Terrestrische Photogrammetrie in der Forstwirtschaft


Photogrammetrische und fernerkundliche Verfahren werden in der Forstwirtschaft schon seit langen mit Erfolg eingesetzt. Mit Hilfe von Luftbildern lassen sich beispielsweise sehr schnell aktuelle Informationen zum Waldbestand oder zu mittleren Baumhöhen erheben. Mit Satellitenbilddaten können Aussagen zum Zustand der Wälder getroffen oder Wald- bzw. Baumarten klassifiziert werden. Dem gegenüber werden terrestrische photogrammetrische Methoden bisher nur in sehr begrenztem Umfang eingesetzt. Durch neue Entwicklungen im Bereich der Sensorik und Auswerteverfahren können bisherige Hemmnisse überwunden werden und neue Anwendungsfelder werden möglich.

Mit modernen Verfahren der terrestrischen Photogrammetrie lassen sich aus Bilddaten mit einer ausreichenden Überlappung Punktwolken bestimmen die in der Qualität denen von terrestrischen Laserscannern in nichts nachstehen. Im Gegensatz zum Laserscanning ist der technische Aufwand bei Verwendung photogrammetrischer Verfahren erheblich geringer. Benötigt wird lediglich eine Kamera mit stabiler Geometrie und eine Möglichkeit die absolute Lageinformation zu erfassen. 3D ImageVectorAls Kamera eignen sich im Prinzip alle modernen digitalen Spiegelreflex- oder Systemkameras. Für die Erfassung der Lageinformation können entweder Passpunkte mit Hilfe klassischer Vermessungsmethoden erfasst werden oder es kann der sogenannte 3D ImageVector link_symbol_small zum Einsatz kommen. Mit dem 3D Image Vector wird zu jeder Aufnahme die sogenannte äußere Orientierung erfasst. Die Erfassung von Passpunkten ist in der Regel sehr aufwendig und im Wald meist nicht praktikabel und soll deshalb hier nicht weiter betrachtet werden.

Beispielhaft sollen in diesem Beitrag 4 mögliche Anwendungsszenarien für den Einsatz der terrestrischen Photogrammetrie in Verbindung mit dem 3D Image Vector in der Forstwirtschaft vorgestellt werden:

  • Vermessung von Holzpoltern
  • Erfassung von Parametern für die Forstinventur
  • Baumhöhenbestimmung
  • direkte Georeferenzierung von Einzelbildern (keine Anwendung der terrestrischen Photogrammetrie)

Vermessung von Holzpoltern

Mit nur wenigen Bildern lassen sich Holzpolter sehr genau vermessen und die Lage in einem Informationssystem ablegen. Die Vermessung beschränkt sich dabei nicht auf die Erfassung des Gesamtvolumens der Polter. Durch die Generierung einer 3D Punktwolke in Verbindung mit den Bilddaten können die einzelnen Stämme extrahiert und Vermessen werden. Hiermit wird das Verfahren gerade dann interessant wenn wertvolle Hölzer erfasst werden müssen. Neben der Volumenvermessung lässt sich mit dieser Methode auch die Anzahl der Stämme, sowie die jeweiligen Durchmesser erfassen. Als Nebenprodukt erhält man noch die exakten Geokoordinaten der Polter und die Bilder für die Dokumentation. Der Aufwand der Methode vor Ort ist sehr gering und erfordert nur wenig Spezialwissen.

holzpolter_01

3D Modell eines Holzpolters

 

holzpolter_02

Geometriedaten aus 3D Modell abgreifen, hier Durchmesser

Erfassung von Parametern für die Forstinventur

Bei der Forstinventur werden in regelmäßigen Abständen stichprobenartig Inventurparameter, wie z.B. Baumart, Baumhöhe, Brusthöhendurchmesser, Entfernung und Azimut vom Zentrum des Stichprobengebiets, sowie Flächenmerkmale und Qualität der Bäume erfasst. Die Erfassung erfolgt in der Regel manuell im sogenannten Zweimann-Verfahren. Für die Erfassung der Geometrieparameter wurden in der Vergangenheit automatische Verfahren mit Hilfe von terrestrischen Laserscannern getestet. Die Parameter lassen sich damit zuverlässig ableiten, der Aufwand für die Verwendung eines terrestrischen Laserscanners ist jedoch unverhältnismäßig hoch. Durch die Verwendung von terrestrischen photogrammetrischen Verfahren in Verbindung mit dem 3D Image Vector lassen sich Ergebnisse in vergleichbarer Qualität erzielen. Der Aufwand hierbei ist jedoch um ein vielfaches geringer als bei der Verwendung von terrestrischen Laserscannern.

