Im Jahre 1970 wurde der Nationalpark Bayerischer Wald gegründet und ist damit der älteste Nationalpark Deutschlands. Ein wichtiges Grundprinzip des Nationalparks ist es, die Natur in allen Situationen selbst walten zu lassen und nicht in die natürlichen Prozesse einzugreifen. Dies beinhaltet sowohl die Bewahrung des Waldes in seiner ursprünglichen Form als auch das Nichteingreifen bei Naturkatastrophen wie Windwurf oder ähnlichen Wetterextremen.
Mitte der 90er Jahre des vergangenen Jahrhunderts kam es zu einer extremen Massenvermehrung des Borkenkäfers (Ips typographus) in den Hochlagen des Bayerischen Waldes. Insbesondere waren das Gebiet rund um die Berge Rachel und Lusen betroffen.
Da die Vegetation in der Hochlagenregion fast ausschließlich aus Fichtenmonokulturen bestand und der Borkenkäfer diese bevorzugt befällt, verblieb fast kein einziger Baum des ehemaligen Bestands. Als zusätzlich negativer Faktor kam hinzu, dass der Wald schon vorher unter anderem durch sauren Regen geschwächt war. Um jedoch der Grundidee des Nationalparks treu zu bleiben, wurde im Kerngebiet nicht in den Prozess eingegriffen.
Dies löste bei der Bevölkerung teilweise Kritik an der Konzeption des Nationalparks aus. Bis heute spaltet sich die Bevölkerung der beiden an den Park angrenzenden Landkreise Freyung-Grafenau und Regen in Nationalbefürworter und Nationalparkgegner, was zu teilweise hitzigen Debatten führt. Während die Gegner die Zerstörung eines weitgehend intakten Ökosystems anprangern, stellen die Befürworter die entstandene Situation als Chance für den Wald dar, sich zu regenerieren und von alleine neu zu entwickeln.
Um eine objektive Einschätzung abgeben zu können, war es das Ziel dieser Arbeit, Luftaufnahmen eines Gebiets am Lusen mit einem Oktokopter aus der Luft aufzunehmen, Auswerteverfahren dafür zu entwickeln und anzuwenden, sowie ein virtuelles Modell des derzeitigen Bestands (2012) zu erstellen. Daraus wurde mithilfe eines Wachstumssimulationsprogramms eine möglichst realistische Prognose der zukünftigen Entwicklung des Waldgebiets berechnet und anschaulich grafisch dargestellt.
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung und Zielstellung
- Methodik
- Luftbildauswertung
- Bilderfassung
- Befliegung mit Flugzeug (Cessna)
- Befliegung mit Oktokopter
- Photogrammetrische Analyse
- Begriffsdefinition
- Das Photogrammetrieprogramm PhotoMod
- Orthogonalisierung (Orthorektifizierung) der Luftbilder
- Höhenmessungen aus den Oktokopteraufnahmen
- Multispektralanalyse
- Begriffsdefinition
- Verwendete Indizes
- Die Bildverarbeitungsplattform XDIBIAS
- Matching der Multispektralaufnahmen
- Klassifikation
- Prinzipielle Vorgehensweise
- Parallelpiped Klassifikation
- Minimum-Distance Klassifikation
- Mahalanobis-Distanz / Maximum-Likelihood Klassifikation
- Entscheidungsbaum-Analyse (Decision Tree)
- Durchführung der Klassifikation mit dem Programm ENVI
- Segmentierung und Verbesserung der Klassifikation
- Segmentierung durch Bildfilteroperationen
- Segmentierung von Bäumen durch das Wasserscheidenverfahren
- Texturanalyse
- Erkennung von Formmerkmalen
- Bilderfassung
- Manuelle Waldinventur
- Waldwachstumsprognose
- Ansprüche an ein Waldwachstumssimulationsprogramm
- Funktionsprinzip des Wuchsmodells in SILVA
- Dateneingabe in SILVA
- Einfluss verschiedener biotischer und abiotischer Faktoren auf die Simulation des Waldwachstums
- Ergebnisse
- Auswertung der Vegetationsindizes
- Ergebnisse der multispektralen Klassifikation
