Entwicklung einer drohnenbasierten Methode zur Erfassung von Wanderwegen im Regionalen Naturpark Beverin

Leimgruber, Noah

doi:10.21256/zhaw-25402

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Publication type:	Bachelor thesis
Title:	Entwicklung einer drohnenbasierten Methode zur Erfassung von Wanderwegen im Regionalen Naturpark Beverin
Authors:	Leimgruber, Noah
Advisors / Reviewers:	Junghardt, Johann Wyttenbach, Martin Hochreutener, Adrian
DOI:	10.21256/zhaw-25402
Extent:	60
Issue Date:	2022
Publisher / Ed. Institution:	ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
Publisher / Ed. Institution:	Winterthur
Language:	German
Subjects:	Erfassung Wanderweg; Fernerkundung; Drohne; Multispektrale Fernerkundung; Structure from motion (SfM); NDVI; Strukturerkennung
Subject (DDC):	333.7: Land, natural recreational areas
Abstract:	Im Regionalen Naturpark Beverin soll die Regionalwirtschaft gefördert werden. Zu diesem Zweck sollen Freizeitaktivitäten ermöglicht werden, ohne den Naturschutz zu vernachlässigen. Dafür ist eine umfassende Datengrundlage essenziell. In der vorliegenden Arbeit wurde deshalb eine drohnenbasierte Methode zur Erfassung von Wanderwegen entwickelt. Dafür wurden in einem Untersuchungsgebiet im Regionalen Naturpark Beverin multispektrale, hochaufgelöste Drohnenbilder aufgenommen. Diese wurden drei unterschiedlichen spektralen Bildtransformationen unterzogen (NDVI, Hauptkomponentenanalyse und spektrale Mischungsanalyse). Zusätzlich wurden jeweils eine räumliche Bildtransformation und verschiedene ArcGIS Pro Tools angewendet, um die multispektralen Daten so weit zu verändern, damit sie auf wanderweg-repräsentierende Vektorlinien reduziert werden konnten. Für die Bewertung der Resultate wurden die extrahierten Vektorlinien mit manuell kartierten Wanderwegen verglichen. Die Resultatqualität der entwickelten Methode unterschied sich je nach verwendeter spektraler Bildtransformationsmethode nicht signifikant. Fehlextraktionen wurden bei allen Methoden durch sich nicht von der Umgebung abgrenzende Wanderwege, lineare Strukturen in der Landschaft, Objekte mit ähnlichen spektralen Eigenschaften wie Wanderwege, Schattenwürfe und allgemein durch die heterogene, sub-alpine Landschaft ausgelöst. Die entwickelte Methode verfügt je nach spektraler Bildtransformationsmethode über unterschiedliche Vor- und Nachteile. Die Wanderwegextraktion via NDVI liess sich vollständig automatisieren und standardisieren, ist somit effizienter einsetzbar und für eine Übertragung in andere Gebiete besser geeignet. Die Wanderwegextraktion via PCA und SMA liess sich nur halbautomatisieren und nicht standardisieren. Dafür kann die entwickelte Methode so auch in vegetationslosen Gebieten angewendet werden. Mit der vorliegenden Methode konnte eine günstige, effiziente und einfach handzuhabende Alternative geschaffen werden, die nützlich sein kann, um sich in einem Gebiet einen Überblick über allfällige Wanderwege und Konfliktzonen zu verschaffen. In the Beverin Regional Nature Park, the regional economies are to be promoted. For this purpose, leisure activities should be made possible without neglecting nature conservation. A com-prehensive data basis is essential for this. In the present work, therefore, a drone-based method for the mapping of hiking trails was developed. For this purpose, multispectral, high-resolution drone images were acquired in a study area in the Beverin Regional Nature Park. These were subjected to three different spectral image transformations (NDVI, principal component analysis and spectral mixture analysis). In addition, a spatial image transformation and various ArcGIS Pro tools were applied to each to modify the multispectral data enough to reduce it to hiking trail-representing vector lines. To evaluate the results, the extracted vector lines were compared with manually mapped trails. The result quality of the developed method did not differ significantly depending on the spectral image transformation method used. For all methods, false ex-tractions were caused by trails that were not enough delineated from their surroundings, linear structures in the landscape, objects with similar spectral properties as trails, shadows, and in general by the heterogeneous sub-alpine landscape. The developed method has different advantages and disadvantages depending on the spectral image transformation method. Trail extraction via NDVI could be fully automated and standardized and is therefore more efficient and suitable for the use in other areas. The trail extraction via PCA and SMA could only be semi-automated and not standardized, but it can be applied in areas without vegetation. With the present method, a cheap, efficient and easy-to-use alternative was created, which can be useful to get an overview of possible trails and conflict zones in an area.
URI:	https://digitalcollection.zhaw.ch/handle/11475/25402
License (according to publishing contract):	CC BY 4.0: Attribution 4.0 International
Departement:	Life Sciences and Facility Management
Appears in collections:	Bachelorarbeiten Umweltingenieurwesen

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Leimgruber, N. (2022). Entwicklung einer drohnenbasierten Methode zur Erfassung von Wanderwegen im Regionalen Naturpark Beverin [Bachelor’s thesis, ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften]. https://doi.org/10.21256/zhaw-25402

Leimgruber, N. (2022) Entwicklung einer drohnenbasierten Methode zur Erfassung von Wanderwegen im Regionalen Naturpark Beverin. Bachelor’s thesis. ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften. Available at: https://doi.org/10.21256/zhaw-25402.

N. Leimgruber, “Entwicklung einer drohnenbasierten Methode zur Erfassung von Wanderwegen im Regionalen Naturpark Beverin,” Bachelor’s thesis, ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften, Winterthur, 2022. doi: 10.21256/zhaw-25402.

LEIMGRUBER, Noah, 2022. Entwicklung einer drohnenbasierten Methode zur Erfassung von Wanderwegen im Regionalen Naturpark Beverin. Bachelor’s thesis. Winterthur: ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften

Leimgruber, Noah. 2022. “Entwicklung einer drohnenbasierten Methode zur Erfassung von Wanderwegen im Regionalen Naturpark Beverin.” Bachelor’s thesis, Winterthur: ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften. https://doi.org/10.21256/zhaw-25402.

Leimgruber, Noah. Entwicklung einer drohnenbasierten Methode zur Erfassung von Wanderwegen im Regionalen Naturpark Beverin. ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften, 2022, https://doi.org/10.21256/zhaw-25402.