Potentiale und Grenzen bei der Walderfassung durch Satellitenfernerkundung in den Wäldern Pomeranias

Ähnliche Dokumente
Einsatz von Copernicus-Daten in der bayerischen Forstverwaltung Status Quo und Ausblick

Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus 2017 Berlin, Gunter Zeug. Clement Atzberger & Markus Immitzer

Einsatzmöglichkeiten von Fernerkundungssensoren für forstliche Fragestellungen

Erfassung und Kartierung von Baumarten und Schädlingsbefall mittels optischer Satellitendaten

GMES / GSE Forest Praktische Nutzung von Satellitendaten in der in Thüringer Forstverwaltung

Gliederung. Der Wald in Bayern. Die Bayerische Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft. Aktuelle Nutzung von Fernerkundungs-Daten

Zweite Bundeswaldinventur 2002 in Bayern

Optimierung spektraler Indizes aus multisensoralen Satellitenbildzeitreihen für Landnutzungsklassifkationen

Was die Fernerkundung der Waldinventur künftig auf den Boden bringt

2.06.4: Waldfläche [ha] nach Baumartengruppe und natürliche Höhenstufe

Naturschutz im Privatwald

3D Vegetationskartierung: flugzeuggestütztes Laserscanning für ein operationelles Waldstrukturmonitoring

Veränderung der Waldfläche [ha] nach Baumartengruppe und Eigentumsart

1334/2009. Text: Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz. Redaktion: Rainer Schretzmann, aid

Ergebnisse der BWI 2012 für Bayern und die Regionen

Statistische Ableitung des LAI für Grünland aus RapidEye-Daten und In-situ-Messungen - Untersuchungen in dem Einzugsgebiet der Ammer

Erfassung von Schäden an Waldbeständen durch Fernerkundung

Monitoring von Biodiversitäts-Hotspots: Zustand und Entwicklung von Flussauen

Bundeswaldinventur² - Wildverbiß und Schäle im Wald

Digitales Landbedeckungsmodell für Deutschland (DLM-DE) - Aktualisierung

Sonderaufnahmegebiet: Biodiversitäts Exploratorien

Fichten- und Kiefernkarte für Bayern Identifikation anpassungsnotwendiger Fichten- und Kiefernbestände auf Basis von digitalen Satellitendaten

Ergebnisse aus den WEHAM-Szenarien

Vorstellung der Ergebnisse der Bundeswaldinventur II und der Holzaufkommensmodellierung

Fernerkundung Neue Möglichkeiten für Wald- und Biodiversitätsinventuren

Ertragsschätzung g von Winterweizen mit Landsat 8 und RapidEye Daten

Regiowood die Holzreserven des Kleinprivatwaldes auch im europäischen Fokus

Mangel oder Überfluss?

Ministerium für Ländliche Entwicklung, Umwelt und Landwirtschaft. Ergebnisse der ersten landesweiten Waldinventur in Brandenburg

WEHAM - Szenarien. Datengrundlage Bundeswaldinventur und Vorstellung des Modells

Erfassung der Landschaftsstruktur mit multitemporalen RapidEye Bildern

Ergebnisse der ersten landesweiten Waldinventur in Brandenburg

FastResponse. Entwicklung eines fernerkundungsbasierten Systems zur Unterstützung der Bewältigung von Kalamitäten im Wald. Rudolf Seitz, Oliver Bauer

Aktuelle und kommende Fernerkundungsdaten und ihr Nutzungspotential. E F T A S Fernerkundung Technologietransfer GmbH

Workshop Aktuelle Entwicklungen bei der Auswertung von Fernerkundungsdaten für forstliche Aufgabenstellungen

Rohholzversorgung in Deutschland Schlussfolgerungen aus BWI und WEHAM

Rohholzversorgung in Deutschland Schlussfolgerungen aus BWI und WEHAM (Teil 2)

