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Sachgebiet Fernerkundung

Wie hilft Fernerkundung mehr über den Wald zu erfahren?

„Die einzige Konstante im Leben ist die Veränderung“ (Heraklit, griechischer Philosoph). Diese vor gut 2500 Jahren getroffene Feststellung gilt ebenso für das Ökosystem Wald. Bäume sind nur im Vergleich zu menschlichen Zeitvorstellungen extrem langlebige Organismen. Deshalb sind zum Messen und Beobachten von diesen Veränderungen Daten über längere Zeiträume mit einem klaren Raumbezug wichtig. Diese Informationen liefert die Fernerkundung.

Die Fernerkundungsdaten, kombiniert mit anderen Sachinformationen, sind Grundlage des Wald- und Waldschutzmonitorings, der raumbezogenen Planung und Erfolgskontrolle von forstlichen Maßnahmen.

Seit der Jahrtausendwende sind aufgrund  verschiedener Entwicklungen die Anwendungsmöglichkeiten und die zeitliche und räumliche Auflösung der Fernerkundungsdaten sprunghaft gestiegen. Dazu beigetragen haben die Digitalisierung und Miniaturisierung der Aufnahmetechnik (bspw. Entwicklung der Kameradrohnen), frei verfügbare Angebote an Satellitenszenen (Copernicusprogramm)  und die Georeferenzierung von terrestrisch erhobenen Sachdaten (diese werden mit geografischen Koordinaten verknüpft).

Typische Anwendungsbeispiele sind selbst erzeugte (aktuelle) Geodaten aus Drohnen- und flugzeuggetragenen Bildflügen wie z.B.

  • RGB- bzw. Multispektralbildmosaike zur Orientierung und Einschätzung des Waldzustandes,
  • aus Bildflügen berechnete digitale Gelände- und Oberflächenmodelle und daraus abgeleitete klassifizierte Bestandeshöhenmodelle für waldbauliche Planungen, Forsteinrichtung sowie für die Versuchsflächenarbeit als auch aus
  • Multispektralbildflügen abgeleitete Vegetationsindizes zur Einschätzung des Benadelungs- bzw. Belaubungszustandes.

Diese Fernerkundungsdaten werden als Werkzeug den Waldeigentümern, anderen Forstwissenschaftlern als auch den Forst- und Naturschutzbehörden zur Verfügung gestellt. So lässt sich bspw. in Kombination mit externen Geodaten (z.B. historischen Luft- und Satellitenbildern für Zeitreihenanalysen, Standortsinformationen, Vegetationskarten, Waldinformationsdaten) sowie terrestrisch erhobenen, georeferenzierten Waldstrukturdaten der Entwicklungszustand der Waldbestockungen und ihr Vegetationspotential ableiten sowie ihr Gesundheitszustand als auch Gefährdungspotenzial diagnostizieren.

Wie hilft Fernerkundung mehr über den Wald zu erfahren?

„Die einzige Konstante im Leben ist die Veränderung“ (Heraklit, griechischer Philosoph). Diese vor gut 2500 Jahren getroffene Feststellung gilt ebenso für das Ökosystem Wald. Bäume sind nur im Vergleich zu menschlichen Zeitvorstellungen extrem langlebige Organismen. Deshalb sind zum Messen und Beobachten von diesen Veränderungen Daten über längere Zeiträume mit einem klaren Raumbezug wichtig. Diese Informationen liefert die Fernerkundung.

Die Fernerkundungsdaten, kombiniert mit anderen Sachinformationen, sind Grundlage des Wald- und Waldschutzmonitorings, der raumbezogenen Planung und Erfolgskontrolle von forstlichen Maßnahmen.

Seit der Jahrtausendwende sind aufgrund  verschiedener Entwicklungen die Anwendungsmöglichkeiten und die zeitliche und räumliche Auflösung der Fernerkundungsdaten sprunghaft gestiegen. Dazu beigetragen haben die Digitalisierung und Miniaturisierung der Aufnahmetechnik (bspw. Entwicklung der Kameradrohnen), frei verfügbare Angebote an Satellitenszenen (Copernicusprogramm)  und die Georeferenzierung von terrestrisch erhobenen Sachdaten (diese werden mit geografischen Koordinaten verknüpft).

