der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft 338,1994
Hans Ulrich Scherrer, Hubertus Schmidtke, Bernhard Oester
Folgeaufnahmen
Erfassen von Veränderungen des Waldzustandes mit Luftbildern
der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft 338,1994
Hans Ulrich Scherrer, Hubertus Schmidtke, Bernhard Oester
Folgeaufnahmen
Erfassen von Veränderungen des Waldzustandes mit Luftbildern
Herausgeber
Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft, Birmensdorf
Professor Rodolphe Schlaepfer, Direktor WSL Herausgeberkommission WSL:
Dr. Simon Egli, Konrad Häne, Dr. Bruno Jans, Dr. Walter Keller, Dr. Alois Kempf, Dr. Nino Kuhn,
Dr. Ruth Landolt, Dr. Christoph Scheidegger, Dr. Ulrike Bleistein Herstellung:
Bruno Crivelli Peter Henseler Adresse der Autoren:
Hans Ulrich Scharrer Ingenieurbüro H.U. Scherrer 9650 Nesslau
Dr. Hubertus Schmidtke Ingenieurbüro H.U. Scherrer 9650 Nesslau
Dr. Bernhard Oester WSL
8903 Birmensdorf
Manuskript angenommen: 1. März 1994 Zitierung:
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch.
Kommissionsverlag:
F. Flück-Wirth, Internationale Buchhandlung für Botanik und Naturwissenschaften CH-9053 Teufen
Preis: Fr. 24.-
Anschrift für Tauschverkehr:
Bibliothek WSL Zürcherstrasse 111 CH-8903 Birmensdorf
Sämtliche Luftbilder wurden vom Flugdienst der Eidg. Vermessungsdirektion aufgenommen
© Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft Birmensdorf, 1994
Umschlag
Links: Infrarot-Luftbild Zürichberg, 1985
Mitte: Ausschnitt aus der Veränderungskarte «Prozentanteil geschädig- ter Bäume». Reproduziert mit Bewilligung des Vermessungsamtes der Stadt Zürich vom 25. 5. 1994
Rechts: Infrarot-Luftbild Zürichberg, 1988
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. 338, 1994
Folgeaufnahmen. Erfassen von Veränderungen des Waldzustandes mit Luftbildern.
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. 338: 47 S.
Zusammenfassung, resume, riassunto, summary, ill.
ISSN 1016-3166, ISBN 3-905620-35-9 OK: 630*524.61 (494) : 778.35
FDK: 524.61 : 587 : 48--05 : (494)
Abstract
Folgeaufnahmen. Erfassen von Veränderungen des Waldzustandes mit Luftbildern.
Die methodisch-technischen Möglichkeiten, Verände- rungen des Waldzustandes flächendeckend zu erfas- sen, werden dargestellt und bewertet. Verändern kön- nen sich zum einen die Flächen in ihren Abgrenzungen (Geometrie), zum anderen der Waldzustand auf den Flächen (Sachdaten). Das Verfahren geht von Infrarot- Luftbildern im Massstabsbereich von 1 :5000 bis 1 :12000 aus. Es werden Inventurprojekte vorgestellt, über die bisher nur intern berichtet wurde. Die gewon- nen Erfahrungen führen zur Formulierung eines voll- ständigen Arbeitsverfahrens «Folgeaufnahmen». Das Arbeitsverfahren berücksichtigt dabei folgende sechs Kriterien: Identische Bestandesgrenzen, Folgeinter- pretation aus der Retrospektive, Homogenität der Be- stockung, kleinste Geometrie, Bild/Bild-Vergleich und Identität der Bestockung. Die einzelnen Arbeitsschritte sind: Photogrammetrie, Bestandesausscheidung, In- terpretation, Datenerfassung und Datenauswertung, GIS-Anwendung und Kartendarstellung. Das beschrie- bene Verfahren «Folgeaufnahmen» ist operational, je- doch wesentlich anspruchsvoller als eine einmalige Zustandserfassung.
Keywords: Infrarot-Luftbilder, Waldschadenerfassung, Wiederholungsinventur, Waldzustand, Monitoring, Geo- graphische Informationssysteme
Subsequent inventories. Monitoring Changes in Fo- rest Condition by Means of Aerial Photographs.
The possible methods and techniques of monitoring forest condition over large areas are described and evaluated. Forest areas may alter in terms of bound- aries (geometry) or in terms of condition (information).
The procedure rests on infrared aerial photographs at scales of 1 :5000 to 1 :12 000. lnventory projects so far only internally reported on are presented. The experi- ence gained has allowed the formulation of a compre- hensive work programme "Subsequent lnventories".
This takes six criteria into account: identical stand limits, retrospective interpretation, homogeneity of the stock, small-scale geometry, comparison of photos, and identity of the stock. The fields of investigation are:
photogrammetry, identification of stands, interpreta- tion, data collection and evaluation, application of GIS and mapping. "Subsequent lnventories" is feasible but much more demanding than a single inventory.
Keywords: infrared aerial photographs, forest damage inventory, recovery inventory, forest condition, monito- ring, geographic information systems
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. 338, 1994
Vorwort
Wir leben in einer Zeit der Inventare. Flächenbezogene Daten werden in grossem Umfang gesammelt und entsprechende thematische Karten hergestellt.
Ökologische Inventare halten allerdings nur einen Zustand zu einem bestimmten Zeitpunkt fest. Die Dynamik, welcher alle Ökosysteme unter- worfen sind, kommt insbesondere bei Erstinventaren meist nicht zum Ausdruck. Die Inventare sind, abhängig von der Dynamik der Veränderun- gen, sehr unterschiedlich lange gültig. Doch gerade die Entwicklungen und Tendenzen ökologischer Sachverhalte müssen erfasst werden, um Entscheidungsträgern in der Wirtschaft oder in der Politik rechtzeitig Grundlageninformationen zu liefern.
In der Schweiz werden Waldbestände überwiegend durch Luftbild- auswertung kartiert. Für die Erfassung von Waldschäden wurden in den 1980er Jahren flächendeckende lnventuNerfahren auf der Grundlage von Infrarot-Luftbildern entwickelt. Teilbereiche waren die Technik der Luftbild- interpretation mit Hilfe von Interpretationsschlüsseln, die Methodik der flächenhaften lnventarisierung sowie die Photogrammetrie zur Herstellung von Bestandeskarten aus Luftbildern. Die damals entwickelten Verfahren wurden von ScHERRER (1986a, b), OESTER et al. (1990) und ScHERRER et al.
(1990) beschrieben. Bereits damals wurde auch die Frage gestellt, wie Veränderungen zu erfassen seien.
Seither fanden verschiedene Wiederholungsinventuren des Wald- zustandes statt. Die darin gesammelten Erfahrungen erlauben es nun, die Problematik der Folgeaufnahmen von Waldschäden umfassend darzu- stellen, Lösungen vorzuschlagen und auf weiteren Klärungsbedarf hinzu- weisen.
Mit Mitteln der Informatik kann man sowohl graphische als auch numerische Daten digital speichern und verarbeiten. Bei flächendeckenden Waldschadeninventuren mit Luftbildern sind die Aspekte der Wieder- holungsinventur sowie der Anwendung von Geographischen Informations- systemen zu beachten (siehe auch KtENAST et al. 1991 ).
Die Erfassung von Veränderungen betrifft nicht nur «Waldschäden».
Grundsätzlich bestehen dieselben methodischen Probleme für jegliche Änderung von Flächen und Flächeneigenschaften in der Landschaft (Land- nutzung allgemein, Landwirtschaft, Naturschutz, Siedlung usw.).
