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Biotoptypen-/Vegetationskartierung von Vordeichsflächen an Unter- und Außenweser auf der Grundlage einer HRSC-AX-Befliegung (28. Juli 2002) - Endbericht, Stand: Mai 2006 - Im Auftrag des Wasser- und Schifffahrtsamtes Bremerhaven - Hochschule Vechta Forschungszentrum für Geoinformatik und Fernerkundung Forschungszentrum für Geoinformatik und Fernerkundung, Postfach 1553, D-49364 Vechta

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Biotoptypen-/Vegetationskartierung von Vordeichsflächen an Unter- und Außenweser auf der Grundlage einer HRSC-AX-Befliegung (28. Juli 2002)

- Endbericht, Stand: Mai 2006

- Im Auftrag des Wasser- und Schifffahrtsamtes Bremerhaven -

Hochschule Vechta

Forschungszentrum für Geoinformatik und Fernerkundung

Forschungszentrum für Geoinformatik und Fernerkundung,

Postfach 1553, D-49364 Vechta

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Inhalt

ABBILDUNGSVERZEICHNIS 3

VERANLASSUNG 4

UNTERSUCHUNGSGEBIET 4

DATENGRUNDLAGEN 6

BEURTEILUNG DER BILDDATENQUALITÄT 7

Lagegenauigkeit 7

Aufnahmebedingungen 8

Radiometrische Qualität 10

Bildschärfe 10

Fazit - Bilddatenqualität 10

VORARBEITEN ZUR AUSWERTUNG 11

Literaturauswertung 11

Überprüfung im Gelände 11

Biotoptypenschlüssel 11

AUSWERTUNG UND ERFASSUNG FLÄCHENHAFTER DATEN 12

LINEARE ERFASSUNG VON UFERSTRUKTUREN 12

DIGITALE BILDANALYSE 13

Ableitung weiterer Informationen aus den Bilddaten – Level 1 14

Separierung von Informationen – Level 2 16

Bildbearbeitung/Klassifikation – Level 3 18

GIS-gestützte Nachbearbeitung der Klassifikationsergebnisse – Level 4 18

Bewertung der Ergebnisse / Genauigkeitsabschätzung 21

Manuelle Reklassifikation der Ergebnisse und Nachbearbeitung 22

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ERLÄUTERUNG DER ABGEGEBENEN DATEN 24

Erläuterung der erfassten Biotoptypen 26

Rote-Liste-Kategorien (Gefährdungsgrade) der Biotoptypen in Niedersachsen nach DRACHENFELS (1996) 34

Bewertung der Biotoptypen an der Unter- und Außenweser und ihren angrenzenden Nebenflüssen 35

Erläuterung der erzeugten Karten (pdf-Dateien) 37

LITERATUR 41

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Untersuchungsgebiet..............................................................................................................5 Abbildung 2: Industrie-/Hafenanlage am westlichen Weserufer (panchromatisches HRSC-AX-Bild

überlagert mit DBWK-Daten zu Topographie und Liegenschaftskataster) ........................................7 Abbildung 3: Industrieanlage am westlichen Weserufer (panchromatisches HRSC-AX-Bild überlagert

mit DBWK-Daten zu Topographie und Liegenschaftskataster)..........................................................8 Abbildung 4: Lage der Wolken im Bereich der Ochtum..............................................................................9 Abbildung 5: Schematische Darstellung des Klassifikationsablaufes..................................................... 13 Abbildung 6: Funktionalität des Focal Majority-Filters ............................................................................. 16 Abbildung 7: Separieren der Informationen aus einem Mehrkanalbild mit Hilfe der abgeleiteten Masken

(Heuckenlock)..................................................................................................................................... 17 Abbildung 8: Beispielhafte Darstellung der Verfahren zum Auffüllen der Schattenbereiche und zur

Rekodierung von Flächen aufgrund der Nachbarschaft................................................................... 20 Abbildung 9: Übersicht des DGK5-Blattschnitts, nördlicher Teil ............................................................. 38 Abbildung 10: Übersicht des DGK5-Blattschnitts, südwestlicher Teil..................................................... 39 Abbildung 11: Übersicht des DGK5-Blattschnitts, südöstlicher Teil ....................................................... 40

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Veranlassung

Die Abteilung Geoinformatik des IUW der Hochschule Vechta (später umgewandelt in das FZG – Forschungszentrum für Geoinformatik und Fernerkundung der Hochschule Vechta bzw. der Universität Osnabrück) wurde 2002 vom Wasser- und Schifffahrtsamt Bremerhaven beauftragt, die aktuelle Vegetation bzw. die aktuellen Biotoptypen der Vordeichsflächen im Bereich Außen- und Unterweser auf der Basis digitaler Luftbilder zu erfassen.

Als Grundlage der Erfassung dienen Daten einer Befliegung mit dem digitalen Stereoscanner HRSC-AX, die von den Firmen TerraImaging (Berlin/Amsterdam) und ISTAR (Sophia Antipolis, Frankreich) durchgeführt wurde (TERRAIMAGING 2002).

Der methodische Ansatz der Auswertung soll in den an der Hochschule Vechta in vorangehenden, ähnlich gelagerten Projekten der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung entwickelten, semiautomatisierten Verfahren bestehen (s. BfG 2000; EHLERS et al. 2000). Die Auswertung wurde durch klassische Geländearbeit unterstützt.

In einem Nachtrag wurde dieser Erfassungsauftrag erweitert um die lineare Erfassung der Uferstrukturen in den Bereichen, die nicht mit den Luftbildern abgedeckt werden konnten. Diese Erhebung erfolgte durch Geländearbeit. Als geometrische Referenzen dienten verschiedenen Grundlagen (s.u.).

Zusätzlich wurden zudem die gesetzlich besonders geschützten Biotope aus den Katastern der Naturschutzbehörden für das Untersuchungsgebiet zusammengetragen.

Untersuchungsgebiet

Das Untersuchungsgebiet umfasst den gesamten tidebeeinflussten Bereich der Unter- und Außenweser samt angrenzender Abschnitte entlang der Nebenflüsse (s. Abbildung 1).

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Abbildung 1: Untersuchungsgebiet

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Datengrundlagen

Die Befliegung des Gebietes wurde von ISTAR am 28. Juli 2002 von 8:19 bis 13:03 (UTC)1 durchgeführt. Hinsichtlich der vorgegebenen Faktoren Jahreszeit, Tageszeit und Tidefenster wurden mit diesem Termin die Ansprüche voll erfüllt.

Von TerraImaging bzw. ISTAR wurden folgende Datensätze zum 15.11.2002 an die Hochschule Vechta geliefert:

- Vollständiger Orthobild-Datensatz (panchromatisches Bild + Farbkanäle blue, green, red und ir; radiom. Aufl. 16 bit, Bodenpixelgröße 32 cm, Dateiformat GeoTIFF)

- Digitale Oberflächenmodelle (radiom. Auflösung 16 bit (signed), Höhenwerte in dm ü. NN, Bodenpixelgröße 1 m, Dateiformat GeoTIFF).

Erzeugt wurde zunächst ein Gesamtmosaik, das gekachelt in 46 Abschnitten von 5 x 5 km ausgeliefert wurde. Die Gesamtdatenmenge beträgt ca. 140 GB.

Das Untersuchungsgebiet wurde vollständig entsprechend der vorab zwischen WSA, IUW und BfG abgestimmten Geometrien ausgeschnitten. Als Grundlage wurde hierzu ein von ISTAR vorab geliefertes Grobmosaik des Gesamtgebietes mit einer Bodenpixelauflösung von 6 m verwendet.

In einigen Bereichen wurde bei Aufbereitung der Daten zu knapp ausgeschnitten. Ferner gab es kleinere Bereiche (Ochtum, Langwarden) die durch Bewölkung beeinträchtigt waren. Für diese Bereiche konnte jedoch eine Erfassung auf der Grundlage anderer Daten durchgeführt werden.

Herangezogen wurden hierzu insbesondere:

- HRSC-Befliegung der BAW Hamburg vom 31.03.2004

- Biotoptypenkartierung der Nationalparkverwaltung Niedersächsisches Wattenmeer

- ArcView-Shapefiles zum Verteilungsmuster der Oberflächensedimente auf den niedersächsischen Watten (Stand: 1997), Quelle: NLWKN

- DGK5 der Vermessungs- und Katasterverwaltung

1 UTC, Abk. für Universal Time Coordinated (engl.), koordinierte Weltzeit, Atomzeitskala, die aus der 1971 definierten “Internationalen Atomzeitskala” hervorgeht. Umrechnung: UTC = MEZ - 1 Stunde bzw. UTC = MESZ - 2 Stunden

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Beurteilung der Bilddatenqualität

Lagegenauigkeit

Eine Überprüfung der Lagegenauigkeit der Bilddaten wurde stichprobenhaft anhand anderer digitaler Referenzdaten durchgeführt.

Zur Verfügung standen hierzu:

• Digitale Bundeswasserstraßenkarte in Ausschnitten (dgn-Format),

• sowie die DGK5 für Bereiche an der Hunte.

• Die Biotoptypenkartierung terrestrischer Bereiche der Nationalparkverwaltung Niedersächsisches Wattenmeer erwies sich als geometrisch ungeeignet.

