Projekte in den Förderprogrammen des BMEL, betreut durch den Projektträger BLE (PT BLE)
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| Titel: | 3D_CO2-Forest - Großflächenanalyse von Waldstrukturen und des CO2-Vorrats mit Hilfe von Fernerkundungsdaten |
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| Titel (englisch): | Large-scale Analysis of Forest Structures and Carbon Stock by Means of Remote Sensing Data |
| Beschreibung (dt.): | Für die Erforschung von Anpassungsprozessen und Reaktionen von Waldökosystemen auf den Klimawandel bedarf es einer dauerhaften Beobachtung und Erfassung von verschiedenen Waldstrukturparametern (u.a. Baumartenverteilung, Holzvorrat, Totholzverteilung, nachwachsende Verjüngungen, Biodiversität, CO2-Vorrrat) in ausgewählten Beobachtungsflächen mit hoher Genauigkeit. Moderne Fernerkundungssensoren wie Laserscanner und digitale Luftbildkameras bieten völlig neue Möglichkeiten zur großflächigen und detaillierten 3D-Erfassung von Baumbeständen. Airborne Laserscanning ist heute eine etablierte Technik zur schnellen und hochgenauen 3D-Abtastung aus dem Flugzeug. Die neuartige Full-Waveform Technologie liefert neuerdings auch detaillierte Informationen über die reflektierte Signalform. Digitale Luftbildkameras ermöglichen eine detailgenaue Rekonstruktion der Waldoberfläche und liefern spektrale Information im Infrarotbereich für eine baumartenspezifische Charakterisierung. Das beantragte kooperative Forschungsvorhaben verfolgt die förderpolitischen Ziele: (i) Eine neuartige 3D-Baumsegmentierung wird erweitert, um Einzelbäume sowie nachwachsende Baumbestände (= Verjüngungen) und Totholz (liegend, stehend) zu kartieren und zu klassifizieren. Aus der berechneten Biomasse (lebend, tot) wird der CO2-Vorrat geschätzt. (ii) Das neue Verfahren soll auf die Waldgroßfläche übertragen werden. Umfangreiche Validierungsuntersuchungen sollen die Eignung für die flächendeckende und kostengünstige Strukturanalyse von Waldgroßflächen demonstrieren. Arbeitspakete: (i) Vermessung von Kontrollflächen (ii) Systematische Erstellung, Analyse und Bewertung neuer Merkmale für bestehende Anwendungsgebiete (iii) Detektion von Verjüngungen (iv) Detektion von Totholz (Liegend, stehend) (v) Anwendung der Verfahrens auf der Waldgroßfläche (vi) Berechnung von Zielparametern einer Waldbestandsaufnahme (vii) Berechnung des CO2-Vorrats (viii) Aufbereitung/Darstellung der Daten für Anwender. |
| Beschreibung (engl.): | Forests cover the earth's surface and play an important role as ecosystem CO2 storage and renewable energy resources. In order to study adaptation processes and reactions of forest ecosystems to climate change a long-term observation and recording of different forest structure parameters in selected plots with high accuracy is required. Modern remote sensing sensors such as laser scanners and digital aerial cameras offer new opportunities for large-scale and detailed 3D recording of trees. Airborne laser scanning is now an established technique for fast and highly accurate 3D capturing of forests. More recently, the new full waveform technology delivers detailed information on the reflected waveform. Digital aerial cameras allow a detailed reconstruction of the forest surface and provide spectral information in the infrared region for a tree species specific characterization. These new technologies are ideal for automatic and cost-effective detection and characterization of forest stands and their climate-related changes. The overall objectives of the collaborative research project are as follows: - A novel 3D segmentation tree detection method is expanded to map individual trees, regeneration and dead wood (horizontal, vertical) and to classify tree species. From the calculated biomass (live, dead) the CO2 stock is estimated. - Based on the preliminary scientific investigations, the new overall method will be applied to large-scale forest areas. Extensive validation studies should be demonstrate the comprehensive and cost-effective analysis of forest structures. Work plan with working packages (APs) AP1) Measurement of reference areas in the Bavarian Forest National Park (Tree height, tree position, the crown base and tree species) of relevant trees. Deadwood’s stage of decay is also determined. AP2) Systematic analysis and evaluation of new features New feature descriptions are systematically and quantitatively analyzed with respect to their suitability for specific object description (single trees, regeneration, deadwood). Radiometric characteristics and/or other geometric features are shape descriptors (e.g. spin images, 3D Shape Contexts, Point Feature Histograms), BOW models. AP3) Detection of regeneration Laser points of dominant trees and the forest floor are segmented using the 3D segmentation and a digital terrain model and then classified using geometric (spin images, 3D Shape Contexts, Point Feature Histograms) and physical characteristics. AP4) Detection of deadwood (fallen, standing) Fallen deadwood is detected by a point-based and object-based segmentation and a subsequent clustering with Normalized Cut. The state of decay of deadwood is obtained from an analysis of the spatial structure of the deadwood. Standing dead wood could be determined based on a fusion of infrared data and 3D points from spatially co-registered aerial images and LiDAR point clouds. AP5) Application of the method to the large area forest Single trees of a large forest area are segmented. The tree position, tree height, crown base and crown volume are calculated per tree. AP 7) Calculation of CO2 stock CO2 stock is calculated for the entire forest area from reference data and allometric functions. AP 8) Visualisation and presentation of data to user The calculated parameters are mapped in an object-oriented database for the entire forest area. |
| Laufzeit: | Beginn: 01.07.2015 / Ende: 30.09.2017 |
| Ausf. Einrichtung: | Hochschule für angewandte Wissenschaften München - Fakultät 08 Geoinformation, München |
| Themenfelder: | Wald- u. Forstwirtschaft, forestry |
| Förderprogramme: | Waldklimafonds |
| Schlagworte: | Klimaschutz, climate protection |
| Stichpunkte: | Kohlenstoffbilanz |
| Förderkennzeichen: | 28WB408501 |
| Dokument zum Download: | Kein Dokument vorhanden! |
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