Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mit ascos in Echtzeit durch den Wald

10.10.2003


FOGEPOS – satellitengestützte Vermessung im Wald



Das Landesforstpräsidium Sachsen hat ein neues System unter dem Namen FOGEPOS ( Forstliches Geografisches Positionier-ungs-System) zur satellitengestützten Flächenvermessung entwickelt. Mit der Nutzung des Satelliten-Referenzdienstes ascos werden bisher 24 komplette Systeme erfolgreich im Forst eingesetzt.

... mehr zu:
»Echtzeit »GIS »GPS »Genauigkeit »PenPC »Satellit »Vermessung


Um dem ständigen steigenden Informationsbedarf und den Anforder-ungen einer effizienten Prozessoptimierung in einer modernen Forst-wirtschaft gerecht zu werden, ist die Einführung neuer Methoden zur Erfassung, Speicherung und Verarbeitung von Daten unumgänglich.

Die genaue Bestimmung und Kontrolle von förderfähigen und geför-derten Flächen stellt für die Landesforstverwaltungen einen enormen Aufwand dar. Gerade in der Forstwirtschaft müssen eine Vielzahl von Merkmalen wie Höhe, Alter, Brusthöhendurchmesser einem Objekt wie Baum, Bestand, Betrieb zugeordnet werden. Neben der Datenerhebung durch das Digitalisieren und Scannen von topographischen Karten und Luftbildern gewinnt das Messen von Daten im Wald mit räumlichen Koordinaten immer mehr an Bedeutung. Eine Erfassung der Flächen mit elektronischen Geräten, wenn sie genau arbeiten, bietet mehrere Vorteile: die Aufnahmen können zügig und zeitsparend erledigt werden, es werden Protokolle ausgegeben und die Daten liegen digital vor.

Durch Flächenaufnahmen, die häufig im Wald oder zumindest an den Außenrändern liegen, ergeben sich erhöhte Dämpfungen und Streu-ungen der Satellitensignale. Dies führt zu einer höheren Ungenauigkeit der ermittelten Position gegenüber Messungen im Offenland. In topo-graphisch stark bewegtem Gelände nimmt der Sichtbereich zu den Satelliten entsprechend ab. Die Satellitenverfügbarkeit stellt daher den limitierenden Faktor hinsichtlich der Genauigkeit bei satellitengestützter Vermessung im Wald dar.

Größere Verfügbarkeit durch GPS und GLONASS

Mit dem hier vorgestellten System sind nun direkt im Wald unter dem Bestandschirm Messungen mit Genauigkeiten von einem halben Meter und besser, bezogen auf die absolute Lage, möglich. Für die optimale satellitengestützte Vermessung im Wald ist das Zusammenwirken mehrerer Faktoren notwendig. Wenn man heute unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten Positionsbestimmungen besser als einen Meter besonders unter gestörten bzw. beeinträchtigten Umgebungs-bedingungen wie zum Beispiel im Wald Satellitenpositionierung einsetzen will, benötigt man den Satelliten-Referenzdienst ascos, der als einziger Dienst auch GLONASS-Korrekturdaten bundesweit flächen-deckend anbietet. Durch den Einsatz von virtuellen Referenzstationen und dem Übertragungsmedium GSM wird eine höhere Abdeckung als bei bisherigen Diensten erzielt. Schon mit preiswerten 1-Frequenz Empfängern sind so Genauigkeiten von 50 cm zu erreichen. Um im Wald verlässlich mit Hilfe von Satelliten Positionen bestimmen zu können, ist die zusätzliche Verwendung des russischen Satellitennavigations-systems GLONASS sehr hilfreich. Soll mit einer wirtschaftlichen Methode Genauigkeiten im Bereich bis zu einem Meter erreicht werden, müssen zuverlässig ausreichende Satellitensignale und das dazugehörige Korrektursignal verwendet werden.

