Tree Tomography

Enhancing Tree Species Identification in Forestry and Urban Forests through Light Detection and Ranging Point Cloud Structural Features and Machine Learning

2024-01-17T00:00:00+01:00

A new article demonstrates a novel computational efficient method to classify tree species in LiDAR point clouds.

As remote sensing transforms forest and urban tree management, automating tree species classification is now a major challenge to harness these advances for forestry and urban management. This study investigated the use of structural bark features from terrestrial laser scanner point cloud data for tree species identification. It presents a novel mathematical approach for describing bark characteristics, which have traditionally been used by experts for the visual identification of tree species. These features were used to train four machine learning algorithms (decision trees, random forests, XGBoost, and support vector machines). These methods achieved high classification accuracies between 83% (decision tree) and 96% (XGBoost) with a data set of 85 trees of four species collected near Krakow, Poland. The results suggest that bark features from point cloud data could significantly aid species identification, potentially reducing the amount of training data required by leveraging centuries of botanical knowledge. This computationally efficient approach might allow for real-time species classification.

Neue Methode zur Baumartenbestimmung in LiDAR-Punktwolken

2024-01-17T00:00:00+01:00

Ein neuer Artikel zeigt eine neuartige, rechnerisch effiziente Methode zur Identifizierung von Baumarten in LiDAR-Punktwolken.

Da die Fernerkundung die Bewirtschaftung von Wäldern und städtischen Bäumen rasant verändert, ist die automatische Bestimmung von Baumarten jetzt eine große Herausforderung, um diese Fortschritte nutzbar zu machen. In dieser Studie wurde die Verwendung von strukturellen Rindenmerkmalen aus terrestrischen Laserscanner-Punktwolkendaten für die Baumartenbestimmung untersucht. Es wird ein neuer mathematischer Ansatz zur Beschreibung von Rindenmerkmalen vorgestellt, die traditionell von Experten zur visuellen Identifizierung von Baumarten verwendet werden. Anhand dieser Merkmale wurden vier Algorithmen des maschinellen Lernens (Entscheidungsbäume, Random Forest, XGBoost und Support-Vector-Maschinen) trainiert. Diese Methoden erreichten eine hohe Klassifizierungsgenauigkeit zwischen 83 % (Entscheidungsbaum) und 96 % (XGBoost) bei einem Datensatz von 85 Bäumen von vier Arten, die in der Nähe von Krakau, Polen, gesammelt wurden. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Rindenmerkmale aus Punktwolkendaten die Identifizierung von Arten erheblich erleichtern könnten, indem die Menge der erforderlichen Trainingsdaten durch die Nutzung jahrhundertealter botanischer Kenntnisse reduziert wird. Dieser rechnerisch effiziente Ansatz könnte die Klassifizierung von Arten in Echtzeit ermöglichen.

Experimental Test of Non-Destructive Methods to Assess the Anchorage of Trees

2023-03-07T00:00:00+01:00

A new article provides evidence of the efficacy of the pulling test method.

More than 280 trees were uprooted in winching tests monitored by high resolution inclinometers at the base of the trees and a forcemeter mounted in the winching line. The dataset comprises trees growing on different urban and forest sites in Europe and North America and mainly consists of fifteen widespread tree species. For the first time, a large number of trees were measured non-destructively prior to uprooting failure, as commonly practiced by consulting arborists in static load tests. With these tests, the bending moment required to cause 0.25° root plate inclination (rotational stiffness) was determined and used to predict the strength of the root system from equations described in two evaluation methods currently used in arboriculture. The predictions were tested against the measured anchorage strength, i.e., the maximum bending moment that was required to uproot the trees. Both methods delivered good estimates, which indicates that rotational stiffness at 0.25° inclination of the stem base is a suitable proxy for anchorage strength. Both equations can be considered valid for assessing the likelihood of uprooting failure, as they systematically underestimate and rarely overestimate the actual resistance to failure of a tree’s root system. As a trend, the differences between predicted and measured anchorage strength were larger for small trees, for which the resistance of the root system was overcome at larger inclination angles. While the quality of the predictions differed for species, it did not differ between sites. The angles of stem inclination at which the anchorage strength was overcome for all trees in our dataset support models for the mechanics involved in uprooting failure that previously have been described only for conifers with a shallow root system.

Experimentelle Überprüfung von zerstörungsfreien Methoden zur Beurteilung der Verankerung von Bäumen

2023-03-07T00:00:00+01:00

Ein neuer Artikel liefert den Beweis für die Zuverlässigkeit der Zugversuchsmethode.

Mehr als 280 Bäume wurden wissenschaftlich begleitet entwurzelt. Der Datensatz umfasst Bäume, die in verschiedenen städtiStädten und Wäldern in Europa und Nordamerika wuchsen, und besteht hauptsächlich aus fünfzehn weit verbreiteten Baumarten. Zum ersten Mal wurde eine große Anzahl von Bäumen vor dem Entwurzelungsversagen zerstörungsfrei vermessen, wie es von Baumgutachtern bei statischen Zugversuchen üblicherweise praktiziert wird. Anhand dieser Tests wurde das Biegemoment ermittelt, das erforderlich ist, um eine Neigung des Wurzeltellers von 0,25° zu verursachen (Rotationssteifigkeit), und zur Vorhersage der Stärke des Wurzelsystems anhand von Gleichungen verwendet, die in zwei derzeit in der Baumpflege verwendeten Bewertungsmethoden beschrieben sind. Die Vorhersagen wurden mit der gemessenen Verankerungsstärke verglichen, d. h. dem maximalen Biegemoment, das erforderlich war, um die Bäume zu entwurzeln.

Beide Methoden lieferten gute Schätzungen, was darauf hindeutet, dass die Rotationssteifigkeit bei 0,25° Neigung der Stammbasis ein geeigneter Ersatz für die Verankerungsstärke ist. Beide Gleichungen können als valide für die Bewertung der Wahrscheinlichkeit eines Entwurzelungsversagens angesehen werden, da sie die tatsächliche Widerstandsfähigkeit des Wurzelsystems eines Baumes systematisch unterschätzen und nur selten überschätzen. Tendenziell waren die Unterschiede zwischen vorhergesagter und gemessener Verankerungsstärke bei kleinen Bäumen größer, bei denen der Widerstand des Wurzelsystems bei größeren Neigungswinkeln überwunden wurde. Die Qualität der Vorhersagen war zwar je nach Baumart unterschiedlich, unterschied sich jedoch nicht zwischen den Standorten. Die Neigungswinkel der Stämme, bei denen die Verankerungsstärke für alle Bäume in unserem Datensatz überwunden wurde, unterstützen Modelle für die Mechanik des Entwurzelungsversagens, die bisher nur für Nadelbäume mit einem flachen Wurzelsystem beschrieben wurden.