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Inhalt
Abstract 3
Vorwort 5
Verzeichnis der Abbildungen und der Tabellen 9
1 Einleitung und Problemstellung 10
2 Methodisch-technischer Rahmen 11
2.1 Flächenbezug 11
2.2 Waldschadendaten 11
2.2.1 Terminologie 11
2.2.2 Flächendaten und Waldzustandsdaten 11
2.2.3 Kronenzustandsstufen (Schadenkategorien) baumweise 11
2.2.4 Schadenkennziffern für Bestände (Flächen) 12
2.3 Luftbildauswertung 12
2.3.1 Interpretation von Waldschäden 13
2.3.2 Photogrammetrische Auswertung von Bestandesgrenzen 14
2.4 Digitale Daten 14
2.5 Geographische Informationssysteme (GIS) 14
2.6 Grundlagen 15
3 Beschreibung des Verfahrens ccFolgeaufnahmen„ 16 3.1 Charakteristik der Veränderung von Waldbeständen 16
3.2 Methodischer Ansatz 16
3.2.1 Überblick 16
3.2.2 Identische Bestandesgrenzen 17
3.2.3 Folgeinteq~retation aus der Retroseektive 17
3.2.4 Homogenität der Bestockung 17
3.2.5 Kleinste Geometrie 17
3.2.6 Bild/Bild-Vergleich 17
3.2.7 Identität der Bestockung 17
3.3 Erfasste Merkmale 17
3.4 Arbeitsablauf 18
3.4.1 Überblick 18
3.4.2 Photogrammetrie 18
3.4.3 Bestandesausscheidung 22
3.4.4 Interpretation 29
3.4.5 Datenerfassung und Datenauswertung 29
3.4.6 GIS-Anwendung 30
3.4.7 Kartendarstellung 30
3.4.8 Organisation der Arbeitsabläufe, Personal 31
3.5 Kenntnisstand 31
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. 338, 1994
4 Beispiele für Folgeaufriahmen 35
4.1 Bestandesentwicklung im Schutzwald Bristen 35
4.2 Waldveränderungen in einem stark belasteten Gebiet 35 im Raum Visp 1892-1987
4.3 Waldentwicklung und Naturgefahren an der Rigi-Nordlehne 36
4.4 Frostschäden 1987 37
4.5 Waldbrand Cassin da Quinta, 1988 37
4.6 Waldzustand und Waldveränderungen 1934-1984, 37 Naxwald bei Göschenen (Uri)
4.7 Waldzustand im Rutschgebiet Giswil, Kanton Obwalden, 1987 38 4.8 Folgeaufnahme Waldschäden 1985-1988, Zürich, 38
Auswertung und Arbeitsabläufe
5 Folgerungen 40
6 Zusammenfassung
Folgeaufnahmen. Erfassen von Veränderungen des Waldzustandes 42 mit Luftbildern
Resume
lnventaires repetitifs. Saisie des modifications de l'etat 43 des forets,
a
l'aide de photos aeriennesRiassunto
Rilievi successivi. Rappresentazione delle modifiche dello stato 44 del bosco per mezzo di fotografie aeree ripetute
Summary
Subsequent lnventories. Monitoring Changes in Forest Condition 45 by Means of Aerial Photographs
7 Literatur 46
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Verzeichnis der Abbildungen und der Tabellen
Abbildungen
1 Arbeitsablauf «Folgeaufnahmen»
2 Schema zur photogrammetrischen Auswertung und Transformation von Bestandesgrenzen 3 Flächenveränderungen im Plan
4 Photogrammetrische Transformation
5 Luftbildausschnitt, alter Zustand mit Überlagerung 6 Stereomodell «schwebende» Bestandesgrenzen
8 Diffuse, bestandesüber reifende Flächenveränderun en 9 Alte Aufnahme und alte Bestandesgrenzen
1 0 Neue Aufnahme und alte Bestandesgrenzen 11 Neue Aufnahme, alte und neue Bestandesgrenzen 12 Alte Aufnahme, alte und neue Bestandesgrenzen 13 Schema zur Bestimmung des Interpretationsmodus 14 Formular zur Erfassung von Waldschadenveränderungen 15 Karte der Schadenintensitätsdifferenz
Tabellen
1 Interpretationsmerkmale
2 Methoden zur Anal~se raum-zeitbezogener Daten 3 Mögliche Veränderungen in einem Bestand 4 Merkmalskatalog von Erst- und Zweitaufnahmen 5 Teilbereiche des Verfahrens «Folgeaufnahmen»
6 Kenntnisstand Genereller Arbeitsablauf 7 Kenntnisstand Photogrammetrie 8 Kenntnisstand Bestandesausscheidung 9 Kenntnisstand Interpretation
10 Kenntnisstand Datenerfassung/Datenauswertung 11 Kenntnisstand Kartendarstellung
12 Kenntnisstand GIS-Anwendung
19 20 20
21 21
22
22
23 24 24 25 25 26 27
28
13 15 16 18 18 31 32 32 33 33 34 34
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1 Einleitung und Problemstellung
Die methodischen Grundlagen zur Erhebung von Vege- tationsschäden mit Farbinfrarot-Luftbildern stellten KENNEWEG (1972) und HILDEBRANDT (1980) vor ca. 20 Jahren vor. Anfang der achtziger Jahre waren in Mittel- europa grossflächige Waldschäden aufgetreten, und es wurden Grossraum-lnventurverfahren auf Stichpro- benbasis (z.B. HILDEBRANDT 1983) sowieflächenbezoge- ne Inventurverfahren (ScHERRER 1986b) mit der Luftbild- Technologie entwickelt.
Bereits als diese Verfahren zur Erstinventur ent- wickelt wurden, stellte sich die Frage nach einem praxistauglichen Verfahren für Folgeaufnahmen von Waldschäden. Gautschi, Hauenstein und Scherrer er- arbeiteten 1988 einen Forschungsplan für das Pro- gramm Sanasilva: «Entwicklung praxisreifer Verfahren für die flächendeckende Erfassung von Waldverände- rungen auf der Grundlage von Infrarot-Luftbildern 1 :9000.» Daraufhin wurde ein Teilprojekt bewilligt, des- sen Ergebnisse in einem Zwischenbericht zusammen- gefasst wurden (ScHERRER 1989b).
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Aufbauend auf diesen Grundlagen wurden in der Schweiz verschieder:ie Einzeluntersuchungen zu aus- gewählten Fragen der Waldveränderungsthematik durchgeführt. Auftraggeber waren Gemeinden, Kanto- ne oder grössere Waldbesitzer. Die Berichte sind des- halb nur beschränkt öffentlich zugänglich. In diesen Projekten wurden viele methodische Erfahrungen ge- wonnen.
Ziel dieses Berichtes ist es, die heutigen Kenntnisse in der Methodik von flächenbezogenen Folgeinventu- ren von Waldschäden mit Infrarot-Luftbildern darzu- stellen und anhand von Fallbeispielen zu veranschau- lichen. Er beschreibt die Grundsätze für ein solches Verfahren und deckt methodische Lücken und sich abzeichnende Neuerungen (vor allem im Hinblick auf den Einsatz von Geographischen Informationssyste- men) auf.
2 Methodisch-technischer Rahmen
2.1 Flächenbezug
Bei grossräumigen Landnutzungs-, Wald- oder Wald- schadeninventuren werden in der Regel Stichproben- verfahren angewendet. So können mit geringem Auf- wand statistische Informationen gewonnen werden.
Auf regionaler und örtlicher Ebene sind dagegen be- standesbezogene, das heisst flächenbezogene Ver- fahren von Bedeutung. Die Planung waldbaulicheroder ingenieurtechnischer Massnahmen setzt voraus, dass man den Aufbau und den Zustand des Einzelbestandes kennt (siehe auch HEIDINGSFELD 1993).
Um Waldschäden bestandesweise zu erfassen, verwendet man bereits auf Karten vorhandene Be- standesgrenzen, oder die Bestände müssen neu abgegrenzt werden. Für jeden Einzelbestand ist die Schadenverteilung zu ermitteln. Beides geschieht in rationeller Weise durch Auswertung von Luftbildern.
2.2 Waldschadendaten
2.2.1 Terminologie
Waldsc;:häden werden nach UN-ECE-Richtlinien terre- strisch aufgrund von Nadel-/Blattverlusten in 5%-Stu- fen geschätzt (BRASSEL und SCHWYZER 1992). Es werden die Begriffe Nadel-/Blattverlustklassen, Verlichtungs- grade und Kronenzustandsstufen benutzt (CEC 1991 ).
Nadel-/Blattverluste über 25% (früher über 15%) wer- den als eigentliche Schäden angesehen. Da Inventuren der Nadel-/Blattverluste in erster Linie dazu dienen, Schäden festzustellen (Waldschadeninventuren) und auch um die Kontinuität der Terminologie zum Sana- silvaprogramm zu gewährleisten, werden hier weiter- hin Kronenzustandsstufen teilweise als Schadenkate- gorien bezeichnet.
2.2.2 Flächendaten und Waldzustandsdaten Folgeaufnahmen von flächigen Waldzustandsdaten haben zwei sachlich und methodisch unterschiedliche Hauptaspekte. Zum einen werden Flächenveränderun- gen (Graphikdaten) durch messtechnische Verfahren
erfasst. Zum anderen werden Veränderungen des Waldzustandes {Sachdaten, Attributdaten) auf den einzelnen Flächen gutachtlich okular geschätzt bezie- hungsweise interpretiert.
