Würzburger Fernerkundung feiert zwei Jubiläen

Schnee und Eis in der Arktis, Brände in Savannen, Städte aus dem Weltraum, Klimafolgen in Bayern: Forschende der Fernerkundung, auch Erdbeobachtung genannt, sammeln Daten von allen möglichen Ökosystemen, von Wäldern, über Städten bis weit ins Hochgebirge auf verschiedenen Kontinenten. Dabei wählen sie den Blick von oben: Sie benutzen Satellitenbilder oder Drohnenaufnahmen, um über längere Zeiträume Aussagen über Stadtentwicklungen, Umwelt- und Klimaveränderungen treffen zu können.

So lässt sich die Arbeit des Lehrstuhls für Fernerkundung der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) beschreiben. 2001 von Professor Stefan Dech gegründet, feiert der Lehrstuhl jetzt sein 25-jähriges Jubiläum. Aber nicht nur das: Der dazugehörige Masterstudiengang EAGLE (Applied Earth Observation and Geoanalysis) ist zehn Jahre alt geworden.

2022 hat sich der Lehrstuhl im Earth Observation Research Cluster (EORC) zusammengeschlossen mit dem damals neu gegründeten Lehrstuhl für Globale Urbanisierung und Fernerkundung von Professor Hannes Taubenböck. Die beiden Lehrstühle kooperieren mit dem Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum (DFD), einem Institut des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Vom Drohneneinsatz zur Künstlichen Intelligenz

Anfangs beschäftigte Stefan Dech einen wissenschaftlichen Mitarbeiter. „Heute sind es knapp 40 Forschende. Dazu kommen aktuell um die 80 Master- und diverse Promotionsstudierende, die wir betreuen“, sagt Dr. Martin Wegmann, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Fernerkundung und im EORC verantwortlich für das Cluster-Management. Er ist seit Beginn seiner Promotion 2005 dort tätig und maßgeblich am Aufbau des EAGLE-Programms zehn Jahre später beteiligt gewesen.

Erdbeobachtung bedeutet im Wesentlichen: Erforschung der Umweltbedingungen und Veränderungen der Erde, also Daten über die Beschaffenheit der Erdoberfläche aufzunehmen, zu verarbeiten und aufzubereiten. Satellitenbilder und Luftaufnahmen sind damals wie heute wichtige Datenlieferanten.

„2018 haben wir damit begonnen, neben weiltraumgestützten Satelliten auch das Potenzial von Drohnen für die Forschung auszutesten. Anfangs benutzten wir noch kleine Quadrokopter, die man als Privatperson erwerben kann“, so Wegmann. Man könne diese Zeit noch als unstrukturiert und chaotisch bezeichnen, sagt der JMU-Forscher, „als Wilden Westen sozusagen.“ Seitdem hat eine Gruppe von Forschenden am EORC diesen Teil der Forschung weiterentwickelt und zu einem strukturierten zielgerichteten Forschungsbereich gemacht.

Seit fünf Jahren gibt es ein festes Team am Lehrstuhl, das sich auf die Drohnen-Erdbeobachtungsforschung spezialisiert hat und mehrere Systeme einsetzt. „Es geht strukturiert an die Sache heran, entwickelt Forschungsfragen, kümmert sich um die Durchführung und arbeitet an der Verfeinerung von technischen Arbeitsabläufen“, sagt Wegmann. „Mittlerweile sind wir deutschlandweit in der Erdbeobachtung mit Drohnen ganz weit vorn dabei.“

Künstliche Intelligenz (KI) spielt in der Forschung eine wichtige Rolle: „Mit Deep Learning hat sich in den letzten zehn Jahren in unserem Fach eine ganz neue Welt aufgetan. Sie unterstützt maßgeblich bei der Bild- und Datenauswertung“, so Dr. Jakob Schwalb-Willmann. Die 2025 abgeschlossene Dissertation des Lehrstuhlmitarbeiters basiert auf der Entwicklung verschiedener KI-Modelle. Diese sagen Umweltzustände vorher und nutzen dafür Bewegungsprofile von Tieren. „Die KI erkennt Muster in den Bewegungsprofilen, verknüpft diese mit fernerkundlich aufgenommenen Umweltdaten und entdeckt Zusammenhänge zwischen Tierverhalten und Umwelt. Im Normalfall nutzen die meisten Tierarten immer dieselben Umweltbedingungen für einzelne Verhaltensweisen, wie Feuchtwiesen für die Nahrungsaufnahme“, erklärt Schwalb-Willmann.

Anomalien in Tier-Umwelt-Interaktionen können von KI jedoch erkannt werden und Hinweise auf Störereignisse wie Waldbrände liefern. Solche Anwendungen könnten in Zukunft bei Frühwarnsystemen zum Einsatz kommen und eine schnellere Reaktion auf Gefahren für Mensch und Natur ermöglichen.

