Use-Cases Waldmonitoring: Unterschied zwischen den Versionen

Aus Waldmonitoring Wiki
Zeile 1: Zeile 1:
Einführungstext & Hintergrund blablabla
 
 
 
Auf dieser Seite werden die Ergebnisse des Forschungsprojektes «Einsatz von Fernerkundungsdaten in Forstbetrieben und Forstdiensten anhand von konkreten Use-Cases» vorgestellt, welches von der Fachhochschule für Agrar-, Forst- und Lebensmittelwissenschaften BFH-HAFL im Auftrag und mit Unterstützung des Bundesamtes für Umwelt (BAFU) und KARTEN-WERK GmbH durchgeführt wurde.
 
Auf dieser Seite werden die Ergebnisse des Forschungsprojektes «Einsatz von Fernerkundungsdaten in Forstbetrieben und Forstdiensten anhand von konkreten Use-Cases» vorgestellt, welches von der Fachhochschule für Agrar-, Forst- und Lebensmittelwissenschaften BFH-HAFL im Auftrag und mit Unterstützung des Bundesamtes für Umwelt (BAFU) und KARTEN-WERK GmbH durchgeführt wurde.
 
Das Hauptziel des Projektes war die Implementierung von Kartenviewern sowie Geodiensten (Erklärung dazu siehe z.B. hier) für konkrete Use-Cases mit existierenden, möglichst frei verfügbaren Fernerkundungsdaten. Es wurden 3 Use-Cases zusammen mit VertreterInnen aus der Praxis ausgearbeitet (Abgleich von Angebot und Nachfrage), und die Informationen, Daten und Resultate bedarfsgerecht bereitgestellt.
 
Das Hauptziel des Projektes war die Implementierung von Kartenviewern sowie Geodiensten (Erklärung dazu siehe z.B. hier) für konkrete Use-Cases mit existierenden, möglichst frei verfügbaren Fernerkundungsdaten. Es wurden 3 Use-Cases zusammen mit VertreterInnen aus der Praxis ausgearbeitet (Abgleich von Angebot und Nachfrage), und die Informationen, Daten und Resultate bedarfsgerecht bereitgestellt.

Version vom 17. Dezember 2020, 10:41 Uhr

Auf dieser Seite werden die Ergebnisse des Forschungsprojektes «Einsatz von Fernerkundungsdaten in Forstbetrieben und Forstdiensten anhand von konkreten Use-Cases» vorgestellt, welches von der Fachhochschule für Agrar-, Forst- und Lebensmittelwissenschaften BFH-HAFL im Auftrag und mit Unterstützung des Bundesamtes für Umwelt (BAFU) und KARTEN-WERK GmbH durchgeführt wurde. Das Hauptziel des Projektes war die Implementierung von Kartenviewern sowie Geodiensten (Erklärung dazu siehe z.B. hier) für konkrete Use-Cases mit existierenden, möglichst frei verfügbaren Fernerkundungsdaten. Es wurden 3 Use-Cases zusammen mit VertreterInnen aus der Praxis ausgearbeitet (Abgleich von Angebot und Nachfrage), und die Informationen, Daten und Resultate bedarfsgerecht bereitgestellt. Folgende Anwendungsfälle wurden bearbeitet:

  • Use-Case 1 - Monitoring jährlicher Waldveränderungen (forstliche Eingriffe und andere)
  • Use-Case 2 - Rasche Erfassung von Sommersturmschäden
  • Use-Case 3 - Hinweiskarten zur Vitalität von Waldflächen

Auf dieser Seite finden Sie Hinweise zur korrekten Verwendung der Kartenviewer und Geodienste sowie Videoanleitungen und Hintergrundinformationen. Zu Beginn wird auf den Hintergrund des Projektes sowie die verwendeten Daten eingegangen. Daraufhin werden die drei Use-Cases nacheinander vorgestellt, wobei jeweils Hinweise zur Benutzung sowie Hintergrundinformationen zur Methode bereitgestellt werden, veranschaulicht durch Grafiken und Video-Tutorials. Nach einer kurzen Erläuterung zu den Kartenviewern und Geodiensten wird schliesslich noch ein Ausblick auf den Fortgang des Projektes gegeben. Wichtig: Die bereitgestellten Daten und Services sind bis dato ausschliesslich für Testzwecke gedacht.