Accuracy and reproducibility of acoustic tomography significantly increase with precision of sensor position

2022-08-19T00:00:00+02:00

Stem cross-sections (top) and tomograms (bottom) of spruce trees. From: Rust (2017)

Background

Acoustic tomograms are widely used in tree risk assessment. They should be accurate, repeatable and comparable between consecutive measurements. Previous work has failed to address the effects of different approaches to record sensor positions, operators and models of tomograph on the resulting tomograms.

Methods

In a study published in the Journal of Forest and Landscape Research, three operators used the two most common sonic tomograph models to measure seven cross-sections of Norway spruce trees, which were felled after the measurement. We evaluated the effects of model, operator, and different approaches to measure sensor positions on the quality of the tomograms.

Results

The largest source of error was the precision with which the position of sensors was measured, affecting estimated stress wave velocity, the size of the defect, and the estimated loss in load carrying capacity.

Conclusion

To produce accurate and repeatable tomograms of trees with complex shapes, it is essential to measure the sensor positions precisely.

Accuracy of sensor positions affects several affects of tomography.

Genauigkeit und Reproduzierbarkeit von Tomogrammen hängen wesentlich von der Einmessung der Sensorposition ab

2022-08-19T00:00:00+02:00

Stammquerschnitte (oben) und Tomogramme (Mitte und unten). Aus: Rust (2017).

Hintergrund

Schalltomogramme sollten wiederholbar und auch mit einem zeitlichen Abstand von mehreren Jahren vergleichbar sein. Bisher gab es keine Untersuchungen zum Einfluss verschiedener Gutachter oder der unterschiedlichen Herangehensweisen an die Erfassung der Sensorposition.

Methoden

In einer im Journal of Forest and Landscape Research veröffentlichten Untersuchung verwendeten drei Sachverständige zwei unterschiedliche Schalltomographen, um sieben Querschnitte von Fichten zu messen. Die Bäume wurden nach der Messung gefällt, um den Zustand der Tomographieebenen zu dokumentieren.

Ergebnisse

Die größte Fehlerquelle war die Art der Einmessung der Sensorpositionen. Sie beeinflusst die Schätzung der Schallgeschwindigkeit, die Form des Tomogramms und die Größe des Schadens.

Schlussfolgerungen

Um genaue und wiederholbare Tomogramme von Bäumen mit unregelmäßigen Querschnitten anzufertigen ist es somit unabdingbar, die Sensorpositionen präzise zu erfassen.

Die Messung der Sensorpositionen beeinflusst viele Aspekte der Tomographie.

Weiterführende Literatur

Rust, Steffen. 2017. “Accuracy and reproducibility of acoustic tomography significantly increase with precision of sensor position”. Journal of Forest and Landscape Research 2 (1).

Rust, Steffen. 2020. “Comparison of methods to measure sensor positions for tomography”. Arboricultural Journal, 1–7.

Rust, Steffen. 2022. “Reproducibility of Stress Wave and Electrical Resistivity Tomography for Tree Assessment”. Forests 13 (2): 295.

Using Artificial Intelligence to Assist Tree Risk Assessment

2022-03-03T00:00:00+01:00

A new article analyses the use of artificial intelligence to assist tree assessment.

Although the industry has raised the standards of tree risk assessment considerably in recent years, the quality of judgements is still very variable and influenced by a wide range of factors. Due to the complexity and diversity of trees and sites, collecting and verifying relevant personal experiences takes tree assessors many years. In many countries, new tree assessors learn from a small number of experienced peers.

Artificial intelligence (AI) can be used to collect and condense scattered knowledge and deploy it in a support tool for basic tree assessment. In this project, the application of a commercial AI decision-making system software to tree assessment is tested. The software is based on a new dynamic nonclassical logic, which combines diverse knowledge sources to an emergent system to support visual tree assessments. A set of rules describes existing knowledge about the mostly unsharp parameters affecting the likelihood of failure and damage. The software evaluates the data collected during a basic tree assessment and provides an estimate of the level of risk posed by the tree. The result and the reasons for it are presented in plain language. Users can then examine this estimate and feed their own assessment back into the system to train it further, so that this “white” AI system is self-learning based on experience acquired in practical use.

The use of AI in tree risk assessment not only supports the user but can also be used to disseminate knowledge and promote the standardization of decision-making in tree assessment.

Important directions for further research and knowledge gaps related to the training of AI systems in the absence of industry-wide, agreed-upon criteria for risk identified in this project are: how to collect sufficient quality-assured data sets to define the initial set of rules; and how to assess the level of expertise of users training the system further.

Einsatz künstlicher Intelligenz zur Unterstützung der Baumkontrolle

2022-03-03T00:00:00+01:00

Ein neuer Artikel untersucht den Einsatz künstlicher Intelligenz bei der Baumkontrolle.

Obwohl die Branche in den letzten Jahren die Standards für Baumkontrollen erheblich angehoben hat, ist die Qualität der Ergebnisse immer noch sehr unterschiedlich und wird von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst. Aufgrund der Komplexität und Vielfalt von Bäumen und Standorten benötigen Baumkontrolleure viele Jahre, um relevante persönliche Erfahrungen zu sammeln und zu überprüfen. In vielen Ländern lernen neue Baumgutachter von einer sehr kleinen Anzahl erfahrener Kollegen.

Künstliche Intelligenz (KI) kann eingesetzt werden, um verstreutes Wissen zu sammeln, zu verdichten und es in einem Hilfsmittel für die Baumkontrolle einzusetzen. In diesem Projekt wird die Anwendung einer kommerziellen KI-Entscheidungssystemsoftware für die Baumbewertung getestet.

