Digitale Zwillinge der Waldwege - kwf-online.de · mit dem System Messlanze. Genauigkeit der Ultraschallsensoren und Genauigkeit der Ultraschallsensoren und des GNSS-Empfängers;

Digitale Zwillinge der Waldwege - Sergej Chmara, ThüringenForst AöR –

Forschungs- und Kompetenzzentrum Gotha Möglichkeiten und Grenzen

Adaptiert und vorgetragen: Prof. Dr. M. Ziesak; BFH – HAFL

Weitere Kooperationspartner:

Gliederung

• Digitale Wegeinventur – Warum?

• Was ist ein Forstweg und wie sieht er aus?

• Besonderheiten der Forstwege

• Methoden der Erfassung der Wegeinformationen

• Herausforderungen

• Ausblick

FFK Gotha - ThüringenForst AöR 2

Hinweise auf (mögliche) Korruptionsverstrickung

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Wegeinventur – Warum ?

FFK Gotha - ThüringenForst AöR

Erfassen des Bestandes an Forststrassen und dessen Zustandes zum Zwecke der

• Sicherung ganzjähriger Befahrbarkeit aller Wege

• Gute Nutzungsmöglichkeiten für alle Nutzer der Wege (Mehrfachfunktion)

• Steuerung der Holzlogistik, Transportoptimierung

• Grundlage für Wegebauplanungen

• Grundlage für strategische Entscheidungen , Netzoptimierung

• Grundlage für Haushaltsplanungen

• Grundlage für Bilanzermittlung

• Absicherung der Rettungskette und Waldbrandschutzes

• Grundlage für Förderung des Forst-Wegebaus

6

Ziele der Wegeinventur


7

Ziele der Wegeinventur

Nutzungsbereiche/Einsatzgebiete von WIS


Wege-Informations-Systeme (WIS) :

• ThüringenForst AöR

• BaySF/ Bay. Forstverwaltung

• Niedersächsische Landesforsten

• ForstBW

• Landesforsten Reihnland-Pfalz

• …..

• NAVLOG gGmbH

8 FFK Gotha - ThüringenForst AöR

Beispiele digitaler Wegezwilling


Besonderheiten der Forstwege

Zur Zeit keine einheitliche Definition

Schadstufen in Thüringen

• Schadstufe 1, Kosten bis ca. 1,00 €/ lfm, meist nur Graderarbeiten ohne Materialeinsatz (Unterhaltung)

• Schadstufe 2, Kosten bis ca. 5,00 €/ lfm, Grader und Baggerarbeiten, oder punktueller Materialeinsatz (Unterhaltung)

• Schadstufe 3, Kosten bis ca. 15,00 €/ lfm, Materialeinsatz bis ca. 1,0 t/ lfm, Wasserführung nicht funktionsfähig (Instandsetzung)

• Schadstufe 4, Kosten über ca. 15,00 €/ lfm (grundhafter Ausbau)

• Nutzbare Wegebreite mindestens 3,0 m (Brücken 3,5 m breit)

• Lichtraumprofil mind. 3,5 m breit und 4,2 m hoch (Unterführungen)


Wegeschäden / Schadstufen

Wege-Schadstufen

1 2

4 3


Hinweise auf (mögliche) Korruptionsverstrickung

16 FFK Gotha - ThüringenForst AöR

Digitale Wege-Zustandserfassung

1. Gutachtlich: Visuelle Ansprache (WIS-App)

2. Messverfahren

• Mechanisch

• Fotooptisch

• Laserscanning

• Inertial-Messungen

• Ultraschall

• + weitere ….


Digitale Erfassungsmethoden

© Topcon Deutschland Positioning GmbH

© aerialis

©: HAFL

©: HAFL

Direkt oder indirekt


Visuelle Ansprache

Beispiel: WIS-App (ThüringenForst AöR)

• Mechanische Messung des Oberflächen-Profils

Beispiel: WIS-Erfassung im GIS


LiDAR (Laser) –Scanning (1)

© https://www.3dlasermapping.com

© Ahmad A. Alhasan; Iowa State University, [email protected]

Trägersysteme:

• Terrestrisch/ Stativ (Ahmad A.

Alhasan, David J. White; 2015)

• Zu Fuß mit Handlaserscanner

• KFZ

• UAV

• Flugzeug

© RIEGL Laser Measurement Systems GmbH


LiDAR-Scanning (2)



Messwerte: • Wegeprofil • Lichtraum • Rauigkeit der Wegeoberfläche

© Devin Coldewey techcrunch

© https://www.3dlasermapping.com

© Schuler S. 2014

https://techcrunch.com/author/devin-coldewey/


https://twitter.com/techcrunch


Sensorfusion-Messsysteme - 1. g-Sensor

Messlanze (FH Bern/ ThüringenForst AöR /Wald&Holz NRW)

Trägersystem:

• KFZ

Messwerte:

• Geometrie (GNSS)

• Vibration

• Beschleunigung

• Rauigkeit der Oberfläche

• Neigung der Fahrbahn

Besonderheiten:

• selbstkalibrierend

• Fahrstil-abhängig

© HAFL

© HAFL

© HAFL

https://www.google.de/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&ved=2ahUKEwilj-u24vriAhWRZVAKHcwRADIQjRx6BAgBEAU&url=https://www.anix.biz/de/planograf-planograph/TP_Eben_RVS11.06.62/&psig=AOvVaw12dkBhE1gdQKY1dqD8X5m2&ust=1561213151458532


© Rommel, D. -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3Strecke 1 - Feature 1

