht allein die Erreichbarkeit, also die Fahrtzeit zur nächstgelegenen Infrastruktureinrichtung, sondern auch die Frage der Kapazitäten, das heißt mit wie vielen anderen potenziellen Nutzer sich jemand die nächstgelegene Infrastruktureinrichtung teilen muss.

Illustration zum Thema "Forschungsprojekt Infrastrukturatlas Deutschland"

© Tmo Meyer

Berechnung von Fahrtzeiten und Knappheiten

Die Analysen der Fahrtzeiten und Kapazitäten erfolgten systematisch für 22 öffentliche Infrastrukturen in den Bereichen:

  • Bildung (Kitas, Grundschulen, weiterführende Schulen)
  • Berufliche Bildung (Berufsschulen, Universitäten)
  • Gesundheit (Arzt- und Zahnarztpraxen, Krankenhäuser)
  • Verkehrsknotenpunkte ((Fern)-Bahnhöfe, Autobahnauffahrten)
  • Sicherheit (Landes- und Bundespolizei, Berufsfeuerwehr)
  • Verwaltung und Zentren (Rathäuser, Grund-, ­Mittel-, Oberzentren, Metropolen)
  • Kultur und Freizeit (Museen, Schwimmbäder)
In Kürze:
Der Leitgedanke des Forschungsprojektes ist, die Infrastrukturausstattung aus der Nutzerperspektive zu betrachten.

Dank der Verwendung präziser Geodaten konnte die Analyse der Fahrtzeiten und Knappheiten einzeln für jede der 22 Millionen Wohnadressen in Deutschland erfolgen. Zudem sind die berechneten Wegezeiten auf Grund der im Forschungsprojekt verwendeten Daten und Modelle sehr realitätsnah. Beispielsweise erfolgt die Fahrtzeitberechnung mit dem öffentlichen Nahverkehr auf Basis von tatsächlichen Fahrplänen. Zur Berechnung realistischer Fahrgeschwindigkeiten mit dem Auto wurde das Verkehrsaufkommen für das gesamte Straßennetz in Deutschland modelliert.

Neben den Fahrtzeiten ermittelt das Forschungsprojekt in einem zweiten Schritt die Knappheiten, die sich vor Ort aufgrund der vorhandenen Infrastrukturausstattung ergeben. Damit ermöglicht das Forschungsprojekt erstmals eine – wenn auch noch recht grobe – Abschätzung von potenziellen Über- und Unterauslastungen von Infrastruktureinrichtungen.

In Kürze:
Bildungseinrichtungen und Arztpraxen sind für die meisten Menschen schnell zu erreichen.

Die Betrachtung von Knappheiten ist auch für die Abschätzung des tatsächlichen Nutzens für die Einwohner von Bedeutung: Eine theoretisch kurze Fahrtzeit zu einer Kita hilft den Eltern nicht, wenn diese voll belegt ist. Für die Berechnung wird angenommen, dass Menschen diejenige Infrastruktureinrichtung ansteuern, die sie mit den geringsten Kosten – approximiert durch die kürzeste Fahrtzeit – erreichen können.

Fahrtzeiten zu öffentlichen Infrastruktureinrichtungen

Die Fahrtzeiten für ganz Deutschland zeugen von einer durchschnittlich schnellen Erreichbarkeit von grundlegenden Bildungseinrichtungen sowie der medizinischen Grundversorgung: Kitas, Grund- und weiterführende Schulen sowie Arztpraxen sind für drei Viertel der Bewohner in Deutschland in weniger als fünf Minuten mit dem schnellsten Verkehrsmittel zu erreichen (Abbildung 1). 25 % der Einwohner in Deutschland haben sogar Fahrzeiten von weniger als zwei Minuten.

Abbildung 1: Vergleich der Fahrtzeiten über alle Infrastrukturen (Schnelle Erreichbarkeit (25 %-Quartil); Langsame Erreichbarkeit (75 %-Quartil)) Bild vergrößern

Abbildung 1: Vergleich der Fahrtzeiten über alle Infrastrukturen

Etwas längere Anfahrtszeiten ergeben sich für kleinere Zentren, Kultur- und Freizeiteinrichtungen sowie Infrastrukturen im Bereich Sicherheit und des Regionalverkehrs. Die Mehrheit der Menschen in Deutschland benötigt im Durchschnitt weniger als zehn Minuten zum nächstgelegenen Rathaus, Grund- oder Mittelzentrum, einem Bahnhof oder einer Landespolizeistelle. Auch Kultur- und Freizeiteinrichtungen, wie Museen und Schwimmbäder, sowie Berufsschulen und Krankenhäuser weisen vergleichbare Anfahrtszeiten auf.

