Stadtbäume leisten einen wichtigen Beitrag zu Ökosystemleistungen und zum menschlichen Wohlbefinden in zunehmend verdichteten Städten. In der Planung und Gestaltung werden Bäume jedoch meist in ihrer angestrebten ausgewachsenen Form dargestellt. Wie sie tatsächlich wirken, hängt davon ab, wie sie sich nach der Pflanzung als junge Bäume aus der Baumschule am jeweiligen Standort entwickeln. Städtische Einschränkungen und Belastungen können diese Entwicklung verändern, verhindern, dass Bäume die angestrebte ausgewachsene Form erreichen, oder sogar dazu führen, dass sie lange vor dem Ende ihrer erwarteten Lebensdauer entfernt werden. Daher braucht es computergestützte Werkzeuge, die Wachstum und Entwicklung von Bäumen simulieren und Planung sowie Pflege über ihre gesamte Lebensdauer unterstützen.

Dieser Bedarf ist im unterirdischen Bereich besonders groß. Während die oberirdischen Teile eines Baumes vergleichsweise leicht untersucht, vermessen und gepflegt werden können, sind Wurzelsysteme schwer zu beobachten und zu steuern. Von der Pflanzung bis zur Entfernung des Baumes bleiben sie weitgehend unsichtbar. Zwar haben sich zerstörungsfreie Verfahren zur Erkennung unterirdischer Strukturen in den vergangenen Jahrzehnten weiterentwickelt, doch Untersuchungen im komplexen städtischen Untergrund sind weiterhin mit erheblicher Unsicherheit verbunden. Deshalb wird die räumliche und zeitliche Entwicklung von Wurzelsystemen städtischer Bäume in der heutigen Planung und Pflege nur unzureichend berücksichtigt.

Um diese Wissenslücke zu schließen, zielt das Forschungsvorhaben darauf ab, ein Modell zu entwickeln, das die Entwicklung von Baumwurzeln unter den vom Menschen veränderten Bedingungen an der städtischen Oberfläche und im Untergrund simuliert. Das Modell verwendet eine dreidimensionale, räumlich explizite Struktur aus Voxeln, um die Beziehungen zwischen Wurzeln, Infrastruktur und Boden darzustellen.

Während das verwandte Forschungsprojekt zum Wachstum von Baumkronen darauf ausgerichtet ist, eine gewünschte oberirdische Wirkung durch eine vorab festgelegte Anordnung von Zielvoxeln für die Krone zu erreichen, konzentriert sich dieses Forschungsvorhaben darauf, das Risiko räumlicher Konflikte zwischen Wurzeln und Infrastruktur im Untergrund zu verringern. Das Modell zur Wurzelentwicklung soll Planenden und Fachleuten für Baumpflege helfen, plausible Entwicklungsverläufe von Wurzeln zu visualisieren, mögliche Konflikte zwischen Wurzeln, Infrastruktur und Boden zu erkennen und Gestaltungs- und Pflegestrategien schrittweise anzupassen. Das Forschungsvorhaben verfolgt folgende Ziele:

O1: Die wesentlichen Faktoren und Prozesse identifizieren, die die Wurzelentwicklung städtischer Bäume während ihrer gesamten Lebensdauer beeinflussen.

O2: Ein räumlich explizites Modellierungskonzept für die Wurzelentwicklung entwickeln, das an städtische Bedingungen angepasst ist.

O3: Das Modell zur Wurzelentwicklung auf Grundlage ausgewählter Faktoren und Prozesse umsetzen.

O4: Algorithmen zur Erkennung möglicher Konflikte und Indikatoren zur Bewertung der damit verbundenen Risiken entwickeln.

O5: Die Anwendung des Modells in iterativen Planungs- und Pflegeprozessen untersuchen.