Anhand von Überlagerungen und Bildmessungen konnten in den Testgebieten die hervorragenden geometrischen Eigenschaften der HRSC-AX-Bilder verifiziert werden. Die angestrebte Lagegenauigkeit in x,y-Richtung in der Größenordnung eines Bodenpixels kann als erreicht gelten. Die beigefügten Screenshots (Abb. 2 + Abb. 3) mögen einen Eindruck von der Passgenauigkeit der Bilddaten geben.

Hinsichtlich des z-Wertes konnten die Daten nur einer groben Plausibilitätsüberprüfung unterzogen werden, da keine geeigneten Referenzwerte zur Verfügung standen. Der Vergleich absoluter Geländehöhen mit Angaben der DGK5 sowie der interne Vergleich z. B. der angebenen Höhenwerte von Gebäuden oder Bäumen gegenüber der umgebenden Geländeoberfläche ergab jedoch zufriedenstellende Ergebnisse.

Abbildung 2: Industrie-/Hafenanlage am westlichen Weserufer (panchromatisches HRSC-AX-Bild überlagert mit DBWK-Daten zu Topographie und Liegenschaftskataster)

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Abbildung 3: Industrieanlage am westlichen Weserufer (panchromatisches HRSC-AX-Bild überlagert mit DBWK-Daten zu Topographie und Liegenschaftskataster)

Aufnahmebedingungen

Das Aufnahmegebiet war zu Beginn der Befliegung lt. TERRAIMAGING (2002) wolkenfrei. Später traten stellenweise Quellwolken auf. Diese sind in sehr geringem Maße nördlich von Butjadingen zu finden (ca. 1 ha). In größerem Maße gestört ist der Abschnitt entlang der Ochtum zwischen Delmenhorst-Deichhausen und dem Niedervieland (Bremen); hier sind ca. 80 ha von stärkeren Wolken bzw. Wolkenschatten betroffen (s. Abb. 4).

Besonders betroffen ist davon der Bereich südlich des Mühlhauser Fleets und der Delme-Mündung. Für diesen komplett unter Wolken liegenden Teil (ca. 40 ha) ist eine Auswertung der Bilddaten nicht möglich. Ersatzweise konnten hier die Daten der Frühjahrsbefliegung 2002 durch die BAW genutzt werden. Der nördlichere Bereich hingegen, der von unregelmäßigen Wolkenschatten bedeckt ist, mittels Bildschirmdigitalisierung ausgewertet.

Keine nennenswerte Beeinträchtigung durch Wolken findet sich an der Lesum-Mündung wieder, obwohl dies nach dem ersten, von ISTAR zur Verfügung gestellten Übersichtsmosaik noch der Fall zu sein schien. Tatsächlich waren aber nur sehr schwache Schlierenbildungen durch Schleierwolken erkennbar.

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Abbildung 4: Lage der Wolken im Bereich der Ochtum

Der Flächenanteil der von Wolken besonders betroffenen Areale beträgt je nach Definition weniger als 0,5 bis maximal 1 % des gesamten Befliegungsgebietes. Der vertraglich vereinbarte Grenzwert der maximal zulässigen Bewölkung wird damit weit unterschritten.

Hinsichtlich der Tidebedingungen kann der gewählte Zeitpunkt im Übrigen als optimal gelten, da der größte Teil der Wattflächen ohne Wasserüberdeckung abgebildet werden konnte.

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Radiometrische Qualität Ein Vorteil der HRSC-AX gegenüber ihrem Vorgängermodell HRSC-A stellt die höhere radiometrische Auflösung von 12-bit gegenüber 8-bit (4096 vs. 255 Grauwertstufen) je Aufnahmekanal dar.

Die von TerraImaging ausgelieferten Daten werden den erhöhten Erwartungen vollständig gerecht. Insbesondere im panchromatischen Kanal wird der zur Verfügung stehende Grauwertebereich von ca. 4000 vollständig ausgenutzt. Die Farbkanäle bieten physikalisch bedingt z. T. geringere radiometrische Auflösungen bis zu ca. 1000 DN2 im blauen Spektralkanal.

Die Angleichung der verschiedenen originären Flugstreifen und Bildung eines Gesamtmosaiks ist den Auftragnehmern im Übrigen hervorragend gelungen.

Bildschärfe Aufgrund negativer Erfahrungen in einem anderen Projekt an der Hochschule Vechta (vgl. EHLERS et al. 2001) wurde auch die Bildschärfe (d.h. Kantenschärfe) der gelieferten Bilddaten besonders betrachtet. Im Vergleich zu den älteren Bildern, die mit einem anderen Exemplar der HRSC-AX vom Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt aufgenommen wurden, weisen die für das WSA Bremerhaven von TerraImaging gelieferten jedoch eine weit höhere Qualität auf, die im panchromatischen Bild eine Detailerkennbarkeit bis zu Maßstäben größer als 1:1.000 gewährleisten.

Fazit - Bilddatenqualität Die von TerraImaging gelieferten Daten entsprechen den vorab definierten Kriterien vollständig und sind geeignet, eine Datenbasis für die beabsichtigte Biotoptypenkartierung zu bilden.

2 DN = Digital Numbers

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Vorarbeiten zur Auswertung

Literaturauswertung

Das Wasser- und Schifffahrtsamt Bremerhaven stellte dem IUW Literatur und Biotoptypenkarten zur Verfügung. Literatur und Karten wurden ausgewertet, um das Potential an vorkommenden Vegetations- bzw. Biotoptypen abzuschätzen.

Überprüfung im Gelände Die älteren Biotoptypenkarten wurden im Gelände auf ihre Eignung als Referenzmaterial überprüft. Im August und September 2002 wurden hierzu zahlreiche Abschnitte des Deichvorlandes in Abständen von wenigen Kilometern zueinander begutachtet. Die Ergebnisse der alten Kartierungen wurden dabei bestätigt oder bedarfsweise aktualisiert und liegen dem IUW derzeit als Arbeitskarten und Hilfsmittel zur weiteren Bildauswertung vor.

Zusätzlich wurde Anfang September mit dem WSA eine gemeinsame Bereisung unzugänglicher Ufer- und Röhrichtflächen von der Wasserseite her im Bereich Rechter Nebenarm und Schweiburg durchgeführt.

Biotoptypenschlüssel Die Klassifikation der Biotoptypen erfolgt überwiegend in Anlehnung an den Kartierschlüssel für Biotoptypen in Niedersachsen (DRACHENFELS 1994). Im Allgemeinen bleibt die Differenzierbarkeit von Biotoptypen auf der Basis von Bildauswertungen hinter den Möglichkeiten der Erfassung im Gelände zurück. Besonderes Ziel dieses Projektes ist jedoch die Feindifferenzierung von Röhrichtbeständen, nach Möglichkeit bis hin zur Unterscheidung von Dominanzbeständen einzelner Arten und damit für diesen Fall eine Differenzierung über den Detaillierungsgrad des Schlüssels von DRACHENFELS (1994) hinaus. Im Laufe des Projekts ergab sich die Notwendigkeit der Umstellung bzw. Anpassung an den inzwischen aktualisierten Kartierschlüssel (DRACHENFELS 2004).

Die Einheiten der älteren Referenzkartierungen wurden im Übrigen übersetzt in die entsprechenden Kartiereinheiten nach DRACHENFELS (s. JANOWSKY & BRAND 2002).

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Auswertung und Erfassung flächenhafter Daten

Für den größten Teil des Untersuchungsgebietes wurde eine flächenhafte Biotoptypenkartierung erarbeitet (s. Abbildung 1, rote Flächen). Die Kartierung basierte im Wesentlichen auf der Auswertung von HRSC-Daten; Ergänzungen wurden auf Basis weiterer Daten angebracht. Einige Korrekturen nach Revision noch Anfang 2006 angebracht.

Da der Schwerpunkt der flächenhaften Auswertung auf der Analyse der Bilddaten aufbaut, erfolgt die genaue Erläuterung der Methodik incl. der angebrachten Korrekturen im Kapitel „Digitale Bildanalyse“.

Lineare Erfassung von Uferstrukturen

Zusätzlich erfasst wurden die Uferstrukturen der Weser und der tidebeeinflussten Nebenflüsse auch in Bereichen, von denen keine HRSC-AX-Luftbilder aus dem ursprünglichen Bildflug vorlagen.

Als geometrische Erfassungsgrundlagen konnte hier v.a. für den Abschnitt der Stadtstrecke Bremen und den Bereich der Ochtum auf den HRSC-Bildflug der BAW zurückgegriffen werden. Für die anderen Bereiche bildet überwiegend die DGK5 die Grundlage. Nach einer Geländeinspektion erfolgte die Abgrenzung homogener Abschnitte mittels Bildschirm-digitalisierung samt einer Beschreibung des jeweils vorgefundenen Zustands.

Der Abschnitt der Stadtstrecke Bremen konnte zum größeren Teil von der Wasserseite aus inspiziert werden (Farge bis Weserwehr). Die anderen Bereiche wurden durch landseitiges Aufsuchen erfasst. Die Erfassung erfolgte im September bis Oktober 2004.

Beschrieben werden insbesondere die Strukturen des unmittelbaren Uferbereichs wie Verbaumaßnahmen und angrenzender oder fehlender Bewuchs.

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Digitale Bildanalyse

Im Rahmen der sog. “Null-Kartierung” der Elbe (s. EHLERS et al. 2000) wurde eine semiautomatisierte Auswertemethode für HRSC-Daten in Grundzügen entwickelt, die im Laufe weiterer Projekte ausgebaut und modifiziert wurde (s. EHLERS et al. 2001, 2003).