Die Software basiert auf einer neuen dynamischen, nicht-klassischen Logik, die verschiedene Wissensquellen zu einem emergenten System kombiniert, um visuelle Baumkontrollen zu unterstützen. Ein Satz von Regeln beschreibt das vorhandene Wissen über die meist unscharfen Parameter, die die Wahrscheinlichkeit von Baumversagen und Schäden beeinflussen. Die Software wertet die bei einer Baumkontrolle gesammelten Daten aus und liefert eine Einschätzung des Risikos. Das Ergebnis und die Gründe dafür werden in verständlicher Sprache dargestellt. Die Nutzer können diese Einschätzung überprüfen und ihre eigene Einschätzung in das System einspeisen, um es weiter zu trainieren, so dass dieses “weiße” KI-System auf der Grundlage der in der Praxis gewonnenen Erfahrungen selbstlernend ist.

Der Einsatz von KI bei der Risikobewertung von Bäumen unterstützt nicht nur den Anwender, sondern kann auch zur Verbreitung von Wissen und zur Förderung der Standardisierung der Entscheidungsfindung bei der Baumkontrolle genutzt werden.

Wichtige Ansätze für die weitere Forschung und Wissenslücken, die in diesem Projekt identifiziert wurden, sind: Wie sammelt man ausreichende qualitätsgesicherte Datensätze, um den anfänglichen Satz von Regeln zu definieren, und wie bewertet man das Niveau der Fachkenntnisse der Benutzer, die das System weiter trainieren.

Recent tree failures validate results of wind tipping curves

2022-02-24T00:00:00+01:00

Last weeks storms confirmed results of tree assessments based on wind-tipping-curves and static pulling tests.

Measurements of basal inclination had identified 2 out of 9 trees as at a risk of failure. In the following figure published in 2019 these two trees are easily recognized:

Both conspicuous trees have failed last week. Wind tipping data had been collected for several years.

Versagen im Sturm bestätigt Auswertung dynamischer Messungen der Neigung im Wind

2022-02-24T00:00:00+01:00

Die Stürme der letzten Woche haben die Abschätzungen der Wind-Neigungskurve und der Zugversuchsmethode bestätigt.

Messungen an einer Gruppe von Buchen hatten zwei Bäume als wurfgefährdet identifiziert. Diese sind in der folgenden Abbildung von 2019 am steilen Anstieg der Neigung mit der Windgeschwindigkeit zu erkennen:

Beide auffälligen Buchen wurden inzwischen entwurzelt. Zuvor waren in mehreren Stürmen Neigungssensoren an der Stammbasis installiert worden.

Weiterführende Literatur

Poster at ISA Annual Conference

Publication in Arboriculture & Urban Forestry

Reproducibility of Stress Wave and Electrical Resistivity Tomography for Tree Assessment

2022-02-13T00:00:00+01:00

A new article analyses results of the first longitudinal study of sonic tomography and electrical resisitivity tomography repeated across several years.

Background

Tomography is widely used in tree risk assessment and forest ecology. Tomograms should be accurate, repeatable and comparable between consecutive measurements. This is the first longitudinal study addressing reproducibility over a period of several years and the key factors influencing it, from raw data to final tomograms.

Methods

Trees were either repeatedly measured by the same researcher over periods of hours to months, by different researchers using either the same or a new installation of the same equipment, or with different tomographs.

Results

Overall, differences between tomograms were small and without impact on the assessment of the safety of the tree. Between initial and follow-up measurements after 2 to 5 years, the coefficients of correlation of stress wave velocity ranged from 0.75 to 0.96, those of loss in section modulus estimated from tomograms ranged from 0.82 to 0.93. The coefficient of correlation of repeated sapwood area estimates with electrical resistivity tomography was 0.97. The major cause of deviations was variation in the sensor positions between repeated tomographies, and, for electrical resistivity tomography, variation of temperature.

Conclusion

Provided that sensor positions are accurately recorded and documented, tomograms can reliably be repeated by different assessors over periods of years. Assessments based on complex calculations like loss of section modulus should be treated with caution, because they accumulate and amplify all sources of variation.

Tomogramme sind vergleichbar

2022-02-13T00:00:00+01:00

Eine neue Studie untersucht erstmals die Wiederholbarkeit von Schall- und elektrischen Widerstandstomogrammen über mehrere Jahre.

Hintergrund

Die Tomographie ist eine verbreite Methode für die Risikobewertung von Bäumen und in der Waldökologie. Tomogramme sollten genau, wiederholbar und zwischen aufeinanderfolgenden Messungen vergleichbar sein. Dies ist die erste Längsschnittstudie, welche die Reproduzierbarkeit über einen Zeitraum von mehreren Jahren und die Schlüsselfaktoren, die sie beeinflussen, von den Rohdaten bis zu den endgültigen Tomogrammen untersucht.

Methoden

Die Bäume wurden entweder

wiederholt von demselben Forscher über Zeiträume von Stunden bis Monaten,
von verschiedenen Forschern mit den gleichen oder neu gesetzten Messpunkten
oder mit verschiedenen Tomographen

gemessen.

Ergebnisse

Insgesamt waren die Unterschiede zwischen den Tomogrammen gering und ohne Auswirkungen auf die Bewertung der Sicherheit des Baumes.

Zwischen Erst- und Folgemessungen nach 2 bis 5 Jahren lagen die Korrelationskoeffizienten

der Schallgeschwindigkeit zwischen 0,75 und 0,96,
die des aus den Tomogrammen geschätzten Tragfähigkeitsverlust zwischen 0,82 und 0,93.

Der Korrelationskoeffizient der wiederholten Schätzungen der Splintholzfläche mit der elektrischen Widerstandstomographie lag bei 0,97.

Die Hauptursachen für die Abweichungen waren die Variation der Sensorpositionen zwischen wiederholten Tomographien und bei der elektrischen Widerstandstomographie Schwankungen der Temperatur.

Schlussfolgerung

Unter der Voraussetzung, dass die Sensorpositionen genau gemessen und dokumentiert werden, können Tomogramme von verschiedenen Untersuchern über Jahre hinweg wiederholt werden. Beurteilungen, die auf komplexen Berechnungen wie dem Verlust der Tragfähigkeit basieren, sind mit Vorsicht zu betrachten, da sie alle Quellen der Variation kumulieren und verstärken.

Weitere Informationen

Rust, Steffen. 2022. „Reproducibility of Stress Wave and Electrical Resistivity Tomography for Tree Assessment”. Forests 13 (2): 295.

