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Vom Flugzeug aus werden alle morphologischen Details des Waldbodens und der
Kronenoberfläche durch eine dreidimensionale Laserpunktwolke und digitale
Farbinfrarotbilder (auch Satellitenbilder sind hier einsetzbar) erfasst und
durch den Computer automatisch vermessen, wie z.B. die Baumhöhe, die
Kronenform, horizontale und vertikale Bestandesstrukturen, sowie Wege,
Rückegassen oder Geländebrüche etc..
Auf dieser Grundlage lassen sich alle Einzelbäume nach Baumhöhe und
Baumartengruppe und alle Bestände sowie das gesamte Wegenetz (einschließlich
Rücke- und Pflegegassen) nach Hangneigung, Exposition und Steigung
klassifizieren und als GIS Datei abspeichern.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden der Forsteinrichtung werden bei
diesem Verfahren Baumhöhe und Kronenfläche aller herrschenden und
mitherrschenden Bäume eines Bestandes mit einer Genauigkeit vermessen, die mit
terrestrischen Methoden nicht erreicht werden kann. Die so vom Laser erfassten
Werte dienen zur Herleitung einer Fülle forstlicher Parameter
auf Bestandes bzw. Einzelbaum Ebene.
Grundlagen eines langfristigen Monitoringsystems:
Die standardisierte Auswertung der Daten ermöglicht einen direkten
Vergleich mit Laser Scanner und Bilddaten später stattfindender Befliegungen.
Die georeferenzierten Ergebnisse bilden somit die beste Grundlage für ein
langfristiges Monitoringsystem das sowohl für reine Forstwirtschaftliche Zwecke
als auch für Naturschutzaufgaben bestens geeignet ist. Durch die Kombination
mit aktuellen und schnell verfügbaren Radar- und Satellitenbilddaten entsteht ein kostengünstiges System, das
innerhalb kürzester Zeit die Aktualisierung bestehender
Landoberflächeninformation ermöglicht. Zu diesem Zweck eignen sich z.B.
Radardaten (TerraSAR oder ALOS) die Wetter unabhängig genaue Daten der
Waldoberfläche liefern, oder Quickbird Infrarot Satellitenbilder, die mit einer
Bodenauflösung von 60 cm im panchromatischen Kanal der Qualität von Luftbildern
nahe kommen und je nach Bewaldungsprozent und Aktualität der Bilder mit Kosten
zwischen 12 - 30 Cent/ha eine kostengünstige Alternative zum Luftbild
darstellen. RapidEye ist ein weiteres interessantes System, deren 5 Satelliten
zur ständigen Überwachung der Landnutzung Mitte 2008 starten werden und zum
ersten Mal die Möglichkeit eröffnen den jährlichen Vegetationsverlauf in sehr
kurzen Intervallen zu dokumentieren.
Laser- und digitale Farbinfrarot Bilder können für weitere Auswertungen in
den verschiedensten Bereichen genutzt werden:
·
Naturschutz (z.B. automatische Erfassung von Flächen mit natürlicher
Wiederbewaldung, detaillierte Erfassung von Biotopen, etc.)
·
Kartographie (Erstellung von True Orthophotos und Orthophoto Bildkarten,
Aktualisierung bestehender Karten, etc.)
·
Stadtplanung (automatische Trennung von versiegelten und unversiegelten
Flächen, automatische Gebäudedetektion und Update des Katasters, 3D
Stadtmodelle, etc.)
·
Energiewirtschaft (automatische Vermessung von Hochspannungsleitungen oder
Windkraftpotentialen, etc.)
·
Wasserwirtschaft (Abflussmodellierungen, etc.) oder
·
Für landeskundliche Untersuchungen (Erkundung und Vermessung von
Bodendenkmälern, etc.)
Die Experten von landConsult
beschäftigen sich seit mehreren Jahren mit der automatischen Auswertung
digitaler Luft- und Satellitenbildern von Waldbeständen sowie auch von urbanen
Strukturen. Die klassischen Methoden der Bildverarbeitung haben durch das neue
Verfahren des Airborne Laser Scannings (ALS) eine wichtige Erweiterung
erfahren.
Zur automatischen Erkennung von
Baumkronen hat landConsult ein Algorithmus entwickelt, der auf Grundlage von
hochaufgelösten Satellitenbildern wie Quickbird oder Ikonos und Luftbildern von
digitalen Kamerasysteme wie z.B. Vexel UltraCam oder Hasselblad DigiCam,
Bildinformationen des Nahen Infrarots auswertet. Die Programm Routine erzeugt
eine GIS Datei im shape Format mit den automatisch erfassten Baumkronen, sowie
der dazugehörigen Baumhöhe.