Thematische Dienste Umwelt- und Naturschutz-Monitoring

Klassifikation von Wald und Sträuchern anhand multitemporaler RapidEye-Daten - eine Landbedeckungsklassifikation in Südhessen

Wie Unternehmen von Geofernerkundungsdaten profitieren können

Copernicus und kommunale - Ergebnisse aktueller Systemtests und erforderliche Weiterentwicklungen

Holzaufkommen in Bayern unter Berücksichtigung des Waldumbaus

Auswertungen der Bundeswaldinventur 3

Natur- und Umweltmonitoring im LANUV. Dr. Dirk Hinterlang Kompetenzzentrum Fernerkundung am LANUV NRW

Faktensammlung zur Dritten Bundeswaldinventur (BWI 3) für Mecklenburg-Vorpommern

Starkholz: Potenziale und tatsächliche Verfügbarkeiten Was wissen wir darüber?

Auswertungen der Bundeswaldinventur 3

Auswertungen der Bundeswaldinventur 3

Erste Ergebnisse der Einzelbaumwachstumsmodellierung am Beispiel von Kiefern-BuchenUmbaubeständen

Auswertungen der Bundeswaldinventur 3

Copernicus - multisensoral, multispektral, multitemporal: Mehrwert für die Klassifizierung des LBM-DE

Reihe Grundlagen der Forstwirtschaft 2016

Der Wald im Spiegel der zweiten Bundeswaldinventur und forstpolitische Konsequenzen

Ich sehe was, was Du nicht siehst! Neue Informationen für die Landwirtschaft mit Sentinel-1 und Sentinel-2

Holzmobilisierung aus Sicht eines mittelständischen Laubholzsägewerkes

3 Holzvorräte in Bayerns Wäldern

Privatwaldbewirtschaftung. in Bayern. Waldbauern-Management Arbeitstagung für Forstwirtschaftliche Zusammenschlüsse

Österreichischer GEO Workshop, Dr. Stefanie Linser, Umweltbundesamt GmbH DI Klaus Granica, Joanneum Research

Landschaftspflegematerial im Land Niedersachsen: Potentiale für die energetische Nutzung

Wald in Schutzgebieten ein Überblick

Obwohl Österreich sehr dicht besiedelt ist, kommt auf jeden Bundesbürger fast ein halber Hektar Wald.

LANDWIRTSCHAFTLICHES MONITORING

Stadt Land Fluss: Landbedeckung und Landnutzung für Deutschland. Dr.-Ing. Michael Hovenbitzer

Monitoring der Bodenversiegelung

Das neue Landbedeckungsmodell Deutschlands (LBM-DE)

Entwicklung eines OpenSource-WebGIS zur Modellierung von Pflanzenentwicklungsphasen

ForestHype Teilprojekt Biodiversität

Aufnahme von Waldparametern mittels Drohnendaten

Satellitenfernerkundung der Meere, Küsten und Binnengewässer Charakterisierung der Wassermassen mittels Sentinel-3 und EnMAP

Biomasseabschätzung in tropischen Regenwäldern mittels SAR. PolInSAR4AGB (DLR) und GlobBiomass (ESA)

: Anteil von Bäumen ab 50 cm Höhe und < 7 cm BHD mit jungen Schälschäden nach Baumartengruppe und Schutzmaßnahme

Sentinel für den Naturschutz Chancen und Herausforderungen

Einsatz von ecognition am Beispiel von Luftbilddaten von Rankweil - Vorarlberg

Bundeswaldinventur 3 Das Wichtigste in Kürze Ausgewählte Ergebnisse für den Landeswald des Freistaates Sachsen

Bestimmung der Biomasse durch Fernerkundung

Methoden der Fernerkundung

Tagung "Wechselwirkungen zwischen Landnutzung und Klimawandel" Braunschweig, 25./26. Februar 2013

Monitoring in Wäldern: Die Bundeswaldinventur und Verknüpfungen für Naturschutzfragen Dr. Heino Polley

