GARRULUS

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Wiederaufforstung geschädigter Waldflächen durch Drohnen - UAV-basierte Schadensabschätzung und Analyse
Von: 
01.07.2021
to
31.12.2022

Projektbeschreibung

Das Ziel von Garrulus ist es, eine schnelle, zuverlässige und kostengünstige Methode für die Wiederaufforstung geschädigter deutscher Waldflächen zu entwickeln. Dazu ist geplant, einen Prototyp für ein unbemanntes Luftfahrzeug (UAV) zu entwerfen und zu bauen, welches in der Lage ist, das geschädigte Terrain zu vermessen, das Ausmaß der Schäden genau zu quantifizieren und neues Saatgut an geeigneten Stellen zur Wiederaufforstung auszubringen.

Problem

Aufgrund der mangelnden Niederschläge in den letzten Jahren in Deutschland (wie auch in anderen Teilen Europas) ist der Fichtenborkenkäfer stark ausgebrochen. Die Käfer befallen Fichtenwälder, indem sie sich durch die Rinde bohren, um neben Nährstoffen auch einen Ort für die Paarung und die Eiablage zu finden. Zusätzlich setzen sie Pheromone frei, die andere Käfer zu dem Baum locken, die diesen dadurch ebenfalls befallen. Nach etwa 2-5 Wochen wandern die Käfer zu einem anderen Baum und der Vorgang wiederholt sich.

In Folge dessen sterben die befallenen Bäume ab und/oder entwickeln eine Art Pilz, der den Wasserzufluss nach oben behindert, was zum Absterben des Laubes führt. Allein in NRW sind schätzungsweise 30 % aller Fichten entweder bereits geschädigt oder von den allgegenwärtigen Käfern befallen. Das hat zur Folge, dass etwa 70 - 100.000 Hektar Fichtenwälder aufgeforstet werden müssen, um die Schäden durch die Käfer zu mindern.


Allein in den letzten beiden Jahren hat das Land NRW mit einem Volumen von über 18 Mio. Kubikmetern die meisten Käferschäden unter den deutschen Bundesländern erlitten. Auch im europäischen Vergleich zeigt sich, dass die Schäden durch den Fichtenborkenkäfer in Deutschland größer sind als in den sieben anderen stark betroffenen EU-Ländern zusammen.

Übersicht der Schädigung in den Wäldern in unterschiedlichen europäischen Ländern
Übersicht der Schädigungen in Europa

Bestehende Lösungsansätze

Einige Lösungen zur Abschreckung des Fichtenborkenkäfers werden derzeit von Förstern in ganz Deutschland/Europa mit unterschiedlicher Wirkung angewandt.

In einem Ansatz wird der Vermehrungszyklus der Käfer verfolgt. Zu Beginn eines jeden Zyklus werden sogeannte Fallenbäume eingesetzt, um die Käfer anzulocken und sie so aus den Fichtenwäldern zu entfernen.

An anderer Ansatz besteht darin, befallene Baumabschnitte zu fällen. Damit soll die Ausbreitung der Käfer gestoppt werden.

Außerdem können Pheromonfallen aufgestellt werden, die die Käfer anlocken.

Diese Methoden sind unterschiedlich wirksam und zielen stets darauf ab, so viele Käfer wie möglich abzuschrecken und von weiteren Fichtenbäumen fernzuhalten. Es handelt sich dabei jedoch nicht um nachhaltige und garantierte Methoden zur Erhaltung der Fichtenwälder. Außerdem erfordert das Ausmaß der Schäden, die diese invasiven Käfer bereits verursacht haben, Maßnahmen zur Wiederaufforstung abgestorbener Flächen - und zwar schneller als das Fortschreiten des Befalls.

Die Wiederaufforstung geschieht traditionell durch die Wiederanpflanzung von Fichten in den geschädigten Waldgebieten. Die Wiederanpflanzung von Bäumen ist eine mühsame und sehr zeitaufwändige Aufgabe. Darüber hinaus führt der Mangel an Pflanzern und Förstern zu wesentlich höheren Kosten für die Nachpflanzung. Es wird geschätzt, dass für jeden neu gepflanzten Hector in NRW Kosten in Höhe von 5000 EUR anfallen.

Unser Lösungsansatz im Projekt Garrulus

Motiviert durch die oben beschriebenen Probleme und ihre direkten Auswirkungen auf die Bäume, das Klima und die Wirtschaft, sowie durch das Fehlen einer vollständig skalierbaren, zeitgerechten und kosteneffizienten Lösung verfolgen wir im Projekt Garrulus einen anderen Ansatz.

Das Ziel von Garrulus ist die Entwicklung eines schnellen, zuverlässigen, skalierbaren und kosteneffizienten Prototyps für die Wiederaufforstung geschädigter Flächen in den deutschen Wäldern. Die vorgeschlagene Methode besteht darin, einen Prototyp eines unbemannten Luftfahrzeugs (UAV) zu entwickeln und zu bauen. Dieser soll in der Lage sein, ein geschädigtes Gebiet zu scannen und das darunter liegende Gelände zu kartieren, um so das Ausmaß des geschädigten Waldgebiets genau zu bestimmen.

Das Kartierungsverfahren liefert zusammen mit einer ergänzend entwickelten künstlichen Intelligenz Erkenntnisse über optimale Standorte für die Wiederanpflanzung von Bäumen. Darüber hinaus werden wertvolle Daten für die Überwachung des Waldwachstums gesammelt. Das UAV wird mit einem speziellen Mechanismus zur Ausbringung von Saatgut ausgestattet, der die Samen an den gewünschten (optimalen) Standorten abwirft. Ein Prototyp der Drohne und des Ausbringungsmechanismus wird entwickelt und auf seine Funktionalität in einer Waldumgebung getestet.

Dabei arbeiten wir gemeinsam mit den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Zentrums für Wald und Holzwirtschaft (Arnsberg).

Projektleitung an der H-BRS

Prof. Dr. Alexander Asteroth

Professor für Theoretische Grundlagen der Informatik
Geschäftsführender Direktor des Instituts TREE
Sprecher des Forschungsfelds Effiziente Mobilität
Hochschule Bonn-Rhein-Sieg
E-Mail: 
alexander.asteroth [at] h-brs.de

Wissenschaftliche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter

Projektergebnisse

Beispielhafte Luftaufnahmen mit dem UAV

(aus einer Vorstudie)

Geldgeber

Kooperationspartner