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Biometrie und Informatik

Orthophoto mit Einzelbaummarkierung
Orthophoto mit Einzelbaummarkierung

Die Abteilung Biometrie und Informatik befasst sich als Fachabteilung mit biometrisch-statistischer Kompetenz mit der Konzeption von Inventurverfahren und deren Umsetzung. Außerdem werden Modelle und Verfahren zur Beschreibung von ökonomischen und ökologischen Zusammenhängen und Prozessen in der Forst- und Holzwirtschaft entwickelt.  Darüber hinaus ist sie als Querschnittsabteilung für die Beratung der Abteilungen auf den Gebieten der Statistik und der Geographischen Informationssysteme sowie für die informationstechnologische Infrastruktur der FVA zuständig.

Arbeitsbereiche

Drohnenflug zur Waldinventuraufnahme
Drohnenflug zur Waldinventuraufnahme

Waldinventuren auf Stichprobenbasis liefern auf effiziente Weise verlässliche Informationen über den Waldzustand und seine Veränderungsdynamik. Seit Mitte der 1980er Jahre entwickelt die Abteilung Inventurverfahren einschließlich der erforderlichen Auswertungsprogramme und passt sie laufend an neue Erfordernisse an.

Die Abteilung ist ferner für die Durchführung von Großrauminventuren zuständig. Ihr obliegt die Landesinventurleitung für die Bundeswaldinventur (BWI), die der bundesweiten Erfassung der Waldverhältnisse und forstlichen Produktionsmöglichkeiten dient. Landesspezifische Auswertungen und Analysen der BWI-Daten sowie die Bereitstellung der Ergebnisse für Verwaltung und Öffentlichkeit sind ebenfalls Abteilungsaufgaben.

Zum Arbeitsbereich gehört ferner der Einsatz moderner Inventurtechnologie, insbesondere der Satellitennavigation sowie unbemannter Flugsysteme („Drohnen“) als Plattform für verschiedene Sensoren. Die Abteilung berät die anderen Fachabteilungen beim Einsatz dieser Technologie.

Projekte im Arbeitsbereich

Bundeswaldinventur 4: Vorbereitung, Durchführung und landesspezifische Analyse und Berichterstattung

1544 Die im 10 jährigen Turnus durchzuführende Bundeswaldinventur ist ein auf dem Bundeswaldgesetz beruhender Auftrag. Die Durchführung der vierten Bundeswaldinventur wurde von Bund und Ländern einvernehmlich für die Jahre 2021/2022 (Stichjahr 2022) beschlossen. Die Inventur soll im Wesentlichen mit unverändertem Design durchgeführt werden. Allerdings sind bezüglich des Spektrums der aufzunehmenden Variablen und Parameter sowie der dendrometrischen Messungen Detailfragen im Rahmen von Voruntersuchungen zu klären. Die FVA ist für die Implementierung der BWI 4 in Baden-Württemberg als Landesinventurleitung verantwortlich. Für die operative Phase sind frühzeitig die Datenlogistik, insbesondere der Auswahl und Prüfung der einzusetzenden Messtechnik sowie die Vorklärungsarbeiten vorzubereiten. In den Jahren 2021 bis 2022 wird die Datenerhebung durchgeführt. Der Landesinventurleitung obliegt die Vergabe der Aufträge, Organisation der Felddatenerhebung, die Mitwirkung beim Datenmanagement sowie die Qualitätssicherung. Eine entsprechende Durchführungsverordnung wird in 2016/17 erarbeitet und auf Bund-Länder-Ebene abgestimmt. In einem weiteren Schritt (2018/19) werden gegebenenfalls vorzunehmende Modifikationen der Informationsgewinnung und die Option landesspezifischer Sonderhebungen abgestimmt und in einer Aufnahmeanweisung festgelegt. Die Felddatenerhebung ist vorzubereiten und umfasst folgende Punkte (2020): ggf. Beschaffung von Spezialgeräten (voraussichtlich modernes GNSS), Ausschreibung der Felddatenerhebung durch freiberufliche Spezialisten; Schulung der Aufnahmetrupps. Die Durchführung der Felddatenerhebungen in den Jahren 2021 und 22 umfasst Qualitätssicherung (Kontrollaufnahmen) und Datenmanagement (Prüfung, Korrekturen). Die Auswertungsphase (2023-24) beinhaltet in Kooperation mit dem bundesweit zuständigen Thünen-Institut insbesondere die Interpretation der Ergebnisse; darüber hinaus erfolgen landespezifische Auswertungen und Analysen. Diese werden in Abstimmung mit dem MLR in einer öffentlichen Veranstaltung vorgestellt (BWI-Kolloquium) Die Daten werden für weitere Forschungsvorhaben in einer FVA-Datenbank vorgehalten. 2017 2025 Nachhaltigkeit messen und bewerten Waldinventuren Boden und Umwelt (Bodenkundlicher Monitoring) Biometrie und Informatik Dominik Cullmann Regina Bogenschütz Arno Röder Petra Adler

