Als integraler Bestandteil unseres Ökosystems sind Wälder in jeder Hinsicht von unschätzbarem Wert. Sie bieten nicht nur einer Vielzahl von Wildtieren Lebensraum, sondern spielen auch eine entscheidende Rolle bei der Kohlenstoffbindung, der Wasserreinigung und der Bodenstabilisierung. Seit Jahrhunderten dringen Förster tief in die Wälder vor und dokumentieren akribisch die Wunder des Waldes. Ihre Bemühungen, diese komplexen Ökosysteme zu untersuchen und zu verstehen, entwickeln sich mit dem Aufkommen neuer Technologien ständig weiter. Je mehr wir wissen, desto besser können wir unsere Wälder bewirtschaften und bewahren.
Light Detection and Ranging (LiDAR) wird seit Jahrzehnten zur Untersuchung der Waldökologie und -bewirtschaftung eingesetzt. Diese Technologie liefert hochauflösende, dreidimensionale Informationen über die Waldstruktur und ermöglicht es Forschern, Baumhöhe, Kronendichte und Bodenbedeckung mit bemerkenswerter Genauigkeit zu messen. Durch die Nutzung der Leistungsfähigkeit von LiDAR können Forscher präzise digitale Geländemodelle erstellen, die Waldgesundheit beurteilen, Biomasse und Kohlenstoffbindung schätzen und Strategien für eine nachhaltige Waldbewirtschaftung entwickeln.
Diese Fallstudie beleuchtet eine Gruppe von Förstern, die die vielseitigen Auswirkungen des Einsatzes von LiDAR-Technologie in der forstwissenschaftlichen Forschung untersuchen möchten. Indem wir ihnen folgen, erfahren wir, wie LiDAR-Technologien ihre Sichtweise auf die Wälder verändert haben.
LiDAR-Punkte verbinden – Eine Frage der Gewöhnung
Über weite Teile der Westküste der Vereinigten Staaten erstrecken sich üppige Waldflächen, die ein vielfältiges Ökosystem verkörpern, das zugleich komplex und faszinierend ist. Eingebettet in das reiche Laub einheimischer Baumarten, darunter Ponderosa-Kiefern des Willamette Valley, Weißeichen und Dickichte moosiger Weinahorne, liegt der Bundesstaat Oregon. Im Herzen dieser natürlichen Pracht setzt ein wegweisendes Team von Förstern und Forschern der Oregon State University modernste Technologie zur Untersuchung von Wäldern ein. Bogdan Strimbu, außerordentlicher Professor für Forsttechnik, Ressourcen und Management, gehört zu den frühen Anwendern der LiDAR-Technologie in der forstwissenschaftlichen Forschung.
Als Biometriker beschäftigt sich Prof. Strimbu mit der Waldinventur und der Modellierung des Waldwachstums. LiDAR war für ihn nicht gerade Liebe auf den ersten Blick. Es brauchte Zeit und Geduld und natürlich viel gründliches Nachdenken, um die Schönheit von LiDAR-Daten zu erkennen, die für andere vielleicht nicht so offensichtlich ist. Doch schließlich wurde der Datenreichtum von LiDAR zu einem unverzichtbaren Werkzeug für Prof. Strimbu, und er blickte nie zurück. Prof. Strimbu erinnerte sich: "Man beginnt Muster zu erkennen, wenn andere das nicht tun ... Ich war fasziniert vom Übergang von der alten zur neuen Photogrammetrie und von der Photogrammetrie zur Punktwolke ... Wenn die Photogrammetrie so viele großartige Dinge ermöglicht, warum sollte man dann nicht zu aktiven Sensoren wie LiDAR zurückkehren? So bin ich von LiDAR begeistert worden."
Kompass, Karten, Forstmaßband und jetzt 3D-Schnappschüsse
Die Inventarisierung riesiger Wälder war früher arbeitsintensiv. Försterteams durchquerten das Gelände, um alles manuell zu messen. „Traditionell wurde die Waldinventur durchgeführt, indem man das Gelände beging und Durchmesser sowie Höhen maß“, erklärte Prof. Strimbu. Ein zweiköpfiges Team konnte an einem Tag nur eine begrenzte Strecke und Fläche abdecken, und es blieb viel zu wünschen übrig.
LiDAR macht diesen Prozess deutlich schneller. Ein einzelner Bediener kann in einem Bruchteil der Zeit eine wesentlich größere Fläche erfassen. Die Fähigkeit von LiDAR, eine umfassende Bestandsaufnahme des Waldes zu liefern und die Details jedes Baumes – von der hoch aufragenden Krone bis zu kleinen Setzlingen – zu erfassen, stellt einen Wendepunkt für die Waldbewirtschaftung dar.
