Übersicht bestehender Modelle und Beispiel WaldPlaner · Analytic Hierarchy Process (AHP)...

Übersicht bestehender Modelle und

Beispiel WaldPlaner

Clemens Blattert

Renato Lemm

FoWaLa-Kurs: Waldwachstumsmodelle

22.03.2016

Eidg. Forschungsanstalt für Wald Schnee und Landschaft WSL 1

Gliederung

• Evaluation Waldwachstums-Simulator, Ergebnisse Studie 2013

– Methodisches Vorgehen

– Übersicht der berücksichtigten Modelle

• WaldPlaner

– Was ist der WaldPlaner

– Funktionalitäten

• Verwendung des WaldPlaners zur Prognose von Waldleistungen

2FoWaLa-Kurs: Waldwachstumsmodelle, 22.3.2016

Ergebnisse Studie 2013

Ziel: Evaluation eines Waldwachstums-Simulators der

• an Schweizer Verhältnisse angepasst, und

• Entscheidungsprozesse eines Forstbetriebes unterstützen kann

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Bewertung und Vergleich mittels

Analytic Hierarchy Process (AHP)

Endauswahl

Sichtung von 14 Modellen

Vorauswahl von 4 Modellen

FoWaLa-Kurs: Waldwachstumsmodelle, 22.3.2016

Sichtung und Vorauswahl

Zu erfüllende Schlüsselanforderungen

• Eignung für das forstliche Management: Lassen sich

Behandlungsstrategien simulieren und bewerten?

• Anwendungsgebiet: Ist eine Anpassung für die Schweiz realisierbar?

• Verfügbarkeit/Qualität der Beschreibungen: Gibt es «gute» schriftliche

Dokumentationen?

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Sichtung und Vorauswahl

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FB

SM

SiW

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Fo

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Pro

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MO

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FO

RE

CA

ST

TA

SS

Unterstützung forstl. Entscheidungsprozesse + + - - + + + + - + + + - +

wesentliche

Wachstumsprozesse

Dicken- /Höhenw. + - + + + + + + + ? + + + +

Konkurrenz + + + + + + + + + + + ? +

Mortalität + + + + + + + + + + + + +

Verjüngung/Einwuchs + + + + + + + + + + ? ?

Berücksichtigung von Standortseigenschaften - - + + + + - - + ? - + - -

unabhängig vom Alter - + + + + ? (+)

Behandlungs- und Durchforstungsarten - - - + + + + + + - - + - +

Störungen - - - - - - - + + -

Wirkungen und

Leistungen

ökonomisch + + + + + + + - +

ökologisch - + + + + + + + + -

wesentliche Hauptbaumarten der Schweiz + - + + + + + + + - - ? ?

Waldtypen

Mischbestände + + + + + + + ? + + +

ungleichaltrige

Bestände + + + + + + + + +

räumliche Auflösung auf Einzelbaumebene + + + + + + + + ? + + +

Berücksichtigung von Klimaeinflüssen + + +läuft

Projekt+ + + +

Parametrisierung anhand Inventur- und

Versuchsflächendaten + + + + + + ? + + + +

Dokumentation des Modells gut schlecht gut gut gut mittel gut gut gut schlecht gut mittel mittel schlecht

AHP

FoWaLa-Kurs: Waldwachstumsmodelle, 22.3.2016 Dokumentation

Bewertung u. Vergleich (AHP)

Software

Modellansatz

Anwendungs-

bereich

Gültigkeitsbereich

Eingabe-

möglichkeiten

Umwelteinflüsse

Wachstum

Ausgaben

Evaluation eines

Waldwachstums-

Simulators

räumliche Auflösung

Altersabhängigkeitwaldbauliche Variantenstudien

Fortschreibung von Beständen

geeignet für Praxis, Forschung, LehreRegionalbezug / Standortsbereich

Mischungstypen / Bestandesaufbau

Abgedeckte Behandlungsvarianten

verfügbare BaumartenFlächenform und Grösse

Informationen aus Stichprobe / Inventur

Erzeugung fehlender InformationenHöhenwachstum

Dickenwachstum

Kronenmodell

Mortalitätsmodell

Verjüngung / Einwuchs

Erfassung des Standorts

Baumlisten

Bestandeskennwerte

ökonomische Kennwerte

Strukturcharakteristika

Biomassefraktionen

Abbildung von Störungen

Abbildung des Klimas

Verfügbarkeit des Programmcodes

modularer Aufbau

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Bewertungs-Kriterien

Bewertung u. Vergleich (AHP)

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BWINPro SILVA

MOSES

PrognAus

BWINPro am besten geeignet

Wieso nun WaldPlaner?

