Die Kontrolle flächenbezogener Maßnahmen in der Agrarförderung und im Rahmen der Eingriffsregelung erfolgt momentan durch zeit- und kostenintensive Vor-Ort-Kontrollen. Eine Web-Anwendung, die auf Fernerkundungsdaten basiert, soll das ändern.

Hintergrund und Zielsetzung

Die gute räumliche Abdeckung und die hohe zeitliche Auflösung der Sentinel-Satelliten des europäischen Erdbeobachtungsprogramms Copernicus ermöglichen es heute, die landwirtschaftliche Bodennutzung zeitlich engmaschig zu erfassen. Auf diese Weise lassen sich Nutzungsänderungen einfach identifizieren.

Ziel ist es, mit Hilfe von Satellitendaten für Verwaltungsbehörden zukünftig zeit- und kostenintensive Vor-Ort-Kontrollen im Bereich des Flächenmonitorings zu reduzieren und Arbeitsabläufe, soweit möglich, zu automatisieren. Im Rahmen des Projekts „timeStamp“ entwickeln Wissenschaftler des Thünen-Instituts eine Web-Anwendung, mit der ausgewertet werden soll, ob die angegebene Flächennutzung mit der tatsächlichen Flächennutzung übereinstimmt.

Die Web-Anwendung wird für zwei Anwendungsfälle entwickelt: a) zur Kontrolle von Zwischenfruchtflächen und b) zur Kontrolle von Kompensationsflächen. Unter Kompensationsflächen versteht man Flächen, die zum Ausgleich für Eingriffe in Natur und Landschaft ökologisch aufgewertet werden.

Zielgruppe

Ministerien für Landwirtschaft und für Umwelt, Landesbehörden, amtlicher Naturschutz, Agrarverwaltung, EU-Kommission

Vorgehensweise

Folgende Schritte werden im Projekt durchgeführt:

• Nutzerworkshops mit kooperierenden Behörden zur Ermittlung des fachspezifischen und technischen Anforderungsprofils der zu entwickelnden Web-Anwendung.
• Aufbereitung der Radar- und Spektraldaten-Zeitreihen von Sentinel-1 und Sentinel-2 und Bereitstellung für ausgewählte räumliche Interessensbereiche und Zeitintervalle als Web-Services.
• Auf Basis der Anforderungsanalyse werden unter Verwendung der aufbereiteten Satellitenbild-Zeitreihen von Sentinel-1 und Sentinel-2 geeignete Indikatoren und Auswertungsansätze (Algorithmen) entwickelt und mittels Testdatensätzen validiert, um a) die Standzeiten der Zwischenfrüchte zu kontrollieren und b) die Landschaftsveränderungen auf Kompensationsflächen zu erkennen.
• Die Auswertungs-Algorithmen mit dem besten Anwendungspotenzial werden in eine cloud-basierte Prozessierungsumgebung überführt. Ziel ist eine automatisierte objektbezogene Auswertung der Fernerkundungsdaten für die zu überprüfenden Flächengeometrien.
• Entwicklung einer nutzerfreundlichen Web-Applikation, die den Datenaustausch, die Auswahl von Prüfindikatoren und -zeiträumen, die Analyse der zu überprüfenden Nutzungen und Nutzungsänderungen für die Prüfflächen sowie eine räumliche Visualisierung der Auswertungsergebnisse ermöglicht.

So wird ein automatisiertes Hinweissystem erarbeitet, dass die Behörden bei ihren Flächenkontrollen unterstützt und in ihre regulären Prüfroutinen integriert werden kann.

Daten und Methoden

Durch die Analyse der Copernicus-Satelliten Sentinel-1 (Radardaten) und Sentinel-2 (Spektraldaten) können Nutzungsänderungen auf den Flächen über geeignete Metriken (Maßzahlen) und abgeleitete Indizes beschrieben werden. Im Prozessierungsmodul erfolgt unter Berücksichtigung der Prüfindikatoren die automatische Analyse der Satellitenbild-Zeitreihen in Hinblick auf die Flächennutzung. Die Web-Anwendung dient dabei dem Upload bzw. Download von Daten (u. a. Geometrien der zu überprüfenden Flächen), der Eingabe von Prüfkriterien und der Übermittlung der Auswertungsergebnisse.

Unsere Forschungsfragen

• Welche fachspezifischen Anforderungen (erforderliche Eingabedaten, Metriken, Indikatoren, zeitliche Rhythmik der Auswertungen) haben die jeweiligen Behörden an die Web-Applikation?
• Welche technischen Anforderungen ergeben sich für das angestrebte System (u. a. Datenformate, Software-Umgebungen, Schnittstellen, Programmiersprachen)?
• Welche Metriken, Algorithmen und Indikatoren (z. B. NDVI, Abgleich mit phänologischen Musterprofilen MSAVI für Entsiegelungen) eignen sich, um die Standzeiten von Zwischenfrüchten zu erfassen und Eingriffe in Natur und Landschaft nach dem Bundesnaturschutzgesetz zu erkennen?

Thünen-Ansprechpartner

• Röder, Norbert Institut für Ländliche Räume

Beteiligte Thünen-Partner

• Ackermann, Andrea Institut für Ländliche Räume
• Tönshoff, Charlotte Institut für Ländliche Räume

Beteiligte externe Thünen-Partner

• RLP AgroScience GmbH, Institut für Agrarökologie (IfA)
  (Neustadt an der Weinstraße, Deutschland)
• Julius Kühn-Institut (JKI) Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen Forschungszentrum für landwirtschaftliche Fernerkundung (FLF)
  (Braunschweig, Deutschland)
• Technische Universität Berlin (TUB), Geoinformation in der Umweltplanung
  (Berlin, Deutschland)
• Deutsches Geoforschungszentrum (GFZ)
  (Potsdam, Deutschland)
• LUP - Luftbild Umwelt Planung GmbH
  (Potsdam, Deutschland)
• Struktur- und Genehmigungsdirektion Nord RLP (SGD Nord)
  (Koblenz, Deutschland)
• Ministerium für Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen (MULNV)
  (Düsseldorf, Deutschland)

Geldgeber

• Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
  (national, öffentlich)
• Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR)
  (national, öffentlich)

Zeitraum

8.2018 - 7.2020

Weitere Projektdaten

Projekttyp:
Projektfördernummer: 50EW1704A
Förderprogramm: DLR - Entwicklung und Implementierungsvorbereitung von Copernicus Diensten für den öffentlichen Bedarf in Deutschland
Projektstatus: läuft

Anzahl der Datensätze: 0