Übersicht bestehender Modelle und
Beispiel WaldPlaner
Clemens Blattert
Renato Lemm
FoWaLa-Kurs: Waldwachstumsmodelle
22.03.2016
Eidg. Forschungsanstalt für Wald Schnee und Landschaft WSL 1
Gliederung
• Evaluation Waldwachstums-Simulator, Ergebnisse Studie 2013
– Methodisches Vorgehen
– Übersicht der berücksichtigten Modelle
• WaldPlaner
– Was ist der WaldPlaner
– Funktionalitäten
• Verwendung des WaldPlaners zur Prognose von Waldleistungen
2FoWaLa-Kurs: Waldwachstumsmodelle, 22.3.2016
Ergebnisse Studie 2013
Ziel: Evaluation eines Waldwachstums-Simulators der
• an Schweizer Verhältnisse angepasst, und
• Entscheidungsprozesse eines Forstbetriebes unterstützen kann
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Bewertung und Vergleich mittels
Analytic Hierarchy Process (AHP)
Endauswahl
Sichtung von 14 Modellen
Vorauswahl von 4 Modellen
FoWaLa-Kurs: Waldwachstumsmodelle, 22.3.2016
Sichtung und Vorauswahl
Zu erfüllende Schlüsselanforderungen
• Eignung für das forstliche Management: Lassen sich
Behandlungsstrategien simulieren und bewerten?
• Anwendungsgebiet: Ist eine Anpassung für die Schweiz realisierbar?
• Verfügbarkeit/Qualität der Beschreibungen: Gibt es «gute» schriftliche
Dokumentationen?
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Sichtung und Vorauswahl
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FB
SM
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MO
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ST
TA
SS
Unterstützung forstl. Entscheidungsprozesse + + - - + + + + - + + + - +
wesentliche
Wachstumsprozesse
Dicken- /Höhenw. + - + + + + + + + ? + + + +
Konkurrenz + + + + + + + + + + + ? +
Mortalität + + + + + + + + + + + + +
Verjüngung/Einwuchs + + + + + + + + + + ? ?
Berücksichtigung von Standortseigenschaften - - + + + + - - + ? - + - -
unabhängig vom Alter - + + + + ? (+)
Behandlungs- und Durchforstungsarten - - - + + + + + + - - + - +
Störungen - - - - - - - + + -
Wirkungen und
Leistungen
ökonomisch + + + + + + + - +
ökologisch - + + + + + + + + -
wesentliche Hauptbaumarten der Schweiz + - + + + + + + + - - ? ?
Waldtypen
Mischbestände + + + + + + + ? + + +
ungleichaltrige
Bestände + + + + + + + + +
räumliche Auflösung auf Einzelbaumebene + + + + + + + + ? + + +
Berücksichtigung von Klimaeinflüssen + + +läuft
Projekt+ + + +
Parametrisierung anhand Inventur- und
Versuchsflächendaten + + + + + + ? + + + +
Dokumentation des Modells gut schlecht gut gut gut mittel gut gut gut schlecht gut mittel mittel schlecht
AHP
FoWaLa-Kurs: Waldwachstumsmodelle, 22.3.2016 Dokumentation
Bewertung u. Vergleich (AHP)
Software
Modellansatz
Anwendungs-
bereich
Gültigkeitsbereich
Eingabe-
möglichkeiten
Umwelteinflüsse
Wachstum
Ausgaben
Evaluation eines
Waldwachstums-
Simulators
räumliche Auflösung
Altersabhängigkeitwaldbauliche Variantenstudien
Fortschreibung von Beständen
geeignet für Praxis, Forschung, LehreRegionalbezug / Standortsbereich
Mischungstypen / Bestandesaufbau
Abgedeckte Behandlungsvarianten
verfügbare BaumartenFlächenform und Grösse
Informationen aus Stichprobe / Inventur
Erzeugung fehlender InformationenHöhenwachstum
Dickenwachstum
Kronenmodell
Mortalitätsmodell
Verjüngung / Einwuchs
Erfassung des Standorts
Baumlisten
Bestandeskennwerte
ökonomische Kennwerte
Strukturcharakteristika
Biomassefraktionen
Abbildung von Störungen
Abbildung des Klimas
Verfügbarkeit des Programmcodes
modularer Aufbau
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Bewertungs-Kriterien
Bewertung u. Vergleich (AHP)
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BWINPro SILVA
MOSES
PrognAus
BWINPro am besten geeignet
Wieso nun WaldPlaner?
