Erfassung von Wegestrukturen im Wald auf der Grundlage eines laserbasierten Geländemodells

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1 Erfassung von Wegestrukturen im Wald auf der Grundlage eines laserbasierten Geländemodells Erfahrungen Ergebnisse Ausblick In Zusammenarbeit mit der Landesforstverwaltung Baden-Württemberg, Forstdirektion Freiburg Oliver Diedershagen Dr. Gernot Ramminger

2 Übersicht Forest DS Entwicklung der Projektidee Die Aufgabenstellung Die Datengrundlage Probleme bei der Durchführung hrung Potential der Daten Fazit und Ausblick Erweiterte MöglichkeitenM Diedershagen & Ramminger GbR 2

3 Forest Digital Solutions GbR Aufgabenfelder GIS und Softwareschulungen Digitale Bildverarbeitung und auswertung Datenerhebung und analyse Erstellung von Panoramakarten, virtuellen Überflügen und interaktiven Karten Eventmanagement und Produktbereitstellung für Sport- und Tourismusevents Diedershagen & Ramminger GbR 3

4 Entwicklung der Projektidee Informationsbedarf über das Wegenetz im gesamten Waldgebiet Seitens der Forstverwaltung Seitens der Sägeindustrie Seitens des Landesvermessungsamtes Kenntnisstand unzureichend Wegeerfassung seitens der LFV nur für den öffentlichen Wald Erfassung im Wald sehr schwierig Bisherige Datengrundlagen weisen Ungenauigkeiten auf Diedershagen & Ramminger GbR 4

5 Entwicklung der Projektidee Von beiden Verwaltungen bislang verwendete Aufnahmeverfahren: Einmessung über Bussolentachymeter stereoskopische Luftbildauswertung (nur LV!) Auswertung der Orthophotos, hierbei auch geometrische Korrekturen (nur für luftbildsichtbare Objekte nutzbar) Einmessung mit elektronischen Tachymetern Messen mit GPS Keine Verwaltung hat Metadaten! Hinweis: bei den Forstdirektionen wurden neu gebaute Fahr- und Maschinenwege in den FE-Betrieben (inklusive Gemengelage) zur Kartenaktualisierung eingemessen und in FoGIS genutzt. Genauigkeit? ( forstliche Genauigkeit +0,1 ha!) (Quelle: Verm.Dir.. W. Schlüter) Diedershagen & Ramminger GbR 5

6 Entwicklung der Projektidee Fehler durch DHM beim Orthophoto In BW liegt seit 1989 ein DHM mit einer Rasterweite von 50 m und ohne Strukturlinien zur Herstellung der Orthophotos vor (Vegetationshöhen). Durch die Verebnung und Reduktion auf Meereshöhe ergeben sich zum Bildrand erhebliche Lagefehler. Sie betragen bis zu 50 % des Höhenfehlers Beispiel: Ein Höhenfehler von 30 m (z.b. Baumhöhe) bewirkt einen Lagefehler von bis zu 15 m (aktuell verwendete WW-Kamera)!! Folgerung des LV: seit 2006 werden zur Herstellung der (digitalen) Orthophotos die DGM-Daten der Laserscanbefliegung verwendet! (Quelle: Verm.Dir.. W. Schlüter) Diedershagen & Ramminger GbR 6

7 Die Aufgabenstellung Digitalisierung von Wegestrukturen innerhalb der ATKIS Waldfläche Einteilung in folgende Klassen: Fahrweg Maschinenweg Rückegasse Fussweg Aufnahme der Wegenamen als Attribut Diedershagen & Ramminger GbR 7

8 Die Aufgabenstellung Erfassung der Wegestrukturen in navi- gationsgerechten Einzelsegmenten von einem Einmündungsknoten zum Nächsten gleichzeitig Einarbeitung der Wegenamen als Attribut für jedes Segment Diedershagen & Ramminger GbR 8

9 Die Aufgabenstellung Diedershagen & Ramminger GbR 9

10 Datengrundlage Verwendete Daten: Lastpulse-Laserrohdaten Umgerechnet in ein möglichst hochaufgelöstes DTM von der FVA Digitale Orthophotos FOGIS-Daten (wo vorhanden) ATKIS-Daten Digoff-Daten Diedershagen & Ramminger GbR 10

