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VisAsim - Visual-Acoustic Simulation for landscape impact assessment of wind farms

English title VisAsim - Visual-Acoustic Simulation for landscape impact assessment of wind farms
Applicant Wissen Hayek Ulrike
Number 135555
Funding scheme Interdisciplinary projects
Research institution Institut für Raum- und Landschaftsplanung ETH-Hönggerberg
Institution of higher education ETH Zurich - ETHZ
Main discipline Other disciplines of Environmental Sciences
Start/End 01.07.2011 - 31.12.2014
Approved amount 384'065.00
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Keywords (8)

visual-acoustic simulation tool; wind turbine noise; soundscape modeling; 3D landscape visualization; environmental valuation; discrete choice experiments; virtual reality choice experiments; wind farm siting

Lay Summary (German)

Lead
Lay summary

Für eine nachhaltige Energieversorgung wird der Ausbau der erneuerbaren Energien in Europa stark vorangetrieben. Ein wichtiger Energieträger ist dabei die Windenergie. In der Schweiz kommt der Ausbau der Windenergie jedoch wegen Einsprachen von lokalen Anwohnern und Landschaftsverbänden nur zögerlich voran. Wie kann die Bewertung der Auswirkung von geplanten Windparks auf die Landschaft verbessert werden, um gesellschaftlich besser akzeptierte Standorte zu ermitteln?

Hintergrund: Die Planung und Umsetzung von Windenergieprojekten in der Schweiz und in Europa gestaltet sich schwierig und führt zu einer zunehmenden Frustration bei Verwaltung und Windenergiefirmen. Ein Hauptproblem sind top-down Planungsprozesse, denen es an der Bewertung der gesellschaftlichen Akzeptanz von Windparks an bestimmten Standorten fehlt. Wichtige Gründe für ablehnende Haltungen sind die Veränderung des Landschaftsbilds sowie der Lärm, den Windturbinen erzeugen. Es fehlen jedoch Bewertungsinstrumente, welche eine kombinierte visuelle und akustische Bewertung der Landschaftsveränderung durch Windkraftanlagen ermöglichen.

Ziele und Methoden: Ziel des Projekts VisAsim ist deshalb die Entwicklung einer GIS-basierten visuell-akustischen 3D Landschaftsvisualisierung, die sowohl eine visuelle, ästhetische Bewertung des Landschaftsbildes als auch eine akustische Bewertung der neuen Infrastrukturen im jeweiligen Landschaftskontext ermöglicht. In einem interdisziplinären Ansatz werden realistische Modellierungen der akustischen Geräuschlandschaft mit realistischen, interaktiven 3D-Landschaftsvisualisierungen von Windparks in einem Simulationsinstrument integriert. Dazu werden zuerst für den bestehenden Windpark am Mont Crosin (BE) Referenz-Videos und -Tonaufnahmen sowie der Prototyp einer visuell-akustischen Simulation erstellt. Die Qualität des Prototyps als Medium zur Landschaftsbewertung wird dann in einem Experiment mit den Referenzaufnahmen verglichen. Anschliessend werden für drei Studiengebiete in unterschiedlichen Landschaften alternative Windpark-Szenarien simuliert und in einem Wahlexperiment (Discrete Choice Experiment) bewertet. Das entstehende Simulationsinstrument soll eine verbesserte Bewertung von Windpark-Szenarien erlauben und eine umfassendere Entscheidungsgrundlage bieten für die Ausscheidung von geeigneten Standorten für Windparks, z.B. in Konzepten des Bundes, Kantonalen Richtplänen oder Kommunalen Nutzungsplänen.

Bedeutung: Das Projekt entwickelt neue Algorithmen und Strategien für die Simulation von räumlich expliziten Geräuschen von Windturbinen, die den landschaftlichen Kontext mit einbeziehen. Mit der Integration der Geräuschmodellierungen in realistische 3D Landschaftsvisualisierungen und dem Einsatz als Instrument für die Landschaftsbildbewertung, wird eine Bewertung der gegenseitigen Beeinflussung von Geräuschen und visueller Ästhetik von Windpark-Szenarien auf die Landschaftsqualität möglich. Dieses Bewertungsinstrument trägt darüber hinaus zur Weiterentwicklung von nicht marktwirtschaftlichen Bewertungstechniken bei. Schliesslich sollen die Bewertungsresultate Empfehlungen für die Planung von Windparks liefern und damit eine bessere Ausnutzung der Windenergiepotentiale unterstützen.

