Das Projekt - Kurz gefasst
Projekttitel
Künstliche Intelligenz in der forstlichen Standortskartierung (KI-SOIL)
Laufzeit
01.11.2024 - 31.10.2027
Projektgebiet
Bundesrepublik Deutschland
Projektlogo
Ziele
Entwicklung von effizienteren und verlässlicheren Verfahren für forstliches Umweltmonitoring und Standortkartierung durch (teil-)automatisierte Erfassung und Beschreibung von Waldbodeneigenschaften mit innovativen technischen Lösungen.
Förderprogramm
FuE-Vorhaben zum BMLEH-Förderaufruf „Nährstoffnachhaltigkeit – Langfristiger Erhalt der Standortqualität in Wäldern“ im Rahmen der Förderrichtlinie „Nachhaltige Erneuerbare Ressourcen“ über die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR)
Förderkennzeichen
FKZ: 2224NR083C
Projektbeschreibung
Waldböden übernehmen eine Schlüsselrolle in der nachhaltigen Bewirtschaftung und Entwicklung von Wäldern. Ihre vielfältigen Funktionen sind essenziell für die Leistungsfähigkeit des Naturhaushalts. Angesichts der Klimakrise und zukünftiger Herausforderungen ist eine regelmäßige Aktualisierung der Boden- und Standortinformationen unerlässlich.
Die Erhebung dieser Daten – etwa durch die bundesweite Bodenzustandserhebung im Wald (BZE), die forstliche Standortskartierung oder das forstliche Umweltmonitoring – ist jedoch aufwändig. Zudem ist die Bestimmung der Bodeneigenschaften im Gelände oft mit Unsicherheiten behaftet.
Zentrale Zielstellungen
Hier setzt das Projekt KI-SOIL an: Ziel ist es, die Erfassung und Beschreibung von Waldbodeneigenschaften mit innovativen technischen Lösungen (teilweise) zu automatisieren. Dadurch sollen das forstliche Umweltmonitoring sowie die Standortkartierung effizienter und verlässlicher werden.
Die eingesetzten Methoden zur Bewertung des Waldbodenzustands sollen als Entscheidungsunterstützungssystem dienen. Sie reduzieren den personellen und zeitlichen Aufwand und minimieren Unsicherheiten bei der Beurteilung von Bodeneigenschaften im Gelände.
Methodik und Untersuchungsdesign
Um bestehende Wissens- und Technologielücken zu schließen, setzt KI-SOIL auf folgende Entwicklungsschwerpunkte:
- Verfahren zur Digitalisierung und Automatisierung der Erfassung, Analyse und Bewertung bislang nicht messbarer Merkmale der Bodenprofilbeschreibung,
- eine systematische und nachhaltige digitale Dokumentation einheitlich klassifizierter und damit vergleichbarer Bodenzustandsinformationen,
- eine minimalinvasive, aufwandsreduzierende Probennahme.
Teilprojekt 1 - Entwicklung von Verfahren zur sensorbasierten On-site Datenerhebung und zur automatisierten, KI-basierten Auswertung ausgewählter Bodenprofilmerkmale
Fraunhofer IFF
- KI-basierte Auswertung von Bodenprofilmerkmalen
- Unterstützung bei der Konzeption und Erprobung technologischer Verfahren zur zerstörungsarmen Entnahme von Bodenproben mittels Bohr- bzw. Rammkernsondierungen
- Machbarkeitsanalyse für technologische Verfahren zur Ermittlung von Bodenprofilmerkmalen z.B. mittels Bohrlochscanner oder Bohrlochkamera
Teilprojekt 2 - Operationalisierung pedogener Merkmale als Grundlage für die KI-unterstützte Ansprache von Waldböden - Herleitung von Algorithmen und Anwendung in Fallstudien
Hochschule für nachhaltige Entwicklung HNEE
- Ausweisung von Musterprofilen der Waldböden
- Bodenkundliche Begleitung und Erstellung von Trainingsdaten für die KI
- Durchführung von Fallstudien, Demonstrationen und Tests im Gelände
Teilprojekt 3 - Entwicklung von Verfahren für die minimalinvasive Beprobung mittels sensorbasierter Bohrkern-Analyse
ThüringenForst, FFK Gotha, Referat Waldschutz, Umweltmonitoring und Standortskunde
- federführend bei Konzeption und Erprobung technologischer Verfahren zur zerstörungsarmen Entnahme von Bodenproben mittels Bohr- und Rammkernsondierungen
- Koordinieren einer Machbarkeitsanalyse für technologische Verfahren zur Ermittlung von Bodenprofilmerkmalen z.B. mittels Bohrlochscanner oder Bohrlochkamera
- Durchführung von Fallstudien, Demonstrationen und Tests im Gelände
- Erarbeiten von Handlungsempfehlungen zu weiteren Forschungsschwerpunkten und Möglichkeiten für die Umsetzung der Projektergebnisse in die forstliche Praxis
Teilprojekt 4 - Entwicklung eines digitalen Bilddaten- und Wissensspeichers zur Unterstützung von minimalintensiven bodenkundlichen Profilbeschreibungen
Thünen-Institut für Waldökosysteme TI-WO
- Datenbankerweiterung & Integration: Anpassung bestehender Datenbanken, technische Umsetzung, Inbetriebnahme & Tests (INSPIRE-konform)
- Frontend- & Backend-Entwicklung: Erstellung einer digitalen Eingabeoberfläche für Feldaufnahmen & Integration neuer/ vorhandener Daten
- Datenmanagement & Schnittstellen: Sammlung, Aufbereitung & Integration von Bild- und Profildaten, Anbindung neuer Datenquellen (z. B. BZE III)
Beteiligte und Partner
Beteiligte Forschungsstellen
Kooperationspartner
Kontakt
ThüringenForst - Forstliches Forschungs- und Kompetenzzentrum Gotha
Referat Waldschutz, Umweltmonitoring und Standortskunde
Projektbearbeitung
Steven Ackermann
E-Mail: steven.ackermann(at)forst.thueringen.de
Telefon: +49 3621 225 451