Beendetes Forschungsprojekt

Motivation:

Der Lebensraum des Großen Fichtenborkenkäfers (Ips typographus) befindet sich unter der Rinde von Fichten, dort wo er auch seine Eier ablegt und sich anschließend die Larven entwickeln. Dadurch entsteht das charakteristische Brutbild, was ihm auch seinen Namen Buchdrucker eingebracht hat. Im Wirtschaftswald ist er ein bedeutender Schädling, da die befallenen Fichten nach kurzer Zeit absterben. Im Nationalpark Bayerischer Wald dürfen sich die Borkenkäfer zwar in der Naturzone frei entwickeln, in der Randzone werden sie jedoch bekämpft, um ein Übergreifen der Käfer auf benachbarte Wirtschaftswälder zu verhindern. Grundlage für eine effektive Bekämpfung ist es, den Käferbefall frühzeitig zu erkennen, um die befallenen Bäume zu entnehmen, bevor die Entwicklung der Käfer im Baum abgeschlossen ist. Dazu gibt es im Wesentlichen zwei Möglichkeiten: Am Boden ist er frühzeitig durch herabfallendes Bohrmehl erkennbar, aus der Luft können geschädigte Bäume durch die Verfärbung ihrer Krone erkannt werden. Die erste Methode ist sehr aufwändig und noch dazu fehleranfällig, während die zweite Methode den Befall meist zu spät erkennt. Von daher ist eine möglichst frühzeitige Erkennung von befallenen Bäumen aus der Luft erstrebenswert.

Projektziele:

Mit konventioneller Sensorik war bislang keine frühzeitige Erkennung des Borkenkäferbefalls aus der Luft möglich. Daher liegt der Schwerpunkt der Forschung in diesem Projekt bei der Untersuchung verschiedener Sensoren mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften: Hyperspektralkameras können beispielsweise das sichtbare und nahe Infrarot-Licht sehr viel feiner abgestuft detektieren, als konventionellen Kameras. Auch Sensoren, die im sogenannten kurzwelligen Infrarot (SWIR) und im thermalen Infrarot (TIR) sensibel sind, werden auf ihre Eignung untersucht. Gerade das thermale Infrarot gilt speziell für die Früherkennung als vielversprechend. Bereits geringste Temperaturunterschiede könnten einen Hinweis auf frühen Borkenkäferbefall geben. Laserscanner erlauben schließlich eine sehr genaue 3D-Rekonstruktion einzelner Bäume und ihrer Baumkrone, wodurch auch Veränderungen in der Baumkrone erfasst werden können. Außerdem soll untersucht werden, wie die gewonnen Erkenntnisse operationell und großflächig angewendet werden können.

Untersuchungsdesign:

Es wurden zwei je einen Hektar große Testgebiete in den Nationalparks Bayerischen Wald und Šumava ausgewählt. Um den Verlauf des Borkenkäferbefalls möglichst genau aus der Luft beobachten zu können, werden beide Testgebiete dreimal wöchentlich mittels zweier handelsüblicher Drohnen nahezu gleichzeitig überflogen. Eine Drohne trägt eine spektral hochaufgelöste Hyperspektralkamera und einen Laserscanner, die andere eine SWIR-Kamera, eine Hyperspektralkamera mit mittlerer spektraler Auflösung und eine Thermalkamera. Die Flüge finden während der Zeit statt, in der der Borkenkäfer aktiv ist und noch einige Wochen darüber hinaus. Durch die Verwendung von Drohnen können zum einen Kosten gespart werden, es können damit aber auch einzelne Bäume sehr genau beobachtet werden, da die geringe Flughöhe der Drohnen eine sehr hohe Bildauflösung erlaubt. Die gewonnenen Bilddaten und das 3D-Modell des Laserscanners werden schließlich am Computer geo-referenziert und dann gemeinsam analysiert. Dabei wird nicht nur jeder Einzelflug ausgewertet, sondern es wird vor allem der Verlauf des Befalls analysiert (Monitoring). Bei der Auswertung der Bilddaten kommen verschiedenste Methoden der Bildanalyse zum Einsatz, die unter anderem auch auf Verfahren der künstlichen Intelligenz zurückgreifen.

Finanzierung:

Interreg

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Marco Heurich
Sachgebietsleiter
Marco.Heurich@npv-bw.bayern.de

Dr. Peter Hofmann
Technologie Campus Freyung
peter.hofmann@th-deg.de

Kooperationspartner:

• Technische Hochschule Deggendorf, Technologie Campus Freyung ( www.th-deg.de/tc-freyung)
• Universität Budweis, Institut für Ökosystem Biologie ( https://kbe.prf.jcu.cz/en)
• Nationalpark Sumava ( www.npsumava.cz/en/)
• Fa. Autel ( www.autelrobotics.com)