• BWINPro = TreeGrOSS (Tree Growth Open Source Software)
• Java-Bibliothek, beinhaltet die grundlegenden Funktionen zur Simulation der
Waldentwicklung und zur Abbildung waldbaulicher Massnahmen.
• Entwickelt an der Nordwestdeutschen Forstlichen Versuchsanstalt (NW-FVA)
FoWaLa-Kurs: Waldwachstumsmodelle, 22.3.2016
TreeGrOSS
ForestSimulator WaldPlaner WebBetriebsPlaner
einzelner Bestand mehrere Bestände
(z.B. Forstbetrieb)
• Lokal installiert
• Simulation und Vergleich
verschiedener
Waldentwicklungsszenarien
• Webanwendung
• Dynamisches Bestandeslagerbuch
• Fortschreiben von Bestandesdaten
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Was ist der WaldPlaner ?
• Eine autarke forstliche Auswertungs- und Simulationssoftware,
welche
• große Stichprobenumfänge (z.B. Betriebsinventuren) und
vollflächige Inventuren (Forsteinrichtung) verarbeiten
• und dabei räumliche Aspekte berücksichtigen kann.
autark: Anwendung ohne zusätzliche, kostenpflichtige Software (z.B. GIS)
verarbeiten: einlesen, auswerten, fortschreiben, Handlungsoptionen generieren
Raumbezug: Lage der Bestände/Inventurpunkte
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Einsatzbereich des WaldPlaner
• forstliches
Entscheidungsunterstützungs
system für den Forstbetrieb
• waldwachstumskundliches
Demonstrations- und
Trainingssystem in der Lehre
• flexibles Prognosewerkzeug
für wissenschaftliche Studien
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GIS
3D
Einzelbaum-ModellTreeGrOSS- Wachstum- Mortalität- Einwuchs
Behandlungs-Modul- Durchforstungen- Endnutzungen- Z-Baum-Auswahl- Habitatbaumschutz- Pflanzung- …
Simulations-Steuerung
WaldPlaner
Sortimentierung
Optimierung
Datenbank
Totholz-Modul(Bruch, Zersetzung) Benutzeroberfläche
Programmierung und Benutzeroberfläche
• Programmiersprache JAVA
• Benutzeroberfläche
• auf den gängigen
Betriebssystemen lauffähig
• als Open-Source-Projekt frei
verfügbar (www.nw-fva.de)
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Datenimport
• Einrichtungsdaten (Bestandesgrössen/Baumschichten)
• Stichprobendaten (Einzelbaum)
• realisiert über Plugin-Lösung (beliebig erweiterbar)
• Generierung von Modellbeständen auf Einzelbaumbasis
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Simulation – Strategien definieren
Erlaubt eine flexible Definition von Behandlungsstrategien:
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• Einwuchs
• Pflanzungen
• Durchforstung (Einzelbaum,
Nieder- , Hochdurchforstung)
• Endnutzung (Zielstärkennutzung,
Schirmschlag, Kahlschlag)
• Definition von Zielstärken
• Nutzungsmengen
• Durchforstungsintensität
• Z-Baumanzahl
• Habitatbaumanzahl
• Minderheitenschutz
• …
Simulation – Steuerung
• Simulation einzelner
Zeitintervalle (1 – 10 Jahre)
• Komplexe Behandlungspfade,
Batch-Jobs (5 – max. 50 Jahre)
• Kombinationen von
Behandlungsstrategien,
„Treatmentgroups“
• Stichjahrangleichung (anhand
vorgegebener Nutzungsmassen)
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Simulation – Sortimentierung
• Variable Definition der Sortimente über XML-Dateien (Länge,
Mittendurchmesser, Zopf, Mindestlänge…)
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Auswertung – Verfügbare Parameter
• statische forstliche Grössen (Vorrat, G, Durchmesserverteilung, Baumarten etc.)
