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Kurzumtriebsplantage, welche als Versuchsfläche für das Projekt "Tree Digital Twins dient."

KI-basierte Verfahren zur Analyse von 4D-Punktwolken zum Aufbau Digitaler Zwillinge am Beispiel von Vegetationsbeständen


Idee zum Projekt

Diskrete 3D-Punktwolken haben sich als universelle digitale 3D-Repräsentation für Umgebungen in nahezu allen Geoskalenbereichen etabliert und bilden die Grundlage für sogenannte “räumliche digitale Zwillinge”.

Projektziel

Ziel des Vorhabens ist es, eine disziplinübergreifende Innovationsgruppe aus Nachwuchswissenschaftler*innen und ein Praxisnetzwerk mit methodischen Reallaboren in der Region Berlin-Brandenburg zum Thema „4D-Punktwolken und KI-basierte Verfahren zum Aufbau digitaler Zwillinge für Vegetationsbestände zur Nutzung in der integrativen Waldwirtschaft“ zu etablieren.
3D-Punktwolke einer Versuchsfläche
Erfassung einer Versuchsfläche mit einem tragbaren LiDAR-Scanner
Erfassung einer Versuchsfläche mit einem tragbaren LiDAR-Scanner

Technische Leitidee und methodisches Vorgehen

Im Rahmen des Vorhabens werden Vegetationsbestände in Form von 4D-Punktwolken erfasst, d.h. durch die wiederholte Erfassung von Vegetationsbeständen werden 3D-Punktwolken um eine vierte, zeitliche Dimension erweitert. Um aus den 4D-Punktwolken wichtige Objektparameter automatisiert ableiten zu können, werden innovative KI-Verfahren entwickelt. Die Verfahren zur Ableitung von Objektparametern aus 4D-Punktwolken, die im Rahmen des Vorhabens entwickelt werden, können auch unter geänderten Klimabedingungen kontinuierlich verwendet werden und methodisch auch in andere Sektoren der Bioökonomie übertragen werden, z.B. auf die Produktion von nachhaltigen Objekten der Verpackungsindustrie.

Transdiziplinärer Fokus im Projektdesign

Die Verknüpfung der IT-Entwicklung mit der forstlichen IT-Anwendung erfolgt transdisziplinär innerhalb des Vorhabens. Die wissenschaftlichen Nachwuchskräfte qualifizieren sich in der Innovationsgruppe interdisziplinär für die erforderlichen Transformationsprozesse und methodischen Innovationen, die durch den zunehmenden Einsatz von KI und Machine-Learning in der Wald- und Forstwirtschaft aktuell stattfinden.
Unbearbeitete 3D Punktwolke eines Waldgebietes 3D Punktwolke eines Waldgebietes nach einer semantischen Segmentierung 3D Punktwolke eines Waldgebietes nach einer Einzelbaumerkennung
Schritte bei der KI-basierten Analyse von 3D-Punktwolken: Unbeschriftete 3D-Punktwolke (links), semantische Segmentierung (mittig) und Einzelbaum-Erkennung (rechts)

Geplante Verwertung der Projektergebnisse

Die entwickelten Methoden werden in den Reallaboren der Praxispartner für die Nutzung in der integrativen Waldwirtschaft getestet, wobei die Reallabore strukturell unterschiedliche Vegetationsbestände repräsentieren. Über eine online verfügbare IT-Plattform (Software-as-a-Service) werden digitale Werkzeuge für die Verwaltung, Segmentierung, Analyse, Visualisierung, Interpretation und weiterführende Nutzung der Daten und abgeleiteter Informationen bereitgestellt.

News


Digitaler Wald - Was braucht die Praxis?

Ein breites Feld an Teilnehmenden verschiedener Interessensgruppen aus den Clustern Forst, Holz und Naturschutz hat am 25.01.2024 gemeinsam mit allen Beteiligten die Bedürfnisse und Erwartungen an digitale Zwillinge von Wäldern aus Sicht der Praxis in verschiedenen Workshop-Sessions erarbeitet. Der Workshop wurde gemeinsam von zwei REGULUS-Projektteams an der HNEE, TreeDigitalTwins und AdaptWaldHolz, organisiert. Im ersten Schritt zeigten sich die interdisziplinäre Kleingruppen voller Ideen zu potentiellen Anwendungsmöglichkeiten und die dazugehörigen technischen Anforderungen an 4D-Punktewolken. Es wurde deutlich, dass digitale Zwillinge weitaus mehr leisten können als nur die Kartierung und Vermessung von Waldbeständen. Sie haben vielmehr das Potential, ein Schlüsselelement zur Nachverfolgbarkeit von Holz entlang der kompletten Wertschöpfungskette Holz zu sein, vom „Wald bis zum Wandschrank“. Eine ganz andere Nutzung kann z.B. das virtuelle Eintauchen und Erfassen des Waldes in den Bereichen Umweltbildung, Tourismus und Naturschutz sein. Nach der Livevorführung eines mobilen Scanners kamen beim Themenfeld "Datenpolitik, -schutz und -management" schnell die Vorteile vom „gläsernen Wald“ sowie die potentiellen Nachteile von „Datensilos“ bei den Teilnehmenden zum Vorschein. Von einigen Teilnehmenden kam in der letzten Session der Wunsch eines Zugriff auf den digitalen Waldzwilling per Augmented-Reality-App oder als „Software-as-Service“. Die Ergebnisse des Workshops bilden im weiteren Projektverlauf die Basis für eine praxisnahe Entwicklung KI-gestützter Analysetools im Rahmen des TreeDigitalTwins-Projekts.

Projektpartner


Logo der Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde Logo der Digital Engineering Fakultät der Universität Potsdam Logo des Leibniz-Institutes für Agrartechnik und Bioökonomie e.V. Logo der Point Cloud Technology GmbH

Das Projekt wird durch die Fördermaßnahme „Regionale Innovationsgruppen für eine klimaschützende Wald- und Holzwirtschaft (REGULUS)“ im Rahmen der Strategie zur Forschung für Nachhaltigkeit (FONA) des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

Förderkennzeichen: 033L305
Projektzeitraum: 01.02.2023 - 31.01.2026


Logo des Bundesministeriums für Bildung und Forschung Logo des REGULUS-Projektes Logo der FONA-Strategie
2023 – Ein Forschungsvorhaben im REGULUS-Verbund