Einige Anpassungen und Modifikationen der Auswertemethodik an das Kameramodell HRSC-AX wurden bereits in dem Projekt “Auswertung von höchstauflösenden multispektralen Scannerdaten (HRSC-AX) der Unter- / Außenelbe zwischen Glückstadt und Cuxhaven zur lagegenauen Biotoptypenkartierung von großflächigen Kompensationsmaßnahmen” (vgl. Ehlers et al., 2002b) vorgenommen. Die dort entwickelte Klassifikationsmethode konnte bis auf einige kleine Modifikationen für dieses Projekt übernommen werden.

Eine schematische Übersicht des Klassifikationsablaufs zeigt Abbildung 5. Die technischen Details im vorliegenden Projekt verwendete Auswertemethodik wird Folgenden kurz dargestellt.

Abbildung 5: Schematische Darstellung des Klassifikationsablaufes

FZG

Offenboden/geringe Vegetation

Schatten

Niedere Vegetation >8mwie z.B. Gebüsche

Schatten

Hohe Vegetation > 8mwie z.B. Bäume

Schatten

Level 2

SEPARIERUNG VON INFORMATIONEN

a) mittels Vegetationsindexund Höhenschwellwert als Masken

b) Definition von Mindestflächengrößender Objektklassen

z.B. DOZ

z.B. RSZ

Level 3

BILDBEARBEITUNG

a) unüberwachte Klassifikationb) überwachte Klassifikation (maximum likelihood)

z.B. HB

z.B. AS

z.B. WWT

z.B. WXP

z.B. NRS

z.B. BAT

z.B. UHF

a)

Level 4

GIS-GESTÜTZTE NACHBEARBEITUNG

b) b)

Biotoptypenklassifikation

HRSC-AX-Daten (inkl. DOM)

Zusammenführen der individuellen Klassifikationsergebnisse

Definition von Mindestgrößenflächen für Biotoptypen

Level 1

ABLEITUNG WEITERERNFORMATIONEN

TexturVegetationsindex

Level 0

AUSGANGSDATEN

Definition von Nachbarschaftsbeziehungen

Manuelle Kontrolle

Entwickelter Klassifikationsablauf

Auffüllen der Schattenflächen (Majority-Filterung inAbhängigkeit von Biotoptypen und Höhe)

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Ableitung weiterer Informationen aus den Bilddaten – Level 1

Um eine eindeutige Zuweisung der Bildelemente zu den gewünschten Objektklassen zu ermöglichen, wurden weitere Bildinformationen (z.B. Höhe, Textur, Vegetationsindizes) berechnet und in die Klassifikation mit einbezogen.

H ö h e n i n f o r m a t i o n e n

Die Höheninformation ist durch das Digitale Oberflächenmodell (DOM) gegeben und beinhaltet die Höhe des abgebildeten Objektes über NN in dm. Die Informationen liegen in der radiometrischen Auflösung von “Signed 16bit” vor, die multispektralen Daten in “Unsigned 16bit”.

Das DOM wurde daher zur weiteren Datenverarbeitung ebenfalls in “Unsigned 16bit” transformiert. Dabei wurden alle negativen Werte auf “Null” gesetzt. Nach der Transformation liegt ein Wertebereich von 0 bis ca. 400 (dm) vor. Um bei der anschließenden Klassifikation eine höhere Gewichtung der Höheninformationen zu erhalten, wurde der Wertebereich des DOMs auf den Wertebereich der multispektralen Bilddaten (0 bis ca. 16.000; Unsigned 16bit) durch eine Multiplikation der Werte um 400 gestreckt.

T e x t u r

Zur weiteren Informationsgewinnung wurden im Rahmen des Projektes Texturmaße berechnet. Im Gegensatz zu herkömmlichen multispektralen Klassifikationsverfahren, bei denen Pixel in mehreren Bildkanälen klassifiziert werden, wird bei der Texturanalyse die Umgebung eines Pixels, also die Beziehung zu seiner Nachbarschaft, berücksichtigt.

Mit dem Begriff Textur werden allgemein künstliche oder natürliche, regelmäßige oder unregelmäßige Oberflächenstrukturen beschrieben, die sich im Bild durch Grauwertsprünge zeigen. Geeignete Begriffe der Umgangssprache, mit denen Texturen beschrieben werden können sind z.B. “glatt”, “rau”, “streifig”, “körnig”, “fleckig”, “wolkig”.

Insbesondere die Einbeziehung eines varianz-gefilterten Bildes (7x7-Matrix auf der Basis des kantenverstärkten panchromatischen Kanals) erwies sich als gut geeignet zur Unterscheidung von Biotop- und Nutzungstypen mit sehr glatter Oberfläche wie Wasser oder Mähgrünland gegenüber solchen mit sehr rauer Struktur wie Röhricht oder Gebüsch.

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1

)²(

−= ∑

n

MxVarianz ij

xij = Wert des Pixels (i,j)

n = Anzahl der Pixel im Untersuchungsfenster

M = arithmetisches Mittel aller Pixel im Untersuchungsfenster

Zusätzlich erfolgte eine Glättung unter Verwendung eines “majority-filter (vgl. Abbildung 6)” (Größe 7x7 Pixel) zur Eliminierung von “Ausreißern”.

V e g e t a t i o n s i n d e x

In den vorhergehenden Projekten konnten Vegetationsindizes basierend auf den spektralen Kanälen der HRSC-Kameramodelle definiert werden, so dass Offenboden - niedere Vegetation – hohe Vegetation eindeutig getrennt werden konnten. Die gängigen Vegetationsindizes führten dabei allerdings nicht zu akzeptablen Ergebnissen. Aufgrund des verbesserten Kameramodells konnten in diesem Projekt unter Verwendung des “Standardverfahrens” zur Berechnung von Vegetationsindizes, der Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), die gleichen hervorragenden Ergebnisse erzielt werden. Dieser wird folgendermaßen berechnet:

RotInfrarotNahesRotInfrarotNahes

NDVI+−

= (vgl. Albertz, 2001, S. 219).

Die weitere Anwendung des Index erfolgte auf der Basis einer semiautomatischen Maskenerstellung mittels einfacher Schwellwertbildung (vgl. Kapitel 0).

Z u s a m m e n f ü h r u n g u n d A n p a s s u n g d e r z u k l a s s i f i z i e r e n d e n D a t e n

Für die Klassifikation oder auch zur Visualisierung müssen die einzelnen Kanalinformationen zu einem Bild zusammengerechnet werden (LAYERSTACK). Eine Auflistung der in die Klassifikation eingehenden Datensätze zeigt Tabelle 1.

Tabelle 1: Eingangsdaten des Klassifikationsprozesses

Bandbelegung (Band Nr.)

1 Blue 2 Green 3 Red 4 Infrared 5 Pan (Nadir) 6 DOM 7 NDVI 8 Textur

Nach der Zusammenführung der Kanalinformationen wurden die vom Auftraggeber definierten Untersuchungsräume aus den Bilddaten ausmaskiert.

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Separierung von Informationen – Level 2

S e m a n t i s c h e T r e n n u n g d u r c h a b g e l e i t e t e M a s k e n

Zur Verbesserung der Klassifikationsgenauigkeit wurden aus dem Mehrkanalbild die Klassen “geringe Vegetation/Offenbodenbereiche”, “niedere Vegetation” und “hohe Vegetation” mit Hilfe des berechneten Vegetationsindex und des DOM semiautomatisch extrahiert und anschließend separat klassifiziert. Diese Trennung hat sich als sehr sinnvoll erwiesen. Der Höhenschwellwert zur Trennung von “niederer Vegetation” und “hoher Vegetation” wurde auf 8 m ü. NN festgelegt.

D e f i n i t i o n v o n M i n d e s t g r ö ß e n d e r O b j e k t k l a s s e n

Als Weiterentwicklung des Pilotprojektes wurden aus dem Ergebnisbild nicht umgehend Masken erstellt, sondern folgende Vorgehensweise entwickelt:

Durch die hohe räumliche Auflösung der HRSC-AX -Daten und der pixelorientierten Arbeitsweise werden bei der Trennung der Informationen selbst kleinste Flächen identifiziert. Diese stellen allerdings nicht unbedingt Objekte der gewünschten Zielklassen dar und sind daher für die Weiterverarbeitung nicht erwünscht. Eine Definition von Mindestflächengrößen vor der Trennung der Informationsschichten hat sich als sinnvoll herausgestellt.

Als optimale Methode stellte sich das im Folgenden beschriebene Bearbeitungsverfahren heraus. Zunächst wurde ein ‚FOCAL MAJORITY–Filter‘ (3X3) zur Eliminierung von Einzelpixeln auf das Separierungsergebnis angewendet. Bei diesem Verfahren wird innerhalb der gleitenden Filtermatrix dem mittleren Pixel die häufigste Ausprägung seiner acht umgebenden Pixel zugewiesen. Dabei werden allerdings nicht nur Einzelpixel eliminiert, sondern z.T. auch lineare Strukturen und schmale Flächen. Durch die hohe Auflösung der verwendeten Daten ist die Glättung der Strukturen aber sehr gering und in einigen Fällen sogar erwünscht.

Abbildung 6: Funktionalität des Focal Majority-Filters

Anschließend wurden alle aneinander angrenzenden Pixel des gleichen Wertes zusammengefasst und die Größe der entstandenen Flächen berechnet. In Abhängigkeit der Objektklassen konnten Flächen, die nicht der erforderten Mindestgröße (70 m²) entsprachen, eliminiert bzw. mit Hilfe eines in der Funktion implementierten Filters aufgefüllt werden.

