Monitoring der Landschaftsraumoberflächen und Biodiversität mittels Drohnen- und Satellitendaten in der Modellregion Lausitz
Ziel
Technologische Entwicklung
Innerhalb des Vorhabens soll ein vollständiges, fernerkundungsbasiertes Monitoringsystem auf Ebene der Kulturlandschaft Lausitz entstehen, welches unterschiedliche Landschaftskomponenten integriert, um Austauschprozesse und Interaktionen zwischen Ökosystemen im Prozess der, im Land-Innovation-Lausitz-Bündnis vorangetriebenen, Transformation einer komplexen Kulturlandschaft zu dokumentieren und auf Basis eines Produktes zur Datenhaltung in Form eines Geoportals (LIL-Portal) dem Bündnis und der Region zur Verfügung steht.
Struktur
Wie ist LauMon aufgebaut
Modul 1
Spektrale Inventarisierung der Modellregion Lausitz
Es werden die für das Monitoringnetzwerk relevanten Parameter und Indikatoren auf ihre Eignung und Möglichkeit ihrer Erfassung mittels Testflächen und fernerkundlicher Methoden geprüft bzw. festgelegt und damit einhergehend die Bausteine eines technischen Ablaufes erstellt, was die drohnen- und satellitengestützte, flächenhafte Datenerfassung dieser Indikatoren ermöglicht. Darauf basierend wird ein Datenhaltungsprodukt in Form eines Geoportals (LIL-Portal) konzeptioniert.
Modul 2
Digitalisierung der Landschaft in der Modellregion Lausitz
Es erfolgt die flächendeckende Erfassung der Landschaft Lausitz. Dabei sollen operationalisierbare und weitergeführte Sensorsysteme (planbare Zukunftsmissionen) selektiert und in standardisierte Vorverarbeitungsroutinen überführt werden. Ziel ist es, Aufnahmen der zuvor ausgewiesenen Testflächen mit optischer, multispektraler, hyperspektraler und thermaler Sensorik zu realisieren bzw. vorhandene Archive zugänglich zu machen. Die daraus bezogenen Datensätze werden in standardisierten Prozessketten hinsichtlich der Vereinheitlichung und Vergleichbarkeit atmosphärischer, räumlicher und spektraler Eigenschaften homogenisiert und als analysierbare Zeitreihen zur Verfügung gestellt. Um die Fernerkundungsdaten in einem späteren Schritt zu validieren, werden die Flächen zusätzlich mit Punktspektrometern im Feld eingemessen. Anhand der prozessierten Zeitreihen, deren Eigenschaften hinsichtlich Anforderungen an Datenhaltung, Visualisierung und anschließender Modellerstellung (Modul 3) und unter den Vorgaben aus Modul 1 soll das LIL-Portal programmtechnisch umgesetzt werden.
Modul 3
Landschaftssystemanalyse der Modellregion Lausitz
Es gilt valide Modelle zur räumlichen Abbildung der selektierten Indikatoren (Modul 1) unter Verwendung der in Modul 2 erhobenen Datensätze zu erstellen. Zu diesem Zweck müssen geeignete spektrale Variable aus den Datensätzen extrahiert und darauf aufbauend optimale Modelle zur räumlichen Übertragung der Indikatoren kalibriert werden. Eine wesentliche Zielstellung dabei ist es, leicht erfassbare, spektrale Variablen für multiple Sensorsysteme zu kennzeichnen und darauf aufbauend, stabile und auf Übertragbarkeit getestete Modelle vorzuhalten. Die daraus abgeleiteten raum-zeitlichen Dynamiken sollen in das LIL-Portal über smarte Karten integriert werden, wobei Schnittstellen zur Anwendung der Modelle auf zukünftige Eingangsdaten geschaffen werden sollen.
Modul 4
Hydrologische und Kohlenstoff-Inventarisierung
Aufbauend auf die in den Modulen 2 und 3 erstellten Datenprodukte werden die Schnittstellen für die Verschneidung dieser Datensätze mit solchen des klassischen bodengestützten Umweltmonitorings erstellt. Die vorhandenen Grundwasser-, Seewasserpegel und Abflussganglinien des LfU, der LMBV und der LEAG werden einer gemeinsamen Empirical Orthogonal Function-Analyse (EOF) unterzogen, um räumlich differenziert die wichtigsten Einflussgrößen der hydrologischen Dynamik und die jeweiligen Effektstärken abzuschätzen. Die dafür entwickelten Algorithmen werden Modul 5 zur Verfügung gestellt. Sie bieten darüber hinaus eine der Grundlagen für die Modellierung der regionalen Kohlenstoff-Sequestrierung. Daneben werden für die Modellierung die aus diversen Fernerkundungsprodukten abgeleiteten Bestimmungen der Biomasse (Module 1-3) verwendet. Mit einem vereinfachten Ertragsmodell wird der jährliche Biomassezuwachs simuliert und über empirische Beziehungen die resultierende Änderung der Gehalte des organischen Kohlenstoffs im Boden modelliert.
Modul 5
Prognoserechnungen und Modellszenarien für die Modellregion Lausitz
Die Vernetzung unterschiedlicher Ökosystemkomponenten für komplexe Landschaftsausschnitte soll abgebildet, Ausbreitungskorridore für Arten aufgezeigt und der Einfluss einzelner Landnutzungsänderungen auf lokale Standortfaktoren dargestellt werden. Unter Verwendung methodischer Ansätze (z.B. Verfahren des maschinellen Lernens) mit der regionalen klimatischen Entwicklung, die auf Basis aktueller Klimamodelle abgeleitet wird (bspw. REMO, CLM, WETTREG, STAR) und weiteren Umweltdaten (z.B. Grundwasserstände), werden Szenarien, insbesondere in Hinblick auf die Entwicklung von Trockenphasen und dem damit verbundenen Risiko Wasserknappheit sowie den Auswirkungen auf die Landschaftsentwicklung bzw. der FFH-Lebensräume, erstellt. Das LIL-Portal soll mit Abschluss des Paketes im öffentlichen Bereich des Internets angeboten werden.
Modul 6
Entwicklung einer Consultingleistung für die Modellregion Lausitz
Es wird eine Dienstleistung entwickelt, welche einer nachhaltigen Entwicklung und Förderung der Kulturlandschaft Lausitz dienlich ist. Zum einen wird für die Modellregion Lausitz ein fernerkundungsbasiertes Digitalisierungskonzept ausgearbeitet und zum anderen wird durch die zentrale Datenhaltung in Form eines Geoportals die zukunftsorientierte und unumgängliche Digitalisierung der Region Lausitz vorangetrieben.
