Moderne stereoskopische Luftbildinterpretation

Transkript

1 Fichte Lärche Tanne Moderne stereoskopische Luftbildinterpretation Rudolf Seitz Forschungstag der Österreichischen Bundesforste AG (ÖBf) 16. März 2016 in Purkersdorf

2 BAYERISCHE LANDESANSTALT FÜR WALD UND FORSTWIRTSCHAFT LWF Stabstelle und Ressortforschungseinrichtung des Bayerischen Staatsministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten Aufgaben: praxisnahe Ressortforschung rund um den Wald Bewältigung von Daueraufgaben (BundesWaldInventur, WaldKlimaStationen, KronenZustandsErhebung, NaturWaldReservate) 8 Abteilungen, 2 Stabstellen Ca. 180 MitarbeiterInnen

3 Physikalische Grundlagen geringe Reflexion im Bereich des sichtbaren Lichts dagegen: Reflexionsmaximum im Bereich des nahen Infrarots

4 Physikalische Grundlagen (Immitzer et al. 2012a) 5/7

5 Quelle: Straub 2014

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9 Technische Grundlagen Speicher und CPU Sensor Quelle: Vexcel Imaging

10 Technische Grundlagen Maße: 45cm x 45cm x 60cm Gewicht: ca. 55kg Quelle: Vexcel Imaging

11 Technische Grundlagen Quelle: Leica

12 Produkte Beispiel Bayern: Digitale Stereo-Luftbilder der Bayerischen Vermessungsverwaltung Digitale 4-Kanal-Luftbilder der Bayernbefliegung (seit 2009) Sehr hohe Bodenauflösung: 20 cm Sowohl Echtfarb- als auch Farb-Infrarotdarstellungen

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16 Analoge Stereo-Interpretation Analoges Stereoskop mit Leuchttisch

17 Analoge Stereo-Interpretation Stereoskop Wild Aviopret 5/7

18 Digitale Stereo-Interpretation Digitales 3D- Interpretationssystem mit digitalisierten, anaolgen Luftbildern /7

19 Digitale Stereo-Interpretation Rein Digitales 3D- Luftbildinterpretationssystem Ab ca Quelle: Straub 2014

20 Know-How Expertengremium mit langjähriger Erfahrung im Bereich der forstlichen Luftbildanalyse und Fernerkundung: Arbeitsgruppe Forstlicher Luftbildinterpreten (AFL) Quelle: AFL

21 Anwendungsbereiche

22 Anwendungsbereiche 3D-Interpretation von Baumarten aufgrund ihrer Kronenstruktur und ihres charakteristischen Farbtons im NIR-Luftbild Quelle: IVFL / BOKU Wien

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24 Anwendungsbereiche Natura 2000: Erfassung von FFH-Schutzobjekten: auf ca. 95 % der Fläche der Bayerischen Alpen fehlen forstliche Basisinformationen (Forstinventurdaten, Standortserkundung etc.) oder sind ungeeignet. Wie soll die Parametererfassung bewerkstelligt werden? Kartierung vor Ort? teuer langwierig gefährlich

25 Anwendungsbereiche

26 Anwendungsbereiche 3D-Interpretation von Entlaubungsstufen aufgrund der Kronenstruktur und des charakteristischen Farbtons der Krone im NIR-Luftbild

27 Anwendungsbereiche

28 Digitale Luftbilder: Prinzip der Erzeugung von Punktwolken durch Image Matching Luftbild 1 Luftbild 2 Flugrichtung Luftbild-Oberflächenmodell Stereo-Bereich Laser-Geländemodell Quelle: Straub 2014

29 Digitale Luftbilder: Prinzip der automatischen Berechnung von Oberflächenmodellen Image Matching Quelle: Straub 2014

30 Digitale Luftbilder: Prinzip der automatischen Berechnung von Oberflächenmodellen Image Matching Quelle: Straub 2014

31 Digitales Luftbild - Oberflächenmodell Luftbild-Oberflächenmodell Amtliches Laserscanning- Geländemodell 32

32 Anwendungsbereich: wieviel Holz befindet sich auf der Fläche? Regionalisierung anhand von Stichprobenpunkten aus einer Betriebsinventur

