UAV LiDAR Befliegung und Begehung eines Waldgebiets zur Bestimmung von Biomasse und Kohlenstoffgehalt

UAV LiDAR Befliegung und Begehung eines Waldgebiets zur Bestimmung von Biomasse und Kohlenstoffgehalt

Im Januar 2019 hatten wir einen Vor-Ort-Einsatz zur UAV LiDAR Befliegung und Begehung eines Waldgebiets bei Köln. Unsere Arbeit erfolgte für die Firma GRAS Global Risk Assessment Services GmbH. Ziel war es, das Waldgebiet luftgestützt mittels UAV (Drohne) wie auch terrestrisch dreidimensional zu vermessen. Der dabei gewonnene Datensatz in Form einer 3D-Punktwolke wurde von uns genutzt, um im Rahmen der Auswertung forstinventurrelevante Baumparameter abzuleiten und die Biomasse zu ermitteln. Die Biomasse – das Volumen der Bäume über Grund – dient zur Bestimmung des gespeicherten Kohlenstoffgehalts.

Vorweg wünschen wir dem Team von GRAS weiterhin viel Erfolg. Weltweite Landnutzungsänderungen und die daraus resultierende Freisetzung von gespeichertem Kohlenstoff tragen in erheblichem Maße zum Klimawandel bei! Mehr dazu erfahren Sie hier. Screenshot-Schnitt-Punktwolke-Wald-Baum-Baeume-DGM-Digitales-Gelaendemodell-Wald-Waldboden-Daten-UAV-LiDAR-Befliegung-Begehung-von-einem-Waldgebiet-Bestimmung-von-Biomasse-Kohlenstoffgehalt

UAV LiDAR Befliegung und Begehung eines Waldgebiets mit nur einem LiDAR Scanner

Im Rahmen des Auftrags für die Firma GRAS haben wir den Laserscanner GeoSLAM ZEB-HORIZON eingesetzt. Dieser LiDAR Scanner ist einer der wenigen, die sowohl per UAV geflogen als auch zu Fuß getragen werden können. Die berührungslose und sehr präzise Erfassungsmethode ermöglicht es, einzelne Bäume, Waldgebiete und ganze Landschaften dreidimensional zu erfassen und zu vermessen. Eine automatisierte Klassifizierung zur Erstellung von digitalen Geländemodellen (DGM) erfolgt auf Basis der zwei gelieferten Pulse des Systems (First- und Last-Puls).

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Auswertung der UAV LiDAR Befliegung des Waldgebiets zur Bestimmung von Biomasse und Kohlenstoffgehalt

Die eigentliche Herausforderung war nicht die UAV Befliegung bzw. Begehung, sondern die aufwendige und sehr komplexe Datenauswertung. Unsere Aufgabe bestand neben der Bestimmung der Biomasse (Volumen über Grund) auch in der Erfassung von forstinventurrelevanten Baumparametern. Grundlage dafür ist die georeferenzierte LiDAR Punktwolke im LAZ-Format.

Die Punktwolke wurde zur Weiterverarbeitung in ein binäres Format umgewandelt und in quadratische Kacheln zerlegt. Nach Filterung der Bodenpunkte wurden die verbleibenden Punkte (inkl. Bodenvegetation, scannerspezifischer Streupunkte und nichtpflanzlicher Objekte wie Zäune, Bänke und Menschen) zur Bestimmung der Biomasse verwendet. Die weitere Auswertung erfolgte mittels vieler Arbeitsschritte und zweier unterschiedlicher Methoden zur Bestimmung der Biomasse anhand des Punktwolkenvolumens. Weitere Details zur Auswertung möchten wir an dieser Stelle aktuell nicht preisgeben, da an diesem teilautomatisierten Workflow weiterhin intensiv gearbeitet wird, um ein eigenständiges Produkt zu entwickeln.

Ableitung von forstinventurrelevanten Baumparametern aus der UAV LiDAR Befliegung und Begehung

Folgende forstinventurrelevante Baumparameter wurden abgeleitet und von uns zur Weiterverarbeitung an GRAS übergeben:

  • Brusthöhendurchmesser (BHD)
  • Baumpositionen (in Höhe des Brusthöhendurchmesser)
  • Baumhöhe
  • Stammprofile
  • Digitales Geländemodell DGM

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Volumenbestimmung zur Ermittlung von Biomasse und Kohlenstoffgehalt

Wie bereits erwähnt, wurde die Volumenbestimmung anhand von zwei unterschiedlichen Methoden durchgeführt. Wir lieferten mithilfe der beiden Methoden eine nummerische Auflistung des Gesamtvolumens, eine Aussage pro Kachel sowie einzelne Stammvolumen. Das Stammvolumen wurde ebenfalls gesamt, pro Kachel und für jeden einzelnen Baum mittels Textdatei übergeben.

Projektumfang:

  • Überprüfung des Luftraums und Einholen sämtlicher Genehmigungen
  • Projektmanagement und Abstimmung wichtiger Parameter und Ergebnisse im Rahmen der UAV LiDAR Befliegung
  • Flugplanung zur effizienten Erfassung und optimalen Nutzung der Flugzeit
  • Drohnenvermessung durch LOGXON UAV Pilot
  • Planung und Durchführung der LiDAR Begehung zur terrestrischen Vermessung mittels GeoSLAM ZEB-HORIZON
  • Registrierung, Verarbeitung sämtlicher Passpunkte und Export der UAV- und terrestrischen Laserscans zur Weiterverarbeitung
  • Zusammenführung („Merging“) der UAV- und terrestrischen Laserscans zu einer Punktwolke pro Waldfläche
  • Übergebene Ergebnisse: zusammengeführte Punktwolke, Einzelpunktwolken (Erfassung UAV und terrestrisch) und Videostreams von allen Scans zur Orientierung und Visualisierung
  • Auswertung und Übergabe folgender Ergebnisse:
    • Forstinventurrelevante Baumparameter
    • DGM-Rasterpunkte
    • Volumen über Grund (Gesamt und pro Kachel)
    • Stammvolumen
  • Umfangreiche Nachbesprechung, Erläuterung und Interpretation der Ergebnisse
  • Film über die Erfassungsmethode und Auswertung

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