Forschungsprojekt

Motivation:

Klimawandel und der zunehmende Verlust von Biodiversität auf Ebene der Arten und Lebensräume bilden zusammen eine der größten aktuellen Herausforderungen der Menschheit. Als Gegenstrategie sieht die EU-Biodiversitätsstrategie für 2030 vor, Ökosysteme zu restaurieren und die Natur langfristig besser zu schützen. Dabei ist es ausdrückliches Ziel den Verlust von Biodiversität aufzuhalten und umzukehren (Europäische_Kommission 2020). Schutzgebiete in denen die Natur sich frei entwickeln kann, sogenannte Prozessschutzflächen, stellen in diesem Vorhaben ein Schlüsselwerkzeug dar. Aber auch vor diesen Flächen macht der Klimawandel nicht halt. Es kommt zum einen zu einer schleichenden Veränderung der Lebensräume und deren Artengemeinschaften auf Grund der Klimaveränderungen. Zum anderen, ebenfalls wesentlich vom Klimawandel beeinflusst, kommt es durch Stürme und Insektenmassenvermehrungen auch zu abrupten Veränderungen der Lebensräume, insbesondere in Wäldern. Auch wenn viele dieser Gebiete in Deutschland Biodiversitätsschutz als Ziel haben, sind sie immer auch wichtige Naturerholungsräume. Dies wurde gerade in der Corona Pandemie deutlich, als diese Gebiete deutlich stärker aufgesucht wurden als üblich und damit der Schutz der Biodiversität auch hier vor neue Herausforderungen gestellt wurde. Die Lenkung der Besucher unter diesen Bedingungen, von sich dynamisch verändernden Schutzgütern, wird zusätzlich dadurch erschwert, dass es in allen Schutzgebieten an BiodiversitätsexpertInnen mangelt und dadurch negative Auswirkungen oft zu spät erkannt werden. Diese Herausforderungen zusammengenommen erschweren die Bemühungen zum Schutz von Zielarten und Biodiversität in Form von Besucherlenkung, Habitat-Restauration, oder Flächenankäufen in Prozessschutzgebieten. Hier könnten neue, KI-unterstützte Erfassungsmethoden eine wesentliche Verbesserung beim Biodiversitätsmonitoring leisten. Dazu haben wir ein interdisziplinäres Team aufgestellt, welches von RangerInnen über Ingenieure, zu Naturschutzbiologen und KI-Wissenschaftlern reicht. Ganz konkret sollen zwei Ansätze im Nationalpark Bayerischer Wald, als dem ältesten und einem der größten terrestrischen Prozessschutzgebiete Deutschlands, entwickelt werden. In Säule 1 sollen Aufnahmegeräte und KI-Analyse derartig kombiniert werden, dass in Echtzeit das Auftreten ausgewählter Zielarten (Auerhuhn, Habichtskauz und Wolf) eines Schutzgebietes verfolgt und darauf basierend Managementmaßnahmen ergriffen werden können. In Säule 2 sollen erstmals auch RangerInnen ohne tiefere Artenkenntnis so ausgestattet werden, dass sie im Gelände mit Hilfe einer neuen Generation an Sound-KI Geräten in die Lage versetzt werden, Daten während ihrer Kontrollgänge zu erheben und die Auswertungen selbst validieren zu können. Das Projekt beabsichtigt bestehende Ansätze wie die Geräte ecoPi:Bird und die BirdWeather PUC für den großflächigen Einsatz in Schutzgebieten weiterzuentwickeln, die KI Methoden der Artbestimmung regional zu optimieren und die Prozessabläufe von der Datenerfassung bis zu Managemententscheidungen in enger Zusammenarbeit aller Disziplinen zu entwickeln. Einmal aufgesetzt, kann das Sound-gestützte Biodiversitätsmonitoring durch das lokale Management auf alle Schutzgebieten ausgedehnt werden, in denen Vögel und Säugetiere mit Lautäußerungen Schutzgüter darstellen, bzw. in denen auf den Schutz der Biodiversität allgemein abgezielt wird.

