C01: Erfassung struktureller und funktionaler Eigenschaften pflanzenbaulicher Anbausysteme mit modernen terrestrischen sowie Luft- und Weltraum-gestützten Fernerkundungsmethoden

Für die Untersuchung der räumlicheren Veränderungen von Muster und Entwicklungszuständen existierender Kulturpflanzenbeständen im Land-Stadt-Gradienten von Bengaluru, beabsichtigt C01 neuartige thermale und UAV-basierte Bilder zu nutzen und ein automatisches Klassifikations- und Kartierungs-Verfahren für landwirtschaftliche Kulturen zu etablieren. Beide Sensoren werden mit Hilfe von Feldmessungen kalibriert werden. Aufbauend auf der Erfahrung und den Ergebnissen von Projektphase I, beabsichtigt C01 die Bemühungen vorzusetzen, einen fernerkundlichen Ansatz zu etablieren, welcher zum Ziel hat, Pflanzenart und Bewirtschaftungsintensität ebenso wie die Untersuchung wichtiger Pflanzeneigenschaften (Pflanzenhöhe, Ertrag, Qualität) der landwirtschaftlichen Kulturen unter den Boden- und Klimabedingungen von Bengaluru zu bewerten. Durch die Nutzung von Bildern einer UAV-basierten bildgebenden hyperspektralen Kamera, welche mit Daten des inzwischen etablierten Feldexperimentes an der UASB kalibriert werden, planen wir Informationen über die Variation der Pflanzeneigenschaften auf Feldskalenniveau zu erhalten, welche es uns erlauben, Untersuchungen in größeren Gebieten innerhalb der Transekte zu erhalten, ohne der Limitierungen von Satellitenbilder (i.e. Wolkendeckung, Kosten, Zeitliche Verfügbarkeit), ausgesetzt zu sein. Auf dieser Skalenebene, werden wir Ursachen der teilschlagspezifischen Variation der Pflanzeneigenschaften in den identifizieren Betriebsflächen zusammen mit den Teilprojekten A01 und A02 untersuchen. Die Ergebnisse werden die Basis für die Zusammenarbeit mit B02, und somit die Kombination unserer raum-zeitlichen Landnutzungsdaten mit den sozio-ökonomischen Daten, in Phase II und III darstellen.

Prof. Dr. M. Wachendorf
Dr. T. Astor
Grünlandwissenschaft und Nachwachsende Rohstoffe
Universität Kassel

Jayan Wijesingha
Doktorand

Indisches Partner-Projekt:
Integrating air- and space borne spectroscopy and laser scanning to assess structural and functional characteristics of crops and field margin vegetation
R.R. Nidamanuri, Indian Institute of Space Science and Technology, Trivandrum
S. Nautiyal, Institute of Social and Economic Change, Bangalore

Erfassung struktureller und funktionaler Eigenschaften pflanzenbaulicher Anbausysteme mit modernen terrestrischen sowie Luft- und Raum-gestützten Fernerkundungsmethoden

Das übergeordnete Ziel dieses Projektes ist die Etablierung und Evaluation von Fernerkundungsapplikationen die es erlauben, wichtige strukturelle (Pflanzenart und -höhe) sowie funktionelle Eigenschaften (Ertrag und Qualität) von landwirtschaftlichen Kulturpflanzen bzw. deren Anbausystemen unter den tropischen Boden- und Klimabedingungen von Bangalore zu erfassen. Vorrangige Ziele sind:

1.    Kalibration verschiedener Fernerkundungssensoren (hyperspektrales Feldradiometer, terrestrischer 3D-Laserscanner und hyperspektrale Fotokamera) auf der Basis von Referenzdaten der Pflanzenbestände (Biomasse, Blattflächenindex, Stickstoff- und Faserkonzentrationen) des Feldexperiments an der UASB unter Nutzung der dort bei unterschiedlicher Wasser- und Stickstoffversorgung geprüften Kulturpflanzenarten.

2.    Evaluierung des Potentials von Sensorkombinationen zur Erfassung der vielfältigen Pflanzen- und Bestandsmerkmalen. Im Speziellen soll überprüft werden, inwieweit terrestrisches hochauflösendes 3D-Laserscanning die Saturierungseffekte der Spektroskopie bei höheren Blattflächenindizes kompensieren kann.

3.    Vergleich der Ergebnisse terrestrischer hyperspektraler Spektroskopie mit denen satellitengestützter multispektraler Aufnahmen und Erstellung hyperspektraler Bibliotheken unter Anwendung des Spectral Angle Mapping. Von besonderem Interesse ist hierbei zu prüfen, ob die erhaltenen Referenzspektren eine verbesserte Klassifikation und Kalibration der multispektralen Satellitenpixel ermöglichen.

4.    Entwicklung einer Identifikations- und Klassifikationsprozedur für Kulturpflanzenarten und Managementintensitäten der zugehörigen Bestände als Grundlage für eine zukünftige Erstellung von Karten zur Beschreibung und Analyse raum-zeitlicher Effekte in den Transekten Bangalores.

5.    Die Validation von Schätzgüten der entwickelten Modelle anhand unabhängiger Daten der im Projekt selektierten on-farm fields in den Transekten Bangalores.

Mit der Entwicklung von Modellen und deren gründlicher Validation, sowie mit der Erzeugung von Referenzspektren zur Verbesserung der Schätzgüte der Satellitenfernerkundung erarbeitet C01 die methodische Grundlage für eine großräumige Erfassung von Kulturpflanzenbeständen. Die Resultate von C01 sind daher essentielle Elemente für die Erfassung raum-zeitlicher Dynamik landwirtschaftlicher Anbausysteme entlang des Land-Stadt-Gradienten von Bangalore sowie für übergreifende Analysen im Rahmen der Forschergruppe.

Poster C01 (2016)

Dr. Supriya Dayananda

Sowmyashree Marpala Venkatesh