Als Ergebnis dieser Berechnungen entstehen Masken der Objektklassen. Mit Hilfe der berechneten Masken wurde aus den erstellten Mehrkanalbildern die Informationen Offenboden, niedere Vegetation und hohe Vegetation extrahiert (s. Abbildung 7) und anschließend separat weiterverarbeitet. Wasser und Schatten wurden nicht weiter differenziert.

Die Funktionen der Level 1 und 2 konnten weitestgehend in ein Funktionsmodell im ERDAS Spatial Modeler erstellt werden. Ein Beispiel der erreichten Trennung in semantische Layer zeigt die folgende Abbildung.

1 1 2

2

2

2

1 5

1 1 2

2

2

2

1 5

Zuweisung der häufigsten

Ausprägung der umgebenden Pixel

auf Mittelpixel

Gleitende Filtermatrix (3x3)

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Abbildung 7: Separieren der Informationen aus einem Mehrkanalbild mit Hilfe der abgeleiteten Masken (Heuckenlock)

a) RGB-Darstellung b) Hohe Vegetation

c) Niedere Vegetation d) Geringe Vegetation (frische Mahd, Gülle)/Offenboden

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Bildbearbeitung/Klassifikation – Level 3

Nach der Separierung der Informationen muss eine weitere Unterteilung der Klassen durch eine “überwachte Klassifikation” vorgenommen werden.

Bei der überwachten Klassifikation legt der Operateur Trainingsgebiete fest, deren Objekte er eindeutig identifizieren kann. Die Bildverarbeitungssoftware berechnet dann für die jeweiligen Objekte typische Signaturen. Anschließend erfolgt eine überwachte Klassifikation des gesamten Bildes in die vordefinierten Objektklassen. Für eine exakte Definition der Trainingsgebiete ist ein ausführlicher Bodenabgleich erforderlich. Die Untersuchungen wurden wie in den vorherigen Projekten mit Hilfe der überwachten ‚Maximum-Likelihood-Klassifikation‘ berechnet.

Die Auswahl der Trainingsgebiete erfolgte anhand der aktualisierten Referenzkartierungen.

Die räumlichen Abgrenzungen der Trainingsgebiete wurden mit Hilfe der ‚SEED-Funktion‘ ermittelt. Mit dieser Funktion ist es möglich, repräsentative Flächen mit gleichen oder ähnlichen Pixelwerten zu selektieren, wobei die maximale Abweichung (ausgedrückt in der Euklidischen Distanz zu einem Referenzpixel) wählbar ist. Für die Erstellung von Trainingsgebieten wurden unterschiedliche Euklidische Distanzen in Abhängigkeit der verschiedenen Biotoptypen und der Untersuchungsgebiete verwendet.

GIS-gestützte Nachbearbeitung der Klassifikationsergebnisse – Level 4

Z u s a m m e n f ü h r u n g d e r b i s h e r i g e n E r g e b n i s s e

Die bisherigen Arbeitsschritte führten zur Bildung von jeweils drei Einzelbildern pro Szene. Es wurde ein Funktionsmodell im ERDAS Spatial Modeler erstellt, mit dessen Hilfe die Zusammenführung der verschiedenen Informationen halbautomatisiert erfolgen konnte.

A u f f ü l l e n d e r S c h a t t e n b e r e i c h e

Das Auffüllen der Schattenbereiche konnte wie in den bisherigen Projekten unter Verwendung der Majority-Filterung erfolgen. Auf die Einbindung der Höheninformation konnte, aufgrund der Zuweisung der “hohen Schattenbereiche” zum Baumbestand vor der Klassifikation, verzichtet werden. Hiermit konnten wiederum sehr gute Ergebnisse erzielt werden, die die realen Grenzverläufe sehr gut wiedergeben.

Z u w e i s u n g v o n M i n d e s t f l ä c h e n g r ö ß e n u n d F i l t e r u n g d e r E r g e b n i s s e

In den Projekten hat sich die Verwendung von Mindestflächengrößen für die einzelnen Biotoptypen als unabdingbar erwiesen. Die genaue Vorgehensweise wurde jeweils optimiert und wird im Folgenden erläutert.

Für das Klassifikationsergebnis der niedrigwüchsigen Vegetation erfolgte zunächst eine 3x3-Majority-Filterung zur Eliminierung von Einzelpixeln wie beschrieben. Anschließend wurden alle aneinander angrenzenden Pixel des gleichen Wertes zusammengefasst und die Größe der entstandenen Flächen berechnet. In Abhängigkeit der Biotoptypenklassen wurden zunächst Flächen, die nicht der Mindestgröße von 40 m² entsprachen, eliminiert bzw. mit Hilfe von implementierten Filtern aufgefüllt. Anschließend wurden die Biotoptypen, die diesem Kriterium unterliegen (Röhrichte), ausmaskiert. Für die restlichen Biotoptypen wurden zunächst wiederum die einzelnen Flächen berechnet und dann einer weiteren

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FZG / Weser – Endbericht - 19

Mindestgrößenbedingung von 70 m² unterzogen. In Gebieten ohne kleinräumige Strukturelemente wurden diese Mindestgrößen jeweils um 30 m² erhöht.

Die erzielten Klassifikationsergebnisse der Offenbodenbereiche wurden ebenfalls zunächst mit einer 3x3-Majority-Filterung bearbeitet. Als Mindestgröße der Biotoptypen dieser Informationsschicht wurde eine Mindestfläche von 70 m² definiert. Spezielle großflächige Biotoptypen wie z.B. Acker mussten dem Kriterium größer als 2000 m² unterliegen. Hierfür mussten zum einen die Filter zum Auffüllen der Flächen, die nicht der Mindestgröße entsprachen, vergrößert werden als auch zum anderen ein stark erhöhter Rechenaufwand einkalkuliert werden. Die Funktionsmodelle im ERDAS Spatial Modeler wurden dementsprechend erweitert und modifiziert.

D e f i n i t i o n v o n N a c h b a r s c h a f t

Als besonders problematisch hatten sich im Pilotprojekt die Randbereiche von Baumbeständen bzw. Einzelbäume herausgestellt. Diese wurden aufgrund des definierten Höhenschwellwertes von 8 m dem Informationsbestand der niederen Vegetation und anschließend zu einem Biotoptyp wie z.B. BAT (Typisches Weiden-Auengebüsch) klassifiziert. Um eine homogene Baum- bzw. Waldfläche zu erhalten, wurden für die Auswertung der HRSC-AX-Daten für die Außenelbe (vgl. Ehlers et al., 2002b) neue Funktionsabläufe im ERDAS Spatial Modeler erstellt, die folgendermaßen beschrieben werden können:

Die Pixel, die als Gebüsche klassifiziert wurden, sind zunächst zu einer Fläche zusammengerechnet worden und anschließend um einen Pixel vergrößert worden (Pufferung). In einem nächsten Arbeitsschritt wurden zur Bestimmung der Nachbarschaft zum “Einzelbaum” bzw. “Waldbestand” die gepufferten Gebüschbestände mit dem Gesamtklassifikationsergebnis überlagert. Liegt eine Überlagerung der gepufferten Gebüschbestände mit hohen Vegetationsbeständen wie z.B. dem Biotoptyp “Typischer Weiden-Auwald (WWT)” vor, werden die Gebüschbestände dem jeweiligen Biotoptyp der hohen Vegetation zugewiesen. Ein Beispiel für diesen Vorgang ist in Abbildung 8 dargestellt.

V e k t o r i s i e r u n g

Die Datengrundlage bilden Rasterdaten. Die bisherigen Arbeitsschritte wurden im Rasterdatenverarbeitungsprogramm vorgenommen. Der Auftraggeber wünscht als Ergebnisdatenformat jedoch Vektordaten, so dass eine Raster-Vektor-Konvertierung vorgenommen werden musste. Dieser Arbeitsschritt wurde mit dem Programm ArcView 3.2®

vorgenommen.

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FZG / Weser – Endbericht - 20

Abbildung 8: Beispielhafte Darstellung der Verfahren zum Auffüllen der Schattenbereiche und zur Rekodierung von Flächen aufgrund der Nachbarschaft

a) RGB Darstellung b) klassifizierte Biotoptypen

c) Auffüllen der Schatten (ohne Gehölzklassen) d) Auffüllen der restlichen Schatten e) Autom. Recodierung Gebüsch – Wald

Legende:

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FZG / Weser – Endbericht - Seite 21

Bewertung der Ergebnisse / Genauigkeitsabschätzung

Im Rahmen des Projektes Wiederholungsbefliegung der Elbe (EHLERS et al. 2003) wurde eine stichprobenhafte Genauigkeitsabschätzung der mittels digitaler Bildanalyse erzielten Auswertung durchgeführt.

Hierzu wurden für das Gebiet Heuckenlock Genauigkeitsabschätzungen mittels im verwendeten Programm implementierter Standardverfahren vorgenommen. Eine Möglichkeit zur Beurteilung der Güte des Klassifikationsergebnisses besteht darin, die Anzahl der richtig klassifizierten Pixel durch die Gesamtzahl der klassifizierten Pixel zu dividieren (Gesamtklassifikations-genauigkeit). Ein weiteres Qualitätsmaß stellt der Kappa-Koeffizient dar. Der Kappa-Koeffizient (K) gibt die Stärke des Zusammenhangs zwischen der beobachteten Übereinstimmung in Beziehung zur zufälligen Übereinstimmung wieder; er berechnet sich wie folgt:

mmungÜbereinstizufällige1mmungÜbereinstizufälligeebeobachtet

K−

−= (vgl. CAMPELL, 1996, S. 389).