Static Pulling tests can be used for urban and forest trees

2022-01-22T00:00:00+01:00

In urbanized areas, wind disturbances can be intensiﬁed by anthropogenic stresses under which trees may become hazardous, creating serious threats and damages to nearby targets. Therefore, species with notably lower both wood mechanical properties and compartmentalization, such as pioneers, are considered to have higher wind damage risk if subjected to unfavorable growing conditions.

Eurasian aspen (Populus tremula L.) and silver birch (Betula pendula Roth.), are frequently found in both urban and peri-urban forests in Northeastern and Central parts of Europe, which strengthen the necessity for the evaluation of mechanical stability of such species. Therefore, static pulling tests were performed to compare the mechanical stability of the studied species in both urban and peri-urban forests.

The loading resistance of the studied species differed, with birch being more stable than aspen, indicating aspen to be more prone to wind damage. Additionally, the mechanical stability of birch did not differ between trees growing in urban and peri-urban forests, suggesting static pulling tests are a suitable method for comparing trees from completely different growing conditions.

Original scientific publication

KRIŠĀNS, Oskars, Linda ČAKŠA, Roberts MATISONS, Steffen RUST, Didzis ELFERTS, Andris SEIPULIS und Āris JANSONS, 2022. A Static Pulling Test Is a Suitable Method for Comparison of the Loading Resistance of Silver Birch (Betula pendula Roth.) between Urban and Peri-Urban Forests. Forests. 16 Januar 2022. Bd. 13, Nr. 1, S. 127. DOI 10.3390/f13010127

Zugversuche sind für Stadt- und Waldbäume einsetzbar

2022-01-22T00:00:00+01:00

Die Stand- und Bruchsicherheit von Pappeln und Birken wurde im Wald und an städtischen Standorten mit Zugversuchen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Methode für beide Standorte geeignet ist, die Versagenslasten zu schätzen. Eine neue Studie wertete Daten aus Lettland und Deutschland aus.

Weitere Informationen

Comparison of methods to measure sensor positions for tomography

2020-11-02T00:00:00+01:00

Tomographs are increasingly used in advanced tree assessment. Their accuracy depends on accurately measured sensor positions (Rust 2017). For complex cross-sections, using the standard method based on electronic callipers, recording sensor positions is time consuming and, in rare cases, can even fail. Faster and easy to use methods could improve the quality of tomograms because users are more likely to record sensor positions accurately.

This study tested several alternative methods to measure sensor positions and compared them to results from electronic callipers. These are structure from motion, an infrared depth sensor, and pattern recognition. All methods proved to be highly accurate with results deviating less than 2% between methods.

Neue Methoden zur schnellen Erfassung der Sensorposition für die Tomographie

2020-11-02T00:00:00+01:00

Tomographen werden weltweit bei der Untersuchung von Bäumen eingesetzt. Die Genauigkeit der Tomogramme hängt davon ab, dass die Sensorpositionen möglichst genau erfasst werden. Bei komplexen Querschnitten ist die Standardmethode mit elektronischen Kluppen aufwändig und kann in seltenen Fällen sogar scheitern. Schnellere und einfachere Methoden könnten die Qualität der Tomogramme erhöhen, da die Nutzer eher bereit wären, die Sensorpositionen genau zu erfassen.

In dieser Untersuchung wurden verschiedene alternative Methoden mit dem Einsatz einer elektronischen Kluppe verglichen. Die Ergebnisse des Infrarotentfernungssensors, der Mustererkennung und Structure from Motion wichen weniger als 2% voneinander und denen der Kluppe ab.

Weiterführende Literatur

Rust, S., 2017. Accuracy and reproducibility of acoustic tomography significantly increase with precision of sensor position. Journal of Forest and Landscape Research, 2 (1), 1–6.

Rust, S., 2020. Comparison of methods to measure sensor positions for tomography. Arboricultural Journal, 1–7.

Validating wind load analyses for static pulling tests

2020-11-01T00:00:00+01:00

Three studies compared the wind load estimated from dynamic measurements of root plate tilt in storms to the results of a standard pulling test software. For most trees, both estimates were in close agreement.

References

ESCHE, Daniel und P. SCHUMACHER, 2017. Experimentelle Überprüfung der Windlastanalyse für statische Zugversuche. BSc. Göttingen: HAWK - Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst, Hildesheim/Holzminden/Göttingen

ESCHE, Daniel, Pit SCHUMACHER, Andreas DETTER und Steffen RUST, 2018. Experimentelle Überprüfung der Windlastanalyse für statische Zugversuche. In: Dirk DUJESIEFKEN (Hrsg.), Jahrbuch der Baumpflege. Braunschweig: Haymarket Media. 2018. S. 229–236

KÖNIG, M., 2018. Experimentelle Überprüfung von Windlastanalysen am Beispiel einer Bergahornallee. BSc. Göttingen: HAWK - Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst, Hildesheim/Holzminden/Göttingen

LOHMANN, Claudius, 2020. Beurteilung der Standsicherheit von Bäumen durch statische Zugversuche und Wind-Neigungs-Messungen. BSc. Göttingen: HAWK - Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst, Hildesheim/Holzminden/Göttingen

Überprüfung der Windlastanalyse der Zugversuche durch Messung der Neigung von Bäumen im Wind

2020-11-01T00:00:00+01:00

In mehreren Studien wurde die Windlast von Bäumen einerseits durch Messungen der Neigung im Sturm, andererseits durch die Software zur Auswertung von Zugversuchen geschätzt. Beide Schätzungen lagen erstaunlich nah beieinander.

Weiterführende Literatur

Root Rot Reduces Stability of Norway Spruce

2020-09-24T00:00:00+02:00

Storms are the main abiotic disturbance in European forests, effects of which are expected to intensify in the future, hence the importance of forest stand stability is increasing. The predisposition of Norway spruce to wind damage appears to be enhanced by pathogens such as Heterobasidion spp., which reduce stability of individual trees. However, detailed information about the effects of the root rot on the stability of individual trees across diverse soil types is still lacking. The aim of the study was to assess the effect of root rot on the individual tree stability of Norway spruce growing on drained peat and mineral soils. In total, 77 Norway spruce trees (age 50–80 years) growing in four stands were tested under static loading. The presence of Heterobasidion spp. had a significant negative effect on the bending moment at primary and secondary failure of the tested trees irrespectively of soil type. This suggests increased legacy effects (e.g., susceptibility to pathogens and pests due to fractured roots and altered water uptake) of storms. Damaged trees act as weak spots increasing the susceptibility of stands to wind damage, thus forming a negative feedback loop and contributing to an ongoing decline in vitality of Norway spruce stands following storms in the study region in the future. Accordingly, the results support the importance of timely identification of the decayed trees, lowering stand density and/or shortening rotation period as the measures to counteract the increasing effects of storms on Norway spruce stands.

