TY - THES A1 - Steinmeier, Leon T1 - Finding trees in lidar point clouds: towards a fast and scalable segmentation workflow T1 - Znajdowanie drzew w lidarowych chmurach punktów: w kierunku szybkiego i skalowalnego procesu segmentacji N2 - Forests are an important part of the ecosphere and have long been at the center of extensive research. For quantifying forest metrics on larger scales, remote sensing technologies have become important tools over the last decades. One of these tools is airborne lidar, which has enabled detailed analyses of canopy structures by providing three-dimensional point clouds of forests. Within such data sets, individual crown bodies can be detected and delineated, which is referred to as tree crown segmentation. However, among the few available algorithms the most sophisticated ones are also the most resource hungry. Another general issue with lidar point clouds is that their density can vary strongly between adjacent areas which also influences segmentation results. In this study a segmentation workflow from point cloud preparation to the evaluation of results was developed. Part of this workflow was a novel approach to removing undesired density patterns from point clouds, using detailed information on the measurement procedure. Also, a scalable segmentation algorithm, based on 3-dimensional mean shift clustering was implemented. It reached single-core runtimes of about 50 seconds ha -1 on point clouds with a density of 10 points m -2 . The segmentation results allowed for the estimation of stem diameter distributions for a temperate mixed forest stand. Overall, the presented workflow provides a solid basis for individual tree segmentation and can be further extended and scaled with relative ease. N2 - Tytuł: Znajdowanie drzew w lidarowych chmurach punktów: w kierunku szybkiego I skalowalnego procesu segmentacji Lasy s ̨a ważn ̨a cz ̨eści ̨a ekosfery i od dawna znajduj ̨a si ̨e w centrum szeroko zakrojonych badań. W ci ̨agu ostatnich dziesi ̨ecioleci technologie teledetekcji stały si ̨e ważnymi narz ̨edziami do ilościowego określania metryki lasu w wi ̨ekszych skalach. Jednym z tych narz ̨edzi jest lidar lotniczy, który umożliwił szczegółow ̨a analiz ̨e struktury koron drzew poprzez dostarczenie trójwymiarowych chmur punktów lasów. W ramach takich zbiorów danych można wykrywać i wyznaczać poszczególne bryły koron drzew, co określane jest mianem segmentacji koron drzew. Jednak spośród kilku dost ̨epnych algorytmów, te najbardziej zaawansowane s ̨a również najbardziej zasobożerne. Innym problemem zwi ̨azanym z chmurami punktów lidarowych jest fakt, że ich g ̨estość może si ̨e znacznie różnić pomi ̨edzy s ̨asiaduj ̨acymi obszarami, co również wpływa na wyniki segmentacji. W niniejszej pracy opracowano process segmentacji od przygotowania chmury punktów do oceny wyników. Cz ̨eści ̨a tego przepływu pracy było nowatorskie podejście do usuwania niepoż ̨adanych wzorców g ̨estości z chmur punktów, wykorzystuj ̨ace szczegółowe informacje o procedurze pomiarowej. Zaimplementowano również skalowalny algorytm segmentacji, oparty na trójwymiarowej klasteryzacji z przesuni ̨eciem średniej. Na chmurach punktów o g ̨estości 10 punktów m-2 osi ̨agn ̨ał on czasy pracy pojedynczego rdzenia rz ̨edu 50 sekund ha-1. Wyniki segmentacji pozwoliły na oszacowanie rozkładów średnic pni dla drzewostanu mieszanego strefy umiarkowanej. Przedstawiony tok pracy stanowi solidn ̨a podstaw ̨e do segmentacji pojedynczych drzew I może być dalej rozszerzany i skalowany z relatywn ̨a łatwości ̨a. N2 - Wälder sind ein wichtiger Teil der Ökosphäre und stehen seit langem im Mittelpunkt ausgiebiger Forschung. Für die groß-skalige Bestimmung von Wald-Metriken sind Fernerkundungsmethoden in den letzten Jahrzehnten zu einem wichtigen Werkzeug geworden. Eines dieser Werkzeuge ist luftgestütztes lidar, das detaillierte Analysen von Kronenstrukturen auf der Grundlage drei-dimensionaler Punktwolken ermöglicht. In diesen Datensätzen können individuelle Kronenkörper erkannt und abgegrenzt werden, was als Baumkronensegmentierung bezeichnet wird. Allerdings sind die fortgeschrittensten der wenigen verfügbaren Algorithmen auch die berechnungsintensivsten den längsten Laufzeiten. Ein weiteres generelles Problem von lidar Punktwolken ist, dass ihre Dichten zwischen benachbarten Flächen stark variieren können was einen Einfluss auf die Segmentierung hat. In dieser Arbeit wurde ein Segmentierung-Workflow von der Vorbereitung der Punkwolke bis hin zur Auswertung der Ergebnisse entwickelt. Ein Teil dieses Workflows war ein neuartiger Ansatz zum Entfernen unerwünschter Dichtemuster aus Punktwolken mit Hilfe von Detailinformationen zum Messvorgang. Außerdem wurde ein skalierbarer Segmentierungsalgorithmus auf Grundlage des drei-dimensionalen Mean Shift Clustering implementiert. Er erreichte auf einem