In acht Jahren sollen dreißig Prozent aller bedrohten Vogelarten so geschützt sein, dass ihr Bestand nicht weiter gefährdet ist. Wie aber wird aus einem diesem Vorsatz auch Wirklichkeit? Welche Daten, welches Wissen und welche Maßnahmen sind wo notwendig, um eine (noch) heimische Wildvogelart wirklich zu erhalten? Einen entscheidenden Schritt zur Beantwortung dieser Fragen gehen Forscher*innen mit »horchenden Sensorstationen«. Die kleinen Kästen hören auf das Pfeifen und Singen, um die Entwicklungen in Wald und Flur akribisch zu beobachten.

Der Wachtelkönig ist äußerst scheu und bewegt sich fast geräuschlos durch die dichte Vegetation feuchter, hochgewachsener Wiesen. Nicht nur deshalb lässt er sich in seinem Refugium schwer beobachten. Sondern auch, weil es von dem in Deutschland brütenden Zugvogel nach aktuellen Schätzungen nur noch zwischen 1.300 und 2.000 Brutpaare gibt. Der Wachtelkönig ist vom Aussterben bedroht. Aber nicht nur er, sondern rund die Hälfte der 259 Brutvogelarten, die es deutschlandweit gibt, beziehungsweise gab. Das Nationale Gremium Rote Liste Vögel hat 14 Arten sogar als bereits ausgestorben eingestuft. Weitere einhundert stehen auf der Roten Liste und noch einmal 20 auf der Vorwarnliste.

In einem sind sich Naturschützer*innen, Wissenschaftler*innen und Forscher*innen dabei einig: Um das Artensterben zu stoppen, müssen die natürlichen Lebensräume der verschiedenen Vogelarten nachhaltig erhalten werden. Oder – noch besser – sogar vergrößert werden. Damit das gelingen kann, werden viele Informationen zur Verbreitung und zur Lebensweise der einzelnen Arten benötigt. Darauf aufbauend können gezielte Maßnahmen durchgeführt werden: Sie reichen von der Einrichtung von Schutzzeiten und Schutzzonen über Renaturierung und die Anlage neuer Habitate bis hin zu Änderungen und Einschränkungen der land- und forstwirtschaftlichen Nutzung oder der verstärkten Berücksichtigung des Vogelschutzes bei der Siedlungsplanung. Denn nur wenn man im Vorfeld weiß, wo gefährdete und geschützte Vogelarten vorkommen, kann man die artenschutzfachlichen Aspekte frühzeitig bei der Planung von Gebäuden oder Infrastruktur berücksichtigen. Andernfalls kann es zu Konflikten mit dem Artenschutz kommen, bei dem im schlimmsten Fall sowohl die Tiere als auch die Bauverantwortlichen oder Unternehmen Abstriche machen müssen.

»Der Vogelschutz kann erhebliche Auswirkungen auf das gesellschaftliche Leben und die wirtschaftliche Entwicklung von Gemeinden und Landkreisen haben«, betont Christian Rollwage vom Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT am Standort Oldenburg. Ein prominentes Beispiel ist der weitere Ausbau der Windenergie in Deutschland. Die Förderung erneuerbarer Energien bedeutet Klimaschutz und somit im Endeffekt auch Artenschutz. Allerdings kann es zu Kollisionen zwischen Vögel (und Fledermäusen) und Windenergieanlagen kommen. Umso wichtiger sei es, die Notwendigkeit und die Wirksamkeit jeder einzelnen Schutzmaßnahme bereits vorab umfassend zu prüfen, damit sich Klima- und Artenschutz nicht im Weg stehen. »Wir brauchen fundiertes, detailliertes Wissen darüber, wo, wann und in welcher Anzahl die verschiedenen Vogelarten in einem spezifischen Gebiet leben und brüten«, sagt Rollwage.

Wie aber kommen Expert*innen an das nötige Wissen, um gegebenenfalls sogar Restriktionen gegen große Bauvorhaben und für den Schutz der Vogelwelt fundiert zu begründen? Umweltwissenschaftler*innen von Hochschulen, Naturschutzbehörden und Umweltverbänden gehen dafür überall in Deutschland in die Natur, um die Vogelwelt zu beobachten, zu klassifizieren und die Bestände und die Entwicklung der Wildvogelarten zu dokumentieren. Auch wenn sie dabei zusätzlich von zahlreichen Ehrenamtlichen unterstützt werden: Sie können weder eine flächendeckende noch eine lückenlose Arten- und Bestanderfassung leisten. Vor allem nicht über längere Zeiträume, denn der personelle und finanzielle Aufwand ist schlicht zu hoch. Mit den bisher üblichen Erfassungsmethoden basiert die Bestimmung der Lage und Größe der Lebensräume und der Anzahl der darin vorkommenden Arten und Vogelpopulationen deshalb zu einem großen Teil auf Stichproben. Mit anderen Worten: Die – eigentlich nötige – flächenübergreifende Kartierung der Lebensräume von Vögeln weist deutliche und teils große Lücken auf. »Es ist deshalb durchaus möglich, dass trotz mehrmaliger Beobachtungseinsätze auf und rund um das Gebiet einer geplanten Gewerbeansiedlung das Vorkommen einer besonders gefährdeten Vogelart nicht erkannt wird, weil genau zu den betreffenden Zeiten keiner der Tiere zu sehen oder hören war«, betont Rollwage. Oder eine landwirtschaftlich genutzte Wiese wird zum Mähen freigegeben, obwohl im Bereich der betreffenden Fläche noch Paare des Wachtelkönigs brüten, weil die Gutachter*innen der Naturschutzbehörde die Tiere vor Ort nicht detektieren konnten.

