Digitale Zwillinge der Waldwege -
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- Lars Lorentz
- vor 4 Jahren
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1 Digitale Zwillinge der Waldwege - Möglichkeiten und Grenzen Adaptiert und vorgetragen: Prof. Dr. M. Ziesak; BFH HAFL Sergej Chmara, ThüringenForst AöR Forschungs- und Kompetenzzentrum Gotha Weitere Kooperationspartner:
2 Gliederung Digitale Wegeinventur Warum? Was ist ein Forstweg und wie sieht er aus? Besonderheiten der Forstwege Methoden der Erfassung der Wegeinformationen Herausforderungen Ausblick FFK Gotha - ThüringenForst AöR 2
3 Wegeinventur Warum? Hinweise auf (mögliche) Korruptionsverstrickung FFK Gotha - ThüringenForst AöR 3
4 Ziele der Wegeinventur Erfassen des Bestandes an Forststrassen und dessen Zustandes zum Zwecke der Sicherung ganzjähriger Befahrbarkeit aller Wege Gute Nutzungsmöglichkeiten für alle Nutzer der Wege (Mehrfachfunktion) Steuerung der Holzlogistik, Transportoptimierung Grundlage für Wegebauplanungen Grundlage für strategische Entscheidungen, Netzoptimierung Grundlage für Haushaltsplanungen Grundlage für Bilanzermittlung Absicherung der Rettungskette und Waldbrandschutzes Grundlage für Förderung des Forst-Wegebaus FFK Gotha - ThüringenForst AöR 6
5 Ziele der Wegeinventur Nutzungsbereiche/Einsatzgebiete von WIS FFK Gotha - ThüringenForst AöR 7
6 Beispiele digitaler Wegezwilling Wege-Informations-Systeme (WIS) : ThüringenForst AöR BaySF/ Bay. Forstverwaltung Niedersächsische Landesforsten ForstBW Landesforsten Reihnland-Pfalz.. NAVLOG ggmbh FFK Gotha - ThüringenForst AöR 8
7 Besonderheiten der Forstwege FFK Gotha - ThüringenForst AöR 12
8 Wegeschäden / Schadstufen Zur Zeit keine einheitliche Definition Schadstufen in Thüringen Schadstufe 1, Kosten bis ca. 1,00 / lfm, meist nur Graderarbeiten ohne Materialeinsatz (Unterhaltung) Schadstufe 2, Kosten bis ca. 5,00 / lfm, Grader und Baggerarbeiten, oder punktueller Materialeinsatz (Unterhaltung) Schadstufe 3, Kosten bis ca. 15,00 / lfm, Materialeinsatz bis ca. 1,0 t/ lfm, Wasserführung nicht funktionsfähig (Instandsetzung) Schadstufe 4, Kosten über ca. 15,00 / lfm (grundhafter Ausbau) Nutzbare Wegebreite mindestens 3,0 m (Brücken 3,5 m breit) Lichtraumprofil mind. 3,5 m breit und 4,2 m hoch (Unterführungen) FFK Gotha - ThüringenForst AöR 13
9 Wege-Schadstufen FFK Gotha - ThüringenForst AöR 14
10 Digitale Wege-Zustandserfassung Hinweise auf (mögliche) Korruptionsverstrickung FFK Gotha - ThüringenForst AöR 16
11 Digitale Erfassungsmethoden 1. Gutachtlich: Visuelle Ansprache (WIS-App) 2. Messverfahren Mechanisch Fotooptisch Laserscanning Inertial-Messungen Ultraschall + weitere. Direkt oder indirekt aerialis : HAFL : HAFL FFK Gotha - ThüringenForst AöR Topcon Deutschland Positioning GmbH 18
12 Visuelle Ansprache Beispiel: WIS-Erfassung im GIS Beispiel: WIS-App (ThüringenForst AöR) Mechanische Messung des Oberflächen- Profils FFK Gotha - ThüringenForst AöR 19
13 LiDAR (Laser) Scanning (1) Trägersysteme: Terrestrisch/ Stativ (Ahmad A. Alhasan, David J. White; 2015) Zu Fuß mit Handlaserscanner KFZ UAV Flugzeug RIEGL Laser Measurement Systems GmbH Ahmad A. Alhasan; Iowa State University, FFK Gotha - ThüringenForst AöR 22
14 LiDAR-Scanning (2) Messwerte: Wegeprofil Lichtraum Rauigkeit der Wegeoberfläche Devin Coldewey techcrunch Schuler S Ahmad A. Alhasan; Iowa State University, Ahmad A. Alhasan; Iowa State University, FFK Gotha - ThüringenForst AöR 23
15 Sensorfusion-Messsysteme - 1. g-sensor Messlanze (FH Bern/ ThüringenForst AöR /Wald&Holz NRW) HAFL HAFL Trägersystem: KFZ Messwerte: Geometrie (GNSS) Vibration Beschleunigung Rauigkeit der Oberfläche Neigung der Fahrbahn Besonderheiten: selbstkalibrierend Fahrstil-abhängig HAFL FFK Gotha - ThüringenForst AöR 26
16 Sensorfusion-Messsysteme - 1. g-sensor 3 Strecke 1 - Feature Rommel, D Uwe Knauer et.al; 2016 Moussaoui H.; 2013 HAFL FFK Gotha - ThüringenForst AöR 27
17 Sensorfusion-Messsysteme 2. Ultraschall Messung Messlanze (FH Bern/ ThüringenForst AöR /Wald&Holz NRW) Trägersystem: KFZ Roos S.;2014 Messwerte: Geometrie (GNSS) Neigung der Fahrbahn Rauigkeit der Oberfläche Profil der Fahrbahn Besonderheiten: selbstkalibrierend Fahrstil-abhängig Roos S.;2014 FFK Gotha - ThüringenForst AöR 28