Bundeswaldinventur 3 Ausgewählte Ergebnisse für den Privat- und Körperschaftswald

Urbane Geo-informationsprodukte aus Rapid Eye Daten. W. Heldens, M. Wurm,H. Taubenböck & T. Esch

Satellitenbildeinsatz bei der österreichischen Waldinventur

Monitoring der FFH- Waldlebensräume in Thüringen

Satellitenbasierte Parameter der Landoberfläche zur Unterstützung umweltmeteorologischer Fragestellungen

Copernicus Potentiale und Anwendungsbeispiele

Der Grüne Planet Umweltmonitoring aus dem Weltall

Copernicus in der Praxis am Beispiel des Landbedeckungsmodells Deutschland (LBM-DE)

Weichlaubhölzer Ungenutztes Rohstoffpotenzial!?

F&E Vorhaben Bedeutung und Auswirkungen erneuerbarer Energien auf Natura 2000 Gebiete

Copernicus Daten für Mecklenburg-Vorpommern Datenbereitstellungskonzept des Landes

Land Observation Satellites

Großflächige Schätzung der Biomasse- Produktivität mit Hilfe von Fernerkundung: Das Modell BMP

Fernerkundungs-Anwendungen beim Stand Montafon

Waldumbau: Forstliche Maßnahmen für die Zukunft Beiträge für Klimaschutz und Naturschutz

Die Kiefer in Bayern:

Die permanente Stichprobeninventur (= Betriebsinventur) in den Nieders. Landesforsten etabliert und anerkannt?

Die Satellitenfernerkundung als Grundlage zur Vegetationskartierung in OL-Karten. Christian Hohl Gymnasium Oberwil Maturarbeit 2007/08

Nutzung von Fernerkundungsdaten im Rahmen der österreichischen Waldinventur

Copernicus-basierte. Kian Pakzad. Karsten Zimmermann

300 Jahre Forstliche Nachhaltigkeit DER THÜNGENER WALD

Vergleich von Integrationsmethoden von Geodaten in Klassifikationsprozesse sehr hoch auflösender Satellitendaten

Transkript:

Potentiale und Grenzen bei der Walderfassung durch Satellitenfernerkundung in den Wäldern Pomeranias EU-Interreg IV A-Projekt ForseenPomerania Abschlussveranstaltung: Biomasseschätzung mittels Fernerkundung 08.05.2014 Stefan Kärgel 1

Inhalte I Einleitung - Motivation - Möglichkeiten der forstlichen Fernerkundung (Überblick) - Zielstellungen für die Satellitenfernerkundung II Daten & Methoden - Fernerkundungs- & terrestrische Daten III Ergebnisse A) Baumartenklassifikation B) Holzvorratsschätzung C) Holzvorratskarte Pomerania IV Fazit & Ausblick 2

Eckdaten: Wald & Holzwirtschaft Waldfläche zur Gesamtfläche: Brandenburg: 1,1 Mill. Hektar / ca. 37 % (Quelle: Landesforst Brdbg 2012) Pomerania: 1,2 Mill. Hektar / ca. 33 % (Quelle: Corine 2006) Eigentumsverhältnisse des Waldes: Brandenburg: Landeswald 27 %/ Privat- & Kommunalwald > 60 % (Quelle: Landesforst Brdbg 2012) Beschäftigte / Umsatz in der Holzverarbeitenden Wirtschaft: Brandenburg: 3700 Mitarbeiter / 1,3 Milliarden Euro jährlicher Umsatz (Quelle: Zukunftsagentur Brdbg 2012) 3

Eckdaten: Wald & Holzwirtschaft 4

Motivation ansteigender Informationsbedarf aktuelle und flächendeckende Informationen über den Zustand der Wälder (Landesforst, Naturschutz, Holzindustrie, EU-Berichtspflicht usw.) Erfassung forstlicher Daten? terrestrische Verfahren vs FE-Verfahren zeit-, kostenintensiv und punktuell flächendeckend und kostengünstig 5