Hintergrund

Das Angebot an Fernerkundungsdaten sowie leistungsstarken Analysetools nimmt ständig zu. Wälder lassen sich folglich immer häufiger und detailreicher erfassen. Damit dieses Potenzial in der Praxis jedoch stärker genutzt wird und einen faktischen Mehrwert erzielt, braucht es praxistaugliche Tools und die Bereitstellung von bedarfsgerechten Informationen. Dies erfordert einen intensiven Austausch zwischen Forschung und Praxis. Um den Bedarf der Praxis von Anfang an zu bedienen, wurde im Rahmen dieses Forschungsprojektes eine Expertengruppe mit je drei VertreterInnen von Forstbetrieben und Forstdiensten gebildet. Die drei Use-Cases wurden in enger Zusammenarbeit mit den Praxispersonen ausgebarbeitet. Dieses Projekt baut auf den Resultaten der Projekte «Waldmonitoring mit Sentinel-2 Satellitenbildern» und «Praxistauglicher Einsatz von Fernerkundung im Waldbereich» auf.

Daten

m Fokus dieses Projektes lag die Nutzung von schweizweit frei verfügbaren Daten. Dafür eignen sich insbesondere die Sentinel-2-Satellitenbilder, deren Mehrwert für die Waldwirtschaft bereits aufgezeigt werden konnte (SZF Artikel, FOWALA Kurs). Zusätzlich wurde die nationale Waldmaske (swissTLM3D) verwendet und es können verschiedene Hintergrundkarten (z.B. Luftbilder) dargestellt werden. Sentinel-2 Seit Ende 2015 sind Sentinel-2-Satellitenbilder frei erhältlich und grossflächig verfügbar. Die häufige Wiederholung der Aufnahmen (alle 2-5 Tage) in für Vegetationsanalysen wichtigen Spektralbändern bietet dabei ein grosses Potenzial für die Nutzung im Waldbereich. In einem bereits abgeschlossenen Projekt ( Weber & Rosset, 2019) konnte aufgezeigt werden, dass sich starke Waldveränderungen wie Holzschläge oder Sommersturmschäden zeitnah erfassen lassen. Auch für die Klassifizierung von Hauptbaumarten und die Beurteilung der Vitalität wurde ein grosses Potenzial festgestellt. Vegetationsindizes Vegetationsindizes werden aus der Kombination mehrerer Spektralbänder berechnet und eignen sich zur Beurteilung des Vegetationszustandes. Zum Beispiel kann mit solchen Indizes das Verhältnis der Reflexionen im roten und nahen infraroten Spektralbereich abgebildet werden, welches sich in Abhängigkeit vom Chlorophyllgehalt der Pflanzen und der Zellstruktur der Blätter ändert (siehe Abb. 1). Basierend auf Reflexionsverhältnissen im roten (ca. 630–690 nm), nahen infraroten (ca. 780– 900 nm) und kurzwellig infraroten (ca. 1400-3000 nm) Spektralbereich dienen sie als Indikatoren für die Dichte, Produktivität und Vitalität der Vegetation und eignen sich somit für das Monitoring von Waldveränderungen.

NDVI

Der NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) ist der am häufigsten verwendete Vegetationsindex. Er berechnet sich aus den Reflexionswerten im nahen Infrarotbereich (NIR) und im roten sichtbaren Bereich (Rot) des Lichtspektrums:

   NDVI=(NIR-Rot)/(NIR+Rot)

Durch die Normierung ergibt sich ein Wertebereich zwischen −1 und +1. Negative Werte bezeichnen Wasserflächen. Ein Wert zwischen 0 und 0.2 entspricht nahezu vegetationsfreien Flächen, während ein Wert nahe 1 auf eine hohe Vegetationsbedeckung mit vitalen grünen Pflanzen schließen lässt.


