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Gassenführung

Gassenführung

Gassenaufschluss 2.0: Digitalisierung der Planung und Prozesssteuerung für die Walderschließung auf Basis von Modellen und Algorithmen zur optimalen Ressourcenschonung

Projektkoordinator

Dr.-Ing. Ina Ehrhardt
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung, e.V. Magdeburg
ina.ehrhardt@iff.fraunhofer.de

Projekthomepage

https://www.holzlogistik.iff.fraunhofer.de/de/forschungsprojekte/gasse20.html

Projektbeschreibung in FISA

Zum Forschungsinformationssystem Agrar und Ernährung (FISA)

Ziel

Maßnahmen der Walderschließung sind Voraussetzung für spätere Pflegemaßnahmen, Durchforstungen und den Abfluss des Holzes. Die einzelnen Bestandteile der Erschließung müssen im Sinne einer schadensminimierenden, ökologisch und ökonomisch erfolgreichen Waldwirtschaft optimal aufeinander abgestimmt werden. Der Feinaufschluss von Waldbeständen hat dabei eine herausragende Bedeutung und erfordert vor dem Hintergrund ökologischer Wirkungen auf Boden und Bestand, ökonomischer Effekte für den Forstbetrieb sowie technischer und ökonomischer Auswirkungen auf die Leistungserbringung der eingesetzten Forstunternehmen zwingend eine vorausschauende Planung.

Bislang wird die Erschließung, insbesondere die Lage und der Verlauf von Rückegassen, durch das Forstpersonal im Wesentlichen auf Basis ihrer Orts- und Fachkenntnisse geplant. Unterschiedliche Geländebedingungen im Wald, die den Einsatz forstlicher Technik abhängig von der Hangneigung streng limitieren, zeigen beispielhaft Herausforderungen, vor denen das Forstpersonal im Entscheidungsprozess steht.

Die Gassenplanung ist daher nicht nur sehr zeitaufwändig, sondern auf Grund zahlreicher weiterer Einflussgrößen auch so komplex, dass ein optimales Ergebnis zu selten erzielt werden kann. Dieser Umstand steht im Widerspruch zum forstlichen Grundsatz, dass Erschließungswegenetze langfristig Bestand haben müssen. Da in diesem Prozess bislang nur bedingt technische Hilfsmittel zur Verfügung stehen, hatte das Projekt Gassenaufschluss 2.0 das Ziel, mit der Entwicklung geeigneter Modelle, Verfahren und Algorithmen zu einer deutlichen Verbesserung im Prozess beizutragen.

Ergebnisse

Im Rahmen des Projekts wurden Möglichkeiten zur Unterstützung sowohl der Planung von Gassennetzen als auch der Steuerung von deren operativer Umsetzung geschaffen. Dabei ist es erstmals gelungen, richtungs- und technikabhängige Höhenhindernisse im Geländeverlauf eines Waldgebiets auf Basis des digitalen Geländemodells zu berechnen, zu visualisieren und für eine algorithmenbasierte Planung im Forst als ergänzende Datengrundlage zur Verfügung zu stellen (siehe Abbildung 1).

In einem weiteren Schritt erzeugen mathematische Optimierungsalgorithmen auf der Grundlage vorhandener, geodatenbasierter Informationen alle zulässigen Gassennetzvarianten für einen konkreten Planungsfall. Diese werden rechnerisch in Sekundenschnelle einer Bewertung unterzogen. Ein Ranking der hinsichtlich ökologischer, ökonomischer und betrieblicher Kriterien jeweils besten Planungsvarianten unterstützt das Forstpersonal bei der Auswahl einer optimalen Lösung (siehe Abbildung 2).

Ergänzend wurde ein Verfahren für die Forstunternehmen, die den Gassenaufschluss praktisch umsetzen, entwickelt. Auf Basis vorhandener Lokalisierungstechnologien wird dokumentiert, ob der geplante Gassenverlauf eingehalten wird. Insbesondere bei auftretenden Störungen oder Abweichungen wird in Abstimmung mit dem Forstpersonal der weitere Arbeitsverlauf in geeigneter Form angepasst.

Verwertung

Auf Grundlage der konzipierten Verfahren und erfolgreich umgesetzten Algorithmen stehen Demonstrationslösungen sowohl für die Planungsunterstützung als auch für operative Steuerungsprozesse zur Verfügung.
Beide Verfahren wurden in der betrieblichen Praxis des zum Landesforstbetrieb Sachsen-Anhalt gehörenden Forstbetriebs Oberharz untersucht und hier getestet. Die Ergebnisse zeigten die Mehrwerte deutlich auf, die eine algorithmenbasierte Planungsunterstützung bei einer routinemäßigen Verwendung in der Forstwirtschaft bietet.
Mit den entwickelten Verfahren kann in der forstlichen Praxis nicht nur die Effizienz im Planungsprozess erhöht, der Aufwand für das Forstpersonal gesenkt sowie eine ökonomische und ökologische Bewertung der Planungen unter Berücksichtigung betriebsspezifischer Ziele verwirklicht werden.
Damit wird auch ein Beitrag zur Erhöhung der (langfristigen) Planungssicherheit und zur Sensibilisierung des Forstpersonals für Konsequenzen planerischer Entscheidungen geleistet.

Übersichtsvideo zum Projekt Gassenführung