• BWINPro = TreeGrOSS (Tree Growth Open Source Software)

• Java-Bibliothek, beinhaltet die grundlegenden Funktionen zur Simulation der

Waldentwicklung und zur Abbildung waldbaulicher Massnahmen.

• Entwickelt an der Nordwestdeutschen Forstlichen Versuchsanstalt (NW-FVA)

FoWaLa-Kurs: Waldwachstumsmodelle, 22.3.2016

TreeGrOSS

ForestSimulator WaldPlaner WebBetriebsPlaner

einzelner Bestand mehrere Bestände

(z.B. Forstbetrieb)

• Lokal installiert

• Simulation und Vergleich

verschiedener

Waldentwicklungsszenarien

• Webanwendung

• Dynamisches Bestandeslagerbuch

• Fortschreiben von Bestandesdaten

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Was ist der WaldPlaner ?

• Eine autarke forstliche Auswertungs- und Simulationssoftware,

welche

• große Stichprobenumfänge (z.B. Betriebsinventuren) und

vollflächige Inventuren (Forsteinrichtung) verarbeiten

• und dabei räumliche Aspekte berücksichtigen kann.

autark: Anwendung ohne zusätzliche, kostenpflichtige Software (z.B. GIS)

verarbeiten: einlesen, auswerten, fortschreiben, Handlungsoptionen generieren

Raumbezug: Lage der Bestände/Inventurpunkte

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Einsatzbereich des WaldPlaner

• forstliches

Entscheidungsunterstützungs

system für den Forstbetrieb

• waldwachstumskundliches

Demonstrations- und

Trainingssystem in der Lehre

• flexibles Prognosewerkzeug

für wissenschaftliche Studien

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GIS

3D

Einzelbaum-ModellTreeGrOSS- Wachstum- Mortalität- Einwuchs

Behandlungs-Modul- Durchforstungen- Endnutzungen- Z-Baum-Auswahl- Habitatbaumschutz- Pflanzung- …

Simulations-Steuerung

WaldPlaner

Sortimentierung

Optimierung

Datenbank

Totholz-Modul(Bruch, Zersetzung) Benutzeroberfläche

Programmierung und Benutzeroberfläche

• Programmiersprache JAVA

• Benutzeroberfläche

• auf den gängigen

Betriebssystemen lauffähig

• als Open-Source-Projekt frei

verfügbar (www.nw-fva.de)

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Datenimport

• Einrichtungsdaten (Bestandesgrössen/Baumschichten)

• Stichprobendaten (Einzelbaum)

• realisiert über Plugin-Lösung (beliebig erweiterbar)

• Generierung von Modellbeständen auf Einzelbaumbasis

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Simulation – Strategien definieren

Erlaubt eine flexible Definition von Behandlungsstrategien:

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• Einwuchs

• Pflanzungen

• Durchforstung (Einzelbaum,

Nieder- , Hochdurchforstung)

• Endnutzung (Zielstärkennutzung,

Schirmschlag, Kahlschlag)

• Definition von Zielstärken

• Nutzungsmengen

• Durchforstungsintensität

• Z-Baumanzahl

• Habitatbaumanzahl

• Minderheitenschutz

• …

Simulation – Steuerung

• Simulation einzelner

Zeitintervalle (1 – 10 Jahre)

• Komplexe Behandlungspfade,

Batch-Jobs (5 – max. 50 Jahre)

• Kombinationen von

Behandlungsstrategien,

„Treatmentgroups“

• Stichjahrangleichung (anhand

vorgegebener Nutzungsmassen)

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Simulation – Sortimentierung

• Variable Definition der Sortimente über XML-Dateien (Länge,

Mittendurchmesser, Zopf, Mindestlänge…)

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Auswertung – Verfügbare Parameter

• statische forstliche Grössen (Vorrat, G, Durchmesserverteilung, Baumarten etc.)

