TreeCop - ein Monitoringsystem für Bäume

Das Amt für Geoinformation, Vermessung und Kataster arbeitet seit 2020 gemeinsam mit Grün und Gruga und der Universität Trier an dem Projekt "Treecop", einem Monitoringsystem für Bäume.

Der Sommer 2021 bildet eventuell eine Ausnahme, denn Experten erwarten weitere Hitzeperioden, so wie in den Jahren 2018 bis 2020, als die Bäume entlang der Straßen mit Millionen Litern Wasser gegossen werden mussten. Trotzdem hat die Stadt Essen seit 2014 rund 34.000 Bäume in der Folge von Extremwetterereignissen mit Sturm-, Hitze- oder Dürreschäden verloren. Jeder vierte Baum gilt als gefährdet.

Das interdisziplinäre Projekt TreeCop soll mit digitalen Hilfsmitteln Grün und Gruga dabei helfen, die Wasserversorgung der Stadtbäume zu bewerten, Prioritäten in der Standortoptimierung zu identifizieren und auf künstliche Bewässerung angewiesene Bäume in Zukunft frühzeitig und gezielt zu wässern. Die Forscher an der Universität Trier bedienen sich dafür Aufnahmen des europäischen Satellitenprogramms "Copernicus". Alle drei Tage überfliegt ein Satellit das Stadtgebiet und erfasst es in Bildpunkten von zehn Mal zehn Meter Rastergröße. Durch Auswertung der Farbkanäle der Aufnahmen erhalten sie Aufschluss über den Chlorophyllgehalt der Blätter und damit über den Gesundheitszustand der Bäume. Da sich die spektrale Signatur der Baumkronenoberfläche in Abhängigkeit seiner witterungsbedingten Wasserversorgung verändert, kann man anhand der Satellitenaufnahmen die Auswirkungen von Trockenstress, für große Stadtbäume sogar mit Einzelbaumbezug, erkennen. Zur Vermeidung von Trockenstress benötigt man bereits frühzeitig ergänzend zu den Wettervorhersagemodellen verlässliche Daten zur aktuellen Bodenwasserversorgung und deren witterungsabhängiger Entwicklung.

Für diesen Zweck wurden an repräsentativen Standorten 45 Sensorikpakete zur Bodenfeuchtigkeitsmessung im Wurzelbereich ausgewählter Stadtbäume eingebaut. Bei den Sensoren handelt es sich um sogenannte Saugspannungsmessgeräte, welche in einem Keramikkörper den Kraftaufwand für den notwendigen Unterdruck messen, welche die Wurzel erzeugen muss, um dem Boden anhaftendes Wasser entziehen und mit entsprechender Nährelementlösung aufnehmen zu können. An jedem Stadtbaum messen drei solcher Sensoren in Tiefen von 30, 60 und 100 Zentimeter diese Saugspannung. Die Sensoren sind zur Stromversorgung und Messdatenkommunikation per Kabel mit einer Zentraleinheit verbunden, die ihrerseits über eine Sendeeinheit die Messdaten über das Datenfunknetz LoRaWAN der Stadtwerke Essen an das städtische Rechenzentrum im Essener Systemhaus übertragen.

Die Geoinformatiker werten die gewonnenen Messdaten mithilfe spezieller Software aus und gleichen diese dann zur Interpretation mit den Satellitenaufnahmen ab. Auf Basis der Dateninterpretation werden belastbare Aussagen zur Wasserversorgung der Stadtbaumstandorte erwartet, die nicht mit Sensoren bestückt sind.

Die Mitarbeiter*innen bei Grün und Gruga können anhand der Datenauswertung Rückschlüsse ziehen: Welche Baumart ist besonders widerstandsfähig gegen Trockenstress? Welchen Einfluss hat der jeweilige Standort? Wann und wie oft müssen sie gegossen werden, damit es gar nicht erst zu Trockenstress kommt? Welche Baumstandorte sind dringend sanierungsbedürftig? Ab einem Alter von zirka 20 Jahren sollten sich die Straßenbäume an ihre Umgebung angepasst und den notwendigen Wurzelraum soweit erschlossen haben, dass sie weniger schnell unter Trockenstress leiden. Anders sieht es mit jungen Bäumen aus. Sie müssen bei längeren Trockenperioden regelmäßig gegossen werden. Zur Sicherstellung der lebenserhaltenden Wasserversorgung benötigt ein junger Baum alle 7-10 Tage eine gezielte Wassergaben von 100 Liter zur langsamen Versickerung direkt über dem Wurzelballen. Für einen Gießdurchgang benötigt Grün und Gruga 800.000 Liter Wasser. So wurden in den Dürrejahren 2018 bis 2020 jährlich rund 1,2 Millionen Euro für die Bewässerung von Stadtbäumen aufgewendet. Ein einziger Gießdurchgang allein für die rund 10.000 Jungbäume verursacht Kosten in Höhe von 30.000 Euro.

45 Messgeräte zur Datenerfassung haben die Arboristen und Förster*innen bisher im Stadtgebiet verteilt, 15 davon in Wäldern als Referenzpunkte, wobei der Fokus auf den 200.000 Stadtbäumen liegt. Anfang kommenden Jahres sollen weitere 40 Geräte folgen, um ein möglichst repräsentatives Bild zu ermitteln. Das Amt für Geoinformation geht davon aus, dass nach drei Jahren ein belastbares Modell für die Stadt Essen vorliegt. Das Ziel ist ein Bewässerungsmodell, mit dessen Hilfe sich einerseits die knappe Ressource Wasser gezielter einsetzen lässt und andererseits die baulichen Optimierungsbedarfe für die Anpassung der Stadtbaumstandorte an den Klimawandel priorisiert werden können. Vor dem Hintergrund der oben dargestellten enormen Aufwände in Verbindung mit der klimabedingten Verknappung des Trink- und Grundwasserangebotes ist demnach die Integration des Oberflächenwassers in die Modellierung der Bewässerungsstrategie unerlässlich. In Verbindung mit der Katastrophenvorsorge im Kontext der Starkniederschlagsproblematiken sind hier erhebliche Synergien zu erwarten. Die Projektpartner arbeiten in diesem Projektkontext auch über das Projekt TreeCop hinaus an interdisziplinären Lösungsansätzen.

Amt für Geoinformation, Vermessung und Kataster
Fachbereichsleiter
Dr. Frank Knospe

Leiter Geoinformation
Dr. Christian Lindner

Grün und Gruga
Operative Leitung technische Sachgebiete
Norbert Bösken

Stadtwerke Essen AG
Projektleiter LoRaWAN
Tobias Grau

Essener Versorgungs- und Verkehrsgesellschaft mbH (EVV)
Leitung CONNECTED.ESSEN
Dr. Silke Katharina Berger
Telefon: 0201 80952200
E-Mail: silke.berger@evv-online.de

Stadt Essen
Chief Digital Officer (CDO)
Peter Adelskamp
Telefon: 0201 8888109
E-Mail: peter.adelskamp@digital.essen.de