Erfassung der C-Speicherleistung von Stadtbäumen

1009 Bäume leisten in städtischen Gebieten als Luftfilter einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung des lokalen Klimas. Weniger bekannt und zahlenmäßig belegt ist die Rolle von Stadtbäumen als Kohlenstoffspeicher. Im Zusammenhang mit der Klimadiskussion kommt zwar der Verminderung der Emissionen fossilen CO2 eine entscheidende Bedeutung zu, aber auch die CO2-Speicherung durch grüne Pflanzen spielt eine wichtige Rolle. In dicht besiedelten, auf großer Fläche urbanisierten Räumen bilden Bäume außerhalb des Waldes, insbesondere Bäume an Straßen und in Parkanlagen, einen C-Speicher, dessen Größe und Dynamik bisher in Deutschland nicht untersucht ist. Voraussetzung für die Bilanzierung der C-Speicherung in Stadtbäumen in einem definierten Stadtgebiet ist ein Inventar der Stadtbäume, welches auf einem Stichprobenverfahrens auf Basis von Fernerkundungsdaten beruht. Das Prinzip der Berechnung des C-Vorrats erfordert die Ermittlung der Biomasse der Einzelbäume. Für die Biomassebestimmung müssen verfügbare Biomassefunktionen überprüft und erforderlichenfalls für Stadtbäume neu kalibriert werden. Hierzu sind Daten zu erheben, unter der Bedingung zerstörungsfreier Beprobungsverfahren, da Probebaumfällungen im städtischen Bereich kaum möglich sind. 2008 2011 Nachhaltigkeit und Multifunktionalität Waldinventuren Biometrie und Informatik Petra Adler

Bundeswaldinventur 3 - Vorbereitungsphase und Felddatenerhebung (Landesinventurleitung LIL BW)

932 Die Durchführung der dritten Bundeswaldinventur erfolgt in den Jahren 2001/2012 (Stichjahr 2012), im wesentlichen mit unverändertem Design. Die FVA ist für die Implementierung der BWI 3 in Baden-Württemberg als Landesinventurleitung verantwortlich. Für die operative Phase sind frühzeitig die Datenlogistik (Aussattung der Aufnahmegruppen mit MDE) sowie die Vorklärungsarbeiten vorzubereiten. Der Landesinventurleitung obliegt die Vergabe der Aufträge, Organisation der Felddatenerhebung, die Mitwirkung beim Datenmanagement sowie die Qualitätssicherung. 2007 2016 Nachhaltigkeit und Multifunktionalität Waldinventuren Boden und Umwelt (Auswertungen der zusätzlichen Bodenaufnahmen) Biometrie und Informatik (Landesinventurleitung) Arno Röder Uli Riemer

Methodenentwicklung BWI3

946 Die Bundeswaldinventur stellt eine unverzichtbare Komponente eines umfassenden Waldmonitoringsystems zur Sicherung einer nachhaltigen Waldbewirtschaftung und -entwicklung dar. Die FVA BW hat von Beginn an methodische Grundlagen für die Auswertung der Inventur entwickelt. Für die dritte Inventur müssen verschiedene Komponenten überarbeitet und auf einen neuen Stand gebracht werden, zum Teil sind neue Elemente (z. B. Biomassefunktionen) zu integrieren. Die durchzuführenden Forschungs- und Entwicklungsarbeiten basieren auf der laufenden Tätigkeit im Arbeitsgebiet Waldinventuren. Folgende nach Modulen gegliederte Komponenten sind zu überarbeiten, aktualisieren und weiterzuentwickeln: - Modul 1: Zur Schaftformmodellierung ist die bestehende Programmbibliothek BDAT zu aktualisieren, indem ein neues Modellkonzept umgesetzt und in die Programmbibliothek integriert wird. - Modul 2: Die Verfahren zur Ergänzung fehlender Höhenmesswerte sowie zur Fortschreibung von Durchmessern und Höhen sollen mit Hilfe einer modernen Modellklasse verbessert werden - Modul 3: Biomassefunktionen, welche für die Ermittlung des Kohlenstoffvorrats sowie für die Abschätzung von Energieholzpotenzialen benötigt werden, sollen überprüft und validiert werden - Modul 4: Erhebung von Datenmaterial für die Validierung der Biomassefunktionen: durch eine koordinierte bundesweite Datenerhebungskampagne sollen die benötigten Daten in Kooperation mit Forschungseinrichtungen des Bundes und anderer Länder gewonnen werden. Das Konzept zur Erhebung der Biomasse von Einzelbäumen wurde von der FVA erarbeitet. - Modul 5: Die entwickelten Verfahren sind in Form von Softwarelösungen bereitzustellen 2007 2013 Nachhaltigkeit und Multifunktionalität Waldinventuren Forstökonomie Biometrie und Informatik
Laubbaumanteil von Daten des Satelliten Sentinel 2
Laubbaumanteil von Daten des Satelliten Sentinel 2