Direct link to Lay Summary Last update: 21.02.2013

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Publications

Publication
Evaluating a visual-acoustic simulation for wind park assessment
Manyoky Madeleine, Wissen Hayek Ulrike, Pieren Reto, Heutschi Kurt, Grêt-Regamey Adrienne (2016), Evaluating a visual-acoustic simulation for wind park assessment, in Landscape and Urban Planning, 153, 180-197.
Exploring Issues of Immersive Virtual Landscapes for Participatory Spatial Planning Support
Wissen Hayek Ulrike, Waltisberg David, Philipp Nina, Grêt-Regamey Adrienne (2016), Exploring Issues of Immersive Virtual Landscapes for Participatory Spatial Planning Support, in Digital Landscape Architecture, 1, 100-108.
Factors influencing public perceptions of wind parks: A laboratory test using video-acoustic simulations
Ribe Robert, Manyoky Madeleine, Wissen Hayek Ulrike, Grêt-Regamey Adrienne (2016), Factors influencing public perceptions of wind parks: A laboratory test using video-acoustic simulations, Hochschule für Technik Rapperswil, Rapperswil, Switzerland.
Kommunikations- und Planungsinstrument für Windenergieanlagen
Wissen Hayek Ulrike, Pieren Reto, Grêt-Regamey Adrienne (2016), Kommunikations- und Planungsinstrument für Windenergieanlagen, Bundesamt für Energie, Bern, Switzerland.
Perceptions of video with acoustic simulations of potential wind energy parks in Switzerland: Scenic versus acceptability judgments, information effects and attitudes
Ribe Robert, Manyoky Madeleine, Wissen Hayek Ulrike, Gêt-Regamey Adrienne (2016), Perceptions of video with acoustic simulations of potential wind energy parks in Switzerland: Scenic versus acceptability judgments, information effects and attitudes, in Dilemma: Debate, Utah State UniversityCouncil of Educators in Landscape Architecture, Utah.
Geplante Windparks erleben mit VisAsim
Wissen Hayek Ulrike (2015), Geplante Windparks erleben mit VisAsim, ETH Zukunftsblog, Zürich, Switzerland.
VisAsim-Demonstration – Ein innovatives Kommunikations- und Planungsinstrument für Windenergieanlagen
Wissen Hayek Ulrike, Pieren Reto, Stähli Lisa, Grêt-Regamey Adrienne (2015), VisAsim-Demonstration – Ein innovatives Kommunikations- und Planungsinstrument für Windenergieanlagen, Planning of Landscape and Urban Systems, ETH Zürich, Zürich.
Visual-Acoustic Simulation for Landscape Impact Assessment of Wind Parks
Manyoky Madeleine (2015), Visual-Acoustic Simulation for Landscape Impact Assessment of Wind Parks, ETH Zürich, Zürich, Switzerland.
Visual-Acoustic Simulations for Integrating Cultural Landscape Values into Wind Park Assessments
Manyoky Madeleine, Ribe Robert, Wissen Hayek Ulrike (2015), Visual-Acoustic Simulations for Integrating Cultural Landscape Values into Wind Park Assessments, in Peer Reviewed Proceedings of Digital Landscape Architecture 2015, Anhalt, GermanyHerbert Wichmann Verlag, VDE VERLAG GMBH, Berlin/Offenbach.
Visuell-akustische Landschaftssimulationen für die Bewertung der Akzeptanz von Windparks
Manyoky Madeleine, Wissen Hayek Ulrike (2015), Visuell-akustische Landschaftssimulationen für die Bewertung der Akzeptanz von Windparks, in Runder Tisch GIS E.V. (ed.), Runder Tisch GIS E.V., Munich, Germany, 113-113.
Developing a GIS-based visual-acoustic 3D simulation for wind farm assessment
Manyoky Madeleine, Wissen Hayek Ulrike, Heutschi Kurt, Pieren Reto, Grêt-Regamey Adrienne (2014), Developing a GIS-based visual-acoustic 3D simulation for wind farm assessment, in ISPRS International Journal of Geo-Information, 3(1), 29-48.
Wahrnehmung von punktquellen Umweltgeräuschen in bewegten Simulationen in VisAsim
Girault Jan-Torben (2014), Wahrnehmung von punktquellen Umweltgeräuschen in bewegten Simulationen in VisAsim, ETH Zürich, Zürich.
"Überraschungseffekt?" Simulation vs. Realität
Jäckel Debora (2013), "Überraschungseffekt?" Simulation vs. Realität, Bachelorarbeit an der ETH in BSC Umweltingenieurwissenschaften, Zürich, Schweiz.
Auralization of wind turbine noise: Emission synthesis
Pieren Reto, Heutschi Kurt, Müller Menno, Manyoky Madeleine, Eggenschwiler Kurt (2013), Auralization of wind turbine noise: Emission synthesis, in Acta Acustica united with Acustica, 100(1), 25-33.
Auralization of wind turbine noise: Propagation filtering and vegetation noise synthesis
Heutschi Kurt, Pieren Reto, Müller Menno, Manyoky Madeleine, Wissen Hayek Ulrike, Eggenschwiler Kurt (2013), Auralization of wind turbine noise: Propagation filtering and vegetation noise synthesis, in Acta Acustica united with Acustica, 100(1), 13-24.
Auralization of Wind Turbines
Heutschi Kurt, Pieren Reto (2013), Auralization of Wind Turbines, in AIA-DAGA 2013, MeranoAIA-DAGA 2013, Merano.
Einfluss der natürlichen Umgebungsgeräusche bei der Wahrnehmung von Windturbinen
Girault Jan-Torben (2013), Einfluss der natürlichen Umgebungsgeräusche bei der Wahrnehmung von Windturbinen, Bachelorarbeit an der ETH in BSC Umweltingenieurwissenschaften, Zürich, Schweiz.
Nutzen eines physischen Modells zur Orientierung in virtuellen Landschaften
Neff Patrick (2013), Nutzen eines physischen Modells zur Orientierung in virtuellen Landschaften, Bachelorarbeit an der ETH in BSC Geomatik und Planung, Zürich, Schweiz.
Concept for collaborative design of wind farms facilitated by an interactive GIS-based visual-acoustic 3D simulation
Manyoky Madeleine, Wissen Hayek Ulrike, Klein Thomas Michael, Pieren Reto, Heutschi Kurt, Grêt-Regamey A. (2012), Concept for collaborative design of wind farms facilitated by an interactive GIS-based visual-acoustic 3D simulation, in Buhmann E. Ervin S. Pietsch M. (ed.), Wichmann, Berlin and Offenbach, 297-306.
Einfluss der Tageszeiten auf die Landschaftsbildbewertung
Theis Joe (2012), Einfluss der Tageszeiten auf die Landschaftsbildbewertung, Masterarbeit an der ETH Zürich, Zürich, Schweiz.
Messung, Analyse und Synthese von Windturbinengeräuschen
Müller M. (2012), Messung, Analyse und Synthese von Windturbinengeräuschen, Bachelor Thesis at Empa and Jade Hochschule Oldenburg, Zurich, Switzerland and Oldenburg, Germany.
Modell zur Synthese akustischer Emissionen von Windturbinen
Müller M., Pieren R., Bitzer J. (2012), Modell zur Synthese akustischer Emissionen von Windturbinen, in DAGA 2012 German conference on acoustics, Darmstadt, GermanyDAGA, Darmstadt.
Multi-criteria decision analysis for planning and design of sustainable energy landscapes.
Grêt-Regamey Adrienne, Wissen Hayek Ulrike (2012), Multi-criteria decision analysis for planning and design of sustainable energy landscapes., in van den Dobbelsteen Andy (ed.), CRC/ Taylor and Francis, Florida, 111-131.
Exploring the qualities of GIS-based visual-acoustic simulations of wind parks to support public opinion forming
Wissen Hayek Ulrike, Pieren Reto, Heutschi Kurt, Manyoky Madeleine, Grêt-Regamey Adrienne, Exploring the qualities of GIS-based visual-acoustic simulations of wind parks to support public opinion forming, in Yamu Claudia (ed.), Routledge, Oxford, UK, 0-0.

