III Ergebnisse - RESA Web - DLR
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Fernerkundungsbasierte Schätzung der<br />
Holzbiomasse in den Wäldern der<br />
Brandenburger POMERANIA-Region mittels<br />
RapidEye-Daten<br />
EU-Interreg IV A-Projekt „ForseenPomerania“<br />
5.<strong>RESA</strong> Workshop „Von den Grundlagen bis zum Service“<br />
21. / 22.03.2013<br />
Stefan Kärgel, Simon Klinner, Albert Janzen<br />
1
Inhalte<br />
I<br />
Einleitung<br />
- EU-Interreg-Projekt<br />
- Zielstellungen des <strong>RESA</strong>-Projektes<br />
II<br />
Daten & Methoden<br />
- Fernerkundungs- & terrestrische Daten<br />
<strong>III</strong> <strong>Ergebnisse</strong><br />
A) Baumartenklassifikation<br />
B) Holzvorratsschätzung<br />
IV<br />
Fazit & Ausblick<br />
2
Inhalte<br />
I<br />
Einleitung<br />
- EU-Interreg-Projekt<br />
- Zielstellungen des <strong>RESA</strong>-Projektes<br />
II<br />
Daten & Methoden<br />
- Fernerkundungs- & terrestrische Daten<br />
<strong>III</strong> <strong>Ergebnisse</strong><br />
A) Baumartenklassifikation<br />
B) Holzvorratsschätzung<br />
IV<br />
Fazit & Ausblick<br />
3
EU-Projekt „ForseenPOMERANIA”<br />
Fernerkundungs- und modellbasierte Schätzung<br />
der Holzbiomasse in den Wäldern der POMERANIA<br />
Ableitung der Holzbiomasse und weiterer<br />
forstlicher Parameter mittels<br />
Fernerkundungsverfahren<br />
Vergleich der Verfahren auf Kosten,<br />
Genauigkeit und Aufwand<br />
Fernerkundungsverfahren:<br />
Satellitenfernerkundung<br />
Luftbildauswertung<br />
terrestrisches Laserscanning<br />
flugzeuggetragenes Laserscanning<br />
Empfehlungen für Entscheidungsträger<br />
Veröffentlichung der Ergebniskarten in<br />
einem Geodatenportal<br />
Projektlaufzeit:<br />
April 2011 bis März 2014<br />
4
Untersuchungsgebiet: POMERANIA<br />
5
Brandenburgisches POMERANIA-Gebiet<br />
(u.a. Auswertung der <strong>RESA</strong>-Daten)<br />
Pomerania & Landkreise<br />
Pomerania ≈ 38000 km²<br />
Waldanteil ≈ 31 %<br />
Barnim & Uckermark ≈ 4500 km²<br />
Waldanteil ≈ 29 %<br />
<strong>RESA</strong>-Projektantrag Bereitstellung der <strong>RESA</strong>-Daten Januar 2012<br />
6
Zielstellung im Rahmen des <strong>RESA</strong>-Antrags<br />
A) flächendeckende Baumartenklassifikation<br />
B) flächendeckende Holzvorratskarte (kategorial)<br />
C) Bestimmung des Holzvorrats auf Bestands-Ebene (625 km²)<br />
<br />
Kopplung von RapidEye-Daten und terrestrischen Informationen<br />
(terrestrische Daten= Landes-Inventurstudie Brandenburg 2008)<br />
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Inhalte<br />
I<br />
Einleitung<br />
- EU-Interreg-Projekt<br />
- Zielstellungen des <strong>RESA</strong>-Projektes<br />
II<br />
Daten & Methoden<br />
- Fernerkundungs- & terrestrische Daten<br />
<strong>III</strong> <strong>Ergebnisse</strong><br />
A) Baumartenklassifikation<br />
B) Holzvorratsschätzung<br />
IV<br />
Fazit & Ausblick<br />
8
Fernerkundungs-Daten: RapidEye (<strong>RESA</strong>-Archiv)<br />
Datum: 02.05.2009<br />
Vorprozessierungsstufe: Level 3A<br />
komplett wolkenfrei<br />
1 & 18 Kachel(n) (mosaikiert)<br />
9
Terrestrische Daten: A) Inventurdaten 2008<br />
B) Datenspeicherwald 2<br />
A) Landeswaldinventur 2008 = Ausgangsinformation der Klassifikation<br />
Inventurstudie des Landes Brandenburg<br />
Gitternetz: 4 km * 4 km / Trakt = 4 Traktecken<br />
Probekreisdefinition über Winkelzählprobe<br />
liefert Information über Baumart und Holzvorrat<br />
B) Datenspeicherwald 2 = unabhängiger Referenzdatensatz zur Validierung<br />
Datenbank zur Verwaltung der<br />
Forsteinrichtungsdaten<br />
liefert Informationen zu den Bestandeskenngrößen<br />
einzelner Forstflächen<br />
keine aktuellen <strong>Ergebnisse</strong> für die<br />
Eigentumsart Privatwald<br />
C) Forstgrunddaten<br />
relevante<br />
Kenngrößen:<br />
- Baumart<br />
- Holzvorrat<br />
- Schichtart<br />
- Flächenanteil<br />
der Schicht<br />
10
Methoden - Workflow<br />
Kopplung Inventurdaten mit FE-Daten<br />
(Ground Truthing)<br />
Maximum Likelihood Klassifikation<br />
Postprozessing (Majority-, Boundaryfilter)<br />
Validierung der Klassifikationsergebnisse<br />