Bei diesen Verfahren wird grundsätzlich davon ausgegangen, dass Fehler ausschließlich bei den klassifizierten Daten vorliegen. Tatsächlich können jedoch auch andere Fehlerquellen vorliegen, wie z.B. die fehlerhafte Lagebestimmung der Referenzdaten. Als Referenz für die Ergebnisse dieses Projektes wurden die digitalen Daten der “Null-Kartierung” angewendet.

In dem gewählten Ausschnitt sind im Jahr 2000 18 Biotoptypen und im Jahr 2002 22 Biotoptypen klassifiziert worden. Die Auswahl der Kontrollpunkte wurde durch 300 zufällig ausgewählte Punkte im gesamten Ausschnitt abgeleitet. Hierbei liegt eine Gesamtklassifikationsgenauigkeit von 84% vor und ein Kappa-Koeffizient von 0.80 für diesen Ausschnitt vor.

Die erzielte Genauigkeit wurde für das Elbe-Projekt als hervorragend und hinreichende Grundlage für ein weiteres Monitoring beurteilt. Da die Grundlagen der Methode identisch mit der im Weser-Projekt angewendeten sind, können die erzielten Werte übertragen werden.

Allerdings wurde für das Weser-Projekt der Wunsch einer gezielten und tiefergehenden Differenzierung bestimmter Biotoptypen, insb. Grünland und Röhricht, geäußert. Diese weitere Differenzierung kann mit automatisierten Bildverarbeitungsmethoden nicht erreicht werden. Notwendig war hierzu eine verstärkte Geländearbeit.

In einigen Fällen besteht jedoch die Möglichkeit, dass Grünlandflächen im Einzelfall teilweise geringfügig anders beurteilt werden können. Der Schwerpunkt dieser Untersuchung war insbesondere auf die großräumige Erfassung gelegt worden; kleinere Abweichungen oder die Nicht-Ausgliederung kleinerer eingestreuter Flächen anderer Grünlandbiotoptypen (z. B. mesophiles Grünland innerhalb von Intensivgrünland oder Flutrasen innerhalb von mesophilem Grünland) sind daher methodisch bedingt.

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Manuelle Reklassifikation der Ergebnisse und Nachbearbeitung

Trotz größter Mühe und sorgfältiger Vorgehensweise können in einigen Bereichen Fehlklassifikationen nicht ausgeschlossen werden.

Für die Gebiete, die bei der Datenaufnahme durch Wolken bedeckt waren (insbesondere Langwarden und Ochtum) wurde die automatisierte Klassifikation durch visuelle Interpretation mittels “On-Screen-Digitalisierung” ergänzt bzw. ersetzt. Hierzu wurden zunächst soweit wie möglich die aktuellen Daten der Befliegung 2002 herangezogen, da aufgrund der Bauweise der Kamera Blickwinkelunterschiede zwischen den einzelnen Kanälen bestehen. Für Teilgebiete konnten so aus Einzelkanälen noch Informationen gewonnen werden, die dem Gesamtbild aufgrund der Bewölkung nicht mehr zu entnehmen waren. Des Weiteren wurde auch der Bildflug der BAW aus dem Jahr 2004 herangezogen.

Weiterhin kann die Vektorisierung der Ergebnisse zu Datenfehlern führen. Zur Sicherstellung der Ergebnisgüte wurden die Klassifikationsergebnisse aufwändigen manuellen Nachkontrollen und -bearbeitungen unterzogen.

Hierzu wurden die vektorisierten Klassifikationsergebnisse mit den Bilddaten überlagert und klassenweise gesichtet und auf korrekte Abgrenzung und Attributierung hin überprüft.

Ferner wurden in diesem Schritt unklassifiziert gebliebene Segmente attributiert und wenn möglich und sinnvoll, mit Zusatzattributen bzw. Nebencodes versehen. Nötig war in diesem Schritt auch die Verfeinerung der Attributierung von Klassen, die zunächst nur als eine Klasse identifiziert werden konnten. Dies trifft insbesondere auf Wasserflächen und Gebüschbestände zu, die i.d.R. nur allgemein als “Wasser” bzw. “Gebüsch allg.” klassifiziert werden konnten und denen bei der Nachbearbeitung der entsprechende Biotoptyp als Attributwert zugeordnet wurde. Teilweise wurden auch Kleinstrukturen nachträglich eingefügt, die mit den automatisierten Algorithmen vorher nicht zu erfassen waren. Dies betrifft insbesondere Gräben mit stärkerem Bewuchs von z. B. Flutrasen-Vegetation in einer Umgebung von Grünlandflächen. Aufgrund ihrer spektralen Ähnlichkeiten konnten diese Strukturen vorher nicht mit Klassifikationsmethoden getrennt werden, für das menschliche Auge sind sie jedoch als lineare Strukturen deutlich sichtbar.

Die kontrollierten und reklassifizierten Ergebnisse wurden schließlich zusammengeführt und mit GIS-Operationen nachbehandelt; beispielsweise wurden aneinander angrenzende Polygone gleicher Attributierung mittels eines sog. “Dissolve” zusammengefasst. Eine Generalisierung des erzielten Ergebnisses fand nicht statt.

E r l ä u t e r u n g e i n i g e r B e s o n d e r h e i t e n

Grenzziehung im Quellerwatt

Methodisch bedingt können in besonderen Fällen problematische Abgrenzungen entstehen. Dies betrifft Flächen, bei denen Vegetation mit sehr geringer Deckung auf Offenbodenflächen vorhanden ist. Konkret handelt es sich um Flächen im Wattbereich mit sehr lockerem Queller- oder Schlickgras-Bewuchs, wie er an der Wurster und teilweise auch an der Butjadinger Küste auftritt. In solchen Beständen tritt der Bewuchs immer nur in kleinen Gruppen auf zwischen denen größere Flächen ohne Bewuchs liegen. Für die Bildgrundlage bedeutet dies, dass hier oftmals nur Einzelpixel einer Klasse umgeben von vielen Pixeln einer anderen Klasse vorliegen. Da jedoch methodisch bedingt Einzelpixel oder sogar kleinere Aggregate von Pixeln ausgefiltert werden müssen, kann hier in einigen Fällen der äußerste Grenzbereich von Quellerbeständen leicht abweichend erfasst sein. Wenn möglich und nötig wurden in diesen Fällen die äußeren Abgrenzungen manuell nachdigitalisiert.

Für weiter flussaufwärts liegende Röhrichtbestände tritt dieses Problem nicht auf, da zum einen diese von vorne herein größere Flächen einnehmen, zum anderen für die Bereiche Rechter

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Nebenarm und Schweiburg eine ergänzende Geländekartierung in die Auswertung mit eingearbeitet wurde.

Aktualisierung

Nachdem die vorläufigen Ergebnisse dem Auftraggeber und weiteren Verfahrensbeteiligten zur Verfügung gestellt wurden, ergab sich in einigen Fällen noch Änderungsbedarf. Dies bezog sich hauptsächlich auf die Klassifikation von Grünlandflächen und teilweise Bereichen der oberen Salzwiesen sowie in einigen Fällen auf die Detailklassifikation von Röhrichtbeständen. Räumliche Schwerpunkte dieser Änderungen waren die Wurster und Butjadinger Küste. Auf der Basis eigener Geländebegehungen, Geländebegehungen durch Mitarbeiter der Küfog sowie durch bereits bestehende Geländekenntnisse wurden noch Änderungen eingebracht. In den meisten Fällen handelt es sich dabei um Umstufungen von einem zu einem anderen Grünlandtyp.3

Baustellenbereich Container-Terminal IV

Für den Bereich des Container-Terminals IV sowie das angrenzende Mündungsbauwerk wird der Zustand bei Beginn bzw. tw. während der Bauzeit dargestellt, so wie er aus den HRSC-Daten abzuleiten war. Die betroffenen Flächen sind im GIS-Datensatz entsprechend gekennzeichnet.