2.2.3 Kronenzustandsstufen (Schadenkategorien) baumweise
Im Luftbild wird jeder Baum unter Verwendung eines Interpretationsschlüssels einer Schadenkategorie zu- geordnet. Für jeden Bestand werden die Anteile der Schadenkategorien geschätzt. Zusätzlich werden Be- standesmerkmale wie Baumarten, Entwicklungsstufe, Aufbau u.a. interpretiert.
Nach BURK (1992) erfolgt die Quantifizierung der Daten in drei Stufen. Die erste Stufe bildet das interes- sierende Merkmal «Schädigung». Diese ist nicht direkt erfassbar; deshalb bedient man sich in der zweiten Stufe einer Stellvertretervariablen, die in Klassen ein- geteilt wird (Entnadelungsprozent oder morphologi- sche Merkmale im Luftbild). In der dritten Stufe werden den Klassen Rangzahlen (Kronenzustandsstufen) zu- geordnet.
1. Stufe:
2. Stufe:
3. Stufe:
Variable «Kronenzustand»
oder «Schädigung»
Kategorien keine Verlichtung leichte Verlichtung mittelstarke Verlichtung starke Verlichtung tot
(Nadel-/Blatt- verlustklassen)
0-10%
15-25%
30-60%
6-95%
100%
Rangfolge, quantitative Beziehung Kronenzustandsstufe 0
Kronenzustandsstufe 1 Kronenzustandsstufe 2 Kronenzustandsstufe 3 Kronenzustandsstufe 4
Die Datenstruktur ist kategorial-quantitativ, das heisst ordinal. Die Merkmalsausprägung wird in vor- weg definierte Klassen (Kategorien) eingeordnet. Die
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. 338, 1994
quantitative Struktur wird mittels einer Rangfolge zum Ausdruck gebracht, die der Merkmalsausprägung (Schadenkategorie) zugeordnet wird. Es liegt nach SCHWARZENBACH und OESTER (1993a, b) ein deterministi- sches Bewertungsverfahren vor, mit einer graduellen Abstufung des Untersuchungsmerkmales.
2.2.4 Schadenkennziffern für Bestände (Flächen) Um die Schadensituation eines Bestandes zu charak- terisieren, leitet man aus der Verteilung der Schaden- kategorien der Einzelbäume für jeden Bestand eine Schadenkennziffer her. Eine Kennziffer als Kernaussa- ge über die Schädigung eines Waldbestandes ist in jedem Fall notwendig. Sie ist hilfreich, wenn die Scha- densituation verschiedener Bestände verglichen oder wenn die Schadenentwicklung eines Bestandes be- schrieben werden soll. Um räumliche Schadenvertei- lungen und Schadenentwicklungen kartographisch darzustellen, ist sie unentbehrlich. Diese Kennziffer kann aus dem Anteil einer Schadenkategorie bestehen, wofür sich besonders die Extremkategorien eignen (z.B. Anteil von abgestorbenen, stark geschädigten oder von gesunden Bäumen) oder aus einem Mittel- wert.
HEIDINGSFELD (1993) entwickelte einen speziellen In- terpretationsschlüssel zur Beurteilung des Anteils der deutlich geschädigten Bäume für Fichten- und Bu- chen-Reinbestände in Rheinland-Pfalz. GRoss (1993) entwickelte einen entsprechenden Schlüssel zur Inter- pretation kleinmassstäblicher Luftbilder in der Region Monti Simbruini in Mittel-Italien.
Oft werden als Schadenkennziffern Mittelwerte ge- nommen und diese dann in Klassen oder Stufen einge- teilt (z.B. lntensitätsstufen). Um die Aussagekraft des Mittelwertes zu erhöhen, hat BURK (1992) vorgeschla- gen, die einzelnen Schadenkategorien vor der Mittelbil- dung zusätzlich zu gewichten, und zwar überproportio- nal mit zunehmender Schädigung. Damit wird dem menschlichen Empfinden Rechnung getragen, das ein- zelne schwere Schäden als schwerwiegender beurteilt als grösserflächige leichte Schäden.
Beide Verfahren der Mittelwertbildung sind eher aussagekräftig bei sehr stark oder eher schwach ge- schädigten Beständen. Wenn die Schäden innerhalb eines Bestandes stark streuen, so sagt ein Mittelwert über die Bedeutung der Schäden weniger aus. Auch gibt es aus biometrisch/statistischer Sicht grundsätzli- che Bedenken, Mittelwerte von Rangzahlen zu bilden (LORENZ 1988). •
ScHMIDTKE (1987) schlug die Bildung von «Schad- niveaus» vor, deren Grenzen durch Anteile der starken bzw. leichten Schäden definiert sind. Dadurch wird der nivellierende Charakter der Mittelwerte vermieden und die waldbauliche Bedeutung der Schäden kommt bes- ser zum Ausdruck.
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. 338, 1994
Grundsätzlich können alle genannten Kennziffern- typen verwendet werden, da ihre Herleitung nachvoll- ziehbar ist. Der Anteil der deutlich geschädigten Bäu- me (Stufe 3 und 4) hat sich dabei auch im Hinblick auf Folgeaufnahmen als leicht verständliche Kennziffer er- wiesen (ScHERRER 1993).
2.3 Luftbildauswertung
Die Luftbildinventur unterscheidet sich methodisch von der terrestrischen Waldschadeninventur durch ei- nige spezifische Eigenschaften. Die terrestrischen Merkmale und Daten müssen im Luftbild indirekt über einen Interpretationsschlüssel erkannt und erhoben werden. Die Vorteile liegen in der teilweise besseren Einsehbarkeit der Waldbestände (Vogelperspektive).
Die Bestände scheidet man grundsätzlich am Ste- reoskop durch visuelle Interpretation aus, entspre- chend den üblichen forstlichen Kriterien (Baumarten, Entwicklungsstufen, Deckungsgrad u.a). Die Bestan- desgrenzen werden auf Folien, die den Luftbildern aufliegen, gezeichnet oder in die Emulsionsschicht der Luftbilder geritzt.
Die für die Vitalität eines Baumes entscheidende Lichtkrone ist in der Regel sehr gut sichtbar. Das Luftbild gewährt zudem einen guten Überblick und der Farbinfrarot-Film gibt Nadel-/Blattverluste und Verän- derungen der Kronenstruktur deutlich wieder. Hinzu kommen organisatorische Vorteile. Die eigentliche Luftbildauswertung ist unabhängig von der Witterung und nicht an die Vegetationszeit gebunden wie die terrestrische Waldschadeninventur. Schliesslich liefert die Luftbildinventur nicht nur die Ergebnisse, sondern in Form des Luftbildes ein Dokument der Erhebungs- merkmale selbst (HILDEBRANDT et al. 1987; OESTER 1991 ).
Dies ist für Folgeinventuren methodisch bedeut- sam. Terrestrische Folgeaufnahmen können nur an- hand der Ergebnisse verglichen werden, während bei Luftbildinventuren auf das Originalmaterial zurück- gegriffen werden kann. Im Gelände können Stichpro- benorte oder Einzelbäume durch entsprechende Mar- kierungen und Wegbeschriebe meist leicht wieder aufgefunden werden, jedoch ist jede Arbeit im Gelände sehr zeitaufwendig. Im Luftbild liegt in den gängigen Massstäben (1 :5000 bis 1 :12000) das Bild eines Einzelbaumes im Millimeterbereich. Mit modernen analytischen Stereobild-Auswertegeräten können Ko- ordinaten transformiert und so Bestandesgrenzen, Stichprobenorte und Einzelbäume auf Luftbildern ver- schiedener Aufnahmetermine mit ausreichender Ge- nauigkeit wieder gefunden werden.
2.3.1 Interpretation von Waldschäden
Sowohl bei der terrestrischen Erhebung als auch bei der Luftbildinterpretation werden Waldschäden und andere Bestandesmerkmale nicht gemessen, sondern gutachtlich geschätzt. Es muss daher methodisch ein- wandfrei und sorgfältig gearbeitet werden. Der Auf- wand für eine seriös durchgeführte Waldschadenin- ventur darf nicht unterschätzt werden.
Der individuelle Spielraum des Interpreten muss möglichst eingeschränkt werden durch verschiedene Massnahmen wie:
- intensive Ausbildung und Schulung (mit Wiederholungskursen)
- Interpretationsschlüsselerstellung - vergleichende Interpretationen,
Kontrollen und Tests - sorgfältiges Arbeiten.