3D Punktwolke eines Stichprobengebiets (Ausschnitt)

3D Punktwolke eines Stichprobengebiets (Ausschnitt)

Für die Erfassung empfiehlt es sich das Aufnahmegebiet zu umrunden und in regelmäßigen Abständen Bilder mit Blickrichtung zum Zentrum des Gebiets zu erfassen. Wichtig hierbei ist eine ausreichen große Überlappung der einzelnen Aufnahmen. Aus den Einzelaufnahmen lässt sich in der folgenden Auswertung eine 3D Punktwolke des Aufnahmegebiets errechnen aus der alle geometrischen Parameter abgegriffen werden können. Die Erfassung wird durch die georeferenzierten Bilddaten  mit absoluten Koordinaten direkt verortet und dokumentiert. Durch Zeitreihen lassen sich so zusätzlich wertvolle Daten in Bezug auf die Entwicklung des Walds einfach ableiten.

Abgreifen von Geometrieparametern aus 3D Punktwolke

Abgreifen von Geometrieparametern aus 3D Punktwolke

 

Baumhöhenbestimmung

Baumhöhen lassen sich sehr einfach durch die Aufnahme nur weniger Bilder bestimmen. Empfehlenswert ist es hierbei, die Bäume als ganzes im Bild zu erfassen. Besonders gut eignet sich dieses Verfahren im Bereich von Lichtungen, Kahlschlägen oder Waldrändern. Als zusätzliche Information lässt sich der Durchmesser der Stämme bestimmen. Der Workflow hier ist vergleichbar mit den oben genannten Anwendungen. Es werden Einzelbilder mit genügend großer Überlappung aufgenommen und in einem Auswerteprozess zu einer 3D Punktwolke verrechnet. Aus der Punktwolke können die Geometrieparameter abgeleitet werden, die Bilder dienen zusätzlich der Dokumentation.

3D Punktwolke eines Waldgebiets

3D Punktwolke eines Waldgebiets

 

Messen der Baumhöhe in der Punktwolke

Messen der Baumhöhe in der Punktwolke

 

Direkte Georeferenzierung von Einzelbildern

Gerade in der Forstwirtschaft ist es wichtig sich einen guten Überblick über die bewirtschafteten Waldflächen zu verschaffen. Die beste Möglichkeit bietet hierfür die Verwendung von Luftbildern. Eine gute Datenquelle für entsprechende Daten sind die Bilddaten der Landesvermessungen die in der Regel das Landesgebiet in 3 Jährigem Turnus befliegen. Werden aktuellere Daten benötigt kann auf Satellitenbilddaten zurückgegriffen werden oder eine zusätzliche Befliegung erfolgen. Eine Alternative hierfür ist die Kleinräumige Befliegung mit einem Helikopter und die manuelle Erfassung der Bilder. Gerade nach Schadensereignissen bietet sich diese Vorgehensweise an. Um die manuell erfassten Einzelbilder sinnvoll georeferenzieren zu können bietet sich auch hier der Einsatz des 3D Image Vectors an. Die Einzelbilder werden hierbei mit der Aufnahmeposition und den Aufnahmerichtungen versehen und können so direkt entzerrt werden (siehe auch „Geodaten aus dem Helikopter„).

Fazit

Die Entwicklung moderner terrestrischer Methoden in der Photogrammetrie, ermöglichen auch in der Forstwirtschaft neue Lösungsmöglichkeiten. Es muss nicht immer nur der Blick aus der Luft sein, sondern auch Bilddaten vom Boden können helfen die Arbeitsabläufe in der Forstwirtschaft zu vereinfachen. Durch die Kombination von Kameras mit dem 3D Image Vector schafft man die Grundlage für eine umfangreiche Auswertung und Analyse forstlicher Parameter. Zusätzlich werden immer auch Bilddaten erfasst die für eine Dokumentation des ist-Zustands genutzt werden können.

Für Fragen rund um den 3D Image Vector link_symbol_small stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung.

twittergoogle_pluslinkedintwittergoogle_pluslinkedin

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.