Zur Erreichung urbaner Zentren (Oberzentren und Metropolen) und Universitäten, sowie von Verkehrsknotenpunkten des Fernverkehrs (Autobahnauffahrten und Fernbahnhöfe) benötigen drei Viertel der Bevölkerung bis zu einer halben Stunde. Interessant ist, dass Autobahnauffahrten deutlich schneller zu erreichen sind als Fernbahnhöfe.

Die Unterschiede bei der Erreichbarkeit der einzelnen Infrastrukturtypen sind meist gering: Die Einwohner mit der besten Anbindung (Top 25%) sind etwa zwei bis drei Mal schneller am Ziel als der Durchschnitt. Und der Durchschnittshaushalt ist wiederum zwei bis drei Mal schneller als der Teil der Bevölkerung, der die längsten Fahrzeiten hat (untere 1 %). Auffälligkeiten ergeben sich jedoch bei der Erreichbarkeit der Arztpraxen: Die 25 % der Bevölkerung mit den längsten Fahrzeiten benötigen zur nächstgelegenen Arztpraxis durchschnittlich viermal so lange wie der Durchschnitt. Eine Ursache für dieses Ergebnis könnten „Ausreißer-Gemeinden“ mit überdurchschnittlich langen Fahrtzeiten sein.

Auslastung und Nachfrage

Eine leistungsfähige öffentliche Infrastruktur zeichnet sich nicht nur dadurch aus, dass sie für die Bürgerinnen und Bürger (schnell) erreichbar ist. Es stellt sich auch die Frage, wie stark diese Angebote potenziell in Anspruch genommen werden und ob die Kapazitäten für die Befriedigung der Nachfrage ausreichen.

Abbildung 2 zeigt dazu erste einfache Abschätzungen auf Basis der im Rahmen der Studie ermittelten Daten. Hierbei werden die Berechnungsergebnisse der Fahrzeiten zugrunde gelegt, um für jeden Bürger die nächstgelegene Infrastruktureinrichtung zu bestimmen. Die zu erwartende Nachfrage an dieser Einrichtung bestimmt sich dann aus der Summe der Bürgerinnen und Bürger, für die die Einrichtung die am schnellsten zu erreichende ist. Als Knappheitsindikator erhält man damit zunächst eine Art „rivalisierende Nachfrage“ für jede Infrastruktur. Bei einigen Infrastruktureinrichtungen, wie etwa Kindertagesstätten oder Krankenhäusern, liegen zudem Angaben über die tatsächliche Kapazität vor (Plätze in der Kita, Betten im Krankenhaus). In diesen Fällen lässt sich eine Art Kapazitätsauslastung bestimmen.

Abbildung 2: Vergleich der potenziellen Auslastung über alle Infrastrukturen (Hohe Nachfrage (75 %-Quartil); Geringe Nachfrage (25 %-Quartil)) Bild vergrößern

Abbildung 2: Vergleich der potenziellen Auslastung über alle Infrastrukturen

In Kürze:
Für Infrastrukturen mit vielen Standorten wurden durchschnittlich eher geringe Knappheiten ermittelt.

Die roten Balken zeigen die durchschnittliche Knappheit für die 25 % der Einwohner in Deutschland mit den niedrigsten Knappheiten an. Die blauen Balken spiegeln die durchschnittliche Auslastung für die 25 % der Einwohner mit den höchsten Knappheitswerten wider. Grundsätzlich zeigen sich deutliche Unterschiede über die verschiedenen Infra­strukturen. Infrastrukturen mit vergleichsweise vielen Standorten in ganz Deutschland haben geringere Knappheitswerte. Dies trifft vor allem auf Bildungs- und Gesundheitseinrichtungen zu. Für Berufs- und Grundschulen sowie Kitas ist der Auslastungsindikator für die geringe Nachfragegruppe sogar kleiner als eins, was auf vergleichsweise geringe Engpässe hindeutet.

Eine hohe Nachfrage ergibt sich für Freizeiteinrichtungen wie Schwimmbäder oder Museen, aber auch für Verkehrsknotenpunkte (Bahnhöfe, Autobahnauffahrten), Landespolizeistellen sowie Rathäuser. Wenig überraschend ist, dass sich die Nachfrage mit der Größe der betrachteten Zentren (von Grundzentren bis zu Metropolen) stetig erhöht: Durchschnittlich 15.000 bis 55.000 Menschen in Deutschland wurden einem Grundzentrum als potenzielle Nutzer zugeordnet, wohingegen die großen Metropolen in Deutschland mehr als eine Million Menschen potenzielle Nutzer aufweisen. Neben den Zentren gehören Universitäten, Fernbahnhöfe, Berufsfeuerwehr- und Polizeistandorte ebenfalls zu den Infrastruktureinrichtungen, die eine vergleichsweise hohe potenzielle Nachfrage pro Standort aufweisen.