mittels DSW 2<br />
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Inhalte<br />
I<br />
Einleitung<br />
- EU-Interreg-Projekt<br />
- Zielstellungen des <strong>RESA</strong>-Projektes<br />
II<br />
Daten & Methoden<br />
- Fernerkundungs- & terrestrische Daten<br />
<strong>III</strong> <strong>Ergebnisse</strong><br />
A) Baumartenklassifikation<br />
B) Holzvorratsschätzung<br />
IV<br />
Fazit & Ausblick<br />
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A) Baumartenklassifikation – RapidEye<br />
(Ausschnitt)<br />
5 Baumartenklassen<br />
(auf Bestandsebene)<br />
Mosaik aus 18 RapidEye-Kacheln<br />
(Uckermark + Barnim)<br />
Auflösung 5 m<br />
Gesamtgütemaß: 81,3 %<br />
Abb.: Ausschnitt der Baumartenkarte für die Waldbereiche<br />
für die Region Werbellinsee<br />
13
Gütemaßklassifikation der Baumartenkarte<br />
Validierung der Klassifikationskarte mittels Forsteinrichtungsdaten (DSW 2)<br />
Abb.: Referenzpunkte<br />
Barnim & Uckermark<br />
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Inhalte<br />
I<br />
Einleitung<br />
- EU-Interreg-Projekt<br />
- Zielstellungen des <strong>RESA</strong>-Projektes<br />
II<br />
Daten & Methoden<br />
- Fernerkundungs- & terrestrische Daten<br />
<strong>III</strong> <strong>Ergebnisse</strong><br />
A) Baumartenklassifizierung<br />
B) Holzvorratsschätzung<br />
IV<br />
Fazit & Ausblick<br />
15
B) Holzvorratskarte (kategorial) für die drei<br />
Hauptbaumarten (Kiefer, Buche und Eiche)<br />
Holzvorrat in Vfm/ha<br />
Gesamtgütemaß:<br />
75,4 % (1 Kachel)<br />
54,3 % (18 Kacheln)<br />
Abb.: Ausschnitt für eine RapidEye-Kachel<br />
16
B) Holzvorratskarte (Ausschnitt ) für ein Waldgebiet<br />
in der Uckermark westlich der Oder<br />
Abb.: links: pixelgenaue Holzvorratskarte (5 m Auflösung)<br />
rechts: hochaufgelöstes Luftbild (20 cm Auflösung) zum Vergleich<br />
17
C) Bestimmung des Holzvorrats auf Bestands-Ebene<br />
Aggregierung der Pixelwerte für jeden Bestand (GIS-Tool: Zonal Statistics)<br />
FGK-Grenzen<br />
Abb.: Rapid-Eye-Ausschnitt vom südlichen Werbelinsee<br />
18
C) mittlerer Holzvorrat in Vfm/ha für jeden Bestand<br />
Kenngröße:<br />
in Vfm pro Hektar<br />
19
C) absoluter Holzvorrat in Vfm für jeden Bestand<br />
Kenngröße:<br />
in Vfm pro Fläche<br />
(= Flächengröße in ha * Vfm/ha)<br />
20
Detailscharfe Holzvorratskarte (flächengenau)<br />
Ergebnis:<br />
mittlere Holzvorrat auf Bestandsebene<br />
in Vfm/ha<br />
Validierung:<br />
Vergleich der Holzvorratswerte mit dem<br />
DSW 2<br />
mittlere Abweichung: ca. 20 %<br />
Klasseneinteilung<br />
in Vfm / ha<br />
Abb.: grafische Darstellung der Holzvorräte<br />
für jeden Bestand für eine Fläche von 625 km²<br />
21
Zusammenfassung<br />
<br />
Baumartenklassifikation<br />
<br />
5 Baumartengruppen<br />
Gesamtgütemaß: 81,3 %<br />
<br />
Holzvorratsschätzung<br />
Gesamtgütemaß: 75,4 % und 54,3 %<br />
Ableitung des Holzvorrat auf Bestandesebene: mittlerer Fehler 20 %<br />
<br />
<br />
Ableitung von Bestandesinformationen mittels RapidEye-Daten und<br />
terrestrischer Daten flächendeckend und kostengünstig möglich<br />
Notwendigkeit von terrestrischen Daten<br />
(Ausgangsinformation & Validierung / Vorteilhaft: dichteres Gitternetz)<br />
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Ausblick: <strong>RESA</strong>-Projekt 2013<br />
<br />
multitemporale Veränderungsanalysen<br />
(Schadklassifikation, Detektion von Sturmschäden)<br />
<br />
Regressionansatz und Nutzung weiterer Klassifikationstechniken<br />
(support-vector-machine & random-forest)<br />
<br />
multisensorale Verfahren: Kopplung mit Laserverfahren und<br />
WorldView 2 Daten<br />
<br />
Darstellung der Ergebniskarten im Geodatenportal<br />
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!<br />
Wir danken der Firma RapidEye und dem <strong>DLR</strong> für die Bereitstellung der Daten aus<br />
dem RapidEye Science Archiv.<br />
<strong>Web</strong>seite des EU-Projekt: http://www.up.poznan.pl/pomerania<br />
Veranstaltungshinweis:<br />
Tagung: “Biomasseschätzung durch Fernerkundung im POMERANIA-Gebiet”<br />
am 23.04.2013 in Eberswalde<br />
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