• dynamische Größen (Zuwachs, Mortalität)
• Nutzung (Massen, Dimensionen)
• Sortimente
• Struktur-Indikatoren (z.B. Baumartendurchmischung)
• Habitatbaumanzahl, -vorrat
• Handlungsdringlichkeit
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• Totholzdynamik (Bruch/Zersetzung)
• ökonomische Größen (z.B. Holzerlöse)
• Risiko gegenüber Sturm
HeProMo: Kostenkalkulation
Auswertung – Darstellungsformen
• Grafiken
• Tabellen
• Standardbericht (PDF)
• (Karten)
• (3D-Ansichten)
Erlaubt einen Vergleich
unterschiedlicher
Behandlungsstrategien
FoWaLa-Kurs: Waldwachstumsmodelle, 22.3.2016 1706.05.2014
Beispiel: KSP Bremgarten
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Beispiel: KSP Bremgarten
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Beispiel: KSP Bremgarten
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Beispiel: KSP Bremgarten
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Beispiel: KSP Bremgarten
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Nachteile
• Setzt grosses Systemverständnis und Anwenderkompetenz voraus
• Es dauert, bis es stabil läuft:
– Komplikationen 32/64-Bit JAVA Versionen
– Funktioniert nur unter PostgresSQL Datenbank einwandfrei
• Beratung/Support – 1 Person an NW-FVA
• Viele Funktionalitäten
• Bislang nicht parametrisiert für CH
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Einsatz in forstlichen Praxis ???
ABER: ForestSimulator, für einzelne Bestände
Wofür verwenden wir den WaldPlaner?
• Für die Simulation von verschiedenen Strategien
• Als Basis für die Prognose von Waldleistungen (Ecosystem Services)
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Das Holznutzungspotenzial wird
ausgeschöpft
Klimawandel: Wald und
Holzverwendung tragen zur
Minderung bei
Die Schutzwaldleistung ist
sichergestellt
Biodiversität bleibt erhalten und ist
gezielt verbessert
Freizeit- und Erholungsnutzung
erfolgten schonend
Die wirtschaftliche
Leistungsfähigkeit der
Waldwirtschaft ist verbessert
Fokus: Forstliche Planung u. Management
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Multi-Criteria Decision Analysis
Indicator Framework
participation
Forest Management and Planning
1) Current Situation
WaldPlanerForest
InventoryDecision making
2) Alternative development 3) Problem identification 4) Alternative selection
Protection against gravitational hazards
Timber production
Economic Value
Recreation
Biodiversity conservation
Carbon storage
Inventory Plot
Alternative 1
Alternative 2
Alternative 3
Multi-attribute value theory
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
A 1
A 2
A 3
Recreation value
Protection
Biodiversityconservation
Timber production
Economic value
Carbon storage
participation
n Alternatives,simulation over 40 to 50 years
Ecosystem Services
Available information:- Tree species- Diameter- Height- Tree position- (Tree age)- Slope
Simulation results: - Timber volume- mean/dominant
height- Basal area- Diameter
distribution- Mortality- Tree species- Tree age - Stand structure
(tree position, tree size, crown size)
Additional:- Timber
assortment- Harvesting costs
managermanager
Scale: single forest stand forest management unit (FMU)
5) Implementation
Ziel der Arbeit ist…
• die Entwicklung eines multikriteriellen Entscheidungssystem,
• um Behandlungsstrategien bezüglich ihrer Nachhaltigkeit,
bewerten zu können (ökonomische, ökologische und soziale Aspekte).
• Das System soll auf der Ebene des Forstbetriebes die Planung und
Steuerung des komplexen Waldökosystems unterstützen.
• Es soll ermöglichen, geeignete waldbauliche
Behandlungsstrategien zu ermitteln, um die verschiedenen
Ecosystem Services bestmöglich zu realisieren.
FoWaLa-Kurs: Waldwachstumsmodelle, 22.3.2016 26
Danke für Ihre Aufmerksamkeit
Infos
Evaluation Waldwachstums-Simulator
• Blattert, C.; Thees, O.; Lemm, R., 2015: Ein Vergleich von Waldwachstums-Simulatoren mittels
Analytic Hierarchy Process hinsichtlich Funktionalität und Softwarestruktur. Allg. Forst- u. J.-Ztg.,
186. Jg., 1/2: 14-31
• Blattert, C.; Lemm, R., 2013: Evaluation eines klimasensitiven Waldwachstums- und
Behandlungsmodells für die Schweiz. Schlussbericht an den Fonds zur Förderung der Wald- und
Holzforschung. Eidg. Forschungsanstalt WSL. 113 S.
WaldPlaner (ForestSimulator, WebBetriebsPlaner)
• Hansen, J.; Nagel, J., 2014: Waldwachstumskundliche Softwaresysteme auf Basis von TreeGrOSS -
Anwendung und theoretische Grundlagen. Universtitätsverlag Göttingen. 224 S.
• www.nw-fva.de
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