Raab, Christoph Benjamin

Naturnahes Grünland gehört zu den Ökosystemen mit höchster
Biodiversität. In Europa sind solche offenen und halboffenen Gebiete ein
grundlegendes Merkmal der Kulturlandschaft. Ihre Entstehungsgeschichte
und Erhaltung hängen von einer aktiven Bewirtschaftung ab. Die
Möglichkeiten, die eine Beweidung mit Wildtieren zum Erhalt dieser
Offenlandökosysteme bieten, sind Gegenstand aktueller Forschung, denn
nur ein geringer Teil des unter der EU-Habitat-Richtlinie geschützten
Grünlands befindet sich in einem günstigen Erhaltungszustand. Für ein
aktives Beweidungsmanagement werden räumliche Informationen zur
Landschaftsstruktur und Futterqualität benötigt, da diese Parameter die
räumliche Verteilung und Aktivitäten von freilebenden Herbivoren und
somit deren Einfluss, z.B. durch die Futteraufnahme, auf das Ökosystem
beeinflussen. Das Sammeln von Felddaten ist jedoch arbeitsintensiv,
zeitaufwändig und räumlich oft nur in einem begrenzten Gebiet möglich.
Daher befasst sich diese Arbeit mit Methoden der Satellitenfernerkundung,
um eine von naturnahem Grünland dominierte, heterogene Landschaft zu
charakterisieren.
Nach einer allgemeinen
Einführung in
den umfassenderen
Forschungskontext (Kapitel 1) zeigt Kapitel 2, wie multi-temporale
Tasseled-Cap-transformierte
RapidEye-Fernerkundungsdaten
erfolgreich
angewendet werden können, um eine Landbedeckungskarte für eine heterogene Landschaft abzuleiten. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass
die RapidEye Tasselled Cap Transformation, die für landwirtschaftliche
Anwendungen entwickelt wurde, ein effektives Datenkomprimierungs-
werkzeug sein kann. Diese ist dazu geeignet, heterogene Landschaften ohne
messbare negative Auswirkungen auf die Klassifizierungsgenauigkeit
abzubilden.
In Kapitel 3 wird ein Konzept für die Kartierung von naturnahen
Grünlandgesellschaften
unter
Verwendung
von
RapidEye-
Fernerkundungszeitreihen vorgestellt. Hierfür wurde eine automatisierte
Auswahl der Trainingsdaten basierend auf der Random Forest Proximity
erfolgreich
implementiert.
Diese
Strategie
könnte
künftig
die
Berichterstattungspflichten gemäß Artikel 17 der EU-Habitat-Richtlinie
unterstützen.
In Kapitel 4 wird erörtert, wie Biomasse und Futterqualität
naturnaher Grünlandaufwüchse mit kombinierten optischen und Radar-
Fernerkundungsdaten vorhergesagt werden können. Ein auf Permutationen
basierendes Maß für die Wichtigkeit einer Variable zeigt einen starken
Beitrag optischer Indizes durch die Verhältnisse einzelner spektraler Kanäle
zur Modellqualität.
Im abschließenden Kapitel 5 werden die Ergebnisse dieser Arbeit
zusammenfassend mit Bezug auf den aktuellen Forschungskontext
diskutiert. Die Erkenntnisse dieser Forschungsarbeit können helfen, das Beweidungsverhalten großer wildlebender Herbivoren zu verstehen und
somit die Erhaltung von naturnahem Grünland in Zukunft zu unterstützen.Semi-natural grasslands are ecosystems with high biodiversity. In
Europe, such open and half-open areas are a fundamental characteristic of
the cultural landscape, originating from and depending on management
activities. The possibilities that grazing with wildlife can provide for
sustaining these open-land ecosystems are subject to current research
activities, because only a small proportion of grasslands protected under the
EU Habitats Directive has a favourable conservation status. For an active
grazing management, spatial information about the landscape structure and
forage quality and quantity is required, as they can affect the spatial
distribution and activities of free-ranging herbivores and thus their influence
on the ecosystem e.g. by grazing. The collection of field data, however, is
labour-intensive, time-consuming and often limited to a particular location.
Therefore, this thesis is concerned with techniques and concepts offered by
satellite remote sensing technology to characterise a heterogeneous
landscape dominated by semi-natural grassland.
After a general introduction to the wider research context in
Chapter 1, Chapter 2 illustrates how Tasselled-Cap-transformed multi-
temporal RapidEye remote sensing data can be successfully used to derive a
classification map for a heterogeneous landscape. The results suggest that
the RapidEye Tasselled Cap Transformation, which was designed for
agricultural applications, can be an effective data compression tool, suitable to map heterogeneous landscapes with no measurable negative impact on
classification accuracy.
Chapter 3 presents a framework on mapping semi-natural
grasslands at community level using multi-temporal RapidEye remote
sensing imagery. For this, an automated training data selection was
successfully implemented based on the Random Forest proximity measure.
This strategy can support the reporting obligations under Art.-17 of the EU
Habitats Directive in the future.
Chapter 4 discusses how semi-natural grassland forage quantity and
quality indicators can be predicted using combined optical and radar satellite
remote sensing data. A permutation-based variable importance measure
indicated a strong contribution of simple-ratio-based optical indices to the
model performance.
The final Chapter 5 summarises and discusses the results of this
work with reference to the current research context. The findings of this
thesis can help to understand and manage the grazing behaviour of free-
ranging large herbivores and thus, support the conservation of semi-natural
grassland in the future

Georg-August-University Göttingen

Combining remote sensing data at different spatial, temporal and spectral resolutions to characterise semi-natural grassland habitats for large herbivores in a heterogeneous landscape

https://ediss.uni-goettingen.de/bitstream/21.11130/00-1735-0000-0005-12B6-9/1/raab_diss_07052019_web.pdf

Combining remote sensing data at different spatial, temporal and spectral resolutions to characterise semi-natural grassland habitats for large herbivores in a heterogeneous landscape

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