In einer Diplomarbeit der Fachhochschule für Forstwirtschaft in Schwarzburg/ Thürigen wurde am Beispiel des Landesforstpräsidiums Sachsen eine Untersuchung der Genauigkeit und Brauchbarkeit von terrestrischen Korrekturdatendiensten für die satellitengestützte Vermessung im Wald durchgeführt. Optimale Ergebnisse wurden bei der Auswertung der GPS L1 C/A- und P-Codes in Verbindung mit GLONASS und der Verwendung des Korrekturdatendienst ascos der Ruhrgas AG erreicht. Dieses Profil liefert eine ruhige Positionierung und eine Genauigkeit im Einmeterbereich.

ascos - Schnelle und sichere Datenverbindungen

Die Ruhrgas AG betreibt unter dem Namen ascos – ruhrgas positioning services Referenzdienste für GPS und GLONASS Positionierungen für Echtzeitanwendungen, womit Positionsbestimmungen mit einer Genauigkeit von 2 cm bis 50 cm möglich sind. Die Ruhrgas AG und die Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen der Länder (AdV),Betreiber des satellitengestützten Positionierungsdienst SAPOS®. haben Anfang April 2003 eine „Public Private Partnership“ mit dem Ziel gebildet, die vorhandenen Potenziale beider Systeme zum Betrieb und zur Vermarktung zu bündeln. Ascos wird diese Mehrwertdienste mit einer hohen Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit bundesweit einheitlich aus „einer Hand“ anbieten und schafft damit eine für die Wirtschaft notwendige zentrale Vermarktungsplattform. Inzwischen sind alle 16 Bundesländer dieser „Public Private Partnership“ beigetreten. Somit steht eine flächendeckende Infrastruktur für das Bundesgebiet zur Verfügung.

Anforderungen an eine erfolgreiche Systemimplementierung

Im Rahmen der Diplomarbeit kam eine Gerätekombination zum Einsatz, wie sie derzeit in der Sächsischen Landesforstverwaltung Verwendung findet. Sie besteht in der Grundausrüstung aus einem PenPC, einem GSM-Modem, einem GNSS-Empfänger, einer GPS-Antenne und einer Referenzsignalantenne. Diese Systemkomponenten sind die Basis für das System FOGEPOS des Landesforstpräsidiums Sachsen.

Im November 2001 kam das Landesforstpräsidium Sachsen zu dem Entschluss, eigene Geräte für die Landesforstverwaltung anzuschaffen.

Es sollte ein System gefunden werden, welches auch auf bestockter Fläche zuverlässige GPS-Satelliten empfangen kann und mit ausreichender Genauigkeit im Submeterbereich Werte liefert. Der verwendete Referenzdienst sollte auch im Wald in ganz Sachsen zu empfangen sein und eine Nutzerbandbreite aufweisen, die einen dauerhaften Bezug erwarten lassen. Der Datenfluss vom Erfassen der Daten über den Transfer auf den PC und die Nachbereitung bis zum Protokollausdruck sollte verkürzt werden. Das System sollte um GIS-Funktionalitäten erweiterbar sein, so dass eine Datenübernahme stattfinden kann. Die Investition durfte nicht so gebunden sein, dass unterhalb des Abschreibungszeitraumes der Stand der Technik nicht mehr zu vollziehen ist. Anteilig sollten Gerätekomponenten und damit Investitionen auch anderweitig als zur satellitengestützten Positions-bestimmung genutzt werden können. Bei einer präzisen Positions-bestimmung sollte auch eine Kombination aus Position und externer Sensorik möglich sein. Das System sollte in den üblichen Grenzen updatefähig und konfigurierbar sein.

Es wurde eine Marktsichtung der verfügbaren präzisen Systeme mit GNS-Empfängern durchgeführt und getestet. Da die auf dem Markt angebotenen Systeme kostenmäßig nicht preisgünstiger waren, als eine eigene Gerätezusammenstellung, wurde dieses Konzept verfolgt.

Leitgedanke dieser Neuentwicklung eines Forstsystems war das Arbeiten in einer vollgrafischen Oberfläche die auf Windows basiert. Durch den Preis solcher Systeme bedingt wurde nach einer Möglichkeit gesucht, um das Endgerät auch anderweitig zu verwenden. Dadurch entstand der Wunsch, bei eventuellem Einsatz von GSM als Korrektu-rdatenmedium auch Daten mobil aus der Fläche zu versenden oder zu empfangen. Die Lösung war der Standard USB. Über diese universale serielle Busschnittstelle sind bis zu 155 Kommunikationskanäle möglich. Damit kann am Endgerät auch externe Sensorik wie Feldstärkenmesser, Kluppe usw. angeschlossen werden.