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
COST TU1401 Summer School Talk given at a conference VisAsim – An innovative communication and planning instrument for wind parks 22.08.2016 Dublin, Great Britain and Northern Ireland Wissen Hayek Ulrike;
Digital Landscape Architecture Conference 2016 Talk given at a conference Exploring Issues of Immersive Virtual Landscapes for Participatory Spatial Planning Support 04.06.2016 Istanbul, Turkey Grêt-Regamey Adrienne; Wissen Hayek Ulrike;
Digital Landscape Architecture Conference 2015 Talk given at a conference Visual-Acoustic Simulations for Integrating Cultural Landscape Values into Wind Park Assessments 06.06.2015 Bernburg, Germany Grêt-Regamey Adrienne; Manyoky Madeleine; Wissen Hayek Ulrike;
Digital Landscape Architecture Conference 2013 Talk given at a conference Visual-Acoustic 3D Landscapes for assessing wind farm scenarios 06.06.2013 Bernburg, Germany Manyoky Madeleine;
AIA-DAGA 2013 Talk given at a conference Auralization of Wind Turbines 18.03.2013 Merano, Italy Pieren Reto; Heutschi Kurt;
Digital Landscape Architecture Conference 2012 Talk given at a conference Concept for collaborative design of wind farms facilitated by an interactive GIS-based visual-acoustic 3D simulation 31.05.2012 Bernburg, Germany Wissen Hayek Ulrike; Manyoky Madeleine;
DAGA 2012 German conference on acoustics Talk given at a conference Modell zur Synthese akustischer Emissionen von Windturbine 19.03.2012 Darmstadt, Germany, Germany Heutschi Kurt; Pieren Reto;
Master of Advanced Studies in Spatial Planning (MAS RP), ETHZ Individual talk VisAsim - Visual-Acoustic Simulations for Landscape Impact Assessment of Wind Farms 12.01.2012 Zurich, Switzerland Manyoky Madeleine;
Symposium "Building Acoustics" at Empa Poster Visual-Acoustic Simulation for landscape impact assessment of Wind Farms: VisAsim 29.11.2011 Dübendorf, Switzerland Heutschi Kurt; Pieren Reto;