Der Arbeitsbereich Fernerkundung entwickelt Methoden für das großflächige Monitoring von Waldstrukturen und Waldschäden in Kombination mit kleinflächigen Intensivaufnahmen für Forschungsaufgaben. Er berät und unterstützt die anderen Fachabteilungen in fernerkundlichen Fragestellungen.

Der aktuelle Schwerpunkt liegt in der Methodenentwicklung für die Forstinventuren, Baumarten- und Schadenserkennung.

Der Schwerpunkt der Eingangsdaten sind die Stereo-Luftbilder der Befliegungen des LGL. Sie werden mit drohnenbasierten Aufnahmen, Eigenbefliegungen und Satellitendaten ergänzt. Insbesondere die Daten des europäischen Weltraumprogrammes Copernicus werden intensiv genutzt. Als Sensoren kommen sowohl echtfarben, als auch multispektral Kameras und Lidardaten zum Einsatz. Dieses Spektrum ermöglicht eine spezifische Erfassung der Waldbestände je nach Fragestellung.

Es findet ein intensiver Austausch mit anderen forstlichen Fernerkundungsinstitutionen statt. Der Arbeitsbereich ist Mitglied in der Arbeitsgruppe Forstliche Fernerkundung der Länder (AFFEL) und der Arbeitsgruppe Forstlicher Luftbildinterpreten (AFL).

Lidarpunktwolke
Lidarpunktwolke

Projekte im Arbeitsbereich

Drohneneinsatz in der Waldbewirtschaftung und -forschung - Entwicklung von Methoden und Verfahren für forstliche Frageestellungen

1578 Die Entwicklung der Drohnentechnik inklusive der von ihnen getragenen Sensoren bietet neue Möglichkeiten in der effizienten Unterstützung der forstlichen Forschung und Bewirtschaftung unserer Wälder. Die Stärken der Drohnentechnik liegen dabei im kleinflächigen Einsatz, in der hohen Flexibilität der Aufnahmemöglichkeiten und den Möglichkeiten der Aufnahme von Zeitserien. Drohnen sind dabei nur die Plattform für verschiedenste Sensoren. Im Rahmen des Projektes werden die Workflows zur Befliegungsplanung (inklusive Terrainfollowing), des Datenmanagements und der anschließenden Photogrammetrischen Auswertung entwickelt. Als Auswertungssoftware wird hierfür Agisoft Metashape eingesetzt. Neben den Höheninformationen in Form von Höhenmodellen und Punktwolken, werden so auch lagegenaue Orthomosaike erzeugt. Für die präzise geometrische Erfassung der Lage und Vegetationsgeometrien, wie z. B. Baumhöhen, setzen wir ein kalibriertes Kamera- und GNSS-Sensorsystem mit SAPOS Postprocessing ein (KlauPPK). Für die Erfassung von Schadmerkmalen von Baumkronen, wie z. B. Nadelverluste und Verfärbungen durch den Befall des Tannenborkenkäfers, werden neben den Echtfarbenaufnahmen auch Aufnahmen mittels einer 5-Kanal-Multispektralkamera getestet. Aufbauend auf den Erfahrungen im Bereich der Luft- und Satellitenbildauswertung sowie dem vorgeschaltetem Sondierungsprojekt, sollen Verfahren und Methoden zu verschiedenen Themenbereichen entwickelt werden. Ziel ist dabei neben der Verfahrensentwicklung auch die Prüfung von Methodengrenzen bzw. die Beratung für den Drohneneinsatz für forstliche Fragestellungen mit Schwerpunkt Datenauswertung. Für die folgenden Bereiche werden Methoden entwickelt: • Unterstützung der Waldinventuren (Einzelbaum, Baumhöhen, Kronenparameter) • Erfassung von Waldstrukturen – Unterstützung von Fachprojekten der FVA bei der Integration von Drohnendaten • Unterstützung des Waldschutzes • Intensivmonitoring von waldwachstumskundlichen Solitärversuchsflächen (Höhenentwicklung, Kronenentwicklung) • Einsatz von Drohnen im Katastrophenfall - Erfassung von Sturmschäden, Hagelschäden 2018 2021 Nachhaltigkeit messen und bewerten Fernerkundung Waldschutz (terrestrisches Waldschutzmonitoring, Beratung) Waldnutzung (Feinerschließung) Biometrie und Informatik (Koordination, Methoden- und Verfahrensentwicklung) Regina Bogenschütz Andreas Uhl Uli Riemer

