Analyse aus der Luft

Fraunhofer IFF will Waldzustand mithilfe eines hyperspektralen Messsystems bestimmen.

hyperspektralaufnahme-wald

Die Hyperspektralanalyse erkennt einen Schädlingsbefall bei Bäumen, bevor es das bloße Auge kann.

Möglichen Schädlingsbefall bei Bäumen wollen die Wissenschaftler vom Fraunhofer IFF in Magdeburg mit flugzeuggestütztem Monitoring erkennen. Mit Hyperspektralkameras sollen Bilder der Waldregion aus der Luft aufgenommen und danach analysiert werden, ob Fraßschäden oder eine veränderte Vegetation vorliegen. Ziel ist es, neuartige biologische Gefährdungen für den Wald rechtzeitig zu erkennen und Schädlinge gezielter sowie umwelt- und ressourcenschonender zu bekämpfen.

Um den Wald auch unter sich verändernden Klima- und Umweltbedingungen ökonomisch und ökologisch nachhaltig zu bewirtschaften, braucht die Forst- und Holzwirtschaft zunehmend moderne Technologien, um den Zustand der Bäume zu überwachen und eventuellen Schädlingsbefall frühzeitig zu erkennen. Bereits in den letzten Jahren wurden am Fraunhofer IFF Methoden zum flugzeuggestützten Monitoring landwirtschaftlicher Anbauflächen entwickelt. Nun fördert das Ministerium für Landwirtschaft und Umwelt das Projekt des Fraunhofer IFF, um den Waldzustand aus der Luft zu erfassen. Projektpartner sind außerdem der Landesforstbetrieb, das Landeszentrum Wald und das forstliche Forschungs- und Kompetenzzentrum (FFK) Gotha der THÜRINGENFORST AöR.

4.9 Umwelt und Natur

GDV Gesellschaft für geografische Datenverarbeitung mbH

Die GDV entwickelt seit 1993 client- und serverseitige GeoSoftware zur Abfrage, Analyse und Verarbeitung von Daten mit Raumbezug. Dies können komplexe Fach- oder Businessdaten (z.B. Kundenadressen, Standortanalysen, Vertriebsgebiete etc.) sein. Ein Kompetenzschwerpunkt stellt die optimale Integration von GeoDatenbanken für Daten- und Prozesslogik dar. Die GDV ist langjähriger Oracle-Partner.

GEOSYSTEMS GmbH

GEOSYSTEMS ist ein Softwarevertriebsunternehmen mit umfassenden Serviceleistungen. Als Hexagon Geospatial Partner bietet das Unternehmen ein komplettes Portfolio von Fernerkundungs-, Photogrammetrie- und GIS-Software für Desktop-, Server-, Web- und Cloud-Umgebungen. Darüber hinaus entwickelt GEOSYSTEMS Lösungen für automatisierte Workflows und effektives Geodatenmanagement.

Mit Befliegungen auf einzelnen Versuchsflächen wollen die Forscher testen, wie Hyperspektralkameras die dicht belaubten oder verlichteten Kronen sehen und abbilden. Zwei Hyperspektralkameras über der Bodenluke des Flugzeugs montiert sollen dabei das von den Wäldern im überflogenen Gebiet reflektierte Sonnenlicht im Bereich von 400 nm bis 2.500 nm Wellenlänge erfassen, was weit außerhalb des für das menschliche Auge sichtbaren Spektrums (ca. 380-780 nm) liegt. Die Zerlegung dieses großen Wellenlängenbereichs in viele einzelne Kanäle liefert die Datengrundlage für die Ableitung mathematischer Modelle zur automatischen Analyse der aufgenommenen Bilddaten. Die mit leichter Überdeckung überflogenen Geländestreifen werden mit dem vorhandenen Geländemodell anhand mehrerer Referenzpunkte abgeglichen und zu einem hyperspektralen Ortholuftbild zusammengesetzt.

Zeitgleich sind die Wissenschaftler des forstlichen Forschungs- und Kompetenzzentrums Gotha auf den ausgewählten Musterflächen im Einsatz, um die Daten aus der Luft mit denen am Boden abzugleichen. Die Position mehrerer hundert Bäume wird dabei exakt vermessen, der Gesundheitszustand der Bäume anhand von Indikatoren wie Laubanteil, Zustand der Rinde oder Fraßspuren bestimmt und mit den Ergebnissen der Vorjahre verglichen.

Ziel ist es, diese Berechnungen zu automatisieren. Denn mit geeigneten mathematischen Modellen sollen anhand der hyperspektralen Luftbilder digitale Karten zum physiologischen Gesundheitszustand der Bäume erstellt werden können. Mit Hilfe dieser Aufnahmen sollen bereits Veränderungen auffallen, bevor die Schäden an den Bäumen für das menschliche Auge sichtbar sind. „Wir haben nur wenige Möglichkeiten, um zum Beispiel die Raupen der Eichenschädlinge zu bekämpfen und das ist auch nur in bestimmten Entwicklungsstadien möglich“, so Sylke Mattersberger, Sachgebietsleiterin Waldschutz im Landeszentrum Wald Sachsen- Anhalt. „Deshalb ist es wichtig, frühzeitig sichere Prognosen zu treffen, damit wir effizient handeln können.“

schwammspinner

Die Larve des Schwammspinners ist besonders für Eichen gefährlich.

Laut Professor Johannes Eichhorn, verantwortlich für die Waldzustandserhebung in Sachsen- Anhalt, sind die Luftaufnahmen als wesentliche Ergänzung und als begrüßenswerter Entwicklungsschritt zum bisherigen Vorgehen einzuordnen, aber keineswegs als Ersatz zu den stichprobenhaft erfassten Informationen über Bodenvegetation, Pilzbefall an Stämmen, den Wasserhaushalt und das Wachstum der Bäume. Noch sind die Fraunhofer-Wissenschaftler mit der Planung der Befliegungen, der Anpassung und Programmierung der Analysesoftware und der weiteren Verbesserung des hyperspektralen Kamerasystems beschäftigt. Im Frühling wollen sie dann das kurze Zeitfenster, in denen Früherkennungssysteme wirksam eingesetzt werden können, nutzen.

Kahlfraß in Sachsen-Anhalt

Rund 532.000 Hektar Wald, davon 69.000 Hektar Eichenwald bedecken die Landschaft von Sachsen Anhalt. Doch was so gesund aus der Ferne aussieht, ist ein empfindliches Ökosys-tem dem Trockenzeiten und Baumschädlinge seit Jahren zu schaffen machen und das Absterben vieler wertvoller Bäume verursachen. Besonders schädlich für die Baumgesundheit ist in dieser Region der Kahlfraß verursacht durch Schmetterlingsraupen der Eichenfraßgesellschaften, die sich periodisch und in Massen vermehren. Ein einzelnes Eichenprozessionsspinnerweibchen kann so bis zu 300 Eier legen, ein Weibchen des Kleinen Frostspanners bringt es auf bis zu 400 Eier, bevor die Population wieder zusammenbricht.

www.iff.fraunhofer.de

Bilder: Mathias Stuertz fkk-Gotha, Fraunhofer IFF

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