Automatisiertes Vogelmonitoring

Ein akustisches Sensorsystem, das die Vogelwelt im Umkreis von bis zu mehreren hundert Metern um sich herum automatisiert und rund um die Uhr »erhorcht«, soll Umweltwissenschaftler*innen künftig bei der ornithologischen Begutachtung in der Natur unterstützen. Im von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt geförderten Projekt »DeViSe« entwickeln und erproben Forscher*innen am Oldenburger Fraunhofer-Standort für Hör-, Sprach-, und Audiotechnologie gemeinsam mit Expert*innen des Museum für Naturkunde Berlin und Umweltgutachter*innen der ARSU GmbH bereits einen Prototypen solch eines Sensorsystems. »Im Zentrum des Projekts steht dabei nicht nur die technische Umsetzung. Das System muss vor allem ohne viel Aufwand an abwechselnden Standorten eingesetzt werden können und in der Anschaffung kostengünstig sein«, erklärt Rollwage.

Die ersten Testgeräte, die sein Team gebaut hat, sind in einem rund 16 Zentimeter hohen zylindrischen Gehäuse mit einem Durchmesser von etwa 19 Zentimeter aus dem 3D Drucker untergebracht. Sie bestehen aus acht Mikrofonen, einem Raspberry Pi Minicomputer und einem handelsüblichen Akku. Eine SD-Karte speichert die erfassten Daten. Steuern lässt sich das Gerät über eine einfache WLAN-Verbindung, sodass sämtliche Einstellungen über ein Tablet vorgenommen werden können. Die Finessen in der Funktionalität erreichen die Entwickler*innen dank der Ausstattung der Gerätehardware mit leistungsfähigen, intelligenten Softwarekomponenten. Eine davon ist zum Beispiel das am Fraunhofer IDMT entwickelte Sensormanagementsystem, das unter anderem die Steuerung der Mikrofone übernimmt. »Die für die Vogelbeobachtung leicht modifizierte Software arbeitet auch deshalb so zuverlässig und robust, weil wir sie bereits seit Jahren erfolgreich einsetzen. In Systemen zur akustischen Zustandsüberwachung von Produktionsmaschinen in der Industrie zum Beispiel«, betont Rollwage. Die Bestimmung der Vogelstimmen übernehme dann eine spezielle Analysesoftware, die den Audiostrom der Mikrofone nach typischen Lauten der Tiere durchsucht und mittels KI den verschiedenen Vogelarten zuordnet. Durch Datenfusion der Aufnahmen der einzelnen, Mikrofone kann das System zusätzlich exakt angeben, in welcher Richtung sich der jeweilige Vogel befindet. Spezielle Filter und Analyseverfahren ermöglichen zudem, die einzelnen Tierstimmen auch dann zuverlässig zuzuordnen, wenn die Mikrofone mehrere Laute gleichzeitig erfassen. »Bei den ersten Testeinsätzen haben wir die Audioaufnahmen zunächst noch von dem Gerät ausgelesen und auf einem externen Serversystem analysiert. Künftig wollen wir jedoch die gesamte Verarbeitung des Audiostroms direkt vor Ort auf dem Gerät laufen lassen«, so Rollwage. Damit könne das System noch einfacher eingesetzt werden und auch die Anforderungen des Datenschutzes in vollem Umfang erfüllen. Das Monitoringsystem analysiert dann den von den Mikrofonen erfassten Audiostrom unmittelbar und nur nach den zu bestimmenden Lauten und hinterlegt auf dem Gerätespeicher lediglich Metadaten mit den Informationen zu den detektierten Tierstimmen ab. Die übrigen in den Aufnahmen vorhandenen Geräusche werden nicht ausgewertet und auch nicht gespeichert. Würden die Mikrofone etwa ein Gespräch von Spaziergänger*innen miterfassen, stellt diese Vorgehensweise sicher, dass dessen Inhalte weder sofort noch im Nachhinein abgehört werden können.

Flexibles Monitoring lautgebender Wildtiere

Erste Test- und Trainingsläufe für Gerät und System haben die Forscher*innen durch Versuche zur Erfassung des Wachtelkönigs im Unteren Odertal durchgeführt, wo es aktuell noch eine Population von etwa 50 Brutpaaren gibt. »Die Ergebnisse zeigten, dass die automatisierte Detektion der Vogellaute die Beobachtung und Beurteilung der Vogelpopulation erheblich verbessern und erleichtern kann«, betont Rollwage.

Derzeit trainieren die Projektpartner*innen die Algorithmen des Systems auf die Erkennung zusätzlicher Vogelarten wie zum Beispiel der Waldschnepfe. Außerdem wollen sie das System auch dazu befähigen, andere lautgebende Wildtierarten wie etwa Heuschrecken zu detektieren. Mit den entsprechend angepassten Softwaresystemen und einer größeren Anzahl von Monitoring-Geräten wollen die Projektpartner*innen dann umfangreichere Feldtests durchführen, um die Beurteilung der Biodiversität in Wald und Flur deutlich zu unterstützen.

(stw)

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Kontakt für die Medien: Christian Colmer
  • Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT - Oldenburg
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