Drohnen als Monitoring-Tool von Wintersportaktivitäten
Visuelle Darstellung der von Tourengänger/innen verursachten Spuren im Naherholungsgebiet Sattelegg/Chli Aubrig
Zusammenfassung
Das Interesse an Ski- und Snowboardtouren sowie Schneeschuhwandern ist in den letzten 20 Jahren stark gestiegen. So gingen im Jahr 2000 1.1% der Schweizer Bevölkerung einer dieser drei Sportaktivitäten nach, im Jahr 2020 bereits 6.5%, was 550'000 Personen entspricht. Dieses Wachstum an Wintersportlern/innen bringt auch einen kurz- sowie langfristigen Druck auf die Tierwelt, die bereits ohne diesen zusätzlichen Faktor sehr eingeschränkte Rückzugsorte im Winter hat. Es besteht daher grundlegender Bedarf an ein praxistaugliches und effizientes Monitoring-Tool, um potenzielle Nutzungskonflikte zwischen Tier und Mensch sowie Hotspots zu identifizieren.
550'000 Ski- und Snowboardtourengänger/innen sowie Schneeschuhwanderer/innen im Jahr 2020. Es besteht daher grundlegender Bedarf an ein praxistaugliches und effizientes Monitoring-Tool.
Das Projekt ergab die Erkenntnis, dass Drohnen als Monitoringmethode von Wintersportaktivitäten abseits der Piste als massgebende Unterstützung in der Störungsqualifizierung/-quantifizierung und somit bei der Ausscheidung von zukünftigen Wildruhezonen sein können. Darüber hinaus, kann diese Art von Dokumentation als Instrument zur gezielten Nutzungslenkung oder zu Kommunikation für eine erhöhte Akzeptanz und Wahrnehmung des Nutzungskonfliktes angewendet werden.
Das Untersuchungsgebiet befindet sich weniger als eine Autostunde von Zürich entfernt. Damit ist die Passhöhe Sattelegg ein beliebter Ausgangspunkt für diverse Touren.
Für die Datenerfassung wurden die Drohnen WingtraONE Gen I und DJI Mavic Zoom eingesetzt.
Für die Datenaufbereitung und die Datenbearbeitung wurden Software-Programme der Unternehmen Pix4D und Esri verwendet.
Das Verfahren Structure from motion wurde angewendet, um mit Hilfe von überlappenden Bildern Informationen zu gewinnen, die detailliert Auskunft über die Prozesse an der Erdoberfläche, in diesem Fall Spuren im Schnee aufzeigen.
Vorgehen bei der Datenerfassung
- Planen der Flugroute: Wahl der gewünschten Fläche in Absprache mit dem im Gebiet zuständigen Wildhüter
- Planen der Flug- und Kameraeinstellungen: Flughöhe, Flugdauer, Überlappungsgrad der Bilder (80%) und Kamerawinkel (90°)
- Wiederholte Anwendung derselben Einstellungen an unterschiedlichen Tagen
Wegen der kalten Temperaturen betrug die Akkuleistung nur 75% der vom Hersteller angegebenen Leistung.
Vorgehen in ArcGIS Pro
- Entfernen nicht benötigter respektive ungewünschter Daten mit sehr starkem Schatten -konkret ist dies vor allem Wald.
- Hervorheben der Schatten in den Spuren durch die Kantenverschärfung
- Manuelle Anpassung der erhaltenen Resultate
Um auch den offenen Wald ausschliessen zu können, wurde eine zehn Meter breiter Pufferbereich rund um den Wald angewendet. Der grüne Anteil, wurde für die weitere Bearbeitung nicht mehr involviert.
Mit der Anwendung der Hochpassfiltrierung werden niederfrequente Bereiche abgeschwächt und hochfrequente, in denen kleinräumig Grautonunterschiede auftauchen, verstärkt. Eine Reklassifizierung dieser Resultate macht die Tiefeninformationen, respektive die Schatten der Spuren ersichtlich.