Illustration zum Thema "Forschungsprojekt Infrastrukturatlas Deutschland"

© Timo Meyer

Fallbeispiel: Berufsschulen

Nachfolgend werden exemplarisch erste Berechnungsergebnisse für die Berufsschulen dargestellt (vgl. dazu den Abschlussbericht des Forschungsprojekts). Um die Auswertungen auf einer Deutschlandkarte anschaulich darstellen zu können, werden die Ergebnisse im Folgenden auf der Gemeindeebene aggregiert. Abbildung 3 (Infografik als PDF (PDF, 351 KB) zeigt die auf Basis der Modellannahmen berechneten durchschnittlichen Fahrtzeiten auf Gemeindeebene zur nächstgelegenen Berufsschule. Dazu wurde die Verteilung der Fahrtzeiten in drei Klassen aufgeteilt: schnell, mittel, und langsam. Die „schnellen“ (das heißt gut angebundenen), grün eingefärbten Gemeinden haben durchschnittliche Fahrtzeiten von weniger als drei Minuten, die Fahrtzeiten in den blau eingefärbten Gemeinden liegen durchschnittlich zwischen drei und neun Minuten. In den rot eingefärbten Gemeinden werden für die Schüler durchschnittlich mindestens neun Minuten Fahrzeit bis zur nächsten Berufsschule ermittelt.

Die unterschiedlichen Sättigungsstufen spiegeln die Bevölkerungsverteilung in Deutschland wider: Größere Gemeinden mit mehr Kindern im hier angenommenen berufsschulrelevanten Alter zwischen 15 und 17 Jahren sind in satteren, dunkleren Tönen eingefärbt.

In Kürze:
Die berechneten Daten stehen für weitere Auswertungen zur Verfügung.

In Abbildung 4 wurde die aus Nutzersicht zu erwartende Auslastung der Berufsschulen in Deutschland grafisch dargestellt. Zur Bestimmung der Auslastung wurde zugrunde gelegt, für wie viele Schüler eine Schule die nächstgelegene ist und wie viele Schüler diese Schule in der Vergangenheit besucht haben (als Näherungswert für die Kapazität dieser Schule). In den grün eingefärbten Gemeinden würde unter den getroffenen Annahmen die Mehrheit der Schüler auf nächstgelegene Berufsschulen, die einen berechneten Auslastungsgrad von 70 % ausweisen. In den blau eingefärbten Kommunen wird für die Mehrheit der Berufsschüler eine durchschnittliche Auslastung zwischen 70 % und gut 200 % berechnet, wohingegen in den rot eingefärbten Gemeinden durchschnittlich mindestens doppelt so viele Jugendliche im berufsschulrelevanten Alter leben als nächstgelegene Berufsschulplätze zur Verfügung stehen.

Schließlich stellt sich die Frage nach einem möglichen Zusammenspiel aus Fahrtzeiten und Knappheiten: Sind Schüler in Deutschland mit längeren Fahrtzeiten auch häufig von stärkeren Knappheiten betroffen oder gleichen sich Fahrtzeiten und Knappheiten eher aus? Erste Hinweise zu möglichen Zusammenhängen lassen sich in Abbildung 5 erkennen. Die rot eingefärbten Gemeinden repräsentieren die sogenannten „hot spots“, Gemeinden mit durchschnittlich langen Fahrtzeiten und gleichzeitig hohen Auslastungswerten an der aus Schülersicht nächstgelegenen Berufsschule. Die grün eingefärbten Gebiete sind Gemeinden, in welchen die Schüler durchschnittlich kurze Fahrtzeiten zur nächstgelegenen Berufsschule haben und gleichzeitig die ermittelten Auslastungswerte der Berufsschulen relativ gering sind.

Vielfältige Weiterverwendungsmöglichkeiten für die deutschlandweite, adressgenaue Datenbank

Zusammen mit dem TÜV Rheinland wurden die Methoden sowie ersten Auswertungsergebnisse in einem Abschlussbericht aufbereitet. Bei diesen ersten Auswertungen soll es jedoch nicht bleiben; Ziel des Projektes ist es, weitere Forschungsarbeiten zum Bestand der öffentlichen Infrastruktur in Deutschland anzuregen.

Illustration zum Thema "Forschungsprojekt Infrastrukturatlas Deutschland"

© Timo Meyer

Kontakt:
Dr. Martin Meurers & Dr. Lisa Oberländer
Referat: Finanzpolitik; konjunkturpolitische Koordinierung
schlaglichter@bmwi.bund.de