Beurteilende*r| Name: | Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr.nat.techn. Manfred Josef Lexer |
| Herkunftsbetrieb: | |
| 1.Mitwirkender |
| Name: | Ao.Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr.nat.techn. Harald Vacik |
| Herkunftsbetrieb: | |
| 2.Mitwirkender |
| Name: | Dipl.-Ing. Michael Kessler |
| Herkunftsbetrieb: | |
| Arbeit |
| Typ der Arbeit: | Masterarbeit |
| Sprache der Arbeit: | Englisch |
| Titel der Arbeit in Originalsprache: | Mapping tree species suitability based on fuzzy set theory |
| Titel der Arbeit in deutsch: | Mapping tree species suitability based on fuzzy set theory |
| Titel der Arbeit in englisch: | Mapping tree species suitability based on fuzzy set theory |
| Publikationsmonat: | 06.2022 |
| Seitenanzahl: | 141 |
| Volltext |
| Volltext der Arbeit: | Volltext der Arbeit im PDF-Format laden |
| Online-Katalog der Universitätsbibliothek Bodenkultur |
| AC-Nummer: | AC16559927 |
| Abstract |
| Abstract in Deutsch: | Die Baumartenwahl ist eine der langfristig wirkenden Entscheidungen im Rahmen nachhaltiger Waldbewirtschaftung. Unterschiedliche Ansätze wurden vorgeschlagen bzw. sind in Verwendung, um die Eignung einer Baumart für einen bestimmten Standort zu beurteilen. Die gegenständliche Arbeit fokussiert auf das weitgehende Fehlen von quantitativen Daten und die unscharfe und zum Teil unterschiedliche Meinung von Experten. Fuzzy Logic Ansätze werden in diesem Kontext als ein möglicher methodischer Ansatz gesehen. Die Ziele der vorliegenden Arbeit sind: (i) die Entwicklung des konzeptionellen Rahmens für ein Baumarteneignungsmodell, (ii) die Implementierung des Modells mit MATLAB, und (iii) Die vorläufige Evaluierung des Models mit Daten aus dem FORSITE Projekt aus der Steiermark, Österreich.
Standortsmerkmale wurden in das Temperaturregime, die Nährstoff- und die Wasserversorgung strukturiert. Jede Merkmalsgruppe wurde als Mamdani Kontrolleinheit modelliert. Als Ergebnis jeder Einheit ergibt sich jeweils ein Eignungsindex, die drei Indices werden dann in einem weiteren Schritt zu einer Gesamteignung aggregiert. Für die Aggregation wurden sowohl ein Gamma-Operator als auch ein Minimum-Operator verwendet.
Das Modellverhalten wurde anhand von 30 Standorten in der Steiermark aus dem FORSITE Projekt evaluiert. Dazu wurden Eignungswerte für Picea abies, Abies alba, Fagus sylvatica und Quercus robur berechnet und vergleichend analysiert. Insgesamt entsprach das Modellverhalten entlang der ökologischen Gradienten den Erwartungen, sowohl absolut als auch in Bezug auf das relative Verhalten der Baumarteneignungswerte. Es wurde allerdings festgestellt, dass teilweise die Relationen von Input zu Output nicht konsistent waren. Gründe waren (i) die Center of Gravity Defuzzifizierungsmethode (COG), (ii) die Überlappungsbereiche von Fuzzy Sets, (iii) die Maximum-Aggregierungsmethode für Output-Fuzzy Sets, und (iv) die Regelbasis. Der Gamma-Operator produzierte gleichmäßigere Outputs im Vergleich zum Minimum-Operator. Die Resultate zeigten, dass Picea abies und Abies alba von Hochlagenstandorten bis in mittlere Höhenlagen sehr gut geeignet sind, während Fagus sylvatica und Quercus robur in mittleren und tiefer gelegenen Höhenlagen gute Eignungswerte aufwiesen. |
| Abstract in Englisch: | Tree species choice plays an important role in sustainable forest management. Several approaches have been studied to match the best tree species with given site conditions. However, the need for the current study has arisen due to the lack of crisp data and the difference in expert perspectives. Fuzzy logic controller is an appropriate solution to address these limitations as it could combine quantitative and qualitative approaches. The system utilizes rules instead of algorithms to model expert knowledge with crisp data.
The objectives of this thesis were (1) Developing the conceptual frame for a Tree Species Suitability model, (2) Implementing the model within the MATLAB environment, and (3) Evaluating the model with data from the federal province of Styria, Austria.
The environmental factors were divided into three groups including temperature regime, nutrient supply and water supply. Each group was modeled by Mamdani fuzzy logic controllers to formulate Temperature Suitability Index, Nutrient Suitability Index and Water Suitability Index. Eventually, these indices were aggregated and compared by two methods, namely Gamma operator and Minimum operator. For the model evaluation, 30 sites along different ecological gradients were selected in Styria, Austria (FORSITE project) to analyze model behavior for Picea abies, Abies alba, Fagus sylvatica and Quercus robur.
Overall, the species suitability model behavior met the expectations regarding the estimated suitability indices for individual species along the gradients as well as regards the relative performance of the analyzed tree species. However, model outputs along the input gradients were partly found to be inconsistent with the given input data because of (1) the Center of Gravity defuzzification method, (2) the overlap of the output fuzzy sets, (3) the Maximum aggregation method of the output fuzzy sets, and (4) the rule base. Gamma operator produced smoother output data than Minimum operator. Results of the model showed that Picea abies and Abies alba are suitable to grow from high to medium elevations while Fagus sylvatica and Quercus robur are appropriate to plant in medium and low altitudes. The Tree Species Suitability model is a promising tool to support managers in tree species selection.
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| Schlagworte |
| Schlagwörter Deutsch: | Fuzzylogik, Baumarteneignungsmodell |
| Schlagwörter Englisch: | Fuzzy logic, Tree Species Suitability model |
| Sonstiges |
| Signatur: | D-23267 |
| Organisationseinheit, auf der die Arbeit eingereicht wird: | H91300 Institut für Waldbau (WALDBAU) |
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