IV.8 Test einer automatischen Biotoptypenklassifizierung als Grundlage für künftige Kartierungen im Rahmen der BS
Gemäß Planfeststellungsbeschluss (Abschn. 3.2.2.2) sollen alle 2 Jahre nach Abschluss der Baumaßnahmen die Ergebnisse der UVU hinsichtlich der gefährdeten Biotope und Arten überprüft werden. Um hierfür ein wirtschaftliches und zukunftorientiertes System zu verwenden, wurde im Rahmen einer Untersuchung in Zusammenarbeit mit der Bundesanstalt für Gewässerkunde, der Hochschule Vechta und der DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt) ein Verfahren für eine automatisierte Biotoptypenklassifizierung getestet. Ob dieses Verfahren dasjenige, welches mit den Einvernehmensbehörden vereinbart wurde, ablösen oder ergänzen wird, ist noch mit diesen und den Planfeststellungsbehörden abzustimmen. Die Gutachter kommen zu folgendem Ergebnis (Auszug aus der Zusammenfassung des Gutachtens):
"Im Rahmen des Vorhabens "Anpassung der Fahrrinne der Unter- und Außenelbe an die Containerschifffahrt" sind in der Umweltverträglichkeitsstudie (UVS) Auswirkungen durch Wasserstandsänderungen - Anstieg des MThw um max. 4 cm - auf die terrestrischen Lebensgemeinschaften, insbesondere auf die ufernahen Biotoptypen, prognostiziert worden. Der daraus abgeleitete Verlust der ufernahen Biotoptypen konnte allerdings nur pauschal angegeben werden und wurde im Planfeststellungsverfahren in vielen Einwendungen angezweifelt. Im Planfeststellungsbeschluss zum Ausbau der Unter- und Außenelbe wurde daher ein Beweissicherungsverfahren gefordert, welches die potenziellen Veränderungen erfasst und die UVS-Prognosen überprüfen soll. Dies betrifft die Biotoptypen Weidenauwald, Weidengebüsch, Röhrichte und Uferstaudenfluren, die zwischen Brunsbüttel und Geesthacht sowie an den Nebenflüssen, soweit diese dem Tideeinfluss unterliegen, vollständig und flächenhaft zu kartieren sind. Die Kartierung dieser Flächen im angeführten Gebiet erfordert einen sehr hohen Personalaufwand und könnte z.B. durch eine geeignete Befliegung (im Planfeststellungsbeschluss wird die Möglichkeit einer CIR-Befliegung angeführt) sowohl vom Zeit-, Personal- als auch Kostenaufwand reduziert werden.
Diese Kartierungen müssen gegebenenfalls über einen längeren Zeitraum in regelmäßigen Abständen von zwei Jahren durchgeführt werden, falls sich entsprechende Veränderungen in den angesprochenen Bereichen einstellen sollten. Es muss daher gesichert sein, dass die Kartierungen untereinander vergleichbar sind, um etwaige Tendenzen einer Veränderung aufzeigen zu können. Differenzen, die auf Kartier- und Übertragungsungenauigkeiten zurückzuführen sind, müssen weitestgehend ausgeschlossen werden.
