Biometrie und Informatik

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

Waldinventuren

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 in Abstimmung mit den zuständigen Fachbereichen der Landesforstverwaltung und des Staatsforstbetriebs laufend an neue Erfordernisse an.

Neben Großrauminventuren wie der Bundeswaldinventur bilden Betriebsinventuren eine wesentliche Komponente der forstlichen Planung auf Ebene der Forstbetriebe, um eine nachhaltige Bewirtschaftung und Nutzung sicherzustellen. In Baden-Württemberg liefern seit den 1990er Jahren Stichprobeninventuren die Datengrundlage für die Erfassung des Naturalzustands im Rahmen der Forsteinrichtung. In den Staatswaldbetrieben werden standardmäßig permanente Inventuren im 10-jährigen Turnus durchgeführt, die eine genaue Ermittlung von Zuwachs und Nutzung als Grundlage für die Bestimmung einer nachhaltigen Holzernte (Hiebsätze) ermöglichen. In Kommunalen Forstbetrieben, die oft kleiner sind werden im Rahmen der Forsteinrichtung kostengünstigere temporäre Inventuren durchgeführt. 

Eine aktuelle Weiterentwicklung der Auswertung von terrestrischen Stichprobeninventuren bietet die Verbindung mit Daten aus der Fernerkundung. Entsprechende Auswertungsverfahren für Kleingebietsschätzungen werden konzipiert, welche regionale Auswertungen der Bundeswaldinventur für kleinere räumliche Einheiten, wie Landkreise oder Forstbezirke verbessern können. Auch auf Ebene der Betriebsinventuren laufen derzeit Untersuchungen, wie durch Kombination von Parametern aus Fernerkundung, z.B. digitale Bestandeshöhenmodelle, mit Stichprobendaten die Schätzung des Holzvorrats für kleinere räumliche Einheiten (Distrikte, Bestände) verbessert werden kann.

Künftige Anforderungen an das großräumige Monitoring des Waldzustands und seiner Dynamik zeichnen sich ab: Der Klimawandel und seine Auswirkungen auf den Wald, die Erfordernisse des Waldumbaus zur Anpassung an veränderte Umweltbedingungen sowie die Rolle des Waldes als Kohlenstoffspeicher werden laufend aktuelle Daten erfordern. Bislang liefert die Bundeswaldin-ventur Informationen in einem 10-jährigen Intervall. Es ist absehbar, dass verlässliche Informatio-nen in kürzeren Intervallen nachgefragt werden. Hier bietet die Verknüpfung terrestrischer permanenter Stichprobeninventuren mit Fernerkundungsdaten, in Verbindung mit Zwischeninventuren auf Unterstichprobennetzen Möglichkeiten, die gewünschten Zustandsinformationen in kürzeren Zeitabständen zu erbringen. Die damit verbundenen methodischen und verfahrenstechnischen Fragen sind Gegenstand neuer Forschungsaufgaben in diesem Arbeitsgebiet.

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.

Die Nutzung von Drohnen eröffnet mittelfristig auch Perspektiven für eine weitere Rationalisierung der Inventurmesstechnik.

Projekte im Arbeitsbereich

5G-FörsterInnenDrohne - Automatische Befliegung von großen Waldflächen mit Drohnen im speziell überwachten unteren Luftraum und Datenprozessierung auf Basis der 5G-Mobilfunktechnologie

1805 Die Kombination der 5G-Technologie mit dem technischen Potential von unbemannten sensortragenden Fluggeräten (im folgenden Drohnen oder UAS genannt) lassen forstliche Arbeitsprozesse effizienter gestalten, Entscheidungsprozesse beschleunigen und komplett neue Informationsebenen schaffen. Mit der Projektentwicklung einer FörsterInnenDrohne werden zielgerichtet komplexe und große Datenmengen flächendeckend, hochaktuell und zu vertretbaren Kosten erhoben. Sensortragende Drohnen erzeugen sehr hochwertige Datenqualitäten, sind einsatzspezifisch anpassbar und liefern, zeitlich wiederholend, grundlegende Information zur nachhaltigen Waldbewirtschaftung. Mit Hilfe des 5G-Mobilfunkstandards werden sehr zeitnah Ergebnisse verfügbar sein. Dazu gehören hochaktuelle lagegenaue Luft- und Videobilder sowie Spektral- oder Laserscanner-Informationen von Waldbeständen. Diese aktuellen Informationen können mit anderen Datenquellen der Forst- oder Liegenschaftsverwaltung zu praxisnahen Hilfestellungen für Waldbesitzende und Waldbewirtschaftende verknüpft werden. So können Waldbesitzenden beispielsweise die Eigentumsgrenzen aufgezeigt, der Holzvorrat, die C0²-Speicherleistung oder das nachhaltige Nutzungspotenzial flurstückscharf dargestellt werden. Mit 5G können diese Information in Echtzeit auf mobilen Endgeräten (Smartphone, Tablet, Datenbrille) vor Ort abgerufen und sofort genutzt werden. Der besondere Mehrwert von tagesaktuellen Waldzustandsdaten liegt in dem schnell zu erstellenden Lagebild, beispielsweise bei klimabedingten Schadensereignissen. Die Zunahme von lokalen Sturmschäden, massiver Trockenheits- und Borkenkäferbefall führt wiederholt zu hohen wirtschaftlichen Schäden und zwingen Waldbesitzer zu waldbaulichen Aktivitäten (Holzeinschlag, Neuanpflanzung, klimatolerante Baumartenwahl). Gleichzeitig ermöglicht die Mobilfunktechnologie die Überwachung Flugraumes der Drohne. Rundum-Kamerasysteme beobachten den unmittelbaren Umgebungsraum und gewährleisten so die Flugsicherheit für die Drohne und andere Luftraumteilnehmer. Es werden spezielle Bodenstationen eingerichtet, die permanent den gesamten unteren Luftraum des Einsatzgebietes überwachen und die Funksignale von Kollisionswarnsystemen, wie FLARM, ADS-B, Mode-S empfangen und an die zentrale Luftüberwachung des 5G-Projektes übermitteln. Projektziel der 5G-FörsterInnenDrohne ist es, forstlichen Beschäftigten, Waldbesitzenden und Waldbesuchern operationale Entscheidungshilfen anzubieten, die den Betriebsablauf effizienter gestalten, das Eigentum nachhaltiger nutzbar machen und Fachwissen über den Wald möglichst niedrigschwellig vermitteln. 2022 2024 Digitalisierung Forstliches Umweltmonitoring Waldinventuren Multifunktionale Waldwirtschaft & Nachhaltigkeitsnormen (ab 2013) Biometrie und Informatik Matthias Hainmüller