Die fehlerhaft zu viel prozessierten Linien wurden manuell entfernt.
Die Bearbeitung des in Pix4Dmappers erstellten Orthomosaik wurde grob in drei Bearbeitungsschritten aufgeteilt. Jeder ausgeführte Befehl in ArcGIS pro ist in dieser Abbildung festgehalten.
Manuelle Korrektur
Für die Korrekturanpassungen der 4.25 km² grossen Fläche wurde eine Stunde benötigt. Bei der Korrektur wurden ausschliesslich Linien, die keiner Spur entsprechen, gelöscht. Es wurden keine Spuren nachgezeichnet.
Fehlerhaft prozessierte Linien sind zum Beispiel Trampelpfade von Nutztieren, Schatten von Bäumen, schneebedeckte Forstrassen, schneefreie Flecken an südlich exponierten Hängen, Bachverläufe etc..
Erfolgsanalyse
Für die Erfolgsanalyse respektive zur Kontrolle der Genauigkeit der prozessierten Linien, wurde auf einem gewählten Teilbereich die von Auge sichtbaren Spuren manuell nachgezeichnet. Daraufhin wurden die Schnittpunkte von drei willkürlich gesetzten Linien mit den prozessierten respektive nachgezeichneten Linien gezählt und verglichen.
Insgesamt durchkreuzen die Schnittlinien 91 Mal die gezeichneten Linien und 71 Mal die prozessierten Linien.
Die manuell gezeichneten Linien füllen die Lücken der automatisch prozessierten Linien. Nichtsdestotrotz liegt die Genauigkeit der erfassten Linien in Bezug auf die von Auge sichtbaren Spuren bei rund 75%. Das Problem, dass zu viele Linien prozessiert werden ist grösser, als das ein kleiner Anteil Spuren beim Prozessieren übersehen worden ist.
Heatmap
Die Heatmap gibt weitere Erkenntnisse über das Tourenverhälntnis im Untersuchungsgebiet. Beispielsweise zeigen die parallel verlaufenden Aufstiegsspuren genügend Informationen, um das erhöhte Aufkommen von Spuren darzustellen. Zudem sind bevorzugte Stellen zum Pausieren und Kreuzungen in der Heatmap ersichtlich.
Desto rötlicher die Karte ist, desto mehr Linien wurden an dieser Stelle mit ArcGIS erfasst. Grüne Bereiche stellen Spuren dar, die einzeln verlaufen.
Schlussfolgerung
- Drohnen sind als Monitoring-Tool von Wintersportlern abseits der Piste geeignet.
- Die erstellte Karte gibt einen schnellen Einblick über die Situation vor Ort.
- Komplett fehlerfreie Karten werden kaum möglich sein.
- Die manuelle Anpassung erfordert im Verhältnis dennoch nur einen kleinen Zeitaufwand.
- Aufnahmen bei bestmöglichen Schnee- und Wetterbedingungen können die Genauigkeit der Karte stark erhöhen und fehlerhaft prozessierte Linien auf ein Minimum reduzieren.
- Für die Feldaufnahmen muss der/die Erfasser/in spontan Zeit haben, um den idealen Tag nicht zu verpassen.
- Mit der Sammlung weiterer Erfahrungen kann dieses lokale Projekt, regional ausgeweitet werden.
- Im Idealfall übergibt der Kanton einem/r Auftragspartner/in mit den nötigen Drohnen und Computerinfrastruktur die Aufgabe zum Monitoring von Gebieten mit potenziellem Nutzungskonflikt.
- Bachelorarbeit von Ciril Spescha, Bachelorstudiengang 2018, Studienrichtung Umweltingenieurwesen mit der Vertiefung Naturmanagement, Abgabedatum 13.01.2022, Abgabeort Zürcher Hochschule der angewandten Wissenschaften LSFM Wädenswil, Fachkorrektoren Dr. Johann Junghardt und Dr. Stefan Suter
