LauMon

Monitoring der Landschaftsraumoberflächen und Biodiversität mittels Drohnen- und Satellitendaten in der Modellregion Lausitz

Kurzbeschreibung und Ziele

Im Projekt LauMon soll ein vollständiges, fernerkundungsbasiertes Monitoringsystem der Kulturlandschaft Lausitz entstehen, welches unterschiedliche Landschaftskomponenten beschreibt und integriert. Auf dieser Basis sollen Austauschprozesse und Interaktionen zwischen Ökosystemen im Transformationsprozess einer komplexen Kulturlandschaft dokumentiert und mittels eines Informationsportals allen interessierten Akteuren in der Region zur Verfügung gestellt werden.

LauMon soll dabei helfen, lokale Transformationsprozesse auf regionaler Ebene sichtbar zu machen. Durch die Zusammenarbeit mit anderen LIL-Projekten wie AgriNose, AgroBaLa, InnoWert und iEnergySolutions können starke Synergieeffekte geschaffen werden. So stellen die lokal erhobenen Messdaten der Bündnispartner eine konstante Erweiterung der Datengrundlage für LauMon dar. Im Gegenzug werden Aussagen über vorhabenspezifische Flächenpotenziale, Standorteignung und ökosystemische Auswirkungen geliefert, die u.a. durch das geplante Lausitzer Agrar-Informationszentrum (LAIZ) interessierten Nutzer/innen zur Verfügung gestellt werden können.

Projektinnovation

Durch die lokale Verknüpfung zeitlich hoch und räumlich niedrig aufgelöster Satellitenbilder mit zeitlich niedrig und räumlich hoch aufgelösten Felddaten entsteht ein großflächiges Landschaftsmonitoring. Räumliche Veränderungen der Ökosystemflächen können automatisiert von ausgewählten Satelliten detektiert und über zusätzliche Drohnenbefliegung räumlich hochaufgelöst aufgenommen und mit Hilfe Künstlicher Intelligenz (KI) automatisch ausgewertet werden. Damit können auch kleinere Veränderungen, die in Satellitendaten zwar erkannt, aber nicht metergenau lokalisiert werden, näher untersucht werden. Dieser Multiskalenansatz erlaubt es beispielsweise, über die neuronale Netzmodellierung der Beak Consultants GmbH multi- und hyperspektrale Fernerkundungsdaten so zu integrieren, dass ein neuartiges, großflächiges und weltweit einzigartig innovatives Monitoringnetzwerk realisiert wird.
Zwar bieten bereits vereinzelt zum Teil freie Softwarepakete/Werkzeuge verschiedene statistische und multivariate Auswerteverfahren an, um Geodaten auszuwerten und Prognoserechnungen durchzuführen, in LauMon werden hingegen komplette Workflows (Arbeitsanweisungen) für die KI-basierte Modellierung ganzer Ökosysteme und für die Prognose von Pflanzen-, Boden-, Material- und Landschaftsparametern aus Fernerkundungsdaten über mehrere Skalenebenen hinweg entwickelt, die so bisher noch nicht auf dem Markt verfügbar sind.

LauMon und die Lausitz

Das gesamtheitliche Monitoring auf Landschaftsebene wird durch die Tatsache ermöglicht, dass die Region Lausitz durch große Landschaftskomplexe mit einzigartigen, dynamischen Ökosystemen und einer langen kulturhistorischen Nutzungstradition geprägt ist. Landschaftsprägende, großräumige Strukturen sind dabei sowohl die Hinterlassenschaften einstiger Braunkohleförderung, als auch weite, zusammenhängende, durch das Europäische Recht der Flora-Fauna-Habitat (FFH) Richtlinie unter Schutz gestellte Wald- und Offenlandgebiete wie etwa die Lieberoser Endmoräne, der Spreewald, das Luckauer Becken oder die Niederlausitzer und Oberlausitzer Heide. Diese stellen zum Teil ausgedehnte Ökosystementwicklungsflächen dar, welche jedoch auch wirtschaftliche, touristische und landwirtschaftliche Nutzung zulassen.
Mit den gestiegenen gesellschaftlichen Anforderungen an eine nachhaltige Landschaftsnutzung ist es heutzutage umso wichtiger, diese Ansprüche mit naturschutzfachlichen und klimarelevanten Zielen in Einklang zu bringen. Dafür könnte die Lausitz eine Modelllandschaft mit Vorbildfunktion werden.

Nachhaltige Landnutzung

Ziel ist es, Kompetenzen für den Umgang mit Erdbeobachtungsdaten und daraus ableitbaren Produkten aufzubauen, um zukünftige, neuere Landnutzungsformen zu unterstützen und praktisch anwendbar zu machen. Hier ist schon heute klar, dass automatisierte, digitale Monitoringsysteme zukünftig in einer Vielzahl von Anwendungen benötigt werden. Insbesondere Aufgaben in Forst, Naturschutz und Gewässern müssen in Zukunft auf quantitative Überwachungsroutinen zugreifen können, um Maßnahmen eigener Bewirtschaftung (zum Beispiel Bewässerung, Anreicherung des organischen Kohlenstoffgehalts, Agri-Energie) oder Auswirkungen von großindustrieller Nutzung (beispielsweise Tagebaue) wissens- und evidenzbasiert bewerten und dokumentieren zu können.

Bisherige Ergebnisse / Zwischenstand

Multiphänologische Drohnen- und Referenzdaten wurden für die Flächen der LIL-Projekte AgroBaLa, Trüffelplantage, AgriNose (Marquardt) und in der Lieberoser Heide aufgenommen. Zum Einsatz kamen hyperspektrale, multispektrale, thermale und RGB-Sensoren sowie Laserscanner. Zu den wichtigsten erhobenen Oberflächeneigenschaften zählen Bodenkohlenstoffgehalte, Wachstum, Vitalität und Artenspektrum. Ein gemeinsames Vorgehen mit den LIL-Projekten InnoWert und iEnergySolutions wurde abgestimmt. Eine wissenschaftliche Studie zur KI-basierten Abschätzung der Auswirkungen von Agroforstmaßnahmen auf Pflanzenwachstum und -vitalität unter Verwendung von Drohnenbildern wurde abgeschlossen. Des Weiteren wurde ein Verfahren zur Zeitreihenanalyse von Satellitenbildern zur Abschätzung signifikanter Landnutzungstrends in der Lausitz unter Verwendung von CloudComputing Services erstellt. Außerdem wurde für den Zeitraum 1993-2022 eine Grundwasserdynamik-Analyse für die Lausitz erstellt und ein optimiertes Verfahren zur Drohnendaten-Prozessierung entwickelt.

Ausblick

Im nächsten Schritt werden weitere Arbeitsprozesse für KI-Verfahren zur Auswertung von Drohnen- und Satellitenbildern für die Veranschaulichung der Vegetationsdynamik entwickelt. Die Ergebnisse der Einzelprojekte werden im LIL-Portal visualisiert und der Flächenkatalog für die Vegetationsperiode 2025, insbesondere unter Einbeziehung interessierter Landwirt/innen, ausgebaut. Für die einzelnen Vorhaben des LIL-Bündnisses werden darauf aufbauend Anwendungsbeispiele über sogenannte interaktive Storymaps konzipiert und schrittweise veröffentlicht.