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Waldwege: Optisch basierte Zustandserfassung ermöglicht vorausschauende Kostenplanung

Lernfähiges System „Contura“ minimiert Ressourceneinsatz bei Instandhaltung forstlicher Wegesysteme

Die Instandhaltung von Waldwegen bindet Kapital, personelle Kapazitäten und Materialressourcen der Forstbetriebe. Mit dem gesteigerten Schadholzaufkommen der zurückliegenden Jahre ist der Instandhaltungsaufwand für die Wege deutlich gewachsen. Im Projekt „Contura“ widmet sich ein Forschungs- und Praxisverbund unter Federführung der Fachhochschule Erfurt (University of applied Sciences) der Entwicklung eines Systems zur automatisierten Zustandserfassung forstlicher Wege, mit dem Waldbesitzer und Forstbetriebe Maßnahmen und Kosten zur Erhaltung ihrer Wege sicher kalkulieren können. Das Vorhaben wird vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) über die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) gefördert.

„Die Transportwege im Wald trotz des erhöhten Anfalls von Kalamitäts- und Sturmholz befahrbar zu halten – das ist essenziell für den Holztransport und den Waldschutz, für Rettungsfahrzeuge und auch für Sport und Erholung“, erklärt Prof. Erik Findeisen. Zudem habe sich der Waldwegezustand zu einem Gradmesser der gesellschaftlichen Akzeptanz forstwirtschaftlicher Nutzung entwickelt, ergänzt der Projektkoordinator und Dekan der Fakultät Landschaftsarchitektur, Gartenbau und Forst an der Fachhochschule Erfurt.

Die Erfurter FH koordiniert das „Verbundvorhaben zur Entwicklung eines optisch basierten Systems zur qualitativen und quantitativen Zustandserfassung von Waldwegen“. In Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Ilmenau und fünf Praxispartnern soll das auf einem künstlichen neuronalen Netzwerk basierende System „Contura“ entstehen. „Das System wird vollautomatisch schon beim Befahren eines Forstweges Informationen über dessen Beschaffenheit in einem Datensatz speichern. Mit diesen Daten wird ein digitaler Zwilling des Weges erstellt, also eine aktuelle Momentaufnahme des realen Objektes digital gespeichert“, erläutert Prof. Findeisen. Nach Erfassung und Bewertung des realen Wegezustands wird der digitale Zwilling als Grundlage für die Planung der Wege-Instandhaltung dienen.

Digitaler Zwilling als Schlüssel zur Schadensbewertung und Instandhaltungsplanung

Für die Zustandserfassung der forstlichen Wege wird in dem Projekt zunächst ein komplexes Sensorsystem entwickelt, das u. a. forstwirtschaftlich bedeutsame Merkmale wie Kronenbreite und Zustand von Fahrbahn und Seitenstreifen sowie die Beschaffenheit der wasserableitenden Grabensysteme, der bewachsenen Seitenbereiche und des für die Nutzung relevanten Lichtraumprofils erfasst.

Für die Verarbeitung der 3D-Bilddaten entwickeln die Wissenschaftler zudem eine lernfähige Software, basierend auf einem künstlichen neuronalen Netzwerk, das die erfassten Parameter bewertet, sie Schadkategorien zuordnet und anhand des digitalen Zwillings die nötigen Schritte zur Wiederherstellung und Erhaltung der Waldwege einschließlich der Kostenkalkulation herleitet. Die Datensätze werden anschließend in eine deutschlandweite Datenbank zur Klassifizierung von Waldwegen einspeist.

„Der digitale Zwilling stellt ebenfalls einen wesentlichen Bestandteil der technischen Projektumsetzung dar. Er ist der Schlüssel zur raschen und vor allem aktuellen Zustandserfassung der kompletten Wegeanlagen und des gesamten Wegesystems und bietet in Verbindung mit dem Datenbankensystem enormes Potential für zukünftige forstwirtschaftliche Prozessplanungen“, unterstreicht Findeisen. Die Arbeiten aus den sieben Teilvorhaben münden in die Entwicklung eines Demonstrators für das „Contura“-System.