Tab. 1. Interpretationsmerkmale Merkmale der Zustandserfassung Entwicklungsstufe
21: Jungwuchs/Dickung 22: Stangenholz
23: schwaches Baumholz 24: mittleres Baumholz 25: starkes Baumholz 26: stufig
27: dauernd unbestockt 28: nicht interpretierbar 29: vorübergehend unbestockt
Mischung Nadelholz/Laubholz: Flächenanteil in 5%-Stufen Schadenklassen: 5 Kronenzustandsstufen (siehe Kap. 2.2.3)
Nur Spezialisten können Luftbilder zuverlässig in- terpretieren. Doch auch diese müssen begleitet wer- den, damit sie sich in der Beurteilung sicher fühlen können. Die Kontrolle soll nicht als Vollzugskontrolle verstanden werden, sondern als Instrument zur Bestä- tigung oder Korrektur des individuellen Interpretations- niveaus. Durch diese permanente «Eichung» wird das Ergebnis nachvollziehbar und glaubwürdig (ScHERRER 1986a und 1986b). Die zu erhebenden Merkmale müs- sen eindeutig definiert sein. Tabelle 1 zeigt einen Kata- log von Interpretationsmerkmalen, wie er bei Zu- standserfassungen und Folgeaufnahmen verwendet wird.
Deckungsgrad 31: < 0,2 32: 0,2-0,6 33: 0,6-0,9 34: > 0,9
Anteil an der Flächendeckung für Nadel- und Laubholz je Kronenzustandsstufe in 5%-Stufen entsprechend allgemeinem Interpretationsschlüssel
Bei Bedarf können die Baumarten auch differenzierter ermittelt werden.
Nähere Beschreibungen in ScHERRER et al. (1990).
Merkmale bei Folgeaufnahmen
Bestandesmerkmale Entwicklungsstufe, Deckungsgrad, Mischung Nadelholz/Laubholz, Schadenklassen des neuen Zustandes wie oben
Eingriffsart/Bestockungsveränderung 0: keine Bestockungsveränderungen
1: einzelbaumweise Entnahme (Entnahme< 5%)
2: Durchforstung (Entnahme .e 5%)
3: Abräumung (vollständige Entnahme, Rest-Deckungsgrad s 0,2)
4:Rodung 5: Sturm
6: Kultur/Naturverjüngung
Stärke der Bestockungsveränderung in 5%-Stufen des Deckungsgrades
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2.3.2 Photogrammetrische Auswertung von Bestandesgrenzen
Für die Erfassung von Bestandesgrenzen ist die Luft- bildauswertung rationeller als die terrestrische Ver- messung. Aus der Vogelperspektive lassen sich die forstlich relevanten Bestandesmerkmale wie Baumar- tenanteile, Altersklassen, Mischungsformen, Schluss- grad, Aufbau u.a. mit einer Genauigkeit erkennen, die der forstlichen Praxis genügt. Es gibt verschiedene Methoden, Bestandesgrenzen vom (zentralperspekti- visch verzerrten) Luftbild auf eine Grundlagenkarte zu übertragen. Die Abgrenzungen können einfach visuell aus den Luftbildern auf Karten übertragen werden. Dies ist vor allem im Gebirge ein sehr ungenaues Verfahren.
Es können Orthophotos (entzerrte Luftbilder) herge- stellt werden, was jedoch technisch aufwendig und teuer ist. Oder, als dritte Möglichkeit, können die Luft- bilder photogrammetrisch ausgewertet werden. Dabei wird ein Luftbildpaar, dessen Überlappungsbereich ein Stereomodell bildet, in ein rechnergestütztes Gerät eingelegt. Mit Hilfe von Passpunkten, deren Koordina- ten bekannt sind, wird das Stereomodell absolut orien- tiert. Nach der Orientierung der Bilder kann das Stereo- modell photogrammetrisch ausgewertet werden. Mit einer Messmarke werden die interessierenden Punkte oder Linien des Stereomodells angefahren und die Koordinaten dreidimensional gespeichert. Aus dem projektiv verzerrten Luftbild können so lagetreue Kar- ten abgeleitet werden.
Für Folgeaufnahmen ist auch der umgekehrte Weg möglich, nämlich, dass für ein Luftbild projektiv verzerr- te Folien hergestellt werden können. So werden z.B.
alte Bestandesabgrenzungen auf neue Luftbilder über- tragen. Dies erspart Doppelauswertungen und Bestän- de können bei Folgeaufnahmen leicht wiedergefunden und identifiziert werden. Bereits 1984 hat Hildebrandt vorgeschlagen, projektiv verzerrte Raster zu verwen- den, um Stichprobenorte mit ihren Koordinaten in Luft- bildern festlegen und wieder auffinden zu können. Die digitalen Grenzen können direkt in ein Geographisches Informationssystem übernommen werden. Dieses Ver- fahren bietet in der Regel das beste Verhältnis von Aufwand und Genauigkeitsanforderungen.
2.4 Digitale Daten
Neben der klassischen Luftbildinterpretation und der analytischen Photogrammetrie gibt es rasterorientierte Verfahren der Datenerhebung. Dabei werden entweder die Landoberfläche, Luftbilder oder Karten zeilenweise elektronisch abgetastet (gescannt).
Scannerdaten aus der Abtastung der Geländeober- fläche mit Satellliten werden bei grossflächigeren Land- nutzungsstrukturen verwendet, wie sie in Drittweltlän- dern oder in nordischen Ländern eher vorhanden sind.
Die geometrische Auflösung von Satellitendaten beträgt
Bar. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. 338, 1994
bei den heute gebräuchlichsten Erderkundungssatelliten jedoch nur 10 m («Spot» im panchromatischen Bereich) oder 30 m («Landsat» in mehreren Spektralbereichen).
Flugzeuggetragene Scanner liefern Bilder mit höherer Auflösung. Diese sind jedoch so stark verzerrt, dass sie nicht befriedigend korrigiert werden können. Die Genau- igkeitsansprüche bezüglich sowohl der Geometrie als auch des Informationsgehaltes werden nicht erfüllt. Für mitteleuropäische Verhältnisse sind Rasterdaten aus Satelliten- und Flugzeugscannern derzeit auf betriebli- cher Ebene keine operationelle Alternative zu Luftbildern (HILDEBRANDT 1987).
Gescannte Luftbilder können derzeit noch nicht zur automatischen Bestandeskartierung verwendet werden.
Die Probleme, allein schon die Hauptbaumarten automa- tisch zu erkennen (Mustererkennung), sind nicht annä- hernd gelöst. Auch ist der Speicherplatzbedarf enorm, wenn ganze Luftbildserien bearbeitet werden sollen.
Digitale vektorisierte Karten: Werden die Abgrenzun- gen von Waldbeständen digital erfasst, geschieht das in Mitteleuropa, aufgrund der kleinflächigen Strukturen und der vorhandenen Katastervermessung, in vektororien- tierten Systemen. Das heisst, dass Punkte, Linien und Flächen mit ihren Koordinaten gespeichert werden. Hier- für werden vorhandene Karten auf einem Digitalisiertisch digitalisiert, oder aber Luftbilder werden mit (rechnerge- stützten) analytischen Geräten photogrammetrisch aus- gewertet. Seide Verfahren bedingen den Einsatz des Menschen mit seiner Sehfähigkeit und mit der Feinmoto- rik seiner Hände. Hierfür gibt es in absehbarer Zeit keine Alternative.
Die automatisierte Vektorisierung von gescannten Karten ist sehr schwierig und nur aufgabenbezogen beurteilbar. Für die oft uneinheitlichen traditionellen Be- standeskarten kommt ein solches Verfahren kaum in Betracht, im Gegensatz z.B. zu den weitgehend standar- disierten Grundkarten oder auch zu den topographi- schen Karten. Interaktives Eingreifen und Nachbessern sind aber auch dabei nicht zu vermeiden.
Fazit: Bei der Kartierung von Waldbeständen ist als operationaler Stand der Technik die Luftbildauswertung anzusehen. Die analytische Photogrammetrie ist das wichtigste Standardverfahren zur Digitalisierung der Be- standesgrenzen.
2.5 Geographische Informationssysteme (GIS)
Geographische Informationssysteme sind rechner- gestützte, raumbezogene Informationssysteme. Sie ermöglichen es, neben Sachdaten (z.B. Bestandesda- ten) auch Graphikdaten (Punkte, Linien, Flächen) in Datenbanken zu speichern und zu verwalten.