Die Systemkomponenten für die optimale Anwendung

Zentrales Element des Systems ist der Satelliten-Receiver. Als für die forstlichen Verwendungen am geeignetsten wurde nach umfangreichen Tests der Legacy-E der Firma TOPCON gefunden. Mit dem verwendeten Receiver können Signale der amerikanischen Satelliten GPS als auch der russischen Satelliten GLONASS empfangen und zur Positions-bestimmung herangezogen werden. Dadurch erhöht sich die verfügbare Satellitenanzahl um durchschnittlich 4 Satelliten. Gerade im Wald und an Nordhängen lernt man dieses Merkmal sehr zu schätzen. Er besitzt 40 unabhängige Kanäle zur Signalverarbeitung und bezieht Satelliten bis zu 50 Elevation ein. Weiterentwickelte Firmware kann per Datei überspielt werden und die Eigenschaften des Empfängers lassen sich ebenfalls per Datei freischalten. Die Satellitenverfügbarkeit wird in einem Almanach dargestellt. Weitere Komponente ist die zum Receiver gehörende Antenne LegAnt von TOPCON.


Die Neuentwicklung der Gerätekonfiguration besteht im wesentlichen aus der Möglichkeit, den PenPC unabhängig vom Satellitenempfänger als Informationskonsole mit GSM/GPRS-Anbindung nutzen zu können.

Als Bedienelement wurde der PenPC Stylistic 3500R von Fujitsu-Siemens gewählt. Es ist das Gerät am Markt, welches bei geringstem Gewicht (1,2kg) und größtem Display (10,4“) eine hervorragende Lesbarkeit im Freien und eine maximale Arbeitszeit gewährleistet. Dieser PenPC stellt mit der dazugehörigen Infrarot-Tastatur quasi ein Notebook dar. Ergänzt um eine sehr robuste Lederhülle ist er unempfindlich gegenüber Schlagschäden und Feuchtigkeit.

Aufgrund des auf dem PenPC installierten Windows2000 eröffnen sich damit die Möglichkeiten eines mobilen Office. Neben einem möglichen Einsatz von mobilen GIS können alle anderen Anwendungen, vom Outlook bis zu Access-Programmierungen (Waldbesitzerverzeichnisse) darauf ausgeführt werden. Außerdem ist mit FOGEPOS erstmals eine grafische Punktaufnahme innerhalb eines mobilen GIS möglich.

Durch die eingesetzte Software GART2000 NT biete sich die Möglich-keit, Flächen als Produkt von Einzelpunkten im Feld zu erfassen und die Flächengröße sofort auszugeben. Die Ergebnisse können als Protokoll ausgedruckt werden.

Eine letzte, jedoch sehr wichtige Komponente stellt die GPRS/GSM PCMCIA-Card dar. Mit ihrer Hilfe wird der Datenbezug der GPS+ GLONASS-Korrekturdaten realisiert. Der Referenzdienst ascos der Ruhrgas AG ist der deutschlandweit einzige Service, mit dem lage-unabhängig, bundesländerübergreifend Genauigkeiten im Submeter-bereich RTK erzielt werden. Durch die bidirektionale Datenverbindung im GSM-Netz wird die Übermittlung der eigenen Position realisiert, was wiederum die Berechnung einer virtuellen Referenz für jeden Nutzer ermöglicht. Eben diese Technologie garantiert die hohe Genauigkeit in Echtzeit.

Ausbau einer integrierten GIS - Lösung

Der vorhandene Speicherplatz in Verbindung mit der Performance des 500MHz Celeron-Prozessors im PenPC bieten ideale Voraussetzungen, auf diesen Geräten ein mobiles GIS einzusetzen.

In Ergänzung zu den im Landesforstpräsidium bereits eingesetzten ESRI-Produkten ArcInfo® und ArcView® entschied man sich für die Anpassung des mobilen GIS ArcPad®. Diese Software wird von ESRI in der aktuellen Version 6.0.1 angeboten und ermöglicht die Steuerung von Receivern und die Erfassung von Punkten, Linien und Polygonen mittels GPS+GLONASS direkt in der GIS-Umgebung.

