Wälder sind das dominante `Biome` der Erde und haben einen enormen Einfluss auf die Ökonomie und auf das Wohl der Umwelt. Knapp ein Drittel der Erdoberfläche (3.6 Mrd. ha) sind von Wäldern bedeckt, einige unter ständiger Kontrolle und Management. In einigen Regionen der Welt ist die Ressourcengewinnung aus Wäldern wesentlicher Bestandteil der Lebensgemeinschaft und der Wirtschaft. Über die Hälfte der Weltbevölkerung sind abhängig von Holz als Energiequelle; etwa 80% des abgeholzten Waldes dient den Entwicklungsländern als primäre Energiequelle. „Forests are also a major store of carbon, regulator of climate and water flow, habitat for wildlife, and reservoir of ecological and biological diversity“ (LECKIE & RANSON1998: 457).
Vorhandene Waldbestände dienen als grundlegende Informationen für forstwirtschaftliche Entscheidungen. Inventuren der Waldzusammensetzung, Informationen über Dichte, Höhe, Alter, Volumen und Produktivität des Forstbestandes sowie Kartierungen des Waldes nach Unwettern, Feuer, Insektenbefall, Abholzung und Umweltveränderungen dienen als nationale und regionale Planungsgrundlage für forstwirtschaftliche Tätigkeiten (SADER ET AL. 2003: 341).
Die Fernerkundung bietet dabei die Möglichkeit die Anforderungen der Forstwirtschaft, Inventur, Kartierung, Management und Planung, zu unterstützen. Innerhalb dieser Hausarbeit mit dem Thema „Die Bedeutung der Fernerkundung in der Forstwirtschaft“ soll im wesentlichen ein Überblick über die verwendete Aufnahmesensorik (Kap.4), von den passiven Aufnahmesystemen über die aktive Aufnahmesensorik, sowie deren Anwendungsgebiete innerhalb der forstwirtschaftlichen Tätigkeiten (Kap.5) gegeben werden.
Für das Verständnis der Aufnahmesysteme sind einleitend die Spektraleigenschaften der Vegetation (Kap.2) vorangestellt. Mit dem Wissen über die Reflexions-, Absorptions- und Transmissionseigenschaften der Vegetation, wird im anschliessenden Kapitel auf forstwirtschaftlich relevante und auch für spezielle Aufnahmesysteme wesentliche Vegetationsindizes (NDVI; Kap.3) eingegangen.
Inhaltsverzeichnis
Einleitung
1. Spektraleigenschaften der Vegetation
Visible Region (0,4 - 0,7 µm)
Near-Infrared Region (0,7 - 1,3 µm)
Shortwave-Infrared Region (1,3 – 2,5 µm)
2. Vegetationsindizes
2.1 Normalized Difference Vegetation Index (NDVI)
3. relevante Aufnahmesensorik in der Forstwirtschaft
3.1 passive Aufnahmesysteme
3.2 aktive Aufnahmesysteme
3.2.1 RADAR (Radio Detecting and Ranging)
3.2.1.1 SAR (Synthetic Aperture Radar)
3.2.1.2 CARABAS
3.2.2 LIDAR (Light Detection and Range)
4. Anwendungsbeispiele der Fernerkundung in der Forstwirtschaft
4.1 TopoSys –LIDAR
4.2 CARABAS
5. Zusammenfassung
6. Literatur
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht die zentrale Bedeutung der Fernerkundungstechnologien für forstwirtschaftliche Aufgaben, insbesondere in den Bereichen Waldinventur, Monitoring, Management und Planung, wobei der Fokus auf dem Vergleich und der Anwendung passiver sowie aktiver Aufnahmesysteme liegt.
- Grundlegende Spektraleigenschaften der Vegetation als Basis für die Fernerkundung.
- Analyse und Berechnung von Vegetationsindizes wie dem NDVI zur Vitalitätsbestimmung.
- Untersuchung passiver Aufnahmesysteme, insbesondere der Luftbildphotographie und Satelliten-Fernerkundung.
- Detaillierte Betrachtung aktiver Aufnahmesysteme mit Schwerpunkt auf RADAR (SAR/CARABAS) und LIDAR.
- Praktische Anwendungsbeispiele der vorgestellten Sensortechnologien in forstwirtschaftlichen Szenarien.
Auszug aus dem Buch
3.2.1.2 CARABAS
Die Verwendung von Mikrowellen (SAR) zeigt, dass die Rückstreuung teilweise mit der Biomasse des Waldes korreliert. „At higher frequencies (e.g. X- or C-band) the high attenuation of the canopy results in scattering which is dominated by small structures in the crown, and is thus only indirectly related to biomass” (SMITH ET AL. 2002: 2). Aufgrund der Rückstreusättigung in diesen Wellenlängen resultiert dies in einer sehr geringen Biomasse. Kleiner Frequenzen (größere Wellenlängen), wie die des L- und P-Bandes, zeigen eine wesentliche höhere Sensibilität mit der Biomasse.