3 Nachträglich durchgeführte Änderungen sind im Shapefile in einem eigenen Feld markiert.

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Erläuterung der abgegebenen Daten

Als Endprodukte des Projektes werden folgende GIS-Datensätze im ArcView-Shapefile-Format abgegeben:

weser_update_30032006.shp

(Polygon-Shapefile, enthält die Ergebnisse der flächenhaften Erfassung)

Kurzerläuterung der Felder:

FID = Feature ID (interne Referenz-Nummer)

Shape = Shape-Typ (interne Referenz)

Code = Vollständige Biotoptypenklassifizierung nach DRACHENFELS (2004) (weitere Erläuterung auf den folgenden Seiten)

Hauptc = Hauptcode = Überwiegender, erstgenannter Biotoptyp nach DRACHENFELS, i.d. Regel die ersten zwei oder drei Buchstaben von 'Code'

Korr = Korrektur nach Feldkontrolle durchgeführt (=“x“)

Obergruppe = Biotoptypen-Obergruppe ssu. DRACHENFELS (2004)

Haupteinheit = Biotoptypen-Haupteinheit ssu. DRACHENFELS (2004)

Untereinhe = Biotoptypen-Untereinheit ssu. DRACHENFELS (2004)

Bundesland = Zuordnung des Features zum Bundesland Bremen oder Niedersachsen

Schutz_NDS = Geschützter Biotoptyp nach NNatG mit Angabe der Schutzkategorie bzw. Schutz durch NWattNPG

Schutz_bre = Geschützter Biotoptyp nach BremNatG mit Angabe der Schutzkategorie

Schutz_FFH = Zuordnung zu den Lebensraumtypen (LRT) der FFH-Richtlinie gem. Angaben bei DRACHENFELS (2004)

Wertstufe = Zuordnung zu den Wertstufen 1 (niedrigster Wert) - 5 (höchster Wert) (weitere Erläuterung auf den folgenden Seiten)

RL_NDS = Einstufung nach der Roten Liste der Biotoptypen in Niedersachsen (DRACHENFELS 1996) (weitere Erläuterung auf den folgenden Seiten)

Farbe = Angabe dient der farbigen Darstellung

Nationalpa = Fläche innerhalb oder außerhalb des Nationalparks Niedersächsisches Wattenmeer

Area_meter = Flächengröße des Features in m²

Perimeter_ = Umfang des Features in m²

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FZG / Weser – Endbericht - Seite 25

uferstruktur.shp

(Linien-Shapefile, enthält die Ergebnisse der Uferstrukturerfassung)

Kurzerläuterung der Felder:

FID = Feature ID (interne Referenz-Nummer)

Shape = Shape-Typ (interne Referenz)

Name = namentliche Zuordnung zu einem Fließgewässer

Beschreibu = freitextartige Beschreibung der Uferstruktur. Abkürzungen entsprechenden dem Kartierschlüssel von DRACHENFELS (2004)

Length_met = Länge des Features in m

Rec_no = Aufnahme-Nr.

gesch_btp_lk_neu.shp

(Polygon-Shapefile, enthält die mitgeteilten gesetzlich besonders geschützten Biotope laut Kenntnis der Naturschutzbehörden)

Kurzerläuterung der Felder:

FID = Feature ID (interne Referenz-Nummer)

Shape = Shape-Typ (interne Referenz)

OBJID = Referenz-Nr.

Biotop-Nr. = Biotop-Nummer des Katasters der zuständigen Unteren Naturschutzbehörde

Schutzart = Schutzart nach NNatG bzw. BremNatG (soweit bekannt)

LK = Zuordnung zu einem Landkreis bzw. zum Bundesland Bremen

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Erläuterung der erfassten Biotoptypen Die Klassifizierung der Biotoptypen folgt dem Schlüssel von DRACHENFELS (2004). Eine Erläuterung der erfassten Einheiten samt der verwendeten Zusatzmerkmale erfolgt im Folgenden.

Gelegentlich wurden einzelnen Flächen mehrere (max. drei) dieser Codes zugeteilt. In diesen Fällen handelt es sich entweder um sukzessionsbedingte Übergangszustände oder auf einer Fläche treten mehrere Biotoptypen in kleinflächigem und nicht trennbaren Mosaik auf. Im Feld ‚Code’ wird dann eine Kombination der Biotoptypen lt. Folgender Liste angegeben. Alle weiteren Attribute beziehen sich jedoch auf den erstgenannten Hauptbiotoptypen.

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WÄLDER

Haupteinheit Untereinheit CodeGes. Schutz Niedersachs.

Ges. Schutz Bremen Schutz FFH Wertstufe

Gef.grad lt. RL Niedersachs.

HartholzauwaldTide-Hartholzauwald WHT § 28 a 5 0

Weiden-Auwald (Weichholzaue)Tide-Weiden-Auwald WWT § 28 a § 22a FFH 5 1

Erlen- und Eschenwald der Auen und Quellbereiche(Traubenkirschen-)Erlen und Eschenwald der Talniederungen WET § 22a FFH 5 2

Sonstiger PionierwaldWeiden-Pionierwald WPW 4Sonstiger Pionier- und Sukzessionswald WPS 4

Sonstiger LaubforstLaubforst aus einheimischen Arten WXH 4Hybridpappelforst WXP 4Zusatzmerkmale:

Schlechte / verarmte / stark gestörte Ausprägung -

GEBÜSCHE UND GEHÖLZBESTÄNDE

Haupteinheit Untereinheit CodeGes. Schutz Niedersachs.

Ges. Schutz Bremen Schutz FFH Wertstufe

Gef.grad lt. RL Niedersachs.

Weidengebüsch der Auen und UferTypisches Weiden-Auengebüsch BAT § 28 a § 22a 5 2Sumpfiges Weiden-Auengebüsch BAS § 28 a § 22a 5 2Sonstiges Weiden-Ufergebüsch BAZ (§ 28a) 4 S

Moor und SumpfgebüschWeiden-Sumpfgebüsch nährstoffreicherer Standorte BNR § 28 a 5 2

Ruderalgebüsch/Sonstiges GebüschRuderalgebüsch BRU 3 SSonstiges Sukzessionsgebüsch BRS 3 S

FeldheckeStrauchhecke HFS 5 2Strauch-Baumhecke HFM 5 2Baumhecke HFB 4 3(d)

Naturnahes FeldgehölzNaturnahes Feldgehölz HN 5 2

Standortfremdes FeldgehölzStandortfremdes Feldgehölz HX

Einzelbaum/BaumbestandEinzelbaum/Baumbestand HB 4

EinzelstrauchEinzelstrauch BE 3Zusatzmerkmale:

Schlechte / verarmte / stark gestörte Ausprägung -

Erle erEsche esHybrid-Pappel phWeide we

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FZG / Weser – Endbericht 28

MEER & MEERESKÜSTEN

Haupteinheit Untereinheit CodeGes. Schutz Niedersachs.

Ges. Schutz Bremen Schutz FFH Wertstufe

Gef.grad lt. RL Niedersachs.

KüstenwattKüstenwatt ohne Vegetation höherer Pflanzen KWO § 28 a § 22a FFH 5 2-3Queller-Watt KWQ § 22a FFH 5 3Schlickgras-Wiese KWG § 28 a § 22a FFH 5 3(d)

BrackwasserwattBrackwasserwatt ohne Vegetation höherer Pflanzen KBO § 28 a § 22a FFH 5 1Röhricht des Brackwasserwatts KBR § 28 a § 22a FFH 5 1

FlusswattFlusswatt ohne Vegetation höherer Pflanzen FWO § 28 a (§ 22a) FFH 5 1Flusswatt-Röhricht FWR § 28 a § 22a FFH 5 1

MarschprielSalzwasser-Marschpriel KPH FFH 5 2Brackwasser-Marschpriel KPB § 28 a FFH 5 1Süßwasser-Marschpriel KPS § 28 a (§ 22a) FFH 5 1

Sandplate/-strandNaturnaher Sandstrand KSN (§ 22a) 4 3Intensiv genutzter Badestrand KSI 2

SalzwieseUntere Salzwiese, naturnah KHU § 28 a § 22a FFH 5 2Untere Salzwiese, beweidet KHW FFH 5 3dObere Salzwiese, naturnah KHO § 28 a § 22a FFH 5 2Obere Salzwiese, intensiv genutzt KHI § 28 a § 22a FFH 5 3dQueckenbestand der oberen Salzwiese KHQ § 28 a § 22a FFH 4 S(d)Salzwiese der Ästuare KHF § 28 a § 22a FFH 5 2

Röhricht der BrackmarschSchilf-Röhricht der Brackmarsch KRP § 28 a § 22a FFH 5 2Strandsimsen-Röhricht der Brackmarsch KRS § 28 a § 22a FFH 5 2Hochstauden-Röhricht der Brackmarsch KRH § 28 a § 22a FFH 5 2Sonstiges Röhricht der Brackmarsch KRZ § 28 a FFH 5

Künstliches Hartsubstrat im KüstenbereichKüstenschutzbauwerk KXK 1

Hafenbecken / Fahrrinne im KüstenbereichHafenbecken im Küstenbereich KYH 1Fahrrinne im Küstenbereich KYF 2

Sublitoral im Brackwasser-ÄstuarSublitoral / Fahrrinne KF (§ 22a) FFH 4Zusatzmerkmale:

Besonders naturnahe / strukturreiche Ausprägung + Schlechte / verarmte / stark gestörte Ausprägung - Initialbestand iMahd mDeich / Deichstandort dVerbuschung / Gehölzaufkommen vGrüppenstruktur ehelles Sandwatt shdunkles Sandwatt sdMischwatt uSchlickwatt tBestand mit Bolboschoenus maritimus bm

Bestand mit Typha spec. (zumeist T. latifolia ) ty

Bestand mit Phragmites australis ph

Bestand mit Scirpus tabernaemontani bzw. Scripus spec. sc

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FZG / Weser – Endbericht 29

BINNENGEWÄSSER

Haupteinheit Untereinheit CodeGes. Schutz Niedersachs.

Ges. Schutz Bremen Schutz FFH Wertstufe

Gef.grad lt. RL Niedersachs.