Die Einbindung von Orthophotos im MrSID-Format stellen eine ideale Ergänzung des Informationsgehaltes im GIS dar und können durch das große Display des PenPC optimal dargestellt werden. Durch das sehr offen gestaltete Objektmodell von ArcPad® sind sehr spezifische Anpassungen möglich. So können Masken zur Erfassung aller Attribute und Fachinformationen erstellt und mit Plausibilitäten bereits im Feld die Eingabemöglichkeiten gesteuert werden.

Neue Anwendungen für die Forstwirtschaft

Hauptgrund der Beschaffung dieser Systeme war das nach dem Integrierten Verwaltungs- und Kontrollsystem – InVeKoS - vorgeschriebene Förderverfahren und die damit in der Forstwirtschaft aufwendige Umsetzung.

Nach einem anfänglichen sehr hohen Volumen an Einzelflächenmessungen, welches noch einige Zeit anhalten wird, sind aber auch andere Einsatzgebiete interessant. Allein das Verfahren der Forsteinrichtung kann mit diesen Möglichkeiten eine neue Struktur erhalten. In Beispielanwendungen wurde bereits in Rekordzeit das Wegenetz eines ganzen Waldteiles sehr präzise und mit absoluter Geoposition ermittelt und eine Bestandesabgrenzung vorgenommen. Durch die neben der Lage auch sehr genaue Ermittlung der Höhe sind ohne weiteres Nivellements für Grabensysteme möglich, um die Wasserführung in stauvernässten Bereichen zu optimieren. Eine weitere Anwendung mit einer hohen Anforderung an Präzision ist die Aufnahme von Passpunkten für die Georeferenzierung von Forstkarten. Aufgrund der vollkommen lokalen Unabhängigkeit ist praktisch die Aufnahme jedes beliebigen Punktes möglich.

Neben dem Einsatz als Rucksacksystem durch die Forstmitarbeiter wurden auch bereits Versuche auf Forstmaschinen durchgeführt, die umweltverträglich zum gewünschten Holzeinschlag navigiert werden. Das beschriebene System stellt durch die Verwendung von GPS+GLONASS Empfängern von TOPCON und dem Satelliten-Referenzdienst ascos der Forstvermessung völlig neue Möglichkeiten zur Verfügung. Darüber hinaus ermöglicht es die Aktualisierung von Geometrien und Sachdaten mit einer sehr hohen Präzision in Echtzeit auch unter dem Bestandesschirm. In naher Zukunft könnten sich eine Reihe fachspezifischer Anwendungen im Rahmen von mobilem GIS entwickeln, welche die in der Natur erhobenen Sachdaten sofort mit ihren Geometriedaten verbinden.

Dipl. Ing. Peter Loef | Ruhrgas AG
Weitere Informationen:
http://www.ascos.de

Weitere Berichte zu: Echtzeit GIS GPS Genauigkeit PenPC Satellit Vermessung

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Agrar- Forstwissenschaften:

nachricht Klimawandel – die Tanne sticht Fichte und Buche aus
10.08.2017 | Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL

nachricht Feuerbrand bekämpfen und Salmonellen nachweisen
14.06.2017 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Agrar- Forstwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Im Focus: Exotic quantum states made from light: Physicists create optical “wells” for a super-photon

Physicists at the University of Bonn have managed to create optical hollows and more complex patterns into which the light of a Bose-Einstein condensate flows. The creation of such highly low-loss structures for light is a prerequisite for complex light circuits, such as for quantum information processing for a new generation of computers. The researchers are now presenting their results in the journal Nature Photonics.

Light particles (photons) occur as tiny, indivisible portions. Many thousands of these light portions can be merged to form a single super-photon if they are...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

Sensibilisierungskampagne zu Pilzinfektionen

15.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Scharfe Röntgenblitze aus dem Atomkern

17.08.2017 | Physik Astronomie

Fake News finden und bekämpfen

17.08.2017 | Interdisziplinäre Forschung

Effizienz steigern, Kosten senken!

17.08.2017 | Messenachrichten