Die Stadt Arnsberg hat mit ihrem kommunalen Digitalen Waldzwilling gezeigt, wie man Methoden der Fernerkundung auch für eigene Belange produktiv nutzen kann. Das technische Know-how hierfür lieferte unter anderem die Firma Remote Sensing Solutions.
Die Stadt Arnsberg im Sauerland ist bekannterweise der Wohnort von Bundeskanzler Friedrich Merz. Aber sie ist natürlich viel mehr. Bei manchen Experten gilt sie beispielsweise auch als (heimliche) Waldhauptstadt Deutschlands. Nicht nur aufgrund der Lage in der waldreichen Region, sondern auch historisch gesehen. Bereits im Jahr 1368 gab es dort ein bis dato historisch einmaliges Wald-Ereignis: Der damalige Fürst Gottfried IV. blieb kinderlos und schenkte seinen Forstbesitz den Bürger:innen Neheims, heute ein Ortsteil der Stadt Arnsberg). Noch heute gibt es zum Gedenken dort das jährlich stattfindende Donatorenfest.
Dashboard des Waldmonitor Arnsberg – entwickelt durch RSS. Hier finden sich flurstücksscharfe Fachinformationen zum Wald bis auf Ebene von Einzelbäumen. Bild: Remote Sensing Solutions GmbH (RSS)
Es ist deshalb kein Zufall, dass Arnsberg den ersten kommunalen Waldmonitor in Deutschland erstellt hat. Und wer genauer hinschaut, stellt fest, dass dies auch eines der interessantesten Projekte hierzulande ist, was fachliche Fragestellungen aus den Bereichen Fernerkundung, GIS und 3D-Modellierung darstellt.
Die auch als Digitaler Waldzwilling bezeichnete Lösung erlaubt es, die Entwicklung des Zustandes von Laub- und Nadelbäumen in Bezug auf ihre Vitalität und ihren Wassergehalt zu überwachen, die Waldbiomasse und den darin gespeicherten Kohlenstoff zu schätzen und die Schadflächen der letzten Jahre zu quantifizieren. Der Waldmonitor Arnsberg ist ein Projekt des Smart City Modellprojekts „5 für Südwestfalen“. Initiiert wurde er von der Stadt Arnsberg, entwickelt von der Firma Remote Sensing Solutions GmbH und wissenschaftlich begleitet von der Naturwald Akademie aus Lübeck.
Was im Jahr 2023 beschlossen wurde, sollte nun eigentlich in Kraft treten: Zum 1. Januar 2026 war bis Ende November der Start der EU Deforestration Regulation (EUDR) vorgesehen, der im Zuge des europäischen Green Deals verabschiedet worden war. Das Gesetz sieht vor, dass alle Abnehmer von natürlich gewachsenen Rohstoffen, also beispielsweise Kakao, Soja, Palmöl oder natürlich Holz nachweisen müssen, dass durch deren Nutzung keine zusätzlichen Wälder abgeholzt wurden. Schließlich drohen die klimabedingten Kalamitäten (Waldschäden), – ein Begriff, der sich aus dem griechischen Wort kalámē für Halm ableitet, der umgeknickt sinnbildlich für ein großflächiges Ernteunglück steht.
Ein ambitioniertes Gesetz also – mit einer zweifelsohne gut gemeinten Intention. Und die natürlich auch vor dem Hintergrund der akuten Zollstreitigkeiten als weltpolitisches Druckmittel verstanden werden kann – das ist aber eine andere Geschichte.
In Realität hat sich die EUDR, wen wundert es, als bürokratisches (Kratos, griechisch für Macht) Monster entpuppt. Weite Teile der Holzindustrie und deren angeschlossene Branchen (zu denen Druck- und Verpackungsindustrie und zu guter Letzt auch diese Zeitung gehören), Lebensmittelindustrie und viele mehr (auch die Automobilindustrie mit Kautschuk oder Leder) sind auf die Barrikaden gegangen. In der EU gibt es Streitigkeiten, argumentativ werden schwere Geschütze aufgefahren, Deindustrialisierung ist eines davon. Manch einer argumentiert auch mit Sätzen wie, „Jetzt will die EU sogar weltweit die Bäume zählen“. Die EU als kleinliche Pedantin, die schrumpelige, violett-schwarzen Trauben ausscheidet (griechisch Korinthiaki).