Mit Geographischen Informationssystemen können raum-zeitliche Daten analysiert und miteinander in Be- ziehung gesetzt werden. Dies unterscheidet sie auch grundlegend von einfacheren (CAD-) Systemen. So
können, z.B. mit digitalen Karten desselben Gebietes aus verschiedenen Jahren, Veränderungen untersucht und automatisch bilanziert werden.
«Die Nachführung von raumbezogenen Datenbanken ist sehr aufwendig, weil sich nicht nur raumunabhängige Eigenschaften von Elementen verändern können, son- dern auch ihre räumliche Ausdehnung oder Lage. Für ein umfassendes Monitoring eines raumbezogenen Objek- tes muss folglich eine Datenstruktur vorliegen, in der alle Elemente durch die räumliche Lage, den Zeitpunkt in dem sie auftreten bzw. verschwinden, sowie durch ihre Eigenschaften charakterisiert sind.» (K1ENAST
et al.
1991 ).Diese grundsätzlichen Aussagen gelten auch für die Fortführung von Waldschadenaufnahmen.
Wird Kartenmaterial (z.B. topographische Karten) unterschiedlichen Alters oder Typs digitalisiert, so kön- nen die unterschiedlichen messtechnischen Genauig- keiten der Kartentypen nicht eliminiert werden. Tatsäch- liche und scheinbare Landschaftsveränderungen können nicht unterschieden werden. Der Zustand der jeweiligen Erstausgabe eines Kartentyps muss vollstän- dig digitalisiert werden. Innerhalb der gle1chen Karten- typen genügt es dann, die Änderungen zu erfassen.
Waldbestände sind durch bestimmte Merkmale (Baumarten, Altersklasse usw.) definiert und diesbe- züglich weitgehend homogen. Dies trifft jedoch auf Waldschadendaten nicht unbedingt zu. Innerhalb eines Bestandes können die Schäden sowohl räumlich unter- schiedlich verteilt sein als auch sich räumlich differenziert entwickeln. Im Falle von Flächenveränderungen kann bei Folgeaufnahmen nicht ohne weiteres eine einzelflächen- bezogene Zeitreihe der Schadendaten erstellt werden.
Hier zeigt sich der Vorteil des Luftbildes als Doku- ment. Nach Übertragung der neuen Flächen auf die Luftbilder der Vorinventur(en) können diese nachträglich bezüglich der Schadenverteilung interpretiert werden.
Für das Verfahren «Folgeaufnahmen» ist dies ein wichti- ger Gesichtspunkt.
Analyse raum-/zeitbezogener Daten mit einem Geographischen Informationssystem: Die Probleme bei der Anwendung Geographischer Informationssy- steme zur Erfassung von Landnutzungsänderungen und zur Erfassung der Veränderung von Waldflächen und Waldstrukturdaten zeigen K1ENAsr
et
a/. (1991) sehr anschaulich. Dabei werden die spezifischen Eigen- schaften, die Möglichkeiten und die Schwierigkeiten dargestellt. Zwei Methoden zur Analyse raum-/zeitbe- zogener Daten werden vorgestellt (Tab. 2).Anwendungen der Methode 1 «Zustandserfassung»
am Beispiel lnwil (LU), Testgebiet 9 km2, Analyse der Änderung von Landschaftselementen. Untersuchte Veränderungen u.a.: Eisenbahnlinien von 1888-1982, Wald von 1864-1982, Feuchtgebiete von 1888-1982, Hochspannungsleitungen von 1955-1982.
Anwendung der Methode II «Änderungserfassung»
(Schnellmethode). Landschaftshistorische Analyse von Muttenz (BL): Sämtliche flächen- und linienhaften Veränderungen zwischen 1879 und 1982 werden in 12 Zeitabschnitten dargestellt.
Nicht behandelt wird die methodische Frage, ob die Definition von Wald für die einzelnen Erhebungen die gleiche geblieben sei; insbesondere die Einteilung der Übergangsformen beweideter Wald und bestockte Weide wäre zu überprüfen.
2.6 Grundlagen
Die geometrischen, aufnahme- und interpretations- technischen Grundlagen der Photogrammetrie und der forstlichen Luftbildauswertung können hier nicht aus- führlich behandelt werden. Es wird auf die entspre- chende Fachliteratur verwiesen, insbesondere auf:
Huss 1984; ALBERTZ und KREILING 1989; ÜESTER
et
a/.1990; ScHERRER
et
a/. 1990, K1ENASTet
a/. 1991; CEC 1991.Tab. 2. Methoden zur Analyse raum-zeitlicher Daten (nach K1ENAST et al. 1992)
Methode 1 Methode II
Zustandserfassung Änderungserfassung
Ersterfassung (Digitalisierung) Linien- und Flächenelemente Linien- und Flächenelemente
des Ausgangszustandes vollständig vollständig
Erfassung der Veränderungen durch Ändern (editieren) durch Neuerhebung der
der Vorgängerkarte geänderten Objekte
Verwaltung mit Zustandskarten mit Änderungskarten
(geänderte Vorgängerkarte) (nur geänderte Objekte)
Doppelerfassungen mit keine Doppelerfassungen, nur veränderte Doppelerfassungen wegen Neuerhebung hohem Editieraufwand Elemente eines Objektes werden erfaßt des gesamten geänderten Objektes Problem der Silverpolygone z.B. Westgrenze einer Fläche z.B. ganze Fläche, auch wenn nur West-
grenze geändert
Vorteile bei vielen Veränderungen bei wenig Änderungen
bei Zeitreihen von Einzelobjekten bei Zeitreihen von Gesamtbeständen
Speicheraufwand relativ höher niedriger
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. 338, 1994
3 Beschreibung des Verfahrens «Folgeaufnahmen»
Vorbemerkung
Die Erfassung von Veränderungen ist kein spezifisches Problem der Waldschadenerfassung. Grundsätzlich entstehen dieselben methodischen Fragen bei jegli- chen Flächenveränderungen in der Landschaft.
Interpreten wie Auftraggeber müssen sich darüber im klaren sein, dass das Verfahren «Folgeaufnahmen»
wesentlich anspruchsvoller ist als die bisherige Zu- standserfassung. Das Verfahren muss als Gesamtheit begriffen werden, ebenso die Notwendigkeit der einzel- nen, zum Teil sehr aufwendigen Arbeitsschritte. Eine sehr präzise Arbeitsweise ist unerlässlich.
Das im folgenden beschriebene Verfahren «Folge- aufnahmen» baut auf Erfahrungen auf, die im laufe verschiedener Projekte während der letzten Jahre ge- sammelt wurden. Diese Projekte sind teilweise im Ka- pitel 4 erwähnt; jedes dieser Projekte wies jeweils spezifische Fragestellungen, Grundlagen und Auswer- tungen auf.
3.1 Charakteristik der Veränderung von Waldbeständen
Waldbestände sind im laufe ihrer dynamischen Ent- wicklung einer ganzen Anzahl verschiedener Einwir- kungen ausgesetzt, und sie erfahren Veränderungen, die zum Teil bewusst gesteuert, zum Teil unvorherseh- bar sind (Tab. 3).
Diese Veränderungen sind nicht unbedingt an die Bestandesgrenzen gebunden, die bei einer Kartierung einmal festgelegt worden sind und die häufig waldbau- lich bedingt sind. Es gibt somit bestandesgrenzen- unabhängige oder bestandesgrenzenübergreifende Einflüsse und Veränderungen, wie zum Beispiel:
- Durchforstung oder Räumung mehrerer Bestände oder Teile davon
- abiotische Naturereignisse: Sturm, Lawinen, Waldbrände, Erdrutsche
- Schädlingsbefall
- Einwuchs, Rodung, Bauwerke
3.2 Methodischer Ansatz
3.2.1 Überblick
Veränderungen werden in der Regel dadurch erfasst, dass verschiedene Zustände im Zeitablauf beobachtet werden. Die Veränderungen sollen möglichst unver- fälscht dargestellt werden, d.h. losgelöst von beglei- tenden, je nach Fragestellung störenden Einflüssen (z.B. forstlichen Eingriffen) und ohne Messfehler.
Bei der Luftbildauswertung gibt es trotz guter Schu- lung, strengen Definitionen und detaillierten Arbeits- anleitungen Ermessensspielräume der Interpreten (vgl. ScHERRER et al. 1990, Kap. 10.3 bezügl. Interpreta- tion und Anhang 1 bezügl. Bestandesausscheidung).