Typische Anwendungsbeispiele sind selbst erzeugte (aktuelle) Geodaten aus Drohnen- und flugzeuggetragenen Bildflügen wie z.B.

  • RGB- bzw. Multispektralbildmosaike zur Orientierung und Einschätzung des Waldzustandes,
  • aus Bildflügen berechnete digitale Gelände- und Oberflächenmodelle und daraus abgeleitete klassifizierte Bestandeshöhenmodelle für waldbauliche Planungen, Forsteinrichtung sowie für die Versuchsflächenarbeit als auch aus
  • Multispektralbildflügen abgeleitete Vegetationsindizes zur Einschätzung des Benadelungs- bzw. Belaubungszustandes.

Diese Fernerkundungsdaten werden als Werkzeug den Waldeigentümern, anderen Forstwissenschaftlern als auch den Forst- und Naturschutzbehörden zur Verfügung gestellt. So lässt sich bspw. in Kombination mit externen Geodaten (z.B. historischen Luft- und Satellitenbildern für Zeitreihenanalysen, Standortsinformationen, Vegetationskarten, Waldinformationsdaten) sowie terrestrisch erhobenen, georeferenzierten Waldstrukturdaten der Entwicklungszustand der Waldbestockungen und ihr Vegetationspotential ableiten sowie ihr Gesundheitszustand als auch Gefährdungspotenzial diagnostizieren.

  • Forschungsfragen
    • Sind Vitalitätsveränderungen der Brandenburger Hauptbaumarten Kiefer, Trauben-/Stieleiche und Rotbuche spektralanalytisch vor dem Absterbeprozess detektierbar? Gibt es einen direkten Zusammenhang zwischen physiologischen Vitalitätsindikatoren auf Einzelbaumebene und dem spezifischen Rückstrahlverhalten der Blätter bzw. Nadeln? Wenn ja, in welchem Spektrum bzw. Wellenlängenbereich?
    • Erlauben Zeitreihen aus drohnengestützten Multispektralaufnahmen eine Aussage zum Gesundheitszustand der Level-2 Flächen Brandenburgs?
    • Sind in baumartenreichen Mischbeständen Brandenburgs die Baumarten spektral unterscheidbar?
    • Wo sind die aktuellen Grenzen des Einsatzes der UAV-Technik in Kombination mit Fernerkundungssensoren für forstliche Überwachungs- und Monitoringaufgaben?
    • Sind Vitalitätsveränderungen der Brandenburger Hauptbaumarten Kiefer, Trauben-/Stieleiche und Rotbuche spektralanalytisch vor dem Absterbeprozess detektierbar? Gibt es einen direkten Zusammenhang zwischen physiologischen Vitalitätsindikatoren auf Einzelbaumebene und dem spezifischen Rückstrahlverhalten der Blätter bzw. Nadeln? Wenn ja, in welchem Spektrum bzw. Wellenlängenbereich?
    • Erlauben Zeitreihen aus drohnengestützten Multispektralaufnahmen eine Aussage zum Gesundheitszustand der Level-2 Flächen Brandenburgs?
    • Sind in baumartenreichen Mischbeständen Brandenburgs die Baumarten spektral unterscheidbar?
    • Wo sind die aktuellen Grenzen des Einsatzes der UAV-Technik in Kombination mit Fernerkundungssensoren für forstliche Überwachungs- und Monitoringaufgaben?
  • Projekte

    FEMOPHYS: Verbundvorhaben; Entwicklung eines fernerkundungsbasierten Monitoringverfahrens auf Grundlage einer physiologisch fundierten Vitalitätsbewertung von Hauptbaumarten in Mischbeständen; Teilvorhaben 2: Vitalitätsdiagnostik mittels Biomarker , Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe (FNR); FKZ 2220WK80B4; Laufzeit: 1.9.2022 – 30.4.2027

    FEMOPHYS: Verbundvorhaben; Entwicklung eines fernerkundungsbasierten Monitoringverfahrens auf Grundlage einer physiologisch fundierten Vitalitätsbewertung von Hauptbaumarten in Mischbeständen; Teilvorhaben 2: Vitalitätsdiagnostik mittels Biomarker , Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe (FNR); FKZ 2220WK80B4; Laufzeit: 1.9.2022 – 30.4.2027