18 Sensorfusion-Messsysteme 2. Ultraschall Messung Ableitung der Wegeprofile aus Ultraschall-Daten (Ross S. 2015) Schadstufe 2 Schadstufe 4 FFK Gotha - ThüringenForst AöR 29
19 Sensorfusion-Messsysteme 3. GNSS Verortung Zuordnung der Messpositionen zu Wegegeometrie notwendig Behandlung der Mess-Gaps- Lücken Behandlung der Reststücke Ross Sven; 2015 Hug P FFK Gotha - ThüringenForst AöR 30
20 Herausforderungen der digitalen Wege-Inventur Bild: ESA Reto Baula, HAFL
21 Messwerte # Informationen Rommel, D. Moussaoui Hakim; 2013 Ahmad A. Alhasan; Iowa State University, aalhasan@iastate.edu Devin Coldewey techcrunch FFK Gotha - ThüringenForst AöR 32
22 Auswertungsmethoden: regelbasiert Ableitung der Wegeprofile aus Ultraschall-Daten (Ross S. 2015) Schadstufe 1 Schadstufe 3 Schadstufe 2 Schadstufe 4 FFK Gotha - ThüringenForst AöR 33
23 Auswertungsmethoden: KI-Methoden Ereigniserkennung/Muster-Erkennung in den Sensordaten (Knauer Uwe et all; 2016) 3 Strecke 1 - Feature FFK Gotha - ThüringenForst AöR 34
24 Fehlende Definitionen & Standards (1) Standard für Wegeprofile (Ideale Weg) Profil Entwässerung Oberflächenrauigkeit Lichtraum Definition von Schäden (punktuell) Schlagloch (Was ist ein Schlagloch?) Spur-Rille Schweinsrücken. HAFL Bern; Reto Baula FFK Gotha - ThüringenForst AöR 35
25 Fehlende Definitionen & Standards (2) Übertragung der Punktinformationen auf Strecken Definition von Schäden (streckenbezogen) Ab wieviel Schlaglöcher ist der Weg kaputt? Kann der Weg kaputt sein, auch wenn keine Schlaglöcher da sind? Standard für Schadstufen Ross Sven; 2015 Ross Sven; 2015 FFK Gotha - ThüringenForst AöR 36
26 Ausblick FFK Gotha - ThüringenForst AöR 38
27 Ausblick Hohe Bedeutung der Wege- Zustandserfassung auch in Zukunft Stärkung des digitalen Zwillings Trennung zwischen Erfassung und Auswertung Durch Historisierung und Datenauswertung vorausschauende Wegeunterhaltung (predective maintenance) Knauer Uwe, et al; 2016 FFK Gotha - ThüringenForst AöR 39
28 Literatur (1) Ahmad A. Alhasan, David J. White; 2015: Terrestrial Laser Scanning Roughness Assessments for Infrastructure; Iowa State University Brown Mark et.al.; 2003: Road Maintenance with Opti-Grade : Maintaining Road Networks to Achieve the Best Value; Forest Engineering Research Institute of Canada; Brown Mark, et.al.; 2002: MultiDAT and Opti-Grade: two knowledgebased electronic solutions for managing forestry operations more efficiently; FERIC, Eastern Division, Pointe-Claire, Qc, Canada ; Council on Forest Engineering (COFE) Conference Proceedings: A Global Perspective Auburn, June 16-20, 2002 Hug Philipp; 2016 : Automatisierte Zustandserfassung von Waldstraßen mit dem System Messlanze. Genauigkeit der Ultraschallsensoren und des GNSS-Empfängers; BSc Thesis an der Hochschule für Agrar-, Forstund Lebensmittelwissenschaften Zollikofen FFK Gotha - ThüringenForst AöR 41
29 Literatur 2 Knauer Uwe et.al; 2016: Angepasste Datenanalyse eines Sensorsystems zur Bewertung des Wegezustandes im Forstbereich mit Methoden des Maschinellen Lernens; Abschlussbericht, unveröffentlicht; Fraunhofer IFF Magdeburg Biosystems Engineering Moussaoui Hakim; 2013: Wege- und Straßenqualitätsbeurteilung auf Basis von Beschleunigungsdaten; BSc-Thesis TU Ilmenau Roos Sven; 2015: Automatisierte Schadstufenerfassung auf Waldwegen. Ein Prototyp im Praxistest, BSc-Thesis FH Erfurt Schuler Stefan ; 2014: Erfassung des Unterhaltszustandes von Waldstraßen Überprüfung und Kalibrierung eines neuen IT-gestützten Tools ; BSc-Thesis HAFL Bern Weidig A. (2013): Wege- und Lichtraumprofilerkennung auf Basis von Bilddaten. BSc-Thesis an der Fakultät für Informatik und Automatisierung, TU Ilmenau FFK Gotha - ThüringenForst AöR 42
30 man kann Probleme analysieren, oder einen Weg suchen. Kontakt: Sergej Chmara Referat digitale Waldinformationssysteme Forstliches Forschungs- und Kompetenzzentrum Gotha, ThüringenForst AöR Tel.:
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