Untergruppe: FließgewässerNaturnaher Fluss

Naturnaher Fluss FF § 28a § 22a (FFH) 5 1Ausgebauter Fluss

Mäßig ausgebauter Flussunterlauf mit Tideeinfluss FZT 4 2dMäßig ausgebauter Fluss FZM 4 2dStark ausgebauter Fluss FZS 2 SVöllig ausgebauter Fluss FZV 2Hafenbecken an Flüssen FZH 1

GrabenNährstoffreicher Graben FGR 4 3Marschgraben FGM 4 3Salzreicher Graben FGS 4 3

KanalKleiner Kanal FKK 4Großer Kanal FKG 1

Untergruppe: StillgewässerNaturnahes nährstoffreiches Kleingewässer

Kleines naturnahes Altwasser SEF § 28 a § 22a ? 5 2Sonstiges naturnahes nährstoffreiches Kleingewässer natürlicher Entstehung SEN § 28 a § 22a ? 5 2Sonstiges naturnahes nährstoffreiches Kleingewässer SEZ § 28 a § 22a ? 5 2

TümpelWiesentümpel STG (§ 28a) (§ 22a) ? 4 2Sonstiger Tümpel STZ ? 4 2

Naturnahes salzhaltiges KleingewässerNaturnahes salzhaltiges Kleingewässer des Küstenbereichs SSK ? 5 2

Offene Wasserfläche größerer naturnaher nährstoffreicher StillgewässerGroßes naturnahes Altwasser SRF 5Naturnaher nährstoffreicher Baggersee SRA 5 3Naturnahes nährstoffreiches Staugewässer SRS 5 2Sonstiges naturnahes nährstoffreiches Stillgewässer SRZ 5 2

Verlandungsbereich nährstoffreicher StillgewässerVerlandungsbereich nährstoffreicher Stillgewässer mit Dominanz von Schwimmblattpflanzen VES § 28 a § 22a ? 5 2Verlandungsbereich nährstoffreicher Stillgewässer mit Röhricht VER § 28 a ? 5 2

Naturfernes StillgewässerNaturferner Fischteich SXF 3Sonstiges naturfernes Stillgewässer SXZ 3Zusatzmerkmale:Besonders naturnahe / strukturreiche Ausprägung +

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FZG / Weser – Endbericht 30

GEHÖLZFREIE BIOTOPE DER SÜMPFE, NIEDERMOORE & UFER

Haupteinheit Untereinheit CodeGes. Schutz Niedersachs.

Ges. Schutz Bremen Schutz FFH Wertstufe

Gef.grad lt. RL Niedersachs.

Seggen-, Binsen- und Stauden-SumpfHochstaudensumpf nährstoffreicher Standorte NSS § 28 a § 22a 5 2

LandröhrichtSchilf-Landröhricht NRS § 28 a § 22a 5 2Rohrglanzgras-Landröhricht NRG § 28 a § 22a 5 3Wasserschwaden-Landröhricht NRW § 28 a § 22a 4 3Rohrkolben-Landröhricht NRR § 28 a 5 3Sonstiges Landröhricht NRZ § 28 a § 22a 5 2

Pioniervegetation (wechsel-)nasser Standorte/vegetationsarmer Standorte / vegetationsarmer Uferbereich

Pioniervegetation schlammiger Ufer mit Gänsefuß- und Zweizahn-Gesellschaften NPF (§ 28a) (§ 22a) FFH 4 3Pioniervegetation schlammiger Ufer mit Gänsefuß- und Zweizahn-Gesellschaften NPR (§ 28a) (§ 22a) FFH 4 3

UferstaudenflurUferstaudenflur der Stromtäler NUT (§ 28a) § 22a FFH 4 3Zusatzmerkmale:

Schlechte / verarmte / stark gestörte Ausprägung - Initialbestand iVerbuschung / Gehölzaufkommen v

FELS-, GESTEINS- & OFFENBODENBIOTOPE

Haupteinheit Untereinheit CodeGes. Schutz Niedersachs.

Ges. Schutz Bremen Schutz FFH Wertstufe

Gef.grad lt. RL Niedersachs.

Sonstiger OffenbodenbereichSonstiger Offenbodenbereich DOZ 2

Unbefestigter WegSandweg DWS 2

HEIDEN & MAGERRASEN

Haupteinheit Untereinheit CodeGes. Schutz Niedersachs.

Ges. Schutz Bremen Schutz FFH Wertstufe

Gef.grad lt. RL Niedersachs.

Sand-MagerrasenSonstiger Sand-Magerrasen RSZ § 28 a § 22a 5 2

Page 31: Biotoptypen-/Vegetationskartierung von Vordeichsflächen an ...€¦ · FZG / Weser – Endbericht - 9 Abbildung 4: Lage der Wolken im Bereich der Ochtum Der Flächenanteil der von

FZG / Weser – Endbericht 31

GRÜNLAND

Haupteinheit Untereinheit CodeGes. Schutz Niedersachs.

Ges. Schutz Bremen Schutz FFH Wertstufe

Gef.grad lt. RL Niedersachs.

Mesophiles GrünlandMesophiles Grünland mäßig feuchter Standorte GMF 5 2Mesophiles Marschengrünland mit Salzeinfluß GMM § 28 b 4 2Sonstiges mesophiles Grünland GMZ 4 3

Seggen-, binsen- oder hochstaudenreiche NasswieseNährstoffreiche Nasswiese GNR § 28 a § 22a 5 2Seggen-, binsen- oder hochstaudenreicher Flutrasen GNF § 28 a § 22a 5 2

Sonstiges artenreiches Feucht- und NassgrünlandSumpfdotterblumen-Wiese (seggen-, binsen- und hochstaudenarme Ausprägung) GFS § 28 b 5 2Flutrasen GFF § 28 b 5 2

Artenarmes IntensivgrünlandIntensivgrünland trockenerer Standorte GIT 3 3dIntensivgrünland der Marschen GIM 3 3dIntensivgrünland der Auen GIA 3 3dSonstiges feuchtes Intensivgrünland GIF 3 3d

Grünland-EinsaatGrünland-Einsaat GA 2

Sonstige WeideflächeSonstige Weidefläche GW 2Zusatzmerkmale:

Schlechte / verarmte / stark gestörte Ausprägung - Brache bDeich / Deichstandort dGrüppen-Beet-Struktur eMahd mVerbuschung / Gehölzaufkommen vBeweidung w

ACKER- & GARTENBAUBIOTOPE

Haupteinheit Untereinheit CodeGes. Schutz Niedersachs.

Ges. Schutz Bremen Schutz FFH Wertstufe

Gef.grad lt. RL Niedersachs.

AckerBasenreicher Lehm-/Tonacker AT 1

Landwirtschaftliche LagerflächeLandwirtschaftliche Lagerfläche EL 1Zusatzmerkmale:

Getreide (außer Mais) gFutterleguminosen und andere Gründüngung (z. B. Senf) lMais mwiesenartige Ackerbrache w

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FZG / Weser – Endbericht 32

RUDERALFLUREN

Haupteinheit Untereinheit CodeGes. Schutz Niedersachs.

Ges. Schutz Bremen Schutz FFH Wertstufe

Gef.grad lt. RL Niedersachs.

RuderalflurRuderalflur frischer bis feuchter Standorte URF 3 SRuderalflur trockenwarmer Standorte URT 4 3

Halbruderale Gras- und StaudenflurHalbruderale Gras- und Staudenflur feuchter Standorte UHF 3 3dHalbruderale Gras- und Staudenflur mittlerer Standorte UHM 3 SdHalbruderale Gras- und Staudenflur trockener Standorte UHT 3 3dZusatzmerkmale:

Besonders naturnahe / strukturreiche Ausprägung + Schlechte / verarmte / stark gestörte Ausprägung - Verbuschung / Gehölzaufkommen v

GRÜNANLAGEN DER SIEDLUNGSBEREICHE

Haupteinheit Untereinheit CodeGes. Schutz Niedersachs.

Ges. Schutz Bremen Schutz FFH Wertstufe

Gef.grad lt. RL Niedersachs.

Scher- und TrittrasenArtenreicher Scherrasen GRR 3 SArtenarmer Scherrasen GRA 2

Ziergebüsch/-heckeZiergebüsch aus überwiegend einheimischen Gehölzarten BZE 3Ziergebüsch aus überwiegend nicht heimischen Gehölzarten BZN 2

Gehölz des SiedlungsbereichsSiedlungsgehölz aus überwiegend einheimischen Gehölzarten HSE 4 S

HausgartenObst- und Gemüsegarten PHO 2

KleingartenanlageStrukturreiche Kleingartenanlage PKR 2

ParkanlageParkanlage PA 3

Sport-/Spiel-/ErholungsanlageSportplatz PSP 1Freibad PSB 1Campingplatz PSC 1Sonstige Sport-, Spiel- und Freizeitanlage PSZ 1Zusatzmerkmale:

Schlechte / verarmte / stark gestörte Ausprägung - Verbuschung / Gehölzaufkommen v

Page 33: Biotoptypen-/Vegetationskartierung von Vordeichsflächen an ...€¦ · FZG / Weser – Endbericht - 9 Abbildung 4: Lage der Wolken im Bereich der Ochtum Der Flächenanteil der von

FZG / Weser – Endbericht 33

GEBÄUDE-, VERKEHRS- UND INDUSTRIEFLÄCHEN

Haupteinheit Untereinheit CodeGes. Schutz Niedersachs.

Ges. Schutz Bremen Schutz FFH Wertstufe

Gef.grad lt. RL Niedersachs.