  • Dienstleistungen
    • Turnusmäßiger Drohnenbildflug (RGB, Multispektral) von Waldflächen, Naturwäldern, und forstlichen Versuchsflächen (allgemein) zum Aufbau von Zeitreihen (Monitoring des Waldzustandes), anlassbezogener Drohnenbildflug bei Störungsflächen (bis 100 ha)
    • Organisation, Orthomosaikrechnung und Auswertung von digitalen Bildflügen im Auftrag der Landesforstverwaltung, z.B. zur Erfassung von Waldschäden
    • Turnusmäßiger Drohnenbildflug (RGB, Multispektral) von Waldflächen, Naturwäldern, und forstlichen Versuchsflächen (allgemein) zum Aufbau von Zeitreihen (Monitoring des Waldzustandes), anlassbezogener Drohnenbildflug bei Störungsflächen (bis 100 ha)
    • Organisation, Orthomosaikrechnung und Auswertung von digitalen Bildflügen im Auftrag der Landesforstverwaltung, z.B. zur Erfassung von Waldschäden
  • Publikationen

    Rüffer, O.; Jütte, K. (2010): Nutzung moderner Fernerkundungsverfahren für forstliche Fragestellungen. Eberswalder Forstliche Schriftenreihe Band 44: 28-37

    Rüffer, O. (2016): Moderne Fernerkundungsverfahren – Nutzen für Waldschutz und Waldbau in der Praxis. Eberswalder Forstliche Schriftenreihe Band 62: 59-68 https://forst.brandenburg.de/sixcms/media.php/9/efs62.pdf

    Ackermann, J.; Adler, P.; Aufreiter, C.; Bauerhansl, C.; Bucher, T.; Franz, S.; Engels, F.; Ginzler, C.; Hoffmann, K.; Jütte, K.; Kenneweg, H.; Koukal, T.; Martin, K.; Oehmichen, K.; Rüffer, O.; Sagischewski, H.; Seitz, R.; Straub, C.; Tintrup, G.; Waser, L.; Zielewska-Büttner, K., (2020): Oberflächenmodelle aus Luftbildern für forstliche Anwendungen. Leitfaden AFL 2020. WSL Ber. 87. 60 S.

    Rüffer,O.; Becker,F. (2022): Chancen und Risiken - Der Einsatz von Multikopter-Drohnen im Landesbetrieb Forst Brandenburg –  ein Erfahrungsbericht. Eberswalder Forstliche Schriftenreihe Band 72: 46-51 https://forst.brandenburg.de/sixcms/media.php/9/efs%2072%20Waldkolloquium2022.pdf

     

    Rüffer, O.; Jütte, K. (2010): Nutzung moderner Fernerkundungsverfahren für forstliche Fragestellungen. Eberswalder Forstliche Schriftenreihe Band 44: 28-37

    Rüffer, O. (2016): Moderne Fernerkundungsverfahren – Nutzen für Waldschutz und Waldbau in der Praxis. Eberswalder Forstliche Schriftenreihe Band 62: 59-68 https://forst.brandenburg.de/sixcms/media.php/9/efs62.pdf

    Ackermann, J.; Adler, P.; Aufreiter, C.; Bauerhansl, C.; Bucher, T.; Franz, S.; Engels, F.; Ginzler, C.; Hoffmann, K.; Jütte, K.; Kenneweg, H.; Koukal, T.; Martin, K.; Oehmichen, K.; Rüffer, O.; Sagischewski, H.; Seitz, R.; Straub, C.; Tintrup, G.; Waser, L.; Zielewska-Büttner, K., (2020): Oberflächenmodelle aus Luftbildern für forstliche Anwendungen. Leitfaden AFL 2020. WSL Ber. 87. 60 S.

    Rüffer,O.; Becker,F. (2022): Chancen und Risiken - Der Einsatz von Multikopter-Drohnen im Landesbetrieb Forst Brandenburg –  ein Erfahrungsbericht. Eberswalder Forstliche Schriftenreihe Band 72: 46-51 https://forst.brandenburg.de/sixcms/media.php/9/efs%2072%20Waldkolloquium2022.pdf