Knowledge transfer events

Active participation

Title Type of contribution Date Place Persons involved
VisAsim: Praxiseinsatz zur Erfassung des Mehrwerts Workshop 29.06.2016 Zürich, Switzerland Wissen Hayek Ulrike; Pieren Reto;
Landschaftswandel gestalten – Ansätze. F+ E-Vorhabe “Den Landschaftswandel gestalten!”, Internationale Abschlussveranstaltung Talk 23.10.2014 Frankfurt, Germany Wissen Hayek Ulrike;
Presentation of the Project VisAsim at the International Closing Event of the Research and Development Project “Den Landschaftswandel gestalten!” Talk 23.10.2014 Frankfurt am Main, Germany Wissen Hayek Ulrike;
Presentation of the Project VisAsim at the Geographisch-Ethnologischen Gesellschaft Basel (GEG) Talk 16.10.2014 Basel, Switzerland Wissen Hayek Ulrike;
Presentation of the Project VisAsim to the Rotary Club Zurzach-Brugg Talk 20.09.2014 Zurich, Switzerland Wissen Hayek Ulrike;
7. UNI-GIS Day at the HSR Rapperswil Talk 24.05.2013 Rapperswil, Schweiz, Switzerland Wissen Hayek Ulrike;
Presentation to the exchange master students of Geomatics Engineering of the University of Calgary, Canada Talk 07.05.2013 Zürich, Switzerland Manyoky Madeleine;
Presentation to the exchange bachelor students of the “International Cadastre and Land Administration”-course of the Bergen University, Norway Talk 05.03.2013 Zürich, Switzerland Manyoky Madeleine;
TecDays Willisau Talk 27.02.2013 Kantonsschule Willisau, Schweiz, Switzerland Manyoky Madeleine;
Presentation to the bachelor students of the course "Environmental Planning" Talk 07.12.2012 Zurich, Switzerland Manyoky Madeleine;
Presentation to the bachelor students of the course "Environmental Planning" Talk 02.12.2011 Zurich, Switzerland Manyoky Madeleine;


Self-organised

Title Date Place
Closing event and advisory board meeting of the Project VisAsim 28.11.2014 Zurich, Switzerland
Presentation of the Project VisAsim at the Acoustic Colloquium at ETH Zurich 19.11.2014 Zurich, Switzerland
Second Advisory board meeting of the Project VisAsim 25.07.2012 Zurich, Switzerland
First Advisory board meeting of the Project VisAsim 01.11.2011 Zurich, Switzerland
Presentation of the Project VisAsim for the International Master of Landscape Architecture (IMLA, UAS Weihenstephan, Munich) 18.10.2011 Zurich, Switzerland