Tab. 3. Mögliche Veränderungen in einem Bestand zwischen zwei Zustandserfassungen
Verändertes Merkmal Ursache der Veränderung
Entwicklungsstufe Wachstum, Waldbau, Katastrophenereignis
Deckungs-, Schluss-, Durchforstung, Einzelbaumentnahme, Windwurf, Lawinenschäden,
Beschirmungsgrad Schneebruch
Baumartenmischung Durchforstung, Pflege, Einwuchs Vorrat/Bestandesfläche Durchforstung, Räumung, Zuwachs
Vitalität .biotische, abiotische, anthropogene Einflüsse
Struktur, Textur Waldbau, Wachstum
Baumhöhe Wachstum
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. 338, 1994
Bei der Anwendung des Veriahrens für Folgeaufnah- men müssen die Ermessensspielräume eingeschränkt und die intersubjektiven Differenzen minimiert werden.
Sechs Kriterien bilden die Basis für das hier dargestellte Verfahren:
1 . Identische Bestandesgrenzen
2. Folgeinterpretation aus der Retrospektive 3. Homogenität der Bestockung
4. Kleinste Geometrie 5. Bild/Bild-Vergleich 6. Identität der Bestockung
3.2.2 Identische Bestandesgrenzen
Die Zweitinventur erfolgt grundsätzlich auf der voraus- gegangenen Bestandesausscheidung. Lediglich die seither eingetretenen Flächenveränderungen werden berücksichtigt. Aussageeinheit ist der einzelne Wald- bestand, der forstlich als kleinste Bewirtschaftungsein- heit gilt.
Damit auf den Luftbildern der Folgeaufnahmen die identischen Bestände beurteilt werden können, sind die Bestandesgrenzen der Erstaufnahme auf die Luft- bilder der Zweitaufnahme zu übernehmen. Es ist nicht zweckmässig, alte Bestandesgrenzen (Erstaufnahme) von Hand auf die Luftbilder der Zweitaufnahme zu übertragen. Dazu sind im Wald zu wenig Orientierungs- hilfen vorhanden. Bei Folgeflügen über ein bestimmtes Gebiet können nie geometrisch genau identische Bil- derserien hergestellt werden. Die Bestandesgrenzen der Erstaufnahmen werden daher mit analytischen photogrammetrischen Mitteln (Transformationspro- grammen) auf Folgeserien übertragen. Für jedes Luft- bild wird eine projektiv verzerrte Folie hergestellt.
3.2.3 Folgeinterpretation aus der Retrospektive Der heutige Zustand wird rückblickend anhand des vorangegangenen beurteilt. Die Erstinterpretation wird detailliert nachvollzogen, beiläufig zur Überprüfung, aber vor allem als Grundlage für die Folgeinterpreta- tion. Diese ist als Fortschreibung zu verstehen.
3.2.4 Homogenität der Bestockung
Bei der Bestandesausscheidung (Erstaufnahme) wird das Kollektiv eines Bestandes einem einzigen Bestan- destyp zugeordnet. Haben in der Zwischenzeit Verän- derungen nur auf einem Teil des Bestandes stattgefun- den, müssen die Bestandesgrenzen nachgeführt, d.h.
die Teilflächen abgegrenzt werden. Unterlagen des Forstdienstes über durchgeführte Eingriffe und Mass- nahmen oder eingetretene Ereignisse sind hilfreich.
3.2.5 Kleinste Geometrie
Der Zustand wird für die kleinste Geometrie beurteilt, d.h. für jede einzelne Teilfläche, die sich aus der Be- standeskartierung der Erstaufnahme und der Nachfüh- rung für die Zweitaufnahme ergibt. Dies führt zunächst zu einer Erhöhung der Flächenanzahl mit teilweise sehr kleinen Flächen. Dies ist verfahrensbedingt und nicht zu vermeiden; im Anschluss an eine Folgeaufnahme kann die Karte aber bereinigt und Einzelflächen können zu Beständen mit forstlich sinnvollen Grössen zusam- mengefasst werden. Zum Beispiel wird die Teilfläche eines Altholzes, die genutzt oder vom Sturm geworfen worden ist, separat interpretiert und die Veränderung erfasst. Später kann diese Teilfläche einer schon beste- henden angrenzenden Kultur angegliedert werden.
3.2.6 Bild/Bild-Vergleich
Es werden nicht Ergebnisse von Inventuren miteinan- der verglichen, wie z.B. unabhängig hergestellte Karten zweier Zustände oder abgespeicherte Daten von zwei unabhängig erfolgten Interpretationen. Die Verände- rungen werden erfasst, indem die Primärinformationen in den originalen Luftbildern visuell verglichen werden.
Deren Informationsgehalt ist unverfälscht, während jede Art von Ergebnissen (Sekundärinformationen) klassiert, generalisiert, abstrahiert und zwangsläufig mit Schätz- und Messfehlern behaftet ist. Die beiden Zustände werden zuerst qualitativ (Verbesserung, Ver- schlechterung, unverändert), danach quantitativ (wie- viel) miteinander verglichen.
3.2.7 Identität der Bestockung
Durch forstliche Eingriffe und andere Einwirkungen wird die Stammzahl reduziert, das Kollektiv wird verän- dert. Bei Folgeaufnahmen werden nur diejenigen Bäu- me beurteilt, die sowohl im alten wie im neuen Zustand vorhanden sind. Die Bestockungsveränderungen sind separat zu erfassen. So können Aussagen über die Schadenverteilung der ausgeschiedenen und der ver- bliebenen Bäume gemacht werden.
3.3 Erfasste Merkmale
Der Merkmalskatalog für Folgeaufnahmen ist in Ta- belle 4 aufgeführt. Er umfasst den Merkmalskatalog
«Waldschadenkartierung» aus ScHERRER
et
a/. (1990) und ist entsprechend der Aufgabenstellung für Folge- aufnahmen erweitert.Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. 338, 1994
Tab. 4. Merkmalskatalog von Erst- und Zweitaufnahmen. 1l Merkmale «Zustandserfassung» und «Folgeaufnahmen».
2l Zusätzliche Merkmale «Folgeaufnahmen».
Merkmal Merkmalskategorien, -klassen, -stufen
Entwicklungsstufe 1> Jungwuchs/Dickung, Stangenholz, schwaches, mittleres, starkes Baumholz, stufige Bestände, vorübergehend unbestockt
Deckungsgrad 1> 0,2-0,6; 0,6-0,9; 0,9-1,0
Baumartenmischung1> Unterscheidung Nadel- und Laubholz, Anteile in 10%-Stufen Kronenzustand (Schadenkategorien 1l gesund, verfärbt, leichtverlichtet, starkverlichtet, tot
Bestockungsveränderungen 2l Einzelbaumentnahme, Durchforstung, Räumung
Art2l Sturm, Lawinen, Strassenbau
Rodung, Aufforstung
Stärke2l Reduktion in 5%-lntervallen bezüglich des alten Zustandes Bestockung verschwunden 2l Baumart (Nadelholz/Laubholz)
3.4 Arbeitsablauf
3.4.1 Überblick
Das Verfahren «Folgeaufnahmen» ist wesentlich an- spruchsvoller als eine einmalige Zustandserfassung.
Das Verfahren muss als Gesamtheit begriffen werden, ebenso die Notwendigkeit der einzelnen, zum Teil sehr aufwendigen Arbeitsschritte. Eine sehr präzise Arbeits- weise ist unbedingt erforderlich.
Der Arbeitsablauf gliedert sich in fünf Teilbereiche, die in Tabelle 5 aufgeführt sind. Das Ablaufdiagramm (Abb. 1} soll als Führungsinstrument für die Leitung von Folgeaufnahmen, als Hilfsmittel bei der praktischen Durchführung oder bei der Aufteilung von Arbeits- schritten auf verschiedene Personen und Büros die- nen. Nicht enthalten im dargestellten Arbeitsablauf ist die Befliegung selbst. Diese wird, ebenso wie die Film- entwicklung, von spezialisierten Firmen durchgeführt.
Dass die Qualität der Bilder massgeblichen Einfluss auf das Arbeitsergebnis hat, braucht hier nicht betont zu werden. Was bezüglich Flugplanung, Bildmassstab, Filmart, meteorologischen Flugbedingungen, tages- zeitlichen oder geländebedingten Restriktionen für die Befliegung zu beachten ist, kann der speziellen Litera- tur entnommen werden, die in Kapitel 2.6 aufgeführt ist.
Tab. 5. Teilbereiche des Verfahrens «Folgeaufnahmen».
