Untersuchungen zum Monitoring von Naturwäldern mit Hilfe von Geo-Informationssystemen, modernen Luftbildauswertungsverfahren und Geostatistik: dargestellt am Beispiel des nordrhein-westfälischen Naturwaldreservates Hellerberg
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Autor: Hoffmann, Birgit
Jahr: 2001
INHALT
Inhalt
1 Einleitung ..................................................................1
2 Stand der Forschung..................................................4
2.1 Naturwaldreservate als Forschungsobjekte ..........................................4
2.11 Aufgaben der Naturwaldforschung im Wandel der Zeit.........................4
2.2 Aufhahmeverfahren und Auswertung von Naturwäldern...........................7
2.21 Terrestrische Inventurverfahren...................................................7
2.22 Informationssysteme...............................................................8
2.221 Geographische-Informationssysteme (GIS)...................................9
2.222 Geographische-Informationssysteme in der Forstwissenschaft ............ 10
2.23 Die Anwendung der Luftbildauswertung in der Naturwaldforschung ........ 14
2.24 Die Verwendung der Geostatistik in der Forstwissenschaft ................... 19
3 Material und Methode..............................................21
3.1 Untersuchungsgebiet................................................................21
3.11 Lage ..............................................................................21
3.12 Gelände...........................................................................22
3.13 Klimatische Bedingungen .......................................................22
3.14 Geologie und Böden.............................................................23
3.15 Vegetation........................................................................23
3.16 Bestandesgeschichte.............................................................24
3.2 Untersuchungsmaterial..............................................................26
3.21 Historisches Datenmaterial......................................................26
3.22 Digitales Geländemodell ........................................................26
3.23 Sonstige Geometrie- und Sachdaten ............................................26
3.24 Luftbildmaterial..................................................................26
3.25 Terrestrische Inventurdaten .....................................................28
3.3 Methode .............................................................................30
3.31 Geo-Informationssystem und Datenbankmanagement.........................30
3.311 Datenintegration ..............................................................32
3.32 Luftbildauswertung ..............................................................33
3.321 Grundlagen der stereoskopischen Luftbildauswertung.....................33
3.322 Kartierverfahren ..............................................................36
3.322.1 Visuelle Luftbildauswertung.............................................37
3.322.2 Automatische Luftbildauswertung ......................................39
3.323 Digitale Orthophotoerstellung ...............................................45
III
INHALT_________________________________________________________________________________________
3.33 Geostatistik .......................................................................47
3.331 Entwicklung der Geostatistik.................................................47
3.332 Konzept der regionalisierten Variable .......................................47
3.333 Semi-Variogramm............................................................49
3.333.1 Variogrammschätzung und -modellierung..............................51
3.334 Räumliche Anomalien ........................................................55
3.334.1 Trends .....................................................................55
3.334.2 Anisotropie...................................................;............56
3.335 Kriging.........................................................................56
3.336 Datentransformation ..........................................................57
3.337 Validierung der Variogrammodelle ..........................................58
4 Ergebnisse .................................................................60
4.1 Naturwald-Informationssystem (NaWIS) ..........................................60
4.11 Datenbankaufbau .................................................................60
4.111 Geodatenbank .................................................................60
4.112 Sachdatenbank ................................................................61
4.113 Geo- und Sachdatenverknüpfung.............................................64
4.12 NaWIS als Monitoring Instrument ..............................................66
4.121 Anwendungs- und Analysebeispiele .........................................67
4.121.1 Analyse der geschichtlichen Bestandsentwicklung .....................67
4.121.2 Visualisierung und graphische Ausgabe der terrestrischen
Stichprobeninventur ......................................................69
4.121.3 Verschneidung von Informationen zur Bestimmung der Wald-
entwicklungsphase ........................................................71
4.2 Luftbüdauswertung..................................................................74
4.21 Interpretation und Kartierung von Einzelbaum- und Bestandesmerkmalen ... 74
4.211 Kronenschlußgrad.............................................................74
4.212 Überschirmungsgrad ..........................................................75
4.213 Vertikale Bestandesstruktur ..................................................76
4.214 Natürliche Altersklasse .......................................................78
4.215 Verjüngung ....................................................................78
4.216 Stammzahl und Mischungsanteile............................................79
4.217 Mittlerer Kronendurchmesser ................................................80
4.218 Baumhöhenmessung ..........................................................81
4.219 Totholz.........................................................................83
4.3 Automatische Luftbildauswertung..................................................87
4.31 Digitale Oberflächenmodellierung ..............................................87
4.311 Rauhigkeitsmaße..............................................................88
4.311.1 Oberflächenquotient ......................................................88
4.311.2 Varianz der Höhenunterschiede..........................................90
4.311.3 Vertikale Kronenprofile ..................................................91
_________________________________________________________________Inhalt
4.312 Automatische Lückendelinierung............................................92
4.313 Wuchsraum ...................................................................95
4.4 Geostatistische Analyse der Stichprobeninventur.................................98
4.41 Allgemeines zur Stichprobeninventur ..........................................98
4.411 Befundeinheiten ..............................................................98
4.42 Autokorrelation der Datengrundlage...........................................100
4.43 Räumliche Anomalien..........................................................101
4.431 Trends ........................................................................101
4.432 Anisotropie...................................................................101
4.44 Semi-Variogrammanalyse......................................................101
4.441 Allgemeines..................................................................101
4.442 Modelle ......................................................................102
4.443 Reichweite ...................................................................104
4.444 Nugget........................................................................105
4.445 Gewöhnliches Kriging.......................................................106
4.445.1 Verbesserung der Vorhersage mit Hilfe der Luftbildinventur ........107
4.446 Kreuzvalidierung ............................................................108
5 Diskussion................................................................110
5.1 Naturwald-Informationssystem(NaWIS).........................................110
5.2 Luftbildinventur....................................................................112
5.21 Visuelle Luftbildinterpretation und-messung ................................113
5.22 Automatische Luftbildauswertung.............................................118
5.3 Geostatistik.........................................................................121
6 Zusammenfassung ....................................................124
7 Literatur und Software..........................................128
7.1 Literatur.............................................................................128
7.2 Software ............................................................................140
8 Anhang........................................................................I
8.1 Befundeinheiten im Naturwaldreservat Hellerberg..................................I
8.2 Empirische und theoretische Semi-Variogramme der untersuchten
waldmeßkundlichen Merkmale......................................................H
8.3 Graphische Darstellung der regionalisierten waldmeßkundlichen Merkmale ... VI
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