NBR

Der NBR (Normalized Burn Ratio), auch NDII genannt (Normalized Difference Infrared Index), wird häufig für die Erkennung von Waldbrandflächen aber auch für die Detektion anderer Waldveränderungen wie Sturmschadflächen verwendet. Er berechnet sich aus den Reflexionswerten im nahen (NIR) und kurzwelligen (SWIR) Infrarotbereich:

   NBR=(NIR-SWIR)/(NIR+SWIR)


Waldmaske Die Waldmaske wurde aus dem topografischen Landschaftsmodell der Schweiz (swissTLM3D) abgeleitet (https://shop.swisstopo.admin.ch/de/products/landscape/tlm3D).

Hintergrundkarten Als Hintergrundkarten werden die Luftbilder und Landeskarten von swisstopo, sowie das Vegetationshöhenmodell des LFI als swisstopo Geodienste eingebunden.


Use Case 1 - Jährliche Waldveränderungen

-> Hauptseite Use Case 1 - Jährliche Waldveränderungen

Use Case 2 - Test Sommersturmschäden 2017

-> Hauptseite Use Case 2 - Test Sommersturmschäden 2017

Use Case 3 - Hinweiskarten zur Vitalität

-> Hauptseite Use Case 3 - Hinweiskarten zur Vitalität


Kartenviewer und Geodienste

Für jeden Use-Case wird ein eigener Kartenviewer angeboten. Alle Kartenviewer sind über die Startseite https://forestmonitoring.lab.karten-werk.ch/ erreichbar und weisen, je nach Use-Case, unterschiedliche Funktionalitäten auf. Sie wurden auch für die Verwendung ausserhalb des Büros konzipiert und können daher auf mobilen Geräten benutzt werden. Es ist vorgesehen, die Kartenviewer durch weitere Funktionalitäten, wie zum Beispiel die Positionierung über GPS, in einem Nachfolgeprojekt zu ergänzen. Die dargestellten Karten können auch als Geodienste (WMS, WMTS, WFS) in eine GIS-Umgebung eingebunden werden. Durch Klick auf die Kachel „Geodienste“ erfahren Sie mehr darüber. Einfache Video-Tutorials zeigen anhand von Beispielen, wie Sie die Services in QGIS einbinden können.

Die gesamte Webapplikation ist Open Source und unter: https://github.com/HAFL-FWI/Digital-Forest-Monitoring/tree/master/webapp verfügbar. Bei Fragen oder Verbesserungswünschen wenden Sie sich bitte an untenstehenden Kontakt.

Hanskaspar Frei von KARTEN-WERK GmbH, hkfrei@karten-werk.ch


Ausblick

Im Rahmen eines Nachfolgeprojektes soll der Nutzen von Fernerkundung für die forstliche Praxis weiter erhöht werden. Dazu wird die aktuelle Lösung (Kartenviewer, Geodienste) in Umfang (weiterentwickelte bzw. neue Use-Cases und Tools) und Qualität (bedarfsgerechte Darstellung etc.) ausgebaut. Zudem soll die effektive Verwendung in der Praxis durch intensiven Austausch und den Aufbau einer Community signifikant gesteigert werden.

In diesem Rahmen sollen unter anderem konkrete Einsatzbeispiele zur effektiven Verwendung der Daten und Tools in der Praxis gesammelt, dokumentiert und bereitgestellt werden. Wer dazu beitragen möchte, weitere Anregungen oder generell Interesse hat, aktiver Teil der User Community zu werden, kann sich sehr gerne jederzeit bei Alexandra Erbach (alexandra.erbach@bfh.ch) melden.


Einsatzbeispiele

-> Hauptseite Einsatzbeispiele