33 Anwendungsbereich: wieviel Holz befindet sich auf der Fläche? Fernerkundung ÖBf-Forschungstag, für die 16. März Bayerische 2016, Purkersdorf Forstverwaltung 34

34 Vor dem Sturm ist nach dem Sturm FastResponse Eine Prozesskette für das forstliche Krisenmanagement Oliver Bauer, Abteilung für Informationstechnologie, LWF Kathrin Einzmann, Institut für Vermessung, Fernerkundung und Landinformation (IVFL), BOKU Andreas Schmitt, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v., DLR Andreas Hirner, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v., DLR Rudolf Seitz, Abteilung für Informationstechnologie, LWF - Projektleiter Forschungstag der Österreichischen Bundesforste AG (ÖBf) 16. März 2016 in Purkersdorf oder

35 MOTIVATION Es wird ein Konzept benötigt, das objektive und detaillierte Angaben zu Windwurfflächen gibt Informationen zu den Schäden zentral erfasst und regelmäßig aktualisiert Waldbesitzer vor finanziellen Unsicherheiten schützen kann hilft, die Risiken von Folgeschäden (z.b. Borkenkäferbefall) zu reduzieren das forstliche Krisenmanagement schnell und effizient unterstützt 2/

36 ZIEL FastResponse Projektziel: Entwickeln eines Systemkonzepts, um das forstliche Krisenmanagement mit einem schnell reagierenden Dienst nach Sturmereignissen mit vorhandenen Analysemethoden und verfügbaren aktiven und passiven Sensoren zu unterstützen.

37 BEOBACHTUNGSGEBIET Beobachtungsgebiet

38 ANFORDERUNGEN Kurzer Abriß: Bestimmen der Lage und Größe von Windwurfflächen (WWF) in Waldgebieten nach einer Sturmkalamität Identifizieren aller Flächen >0,5 ha Bereitstellen von Zusatzinformationen zu den WWF (z.b. Waldbesitz, Zugänglichkeit, betroffene Holzmenge, etc.) Drei Tage nach einem Sturmereignis: Erste Schadkartierung 14 Tage nach einem Sturmereignis: detaillierte Schadenskartierung

39 DATEN & METHODEN 1. Sturmfrüherkennung Kontinuierliche Auswertung von Langzeitwettervorhersagemodellen (z.b. Global Forecast System - GFS) Automatische Analyse der Windwerte für einen Zeitraum von acht Tagen in die Zukunft Auflösung: 0,5x0,5 (ca. 55x37 km) Nürnberg München Innsbruck Wien

40 DATEN & METHODEN 1. Sturmfrüherkennung Kontinuierliche Auswertung von Langzeitwettervorhersagemodellen (z.b. Global Forecast System - GFS) Nürnberg Automatische Analyse der Windwerte für einen Zeitraum von acht Tagen in die Zukunft Auflösung: 0,5x0,5 (ca. 55x37 km) München Innsbruck 0/2/4/6/8d Wien

41 DATEN & METHODEN 1. Sturmfrüherkennung 0/2/4/6/8d -X Tage (kontinuierlich)

42 DATEN & METHODEN 1. Sturmfrüherkennung 0/2/4/6/8d -X Tage (kontinuierlich)

43 DATEN & METHODEN 1. Sturmfrüherkennung 2. Erste schnelle Schadkartierung Radar-Daten Veränderungsanalyse ( Change Detection ) Vorteil: wetterund beleuchtungsunabhängig 0/2/4/6/8d -X Tage (kontinuierlich) 5/79 DLR +3 Tage

44 DATEN & METHODEN 1. Sturmfrüherkennung 2. Erste schnelle Schadkartierung 3. Detaillierte Schadkartierung Optische Daten Veränderungsanalyse ( Change Detection ) 0/2/4/6/8d Pixel- /objektbasierte Change detection Vorteil: spektrale Informationen -X Tage (kontinuierlich) +3 Tage 5/79 DLR DLR

45 DATEN & METHODEN 1. Sturmfrüherkennung 2. Erste schnelle Schadkartierung 3. Detaillierte Schadkartierung 4. Zusatzinformationen Geodaten 0/2/4/6/8d openstreetmap Wegenetz Toms-fahrzeugtechnik-shop administrative Grenzen Forstliche Informationen -X Tage (kontinuierlich) +3 Tage 5/7 9 DLR DLR +14 Tage cafe-tuture.net

