Validierung von satellitenbildbasierten Diensten für Forst-Inventurverfahren in Rheinland-Pfalz

Universität Trier, FB VI Geographie/Geowissenschaften, Aktenzeichen: Trier 01/14

Zielsetzung:

Die Integration von Satellitenbilddaten und –diensten in die forstliche Praxis stellt eine innovative Schlüsseltechnologie vor dem Hintergrund stetig steigenden Informationsbedarfs dar. In verschiedenen Teilstudien während der letzten Jahre konnte gezeigt werden, dass die Nutzung geeigneter Erdbeobachtungsdaten aus zwei saisonalen Aufnahmefenstern (dynamische Blattaustriebsphase März/April sowie sommerliche Stabilitätsphase Juli/August) in Kombination mit einem räumlich adaptiven Klassifikationsverfahren grundsätzlich die Herstellung ausreichend genauer Informationsebenen zur Baumartenverteilung und entsprechender Waldentwicklungsphasen erlaubt. Mit diesem abschließenden Teilprojekt sollte die entwickelte Verfahrenskette unter den Bedingungen der forstlichen Praxis validiert werden.

Methode:

Die aus den multispektraden, multiphänologischen Satellitenbildern abgeleiteten Daten wurden einer umfassenden statistischen Bewertung unterzogen. Zur Berechnung der erzielten Klassifika-tionsgenauigkeit der einzelnen Prozessierungseinheiten wurden zunächst unabhängige Referenz-daten erhoben, eine Datenbank aufgebaut sowie statistische Analysen durchgeführt. Ergänzend wurden durch Nutzerfeedbacks seitens der Forsteinrichtung terrestrische Evaluationen der Prozessierungsergebnisse durchgeführt.

Ergebnisse:

In den größeren, eng mit Referenzpunkten belegten bzw. waldreichen Prozessierungseinheiten wurden sehr gute Klassifikationsergebnisse der ökologischen Hauptbaumart von bis zu 86 % erzielt. Erwartungsgemäß ist die
Genauigkeit für die insgesamt 15 betrachteten Baumarten-Phasenkombinationen (thematische Klassen) deutlich geringer: Die Genauigkeit bei Betrachtung aller 15 thematischen Klassen liegt bei rd. 55 %.
Auf Basis dieser Ergebnisse  wird die Prozessierung der verwendeten Daten vorgestellt und diskutiert. In erster Linie sind weniger günstige Aufnahmezeitpunkte bzw. durch Wolken verursachte Bildbedeckungen als Ursache geringer Genauigkeit auszumachen. Diese Faktoren werden bei Verfügbarkeit neuer Trägersysteme (Sentinel-2-Mission und Folgemissionen) dadurch eliminiert werden können, dass sich die Wiederholungsrate auf 2 bis 3 Tage erhöht. Dadurch steigt die Wahrscheinlichkeit, wolkenarme bzw. –freie Bildszenen innerhalb der phänologisch
interessierenden beiden Phasen zu erhalten enorm an. Mit der für 2016 geplanten Inbetriebnahme von Sentinel-2B wird dieser Zielzustand erreicht werden. Unter Hinzuziehung weiterer Systeme (z.B. RadpidEye) können auch kurzfristige Veränderungen (z.B. Sturmereignisse) abgedeckt werden. Die genannten Quellen sollen im Prinzip kostenfrei verfügbar sein.
Im Rahmen einer intensivierten Nutzerkommunikation zwischen der Universität Trier und dem Referat 2.1 Forsteinrichtung wurde an der Qualitätsverbesserung und Anpassung der Ergebnisse an die operativen Anforderungen gearbeitet. Einige Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter im Forsteinrichtungs- Außendienst legten ein sehr präzises Nutzerfeedback der Baumarten-Prognosekarten vor. Teilweise waren diese in Fehlern der Ausgangsdaten (MPNDaten) begründet; nach Korrektur der Daten stellten sich deutliche Verbesserungen der Klassifikationsergebnisse in der nahen Umgebung ein. Dies unterstreicht nicht zuletzt auch die Notwendigkeit, einer Validierung der Ergebnisse an „gemessenen“ Inventurdaten.
Die durch die Universität Trier mit Unterstützung von Landesforsten Rheinland-Pfalz entwickelten Prognosekarten für Baumarten und Entwicklungsphasen sind ohne Zweifel die am weitesten fortgeschrittenen forstlichen Fernerkundungsmethoden im bundesdeutschen Vergleich. Ihre Überführung in den Regelbetrieb wird im Rahmen des bereits angelaufenen Entwicklungsprojektes GRIPS erfolgen. Wir erwarten dadurch eine erhebliche
Rationalisierung der Inventur bzw. einen spezifischeren Einsatz von Personal im Rahmen weiterhin notwendiger terrestrischer Erhebungen.