Arbeitsbereich Arbeitsschritt
3.4.2 Photogrammetrie
Voraussetzung für die im folgenden beschriebenen Arbeitsschritte ist, dass die photogrammetrische Aus- wertung der Erstausscheidung mit einem analytischen Gerät erfolgte, d.h. dass die seinerzeit erfassten Gren- zen in digitaler Form vorliegen (dreidimensional). Die photogrammetrischen Arbeiten bei Folgeaufnahmen umfassen drei voneinander unabhängige Arbeits- schritte am analytischen Auswertegerät:
Arbeitsschritt 1 : Transformation der ersten Bestan- desabgrenzung auf die Luftbilder der Folgeinventur.
Wenn die neuen Luftbilder orientiert sind, werden die Bestandesgrenzen der Erstausscheidung rechnerisch darauf transformiert und projektiv verzerrt auf Klarsicht- folien ausgezeichnet. Die Transformation erfolgt lagege- treu mit einem Rechenprogramm. Dieser Schritt bildet die Grundlagefürdas Erfassen der Grenz- bzw. Flächen- veränderungen und für die spätere Folgeinterpretation.
Die rechnerische Transformation ist notwendig, weil die selben Objekte in zeitlich auseinanderliegenden Luftbild- serien eine unterschiedliche Bildgeometrie aufweisen.
Die Abweichungen ergeben sich aus den verschiedenen Aufnahmewinkeln (Abweichungen der Fluglinienkoordi- naten und der einzelbildspezifischen Winkel, d.h. Kan- tung, Längs- und Querneigung). Die Folien werden mit
Photogrammetrie Auswertung und Transformation von Bestandesgrenzen Vorbereitung der Luftbildinterpretation Interpretationsschlüsselerstellung, Unterlagenbeschaffung über
Bewirtschaftung und Waldchronik, Veränderungsschlüssel
Luftbildinterpretation Ergänzende Bestandesabgrenzung, Interpretation der Einzelbestände
EDV Erfassung, Kontrolle, Auswertung der Sachdaten
GIS-Anwendung Datenaufbereitung und -auswertung (Graphikdaten), Kombination Graphik- und Sachdaten, Planherstellung
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Bestandesweise Erfassung der Waldschadenentwicklung mit Infrarot-Luftbildern 1: 9000
Arbeitsablauf Folgeaufnahmen - Erstaufnahme vorhanden
- Bestandesgrenzen mit analytischem Autographen ausgewertet - Bestände identisch
Photogrammetrie Zeichnen (Planarbeiten)
Datenerfassung Vorbereitung Luft- bildinterpretation
EDV
Interpretations-
1
Datenaufbereitung 1
Schlüssel II IP-Daten 1
'f
- -
Einarbeitung
Modell- IP-Schlüssel 1
ausscheidung (inkl. Test)
• i
Orientieren Waldchronik
LBII und Kontrollen
beschaffen
• --
'fTransformation
Grenzen I auf Schlüssel für
LB II Bewirtschaftung
-
'f- -
'f'"
',
Festhalten Veränderungs-Grenzverände- schlüssel 1-11 rungen auf LB II
-
1VI
-
Photogr. Ausw.
Grenzen II auf Plan 1
•
1•
Transformation 1
Plan Grenzen II auf bereinigen 1 LBI
1
- -
VI- - -
Interpretation 1-11 und Verifikation
'f
1 Plan bereinigen 1
y Planimetrieren aller veränderten Bestände
- -
w1
Datenerfassung EDV 1
t
1
Datenauswertung
-
1"
-
y1
Veränderungs-
1 1
Tabellen
karten Listen 1
Abb. 1. Arbeitsablauf «Folgeaufnahmen» (ScHERRER H.U. 1989). LB: Infrarot-Luftbild 1 :9000; 1: Alter Zustand bzw. Erstaufnahmen;
II: Neuer Zustand bzw. Folgeaufnahmen; IP: Interpretation.
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Zentral- projektion
Orthogonal- projektion
Luftbild 1985
Ausscheidung Bestandesgrenzen
photogrammetrische Auswertung
: Entzerrung·
Karte 1985
Kopie
Luftbild 1988
Ausscheidung Grenzveränderungen
Karte 1988
photogrammetrische Auswertung
: Entzerrung
Abb. 2. Schema zur photogrammetrischen Auswertung und Transformation von Bestandesgrenzen.
Abb. 3. Flächenveränderungen im Plan (Ausschnitt Zürichberg). Links: Bestandesgrenzen vor dem Erfassen der Flächenverän- derungen. Rechts: Bestandesgrenzen nach dem Erfassen der Flächenveränderungen.
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. 338, 1994
Abb. 4. Photogrammetrische Transformation der alten Bestandesgrenzen auf die neuen Luftbilder, Luftbildausschnitte und Folie.
Links: Altes Luftbild (1985): Bestandesgrenzen geritzt (Original). Mitte: Folie, alte Bestandesgrenzen transformiert und aus- gezeichnet. Rechts: Neues Luftbild (1988): Folie mit alten Bestandesgrenzen lagegenau überlagert.
Hilfe der Rahmenmarken lagegenau auf die Luftbilder montiert; sie zeigen nun die alte Bestandesausschei- dung auf den neuen Luftbildern. Dieser Vorgang ist aus Abbildung 2 ersichtlich.
Abb. 5. Luftbildausschnitt, alter Zustand (1985) mit Überlage- rung: alte Bestandesgrenzen geritzt (weisse Linien). Flächen- veränderungen !,iberlagert (Erweiterung der Verjüngungsflä- chen, schwarze Linien).
Arbeitsschritt 2: Erfassen der geänderten Bestan- desgrenzen durch Ritzen und photogrammetrische Auswertung. Im zweiten Arbeitsschritt werden zu- nächst die Veränderungen der Bestandesgrenzen auf die neuen Luftbilder geritzt (Interpret am Stereoskop).
Diese neuen Linien werden dann am analytischen Ge- rät photogrammetrisch ausgewertet. Für die weitere Verarbeitung werden die ausgewerteten Veränderun- gen massstabsgetreu auf Planpausen ausgezeichnet, auf denen die alte Bestandesausscheidung bereits enthalten ist. Die digitalen Graphikdaten können in das GIS übernommen werden. Dieser Schritt dient insbe- sondere der späteren Herstellung von Veränderungs- karten, aber auch dem Arbeitsschritt der Folgeinterpre- tation (Abb. 3 und 4).
Arbeitsschritt 3: Transformation der neuen Bestan- desgrenzen auf die Luftbilder der Erstinventur. Zuletzt werden die Veränderungen der Bestandesgrenzen ebenfalls rechnerisch transformiert, diesmal für die alten Luftbilder, und auf Folien ausgezeichnet (Abb. 5).
Dieser Schritt ist für die Folgeinterpretation (Bild/Bild- Vergleich) unerlässlich.
Eine interessante Erscheinung zeigt Abbildung 6 in einem Stereomodell, das mit einem Taschenstereo- skop, von geübten Interpreten auch ohne Hilfsmittel, dreidimensional betrachtet werden kann. Es handelt sich um neue Bilder (Zweitaufnahmen) mit den alten, transformierten Bestandesgrenzen der Erstaufnahme (schwarz) und den neuen Bestandesgrenzen (weiss).
Die mit Pfeil markierten, alten Bestandesgrenzen eines ehemaligen Altholzes Qetzt geräumt) schweben auf der Höhe des ehemaligen Kronendaches über der geräum- ten Fläche. Die Anfertigung von Doppelfolien für das linke und rechte· Bild ist für die praktische Anwendung teuer, zeigt aber dem Interpreten eindrücklich die Flä- chenveränderungen. Der Stereoeindruck ist auch er- gonomisch sehr viel günstiger als die Monosichtweise über nur einem Luftbild des Stereopaares.
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. 338, 1994
Abb. 6. Stereomodell mit «schwebenden» Bestandesgrenzen (kann mit einem Taschenstereoskop betrachtet werden).
3.4.3 Bestandesausscheidung
Im folgenden geht es nicht um vollständige, neue Bestandesausscheidungen, sondern um die zwischen zwei Befliegungen eingetretenen Grenz- bzw. Flä- chenveränderungen (Grundlage für Arbeitsschritt 2 in Kap. 3.4.2, Photogrammetrie). Basis bildet also die letzte vollständige Bestandesausscheidung.
Flächenveränderungen werden durch die syste- matische Kontrolle aller ausgeschiedenen Luftbild- Modelle erfasst und in Ergänzung zur bestehenden alten Bestandesausscheidung (Folie) auf den Luftbil- dern festgehalten (Abb. 5). Neue Grenzen werden ge- zogen, wenn nur Teilflächen eines alten Bestandes von Veränderungen betroffen sind.
