Anwendungsmöglichkeiten von Satellitendaten in der Grünland- und Almwirtschaft

(1)

Anwendungsmöglichkeiten von Satellitendaten in der Grünland- und Almwirtschaft

Innovationen in der Almwirtschaft LFI Österreich, 06.11.2020

Andreas Klingler

Andreas Schaumberger

Abteilung Grünlandmanagement und Kulturlandschaft HBLFA Raumberg-Gumpenstein

(2)

Satelliten beeinflussen viele Bereiche unseres Lebens

•

Erste Satelliten Ende der 1950er-Jahre,

− Kommunikation- und Rundfunk

− Navigation und Standortbestimmung (GPS, GLONASS, Galileo)

− Geophysikalische Messungen

− Spezielle Forschungssatelliten

− Erdbeobachtung (Bilder, Wetter –Atmosphäre,

Meeresoberfläche, Vegetation, Oberflächenstrukturen, usw.)

•

Aktive Sensoren: Radar, Laser

•

Passive Sensoren: Erfassung der elektromagnetischen

Strahlung

₂

(3)

Anforderungen an Satellitendaten für die Landwirtschaft

• Räumliche Auflösung:

− Abgrenzung auf Feldstückebene bzw. Schlagnutzung

• Zeitliche Auflösung (für Anwendungen in der Grünlandwirtschaft):

− Mehrere Aufnahmen pro Aufwuchs – Abbildung von Dynamiken

− Dichte Zeitreihen um den Schnittzeitpunkt

• Spektrale Auflösung: Erfassung der elektromagnetischen Strahlung in

vegetationsrelevanten Spektralbereichen (sichtbares Licht, Nahes Infrarot)

(4)

Entwicklung: Luftbild als Referenz

+ Räumliche Auflösung: 0,2 m - Zeitliche Auflösung: 3 Jahre

- Spektralkanäle: 3 (RGB)

(5)

Entwicklung: MODIS

- Räumliche Auflösung:

250-1000 m

- Zeitliche Auflösung:

8, 16, 32 Tage

+ Spektralkanäle: 36

(6)

Entwicklung Landsat 8

+ Räumliche Auflösung: 30 m

- Zeitliche Auflösung: 16 Tage

+ Spektralkanäle: 11

(7)

Entwicklung Sentinel-2

+ Räumliche Auflösung: 10m + Zeitliche Auflösung:

2-3 Tage

+ Spektralkanäle: 13

(8)

Sentinel-2

•

Teil des Copernicus Programms (ESA)

•

Zwei optische Erdbeobachtungssatelliten

− S-2A und S-2B

•

Sonnensynchrone Umlaufbahn

− Orbit Height: 786 km

− Orbitwiederholzeit: 5 Tage (Äquator)

•

Multispektral Instrument (MSI):

− Spektralbänder: 13

− Wellenlängen: 443 –2190 nm

− Räumliche Auflösung: 10, 20 und 60 m

•

Anwendungsbereiche:

−

Landbeobachtung

• Vegetation

– Aktuelle Informationen zu Ertrag und Qualität

– Nährstoffversorgung – Wasserversorgung

• Boden, Oberflächengewässer, küstennahe Gebiete

• Landnutzungsänderung

(9)

Reflexion der Sonnenstrahlung: Vegetationsoberfläche

•

Vitale Vegetation:

− Starke Reflexion im NIR Bereich

− Starker Anstieg der Reflexion im Red- Edge-Bereich

•

Offener Boden / seneszente Vegetation

− Relativ hohe Reflexion im VIS Bereich

(10)

Entwicklungsphasen im Grünland

400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700

Reflexion [%]

Wellenlänge [nm]

8. Woche (21.07.2015) 7. Woche (15.07.2015) 2. Woche (10.06.2015) 1. Woche (02.06.2015)

Messungen im 2. Aufwuchs

1 2

7 8

(11)

LAI-Berechnung aus Sentinel-2 Daten

(12)

Blattflächenindex, engl. Leaf Area Index (LAI)

• LAI: Blattfläche pro Einheit Bodenfläche

(Monteith und Unsworth, 2013)

• Sehr gut geeignet für homogene Strukturen wie Grünland

• Schlüsselgröße für biophysikalische Prozesse

• Photosynthese

• Transpiration

• Respiration

• Interzeption

(13)

Beispiele Sentinel-2 (True Colour & LAI)

Echtfarbenbild 21. 04. 2019

Echtfarbenbild 24. 05. 2019

LAI

21. 04. 2019

LAI

24. 05. 2019

0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

(14)

Anwendung von Satellitendaten: Ertragsmodellierung

(15)

Modellvalidierung: Dreischnittfläche

• Grünlandexaktversuch

• Erntedaten von 2017

• Dreischnitt Regime

• RMSE: 239 kg ha

^-1

Aufwuchs

^-1 ⁰

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

TM-Ertrag kg ha-1

(16)

Modellvalidierung: Erster Aufwuchs 2018 (Praxisflächen)

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

TM-Ertrag kg ha-1

Modellierter Ertrag Präsoll Modellierter Ertrag Thalhammer Gemessener Ertrag Präsoll Gemessener Ertrag Thalhammer

(17)

Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Almbewirtschaftung

Untersuchungsgebiet:

Lärchkaralm (Stmk)

(18)

Erkennung des Vegetationsbeginns auf der Alm (I)

21.04.2018 21.04.2019 24.04.2020

(19)

Erkennung des Vegetationsbeginns auf der Alm (II)

21.04.2018 21.04.2019 24.04.2020

(20)

Erfassung des Futtervorrats auf der Alm

11.09.2019 21.09.2019 01.10.2019

_0,5

1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

(21)