3D-Schnappschüsse beschreiben den Wald wesentlich besser als eindimensionale, manuell erhobene Daten mit einem einzigen Konfidenzintervall. „Es ist buchstäblich wie ein 3D-Bild davon, wie der Wald in einem bestimmten Moment aussieht“, sagte der Professor. Dieser Datenreichtum unterstützt nicht nur aktuelle Entscheidungsprozesse, sondern dient auch als wertvolle Ressource für zukünftige Forschung und Analysen.
Fortschritt vorantreiben: Die Unterstützung von FJD Trion verändert die Forschung
Nachdem Prof. Strimbu vom Wert der LiDAR-Daten überzeugt war, wurden die Qualität und Zugänglichkeit dieser Daten zu seinem nächsten Anliegen. Aus seiner Erfahrung mit Sensoren verschiedener Hersteller heraus stellte Prof. Strimbu hohe Anforderungen an Datenqualität, Servicezuverlässigkeit und kontinuierliche Unterstützung. Zwar bot jede Sensormarke ihre eigenen Vor- und Nachteile, doch die Reaktionsfähigkeit und Zuverlässigkeit des Supports erwiesen sich als entscheidende Kriterien.
„Die Hilfe, die ich von FJD Trion erhalten habe, ist außerordentlich gut, und Antworten kommen normalerweise innerhalb von 24 Stunden“, bemerkte der Professor. Für den Professor und sein Team ist es wichtig, Informationen und Unterstützung zu erhalten, die echte Probleme umgehend lösen. So können sich die Forscher darauf konzentrieren, Erkenntnisse aus den Daten zu gewinnen, und Stunden, vielleicht sogar Tage, bei der Datenerfassung und -analyse sparen. Auch wenn schnelle Reaktionen unerlässlich sind, liegt der eigentliche Wert in umsetzbaren Lösungen. Schließlich benötigt das Team praktische Anleitungen, die umgesetzt werden können, und nicht nur schnelle Antworten. „(FJD Trion bietet) Lösungen, die nützlich sind, und keine Lösungen, bei denen wir weitere 10.000 Dollar bezahlen sollen, oder solche Antworten, die eigentlich keine Lösungen sind ... Wenn alles wie bei FJD Trion wäre, wäre alles großartig.“
Dennis Chung, Projektingenieur bei FJD Trion, demonstriert dem OSU-Team die neue Forstfunktion im FJD Trion Model.
Über den Strahl hinaus: LiDAR an der Schwelle zur Informationsintegration
Mit der fortschreitenden Reifung von LiDAR ist zu erwarten, dass die Technologie noch umfassendere Einblicke in Waldökosysteme ermöglicht. Prof. Strimbu sieht einen Übergang von LiDAR von einer eigenständigen Technologie zu einer wichtigen Datenquelle, die Big Data zusammenführt.
Eine konkrete Verbesserung für den Einsatz von LiDAR in der forstwissenschaftlichen Forschung ist laut dem Professor die Kombination von Daten aus der Luft und vom Boden. „Was ich sehe, ist die Zusammenführung der beiden Beschreibungen des Waldes – eine von unten und eine oberhalb der Baumkronen ... Bei der Vermessung eines Waldes und großer Flächen besteht der nächste Schritt meiner Meinung nach darin, mit terrestrischem LiDAR zu arbeiten und die gemeinsame Registrierung der Punktwolken nahtlos zu gestalten.“
Über die Datenintegration hinaus sieht Prof. Strimbu LiDAR als Eckpfeiler der Big-Data-Analyse in der Forstwirtschaft. „Eine weitere Richtung, in die sich LiDAR meiner Meinung nach entwickeln könnte, ist die zunehmende Arbeit mit großen Datenmengen, die Kombination mehrerer Datenquellen und die Zusammenführung von LiDAR mit anderen Fernerkundungsquellen. Zum Beispiel verschiedene Farbschemata, mit denen man die Punkte anhand verschiedener Frequenzen einfärben kann, die heute nicht zum üblichen Arbeitsablauf gehören.“
Aufgrund seiner umfassenden Beschreibung des Waldes können LiDAR-Daten als Grundlage für die Einbindung anderer Fernerkundungsquellen wie Satellitenbilder dienen. Diese Datenfusion würde es Forschern ermöglichen, ein umfassenderes Bild der Waldgesundheit und -zusammensetzung zu erstellen. Stellen Sie sich vor, nicht nur die Kronenstruktur anhand von LiDAR zu analysieren, sondern auch Informationen über den Gesundheitszustand der Pflanzen oder mögliche Befälle aus Satellitenbildern zu überlagern – alles innerhalb eines einzigen, leistungsstarken Datensatzes.
Wie Prof. Strimbu es treffend formuliert: „LiDAR wird heute für die Zukunft erfassen.“
Erfahren Sie mehr über den FJD Trion P2 LiDAR-Scanner hier.
Erfahren Sie mehr über den FJD Trion S2 3D-LiDAR-Scanner hier.
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