Kern Laufzeiten von 50 Sekunden Ha -1 bei Punkwolken mit einer Dichte von 10 Punkten m -2 . Die Segmentierungsergebnisse erlaubten die Schätzung von Stammdurchmesserverteilungen für einen temperaten Mischwald. Insgesamt stellt der präsentierte Workflow eine solide Basis für die Segmentierung von Einzelbäumen dar und kann mit relativ geringem Aufwand erweitert und skaliert werden. KW - lidar KW - tree segmentation KW - point density KW - segmentacja drzew KW - gestość punktów Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:eb1-opus-3728 ER - TY - THES A1 - Smigielski, Jan T1 - Analysis of Point-Dendrometer Measurements in the Digital Forest Lab Haselberg: Evaluation of a Research Design for a Data-Based Model on Tree-Environment Cause-Effect Relationships N2 - Direct impacts of environmental conditions on tree individuals and their respective responses are often only visible after long-term observation and through evaluation of damages or growth development. The temporal lag between environmental impacts and visible tree response can lead to a lack of understanding for the consequences of human actions and management decisions, especially in the perspective of drastically changing climatic conditions through climate change. This study aims to establish a research setup, which can deliver data on the impacts of environmental parameters on tree-physiology parameters. It examines whether the constructed research setup can deliver sufficient data to display cause-effect relationships between the parameters. Detected correlations could be used to create a data-based model, which can make the research results accessible and visible for users. For this purpose, stem radius fluctuations of multiple individuals of Fagus sylvatica were measured in micrometer resolution with point-dendrometers in a research area located at the Digital Forest Lab Haselberg. Stem radius changes can be traced back to either growth processes or tree-water movements. The data was processes based on the Zero-Growth concept by Roman Zweifel et al. with the R-package treenetproc and tested for correlations. The results showed correlations between environmental parameters and tree-physiology parameters but varied for seasonal and trend components of analyzed time series. Rising temperatures and connected environmental parameters showed a decreasing effect on stem radiuses on a daily basis but correlated positive with growth and stem radius expansion overall. A clear diurnal pattern was detected, induced by day-and-night-cycle of the environmental parameters, which influenced tree parameters and caused a similar pattern. While correlations were confirmed, trees showed differing behavior in their response to environmental conditions, which could not be fully explained within the current research setup. Further research in an enhanced setup is necessary to deliver satisfying answers and to create a reliable model, which can be utilized as an interactive user-experience in the Digital Forest Lab Haselberg, to foster understanding for the ecological impacts of changing environmental conditions. KW - Data-Based Model; Digital Forest Lab Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:eb1-opus-7942 ER - TY - THES A1 - Myers, Parker T1 - Exploring Transboundary Water Dependencies: Identifying the Berlin–Brandenburg Precipitationshed N2 - Developing a deeper understanding of the interconnected atmospheric systems distributing the Earth's water resources is critical for managing scarce water supplies and maintaining water security in a changing climate. This study identifies and analyzes Berlin–Brandenburg’s precipitationshed, the primary evaporative moisture sources contributing to regional rainfall, using the WAM2layers moisture tracking model with ERA5 reanalysis data for the period 2000–2024. By analyzing both seasonal patterns and interannual variability, including anomalous years marked by droughts and excessive rainfall, the study explores shifts in the balance between oceanic and terrestrial sources of moisture. Findings reveal a seasonally dynamic but stable precipitationshed: the North Atlantic Ocean dominates in winter, while terrestrial contributions from Germany, France, Poland, and the United Kingdom intensify during warmer months. Hydroclimatic extremes disrupt seasonal norms by reshaping the spatial distribution and relative intensity of key moisture sources, at times amplifying marine influence or reinforcing terrestrial recycling, depending on the nature and timing of the event. This is the first study to explicitly map Berlin–Brandenburg’s precipitationshed and assess the spatio-temporal consistency of its sources. The results highlight the need to embed atmospheric moisture transport considerations into transboundary water governance frameworks, recognizing that land-use decisions and