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Projekt Biotoura

Entwicklung eines multimodalen kinematischen Messsystems für das Biodiversitäts- und Zustandsmonitoring von Waldwegen

Kurzbeschreibung

Waldwege sind weit mehr als reine Erschließungsinfrastruktur. Als lineare Lebensräume (Ökotone) übernehmen sie wichtige ökologische Funktionen und tragen zur Biodiversität im Wald bei. Während sich ihr baulicher Zustand heute bereits automatisiert erfassen lässt, erfolgt die Bewertung der Biodiversität bislang überwiegend durch zeit- und personalintensive Geländeaufnahmen. 

Das Verbundvorhaben BioToura entwickelt ein fahrzeuggestütztes, kinematisches Messsystem, das den Zustand von Waldwegen und die Biodiversität entlang der Wege gleichzeitig erfasst. Grundlage ist das im Vorgängerprojekt Contura entwickelte Trägersystem, das um zusätzliche Sensorik, KI-gestützte Auswerteverfahren sowie eine standardisierte Datenhaltung erweitert wird. Ziel ist ein objektives, flächendeckendes und wiederholbares Monitoring als Grundlage einer biodiversitätsschonenden Wegepflege.

  • Projektziel

    Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung und prototypische Erprobung eines multimodalen Messsystems zur georeferenzierten Erfassung der Biodiversität entlang von Waldwegen. Hierfür wird das Contura-System hinsichtlich Auflösung, Messbereich und Sensorfusion weiterentwickelt und um Verfahren zur automatisierten Erkennung biodiversitätsrelevanter Merkmale ergänzt.

    Die erfassten Informationen werden gemeinsam mit den Daten zum Wegezustand in einem Digitalen Zwilling zusammengeführt. Über einen an Industry Foundation Classes (IFC 4.3) orientierten, GIS-fähigen Datenstandard stehen die Ergebnisse interoperabel für Planung, Monitoring und Wegeunterhaltung zur Verfügung. Die Validierung erfolgt auf ausgewählten Testflächen im Thüringer Wald.

  • Forschungsgegenstand

    BioToura entwickelt ein durchgängiges Verfahren zur automatisierten Erfassung und Bewertung des Biodiversitätspotenzials von Waldwegen. Hierzu werden moderne Sensorik, KI-gestützte Bildverarbeitung, Vegetationsökologie, Forstwissenschaft sowie standardisierte Datenmodelle miteinander kombiniert.

    Ziel ist es, Biodiversitätsinformationen objektiv, reproduzierbar und wirtschaftlich zu erfassen und damit eine belastbare Grundlage für Monitoring, Planung und biodiversitätsschonende Wegepflege zu schaffen.

  • Methodik

    Trägersystem und Sensorik
     Das im Vorgängerprojekt Contura entwickelte Trägersystem wird hinsichtlich Stabilität, Robustheit und Messbereich weiterentwickelt. Ein multimodaler Sensorverbund aus LiDAR, Spektralsensorik, RGB-/HDR-Kameras, SWIR-3D-Sensorik und Time-of-Flight-Sensoren erfasst sowohl den Waldweg als auch die angrenzende Vegetation. Die georeferenzierte Zuordnung erfolgt mithilfe von GNSS und einer Inertialmesseinheit (IMU).

    Erkennung und Datenfusion
    KI-gestützte Verfahren identifizieren Pflanzenarten auf Grundlage multimodaler Bilddaten. Die unterschiedlichen Sensordaten werden miteinander fusioniert und durch Multilabel-Lernverfahren ausgewertet, die zusätzlich eine taxonomische Verifizierung der Ergebnisse ermöglichen.

    Biodiversitätsbewertung
    Ein Merkmalskatalog biodiversitätsrelevanter Eigenschaften bildet die Grundlage der Bewertung. Vegetationsaufnahmen dienen als Ground Truth für die Validierung der automatisierten Verfahren. Ergänzend werden Daten der TRY-Datenbank des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie sowie Citizen-Science-Daten aus der App Flora Incognita einbezogen. Auf dieser Basis werden Biodiversitätsmetriken entwickelt und für unterschiedliche Wald- und Bewirtschaftungsformen bewertet.

    Digitaler Zwilling und Standardisierung
     Alle Informationen zu Wegezustand und Biodiversität werden in einem Digitalen Zwilling zusammengeführt. Hierfür entsteht eine georeferenzierte Datenbank mit einem an IFC 4.3 orientierten Datenmodell als interoperabler Standard für Waldwege mit GIS-Anbindung.

  • Beitrag des KWF

    Das Kuratorium für Waldarbeit und Forsttechnik e. V. (KWF) bringt seine Expertise insbesondere in den Bereichen Datenstandardisierung, Forsttechnik und Wissenstransfer ein. Zu den Arbeitsschwerpunkten gehören:
    • Entwicklung eines IFC- und GIS-orientierten Datenstandards für Waldwege
    • Formalisierung bestehender Property Sets zu Wegeklassen und Wegezustand
    • Entwicklung eines Property Sets zur Beschreibung biodiversitätsrelevanter Merkmale
    • Technikfolgenabschätzung der Verknüpfung von Wegezustand und Biodiversität
    • Projektdokumentation sowie Unterstützung der Verstetigung und des Wissenstransfers
    • Einbringung der forstlichen und verfahrenstechnischen Expertise sowie des umfangreichen Netzwerks des KWF

Weitere Informationen/Abläufe zum Projekt

BioToura

Entwicklung eines multimodalen kinematischen Messsystems für das Biodiversitäts- und Zustandsmonitoring von Waldwegen

Projektlaufzeit:

11/2025 – 11/2028

 

Projektpartner:

 

 

 

 

 

Projektkoordination

Technische Universität Ilmenau – Fachgebiet Qualitätssicherung und Industrielle Bildverarbeitung (QBV)

 

Projektförderung:

Gefördert durch die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) im Auftrag des Bundesministeriums für Landwirtschaft, Ernährung und Heimat (BMLEH), Förderkennzeichen 2224NR027B.

Dr. Vincent Egenolf

  • Tel.: +49 (0) 6078 785-25
  • vincent.egenolf@kwf-online.de

  • Kuratorium für Waldarbeit und Forsttechnik e. V. (KWF)
    Spremberger Straße 1, 64823 Groß-Umstadt

Restlaufzeit