Fernerkundung Neue Möglichkeiten für Wald- und Biodiversitätsinventuren

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Heinz Kraus
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1 Ehrenkolloquium Prof. Dr. Kennel Fernerkundung Neue Möglichkeiten für Wald- und Biodiversitätsinventuren Dr. Marco Heurich

2 Fernerkundung Definition: Berührungsfreie Erkundung der Erdoberfläche einschließlich der Erdatmosphäre

3 Fernerkundung Typische Aussage eines Fernerkundlers: Alles kein Problem -- Das können wir schon fast umsetzen

4 Luftbildauswertung: Heurich et al (2010) European Journal of Forest Science

5 Area in hectare Park area in % Entwicklung des Buchdruckerbefalls: Bark beetle Bark beetle cleard Wind blow Wind blow cleard Year Year Lausch et al (2011) Forest Ecology and Management

6 Konventionelle Waldinventuren Permanente Stichprobeninventur

7 Grenzen herkömmlicher Methoden 7

8 High Tech Offensive Bayern HTO 33-8 Aufbau eines Testgebietes für Fernerkundungssensoren Prüfung der Eignung verschiedener Fernerkundungs- und Auswerteverfahren zur Informationsgewinnung über Waldstrukturen Entwicklung von Methoden für spezifische Fragestellungen der Nationalparkverwaltung Bayerischer Wald (z.b. Totholzkartierung, Waldentwicklungsstadienkartierung)

Bodenreferenz 45 Referenzflächen Flächengröße 0,1-0,25 ha Stammposition (Lagegenauigkeit < 5cm) Baumart N BHD 0/20 L0 10/20 L1 20/20 L2 30/20 L3 40/20 L4 50/20 L5 Höhe Kronenablotung 0/10

9 Bodenreferenz 45 Referenzflächen Flächengröße 0,1-0,25 ha Stammposition (Lagegenauigkeit < 5cm) Baumart N BHD 0/20 L0 10/20 L1 20/20 L2 30/20 L3 40/20 L4 50/20 L5 Höhe Kronenablotung 0/10 M0 PQL1 10/10 M1 PQL2 PQL3 PQL4 PQL5 20/10 M2 30/10 M3 40/10 M4 PQR1 PQR2 PQR3 PQR4 PQR5 50/10 M5 0/0 R0 10/0 R1 20/0 R2 30/0 R3 40/0 R4 50/0 R5 E Heurich (2006): Forstliche Forschungsberichte

10 Full Waveform Laserscanning Reitberger et al. (2008): International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Geoinformation Sciences

12 Renaturierung von Forststraßen Heurich, M., et al. (2008) Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformation

13 Einzelbaumerkennung Art/Status Höhe Kronenparameter Volumen BHD Boden Heurich, M. (2008) Forest Ecology and Management.

korrespondierendes Eigenwertproblem Cut( A, B) NCut ( A, B) = + Assoc( A, V) Cut( A, B) Assoc( B, V) Nutzung der

14 Neuartige 3D Einzelbaum-Segmentierung Unterteilung des Baumbereichs in Voxelstruktur Aufteilung: Maximierung der Ähnlichkeit für die Voxel eines Segments und Minimierung für die Voxel verschiedener Segmente Lösung über korrespondierendes Eigenwertproblem Cut( A, B) NCut ( A, B) = + Assoc( A, V) Cut( A, B) Assoc( B, V) Nutzung der Attribute Intensität und Pulsbreite Integration der Ergebnisse aus der 2D Segmentierung und der Stammerkennung wirkt sich positiv aus

15 3D Segmentierung: Vorteile Im DOM nicht sichtbare Bäume können gefunden werden Yao W., Krzystek P., M. Heurich (2012) Remote Sensing of Environment.

16 Hierarchisches Clustering von 3D Punkten

17 Baumkronendelinierung mit 3D Alpha-Shapes

18 18

19 Tree height lidar [m] Tree Tree height height Lidar lidar [m] [m] Höhenmessgenauigkeit Baumhöhe Laserscanning [m] Tal/Hanglage Hochlage Baumhöhe Laserscanning [m] Baumhöhe Tree height Boden ground [m] [m] Baumhöhe Tree height Boden ground [m] Nadelbäume RMSE [%]: 3,4 R²: 0,98 Laubbäume RMSE [%]: 4,3 R²: 0,97 Heurich und Kennel (2008): Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformation.

20 Volume lidar [Vfm] Volume lidar [Vfm] Schätzung des Holzvolumens 8 8 Baumvolumen Laserscanning [Vfm] Hochlage Tal/Hanglage Baumvolumen Volume ground Boden [Vfm] [Vfm] Baumvolumen Laserscanning [Vfm] Baumvolumen Volume ground Boden [Vfm] [Vfm] Nadelbäume RMSE [%]: 27,2 R²: 0,95 Laubbäume RMSE [%]: 35,1 R²: 0,87

21 Befliegung des Nationalparkgebietes

22 Einzelbaumdatenbank für den Gesamtpark 22

23 Kartierung der Altbäume

24 Fichtenvorrat 24

25 Bestimmung der vertikalen Waldstruktur

26 Bestimmung der vertikalen Waldstruktur

27 Rasterzellenansatz Heurich and Thoma (2008) Forestry

28 Heterogenität der Nationalparkwälder Latifi et al. (2015) Forestry 28

29 Konzept für Waldinventur im NPBW 29

30 Aktuelle Arbeiten- Erkennung liegendem Totholz Polewski et al. (2015): ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing

31 Prädiktion von Artengruppen Vierling et al Ecological Applictions Müller et al Basic and Applied Ecology

32 Hyperspectral remote sensing HySpex-VNIR µm Bandwidth 3nm

33 Aktuelle Arbeiten - Artenerkennung Sommer et al. (2015) EARSeL eproceedings

34 Bestimmung des Stickstoffgehaltes Zhihui Wang Zhihui Wang et al. (2015) IEEE JOURNAL

35 Data pool remote sensing 35

36 Biodiversität aus dem Weltall Sentinel 2 Spot 5 Rapide Eye TanDEM-X 36

37 For remote sensing The sky is not the limit!

38 Konventionelle Waldinventur B) Waldbegang

39 Raster Einzelbaum Evaluierung:

40 Entwicklung der Luftbildauswertung Ab ca Luftbildinterpretation, ohne Kartenerstellung Digitale Photogrammetrische Luftbildauswertung Analytisches Stereo Kartiergerät, Kosten ca

41 Exploring 3D movement Ural Owl (Strix uralensis)

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