Erfassung von Sturmschäden mit Hilfe moderner Radar-Fernerkundungssystemen

Der Orkan „Lothar“ verursachte an Weihnachten 1999 sehr große Schäden innerhalb des Waldes in Baden-Württemberg, Frankreich und der Schweiz. Meteorologische Untersuchungen legen nahe, dass solche Ereignisse in Zukunft mit höherer Wahrscheinlichkeit auftreten als vor ca. 1950. Wichtigste Aufgabe der Forstbehörden nach einer großräumigen Sturmkatastrophe ist die Erfassung des Schadausmaßes und die Lokalisation der Schäden, damit die wichtigsten Maßnahmen der Sturmschadensbewältigung umgehend geplant und durchgeführt werden können. <br>Die vorliegende Arbeit untersucht das Anwendungspotential zurzeit verfügbarer und in naher Zukunft zur Verfügung stehender Radarsysteme für die Kartierung der Sturmflächen innerhalb des Waldes. <br>Für die Erfassung der Sturmflächen werden zwei Untersuchungsgebiete ausgewählt, für die teilweise bereits im Jahr 2000 digitale FoGIS Daten der Landesforstverwaltung Baden-Württemberg zur Verfügung standen und die gleichzeitig hohe Sturmschäden, verursacht durch den Orkan „Lothar“, zu vermelden hatten. Währen das Untersuchungsgebiet 1 mit den Forstbezirken Ettenheim, Kenzingen und Lahr ein eher bewegtes Relief aufweist, ist das Untersuchungsgebiet 2 im Rheintal in der Nähe der Stadt Offenburg sehr flach. <br>Untersucht werden die satellitengetragenen Systeme ERS-1 und ERS-2 und Daten des kanadischen Satelliten Radarsat 1. Für die Auswertung der ERS-1 und ERS-2 Daten stehen Kohärenzdaten von vor und kurz nach dem Sturm zur Verfügung. Bei Radarsat 1 stehen ebenfalls Datensätze von vor und nach dem Sturm zur Verfügung. Zusätzlich zu den satellitenbasierten Systemen, sind für das Untersuchungsgebiet 1 auch flugzeugbasierte X- und L-Band Daten des experimentellen E-SAR Systems des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt verfügbar. Auf Basis der E-SAR Daten wurden Daten des ab 2005 zur Verfügung stehenden Radarsatelliten TerraSAR simuliert und in die Auswertung miteinbezogen. <br>Ferner stehen zu den genannten Radar-Fernerkundungsdaten digitale FoGIS Daten, digitale Topographische Karten im Maßstab 1:25.000, BWI-Daten, das digitale Höhenmodell des Landesvermessungsamtes und sämtliche innerhalb des Projekts Sturmmon verwendeten Fernerkundungsdaten zur Verfügung. Die Auswertungen sämtlicher Erfassungsvarianten wird mit Hilfe eines im Gelände erstellten und unter Verwendung digitaler Luftbilder im Maßstab 1:18.000 in eine GIS-Umgebung übertragenen Referenzdatensatzes durchgeführt. <br>Für die Erfassung der Sturmflächen mit Hilfe der verfügbaren Radardaten werden visuelle, halbautomatische und automatische Interpretationsverfahren angewendet. Die automatischen Varianten werden dabei mit einem segmentbasierten Ansatz und einer anschließenden Klassifizierung durchgeführt. Für die Auswahl der für die Klassifizierung mit dem Nearest-Neighbor-Verfahren am Besten geeigneten Kanäle, wird jeweils eine schrittweise Diskriminanzanlyse durchgeführt. <br>Als wichtige Zusatzinformation werden die digitalen FoGIS Daten direkt in die untersuchten Erfassungsoptionen eingebunden. Dadurch können im Vorfeld Gebiete, in denen in der Regel keine Sturmschäden im Wald auftreten, wie z.B. Nicht-Waldflächen, Nichtholzbodenflächen und Bestände jünger 30 Jahre, von der Interpretation ausgeschlossen werden. <br>Für eine Bewertung der Ergebnisse werden diese anschließend mit den Nutzeranforderungen der Landesforstverwaltung Baden-Württemberg verglichen und diskutiert. <br>Die Ergebnisse zeigen, dass eine Erfassung der Sturmflächen mit Hilfe von Radardaten ab einer Schadflächen von ca. 2,0 – 4,0 ha möglich ist. Kleinere Flächen von 0,5 bis 1,0 ha können teilweise mit Abstrichen an die Genauigkeit erkannt werden. Die Ausnahme hiervon bilden die Daten von Radarsat 1, mit denen keine Sturmflächen zu erfassen sind. Die Trennung von Wald und Nichtwald ist dafür in allen Fällen möglich. Generell kann festgestellt werden, dass die Erfassungsgenauigkeit mit geringer werdender geometrischer Auflösung sinkt. So sind die Genauigkeiten, die mit den E-SAR Daten erzielt werden, höher, gegenüber denen von TerraSAR. Weiter kann den Ergebnissen entnommen werden, dass die visuelle Interpretation in den meisten Fällen bessere Genauigkeiten erzielt, als die automatischen Auswerteverfahren. Die Verwendung von Kohärenzdaten bei der Auswertung kann die Interpretation der Bilddaten erheblich verbessern. <br>Insgesamt sind die erzielten Erfassungsgenauigkeiten im Vergleich mit der Verwendung hochauflösender optischer Satellitendaten oder Luftbilder schlechter. Keine der hier untersuchten Optionen genügt den Anforderungen der Landesforstverwaltung an einen schnellen Überblick über das Schadausmaß. Zukünftig zur Verfügung stehende satellitenbasierte Radarsysteme wie TerraSAR und Radarsat 2 sollten nochmals auf ihre Eignung zur Erfassung von Sturmflächen überprüft werden.

Author dc:creator

• Ramminger, Gernot

Contributors dc:contributor

• Koch, Barbara

• E-SAR
• eCognition
• visuelle Interpretation
• GIS
• storm
• damage
• assessment
• remote sensing

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