Die Zukunft der Erdbeobachtung

Wie die Zukunft der Erdbeobachtung aussehen wird? Martin Wegmann ist sich sicher, dass das Fachgebiet wesentlich an Bedeutung gewinnen wird. „Die Fernerkundung wird vor allem in den Themenbereichen Georisken und Umweltveränderungen wichtiger werden, also bei Waldbränden, wie aktuell in Spanien und Frankreich, bei Hitze in Städten oder bei Überflutungen wie vor fünf Jahren im Ahrtal.“ Das EORC hat in diesem Bereich ein neues großes Forschungsprojekt (EO4Cam) finanziert bekommen, welches die Klimafolgen und Anpassung in Bayern im Fokus hat.

Jakob Schwalb-Willmann ist der Ansicht, dass vor allem die Synthese von Daten ausgebaut werden sollte. „Hier sehe ich ein großes Potenzial, Daten aus verschiedenen Quellen und Kontexten zusammenzubringen, um den Blick auf die Erdoberfläche zu erweitern.“ Ein Beispiel dafür ist die ökologische Forschung des EORC in der Hocharktis, an der er mitwirkt: “Wir untersuchen, wie Schneebedingungen, Vegetationsdynamik und Tierverhalten zusammenhängen und sich im Kontext des Klimawandels verändern.” Dafür kombinieren die Forschenden am Boden aufgenommene Pflanzen- und Schneedaten, von Drohnen und Satelliten aus aufgenommenen Laser- und Multispektraldaten sowie Rentier-Bewegungsdaten.

Im Master sowohl am Computer als auch in der Eiswüste

Schwalb-Willmann gehört zum ersten Jahrgang des EAGLE-Masters. Nach seinem Studium der Geografie und Soziologie in München verschlug es ihn nach Würzburg. „Ich habe einen Master gesucht, der nicht nur vermittelt, wie Informationen aus Daten gewonnen werden können. Mir war auch wichtig, dass mögliche nützliche Anwendungen im Fokus stehen.“ Das JMU-Masterprogramm EAGLE habe beides geboten. Seit Ende 2018 arbeitet der Nachwuchswissenschaftler bereits am Lehrstuhl und ist im EAGLE-Programm in der Lehre tätig.

Masterstudentin im mittlerweile zehnten Jahrgang ist Aoibhin Murphy. Die Irin absolvierte in Dublin den Bachelorstudiengang Geographie. Dann ist sie nach Würzburg gewechselt.  Für ihre Entscheidung, an der JMU zu studieren, war ebenfalls der Aspekt der Anwendung ausschlaggebend. Als studentische Hilfskraft am EORC konnte sie das bereits auf Feldforschung erleben: Murphy verbrachte Anfang 2026 zwei Monate in der Hocharktis auf der norwegischen Insel Spitzbergen im Rahmen eines Praktikums.

Dort erforschte sie in einem Team die Umweltbedingungen für lokale Rentier-Populationen in Tälern nahe der Siedlung Longyearbyen. Bei eisiger Kälte, mit Satellitentelefonen für den Notfall und einer Drohne ausgerüstet, sowie auf Schneemobilen unterwegs, untersuchten die Forschenden, wie groß die Herden sind und wie unterschiedliche Schneetiefen ihre Nahrungssuche beeinflussen. „War das Risiko aufgrund von Lawinengefahren, Eisbären oder zu starkem Wind zu hoch, blieben wir auch an manchen Tagen in der Forschungsstation“, erzählt Murphy. Ob solche Bedingungen gegeben waren, kontrollierte täglich ein Sicherheitsteam.

Trotz solcher Vorkehrungen besteht ein Restrisiko: „Einmal hat ein Kollege mich darauf hingewiesen, dass meine Nasenspitze erste Anzeichen einer Erfrierung zeigte. Für mich hieß das gleich: Unterschlupf suchen in einem unserer Notfallzelte und schauen, dass die Hautoberfläche wieder warm wird“, so Murphy.

Zurück im Warmen in Würzburg arbeitet sie momentan daran, mittels eines Algorithmus Satellitenbilder in eine höhere Auflösung zu übertragen. „Genau dieser Mix aus Feldarbeit und Theorie macht den Master so spannend“, resümiert die Studentin.

Kontakt

Dr. Martin Wegmann, Lehrstuhl für Fernerkundung, T +49 931 31-83446, martin.wegmann@uni-wuerzburg.de

Dr. Jakob Schwab-Willmann, Lehrstuhl für Fernerkundung, T +49 931 31-88115, jakob.schwalb-willmann@uni-wuerzburg.de