Flächenveränderungen manifestieren sich in unter- schiedlichen Merkmalen (Entwicklungsstufe, Dek- kungsgrad, Mischungsart und Mischungsgrad, Vitali- tät) und haben ganz verschiedene Ursachen (z.B.
Waldbau, Wachstum, Standort, Naturereignisse). Am augenfälligsten sind:
a) Entwicklungsstufenwechsel ganzer Bestände oder von Bestandesteilen
Abrupte Wechsel wie Räumungen sind eindeutig fest- stellbar (Abb. 7). Wachstumsoedingte Wechsel hängen vom Zeitraum zwischen der Erst- und der Folgeauf- nahme, aber auch vom Bestandesalter ab: im Jung- wald (Jungwuchs, Dickung, Stangen-, schwaches Baumholz) sind wachstumsbedingte Veränderungen deutlicher und rascher zu erkennen als in älteren Be- ständen (mittleres und starkes Baumholz). Zweifels- fälle müssen im Feld verifiziert werden.
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. 338, 1994
b) Punktuelle und diffuse Veränderungen wegen Zwangsnutzungen und Durchforstungen Zu unterscheiden sind hier:
- Zwangsnutzungen: punktuell, Erkennung aufwendig;
- Durchforstungen: diffus, ab Eingriffsstärke 5%
recht gut zu erkennen.
Abb. 7. Luftbildausschnitt, neuer Zustand (1988) mit Überla-
gerung: alte Bestandesgrenzen (schwarz), Flächenverände- rung geritzt (Räumung, Entwicklungsstufenwechsel: weisse, feine Linien).
Abb. 8. Diffuse, bestandesübergreifende Flächenveränderung (Durchforstung).
Links: Alte Bildserie 1985 mit alten Bestandesgrenzen (1985, weiss). Grenzen der Durchforstung, welche später durchgeführt wurde und vom rechten Bild (neuer Zustand 1988) transformiert wurde (schwarz). Rechts: Neue Bildserie 1988 mit alten Bestandesgrenzen (1985, schwarz). Neue Bestandesgrenzen der Durchforstungsfläche (rot).
Die punktuellen und diffusen Bestandesverände- rungen zu erkennen, erfordert eine gute Beobach- tungsgabe (Abb. 8). Bei diesem Arbeitsschritt ist es hilfreich, die alte Luftbildserie beizuziehen.
Als Hilfsmittel für das Erkennen von nutzungs- bedingten Flächenveränderungen können auch forst- betriebliche Planungsgrundlagen dienen, sofern die getätigten Massnahmen (Nutzungen) zuverlässig nachgeführt wurden. Herkömmliche Bestandeskarten sollten berücksichtigt werden. Sie wurden jedoch häu- fig terrestrisch erstellt und können erheblich von den (genaueren) Luftbildauswertungen abweichen.
Einschränkungen bei der Bestandesfortschreibung Der Grundsatz der Bestandesfortschreibung unterliegt gewissen Einschränkungen:
- Mängel in der ersten Bestandesausscheidung, die während der Folgeaufnahme festgestellt werden, müssen korrigiert werden, sofern es sich um offen- sichtliche, vereinzelte Irrtümer handelt. Die Frage,
was mit unsachgemässen Erstausscheidungen ge- schehen soll, ist nicht untersucht worden. Der Grad der Brauchbarkeit ist im Einzelfall festzustellen.
- Bestandesübergreifende Durchforstungen (mehre- re ganz oder teilweise betroffene Bestände, Abb. 8) können sich erschwerend auf eine sinnvolle Bestan- desfortschreibung auswirken.
- Die Zeiträume, innerhalb derer Folgeaufnahmen als Bestandesfortschreibung sinnvoll sind, können un- terschiedlich lang sein. Dies hängt ab von: Stand- ortsverhältnissen (insbesondere Höhenlage: Mittel- land, Voralpen, Alpen), Bewirtschaftungsturnus, grossräumigen Schadenereignissen usw. Diese Frage ist noch nicht untersucht worden.
Die folgenden vier Abbildungen (Abb. 9-12) zeigen die einzelnen Ergebnisse der Arbeitsschritte
«Bestandesgrenzen-Transformation» und «Bestan- desgrenzen-Nachführung» für ein grösseres Gebiet.
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. 338, 1994
Abb. 9. Alte Aufnahme - alte Bestandesgrenzen, Bestandesgrenzen-Transformation und Bestandesgrenzen-Nachführung.
Vergrösserter Ausschnitt aus IR-Aufnahme Zürichberg. Bildmassstab ca. 1 :9000, etwa 2-fach vergrössert, Fluglinie Nr. 500, Aufnahme Nr. 663 vom 25.7.1985. Erstaufnahme mit den ursprünglich geritzten Bestandesgrenzen 1985.
Abb. 10. Neue Aufnahme - alte Bestandesgrenzen, Bestandesgrenzen-Transformation und Bestandesgrenzen-Nachführung.
Vergrösserter Ausschnitt aus IR-Aufnahme Zürichberg. Bildmassstab ca. 1 :9000, etwa 2-fach vergrössert, Fluglinie Nr. 100, Aufnahme Nr. 4169 vom 28.8.1988. Zweitbefliegung desselben Gebietes wie Abbildung 9, 3 Jahre später mit photogrammetrisch transformierten, alten Bestandesgrenzen aus dem Jahr 1985.
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. 338, 1994
Abb. 11. Neue Aufnahme, alte und neue Bestandesgrenzen, Bestandesgrenzen-Transformation und Bestandesgrenzen- Nachführung. Vergrösserter Ausschnitt aus IR-Aufnahme Zürichberg. Bildmassstab ca. 1 :9000, etwa 3-fach vergrössert, Fluglinie Nr. 100, Aufnahme Nr. 4169 vom 28.8.1988. Identische Originalaufnahme der Zweitbefliegung wie Abbildung 10.
Schwarze Linien: Photogrammetrisch transformierte, alte Bestandesgrenzen aus dem Jahr 1985. Weisse Linien: Neu geritzte Bestandesgrenzen, d.h. Flächenveränderungen im Zeitraum zwischen 1985 und 1988.
Abb. 12. Alte Aufnahme - alte und neue Bestandesgrenzen, Bestandesgrenzen-Transformation und Bestandesgrenzen- Nachführung. Vergrösserter Ausschnitt aus IR-Aufnahmen Zürichberg. Bildmassstab ca. 1 :9000, etwa 3-fach vergrössert, Fluglinie Nr. 500, Aufnahme Nr. 663 vom 25.7.1985. Identische Originalaufnahme der Erstbefliegung wie Abbildung 9.
Weisse Linien: Ursprünglich geritzte Bestandesgrenzen 1985. Schwarze Linien: Photogrammetrisch transformierte, neue Bestandesgrenzen aus den neuen Aufnahmen 1988.
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. 338, 1994
Bestandesweise Erfassung der Waldschadenentwicklung mit Infrarot-Luftbildern 1:9000
Schema zur Bestimmung des Interpretationsmodus
IP über- nehmen
2-IP
Waldtyp
- Erstaufnahme vorhanden
- Bestandesgrenzen mit analytischem Auswertegerät ausgewertet - Bestände identisch
nein
Bestandesnummer beibehalten
ja
II II
V-IP IP bei- Waldtyp-
behalten IP
1,1 1,2
II II
V-IP 2-IP Waldtyp-
IP
2,1 2,2
- bestockt
- vorübergehend unbestockt - unproduktiv
- nicht interpretierbar -Nichtwald
ja
Neue Bestandesnummer
nein
II 2-IP der V-IP in II vorh.
Bäume
1,3
II 2-IP der V-IP in II vorh.
Bäume
2,3
Waldtyp- IP
1,1 bis 1,5 } Interpretationstypen 2,1 bis 2,5
II
2-IP IP über-
nehmen
1,4
II
2-IP 2-IP
2,4
II V-IP der in I vorh.
Bäume
1,5
II V-IP der in I vorh.
Bäume
2,5
Abb. 13. Schema zur Bestimmung des Interpretationsmodus. 1: Alter Zustand/ Erstaufnahmen; II: Neuer Zustand/ Folgeauf- nahmen; IP: Interpretation; V-IP: Veränderungsinterpretation; Z-IP: Zustandsinterpretation(= Erstaufnahme).
Ber. Eidgenöss. Forsch.anst. Wald Schnee Landsch. 338, 1994
