© Stadt Bamberg
Ziel/Nutzen der Lösung
Drohnen befliegen den kommunalen Baumbestand in Bamberg und erfassen den Istzustand der Baumkronen digital in einer Datenbank. Die Drohnenaufnahmen dienen als Basis für das Training eines KI-Systems, welches Einzelbäume und Baumarten sowie Baumschäden erkennt und langfristig Prognosen über die Baumgesundheit generiert. Das Projekt entlastet Mitarbeitende bei der Pflege und Überwachung des Baumbestandes und leistet gleichzeitig einen Beitrag zum Umweltschutz.
Lösungsbeschreibung
Personal- und Sachmittel reichen kaum mehr aus, um die notwendigsten Arbeiten zur Pflege von Baumbeständen auszuführen. Das Befliegen von Baumkronen ermöglicht zielgerichtete Pflege- und Bewirtschaftungsmaßnahmen. Die begrenzten personellen und finanziellen Mittel können so effizienter eingesetzt werden. Die Bayrische Landesregierung fördert das Projekt im Kontext des Programms Kommunal?Digital! in Höhe von 450.000 Euro.
Die Starrflügler-Drohne hat rund 35.000 Euro netto gekostet. Die Kosten, die möglicherweise für einen Quadrocopter anfallen, belaufen sich auf circa 8.000 Euro netto. Die Befliegung des städtischen Bereichs erfolgt durch den Quadrocopter. Die Starrflügler-Drohne erstellt Luftbilder des Forstbereichs. Die Befliegung des Stadtwaldes beanspruchte einen Tag. Zwei Mitarbeitende der Bamberger Stadtverwaltung nahmen die Befliegung der Baumkronen mithilfe der Starrflügler-Drohne vor. Eine Befliegung der Baumkronen durch einen Dienstleister kostet pro Tag rund 3.000 bis 6.000 Euro. Die KI-Software kann über die Projektförderung hinaus wirtschaftlich betrieben werden. Die Stadt Bamberg stellt das entwickelte KI-System für alle Kommunen als Open-Source-Software (lizenzfrei) bereit.
Das Projektteam entwickelt eine Datenbank, in welcher der Zustand der Stadtbäume verzeichnet ist. Vorerst werden die Luftbilder in das städtische Geoinformationssystem eingebunden. Geplant ist, die Luftbilder zukünftig öffentlich bereitzustellen.
Die Starrflügler-Drohne Trinity F90+ von Quantum-Systems GmbH ist mit einem Farbsensor (RGB Sensor, Sony RX1 RII) und einem Multispektral-Sensor (MicaSense Altum-PT) ausgestattet. Die Starrflügler-Drohne eignet sich insbesondere für die Befliegung großer Gelände, da sie bis zu 90 Minuten lang in der Luft bleiben kann. Nach Befliegung der Baumkronen werden die Luftbilder perspektivisch mithilfe der Open-Source-Software Open Drone Map korrigiert. Auf Grundlage dieser Luftaufnahmen und Aufnahmen zur Geländeerkennung am Boden (sogenannte Ground-Truth-Daten) wird das KI-System trainiert. Das KI-System besteht aus mehreren Tiefen Neuronalen Netzen (DNN) - einer Art maschinellen Lernens, welches automatisch Merkmale erkennt. Ein DNN ist für die Einzelbaumerkennung verantwortlich. Ein anderes DNN erkennt automatisch die Baumarten. Die Multispektralsensorik erfasst die Vitalitätsdaten der Bäume. Die verschiedenen DNNs bilden das KI-System, welches Vorhersagen über die Gesundheit der Bäume trifft. Entscheidungen über Maßnahmen treffen weiterhin menschliche Expertinnen und Experten nach Augenschein, Qualifikation und Erfahrung.
Die Stadt Bamberg setzt das Projekt gemeinsam mit der Professur für Angewandte Informatik, insbesondere Kognitive Systeme der Universität Bamberg um. Die Stabsstelle Smart City der Stadt Bamberg übernimmt die Projektorganisation. Die Mitarbeitenden des Forstamtes und der Bamberger Service Betriebe führen die Befliegung durch und geben als Endnutzer wichtige Hinweise zur Nutzbarkeit des Systems. Das Projektteam besteht insgesamt aus fünf Mitarbeitenden.
Zuerst wurden die Baumbestände in der Stadt und im städtischen Forst mit Starrflügler-Drohnen beflogen und mit verschiedenen Sensorsystemen erfasst und vermessen. So können zum Beispiel nach Stürmen oder Hitzephasen Schäden visualisiert und bewertet werden. Es ermöglicht, den Baumbestand gezielt zu pflegen und zu überwachen. Ergänzt werden die Daten durch vorhandene Datensätze über wertvolle Baumbestände im Baumkataster. Im zweiten Schritt erlernt eine Software durch den Einsatz Künstlicher Intelligenz (KI) Vorhersagen über zukünftige Schäden zu treffen und trägt so zum Schutz einzelner Naturdenkmäler und ganzer Forstbestände bei. Schädlingsbefall durch Borkenkäfer oder Misteln werden großflächig erkannt, sodass rechtzeitig Maßnahmen zur Erhaltung der städtischen Wälder getroffen werden können. Auch andere Kommunen in Bayern beteiligen sich zukünftig an der Datensammlung. Die anwachsende Datenmenge verbessert dabei das Training des KI-Systems fortlaufend.
Die Stadt arbeitet an Formaten, um auch Bürgerinnen und Bürger an dem Projekt zu beteiligen. Eine mögliche Beteiligungsform ist beispielsweise eine Gießpartnerschaft für die vom Trockenstress betroffenen Bäume.
Es findet in dem Projekt eine intensive Vernetzung zwischen den Ämtern der Kommune und den Fachbereichen der Universität Bamberg statt. Die Stabsstelle Smart City ist in das Projektteam eingebunden und gewährleistet die langfristige Anbindung an (über-)regionale Netzwerke und sichert die Nachhaltigkeit des Vorhabens über die Projektlaufzeit hinaus. Auch Studierende werden im Kontext von Lehrprojekten in das Projekt einbezogen. Zudem wird die Vernetzung zwischen Forstamt und Bamberger Service Betrieben (ehemals Gartenamt) gefördert und der fachliche Austausch gestärkt.
Für die Befliegung des Forstbereichs gab das Projektteam dem Flugplatz und dem Ordnungsamt Bescheid. Eine Sondergenehmigung ist nicht erforderlich.
Die Stadt Bamberg informiert Bürgerinnen und Bürger über die Befliegung der Baumkronen. Die Bilder haben eine Bodenauflösung von 1,5 bis 2,0 Zentimeter. Personen sind nicht identifizierbar. Die Starrflügler-Drohne fliegt maximal 150 Meter an die Häuser heran.