Wurzelfäule vermindert auch die Bruchfestigkeit von Fichten

2020-09-24T00:00:00+02:00

77 Fichten (50–80 Jahre alt) in vier Beständen in Lettland wurden mit zerstörenden Zugversuchen untersucht. Der Befall durch Wurzelschwamm (Heterobasidion spp.) reduzierte die Lasten, die zum Erreichen des Primär- und Sekundärversagens des Stammes erforderlich waren.

Weitere Informationen

Artikel in Forests

Barkstripping by deer reduces anchorage in Norway spruce

2020-08-24T00:00:00+02:00

The increasing effects of storms are considered the main abiotic disturbance affecting forest ecosystems. Bark-stripping damage from the growing ungulate populations, in turn, are among the main biotic risks, which might burden the stability of trees and stands. Therefore, the aim of our study is to estimate the effect of cervid bark-stripping on the mechanical stability of Norway spruce using a static tree-pulling test. For the test, eight damaged and 11 undamaged canopy trees were selected from a 40-year old stand (plantation with 1 × 3 m spacing) growing on mineral mesotrophic soil. The selected trees were bark-stripped 7–9 years prior to the experiment. Uprooting was the most frequent type of failure; only two trees broke at the stem. For the damaged trees, the resistance to pulling was significantly reduced (p-value < 0.001). Stem volume and presence of bark-stripping were the best linear predictors of the basal bending moment at the primary failure (irreversible deformation of wood structure) and secondary failure (collapse of the tree). A significant (p-value < 0.001) interaction between stem–wood volume and presence of bark-stripping was observed for primary failure, indicating a size-dependent reduction of stability of the damaged trees. Such interaction lacked significance (p-value = 0.43) for the secondary failure (mostly uprooting), indicating a decrease in stability irrespectively of tree size. Somewhat surprisingly, the decrease in the overall mechanical stability of the bark-stripped trees appeared not to be related to a direct reduction of the strength of the stems, but rather to physiological effects such as altered allocation of carbon, increased drought stress because of interfered hydraulic conductance of wood, or secondary infestation. The reduced stability also suggests that bark-stripped trees can act as the weak spots decreasing the collective stability of stands in the long term, thus increasing the susceptibility to storms.

Überraschendes Ergebnis: Schälschaden am Stamm beeinträchtigen die Verankerung von Fichten

2020-08-24T00:00:00+02:00

In einem Wald in Lettland wurden von Rotwild geschälte und ungeschädigte Fichten mithilfe von zerstörenden Zugversuchen untersucht. Fast alle Bäume kippten. Die Verankerung der geschälten Bäume war signifikant schlechter.

Ausführliche Informationen:

Artikel in Forests

Soil moisture as predictor of plant water status

2020-06-03T00:00:00+02:00

Soil water potential can be used as a proxy for plant available water in irrigation scheduling. This study investigated the relationship between soil water potential and plant water status of pines planted into two different substrates. Predawn leaf water potential as a well-established measure of the plant water status and soil water potential correlated very well.

However, estimating the plant water status from individual sensor readings is subject to significant estimation errors. Furthermore, it was shown that heterogeneous soil/root ball combinations can lead to critical effects on the soil water balance and that sensors installed outside of the root balls cannot estimate the plant water status without site-specific calibration.

Können Bodenfeuchtesensoren zur Bewässerungssteuerung eingesetzt werden?

2020-06-03T00:00:00+02:00

Mit Bodenfeuchtesensoren lässt sich das Wasserpotential des Bodenwassers punktuell messen und seine Pflanzenverfügbarkeit abschätzen. In dieser Studie wurde untersucht, inwieweit dieser Messwert mit dem tatsächlichen Pflanzenwasserstatus in Verbindung steht. An getopften jungen Kiefern wurde als Referenz für den Pflanzenwasserstatus das Dämmerungsblattwasserpotential gemessen und der Zusammenhang mit den Messwerten der Bodensensoren analysiert. Beide Parameter korrelierten sehr gut. Allerdings ist die Schätzung des Pflanzenwasserstatus aus einzelnen Messwerten der Bodensensoren mit deutlichen Schätzfehlern behaftet.

Vor allem zeigte sich, dass heterogene Boden-Ballen-Kombinationen zu kritischen Effekten im Bodenwasserhaushalt führen können und dass außerhalb der Wurzelballen installierte Sensoren den Pflanzenwasserstatus nicht ohne standortsbezogene Kalibirierung schätzen können.

Weiterführende Literatur

Hertzler, J.; Rust, S. Können Watermarksensoren zur Bewässerungssteuerung eingesetzt werden? In Jahrbuch der Baumpflege; Dujesiefken, D., Ed.; Haymarket Media: Braunschweig, 2020; pp. 297–302 ISBN 978-3-87815-270-5.

Hertzler, J. and Rust, S., 2021. Soil Moisture as Predictor of Plant Water Status. Arboriculture & Urban Forestry, 47 (3), 110–115.

Stability Recovery in London Plane Trees Eight Years After Primary Anchorage Failure

2019-06-03T00:00:00+02:00

As the intensity and frequency of strong storms increase, the potential for damage to urban trees also increases. So far, the risk of ultimate failure for partially uprooted trees and how they may recover their stability is not well understood. This study sets out to explore if and to what extent trees can regain anchoring strength after their root systems have been overloaded. In 2010, ten London Plane (Platanus × acerifolia) trees were subjected to destructive winching tests. Two trees were pulled to the ground while eight were loaded until primary anchorage failure occurred and were left standing with inclined stems.

In 2013, two trees had failed and six were re-tested nondestructively. By 2018, another tree had failed, and we tested the remaining five again. Rotational stiffness was derived for all trials and served as a nondestructive proxy for anchoring strength (R² = 0.91). After eight years, one tree had regained its original strength, while four had reached between 71 and 82% of their initial rotational stiffness. However, three trees failed during the observation period.