Projektziele und Untersuchungsdesign:

Das Vorhaben beruht auf zwei Säulen. In Säule 1 wollen wir autarke Aufnahmegeräte mit automatisierter Art-Klassifikation und remote Übertragung für ausgewählte, sensible oder kryptische Zielarten des Naturschutzes über eine App für RangerInnen etablieren. Mit einer solchen störungsfreien Überwachung in Echtzeit, würden sich rasch verändernde Vorkommen von Zielarten viel besser durch Besucherlenkung und temporäre Sperrungen von Wegen schützen lassen. Diese könnten dann in digitale Besucherlenkungssysteme eingespeist werden (Fokus: Auerhühner und Habichtskauz).

In Säule 1 soll das Gerät ecoPi:Bird (https://oekofor.netlify.app/de/portfolio/ecopi-bird/) auf größerer Fläche zur Erfassung von Auerhuhn und Habichtskauz getestet werden. Mit einem solchen Framework kann beispielsweise für das Auerhuhn der Beginn und der Ort von Balzschwerpunkten rechtzeitig erkannt und der Einsatz von RangerInnen in der Gebietsüberwachung durch Anpassung der Dienstpläne und Routen an die Schutzzwecke angepasst werden. Damit lässt sich die Forschungsfrage beantworten, ob durch KI-Soundmethoden eine Besucherlenkung und Gebietsüberwachung durch rechtzeitige Information verbessert werden kann.

Neben den zwei Zielarten richtet sich das Vorhaben in der zweiten Säule auf die Erfassung gesamter Vogelgemeinschaften, vor allem entlang eines Sukzessionsgradienten nach Störungen. Hier sollen RangerInnen erstmals in die Lage versetzt werden, mit Hilfe neuartiger Soundgeräten eigenständig standardisierte Vogelerfassungen im Rahmen ihrer Gebietskontrollen durchführen zu können, auch wenn sie keine Ornithologen sind. Dazu beabsichtigen wir BirdWeather PUC (www.birdweather.com/#puc), eine KI-gestützte Bioakustik-Plattform, ausgestattet mit zwei Mikrofonen, WiFi/BLE, GPS, Umgebungssensoren und einer eingebauten neuronalen Engine, mit RangerInnen in verschiedenen Lebensräumen des Nationalparks testen. Ein solches System in wetterfestem Gehäuse kann dann von RangerInnen im Gelände im Rahmen von Gebietskontrollen für mehrere Tage ausgebracht werden. Anschließend können sie am Gerät direkt auslesen, welche Arten erfasst wurden, bzw. können die Bestimmung auch anhand der Audio-Files selbst überprüfen. Damit erhalten Schutzgebietsmanager ein Werkzeug, um automatisierte und überprüfbare Biodiversitätsdaten in verschiedenen Fragestellungen zu erheben. Ein Team an Sound-KI RangerInnen soll diese Technik nutzen, um den Biodiversitätsverlust und –gewinn entlang von Störungs- und Wiederbewaldungsgradienten sowie Flächen mit hohem und niedrigem Besucherdruck zu quantifizieren. Dabei soll genutzt werden, dass sich Vogelgemeinschaften hervorragend eignen, um Lebensraumveränderungen in Wäldern anzuzeigen (Moning and Müller 2008, Müller et al. 2023).

Finanzierung:

Deutsche Bundesstiftung Umwelt – DBU
Laufzeit 2024 bis 2027

Ansprechpartner:

Simon Verdon PhD
Universität Würzburg
simon.verdon@uni-wuerzburg.de

Kooperationspartner:

Prof. Jörg Müller
Universität Würzburg / Nationalpark Bayerischer Wald

Prof. Stefan Kahl
Universität Chemnitz

Hendrik Reers PhD
OekoFor GbR