F3 - Flächendeckende Fernerkundungsbasierte Forstliche Strukturdaten

1435 Gesamtziel des Projektes F³ ist die Entwicklung von Methoden und Verfahren zur Generierung großflächig flächendeckender, räumlich expliziter und einheitlichen Waldparameter. Die Verfahren basieren auf Oberflächenmodellen, welche aus digitalen Luftbildern der landesweiten Befliegungen der Landesvermessungsämter abgeleitet werden. Hierfür und für die Herleitung der Walddaten sollen standardisierte Verfahren entwickelt werden, welche eine flächendeckend hoch aufgelöste und regelmäßig aktualisierbare Datengrundlage für die nachhaltige Waldwirtschaft in Deutschland bereitstellen. Technische Ziele sind automatisierte Prozessketten und die Organisation der Verarbeitung großer Datenmengen. Die Standardisierung und Harmonisierung der ablaufenden Prozesse gewährleistet eine hohe Vergleichbarkeit und Reproduzierbarkeit darauf aufbauender Datenanwendungen 2017 2020 Nachhaltigkeit messen und bewerten Fernerkundung Biometrie und Informatik (Methodenentwicklung und Umsetzung) Melanie Kirchhöfer

DIABOLO: Distributed, Integrated and Harmonised Forest Information for Bioeconomy Outlooks

1419 Die FVA ist Partner im EU-Projekt Diabolo, welches sich mit der Harmonisierung und Verknüpfung von nationalen Waldinventuren auf EU-Ebenen befasst. Die FVA arbeitet im Teilbereich Fernerkundung an der Methodenentwicklung zur Erfassung von Waldparametern aus sehr hoch auflösenden Fernerkundungsdaten. Es werden Verfahren entwickelt, um Bestandeshöhen, Bedeckungsgrad, Kronenanzahl und Kronengrößen an Inventurplots automatisch zu bestimmen. Aufbauend auf den Methoden werden Modelle entwickelt, mit deren Hilfe anhand der BWI-Daten Aussagen für kleinere Gebiete getroffen werden können. Die Methodenentwicklung erfolgt in enger Zusammenarbeit mit IGN. 2015 2019 Nachhaltigkeit messen und bewerten Fernerkundung Biometrie und Informatik (Erfassung von Forstparametern an den BWI-Plots aus hochauflösenden Fernerkundungsdaten, Übertragung der BWI-Informationen auf kleinräumige Gebiete.) Melanie Kirchhöfer

Mathematische Modelle und ihre Umsetzung in Computerprogrammen sind wichtige Hilfsmittel für die Beschreibung forstlicher Prozesse und Objekte. Die Abteilung entwickelt sowohl methodische Grundlagen als auch anwendungsorientierte Simulationsmodelle für die Beschreibung von Stammformen und für das Wachstum von Einzelbäumen und Beständen. Zur Ermittlung der Biomasse- bzw. der Kohlenstoffvorräte für die Treibhausgasberichte, zur Berechnung der Verfügbarkeit von Bioenergie und für Nährstoffbilanzen werden eigens entwickelte Biomassefunktionen eingesetzt. Softwarelösungen umfassen eine rechnergestützte Kalkulations- und Entscheidungshilfe für die Holzernte und -vermarktung sowie Programmbibliotheken für Schaftkurvenmodelle.

Projekte im Arbeitsbereich

Aktuell kein Projekt vorhanden.