Der Witz dabei: Die globale Einzelbaumerkennung ist bereits möglich. Durch die Digitalisierung im Allgemeinen und die Fernerkundung im Besondern. Moderne Satellitendaten ermöglichen nämlich zuverlässige Schätzverfahren, um die Anzahl der weltweiten Bäume, deren genaue Standorte, inklusive Klassifikation der Arten zu liefern. Davon abgeleitet auch Biomasse und Co2-orientierte Daten für den weltweiten Kohlenstoffkreislauf. Es ist sogar möglich, dies mit immer gleichen Verfahren zu wiederholen, und damit sogar den strengen Kriterien wissenschaftlicher Forschung zu genügen. Inklusive hohem Automatisierungsgrad und Einsatz von neuronalen Netzen und maschinellem Lernen (gemeinhin als KI bekannt). Die Welt könnte also lernen, solange es eine Institution gebe, die dies will und auch finanzieren kann. Es gibt schon einen Begriff dafür: Die Kombination aus digitaler und nachhaltiger Transformation wird hier und da bereits als Twin-Transformation bezeichnet. So könnte ein Schuh aus dem globalen Einzelbaum-Monitoring werden. Mit der GIS- und Fernerkundungsbranche als einer der Hauptakteure. (sg)
Satellitendaten als Basis
Der Waldmonitor bietet nun erstmals alle Informationen flurstückspezifisch an, wodurch mittels Klicks in der interaktiven Karte alle Statistiken pro Flurstück angezeigt werden können.
Eine Schlüsselfunktion übernimmt die Fernerkundung und dort vor allem das europäische Copernicus-Programm, über das die Daten der Sentinel-Satelliten-Missionen kostenfrei zur Verfügung gestellt werden. „Die Daten sind so leistungsfähig, dass selbst kleinere Kommunen davon profitieren können“, sagt Dr. Jonas Franke, Geschäftsführer der Remote Sensing Solutions (RSS) GmbH.
In Arnsberg werden sogar neue Denkansätze für die Forstwirtschaft verfolgt. Haben bisherige Waldmonitoring-Konzepte eher vom Kleinen ins Große geschätzt, geht man in der Fernerkundung anderes herum vor: Vom Großen ins Kleine. Arnsberg ist demnach auch ein Prüfstein für die Frage, wie die Fernerkundung auch kleineren Gebietskörperschaften helfen kann.
Sentinel-Daten sind also ein sogenannter Enabler des Projekts. Sie liefern „alle paar Tage einen flächendeckenden Datensatz“, sagt Franke und beschreibt damit wesentliche Vorteile der Satellitendaten: große Flächen homogen in schnell wiederkehrenden Zyklen erfassen – und das bei Copernicus sogar kostenfrei. In Arnsberg sind im Wesentlichen Daten aus der Sentinel-2-Konstellation im Einsatz, die optische Daten inklusive Infrarotanteil beinhalten. Obwohl bei anderen forstwirtschaftlichen Forschungen auch Sentinel-Daten der Konstellationen 1 und 3 genutzt werden.
Das Schloss Arnsberg aus dem 11. Jahrhundert war eine der Keimzellen der Stadt Arnsberg. Quelle: Foto: Alaska / stock.adobe.com
Einzelbäume erkennen und schätzen
Mit den Sentinel-Daten allein lassen sich jedoch keine Einzelbäume bestimmen. Hier kommen sehr hoch aufgelöste Luftbilder ins Spiel, die genau dies ermöglichen. Mit ihnen können sogar Baumhöhen berechnet werden (in Arnsberg nutzt man dafür amtliche, digitale Gelände- und Oberflächenmodelle (DGM)), um daraus dann Baumhöhen und in der Folge sogar Volumenbestimmungen des Waldes zu berechnen.