- Verfahrensoptimierung durch Festlegung von Grenzwerten
- Vergleich der unterschiedlichen Klassifikationsverfahren
- Erkennung von Nicht-Vegetation
- Zeitlicher Verlauf der Vegetationsentwicklung
- Spektrale Signaturen der Trainingsflächen
- Zusammenfassung der Entscheidungsbaum-Analyse
- Ergebnisse der Oktokopterbefliegung
- Ergebnisse weiterer Segmentierungsversuche
- Filteroperationen auf Luftbilder
- Segmentierung durch das Wasserscheidenverfahren
- Ergebnisse der manuellen Waldinventur
- Ergebnisse der Wachstumssimulation in SILVA
- Prognose des Baumbestandes am Lusen-Hochwaldsteig
- Simulation abiotischer Faktoren auf die Waldentwicklung
- Diskussion
- Qualität der Multispektraldaten
- Probleme bei der Oktokopterbefliegung
- Messung von Baumhöhen aus der Luft
- Messung des Kronendurchmessers aus der Luft
- Limitationen von Waldmodellen
- Ausblick: die visuelle Darstellung der Daten
- Zusammenfassung
- Literaturverzeichnis
- Tabellenverzeichnis
- Abbildungsverzeichnis
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Arbeit befasst sich mit der Vegetationsentwicklung in den Hochlagen des Nationalparks Bayerischer Wald, insbesondere im Bereich des Lusen. Ziel ist es, mithilfe von Luftbildauswertungen und einem Waldwachstumssimulationsprogramm eine realistische Prognose der zukünftigen Entwicklung des Waldgebiets zu erstellen. Die Arbeit untersucht die Einsatzmöglichkeiten von Oktokoptern für die Datenakquisition und analysiert die Ergebnisse verschiedener Verfahren zur Luftbildauswertung und Klassifikation. Darüber hinaus werden die Ergebnisse einer manuellen Waldinventur in die Analyse einbezogen.
- Einsatz von Luftbildauswertungen zur Erfassung der Vegetationsentwicklung
- Anwendung verschiedener Klassifikationsverfahren für multispektrale Daten
- Segmentierung von Baumkronen mithilfe verschiedener Verfahren
- Simulation des Waldwachstums mit dem Programm SILVA
- Bewertung des Einflusses abiotischer Faktoren auf die Waldentwicklung
Zusammenfassung der Kapitel
Das erste Kapitel der Arbeit führt in die Thematik der Vegetationsentwicklung im Nationalpark Bayerischer Wald ein, insbesondere in die Folgen des Borkenkäferbefalls. Es werden die Ziele der Arbeit und die Fragestellungen definiert. Das zweite Kapitel beschreibt die Methodik der Arbeit, die sowohl auf die Luftbildauswertung als auch auf eine manuelle Waldinventur sowie auf die Simulation des Waldwachstums mit SILVA basiert. Es werden die verschiedenen Verfahren im Detail erläutert. Das dritte Kapitel präsentiert die Ergebnisse der Untersuchungen. Die multispektrale Klassifikation wird anhand verschiedener Verfahren analysiert, ebenso die Ergebnisse der Oktokopterbefliegung und der manuellen Waldinventur. Die Simulation des Waldwachstums mit SILVA zeigt eine mögliche zukünftige Entwicklung des Bestands. Das vierte Kapitel diskutiert die Ergebnisse und geht auf die Limitationen der verwendeten Methoden ein. Es werden Verbesserungsansätze für die zukünftige Anwendung der Verfahren diskutiert.
Schlüsselwörter
Die Arbeit konzentriert sich auf die Themen Luftbildauswertung, Multispektralanalyse, Klassifikation, Segmentierung, Waldwachstumsimulation, Nationalpark Bayerischer Wald, Vegetationsentwicklung, Borkenkäfer, Oktokopter, SILVA.
- Luftbildauswertung
- Arbeit zitieren
- Maximilian Zwiebel (Autor:in), 2012, Vegetationsentwicklung in den Hochlagen des Nationalparks Bayerischer Wald. Vom Luftbild über die Simulation zur virtuellen Darstellung, München, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/302909
