Forschungs- und Innovationsprojekt
SANDRO – Drohnenfernerkundung zur Unterstützung der Sanierung und des Monitorings von Schutzwäldern (Projekt E063)
Zoombild vorhanden
LiDAR-Drohne bei der Landung nach einer Schutzwaldbefliegung (© R. Heitz, LWF)
Drohnengestützte Fernerkundung ist ein kostengünstiges, flexibles und hochauflösendes Verfahren. Insbesondere für die Erkundung und für das Monitoring von Schutzwäldern hat sie großes Potenzial, das bislang in Praxis und Wissenschaft noch kaum genutzt wird. Dabei können diese Vorzüge des UAV-Einsatzes gerade im alpinen, teils schwer zugänglichen Gelände besonders zum Tragen kommen. Damit wollen wir letztlich ein wirksames und effizientes Schutzwaldmanagement und die Kollegen vor Ort unterstützen.
Zielsetzung und Ablauf
Im Rahmen von 3 thematischen Arbeitspakten soll die Drohnenfernerkundung für den Schutzwald und die speziellen Herausforderungen des alpinen Geländes entwickelt werden:
Arbeitspakt 1 zielt darauf, zunächst exemplarisch an Einzelflächen Befliegungsroutinen und fernerkundliche Auswertungsmöglichkeiten zu erproben und zu entwickeln.
Im Arbeitspakt 2 erweitern wir die Flächenkulisse und gehen schon einen Schritt in Richtung Verfahrensentwicklung: Wir beschäftigen uns verstärkt mit Fragen der Drohneneinsatzplanung, wobei neben technischen Gesichtspunkten wie zum Beispiel der Akkureichweite besonders auch Sicherheits- und Naturschutzaspekte eine wichtige Rolle spielen. Zusammen mit den Praktikern analysieren und bewerten wir die Möglichkeiten eines zukünftigen Hybridverfahrens aus terrestrischem und drohnengestütztem Monitoring.
Im Arbeitspakt 3 geht es besonders um den „Blick unter´s Kronendach“ mit Hilfe des Lidar/Laser-Moduls. Ist der Schutzwald in seinem Aufbau stabil und resilient? Stehen unter den alten Bäumen bereits junge Bäumchen, die bei Störungen rasch übernehmen können? Wenn ja, dann stehen die Chancen günstig, neuen Sanierungsbedarf zu begrenzen. Insofern schlägt dieses Arbeitspaket auch eine Brücke zwischen Schutzwaldpflege und Schutzwaldsanierung.
Methodik
Für die Befliegung der alpinen Schutzwälder kommt ein leistungsstarker und flexibler Quadrokopter zum Einsatz. Er wird für autonome Erkundungsflüge mit exakt vorgegebenen Flugbahnen und konstanter Höhe über Grund programmiert, welche dann unter Aufsicht eines zertifizierten Piloten durchgeführt werden.
Fernerkundlich setzen wir auf eine innovative Kombination aus Lidar- und Luftbildsensoren. Während Luftbilder sehr realitätsnahe Informationen liefern, hat Lidar den Vorteil, auch Schattenbereiche problemlos zu erfassen und sogar unter das Kronendach und bis auf den Boden blicken zu können. Ein tatsächlich sehr grundlegendes Zwischenprodukt stellen z.B. hochgenaue Geländemodelle dar. Aber die Punktewolke lässt auch liegendes Totholz und Bäume in tieferen Schichten erkennen.
Zur Validierung unserer Daten erheben wir auch Referenzdaten in den Flächen selbst. Für die Vermessung kommt ein zentimetergenaues, satellitenbasiertes Verfahren zum Einsatz, bei dem eine feststehende Basisstation mit einem bewegten GNSS-Empfänger (Rover) zusammenarbeitet.
Erste Ergebnisse in Bildern
Fall Sie eine einfache Stereobrille (rot/blau) zur Hand haben, können Sie hier im Drohnenluftbild aus 70 Metern Höhe ein Stück Schutzwald in 3D sehen: Ein stark verlichteter Fichtenbestand, im rechten oberen Bereich haben die KollegInnen der Schutzwaldsanierung mit viel Einsatz wieder jungen Wald aus Lärchen und Fichten hochbringen können. Auch unsere Auswertung erfolgt teils am Stereobildschirm, teils automatisch im Computer - beides ergänzt sich.
Stereoluftbild
Stark verlichteter Schutzwald in den Bayerischen Alpen mit Sanierungspflanzungen von Lärche und Fichte (Drohnen-Stereoluftbild aus 70 Meter Höhe). (© R. Heitz, LWF)
Stereoluftbild
Auch Details sind von der Drohne aus gut zu erkennen: Liegendes Totholz gibt einen Hinweis auf die Absterbedynamik im Altbestand, ist aber auch ein wichtiger Bestandteil des Ökosystems und kann jungen Bäumen noch Schutz bieten. (© R. Heitz, LWF)
Und hier das Ergebnis einer teilautomatischen Einzelbaumdetektion auf Basis der Lidar-Punktewolke: Mit diesen Daten lässt sich sehen und berechnen, welcher Flächenanteil durch Baumkronen überschirmt ist, wo größere Lücken bestehen und wo junge Bäume nachwachsen - ganz wichtige Informationen z.B. im Zusammenhang mit dem Schutz vor Lawinenabgängen. Das Produkt soll letztlich auch helfen, Handlungsbedarf zu identifizieren.
Teilautomatisierte Einzelbaumdetektion und Kronenabgrenzung auf Basis einer drohnengestützen Luftbild- und LiDAR-Befliegung über alpinem Schutzwald. (© R. Heitz, LWF)
Projektinformationen
Laufzeit: 01.01.2023 - 31.12.2025
Projektleitung: Dr. Richard Heitz
Durchführende Institution: Bayerische Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft
Finanzierung: Bayerisches Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft, Forsten und Tourismus (BayStMELFT)
Förderkennzeichen: E063
Zoombild vorhanden