Mit Satellitenbildern den Waldschäden auf der Spur

Raphael Brüggemann studiert Informatik mit Schwerpunkt Visual Computing an der Uni Siegen. In seiner Bachelorarbeit untersuchte er, ob Flächen mit Waldschäden durch spezielle Verfahren aus Satellitenbildern automatisch erkannt werden können – das hätte Vorteile für die Forstwirtschaft.

Landschaften verändern sich aufgrund des Klimawandels, was besonders in Form von Waldschäden sichtbar wird. Auf der Suche nach einem Thema für seine Bachelorarbeit nahm der 24-jährige Raphael Brüggemann, Informatikstudent an der Universität Siegen, die Kahlflächen unter die Lupe. Für seine Abschlussarbeit entwickelte er eine Methode zur automatischen Erkennung und grafischen Darstellung geschädigter Wälder. Dazu analysierte er Satellitenbilder von Lennestadt aus den Jahren 2018 bis 2022.

Professor Andreas Kolb, Inhaber des Lehrstuhls für Computergrafik und Multimediasysteme an der Universität Siegen, betreute die Bachelorarbeit persönlich: „Das Thema beschäftigt einen natürlich. Ich bin selbst mit den Hunden oft im Wald unterwegs und ich erinnere mich daran, wenn ich über eine kahle Fläche laufe, dass da früher mal 60 Jahre alte Nadelbäume standen“, betont er.

Für seine Studie wendete Brüggemann zwei Verfahren an: den k-Means-Algorithmus und neuronale Netze in Form von U-Nets. Beide Ansätze sind lernbasierte Analyseverfahren, die Satellitenbildpixel verschiedenen Farbgruppen zuordnen. Ziel war es, Grafiken zu erstellen, die die Landschaft in gesunde Waldflächen (grün), Kahlflächen (rot) und Infrastruktur (weiß) unterteilen.

Bei dem k-Means-Verfahren legte Brüggemann die Anzahl der Cluster und deren Zentren händisch fest. Bei U-Nets werden die Gruppen automatisch durch den Algorithmus erstellt. Die U-Nets-Methode erzielte eine sauberere Datenanalyse, da sie direkt ein Farbbild und eine Interpretation der Daten lieferte. „Ein U-Net ist ein spezielles neuronales Netzwerk, das eine U-förmige Struktur hat. Hierbei wird das Bild zuerst Schritt für Schritt verkleinert, um wichtige Merkmale zu erkennen, und dann wieder vergrößert, um das Bild in Bereiche gleicher Struktur aufzuteilen“, erklärt Kolb. Daher eigneten sich die U-Nets besser zur Lokalisierung der Schäden.

Diese Methode könnte in Zukunft für Waldbauern und Forstbetriebe nützlich sein: „Ich gehe davon aus, dass man das Verfahren in die Praxis übertragen kann. Für die U-Nets-Methode müsste man das Verfahren weiter automatisieren, um tagesaktuell sehen zu können, wie sich die Vegetation verändert“, erklärt Brüggemann. Im Idealfall könnten Forstbetriebe auf diese Weise sogar einschätzen, welche Pflanzenarten wo wachsen.

Informatik studieren an der Uni Siegen

Praxisnahe Themen wie dieses haben Raphael Brüggemann in seinem Informatikstudium an der Uni Siegen besonders begeistert: „Mein Höhepunkt war es, selbst Programmieren zu dürfen. Wir hatten dazu ein sehr spannendes Thema in Kooperation mit der Krombacher Brauerei“, berichtet der 24-Jährige. Ab dem dritten Semester wählen Informatik-Studierende eine von sechs Vertiefungen. „Spätestens ab dem Zeitpunkt ist der ganze Studiengang noch spannender!“, so Brüggemann.

Und was muss man für ein Informatikstudium mitbringen? „Ein Grundverständnis für Mathematik und Interesse an Informatik sollten natürlich vorhanden sein. Wenn man vorher schon mal programmiert hat, ist das auf jeden Fall von Vorteil. Wer sich für Computer begeistert, ist hier gut aufgehoben“, bringt es der Bachelorstudent auf den Punkt. Die Möglichkeiten nach dem Abschluss sind vielfältig: „Selbst nach den Vertiefungen können Sie jederzeit in eine andere Richtung gehen. Sie bleiben Informatiker – da gibt es keine Barrieren“, bestätigt Prof. Andreas Kolb und räumt gleichzeitig mit einem Klischee auf: „Man hat oft die Vorstellung, dass ein Informatiker den ganzen Tag im Keller vor dem Rechner sitzt und nie das Tageslicht sieht, aber das stimmt nicht: Informatik hat auch immer etwas mit Anwendungen zu tun. Man muss eng mit den Leuten kommunizieren, die diese Anwendungen benötigen“, betont er.

Infos zur Einschreibung

Aktuell läuft die Online-Einschreibung für alle Bachelor- und Masterstudiengänge. Bei der Wahl des richtigen Studiengangs steht die Zentrale Studienberatung allen Studieninteressierten zur Verfügung

Kontakt:
Prof. Andreas Kolb
Lehrstuhl für Computergrafik und Multimediasysteme
E-Mail: andreas.kolb@uni-siegen.de
Tel.: 0 271 / 740 – 2404