Teilprojekt Vegetationsvermessung

Ziele

Ein entscheidender Punkt beim Vergleich von gemessenen Winddaten mit Modellergebnissen ist eine möglichst detailgetreue Nachbildung der Charakteristika des Standorts im Modell. Für eine hochaufgelöste Modellierung von Strömungen an Waldkanten ist daher eine Bestandesaufnahme durch eine Forstinventur o.Ä. nicht ausreichend. Neben einer direkten Einzelbaumvermessung wurde aus diesem Grund die Vermessung mit terrestrischen Laserscannern vorgenommen. Die Zielgrößen sind unter anderem:

Erfassung der räumlichen Verteilung der Vegetation mittels terrestrischen 3D-Laserscanning und Bestandesaufnahmen von Einzelbäumen mit photogrammetrischen Methoden
Ableitung von Baum- und Bestandsparametern (Baumhöhe, Brusthöhendurchmesser, Position, DGM)
Bestimmung von Strukturparametern und Extraktion von Parametern zur Bestimmung von Widerstandsbeiwerten (Bsp.: Plant Surface Area Density PAD(x,y,z))
Die mittlere freie Weglänge zwischen den Strömungshindernissen (Bäumen, Zweigen)

Terrestrisches Laserscanning

In den Jahren 2008, 2010 und 2011 wurde das Untersuchungsgebiet von verschiedenen Laserscannerstandpunkten aufgenommen. Zusätzlich wurden zu den Bodenscans Aufnahmen vom Gittermast 1 (auf dem Wildacker, Höhe 40 m) und dem Hauptmast (im Bestand, Höhe 42 m) durchgeführt, die eine flächendeckende Erfassung des Kronendaches ermöglichten. Über künstliche Targets (Kugeln und Zylinder) wurden die einzelnen Scans zueinander registriert. Die Gesamtpunktwolke besteht aus über 150 Mio. Einzelpunkten und umfasst ein Gebiet von 450 m x 250 m. Die Vermessung des Standortes erfolgte in Zusammenarbeit mit der Professur für Meterorologie.

TLS Kampagne

Aufnahme einer Drohne mit Blick auf GM1 © Queck

Riegl LMS-Z 420i auf dem Turm GM1 — Riegl LMS-Z 420i dem Turm GM1 © Queck

Installation des Scanners am Hauptmast © IPF

Blick auf das Kronendach (entfernungscodiert) © IPF

Ergebnisse

Neben der automatischen Bestimmung der Baumhöhe, den BHDs sowie Baumpositionen der Bäume entlang des Transektes wird zusätzlich das Digitale Geländmodell (DGM) aus den terrestrischen Laserscannerdaten abgeleitet. Mit einer Rasterweite von 50 cm wird das Gelände um die Messtürme beschrieben. Die Punktwolke entlang der 4 Türme (500 m x 120 m) wurde in einen Voxelraum mit 1 m Kantenlängen transformiert. Zu jedem Voxel, welches über diskrete Voxelmittelpunktskoordinaten verfügt, werden Attribute abgespeichert:

die Punktanzahl der im Voxel befindlichen Laserpunkte
die Anzahl der Durchschüße der Laserpunkte welche hinter dem Voxel zum Treffer geführt haben und durch das Voxel gelaufen sind
die Anzahl der Punkte die vor dem Voxel zum Treffer geführt haben (Wahrscheinlichkeit eines Treffers wenn kein Hinderniss vorhanden wäre)
Reflexionswahrscheinlichkeit

Aus den normierten Punktdichten in den Volumenelementen sollen später Reibungskoeffizienten für die Strömung im Bestand parametrisiert werden. Die detektierten Baumpositionen wurden mit einer Delaunay Triangulation zu einem Streckennetz verbunden. Anhand der Dreiecksseitenlängen wurde der mittlere Baumabstand ermittelt. Da am Rand aufgrund von Scanschatten nicht alle Bäume detektiert wurden, äußert sich das in langen Dreiecksseiten. Diese Seiten wurden mit Hilfe der 3Sigma Regel bei der Berechnung der mittleren Wegstrecke nicht mit berücksichtigt.

Vegetationsvisualisierung

In Zusammenarbeit mit dem ZIH (Zentrum für Informationsdienste und Hochleistungsrechnen) der TU-Dresden ist ein Überflug über das Studiengebiet entstanden.

Aus den abgeleiteten Bamparametern (Position, Brusthöhendurchmesser, Baumhöhe und Kronenansatzhöhe) der terrestrischen Laserscannerdaten in Kombination mit Airborne Laserscans wurden die Bestände um den Wildacker modelliert und mit den Strömungsdaten der numerischen Simulation visualisiert.

Ergebnisse