Waldinventur per Laserscan

Kann man die traditionelle Waldinventur durch Laserstrahlmessungen ersetzen oder gar in Effizienz und Aussagekraft verbessern? Diese und viele andere spannenden Fragen rund um den Einsatz neuester Fernerkundungstechnologien zur Kartierung und Analyse von Landökosystemen waren Thema eines internationalen Forschungsworkshops, der Ende September 2014 im Waldgeschichtlichen Museum St. Oswald stattfand.

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Insgesamt 60 WissenschaftlerInnen aus fünf Kontinenten reisten zu der Fachtagung, die von der Hochschule München und der Nationalparkverwaltung Bayerischer Wald veranstaltet wurde. Finanzielle Unterstützung erhielt sie durch das Zentrum für chinesisch-deutsche Wissenschaftsförderung.

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Die über 30 Fachvorträge der Tagung gaben einen Überblick zum aktuellen Stand der Technik, insbesondere der Laserscanning-Methoden sowie zu computergestützter automatischer Datenauswertung und Modellierung von Landökosystemen. In Diskussionen wurden außerdem künftige Forschungsthemen identifiziert und die Bearbeitung in gemeinsamen Projekten geplant.

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Geleitet wurde der Workshop von Prof. Dr. Peter Krzystek, Leiter des Labors für Photogrammetrie und Fernerkundung an der Fakultät für Geoinformation der Hochschule München, und von Dr. Marco Heurich, stellvertretender Leiter des Sachgebiets „Naturschutz und Forschung“ des Nationalparks Bayerischer Wald. Beide Forscher können auf eine langjährige erfolgreiche Zusammenarbeit im Bereich der Fernerkundung zurückblicken, wobei das Forscherteam um Krzystek immer wieder von praktischen Fragestellungen aus dem Nationalpark inspiriert wurde und innovative Lösungen entwickeln konnte.

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Neue Methoden für die Waldinventur

Herkömmliche Waldinventuren sind zeitaufwändig, personal- und kostenintensiv und liefern nur stichprobenartige Informationen. An sogenannten Inventurpunkten, die systematisch über das jeweilige Untersuchungsgebiet verteilt sind – im Nationalpark Bayerischer Wald sind es insgesamt rund 5.800 –, werden auf Probenflächen von 500 Quadratmetern alle Bäume nach Art, Höhe und Durchmesser erfasst. Zusätzlich müssen die Waldbestände kartographisch erfasst und beschrieben werden. Im Nationalpark werden diese Arbeiten bislang alle zehn Jahre durchgeführt und verursachen Kosten von über einer Million Euro.

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Inventuren mittels moderner Fernerkundungsmethoden bieten dagegen die Möglichkeit, für große zusammenhängende Gebiete mehrmals jährlich Daten zum Waldaufbau und der Waldentwicklung zu erheben. Zum Einsatz kommen hier vor allem Hyperspectral-, Laser- und Radarsysteme, die per Satellit, Flugzeug, Drohne oder mit bodengestützen Kameras das Untersuchungsgebiet erkunden und unterschiedliche Informationen sammeln.

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Hohe Messgenauigkeit, mehr Möglichkeiten

Besonders leistungsstark ist die sogenannte LiDAR-Technologie (Abkürzung für engl. Light Detection and Ranging), die eines der Haupthemen der Tagung war. Dabei tastet ein Laser das Gelände mit kurzen Impulsen ab und wertet die Zeitdauer zwischen Impulsaussendung und Empfang des reflektierten Laserstrahls unter Einbeziehung der exakten Flugzeugposition aus. Daraus wird ein dreidimensionales Höhenprofil eines Landökosystems mit all seinen Strukturbestandteilen erstellt. LiDAr-Sensoren sind in der Lage, bis zu 300.000 Messungen pro Sekunde durchzuführen, sodass pro Quadratmeter bis zu 50 Messpunkte erfasst werden können. Die Messgenauigkeit ist dabei erstaunlich groß: Sie liegt zwischen 15 und 30 Zentimetern bei der Bestimmung von Position und Höhe eines erfassten Messpunktes.

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Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Inventur erfolgt die Datenerfassung per Laserfernerkundung durch spezialisierte Firmen innerhalb weniger Tage und verursacht nur rund ein Fünftel der Kosten. Das Ergebnis ist eine umfangreiche Datenbasis, die aus lagegenau erfassten Oberschichtbäumen und deren Baumparametern besteht. Diese Daten sind nicht nur von großer Bedeutung für das aktuelle Management des Untersuchungsgebietes, sondern erlauben auch über Jahre hinweg detaillierte Auswertungen zu unterschiedlichen Fragestellungen. So lassen sich beispielsweise Erkenntnisse über die Entwicklung von Waldverjüngung, über die Diversität der Habitatstruktur und über verschiedenste Lebensraum-Modellierungen gewinnen, die so bislang nicht möglich waren.

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Laserscanning als Zukunft der Waldinventur

ExpertInnen erwarten, dass die Zukunft der Waldinventur im Einsatz von Laserscanning-Methoden liegt und sie sich dadurch zu einem weit umfassenderen Werkzeug der Nachhaltssicherung als bisher im Naturschutz und im Management natürlicher Ressourcen entwickelt. Auch der Nationalpark Bayerischer Wald hat im Jahr 2012 einen für Mitteleuropa einzigartigen Großversuch gestartet und speziell an seine Verhältnisse angepasste Laserscanning-Algorithmen auf die gesamte Parkfläche angewandt. Eine erste Auswertung der Daten wird gegen Jahresende vorliegen.

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Nationalpark Bayerischer Wald / kpf