Die größere Rückstreuung des Radar von Stämmen und größeren Ästen ermöglichen bessere Aussagen zur Biomasse. „These results suggest that the use of even lower frequencies is desirable so that dense canopies can be penetrated” (SMITH ET AL. 2002: 2).
Mehrere Studien haben gezeigt, dass die Verminderung der Radarfrequenzen in einer besseren Korrelation zwischen Rückstreuung und Biomasse mündet (ULANDER ET AL. 2003: 2). Das einzige SAR-System welches mit einer Frequenz unter 100 MHz arbeitet ist das CARABAS (coherent all radio band SAR). CARABAS ist ein hochauflösender Flugzeugsensor (2,5 m) mit einem Aufnahmebereich zwischen 20 - 90 MHz, welcher in den frühen 90er Jahren durch die Swedish Defence Research Agency entwickelt wurde (Abb.16).
Zusammenfassung der Kapitel
Einleitung: Diese Einleitung stellt die Bedeutung von Wäldern als ökologische und ökonomische Ressource dar und erläutert, wie Fernerkundung zur Unterstützung forstwirtschaftlicher Entscheidungsprozesse beiträgt.
1. Spektraleigenschaften der Vegetation: Dieses Kapitel erläutert die Grundlagen der elektromagnetischen Strahlung und die spezifischen Reflexions- sowie Absorptionseigenschaften von Vegetation in verschiedenen Spektralbereichen.
2. Vegetationsindizes: Hier wird der Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) als wichtiges Maß zur Bestimmung der Vitalität und photosynthetischen Aktivität von Pflanzen eingeführt.
3. relevante Aufnahmesensorik in der Forstwirtschaft: Dieses Kapitel differenziert zwischen passiven und aktiven Aufnahmesystemen und beschreibt deren technologische Funktionsweise zur Erfassung von Waldparametern.
4. Anwendungsbeispiele der Fernerkundung in der Forstwirtschaft: Anhand konkreter Beispiele wie TopoSys-LIDAR und CARABAS wird gezeigt, wie Fernerkundungsdaten in der Praxis zur Bestandsaufnahme und Biomassebestimmung genutzt werden.
5. Zusammenfassung: Dieses Kapitel fasst die Ergebnisse zusammen und betont, dass die Kombination verschiedener Sensortechnologien essenziell für die forstwirtschaftliche Planung ist.
6. Literatur: Das Verzeichnis enthält alle im Text referenzierten wissenschaftlichen Quellen und weiterführende Literatur zur Fernerkundung in der Forstwirtschaft.
Schlüsselwörter
Fernerkundung, Forstwirtschaft, Waldinventur, Vegetationsindizes, NDVI, Radar, SAR, CARABAS, LIDAR, Baumhöhe, Biomasse, Satellitendaten, Luftbildphotographie, Waldmonitoring, Change Detection.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit?
Die Arbeit behandelt die grundlegende Bedeutung und Anwendung verschiedener Fernerkundungstechnologien in der modernen Forstwirtschaft zur Unterstützung von Inventur, Monitoring und Management.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen umfassen die physikalischen Grundlagen der Vegetation im elektromagnetischen Spektrum, die Funktionsweise passiver und aktiver Sensoren sowie deren konkrete Anwendung bei der Erfassung forstwirtschaftlicher Parameter.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Ziel ist es, einen Überblick über die heute verfügbare Aufnahmesensorik zu geben und aufzuzeigen, wie diese zur Lösung forstwirtschaftlicher Fragestellungen, wie der Ermittlung von Biomasse oder Baumhöhe, beitragen kann.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer Literaturanalyse verschiedener wissenschaftlicher Studien und technischer Dokumentationen zu passiven optischen Systemen sowie aktiven Systemen wie RADAR (SAR) und LIDAR.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Untersuchung von Spektraleigenschaften, die Anwendung von Vegetationsindizes (NDVI), eine detaillierte technische Analyse von RADAR- und LIDAR-Systemen sowie praxisnahe Anwendungsbeispiele.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die wichtigsten Begriffe sind Fernerkundung, Forstwirtschaft, Biomassebestimmung, Baumhöhe, Radar, LIDAR und Vegetationsindizes.
Warum ist das CARABAS-System besonders für die Biomassebestimmung geeignet?
Im Gegensatz zu höheren Radarfrequenzen arbeiten CARABAS-Sensoren im sehr niedrigen Frequenzbereich (20-90 MHz), was zu einer höheren Eindringtiefe in das Blätterdach führt und eine lineare Korrelation zur Biomasse bis zu hohen Stammvolumina ermöglicht.
Welchen Vorteil bietet LIDAR gegenüber optischen Fernerkundungsmethoden?
LIDAR ermöglicht die dreidimensionale Erfassung der Waldstruktur, wie etwa der vertikalen Verteilung des Pflanzenmaterials und der exakten Baumhöhe, während optische Bilder oft nur zweidimensionale Informationen liefern.
- Citation du texte
- Daniel Mirgorodsky (Auteur), 2005, Die Bedeutung der Fernerkundung in der Forstwirtschaft, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/64474