Die Höheninformation wird i.d.R. über
Laserdaten (LiDAR) gewonnen, sofern ein Laserscanner mit an Bord des Flugzeuges
geflogen wurde. Alternativ können die Baumhöhen aus den digitalen Luftbbildern
dank derer großen Überlappungsbereiche (multi.overlap) auch photogrammetrisch
erzeugt werden mit einer dem Laserverfahren vergleichbaren Auflösung und
Genauigkeit.
Anhand der aus den Höhendaten
erzeugten Gelände- und Kronenmodelle lassen sich alle sichtbaren Objekte
(Einzelbäume, Wege, Geländekanten, etc.) automatisch vermessen, wie z.B. die
mittlere Höhe der einhundert oder zweihundert höchsten Bäume eines Bestandes.
Aus diesem Messwert kann anschließend der Bestandesvorrat z.B. mit Hilfe des
Bestandesalters über die Ertragstafel ermittelt werden.
Gleichzeitig kann über die Beziehungen zwischen der Baumhöhe, der Kronenfläche
und der Baumzahl je ha auch auf das Einzelbaumvolumen geschlossen werden und
damit ohne Kenntnis des Baumalters auch auf den Gesamtvorrat. Die automatische
Trennung der Baumarten wird durch eine kombinierte Auswertung der Laser- und
Bilddaten erreicht.
Dank der ständigen Weiterentwicklung
des Verfahrens durch landConsult und unsere Partner ProGea in Krakow und FELIS
an der Universität Freiburg, sowie aufgrund der kurzfristig zu erwartenden
Verbesserung der Grundlagendaten (höhere Laserpunktdichten, Full Wave Laser,
True-Orthophotos mit größerer Farbtiefe) werden sich zukünftig weitere neue
Möglichkeiten für eine Praxis relevante Datenauswertung ergeben.
·
Geographische Erfassung (x/y/z-Koordinaten) aller im
Laser/Spektralbild sichtbaren Einzelbäume und Trennung von Laub- und Nadelholz
(je nach Datengrundlage ist eine differenziertere Baumartentrennung möglich).
·
Berechnung der Einzelbaumhöhen und differenzierte
Darstellung der Bäume nach Höhe, Standraum und Baumartengruppe im GIS (z.B.
Karte der Überhälter oder Lage der für die Höhenbonitierung verwendeten Bäume
im Bestand, etc.).
·
Bestimmung des Laubholz-/Nadelholz Anteils, des
Überschirmungsgrades und des Flächenanteils der Blößen.
·
Berechnung der Bestandesmittel und -oberhöhe als mittlere
Höhe der 100/200 oder 20% höchsten Bäume je ha und Bestand. Berechnung von
Höhenvarianz, -maximum und -minimum.
Der
finanzielle Rahmen für ein solches Vorhaben ist abhängig vom erwarteten
Informationsgehalt der Ergebnisse und dem Preis vorhandener bzw. zu
beschaffender Grundlagendaten.
Die
kostengünstigste Variante ergibt sich durch die Verwendung bereits
existierender Laserdaten. Für Inventuren in Baden-Württemberg können bspw. die
2005 aufgenommenen Laserdaten des Landesvermessungsamtes zur bestandesweisen
Ermittlung des Holzvorrates und zur automatischen Vermessung der Wege
eingesetzt werden. Die Kosten liegen in diesem Falle bei einem Bruchteil der
Kosten einer permanenten Stichprobeninventur und sind auch noch deutlich
günstiger als die vereinfachte modifizierte 6-Baum Stichprobeninventur. Dabei
liefert das Laser Scanning Verfahren im Gegensatz zu den Stichprobenverfahren
genau vermessene Informationen zu den einzelnen Beständen und repräsentiert
damit nicht nur den Gesamtbetrieb sondern eben auch einzelne Bestandestypen.
Zur Verbesserung der Ergebnisse können die Daten auf Wunsch mit aktuellen
Quickbird oder Ikonos Satellitenbildauswertungen ergänzt werden.
Die zweite
von uns empfohlene Alternative, bei der die Einzelbäume auf Basis neuester
Bild- und Laserdaten vermessen werden, erfordert eine eigene Befliegung der
Bestände. Allgemein gilt, je größer und kompakter die zu befliegende Fläche,
desto geringer sind die Kosten je ha.
Für eine
Mindestfläche von 5000 ha liegen die Gesamtkosten für diese zweite Variante -
einschließlich Datenerfassung, Auswertung und Präsentation - immer noch
deutlich unter den Kosten des permanenten Stichprobenverfahrens, in etwa auf
dem Niveau einer modifizierten 6-Baum Stichprobe. Auch hier gilt, dass die
forstlichen Parameter für jeden Bestand bzw. Einzelbaum berechnet werden und
nicht wie beim Stichprobenverfahren als statistischer Mittelwert der
Betriebsklasse. Im Preis inbegriffen sind zusätzlich aktuelle Orthophotos,
sowie ein hochgenaues Gelände- und Vegetationsmodell mit vielseitigen weiteren
Auswertungsmöglichkeiten, wie oben näher beschrieben.