Das WSA Hamburg erteilte im Dezember 1998 an die BfG den Auftrag, eine Markt- und Hochschulanalyse zur automatisierten Auswertung von Luftbildbefliegungen durchzuführen und gegebenenfalls ein Pilotprojekt zu starten, um ein zeit-, personal- und kostengünstiges Verfahren zur gezielten automatisierten Erfassung von Biotoptypen für den Einsatz im Bereich der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung (WSV) zu testen. Die BfG führte daraufhin eine umfangreiche Literaturrecherche sowie eine Markt- und Hochschulanalyse durch mit dem Ergebnis, dass eine computergestützte automatisierte Auswertung von CIR-Luftbildern ausscheidet. Im Zuge dieser Recherchen erhielt die BfG jedoch Hinweise auf einen neuartigen opto-elektronischen multispektralen Stereoscanner (High Resolution Stereo Camera – Airborne, HRSC-A), der vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Institut für Weltraumsensorik und Planetenerkundung (DLR) in Berlin entwickelt wurde. Obwohl diese Technologie für die genannte Aufgabenstellung zuvor noch nicht zur Anwendung kam, erschien sie dennoch aufgrund ihrer technischen Ausstattung geeignet. Es wurde deshalb ein Pilotprojekt durchgeführt, an dem das WSA Hamburg, das DLR, die Hochschule Vechta und die BfG beteiligt waren. Das DLR war für die Befliegung und Prozessierung der Daten zuständig, die Hochschule Vechta entwickelte die Methodik zur computergestützten Klassifizierung von Biotoptypen, die BfG war unter Beteiligung des WSA Hamburg für die fachliche Koordination zuständig. Für das Pilotprojekt wurden drei Testgebiete an der Unterelbe ausgewählt, die beflogen und ausgewertet werden sollten: Die Insel Pagensand, die Ilmenau-Mündung und das Gebiet Heuckenlock.
Am 05. 09. 1999 wurden diese Testgebiete mit dem HRSC-A Scanner bei günstigen Wetterbedingungen, allerdings weniger günstigen Wasserständen um die Mittagszeit beflogen. Die eingesetzte Kamera verfügt über 9 Kanäle (2 Stereo-, 2 Photometrie-, 1 Nadir- und 4 multispektrale Kanäle) und ermöglicht im Rahmen der Datenprozessierung die Erzeugung eines Digitalen Oberflächenmodells und die Erstellung von Orthobildern. Die prozessierten Daten wurden anschließend der Hochschule Vechta übergeben. Dort wurden die Daten unter Berechnung eines für die Vegetationsklassifizierung wichtigen (hier virtuellen) Roten Kanals, der Einbeziehung des Digitalen Oberflächenmodells und von Texturanalysen für eine Klassifizierung aufbereitet. Dafür waren zahlreiche Einzelschritte erforderlich. Gleichzeitig mussten in den Testgebieten Pagensand und Ilmenau-Mündung in bestimmten Trainingsgebieten die Vegetation vor Ort überprüft werden. Hierzu konnten auch die Daten der ursprünglichen Kartierung der UVS herangezogen werden. Das Testgebiet Heuckenlock wurde ausgewählt, um die Übertragbarkeit der in den beiden anderen Testgebieten gewonnenen Ergebnisse zu überprüfen.
Das Pilotprojekt zeigt, dass der Einsatz des HRSC-Scanners grundsätzlich für eine Biotoptypenerfassung geeignet ist und entscheidende Vorteile gegenüber den nur analog auszuwertenden CIR-Aufnahmen hat. Es ist möglich, auf der Grundlage von digitalen hochauflösenden multispektralen HRSC-Befliegungsdaten eine teilweise automatisierte Klassifizierung von Biotoptypen vorzunehmen, da die lagemäßige Genauigkeit und der Detaillierungsgrad der Klassifizierung sehr hoch ist. Eine weitgehende Übertragbarkeit von Ergebnissen aus Trainingsgebieten ist auf vergleichbare Flächen prinzipiell möglich. Diese Fernerkundungsmöglichkeit ist sehr gut geeignet ist für eine flächenscharfe Abgrenzung von Biotoptypen in sehr großen, schwer überschaubaren oder schwer zugänglichen Gebieten, wo immer wieder auf die Grunddaten zurückgegriffen werden muss und somit Aussagen jederzeit nachvollziehbar belegt werden können. Das Pilotprojekt zeigt aber auch, dass bei Anwendung einer solchen Methodik der Biotoptypenkartierung (das Gleiche gilt für andere Fernerkundungsmethodiken) dennoch nicht auf ergänzende Geländearbeiten durch qualifizierte Vegetationskundler verzichtet werden kann.
Abb. IV.8-1: Ergebnis der automatischen Biotoptypenklassifizierung auf der Insel Pagensand
Abb. IV.8-2: Ergebnis der automatischen Biotoptypenklassifizierung im Heuckenlock
Das vollständige Gutachten ist auf der beigefügten CD 2 (Materialien) vorhanden.