Überblick: Möglichkeiten von Fernerkundung in der Forstwirtschaft Wald-Offenland-Abgrenzung Waldtypen vs. Baumartenerfassung Klassifikationsansätze Visuell vs automatisiert Einzelbaum vs Baumartengruppen Pixelbasiert vs objektbasiert Quelle : LWF-Wissen 72 Quelle : Kärgel & Janzen Vitalitätsuntersuchungen / Kalamitäten z.b. Fraßkartierungen, Sturmereignisse Quelle: Blackbridge 2014 Ableitung weiterer forstlicher Parameter: Baumhöhen, Totholz usw. 6

EU-Projekt ForseenPOMERANIA Ziele im Projekt: Ableitung der Holzbiomasse und weiterer forstlicher Parameter mittels verschiedener Fernerkundungsverfahren Vergleich der Methoden nach Kosten, Genauigkeit und Aufwand Fernerkundungsverfahren: Satellitenfernerkundung Luftbildauswertung terrestrisches Laserscanning flugzeuggetragenes Laserscanning Empfehlungen für Entscheidungsträger Veröffentlichung der Ergebnisdaten in einem Geodatenportal 7

Ziele der Walderfassung durch Satellitenfernerkundung im Projekt 1. Baumarteninventur für eine möglichst große Fläche in einer höchstmöglichen Genauigkeit und Bereitstellung in einem Geodatenportal 2. Ableitung des Holzvorrats für eine möglichst große Fläche in einer höchstmöglichen Genauigkeit und Bereitstellung in einem Geodatenportal 3. Vergleich der Erfassungsmethoden auf Kosten Genauigkeit und Nutzen Untersuchungsgebiet: A) Pomeraniaregion Brandenburgs (Mesoskala) B) Region POMERANIA (Makroskala) 8

FE-Daten: verwendete Satellitensysteme Eigenschaften Landsat 5 TM RapidEye WorldView 2 Geometrische Auflösung 30 m (multispektral) 5 m (6,5 m) 1.8 m (multispektral)/ 0,46m (panchromatisch) weitere genutzte FE-Daten: Corine-Landcover 2006 Spektrale Auflösung 7 Kanäle (+1 pan) 5 Kanäle 8 Kanäle (+1 pan) Zeitliche Auflösung 16 Tage < 2 Tage < 4 Tage Ausdehnung einer 34.225 km² 625 km² Kachel (185 km*185 km) (25 km*25 km) beliebig Im Orbit seit 1984 2008 2009 Anzahl der Satelliten 1 5 1 Kosten kostenfrei ca. 1 pro km² ca. 25 pro km²

Fernerkundungs-Daten: RapidEye (RESA-Archiv) Datum: 02.05.2009, 24.09.2010 Vorprozessierungsstufe: Level 3A komplett wolkenfrei 1 & 18 Kachel(n) (mosaikiert) 10

Terrestrische Daten: A) Inventurdaten 2008 B) Datenspeicherwald 2 A1) Landeswaldinventur 2008 = Ausgangsinformation der Klassifikation Inventurstudie des Landes Brandenburg Gitternetz: 4 km * 4 km / Trakt = 4 Traktecken Probekreisdefinition über Winkelzählprobe liefert Information über Baumart und Holzvorrat A2) Inventurdaten POMERANIA B) Datenspeicherwald 2 = unabhängiger Referenzdatensatz zur Validierung Datenbank zur Verwaltung der Forsteinrichtungsdaten liefert Informationen zu den Bestandeskenngrößen einzelner Forstflächen keine aktuellen Ergebnisse für die Eigentumsart Privatwald C) Forstgrunddaten relevante Kenngrößen: - Baumart - Holzvorrat - Schichtart - Flächenanteil der Schicht 11

