Das Monitoring der biologischen Vielfalt ist bislang aufwendig, kostenintensiv und erfordert spezialisiertes Fachwissen. Mithilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) lassen sich Veränderungen der Biodiversität jedoch auch einfach und frühzeitig anhand von Tonaufnahmen erkennen. Im Projekt Bio-O-Ton-2 entwickeln Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) daraus eine Methode, mit der sich der Zustand von Lebensräumen mit Unterstützung von Bürgerinnen und Bürgern als Citizen Scientists großflächig erfassen lässt. Als Frühwarnsystem soll diese zukünftig bei Behörden zum Einsatz kommen.
Wandel in der Natur frühzeitig zu erkennen, ist eine zentrale Voraussetzung, um schützenswerte Lebensräume zu identifizieren und langfristig zu erhalten. „Ideal für das Monitoring wäre eine schnelle und kostengünstige Methode, um Veränderungen in Deutschland großflächig sichtbar zu machen“, sagt die Projektleiterin Dr. Susanne Benz vom Institut für Photogrammetrie und Fernerkundung (IPF) des KIT.
„Tonaufnahmen von Citizen Scientists sind dafür hervorragend geeignet. Mithilfe von Smartphones mit Geotagging-Funktionen können Bürgerinnen und Bürger heute Daten aus einer Vielzahl von Lebensräumen bereitstellen.“
Mit diesem Ansatz wollen die Forschenden im Projekt Bio-O-Ton-2 Behörden künftig beim Monitoring von Biotopen unterstützen.
Naturräume mit Tonaufnahmen erfassen
Das Projekt wird von einem Runden Tisch aus Fachbehörden, Naturschutzverbänden, Kartierungsbüros und wissenschaftlichen Einrichtungen begleitet. „Gemeinsam haben wir zunächst ein Klassifikationssystem für Flächenbewertungen erarbeitet, das dem Projektpartner ci-tec als Grundlage für das Training einer KI dient“, erläutert Benz. „Tonaufnahmen haben wir dabei als ideale Messmethode identifiziert.“
Einminütige Klangaufnahmen halten typische Geräusche eines Ortes fest, etwa Tier- und Naturgeräusche, Wind oder auch entfernte Verkehrsgeräusche. Sie liefern wissenschaftlich exakt auswertbare Daten, sind großflächig einsetzbar und ermöglichen eine erste Bewertung der Fläche ohne sie zu betreten.
Grundlage des Klassifikationssystems sind die Lebensraumtypen der Fauna-Flora-Habitat-Richtlinie, die schützenswerte Lebensräume in Europa beschreiben. Gemeinsam mit Tonaufnahmen sowie Satelliten- und Wetterinformationen entsteht eine Basis mit Referenzdaten zu bereits bewerteten Flächen. Sie kombiniert fernerkundlich aufgenommene Daten mit Angaben zum Zustand der jeweiligen Habitate. Darauf aufbauend entwickeln die KI-Expertinnen und Experten von ci-tec Methoden, um die heterogenen Daten zu fusionieren. Zudem trainieren sie KI-Modelle, die Zusammenhänge zwischen akustischen Mustern und Lebensraumtypen zu erkennen.
„Unser Ziel ist es, ein Verfahren zu entwickeln, das sich in der behördlichen Praxis anwenden lässt und das Monitoring erleichtert“, so Benz.
Das Institut für sozial-ökologische Forschung (ISOE) führt begleitend eine Akzeptanzstudie durch und evaluiert mögliche Anwendungsfälle.
Citizen Scientists mit Smartphone gesucht
„Damit das Projekt ein Erfolg wird, brauchen wir die Unterstützung von Bürgerinnen und Bürgern“, sagt Benz. „Dazu kooperieren wir mit Dawn Chorus, einem Citizen-Science-Projekt, das dazu einlädt, Naturklänge mit dem Smartphone aufzunehmen und zu teilen.“ Grundsätzlich lassen sich die Aufnahmen überall machen. Besonders wichtig für das Trainieren der KI seien jedoch Gebiete, deren naturschutzfachlicher Wert bereits kartiert wurde, da sich dort Veränderungen der Biodiversität gut nachvollziehen lassen, so Benz.
„Alle, die draußen in der Natur unterwegs sind, möchten wir aufrufen, mithilfe der App Naturtöne aufzunehmen. Wichtig ist aber zu wissen, dass diese Flächen oft unter Naturschutz stehen und besonders wertvoll für die Biodiversität sind. Daher dürfen die Tonaufnahmen ausschließlich von Wegen aus gemacht werden. Weitere Vorkenntnisse sind nicht erforderlich.“