11 Datengrundlage Diedershagen & Ramminger GbR 11

14 Probleme Der Geländeaspekt im Ortenaukreis Gebiet erstreckt sich von der Rheinebene bis in die Schwarzwaldlagen: ebenes bis überwiegend bewegtes Gelände Hervorragende Sichtbarkeit von Linienstrukturen im bewegten Gelände Probleme der Erkennbarkeit in ebenen Bereichen Generell Schwierigkeiten bei der Klassifizierung Diedershagen & Ramminger GbR 14

15 Probleme Übererfassung im bewegten Gelände Verwechslungsmöglichkeiten mit Bächen und Gräben Alte Wegestrukturen, die nicht mehr genutzt werden Diedershagen & Ramminger GbR 15

16 Probleme Diedershagen & Ramminger GbR 16

17 Probleme Klassifizierung Unterscheidung in Fahr- und Maschinenwege in den Laserdaten oft nur nach logischen Gesichtspunkten möglich Unterstützung durch Orthofotos Großflächige Überschirmung durch Wald In den sichtbaren Bereichen nicht immer eindeutig FOGIS-Geometrien auch nur teilweise eine Unterstützung Diedershagen & Ramminger GbR 17

18 Probleme Vergleich FOGIS und neue Digitalisierung Diedershagen & Ramminger GbR 18

19 Probleme Eigenschaft des Lastpulse Letzte Reflektion soll immer den Boden abbilden Sämtliche Übergänge wie z.b. Brücken werden rausgerechnet Kein Problem in dem Sinne, muss aber beachtet werden bzw. bekannt sein Diedershagen & Ramminger GbR 19

21 Probleme Übergang von der Waldgrenze zu ATKIS- Daten Vor allem im bewegten Gelände Abweichungen der ATKIS-Daten zu den Laserdaten Problem der Gestaltung des Übergangs zwischen den neu erfassten Strukturen und den ATKIS-Daten Diedershagen & Ramminger GbR 21

22 Probleme Minderung der Klassifizierungsprobleme: Verwendung der Intensitätsdaten Bessere Entscheidungshilfe bei Fahrund Maschinenwege Erleichtert die Erkennbarkeit von Wegen in der Ebene erheblich Diedershagen & Ramminger GbR 22

25 Potential der Daten Trotz der Schwierigkeiten in der Ebene sehr genaue Erfassung von Linien- bzw. Wegstrukturen Erfassung von alten Strukturen für f r künftige k Erschließungskonzepte - Bodenschonung Neben der hohen Lagegenauigkeit Vervollständigung vorhandener Datensätze tze Übername der Wegnamen soweit vorhanden als Attribut in die Sachdatentabelle Erfassung im Hinblick auf eine Verwendung zur Navigation Diedershagen & Ramminger GbR 25

26 Fazit und Ausblick Gegensatz zwischen guter Erfassbarkeit der Strukturen zur Richtigkeit der Klassifizierung Unterscheidung zwischen Fahr- und Maschinenwegen schwer Vor allem Fehler bei der Klassifizierung in Rückegassen und Fusswege zu erwarten Hier auch keine Vollständigkeit zu erwarten Kontrolle durch jeweilige Forstbezirke nötig Einbezug der Intensitätsdaten tsdaten wird sowohl die Klassifizierung als auch die Erfassung verbessern und vereinfachen Diedershagen & Ramminger GbR 26

27 Fazit und Ausblick Eine Genauigkeitssteigerung gegenüber den bisherigen Datenquellen, die heterogen entstanden sind, wurde eindeutig erkannt, wobei ein absoluter Genauigkeitsvergleich noch erfolgen muss Bei den Kontrollen des LVA wurden keine nennenswerten Lageabweichungen der Auswertung zu den Kontrollmessungen ermittelt Große e Abweichungen in der Klassifizierung Falsche Klassifizierung Abweichung zwischen ATKIS- und FOGIS-Klassifizierung Diedershagen & Ramminger GbR 27