The results indicate that partially uprooted trees may re-establish stability over time, but some will not and may fail. In our small data set, it was not possible to identify visual criteria that could provide a reliable indication of tree stability recovery, but our data support the assumption that nondestructive pulling tests can be successfully employed to determine good vigorous candidates for retention after partial uprooting.

Erholung der Verankerung nach Entwurzelung dauert Jahre

2019-06-03T00:00:00+02:00

Vom Sturm angeschobene Bäume gefährden nicht nur die Verkehrssicherheit, sondern auch Baumpfleger, die sie fällen. Da die Standsicherheit solcher Bäume sehr schwer zu beurteilen ist, werden sie häufig beseitigt. Dadurch wird zwar die Verkehrssicherheit wiederhergestellt, aber auch die Ökosystemleistungen des Baumes beendet. Ziel dieser Untersuchung war es festzustellen, wie lange die Standsicherheit angeschobener Bäume verringert ist.

Während der 1. Biomechanics Research Week der ISA 2010 wurden Platanen bis zum Wurzelversagen belastet. 2013 und 2018 wurde ihre Verankerung zerstörungsfrei gemessen. Zwischen 2010 und 2013 hatten zwei der Bäume versagt. Erst 2018 waren die meisten Bäume wieder so gut verankert, wie vor der Belastung.

Weiterführende Literatur

Detter, A.; Wassenaer, P. van; Rust, S. Stability Recovery in London Plane Trees Eight Years After Primary Anchorage Failure. Arboriculture & Urban Forestry 2019, 45, 279–288.

Detter, A.; van Wassenaer, P.; Rust, S. Zur Neuverankerung angekippter Platanen. In Jahrbuch der Baumpflege; Dujesiefken, D., Ed.; Haymarket Media: Braunschweig, 2019; pp. 262–265 ISBN 978-3-87815-263-7.

Correlation of wind speed and root plate tilt of trees in urban environment

2018-01-09T00:00:00+01:00

This study describes a simple method to estimate the correlation between root plate tilt and wind speed. The objective was to test if the tilt of trees in high winds can be predicted based on data obtained in the more often occurring low or mid wind events.

Our conclusions are:

There is a correlation of wind speed and root plate tilt.
The correlation can be described with an e-function or power-function.
This best-fit line can be understood as an individual tree’s specific tipping curve
Regional wind data can be used to calculate the wind-tilt relation. However, the smaller the distance between tree and weather station is, the better is the result.
These wind-tilt curves show the reaction of the tree to the regional wind, including tunneling or sheltering effects of other trees or buildings.
The wind direction does affect the wind-tilt curve.
Deciduous trees: the variation between summer and winter wind-tilt curve is tree species dependent.
Tilt of > 0,2° at wind speed of 50-60 km/h leads to critical tilt values at gale winds.

Durch einfache Messungen der Windgeschwindigkeit und der Neigung kann die Standsicherheit von Bäumen beurteilt werden

2018-01-09T00:00:00+01:00

Diese Studie untersucht, ob die Stammbasisneigung von Bäumen mit allgemein verfügbaren, regionalen Windgeschwindigkeitsdaten zusammenhängt.

Unsere Schlussfolgerungen sind:

Eine solche Korrelation besteht
Sie kann mit einfachen Funktionen beschrieben werden
Die Wind-Neigungskurve kann als individuelle Kippkurve des Baumes betrachtet werden
Wenn die Neigung bei Windgeschwindigkeiten über 50-60 km/h 0,2° überschreitet, muss mit kritischen Neigungen bei Sturm gerechnet werden

Weiterführende Literatur

Artikel in Arboriculture & Urban Forestry

New book on urban forestry

2017-02-27T00:00:00+01:00

The new book “Routledge Handbook of Urban Forestry” will be publishd in April. Editors are Francesco Ferrini, Cecil C. Konijnendijk van den Bosch and Alessio Fini, the chapter “Tools for Tree Risk Assessment”) was written by Prof. Steffen Rust and Philip van Wassenaer.

More can be found at Routledge.

Neues Buch zur urbanen Forstwirtschaft

2017-02-27T00:00:00+01:00

Anfang April wird das Buch “Routledge Handbook of Urban Forestry” erscheinen. Die Herausgeber sind Francesco Ferrini, Cecil C. Konijnendijk van den Bosch und Alessio Fini, ein Kapitel (“Tools for Tree Risk Assessment”) ist von Prof. Steffen Rust und Philip van Wassenaer.

Näheres z. B. beim Verlag.

Does Cladoptosis indicate drought stress or ageing in oak?

2016-09-07T00:00:00+02:00

Why do oak trees throw twigs away? Often people assume it’s a sign of drought stress or ageing. Some years ago, I studied this phenomenon in a research project.

Most twigs are shed in autumn, when photosynthesis has ceased and drought is not an issue any more.

Most shed twigs are one year old and leafless. Their shedding does not reduce transpiring leaf area.

Conclusions

Twig abscission (cladoptosis) is no immediate reaction to drought stress.

Most twigs are shed by vigourously growing trees, so it is not a sign of ageing either.

Sind Zweigabsprünge ein Zeichen für Trockenstress oder Alterung?

2016-09-07T00:00:00+02:00

Warum soll ein Baum Zweige, die er teuer aus den Produkten der Photosynthese aufgebaut hat, aktiv wegwerfen? Das Phänomen, auch Kladoptosis genannt, tritt besonders auffällig bei Eichen auf. Immer wieder wird es als ein Zeichen dafür interpretiert, dass ein Baum unter Trockenstress leide. In einem mehrjährigen, schon länger zurückliegenden Projekt habe ich die Kladoptosis bei der Eiche näher untersucht.

Die weitaus meisten Absprünge gibt es im Herbst, wenn die Blätter schon lange keine Photosynthese mehr betreiben und Trockenstress kein Problem mehr ist.

Die meisten Absprünge sind nur ein Jahr alt und unbelaubt. Durch ihren Abwurf kann der Baum die transpirierende Fläche nicht unmittelbar verringern.

Schlussfolgerungen

Zweigabsprünge dienen bei der Eiche nicht der Verminderung der verdunstenden Oberfläche in Zeiten von Trockenstress.