A1) Baumartenklassifikation RapidEye - monotemporal 5 Baumartenklassen (auf Bestandsebene) Mosaik aus 18 RapidEye-Kacheln (Uckermark & Barnim) Auflösung 5 m Gesamtgütemaß: 81,3 % Abb.: Ausschnitt der Baumartenkarte für die Waldbereiche für die Region Werbellinsee 12

A1) Gütemaßklassifikation der Baumartenkarte Validierung der Klassifikationskarte mittels Forsteinrichtungsdaten (DSW 2) Abb.: Referenzpunkte Barnim & Uckermark 13

A2) Baumartenklassifikation multi-temporal Ansatz: Klassifikation unter Nutzung wichtiger phänologischer Phasen Phänologische Phase: Blattaustrieb (Frühling) Phänologische Phase: Blattfärbung (Herbst) 14

A2) Baumartenklassifikation multi-temporal Untersuchungsgebiet: Landkreis Barnim (1500 km²) Mosaik von 8 RapidEye-Szenen für die Termine 02. Mai 2009 & 24. September 2010 Detektion von 8 verschiedenen Baumarten Nadelbäume: Kiefer, Lärche, Fichte, Douglasie Laubbäume: Buche, Eiche, Erle, Birke Gesamtgütemaß: 60,4 % Abb.: Baumartenklassifikation (Quelle: Albert Janzen) 15

B1) Holzvorratskarte (kategorial) für die drei Hauptbaumarten (Kiefer, Buche und Eiche) Holzvorrat in Vfm/ha Gesamtgütemaß: 75,4 % (1 Kachel) 54,3 % (18 Kacheln) Abb.: Ausschnitt für eine RapidEye-Kachel 16

B2) Bestimmung des Holzvorrats auf Bestands-Ebene Aggregierung der Pixelwerte für jeden Bestand (GIS-Tool: Zonal Statistics) FGK-Grenzen Abb.: Rapid-Eye-Ausschnitt vom südlichen Werbelinsee 17

B2) Bestimmung des Holzvorrats auf Bestands-Ebene mittlerer Holzvorrat in Vfm/ha für jeden Bestand absoluter Holzvorrat in Vfm für jeden Bestand 18

B2) Detailscharfe Holzvorratskarte (flächengenau) Ergebnis: mittlere Holzvorrat auf Bestandsebene in Vfm/ha (für ca.12.000 BHE s) Validierung: Vergleich der Holzvorratswerte mit dem DSW 2 mittlere Abweichung: ca. 23 % Klasseneinteilung in Vfm / ha Abb.: grafische Darstellung der Holzvorräte für jeden Bestand für eine Fläche von 625 km² 19

Exkurs: Corine-Landcover 2006 CLC 2006: EU-weite grenzübergreifende Landnutzungsklassifikation Kartiert die Landnutzung von 38 europäischen Staaten nach gleichen Standard frei Verfügbar

Waldklassenstatistik Pomerania abgeleitet aus Corine 2006 21

C1) Holzvorratskarten Pomerania (Nadelwald) A) Holzvorratskarte Pomerania (als Rasterkarte) Abb.: Ausschnitt der vektorisierten Flächen in der Region Swinoujscie; (Quelle: Corine Landcover 2006 & Google Earth) Abb.: Nadelwaldflächen für Pomerania (Quelle: Klassifikation Kärgel) Abb.: Ausschnitt Holzvorratskarte (Swinoujscie) (Quelle: Klassifikation Kärgel & Google Earth)

C1) Holzvorratskarten Pomerania (Nadelwald) B) Ausschnitt der flächengenaue Holzvorratskarte (Vektorkarte)

C1) Holzvorratskarten Pomerania (Nadelwald) Primärprodukte: 1) Holzvorratskarte Pomerania (Rasterkarte) Sekundärprodukt: gesamter Holzvorrat der Landkreise 2) Flächengenaue Holzvorratskarte (nach Corine vektorisiert) zeigt den mittleren und den absoluten Vorrat für alle NW-Polygone Nadelwald-Holzvorräte POMERANIA: ca.195 Millionen m³ 24