Befestigte FlächeFläche mit wassergebundener Decke TFW 1Fläche mit Ziegel-/Betonsteinpflaster TFZ 1Beton-/Asphaltfläche TFB 1

Einzel- und ReihenhausbebauungLocker bebautes Einzelhausgebiet OEL 1Ferienhausgebiet OEF 1

Dorfgebiet/landwirtschaftliches GebäudeLändlich geprägtes Dorfgebiet ODL 1

Sonstiger GebäudekomplexSonstiger Gebäudekomplex ONZ 1

VerkehrsflächeStraße OVS 1Parkplatz OVP 1Befestigter Weg OVW 1Bahnanlage OVE 1Hafen- und Schleusenanlage OVH 1Brücke OVB 1

Industrie- und GewerbeflächeIndustrielle Anlage OGI 1Gewerbegebiet OGG 1

Ver- und EntsorgungsflächeKläranlage OSK 1Sonstige Ver- und Entsorgungsanlage OSZ 1

BaustelleBaustelle OX 1

Siedlung, allgemeinSiedlung, allgemein O 1

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Rote-Liste-Kategorien (Gefährdungsgrade) der Biotoptypen in Niedersachsen nach DRACHENFELS (1996) Als zusätzliches Attribut wurde jedem Feature der Gefährdungsgrad des jeweiligen Hauptbiotoptypen laut der Roten Liste von DRACHENFELS (1996) beigefügt.

Die entsprechenden Gefährdungsgrade bedeuten:

1 - von vollständiger Vernichtung bedroht bzw. sehr stark beeinträchtigt

2 - stark gefährdet bzw. stark beeinträchtigt

3 - gefährdet bzw. beeinträchtigt

S - schutzwürdig, tw. auch schutzbedürftig, aber noch nicht landesweit gefährdet

Page 35: Biotoptypen-/Vegetationskartierung von Vordeichsflächen an ...€¦ · FZG / Weser – Endbericht - 9 Abbildung 4: Lage der Wolken im Bereich der Ochtum Der Flächenanteil der von

FZG / Weser – Endbericht 35

Bewertung der Biotoptypen an der Unter- und Außenweser und ihren angrenzenden Nebenflüssen Als weiteres Attribut wird eine Wertstufe des jeweiligen Hauptbiotoptypen angegeben. Die Zuordnung zu diesen Wertstufen wurde vorab mit der Küfog abgestimmt. Das grundsätzliche Bewertungsverfahren wird im Folgenden erläutert.

Die Bewertung der Biotoptypen erfolgt in Anlehnung an den Bewertungsrahmen, der von der BFG im Rahmen der UVU für den SKN -14m-Ausbau der Unterweser für die Vegetation aufgestellt wurde.

Für die Erarbeitung eines geeigneten Bewertungsschemas wurden weiter verschiedene Quellen herangezogen: „Wertstufen und Regenerationsfähigkeit der Biotoptypen in Niedersachsen“ (BIERHALS, E., DRACHENFELS, O. v. & M. RASPER 2004), „Leitlinie Naturschutz und Landschaftspflege in Verfahren nach dem Flurbereinigungsgesetz“ (NIEDERSÄCHSISCHES MINISTERIUM FÜR ERNÄHRUNG, LANDWIRTSCHAFT UND FORSTEN 2002) und „Handlungsanleitung zur Anwendung der Eingriffsregelung für die Freie Hansestadt Bremen“ (ILN 2004). Für die Einstufung der Biotoptypen werden neben der Gefährdung, Seltenheit, Naturnähe, Bedeutung als Lebensraum für Pflanzen und Tiere, Repräsentanz, Vollkommenheit sowie zeitliche und räumliche Wiederherstellbarkeit als Bewertungskriterien angesetzt. In Tab. 1 werden die Wertstufen zur Beurteilung der Biotoptypen erläutert.

Tab. 1: Definition der Wertstufen. Wertstufe Definition der Wertstufen 5 sehr hoch

gute Ausprägungen seltener, gefährdeter, naturnaher und halbnatürlicher, extensiv oder ungenutzter Biotoptypen, nicht oder kaum regenerierbare Biotoptypen mit einer Regenerationszeit von >80 Jahren.

4 hoch seltene, gefährdete, naturnahe und halbnatürliche, extensiv oder ungenutzte Biotoptypen, Degenerationsstadien oder jüngere Ausprägungen der unter der Wertstufe 5 aufgeführten Biotoptypen. Nicht oder schwer regenerierbare Biotoptypen mit einer Regenerationszeit von 31 bis 80 Jahren, aber i.d.R. kein Entwicklungsziel des Naturschutzes (da Degenerationsstadium oder anthropogen verändert).

3 mittel Extensiv genutzte oder sich erst seit kurzer Zeit natürlich entwickelnde Biotoptypen wie alte Gehölzanpflanzungen, Ruderalgebüsche und Staudenfluren, auch intensiv genutzte Biotoptypen sofern sie Besonderheiten aufweisen wie z.B. Parkanlagen mit altem Baumbestand schutzwürdige, aber durch Nutzung beeinträchtigte Biotoptypen, gefährdete Biotoptypen, die bei günstigen Rahmenbedingungen i.d.R. in relativ kurzer Zeit regenerierbar (ca. 6 bis 30 Jahre) sind wie z.B. Gebüsche.

2

gering Durch menschliche Einflüsse deutlich überprägte Ökosysteme wie standortfremde Gehölzanpflanzungen, Neophytenfluren, Gärten mit Großbäumen.

1 sehr gering Hierunter fallen intensiv genutzte und artenarme Biotoptypen, Siedlungsbereiche sowie versiegelte Flächen.

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FZG / Weser – Endbericht 36

In der folgenden Tabelle 2 sind die Wertstufen mit den entsprechenden Bewertungskriterien aufgeführt.

Tab. 2: Wertstufen der Biotoptypen mit den entsprechenden Gefährdungskategorien und unter Angabe des gesetzlichen Schutzes nach NNatG sowie ausgewählten Bewertungskriterien.

Def. v. Gef. (= Gefährdungskategorie) (n. DRACHENFELS 1996): 0= vollständig vernichtet, 1 = von vollständiger Vernichtung bedroht bzw. sehr stark beeinträchtigt, 2 = stark gefährdet bzw. stark beeinträchtigt, 3 = gefährdet bzw. beeinträchtigt, p = potentiell aufgrund von Seltenheit gefährdet, Gesetzlicher Schutz nach NNatG: angegeben ist, ob der Biotoptyp nach § 28a in Niedersachsen geschützt ist. Erfolgt die Angabe in Klammern, ist der Biotoptyp (nur) in bestimmten Ausprägungen geschützt.

Wertstufe Seltenheit/Ge-

fährdung (Gef.). gesetzl.

Schutz NNatG zeitl. Wiederher-

stellbarkeit Naturnähe Reprä-

sentanz

5

sehr hoch

sehr selten und/oder vom

Aussterben bedroht, stark

gefährdet (0,1,2,)

§ 28a > 80 Jahre natürlich bis naturnah

hoch repräsentativ

4

hoch

selten und/oder gefährdet bis

potentiell gefährdet (3, 3p)

(§ 28a) 31 - 80 Jahre relativ naturnah

repräsentativ

3

mittel

mäßig häufig und nicht gefährdet

6 – 30 Jahre bedingt naturnah

bedingt repräsentativ

2

gering

häufig und nicht gefährdet

1 - 5 Jahre naturfern bedingt repräsentativ

1

sehr gering

sehr häufig und nicht gefährdet

- 1 Jahr naturfremd/ künstlich

nicht repräsentativ

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Erläuterung der erzeugten Karten (pdf-Dateien) Die erzeugten Daten werden zum einen als GIS-Datensätze abgegeben. Zum anderen wurden Karten hergestellt, die unabhängig von der Verfügbarkeit an jedem PC-Arbeitsplatz gelesen werden können (Adobe Acrobat pdf-Format).

Diese Karten wurden auf der Grundlage des Blattschnitts der Deutschen Grundkarte 1:5000 (DGK5) in Kacheln erstellt. Die Nummerierung der einzelnen Kartenblätter folgt der Logik der Nummerierung des DGK5-Blattschnittes der Vermessungs- und Katasterverwaltung (VKV).

Diese Nummerierungslogik wurde auch für die Bereiche übernommen, für die von der VKV keine Grundlagendaten vorgehalten werden, z. B. Wattenmeerflächen. Die entsprechenden Blätter wurden in ihrem Dateinamen mit dem Suffix "x" gekennzeichnet.

Eine Übersicht des Blattschnitts zeigt Abbildung 9.

Folgende Karten im pdf-Format sind auf der DVD enthalten:

„Bestandskarten“ = farbige Darstellung der Biotoptypen- und Uferstrukturerfassung

„Gesch_btp_amtlich“ = Darstellung gesetzlich besonders geschützter Biotope nach Mitteilung der Naturschutzbehörden (LK Cuxhaven, LK OHZ, LK OL sowie Bremen digital mitgeteilt, Stadt DEL analog mitgeteilt und neu digitalisiert, LK Wesermarsch fehlt.)

„Gesch_btp_lt_erfassung“ = Darstellung gesetzlich besonders geschützter Biotope auf der Basis der eigenen Erfassung

„Rote-Liste-Karten“ = Darstellung der Biotoptypen nach den Einstufungen der Roten Liste von DRACHENFELS (1996)

„Wertstufenkarten“ = Darstellung der Biotoptypen nach Wertstufen

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Abbildung 9: Übersicht des DGK5-Blattschnitts, nördlicher Teil (zoomfähige Ansicht als pdf-Datei auf der CD beigefügt).

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Abbildung 10: Übersicht des DGK5-Blattschnitts, südwestlicher Teil (zoomfähige Ansicht als pdf-Datei auf der CD beigefügt).

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Abbildung 11: Übersicht des DGK5-Blattschnitts, südöstlicher Teil (zoomfähige Ansicht als pdf-Datei auf

der CD beigefügt).

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FZG / Weser – Endbericht 41

Literatur

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