Forschungsreport
Forschungsvorhaben "Sturmmonitoring"

Förderkennzeichen: Proj. Nr.0207E
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Abteilung Fernerkundung und Landschaftsinformationssysteme

Kurzfassung:

Problemstellung:

Die wichtigste Maßnahme der Forstbehörden nach einer großräumigen Sturmkatastrophe ist eine schnelle Erfassung des Schadausmaßes und die Lokalisation der Schäden, damit die wichtigsten Maßnahmen der Sturmschadensbewältigung umgehend geplant und durchgeführt werden können. Eine Option dafür ist der Einsatz moderner Fernerkundungssysteme, um innerhalb eines kleinen Zeitfensters entsprechende Daten zu erhalten.

Bereits nach den Stürmen Vivian und Wiebke im Winter 1990 in Deutschland wurden die damaligen aktuellen Fernerkundungssysteme auf ihren Nutzen zur Erfassung von Sturmschäden untersucht. Luftbildaufnahmen und Luftbildauswertungen zur Erfassung der Sturmschäden wurden dabei bisher als Alternative zur terrestrischen Erhebungen bzw. in Kombination mit diesen eingesetzt. Die Kartierung der Sturmflächen wurde auf der Basis der Luftbilder analog vollzogen. Die Abgrenzung der Schadfläche erfolgte durch einfache Bildinterpretation mit Hilfe von Stereokartiergeräten, auf projektiv verzerrten Folien oder durch den Einsatz der analytischen Photogrammetrie (Scherrer, 1993). Mit Hilfe von Landsat TM Daten konnten bereits 1991 (Rählmann, 1991; Kuntz & Zimmermann, 1993) Sturmflächen ab einer Größe von ca. 1 ha erfasst werden. Nach dem Orkan "Lothar" wurde die Erfassung der Sturmschäden mit Hilfe analoger Luftbilder im Maßstab 1:18.000 von der Landesforstverwaltung durchgeführt. Ebenso wurden in Frankreich und der Schweiz ähnliche Forschungsprojekte wie das Projekt Sturmmonitoring durchgeführt, deren Ergebnisse in den Bericht mit einbezogen werden

Ziel:

Ziel des Projekts ist es, zu klären, mit welchen Fernerkundungsverfahren innerhalb welchem zeitlichen Rahmen und mit welchen Genauigkeiten eine Erfassung der Schäden möglich ist. Eingesetzt werden Daten der zur Verfügung stehenden hochauflösenden Systeme der Satellitenfernerkundung sowie Daten eines flugzeuggetragenen Radarsystems und Luftbilder. Bei der Bewertung der Leistungsfähigkeit der Systeme werden neben der Informationskomponente auch die Faktoren Datenverfügbarkeit, Zeitbedarf und Kosten berücksichtigt.

Ein weiteres Ziel ist es Auswertungsmethoden zu entwickeln, in denen verfügbare Vorinformationen aus dem forstlichen GIS der Landesforstverwaltung (FOGIS), den Stichprobendaten der Bundeswaldinventur (BWI) und von Betriebsinventuren (BI), bzw. digitale Fernerkundungsdaten mit Aufnahmedatum vor dem Sturmereignis (Luftbilder, Satellitendaten) genutzt werden, um

die Informationsextraktion aus Fernerkundungsdaten zu unterstützen und

weiterführende Analysen und Statistiken zu erstellen (z.B. über geworfene Baumarten, Sortimente oder Massen).

Ein weiteres Ziel ist die Analyse von Einflussfaktoren auf das Auftreten der Schäden und eine aus dieser Analyse abgeleiteten Risikokartierung.
Folgende Hauptfragestellungen werden untersucht:

Welche Faktoren beeinflussen das Auftreten von Sturmschäden?

Wie ist das Risiko räumlich verteilt?

Untersuchungsmethode:

Für die Erfassung der Sturmflächen wurden verschiedene Verfahren basierend auf den jeweiligen digitalen Datensätzen der verschiedenen Fernerkundungssysteme verwendet. Zunächst wurde in eine flächendeckende und eine stichprobenbasierte (unter Nutzung von BWI-Daten) Erfassung unterteilt, wobei die meisten Verfahren flächendeckend durchgeführt wurden. Weiter wurde differenziert in visuelle bzw. manuelle Kartierungen, automatische Erfassungsvarianten und die Kombination visueller und automatischer Kartierungen. Da von einigen Datensätzen digitale Daten von vor und nach dem Sturm zur Verfügung standen, konnten sowohl monotemporale als auch multitemporale Ansätze untersucht werden. Auch die Einbeziehung verschiedener Zusatzinformationen wie z.B. FOGIS und Luftbilder vor dem Sturm wurden in unterschiedlichen Ansätzen durchgeführt.
Für die Analyse des Risikopotentials wurden verschiedene standortskundliche Faktoren und Bestandesparameter als Eingangsdaten für Risikomodelle verwendet und darauf basierende Risikokarten erstellt.

Ergebnis:

Die Erfassung von Sturmschäden ist hinsichtlich der geforderten Nutzeranforderungen mit verschiedenen auch heute schon zur Verfügung stehenden Fernerkundungssystemen möglich. Wie die Ergebnisse zeigen, können Sturmflächen mit Hilfe von Luftbildern aus Hochbefliegungen sowie sehr hochauflösende optische Satellitensysteme wie z.B. Spot 5 und IKONOS mit entsprechend hoher Genauigkeit kartiert werden. Für einen schnellen Überblick über das Schadausmaß ist zum heutigen Zeitpunkt der punktuelle Einsatz von Radarbefliegungen oder Landsat Daten möglich, wobei hier deutliche Einschränkungen im Bezug auf die geforderten Genauigkeiten gemacht werden müssen. Die Einbeziehung von Zusatzinformationen, wie zum Beispiel digitale Daten des forstlichen geografischen Informationssystems (FOGIS) der Landesforstverwaltung Baden-Württemberg konnte in den meisten Fällen die Erfassungsgenauigkeit steigern.

Konsequenzen für die Praxis:

Innerhalb des Projekts konnte gezeigt werden, dass heute eine Erfassung der Sturmflächen mit verschiedenen Fernerkundungssystemen und unterschiedlichen Methoden möglich ist. Die Ergebnisse können nach zukünftigen Sturmereignissen als Leitfaden für eine Kartierung der Sturmflächen innerhalb des Waldes mit Hilfe der zur Verfügung stehenden Fernerkundungssysteme von der Landesforstverwaltung verwendet werden.

Stehen in naher Zukunft modernere Fernerkundungssystem, satellitengetragen oder flugzeugbasiert, zur Verfügung, sollten auch diese auf ihre Eignung zur Erfassung von Sturmflächen überprüft werden.

Literatur:

KUNTZ, S. & ZIMMERMANN, C., 1993: Erfassung von Sturmschaden im nördlichen Schwarzwald mit Satellitendaten. Allgemeine-Forst-und-Jagdzeitung. 164: 8, 150-155.
RÄHLMANN, H., 1991: Visuelle Interpretation von Landsat-TM Daten am Beispiel des Schönbuchs der Forstdirektion Tübingen, Diplomarbeit, Universität Freiburg, unveröffentlicht.
Scherrer, H.U., 1993: Projekt zur flächenhaften Erfassung und Auswertung von Sturmschaden. AFZ-Allgemeine-Forst-Zeitschrift. 1993, 48: 14, 712-714.