Communication with the public

Communication Title Media Place Year
Talks/events/exhibitions VisAsim-Demonstration am Tag der Geomatik 2016, ETH Zürich Western Switzerland 2016
Talks/events/exhibitions VisAsim-Demonstration an der WEGA 2015 in Weinfelden (TG), Schweiz German-speaking Switzerland 2015
Talks/events/exhibitions VisAsim-Demonstration in Hemishofen (SH), Schweiz German-speaking Switzerland 2015
Print (books, brochures, leaflets) Visuell-Akustische Simulation von Windparks German-speaking Switzerland 2015
Media relations: radio, television Windparks virtuell erleben, auch akustisch SRF 4 News German-speaking Switzerland 2015
Talks/events/exhibitions Exhibition stand at the WSL Forum für Wissen 2014, Birmensdorf, Switzerland German-speaking Switzerland 2014
Media relations: print media, online media Visuell-akustische Simulationen zur umfassenderen Standortevaluation von Windparks Newsletter of the Network City and Landscape NSL, ETHZ, Theme: Energy International 2014
Talks/events/exhibitions Exhibition stand at GeoSummit, Exhibition and Conference on Geographic Information in Berne German-speaking Switzerland 2012
Talks/events/exhibitions Exhibition stand at Scientifica, Zürcher Wissenschaftstage German-speaking Switzerland 2011
New media (web, blogs, podcasts, news feeds etc.) VisAsim - Visual-Acoustic Simulation for landscape impact assessment of wind farms Website German-speaking Switzerland 2011

Awards

Title Year
Digital Landscape Architecutre DLA 2013 Poster Award - My 3D Landscape 2013

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
149618 TAURA: Traffic Noise Auralisator 01.07.2014 Project funding (Div. I-III)
128801 3D Visualization and Modeling Lab for Landscape Architecture and Planning 01.07.2010 R'EQUIP

Abstract

Planning of wind farms appears to be a complicated matter in Switzerland and all over Europe, coming along with growing government and business frustration. As key problem, top-down planning approaches lacking the public’s judgment about the acceptability of a wind farm in particular places have been determined. Most significant factors explaining support or rejection of wind farms are their impacts on the visual aesthetical landscape quality and the sense of place in a specific landscape context and noise made by rotating turbine blades. Current planning tools including 2D maps, 3D visualizations and data for noise levels, however, fail to integrate these factors into site-planning for identifying suitable places for wind power technologies.We propose the development of a visual-acoustic simulation tool, which integrates the realistic soundscape of wind turbine noise into GIS-based 3D landscape visualizations of alternative wind farm scenarios for valuing their impact on the landscape quality. In the first project phase, we will generate for a reference site of an existing wind farm a reference movie and sound recordings as well as a visual and an acoustic simulation. The latter will then be integrated into a prototype of an audio-visual reproduction system, which will be tested in experiments to proof the validity of the simulation in comparison to the reference movie/sound. In the second project phase, visual-acoustic simulation models for three focus areas with different landscape characteristics will be established and used in virtual reality choice experiments for valuation of alternative wind farm scenarios. Overall, the simulation tool allows for an improved impact assessment, which provides a better, more comprehensible decision basis for designating suitable locations for wind farms, e.g. in federal concepts on the potential areas for wind farms, in cantonal directive plans or in communal land use plans.The innovative aspects of acoustical auralization are the development of new algorithms and strategies for simulating spatially explicit sound of wind turbines taking into account the environmental context. Regarding the field of 3D landscape visualization, we will contribute to the research on providing sufficient realism for visual landscape quality assessment as well as the integration of spatially explicit sound into GIS-based visualization tools. Moreover, the application of combined visual and acoustic simulations in virtual reality choice experiments will further enhance state-of-the-art non-market valuation techniques.Within a broader context, the valuation results will allow deriving recommendations for planning wind farms and support exploiting the full potential of wind energy. The resulting visual-acoustic simulation tool will allow for a more comprehensive appreciation of values of landscape quality and helps overcome possible fear and prejudice opposite to the installation of new wind turbines.
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