3.1 Überblick zu inventurrelevanten Attributen, erhoben in Fernerkundungs- und alternativen Informationsquellen... 29

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1 Tabellenverzeichnis 2.1 Geometrische und spektrale Auflösung von TM und ETM Geometrische und spektrale Auflösung von QuickBird Geographische Informationen zu den Testgebieten Übersicht der BWI-Traktecken pro Testgebiet Übersicht zu den verwendeten Landsat-Daten Szeneninformationen der QuickBird-Daten Kanalbelegung der ETM + -Szenen Überblick zu inventurrelevanten Attributen, erhoben in Fernerkundungs- und alternativen Informationsquellen Quantitative Kriterien von Waldflächendefinitionen Schlüsselwerte für Nichtwald-, Holzboden-, BWI-Wald-Zuordnung Traktecken Verifizierungsergebnisse der Ein-Pixel-, Mean- und Median-Holzbodenmasken (ETM + ) Waldflächenerkennung durch Median- bzw. Ein-Pixel-Signaturerhebung im Vergleich zur BWI (TG3/ETM + ) Vergleich der Genauigkeiten von Mean- und Median-QuickBird-Holzbodenmasken mit PanQB-Referenzdaten Verifizierungsergebnisse verschiedener Holzbodenmasken (QB) Verfahrensablauf zur Waldmaskenerstellung SPSS-Ausgabe: Beispiel einer Kontingenztabelle Beispiel einer Fehlermatrix mit Hersteller- und Nutzergenauigkeit Minimaler Stichprobenumfang pro Klasse Zuordnungsmatrix der Kontrollpunkte für Orthofoto und Holzbodenmaske für das Testgebiet Östliches Mittelgebirge (ETM + ) Genauigkeiten verschiedener Holzbodenmasken (TG3, ETM + ) Fehleranalyse der adaptierten Waldmaske des TG Östliches Mittelgebirge Konfusionsmatrix des Vegetationslayers der TK und der adaptierten Waldmaske des TG Östliches Mittelgebirge Flächenbilanz für das TG Östliches Mittelgebirge Übersicht der Verifizierungsverfahren für die Holzbodenmaske des TG Östliches Mittelgebirge Genauigkeiten der Holzboden- und Waldmasken in den Testgebieten 1, 2, 4 und Genauigkeiten verschiedener Holzboden-/Waldmasken (TG5, QB) Fehleranalyse adaptierter QB-Waldmaske mit Aufnahmen des Biosphärenreservates, Referenzdaten: BWI-Traktecken Genauigkeiten für die ETM + - und QuickBird-Waldmasken, TG Pfälzerwald Waldfläche der ETM + - und QuickBird-Waldmaske, TG Pfälzerwald Vergleich BWI-Waldflächen, fernerkundungsbasierte Waldmasken (ETM + ), Vegetationslayer der Topographischen Karte (TK) Übersicht: Gesamtgenauigkeiten/κ-Koeffizienten, Vertrauensintervallen mit Konfidenzniveau 95 % für ETM + - und QB-Waldmasken vii

2 Tabellenverzeichnis 4.25 Übersicht: Gesamtgenauigkeiten/κ-Koeffizienten TM-/ETM + -Holzbodenmasken Veränderungsrechnung für die Testgebiete Westliches Mittelgebirge, Alpen und Pfälzerwald Koeffizienten; Modelle für Merkmal Waldstatus (TM) Klassifikationsergebnisse; Modelle für Merkmal Waldstatus (TM) Koeffizienten; Modelle für Merkmal Waldstatus (ETM + ) Klassifikationsergebnisse; Modelle für Merkmal Waldstatus (ETM + ) Validierungsergebnisse; Kleingebiets-Waldkartierung (QB) Koeffizienten; Modelle für Merkmal Mischung (ETM + ) Klassifikationsergebnis; 1-phasiges Modell für Mischung (ETM + ) Klassifikationsergebnis; 2-phasiges Modell für Mischung (ETM + ) Klassifikationsergebnis; 2-phasiges, realistisches Modell für Mischung (ETM + ) Waldflächen nach knn und BWI im Vergleich (Landsat 7) Kreuzvalidierung der knn-ergebnisse für Wald (Landsat 7) Vergleich der knn-ergebnisse mit Luftbildstichproben (ETM + ) Kreuzvalidierung der knn-ergebnisse für Alter (ETM + ) Bestimmtheitsmaße der 8-Kanal-Modelle für Buchenplots Unteres Laubholz- und oberes Nadelholzquartil Ergebnisse der Kreuzvalidierung zur Diskriminanzanalyse nach Bestockungstyp BWI I-Ergebnisse Total in den Testgebieten BWI II-Ergebnisse Total in den Testgebieten BWI I Ergebnisse pro Hektar in den Testgebieten BWI II Ergebnisse pro Hektar in den Testgebieten Veränderungen und deren Stichprobenfehler nach der CFI-Methode Veränderungen und deren Stichprobenfehler nach der sspr-methode Projektspezifischer Zeitbedarf zur Auswertung der Fernerkundungsdaten Zeit- und Kostenbedarf zur Erhebung der terrestrischen Daten Interstratenvarianzkomponenete (βb 2 ) für verschiedene ZG Varianz-Inflationsfaktor (1+θ b ) durch QTD-Traktsampling gegenüber SRS Varianz-Inflationsfaktor (1+θ b ) durch LTD- und DTD123-Traktsampling Effizienzverlustfaktor der nicht exakten PPS-Auswahl (γ π ) für verschiedene ZG n opt für Vfm i. R. unter av, Szenario I für QTD und SRS n opt für Vfm i. R. unter av, Szenario II für QTD und SRS n opt für Vfm i. R. unter av, Szenario II pro BL und TG für LTD und DTD n opt für Vfm i. R. nach der Quotientenmethode, Szenario I u. II mec für Vfm i. R. unter dem Modell der av pro BL und TG (QTD, SRS) mec für Vfm i. R. unter dem Modell der av pro BL und TG (LTD, DTD123) viii