Weiterführende Literatur und Links

forgottenwoods
Texas Plant Disease Diagnostic Lab
RUST, Steffen; ROLOFF, Andreas. Reduced photosynthesis in old oak (Quercus robur): the impact of crown and hydraulic architecture. Tree Physiology, 2002, 22. Jg., Nr. 8, S. 597-601. pdf
RUST, Steffen; SOLGER, Alexander; ROLOFF, Andreas. Bottlenecks to water transport in Quercus robur L.: the abscission zone and its physiological consequences. Basic and Applied Ecology, 2004, 5. Jg., Nr. 3, S. 293-299. html
RUST, Steffen; ROLOFF, Andreas. Acclimation of crown structure to drought in Quercus robur L.—intra-and inter-annual variation of abscission and traits of shed twigs. Basic and Applied Ecology, 2004, 5. Jg., Nr. 3, S. 283-291. html

New book about Urban tree management

2016-01-07T00:00:00+01:00

The new book “Urban Tree Management” will be publishd end of January. The editor is Prof. Andreas Roloff, two chapters (“Hazard tree management” and “Tree maintenance”) have been written by Prof. Steffen Rust.

More can be found at Wiley.

Neues Buch zur Baumpflege

2016-01-07T00:00:00+01:00

Ende des Monats wird das Buch “Urban Tree Management” erscheinen. Der Herausgeber ist Prof. Andreas Roloff, zwei Kapitel (“Hazard tree management” und “Tree maintenance”) sind von Prof. Steffen Rust.

Näheres z. B. bei Wiley.

Slenderness of branches is not a useful criterion for stability

2015-10-13T00:00:00+02:00

We measured size and form of 78 branches collected in four Aesculus hippocastanum L. and one Aesculus x carnea Hayne. The slenderness coefficient of a branch varied depending on the method used to measure it. Thus, the method applied in a specific case, e.g. where exactly the basal diameter was measured, must be documented precisely. 87 % of all branches were critically dangerous according to VTA. A criterion, which identifies almost all branches in every tree as “dangerous” is not useful for hazard tree assessment.

Schlankheitsgrad von Ästen: nicht sinnvoll für die Tree Assessment

2015-10-13T00:00:00+02:00

An vier Balkan-Rosskastanien (Aesculus hippocastanum L.) und einer Roten Rosskastanie (Aesculus x carnea Hayne) wurden verschiedene Wuchsmerkmale von 78 Ästen ab Schwachaststärke vermessen. Verschiedene Messmethoden ergaben deutlich unterschiedliche Schlankheitsgrade. Daher sollte das Messverfahren bei der Verwendung in Gutachten präzise dokumentiert werden. 87 % aller Äste waren schlanker als l/d=40 und wären damit nach VTA kritisch schlank. Ein Kriterium, welches in der Regel fast alle Äste an jedem Baum als gefährlich identifiziert, ist für die Beurteilung der Verkehrssicherheit nicht sinnvoll einsetzbar.

Schlussfolgerungen

Die VTA-l/d=40-Versagensregel für den Schlankheitsgrad von Ästen ist ungeeignet und sollte in der Baumpkontrolle keine Anwendung mehr finden.

Weiterführende Literatur

Jannis Böttcher (2015) Allometrische Muster von Rosskastanienästen (Aesculus spp.). Bachelorarbeit. HAWK Göttingen

Correlation of wind speed and root plate tilt of trees in urban environment

2015-08-24T00:00:00+02:00

Our conclusions are:

There is a correlation of wind speed and root plate tilt.
The correlation can be described with an e-function or power-function.
This best-fit line can be understood as an individual tree’s specific tipping curve
Regional wind data can be used to calculate the wind-tilt relation. However, the smaller the distance between tree and weather station is, the better is the result.
These wind-tilt curves show the reaction of the tree to the regional wind, including tunneling or sheltering effects of other trees or buildings.
The wind direction does affect the wind-tilt curve.
Deciduous trees: the variation between summer and winter wind-tilt curve is tree species dependent.
Tilt of > 0,2° at wind speed of 50-60 km/h leads to critical tilt values at gale winds.

Zusammenhang zwischen der Windgeschwindigkeit und der Neigung

2015-08-24T00:00:00+02:00

Diese Studie untersucht, ob die Stammbasisneigung von Bäumen mit allgemein verfügbaren, regionalen Windgeschwindigkeitsdaten zusammenhängt.

Unsere Schlussfolgerungen sind:

Eine solche Korrelation besteht
Sie kann mit einfachen Funktionen beschrieben werden
Die Wind-Neigungskurve kann als individuelle Kippkurve des Baumes betrachtet werden
Wenn die Neigung bei Windgeschwindigkeiten über 50-60 km/h 0,2° überschreitet, muss mit kritischen Neigungen bei Sturm gerechnet werden

Weiterführende Literatur

Poster at ISA Annual Conference

Are bumps an indicator of decay in London plane trees?

2015-06-03T00:00:00+02:00

Often, the stem surface of mature London plane trees is bumpy. It has been hypothesized, that this condition could indicate inner defects. Our results, derived from a thorough characterization of the stem surface, tomography, and thermography, do not show such correlation.

Analysis of regional variation of height growth and slenderness in populations of six urban tree species using a quantile regression approach

2015-06-03T00:00:00+02:00

Inventory data of six urban tree species from seven cities across Germany were used to model regional variation of height growth, allometric scaling, and slenderness over a wide range of size and age using a quantile regression approach. Variation within and between species and cities was large. Height did not reach an asymptote but declined at higher ages, presumably because of reduction cuts. Allometric scaling and slenderness varied with wind climate, modulus of elasticity, and coefficient of drag.

Our data do not support the use of a threshold value of slenderness in tree risk assessment.

A field study on slenderness and tree failure

2015-06-03T00:00:00+02:00

A slenderness coefficient of 50 has been proposed as a failure criterion for non-decayed solitary urban trees. This hypothesis is based on guidelines from forestry. We subjected forest tress covering a range of slenderness to destructive pulling tests. Our results show that the effect of slenderness on maximum bending moments is negligible. Therefore, the assessment of urban trees should not be based on a slenderness coefficient of 50.

Platanen: Hinter jeder Beule eine Fäule?

2015-06-03T00:00:00+02:00

Bei der Baumkontrolle wird durch Inaugenscheinnahme vom Boden aus die Verkehrssicherheit eines Baumes aufgrund äußerlich sichtbarer Merkmale beurteilt. Neben direkt erkennbaren Defekten wie offenen Höhlungen oder Rissen können dabei auch Abweichungen von der physiologisch und mechanisch optimalen, runden Stammform als Hinweise auf die Kompensation innerer Schäden des Baumes gedeutet.