ecosystem management in both local and distant source regions directly influence regional water availability. As climate variability intensifies, coordinated action across these spatially connected landscapes will be essential to safeguard long-term water security. N2 - Die Entwicklung eines tieferen Verständnisses der verbundenen atmosphärischen Systeme, die die Wasserressourcen der Erde verteilen, ist entscheidend für das Management begrenzter Wasservorräte und die Aufrechterhaltung der Wassersicherheit in einem sich wandelnden Klima. Diese Studie identifiziert und analysiert das Precipitationshed von Berlin–Brandenburg, die wichtigsten Verdunstungs Quellen, die zu den regionalen Niederschlägen beitragen, unter Verwendung des Feuchtigkeitsverfolgungsmodells WAM2layers mit ERA5 Reanalysedaten für den Zeitraum 2000–2024. Durch die Analyse sowohl saisonaler Muster als auch interannueller Variabilität, einschließlich anomaler Jahre, die durch Dürren und übermäßige Niederschläge gekennzeichnet sind, untersucht die Studie Verschiebungen im Gleichgewicht zwischen ozeanischen und terrestrischen Feuchtigkeitsquellen. Die Ergebnisse zeigen ein saisonal dynamisches, aber insgesamt stabiles Precipitationshed: Der Nordatlantik dominiert im Winter, während in den wärmeren Monaten die terrestrischen Beiträge aus Deutschland, Frankreich, Polen und dem Vereinigten Königreich zunehmen. Hydroklimatische Extreme stören die saisonalen Normen, indem sie die räumliche Verteilung und relative Intensität wichtiger Feuchtigkeitsquellen verändern und je nach Art und Zeitpunkt des Ereignisses entweder den marinen Einfluss verstärken oder die terrestrische Wiederverwertung intensivieren. Dies ist die erste Studie, die die Niederschlagsverteilung in Berlin-Brandenburg explizit kartiert und die räumlich-zeitliche Konsistenz ihrer Quellen bewertet. Die Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit, Überlegungen zum atmosphärischen Feuchtigkeitstransport in grenzüberschreitende Wasserbewirtschaftungsrahmen einzubetten, wobei anerkannt wird, dass Landnutzungsentscheidungen und das Ökosystemmanagement sowohl in lokalen als auch in entfernten Quellregionen direkten Einfluss auf die regionale Wasserverfügbarkeit haben. Mit zunehmender klimatischer Variabilität wird eine koordinierte Zusammenarbeit über diese räumlich verbundenen Landschaften hinweg entscheidend sein, um die langfristige Wassersicherheit zu gewährleisten. KW - Precipitationshed KW - Atmospheric moisture transport KW - WAM2layers model KW - ERA5 reanalysis data KW - Berlin–Brandenburg region Y1 - 2025 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:eb1-opus-10121 ER - TY - THES A1 - Kmetyó, Krisztina T1 - Explorative Studie zu potenziellen Effekten alternativer Energiequellen auf die Pflanzen-und Bodenvitalität eines gemäßigten Waldes N2 - Der fortschreitende Klimawandel stellt die Resilienz von Waldökosystemen vor enorme Herausforderungen, was die Suche nach neuen Ansätzen zur Stärkung der Vitalität von Wäldern dringend erforderlich macht. Die vorliegende Studie wurde von der NV-Energie-Stiftung initiiert, um eine innovative Methode hinsichtlich ihrer potenziellen Wirkung auf die Pflanzen- und Bodenvitalität wissenschaftlich zu untersuchen. Das Ziel der Arbeit war eine rein empirische Wirkungsmessung dieser potenziellen Effekte von installierten Energieboxen in einem gemäßigten Wald. Die explorative Forschungsarbeit prüfte daher, ob messbare Veränderungen kausal auf die Behandlung zurückzuführen sind oder durch natürliche Standortfaktoren erklärt werden können. Konkret wurde untersucht, (1) wie sich die Pflanzenvitalität und (2) wie sich die Bodenvitalität über ein Jahr in Abhängigkeit von der räumlichen Nähe zu den Energieboxen entwickeln. Zur Klärung dieser Zusammenhänge wurde diese Arbeit als verblindetes Experiment konzipiert, bei dem 16 Energieboxen (8 aktive, 8 Dummies) installiert wurden. In einem heterogenen Waldgebiet wurden in 17 Untersuchungsparzellen über vier Erhebungszeitpunkte die Vegetationsvitalität (nach BraunBlanquet), die Baumvitalität (Stammdurchmesserzuwachs, Symptomatik) und die Bodenvitalität (Haney-Test, u.a. Bodenatmung, pH, C:N) erfasst. Die statistische Auswertung erfolgte mittels nonparametrischer Analyseverfahren (z.B. Wilcoxon-Test) und verglich Parzellen im angenommenen Wirkungsradius (<10 m) aktiver Boxen mit einer Kontrollgruppe. Nach einem Jahr konnte über alle untersuchten Ebenen hinweg kein robuster Effekt der Energieboxen nachgewiesen werden. Ein initial signifikanter Zusammenhang der Pflanzenvitalität in der Krautschicht erwies sich nach der Kontrolle der Standortfaktoren als nicht belastbar. Auch bei der Baum- und Bodenvitalität unterschieden sich Behandlungs- und Kontrollgruppe nicht signifikant. Y1 - 2025 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:eb1-opus-10578 ER -