Kleinräumiger Ansatz: Auswertung World-View 2 (Mikroskala) Ausblick Erfassung bis auf Einzelbaumebene Baumartenklassifikation objektbasiert Fläche: 60 km², südlich von Eberswalde 25

World-View 2-Daten weiterer Ansatz World-View 2-Daten für ein Gebiet südlich von Eberswalde 60 km² Bisher: Panshapening der Daten & Testen diverser Indizes & erste Klassifikation Weitere Bearbeitung: objektbasierte Klassifikation mittels Regionalinventur (Grid 400 m) Ziele: kleinräumige Klassifikation (Makroskala) & Kopplung mit weiteren FE-Daten (Thema von Abschlussarbeit/en?) Methode der Baumartenklassifikation: nach Immitzer et al (2012): IMMITZER, M., ATZBERGER C., KOUKAL, T. (2012): Eignung von WorldView-2 Satellitenbildern für die Baumartenklassifizierung unter besonderer Berücksichtigung der vier neuen Spektralkanäle. Journal for Photogrammetry. Remote Sensing and Geoinformation Science 5: 573-588.

Überblick der Produkte im Geodatenportal Baumartenklassifikation Landsat 5 Waldklassentypen, Overall Accuracy (OA): 70,7 % RapidEye 5 Baumartengruppen, OA:81,3 % 8 Baumartenklassen, OA:60,4 % Holzvorratsschätzung RapidEye (Barnim+Uckermark) OA: 75,4% (1 Kachel) und 54,3% (Mosaik) (4 Holzvorratsklassen für 3 Baumarten) Ableitung des Holzvorrat auf Bestandesebene: mittlerer Fehler 23 % Landsat (Gesamt-Pomerania) Holzvorratskarte für die Nadelwaldflächen (4 Holzvorratsklassen) Vektorisierte Holzvorratskarte 27

Fazit Ableitung von Bestandsinformationen (Baumarten und Holzvorrat) mittels Satelliten-Daten und terrestrischer Daten flächendeckend möglich Notwendigkeit von terrestrischen Daten (Ausgangsinformation & Validierung / Vorteilhaft: dichteres Gitternetz) Genauigkeit ist abhängig vom Satellitensystem (geometrische Auflösung (5m bzw. 30m) und von der Struktur der Waldflächen / Bestände (Baumarten und Dichte) Genauigkeit insgesamt geringer als terrestrische Erfassungsmethoden Erhebliche Genauigkeitsverbesserungen durch die Nutzung multitemporaler Satelliten-Daten (Zeitreihenuntersuchungen) Kosten der Daten sind abhängig von der geometrischen Auflösung der Daten und variieren von kostenlos bis relativ teuer (ca. 25 pro km²) 28

Ausblick: Fernerkundung weitere zeitnahe Forschungsprogramme neben dem Interreg-Programm 1) EnMAP: Hyperspektrale Satellitenmission vom DLR und GFZ 2) Sentinel-Programm der ESA: sechs verschiedene Satellitengruppen - Kostenlose Bereitstellung der Daten - enge Verzahnung von Fernerkundungsdaten und in-situ-messdaten - u.a. Nutzen für die Forstwirtschaft Enmap-Programm ab 2015 Sentinel-Programm der ESA ab 2014 29

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Wir danken der Firma RapidEye und dem DLR für die Bereitstellung der Daten aus dem RapidEye Science Archiv. Quellen: Kärgel, S.; Klinner, S; Janzen, A; (2013): Remote Sensing Estimation of Wood Biomass within Brandenburg forest in the Euroregion POMERANIA, using Rapid Eye Data., 5. RESA Workshop (pp. 305-310). Berlin: GITO mbh Verlag Berlin. Kärgel, S.; Klinner, S; (2013): Estimation of above-ground biomass in forest of Euroregion POMERANIA, based on remote sensing and field measurements. 30