• dynamische Größen (Zuwachs, Mortalität)

• Nutzung (Massen, Dimensionen)

• Sortimente

• Struktur-Indikatoren (z.B. Baumartendurchmischung)

• Habitatbaumanzahl, -vorrat

• Handlungsdringlichkeit

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• Totholzdynamik (Bruch/Zersetzung)

• ökonomische Größen (z.B. Holzerlöse)

• Risiko gegenüber Sturm

HeProMo: Kostenkalkulation

Auswertung – Darstellungsformen

• Grafiken

• Tabellen

• Standardbericht (PDF)

• (Karten)

• (3D-Ansichten)

Erlaubt einen Vergleich

unterschiedlicher

Behandlungsstrategien

FoWaLa-Kurs: Waldwachstumsmodelle, 22.3.2016 1706.05.2014

Beispiel: KSP Bremgarten

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Beispiel: KSP Bremgarten

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Beispiel: KSP Bremgarten

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Beispiel: KSP Bremgarten

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Beispiel: KSP Bremgarten

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Nachteile

• Setzt grosses Systemverständnis und Anwenderkompetenz voraus

• Es dauert, bis es stabil läuft:

– Komplikationen 32/64-Bit JAVA Versionen

– Funktioniert nur unter PostgresSQL Datenbank einwandfrei

• Beratung/Support – 1 Person an NW-FVA

• Viele Funktionalitäten

• Bislang nicht parametrisiert für CH

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Einsatz in forstlichen Praxis ???

ABER: ForestSimulator, für einzelne Bestände

Wofür verwenden wir den WaldPlaner?

• Für die Simulation von verschiedenen Strategien

• Als Basis für die Prognose von Waldleistungen (Ecosystem Services)

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Das Holznutzungspotenzial wird

ausgeschöpft

Klimawandel: Wald und

Holzverwendung tragen zur

Minderung bei

Die Schutzwaldleistung ist

sichergestellt

Biodiversität bleibt erhalten und ist

gezielt verbessert

Freizeit- und Erholungsnutzung

erfolgten schonend

Die wirtschaftliche

Leistungsfähigkeit der

Waldwirtschaft ist verbessert

Fokus: Forstliche Planung u. Management

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Multi-Criteria Decision Analysis

Indicator Framework

participation

Forest Management and Planning

1) Current Situation

WaldPlanerForest

InventoryDecision making

2) Alternative development 3) Problem identification 4) Alternative selection

Protection against gravitational hazards

Timber production

Economic Value

Recreation

Biodiversity conservation

Carbon storage

Inventory Plot

Alternative 1

Alternative 2

Alternative 3

Multi-attribute value theory

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

A 1

A 2

A 3

Recreation value

Protection

Biodiversityconservation

Timber production

Economic value

Carbon storage

participation

n Alternatives,simulation over 40 to 50 years

Ecosystem Services

Available information:- Tree species- Diameter- Height- Tree position- (Tree age)- Slope

Simulation results: - Timber volume- mean/dominant

height- Basal area- Diameter

distribution- Mortality- Tree species- Tree age - Stand structure

(tree position, tree size, crown size)

Additional:- Timber

assortment- Harvesting costs

managermanager

Scale: single forest stand forest management unit (FMU)

5) Implementation

Ziel der Arbeit ist…

• die Entwicklung eines multikriteriellen Entscheidungssystem,

• um Behandlungsstrategien bezüglich ihrer Nachhaltigkeit,

bewerten zu können (ökonomische, ökologische und soziale Aspekte).

• Das System soll auf der Ebene des Forstbetriebes die Planung und

Steuerung des komplexen Waldökosystems unterstützen.

• Es soll ermöglichen, geeignete waldbauliche

Behandlungsstrategien zu ermitteln, um die verschiedenen

Ecosystem Services bestmöglich zu realisieren.

FoWaLa-Kurs: Waldwachstumsmodelle, 22.3.2016 26

Danke für Ihre Aufmerksamkeit

Infos

Evaluation Waldwachstums-Simulator

• Blattert, C.; Thees, O.; Lemm, R., 2015: Ein Vergleich von Waldwachstums-Simulatoren mittels

Analytic Hierarchy Process hinsichtlich Funktionalität und Softwarestruktur. Allg. Forst- u. J.-Ztg.,

186. Jg., 1/2: 14-31

• Blattert, C.; Lemm, R., 2013: Evaluation eines klimasensitiven Waldwachstums- und

Behandlungsmodells für die Schweiz. Schlussbericht an den Fonds zur Förderung der Wald- und

Holzforschung. Eidg. Forschungsanstalt WSL. 113 S.

WaldPlaner (ForestSimulator, WebBetriebsPlaner)

• Hansen, J.; Nagel, J., 2014: Waldwachstumskundliche Softwaresysteme auf Basis von TreeGrOSS -

Anwendung und theoretische Grundlagen. Universtitätsverlag Göttingen. 224 S.

• www.nw-fva.de

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