3 Abbildungsverzeichnis 2.1 Systematische Stichprobenverteilung und Stichprobennetz der BWI Datenaufnahme an der Traktecke Landsat 7 schematisch Die Systeme Landsat und QuickBird Sensoraufnahmen eines identischen Ausschnitts des Pfälzerwaldes (QuickBird, ETM + ) Lage der Testgebiete Altersstruktur und Baumarten der Testgebiete im Vergleich Spaltenversatz in den ETM + -Szenen des TG Östliches Mittelgebirge Artefakte in der QuickBird-Szene Qualitätsmängel der Orthofotos Area Frame Sampling Differenzbilder der Walderkennung im TG3 und TG Unterschiedliche Klassifizierung der Schattenflächen durch die Holzbodenmasken im TG Herleitung der geeigneten Mindestbestockungsfläche nach BWI-Walddefinition für Landsat- und QuickBird-Daten Beispiel für die Medianfilterung Unterschiede zwischen ungefilterter und mediangefilterter ETM + -Holzbodenmaske im TG Pfälzerwald Ausschnitt einer ungefilterter TM-Holzbodenmaske des TG Westliches Mittelgebirge Logistisches Modell am Beispiel Waldstatus Entstehung einer Waldkarte Stichprobennetz zur Validierung der Waldmaske Kleinsttestgebiet mit Validierungsnetz Verteilung der Kontrollpunktraster im Testgebiet Östliches Mittelgebirge Fehleranalyse: BWI-Traktecke mit Status Nichtwald und Waldtraktecke außerhalb Waldmaske Fehlklassifizierungen der Kategorie Nichtwald und Holzboden Fehleranalyse: BWI-Traktecke mit Status Wald in Orthofoto, QB-Pan-Kanal und QB-Waldmaske Sensorenvergleich anhand eines Ausschnittes des TG Pfälzerwald Einfluss von Lageabweichungen der Satellitenbilder auf Veränderungsrechnung Modellvergleich für TM, Merkmal Waldstatus Unterschiedliche Überlappung im ETM + -Band Probleme bei der Waldkartierung Ergebnisse der Kreuzvalidierung der ETM + -basierten Modelle Auswirkung des Medianfilters D-Streudiagramm des Merkmals Mischung (TG5 Süd) Unterschiedliche Trennbarkeit der Mischungsklassen ix

4 Abbildungsverzeichnis 5.1 Histogramm aller 8-Bit-Werte versus BWI-8-Bit-Werten Baumartenklassen-Boxplots für den Grauwertbereich von Reinbeständen Altersklassen-Boxplots für den Grauwert-Wertebereich von Reinbeständen Fichte-Altersklassen-Höhenstufen-Boxplots von Reinbeständen Mittelwerte der QuickBird-Grauwerte auf den Plots Standardabweichung der QuickBird-Grauwerte auf den Plots Regression von Volumen in Rinde auf den NDVI im TG 2, Szene Ost Regression, getrennt nach Bestockungstyp, Höhenstufen und Exposition Lagemaße der Klassen Laub- und Nadelwald zur Stratentrennung in Szene TG 3 Nord, Zentralpixelmethode Durch verschiedene Stratifizierungsansätze erreichte prozentuale Reduktion des Stichprobenfehlers gegenüber der unstratifizierten Hochrechnung Einfluss einer verzerrten Waldflächenschätzung auf flächenbezogene Ratios bei verschiedenen Annahmen zum Bias und zur Waldfläche RMSE für die mittlere Stammzahl und das Volumen pro Hektar im Wald Entwicklung des Mittelwertes und des Stichprobenfehlers bei SPR in Abhängigkeit vom Anteil verbundener Stichproben Entwicklung von n opt unter Szenario II in Abhängigkeit des Traktdesigns Unterschiedlicher Optimierungsverlauf zwischen dem av-modell und der Quotientenmethode Schätzung des optimalen Anteils verbleibender Stichproben durch Bootstrapping Entwicklung der Gesamtinventurkosten bei variablen Plotkosten gegenüber den Inventurkosten der BWI Abhängigkeit der Gesamtinventurkosten gegenüber unterschiedlichen Kosten in der FE-Phase und pro Plot x