46 DATEN & METHODEN 1. Sturmfrüherkennung 2. Erste schnelle Schadkartierung 3. Detaillierte Schadkartierung 4. Zusatzinformationen Geodaten openstreetmap Wegenetz Toms-fahrzeugtechnik-shop administrative Grenzen Forstliche Informationen -X Tage (kontinuierlich) +3 Tage DLR ESA DLR DLR +14 Tage cafe-tuture.net 9

47 PROZESSKETTE 1. Sturmfrüherkennung 2. Erste schnelle Schadkartierung 3. Detaillierte Schadkartierung 4. Zusatzinformationen FastResponse -X Tage (kontinuierlich) +3 Tage +14 Tage

48 FALLSTUDIE: STURM NIKLAS Kurzer Abriß: Wann? 31. März 2015 Wo? Süddeutschland Stärke? Geschwindigkeiten bis 120 km/h (Zugspitze: 192 km/h!) Schäden? 2 Mio. Fm (Staatswald und Privat- und Körperschaftswald zu gleichen Teilen) 1 Am schlimmsten betroffen in Bayern: südl. Oberbayern/ südl. Schwaben (Bereiche Fürstenfeldbruck, Weilheim, Starnberg, Ebersberg, München) Holzmarktbericht zum II. Quartal 2015 in Bayern, Herausgegeben vom StMELF, URL:

49 FALLSTUDIE: STURM NIKLAS Kurzer Abriß: Wann? 31. März 2015 Wo? Süddeutschland Stärke? Geschwindigkeiten bis 120 km/h (Zugspitze: 192 km/h!) Schäden? 2 Mio. Fm (Staatswald und Privat- und Körperschaftswald zu gleichen Teilen) 1 Am schlimmsten betroffen in Bayern: südl. Oberbayern/ südl. Schwaben (ÄELF: FFB, WM, Starnberg, Ebersberg (München)) Holzmarktbericht zum II. Quartal 2015 in Bayern, Herausgegeben vom StMELF, URL:

50 FALLSTUDIE: STURM NIKLAS - TESTGEBIETE München Starnberger See 3/12

51 FALLSTUDIE: STURM NIKLAS - TESTGEBIETE Ergebnisse! 6/7

52 FALLSTUDIE: STURM NIKLAS - TESTGEBIETE 6/7

53 CHANGE DETECTION DOP 2012

54 CHANGE DETECTION DOP 2015

55 CHANGE DETECTION - RADAR

56 CHANGE DETECTION - OPTISCH

57 CHANGE DETECTION VERIFIZIERUNG (AUS DOP 2015)

58 CHANGE DETECTION RADAR (DETAILS)

59 CHANGE DETECTION OPTISCH (DETAIL)

60 ZUSATZINFORMATIONEN

61 ZUSATZINFORMATIONEN

62 ZUSATZINFORMATIONEN

63 ZUSAMMENFASSUNG FastResponse eine Prozesskette zur zeitnahen Unterstützung des forstlichen Krisenmanagements nach Sturmkalamitäten Drei Prozesse: Sturmfrüherkennung/Veränderungsanalyse/Zusatzinformationen Sturmvorhersage: Grenzt zu beobachtendes Gebiet ein Wird automatisiert und kontinuierlich durchgeführt

64 ZUSAMMENFASSUNG Change Detection: Radar: erkennt Hot Spots von Sturmschäden (nach drei Tagen) Optisch: detaillierte Flächenangaben mit Wahrscheinlichkeiten möglich (nach 14 Tagen) Zusatzinformationen: Generieren diverser Layer für die Nutzer vor Ort Bereitstellen der Infos über einen zugangsbeschränkten Webdienst Auf dem Weg zum FKIS: Forstliches Krisen Interventions-System

65 DANKE für die Einladung allen Beitragenden... Herrn Prof. Dr. Atzberger und seinem Team für die Ausleihe der Stereo- Station ganz herzlich für Ihre Aufmerksamkeit

66 Fragen? In Kooperation mit: Kontakt Rudolf Seitz, Dr. Christoph Straub, Oliver Bauer Bayerische Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft (LWF) Abteilung 1 Informationstechnologie Hans-Carl-von-Carlowitz-Platz Freising Tel.: / Fax: / Mobil: / oliver.bauer@lwf.bayern.de