Mathematisch-statistische Methoden sind für die wissenschaftliche Analyse von Daten unverzichtbare Werkzeuge. Die Abteilung unterstützt die Fachbereiche der FVA und andere Dienststellen bei der Konzeption von Forschungsvorhaben und Versuchen, bei denen Daten erhoben werden. Zudem berät sie die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bei der Auswertung der erhobenen Daten in Bezug auf die statistische Analyse, die Interpretation der Ergebnisse und deren Darstellung.

Durch die regelmäßig stattfindenden Einführungskurse in die Programmiersprache R und in die Statistik wird den Forschenden an der FVA die Möglichkeit geboten, sich intern in diesem Themengebiet fortzubilden. Zudem wird mit dem Methodenforum eine Plattform für den Methodenaustausch innerhalb der FVA zur Verfügung gestellt.

Eine weitere Aufgabe des Statistikbereichs ist die Einführung statistischer Analysesoftware und die Betreuung der Anwenderinnen und Anwender. Als Standard für die statistischen Auswertungen wird die Programmiersprache R verwendet.

Um wissenschaftlichen Standards zu genügen ist die Weiterentwicklung der Methodenkenntnisse eine ständige Aufgabe der Abteilung.

Statistikkurve
Statistikkurve

Projekte im Arbeitsbereich

Aktuell kein Projekt vorhanden.

Digitale Orthophotos falschfarben
Digitale Orthophotos falschfarben
Langjährige Temperaturverteilung Baden-Württembergs
Langjährige Temperaturverteilung Baden-Württembergs

Der Arbeitsbereich GIS ist innerhalb der FVA als Dienstleister für den technischen Betrieb und die Weiterentwicklung der Geodateninfrastruktur zuständig. Dies beinhaltet sämtliche Aufgaben des Geodatenmanagements wie etwa die Administration von Geo-Datenbanken und GIS-Servern sowie die Bereitstellung von GIS-Software. Der Arbeitsbereich leistet für die GIS-Anwendenden der FVA sowohl technischen Support als auch Beratung und Schulung zu GIS-Methoden.

Darüber hinaus werden landesweite räumliche Analysen und Flächenstatistiken erstellt. Ein fachlicher Schwerpunkt liegt in der Bereitstellung von zeitlich und räumlich hochaufgelösten Klimadaten für die Projekte der Klimafolgenforschung. Zahlreiche Projekte mit Raumbezug werden bei der konzeptionellen Entwicklung und technischen Implementierung begleitet und unterstützt. In verschiedenen Fachverfahren wie etwa Standortskartierung, Waldbiotopkartierung und Waldfunktionenkartierung ist der GIS-Bereich der FVA für das landesweite Geodatenmanagement verantwortlich. Die Ergebnisse der Fachverfahren werden gemäß INSPIRE der Öffentlichkeit in Form von Webdiensten zugänglich gemacht.

Nähere Informationen zur Bereitstellung von Geodaten sind unter Geodaten zu finden.

Standortkartierung
Standortkartierung

Projekte im Arbeitsbereich

Aktuell kein Projekt vorhanden.

Kontakt

Mobile Datenerfassung
Mobile Datenerfassung

Der Arbeitsbereich Informationstechnologie betreibt große Teile der IT-Infrastruktur, inklusive der Datenbanken und den damit verbundenen Anwendungen aus Forschung und Entwicklung der FVA.

Er konzipiert und realisiert in enger Zusammenarbeit mit den Forschenden innovative Lösungen für eine breite Palette von Forschungsprojekten.

Weiterhin übernimmt der Arbeitsbereich die Koordination der technischen Zusammenarbeit zwischen der FVA und IT-Partnern der Landesverwaltung.

Ein weiterer zentraler Aufgabenbereich ist der Benutzerservice, der die Mitarbeitenden der FVA bei allen Problemstellungen rund um die IT unterstützt. Außerdem betreut er die Arbeitsplatz-Computer und diverse Spezialgeräte wie mobile Geräte für die Datenerfassung im Gelände, leistungsfähige Workstations für Spezialauswertungen sowie die darauf installierten Anwendungen.

Projekte im Arbeitsbereich

Aktuell kein Projekt vorhanden.

Aktuelle Forschungsergebnisse

Neue Entwicklungen: Totholz aus der Ferne kartieren

Totholz aus der Luft erkennen? Das geht!
Dank neuer Entwicklungen in der fernerkundungsbasierten Totholzkartierung kann stehendes Totholz ab fünf Metern Höhe nun für große Waldflächen automatisiert aus digitalen Luftbildern kartiert werden.

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Totholzbäume im Bestand
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