Hintergrund:

Waldwege sind durch Lagebesonderheiten, Witterung und Frequentierung unterschiedlicher Beanspruchung ausgesetzt. Abnutzung, Bewuchs, Profilveränderungen, Auswaschungen, Ablagerungen oder punktuelle Schadensereignisse können ihre forstbetriebliche und öffentliche Nutzung einschränken oder unmöglich machen. Die dann aufzuwendenden Instandsetzungskosten liegen häufig um ein Vielfaches höher als die Kosten regelmäßiger Unterhaltung bei noch geringen Schäden.

Bislang existiert auf dem Markt für den Bereich ländlicher Wegesysteme noch kein wirtschaftlich einsetzbares Erfassungs- und Bewertungssystem. Das System „Contura“ zur automatisierten Wegezustandserfassung wird damit zur Grundlage für eine zeitgemäße Planung der Waldwege-Instandhaltung.

Fachlicher Ansprechpartner:
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V.
Dr. Dr. Matthias Noack
Tel.:        +49 3843 6930-321
E-Mail:   m.noack(bei)fnr.de

Pressekontakt:
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.
Martina Plothe
Tel.:        +49 3843 6930-311
Mail:       m.plothe(bei)fnr.de

Zugehörige Dateien:

Verbundvorhaben: Entwicklung eines optisch basierten Systems zur qualitativen und quantitativen Zustandserfassung von Waldwegen;

Teilvorhaben 1: Projektkoordination, Grundlagenforschung / Versuche, Praxistest, Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen, Wissenstransfer – Contura;
Fachhochschule Erfurt, Fakultät für Landschaftsarchitektur, Gartenbau und Forstwirtschaft; Fachrichtung Forstwirtschaft
 https://www.fnr.de/index.php?id=11150&fkz=2220NR061A

TV 2: Systemarchitektur Sensor, Entwicklung Gesamtsensorkonzept; Messdatengewinnung mittels LIDAR sowie Fusion der 3D-datengebenden Sensoren – Contura_TU-I;
Technische Universität Ilmenau, Fakultät für Maschinenbau, Fachgebiet Qualitätssicherung und Industrielle Bildverarbeitung (QBV)
https://www.fnr.de/index.php?id=11150&fkz=2220NR061B

TV 3: Fusion von GIS- und Bilddaten, Training des künstlichen neuronalen Netzwerks, Eignungsprüfung für industrielle Umsetzung und Marktanalyse – Contura;
GEO Net solution GmbH
https://www.fnr.de/index.php?id=11150&fkz=2220NR061C

TV 4: Konstruktive Entwicklung und Fertigung des Aufnahme und Trägersystems – Contura_ZWE;
Zwerrenz Automatisierungstechnik GmbH
https://www.fnr.de/index.php?id=11150&fkz=2220NR061D

TV 5: Entwicklung eines künstlichen neuronalen Netzwerkes für Ermittlung Weg- und Lichtraumprofil sowie Grabenbegutachtung – Contura_V-C
Vision & Control GmbH
https://www.fnr.de/index.php?id=11150&fkz=2220NR061E

TV 6: Entwicklung Wegedokumentation, Durchführung Trainingsphase künstliches neuronales Netzwerk, Schadenkategorisierung, Ergebniseinbindung in NavLog-System; HD Vision Systems GmbH
https://www.fnr.de/index.php?id=11150&fkz=2220NR061G

TV 7: Entwicklung eines Erkennungstools – Contura
NavLog – Gesellschaft für Navigations- und Logistikunterstützung in der Forst- und Holzwirtschaft GmbH
https://www.fnr.de/index.php?id=11150&fkz=2220NR061F

 

PM 2021-88

Die Verwendung des Bildes ist für redaktionelle Zwecke honorarfrei. Veröffentlichung bitte unter Quellenangabe FNR/ M. Kühling.

 

Das erhöhte Schadholzaufkommen belastet auch die Forstwege. Im Projekt Contura wird ein optisch basiertes System entwickelt, das vorausschauende Kostenplanung zur Wege-Instandhaltung ermöglicht. Foto: FNR/M.Kühling

Das erhöhte Schadholzaufkommen belastet auch die Forstwege. Im Projekt Contura wird ein optisch basiertes System entwickelt, das vorausschauende Kostenplanung zur Wege-Instandhaltung ermöglicht. Foto: FNR/M.Kühling