28 Fazit und Ausblick Folgerungen des Pilotversuchs: Die Forstdirektion wird zusammen mit der unteren Forstbehörde die mit Mängeln behaftete Klassifizierung bis zum öffentlichen Straßennetz korrigieren. Die untere Forstbehörde erhält hierzu übersichtlichere Karten. Das LV übernimmt dann die Klassifizierung, wobei grundsätzlich gilt: Hauptwirtschaftsweg und Wirtschaftsweg befestigt = Fahrweg Wirtschaftsweg unbefestigt = Maschinenweg Rückegassen werden in ATKIS nicht geführt! (Quelle: Verm. Dir. W. Schlüter) Diedershagen & Ramminger GbR 28

29 Fazit und Ausblick Ausblick: nach einem erneuten Gespräch mit dem LV BW ( ) Beide Verwaltungen wollen das Vorhaben, auch im Wald aktuelle und gemeinsame Geometrien zu erzeugen und zu nutzen realisieren! Das LV prüft aktuell, ob es intern die DGM-Daten landesweit zur Verbesserung der Geometrien der Waldwege (und für weitere Auswertungen, z.b. zur Aktualisierung der Wald- /Feldgrenze, Bachläufe) nutzt Für die Klassifizierung der Waldwege übernimmt die LFV die Verantwortung (Quelle: Verm.Dir. W. Schlüter) Diedershagen & Ramminger GbR 29

30 Erweiterte MöglichkeitenM Erfassung von größ ößeren Freiflächen an Wegen potentielle Holzlagerplätze und Wendeplatten Diedershagen & Ramminger GbR 30

31 Erweiterte MöglichkeitenM Berechnung von Wegeigenschaften für f jedes einzelne Wegsegment Maximale Neigung in Prozent oder Grad Ausgabe des Wegprofils Diedershagen & Ramminger GbR 31

32 Erweiterte MöglichkeitenM Diedershagen & Ramminger GbR 32

33 Erweiterte MöglichkeitenM Berechnung von Expositionsbildern Herleitung von Standortseigenschaften o. a. wichtigen Parametern Schnelle bzw. einfache Ableitung von Isohöhen hen-linien Einsatz der Daten im Tourismus-Bereich Diedershagen & Ramminger GbR 33

34 Erweiterte MöglichkeitenM Kombination mit Firstpulse-Daten Daten: Trennung von Wald/ Nichtwaldübergängen Mögliche Anwendung in der Forsteinrichtung Ableitung von Bestandeseigenschaften Forschungsbedarf Anwendung von Laserdaten im Umweltschutzbereich aktuelles Thema Diedershagen & Ramminger GbR 34

35 Diskussion Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Diedershagen & Ramminger GbR 35

36 Technik des Laserscannings Laserscanning als aktives Sensorsystem Hauptkomponenten: Laserdistanzmesser mit Scaneinheit Inertiale Messeinheit GPS-Empfänger Inertiales Messsystem Diedershagen & Ramminger GbR 36

37 Technik des Laserscannings Aktives System: Aussenden eines Laserstrahls Messung der Laufzeit vom Aussenden des Strahls bis zur Ankunft der Reflektion an der Scaneinheit Aus Laufzeit, Höhe und Position des Sensors erfolgt die Berechnung der Position des Reflektionspunktes Diedershagen & Ramminger GbR 37

38 Technik des Laserscannings Streifenweise Abtastung der Oberfläche, z.b. fächerförmig. by TopoSys GmbH Prinzip First-/ Lastpulse. by Topscan Diedershagen & Ramminger GbR 38

39 Technik des Laserscannings Overlay von Multispektraldaten über Laseroberflächenmodell. Links RGB, rechts CIR. by TopoSys GmbH Diedershagen & Ramminger GbR 39

40 Technik des Laserscannings Overlay von Multispektraldaten über Lasergeländemodell. Links 3D Ansicht des Geländemodells, rechts Overlay mit RGB Daten. Gebiet in Günterstal, ca. 70 ha. by TopoSys GmbH Diedershagen & Ramminger GbR 40

41 Technik des Laserscannings Overlay von RGB-Daten über Laseroberflächenmodell (Mooswald, ca. 20 ha). by TopoSys GmbH Diedershagen & Ramminger GbR 41