© Uwe Knauer et.al; 2016

© Moussaoui H.; 2013

© HAFL

Sensorfusion-Messsysteme - 1. g-Sensor


Messlanze (FH Bern/ ThüringenForst AöR /Wald&Holz NRW)

Trägersystem:

• KFZ

Messwerte:

• Geometrie (GNSS)

• Neigung der Fahrbahn

• Rauigkeit der Oberfläche

• Profil der Fahrbahn

Besonderheiten:

• selbstkalibrierend

• Fahrstil-abhängig

© Roos S.;2014

© Roos S.;2014

Sensorfusion-Messsysteme – 2. Ultraschall Messung

https://www.google.de/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&ved=2ahUKEwilj-u24vriAhWRZVAKHcwRADIQjRx6BAgBEAU&url=https://www.anix.biz/de/planograf-planograph/TP_Eben_RVS11.06.62/&psig=AOvVaw12dkBhE1gdQKY1dqD8X5m2&ust=1561213151458532

Ableitung der Wegeprofile aus Ultraschall-Daten (Ross S. 2015) Schadstufe 2

Schadstufe 4


Sensorfusion-Messsysteme – 2. Ultraschall Messung


• Zuordnung der Messpositionen zu Wegegeometrie notwendig

• Behandlung der Mess-Gaps- Lücken • Behandlung der „Reststücke“

© Hug P. 2016

© Ross Sven; 2015

Sensorfusion-Messsysteme – 3. GNSS Verortung

Herausforderungen der digitalen Wege-Inventur

Bild

: ESA

© Reto Baula, HAFL

Messwerte # Informationen

© Rommel, D.


© Devin Coldewey techcrunch

© Moussaoui Hakim; 2013




https://twitter.com/techcrunch

Auswertungsmethoden: regelbasiert

Ableitung der Wegeprofile aus Ultraschall-Daten (Ross S. 2015)

Schadstufe 4

Schadstufe 1

Schadstufe 2

Schadstufe 3


Ereigniserkennung/Muster-Erkennung in den Sensordaten (Knauer Uwe et all; 2016)

Auswertungsmethoden: KI-Methoden

-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 20

0.5

1

1.5

2

2.5

3Strecke 1 - Feature 1



Fehlende Definitionen & Standards (1)

• Standard für Wegeprofile (Ideale Weg) • Profil • Entwässerung • Oberflächenrauigkeit • Lichtraum

• Definition von Schäden (punktuell) • Schlagloch (Was ist ein Schlagloch?) • Spur-Rille • Schweinsrücken • …….

© HAFL Bern; Reto Baula


Fehlende Definitionen & Standards (2)

• Übertragung der Punktinformationen auf Strecken • Definition von Schäden (streckenbezogen)

• Ab wieviel Schlaglöcher ist der Weg kaputt? • Kann der Weg kaputt sein, auch wenn keine Schlaglöcher da

sind? • Standard für Schadstufen

© Ross Sven; 2015

© Ross Sven; 2015

Ausblick


Ausblick

• Hohe Bedeutung der Wege- Zustandserfassung auch in Zukunft

• Stärkung des „digitalen Zwillings“

• Trennung zwischen Erfassung und Auswertung

• Durch Historisierung und Datenauswertung – vorausschauende Wegeunterhaltung (predective maintenance)


© Knauer Uwe, et al; 2016

Literatur (1)

• Ahmad A. Alhasan, David J. White; 2015: Terrestrial Laser Scanning Roughness Assessments for Infrastructure; Iowa State University

• Brown Mark et.al.; 2003: Road Maintenance with Opti-Grade®: Maintaining Road Networks to Achieve the Best Value; Forest Engineering Research Institute of Canada;

• Brown Mark , et.al.; 2002: MultiDAT and Opti-Grade: two knowledge-based electronic solutions for managing forestry operations more efficiently; FERIC, Eastern Division, Pointe-Claire, Qc, Canada ; Council on Forest Engineering (COFE) Conference Proceedings: “A Global Perspective” Auburn, June 16-20, 2002

• Hug Philipp; 2016 : Automatisierte Zustandserfassung von Waldstraßen mit dem System Messlanze. Genauigkeit der Ultraschallsensoren und des GNSS-Empfängers; BSc Thesis an der Hochschule für Agrar-, Forst- und Lebensmittelwissenschaften Zollikofen


Literatur 2

• Knauer Uwe et.al; 2016: Angepasste Datenanalyse eines Sensorsystems zur Bewertung des Wegezustandes im Forstbereich mit Methoden des Maschinellen Lernens; Abschlussbericht, unveröffentlicht; Fraunhofer IFF Magdeburg Biosystems Engineering

• Moussaoui Hakim; 2013: Wege- und Straßenqualitätsbeurteilung auf Basis von Beschleunigungsdaten; BSc-Thesis TU Ilmenau

• Roos Sven; 2015: Automatisierte Schadstufenerfassung auf Waldwegen. Ein Prototyp im Praxistest, BSc-Thesis FH Erfurt

• Schuler Stefan ; 2014: Erfassung des Unterhaltszustandes von Waldstraßen Überprüfung und Kalibrierung eines neuen IT-gestützten Tools ; BSc-Thesis HAFL Bern

• Weidig A. (2013): Wege- und Lichtraumprofilerkennung auf Basis von Bilddaten. BSc-Thesis an der Fakultät für Informatik und Automatisierung, TU Ilmenau. 2013.


Kontakt:

Sergej Chmara

Referat digitale Waldinformationssysteme

Forstliches Forschungs- und Kompetenzzentrum Gotha,

ThüringenForst AöR

Tel.: 03621-225331

[email protected]

man kann Probleme analysieren, oder einen Weg suchen ….

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