Die Satellitendaten ermöglichen wiederum ein ausgeklügeltes Schätzverfahren, um aus den per Luftbild gewonnenen Detaildaten valide Flächendaten zu gewinnen. RSS arbeitet dabei eng mit der Naturwald Akademie in Lübeck zusammen, der eine Art Think-Tank in Deutschland darstellt und eng in dem Arnsberger Projekt mitgearbeitet hat. So entstehen moderne, modellgestützte Biomassebestimmungen sowie Schätzungen des in der Waldbiomasse gebundenen Kohlenstoffs. „Wir haben eine operationelle Monitoring-Plattform mit sehr innovativen Tools aufgebaut, die beliebig auf andere Kommunen übertragbar ist“, so Franke.
Die Stadt Arnsberg hat so etwa auch Kohlenstoffsenken modelliert, etwa vor dem Hintergrund der LULUCF-Verordnung für Treibhausgasemissionen. Aber es war auch klar, dass der Digitale Zwilling nicht nur ein Thema für die Fachöffentlichkeit ist. Im Sauerland ist „der Wald“ Wirtschaftsraum, Erholungsraum, touristischer Playground und Teil der regionalen Identität auf einmal. Was nach dem Dürre-Schock der späten 2010er Jahre auf besonders fruchtbaren Boden fiel. Der Digitale Zwilling Wald dient demnach dazu, die Menschen für neue Visionen der regionalen Entwicklung zu sensibilisieren und mitzunehmen – eine Art Data-driven-Democracy.
Folglich ist die Visualisierung des Digitalen Waldes ein besonderes Thema, es galt eine intuitive und für jede Interessenslage geeignete Darstellung zu ermöglichen. RSS hat dafür das entsprechende Dashboard entwickelt, das Übersichtlichkeit und Fachlichkeit zugleich unterstützt. „Die Themen UX und UI waren sehr wichtig in dem Projekt“, sagt Franke.
Weltweite Erfahrungen
RSS ist im Bereich Fernerkundung schon seit 25 Jahren aktiv und unterstützt weltweit Projekte und Unternehmen mit Lösungen im Bereich Umweltmonitoring. Mit der Entwicklung VerifAId, bietet RSS auch Plattformen an, mit denen man global Klimaschutzprojekte überwachen sowie automatisch Abholzung von Wäldern im Rahmen der Europäischen Entwaldungsverordnung erkennen kann. In vielen internationalen Projekten werden unter anderem innovative und praxisrelevante Lösungen in den Bereichen des Ausbaus erneuerbarer Energien, Renaturierung von Mooren und im Bereich Gesundheit entwickelt. Arnsberg ist eines der ersten Projekte auf kommunaler Ebene. Die kostenlose Verfügbarkeit der Copernicus-Daten war dafür ein Türöffner. Es galt aber, mehrere Schwellen zu überwinden, vor allem in der an traditionelle Methoden gewöhnten Forstwirtschaft. „Die Kosten, die Verfügbarkeit der Daten oder Know-how Barrieren, waren früher eine Ursache für ein zögerliches Interesse an der Fernerkundung“, sagt Franke.
Dashboard des Arnsberger Waldmonitorings. Viel Wert wurde dabei auf UX und UI gelegt, schließlich gibt es viele Nutzer mit sehr unterschiedlichen Erfahrungshintergründen. Bild: Remote Sensing Solutions GmbH (RSS)
Von 2D zu 3D
Im Dashboard des Digitalen Waldzwillings sind derzeit nur 2D-Daten sichtbar, die Arnsberger:innen arbeiten aber schon am nächsten Schritt. Nämlich an der Verbindung mit dem städtischen Zwilling und damit auch an 3D. Aktuell generieren die Projektmitarbeiter:innen ein 3D-Mesh des Waldes, um ihn integrieren zu können. In Kombination entsteht nochmals neuer Nutzen. „Wir denken schon sehr weit, beispielsweise ist der Waldboden auch für Starkregensimulationen der Stadt wichtig, weil die Speicherfähigkeit des Bodens auch ein entscheidender Eingangsparameter für Simulationen ist und so Wirkung auf Geo- und Klimarisiken für Siedlung, Gebäude und Gewerbe hat“, so Sebastian Witte, Referatsleiter für nachhaltige Entwicklung in Arnsberg, der auch das Projekt Digitaler Zwilling mit verantwortet hat.
www.arnsberg.digital
www.remote-sensing-solutions.com