5 Verwendete Abkürzungen ATKIS BHD BKG BL BWI BZE CBD CFI CLC CORINE CS DGM Amtliches Topographisch-Kartographisches Informationssystem Brusthöhendurchmesser, Durchmesser bei einer Stammhöhe von 1,3 m Bundesamt für Kartographie und Geodäsie Bundesland Bundeswaldinventur Bodenzustandserhebung Convention on Biological Diversity Continuous Forest Inventory CORINE Land Cover Coordination of Information on the Environment Cluster Sampling, Traktstichprobe Digitales Geländemodell DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. DTD123 ENFIN Ein Traktdesign, welches einem rechtwinkligen Dreieck mit drei Traktecken entspricht, welche eine Distanz von 150 m aufweisen. 123 steht für die Verwendung der Trakteckpunkte 1, 2 und 3 der quadratischen BWI-Trakte. Es wird davon ausgegangen, dass bei der Aufnahme dieses Traktdesigns zu Kontrollzwecken vom letzten Traktpunkt zum ersten (212,13 m) zurückgemessen wird. European National Forest Inventory Network ETM + Enhanced Thematic Mapper Plus, Sensor an Bord von Landsat 7 EU FAO FE FFH GLM GW HB Europäische Union Food and Agriculture Organization of the United Nations Fernerkundung Flora, Fauna, Habitat Generalized Linear Model Grauwert bestockter Holzboden xi

6 Verwendete Abkürzungen ICP Forests IRS knn LDCM LFI LogReg LTD LTD12 LTD12m LTD12o LTD13 LTD13m LTD13o MCPFE MEZ MIR ML MW NASA NDVI NIR NN pan Pixel PPC PPP PPS International Co-operative Programme on Assessment and Monitoring of Air Pollution Effects on Forests Indian Remote Sensing Satellite k nächste Nachbarn bzw. Nearest Neighbours Landsat Data Continuity Mission Schweizerisches Landesforstinventar Logistische Regression Linienförmiges Traktdesign mit zwei Traktecken Ein linienförmiges Traktdesign mit zwei Traktecken, welche eine Distanz von 150 m aufweisen. 12 steht für die Verwendung der Traktpunkte 1 und 2 der quadratischen BWI-Trakte. Entspricht vom Design LTD12: m bedeutet, dass bei der Aufnahme der Trakte zu Kontrollzwecken vom letzten Traktpunkt zum ersten zurückgemessen wird. Entspricht vom Design LTD12: Hierbei wird jedoch nicht davon ausgegangen, dass vom letzten Traktpunkt zum Ersten zurückgemessen wird. Der Trakt wird somit am letzten Traktpunkt verlassen, was eine gewisse Zeitersparnis nach sich zieht. Ein linienförmiges Traktdesign mit zwei Traktecken, welche eine Distanz von 212,13 m aufweisen. 13 steht für die Verwendung der Trakteckpunkte 1 und 3 der quadratischen BWI-Trakte. Entspricht vom Design LTD13: m bedeutet, dass bei der Aufnahme des Traktes zu Kontrollzwecken vom letzten Traktpunkt zum ersten zurückgemessen wird. Entspricht vom Design LTD13: Hierbei wird jedoch nicht davon ausgegangen, dass vom letzten Traktpunkt zum ersten zurückgemessen wird. Der Trakt wird somit am letzten Traktpunkt verlassen, was eine gewisse Zeitersparnis nach sich zieht. Ministerial Conference on the Protection of Forests in Europe Mitteleuropäische (Winter-)Zeit Mittleres Infrarot Maximum Likelihood Mischwald National Aeronautics and Space Administration Normalized Difference Vegetation Index Nahes Infrarot nächste Nachbarn bzw. Nearest Neighbours panchromatisch Picture Element Probabilities Proportional to Classes Probabilities Proportional to Prediction Probabilities Proportional to Size xii

7 Verwendete Abkürzungen QB QTD RMSE SLC SPOT SPR SRS SWV TG TIR TK QuickBird Quadratförmiges Traktdesign mit vier, jeweils 150 m entfernten Traktecken Root Mean Square Error Scanline Corrector Systeme Probatoire d Observation de la Terre Sampling with Partial Replacement Ein Stichprobenplan der Traktgröße E M(x) 1, welcher dem Simple Random Sampling entspricht. Schwellenwertverfahren Testgebiet Thermisches Infrarot Topographische Karte TM Thematic Mapper, Sensor an Bord von Landsat 5 UNFCCC USA USGS VD WRS WWF WWSK WZP ZG United Nations Framework Convention on Climate Change United States of America United States Geological Survey Validierungsdatensatz Worldwide Reference System World Wildlife Fund Wald-Wahrscheinlichkeit Winkelzählprobe nach Bitterlich Zielgröße xiii