Bei älteren Platanen (Platanus acerifolia (Aiton) Willd.) entwickelt sich häufig eine beulige Stammoberfläche, deren Bedeutung für die Baumkontrolle nicht immer deutlich ist. Sie wird manchmal als “abiotischer Schaden” aufgeführt. In einer Bachelorarbeit wurde mit Schalltomographie, elektrischer Widerstandstomographie und Thermographie untersucht, ob es einen Zusammenhang zwischen dem äußeren Erscheinungsbild des Stammes und inneren Defekten gibt.

Schlussfolgerungen

Weder die Beuligkeit noch die Thermographie hatten einen Zusammenhang mit den Ergebnissen der Tomographie.
Es war äußerlich nicht erkennbar, ob eine Platane einen inneren Defekt im Stamm hat.
Beulen am Stamm der Platane sind daher kein Defektsymptom, sondern eine arttypische Auffälligkeit.

Weiterführende Literatur

Schlankheitsgrade von Stadtbäumen

2015-06-03T00:00:00+02:00

Baumkatasterdaten von sechs Baumarten in sieben deutschen Städten wurden verwendet, um die regionale Variation des Höhnenwachstums, der allometrischen Verhältnisse und der Schlankheitsgrade über einen großen Bereich von Baumaltern und -größen zu untersuchen. Die Baumhöhe erreichte keine Asymptote, sondern nahm in höherem Alter wieder ab, wahrscheinlich wegen Schnittmaßnahmen. Der Schlankheitsgrad wurde vom Windklima und dem Luftwiderstandsbeiwert und den Holzeigenschaften der Baumarten beeinflusst.

Unsere Daten stützen die Hypothese eines Grenzwertes für den Schlankheitsgrad bei Stadtbäumen nicht.

Weiterführende Literatur

Schlanke Fichten versagen nicht leichter als gedrungene

2015-06-03T00:00:00+02:00

Die Versagensrate von nicht fäulegeschädigten Bäumen in der Stadt soll rapide mit ihrem Schlankheitsgrad ansteigen. Diese Hypothese wurde mit Erhebungen an Waldbäumen begründet. Wir haben unterschiedlich schlanke Fichten im Wald bis zum Versagen belastet. Unsere Ergebnisse zeigen, dass der Schlankheitsgrad keinen bedeutenden Einfluss auf die Belastbarkeit dieser Bäume hat. Aussagen über die Verkehrssicherheit von Bäumen sollten daher nicht weiter auf die Überschreitung eines Grenzwertes von H/D=50 gestützt werden.

Weiterführende Literatur

Jillich S, Köhler J, Rust C, Rust S, Detter A (2013) Brechen schlanke Fichten leichter? In: Dujesiefken D (ed.) Jahrbuch der Baumpflege. pp 267–273.

Tree Tomography

Enhancing Tree Species Identification in Forestry and Urban Forests through Light Detection and Ranging Point Cloud Structural Features and Machine Learning

Neue Methode zur Baumartenbestimmung in LiDAR-Punktwolken

Experimental Test of Non-Destructive Methods to Assess the Anchorage of Trees

Experimentelle Überprüfung von zerstörungsfreien Methoden zur Beurteilung der Verankerung von Bäumen

Accuracy and reproducibility of acoustic tomography significantly increase with precision of sensor position

Background

Methods

Results

Conclusion

Further reading

Genauigkeit und Reproduzierbarkeit von Tomogrammen hängen wesentlich von der Einmessung der Sensorposition ab

Hintergrund

Methoden

Ergebnisse

Schlussfolgerungen

Weiterführende Literatur

Using Artificial Intelligence to Assist Tree Risk Assessment

Einsatz künstlicher Intelligenz zur Unterstützung der Baumkontrolle

Recent tree failures validate results of wind tipping curves

Further reading

Versagen im Sturm bestätigt Auswertung dynamischer Messungen der Neigung im Wind

Weiterführende Literatur

Reproducibility of Stress Wave and Electrical Resistivity Tomography for Tree Assessment

Background

Methods

Results

Conclusion

Further reading

Tomogramme sind vergleichbar

Hintergrund

Methoden

Ergebnisse

Schlussfolgerung

Weitere Informationen

Static Pulling tests can be used for urban and forest trees

Original scientific publication

Zugversuche sind für Stadt- und Waldbäume einsetzbar

Weitere Informationen

Comparison of methods to measure sensor positions for tomography

Further reading

Neue Methoden zur schnellen Erfassung der Sensorposition für die Tomographie

Weiterführende Literatur

Validating wind load analyses for static pulling tests

References

Überprüfung der Windlastanalyse der Zugversuche durch Messung der Neigung von Bäumen im Wind

Weiterführende Literatur

Root Rot Reduces Stability of Norway Spruce

Further reading

Wurzelfäule vermindert auch die Bruchfestigkeit von Fichten

Weitere Informationen

Barkstripping by deer reduces anchorage in Norway spruce

Further reading

Überraschendes Ergebnis: Schälschaden am Stamm beeinträchtigen die Verankerung von Fichten

Soil moisture as predictor of plant water status

Further reading

Können Bodenfeuchtesensoren zur Bewässerungssteuerung eingesetzt werden?

Weiterführende Literatur

Stability Recovery in London Plane Trees Eight Years After Primary Anchorage Failure

Further reading

Erholung der Verankerung nach Entwurzelung dauert Jahre

Weiterführende Literatur

Correlation of wind speed and root plate tilt of trees in urban environment

Further reading

Durch einfache Messungen der Windgeschwindigkeit und der Neigung kann die Standsicherheit von Bäumen beurteilt werden

Weiterführende Literatur

New book on urban forestry

Neues Buch zur urbanen Forstwirtschaft

Does Cladoptosis indicate drought stress or ageing in oak?

Conclusions

Further reading

Sind Zweigabsprünge ein Zeichen für Trockenstress oder Alterung?

Schlussfolgerungen

Weiterführende Literatur und Links

New book about Urban tree management

Neues Buch zur Baumpflege

Slenderness of branches is not a useful criterion for stability

Further reading

Schlankheitsgrad von Ästen: nicht sinnvoll für die Tree Assessment

Schlussfolgerungen