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 2028 Nachhaltigkeit messen und bewerten Boden und Umwelt Waldinventuren Boden und Umwelt (Bodenkundlicher Monitoring) Biometrie und Informatik

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

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 Boden und Umwelt Waldinventuren Boden und Umwelt (Auswertungen der zusätzlichen Bodenaufnahmen) Biometrie und Informatik (Landesinventurleitung)

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 Forstökonomie und Management Waldinventuren Forstökonomie und Management Biometrie und Informatik

Statistik

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.

Projekte im Arbeitsbereich

Aktuell kein Projekt vorhanden.

Die Fernerkundung befasst sich mit der berührungsfreien Erkundung der Erdoberfläche. Dabei kommen verschiedene Sensoren, zum Beispiel Kameras oder Laserscanner, zum Einsatz, die auf Trägerplattformen wie Drohnen, Flugzeugen oder Satelliten angebracht sind.
Die gewonnenen Daten nutzt der Arbeitsbereich Fernerkundung, um die Beschaffenheit, Struktur und Gesundheit des Waldes in Baden-Württemberg zu beschreiben und zu analysieren. So werden beispielsweise Baumarten- und Waldschadenskarten entwickelt oder Waldstrukturen wie Lücken für das Biodiversitätsmonitoring erfasst. Das Besondere dabei ist, dass die Fernerkundungsdaten einen räumlichen Bezug haben, das heißt neben dem 'Was?' kann direkt auch das 'Wo?' analysiert werden.
Der Arbeitsbereich berät intern und extern bei fernerkundlichen Fragestellungen, stellt Daten bereit und begleitet wissenschaftliche Abschlussarbeiten. Außerdem steht er in regem Austausch mit anderen Fernerkundungsinstitutionen.

Zum Arbeitsbereich Fernerkundung

Modellbildung und Softwarelösungen

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.

Die entwickelten Funktionsbibliotheken liegen mittlerweile als Packages der Software R (BDAT, TapeR) vor und werden von der Abteilung fachlich und softwaretechnisch betreut. 

Seit den 1990er Jahren befasst sich die Abteilung mit der Waldentwicklungs- und Holzaufkommensmodellierung (WEHAM) auf der Grundlage von Inventurdaten. Für die Auswertung der Bun-deswaldinventuren wurden verschiedene Varianten in Zusammenarbeit mit dem Thünen-Institut entwickelt. Derzeit laufen Forschungsarbeiten an umweltsensitiven Wachstumsmodellen für WEHAM sowie die Entwicklung von Methoden für realitätsnahe Holznutzungsszenarien (Business as usual).

Ein aktuelles Thema ist die Rolle der Wälder im Kohlenstoffkreislauf, wo sie eine wichtige Kohlenstoffsenke bilden. Von besonderem Interesse ist die Frage, welchen Beitrag nachhaltig bewirtschaftete Wälder zur Kohlenstoffbindung leisten, vor allem im Vergleich mit ungenutzten, der natürlichen Dynamik überlassenen Wäldern. Zur Klärung dieser Frage hat die Abteilung ein Modell zur Bilanzierung der Kohlenstoffsenkenleistung entwickelt, welches auf Grundlage von Inventurdaten und unter Berücksichtigung der relevanten Prozesse (Speicherung und Substitution) die CO2-Senkeneffekte bewirtschafteter Wälder quantifiziert.

Der Arbeitsbereich beteiligt sich ferner auch an der Entwicklung moderner mobiler Applikationen, um Privatwaldbesitzenden Informationen über ihren Wald zu vermitteln, aktuell für die Beratung des Kleinprivatwalds in Form der Smartphone-App „Waldexpert“. 

Diese Aktivitäten sind Teil der Aufgabe der FVA zum Wissenstransfer auch an eine nicht-fachliche Öffentlichkeit

Kontakt

N.N.

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.

Projekte im Arbeitsbereich

Aktuell kein Projekt vorhanden.

Kontakt

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.

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