KI-Bird-Projekt gewinnt "Die goldene Apis" für innovative Wasservogelzählung
Eine Drohne mit einer hochauflösenden Kamera fliegt entlang eines programmierten Flugstreifens über das Bleistätter Moor am Ossiacher See und nimmt 1000 digitale Einzelbilder auf, wovon jedes eine Koordinate hat.
Mittels künstlicher Intelligenz (KI) können Wasservögel auf den Bildern erkannt werden. Die automatisierte Wasservogelzählung ist ein Forschungsprojekt, das die traditionelle und aufwendige Wasservogelzählung durch geschulte Beobachter:innen ergänzen und objektiv unterstützen könnte. Auch Veränderungen der Umwelt und ihre Auswirkungen können mit verschiedenen Drohnenflugsystemen der Forschungsgruppe „SIENA“ der FH Kärnten erfasst und für den Naturschutz, die Überwachung von Wildtieren oder die Kartierung der Biodiversität von Lebensräumen angewendet werden. „Konzeption und Evaluation von innovativen Methoden zur nicht-invasiven Wasservogelzählung auf Grundlage von hochauflösenden Drohnenbildern und künstlicher Intelligenz“ ist Inhalt dieses spannenden Pilotprojektes, das mit der „Die goldenen Apis“ in der Kategorie Forschung ausgezeichnet wurde.
Die große Frage im Hintergrund: Wie kann man die Algorithmen einer KI so trainieren, dass sie nicht nur Wasservögel erkennt, sondern auch, zu welcher Art sie gehören? „Dazu braucht es eine enge Zusammenarbeit mit Vogelfachexpert:innen“, erläutert Projektleiter und Drohnenforscher Gernot Paulus von der FH Kärnten in Villach.
„Je seltener und spezieller ein Vogel ist, desto schwieriger ist es, genügend gute Trainingsdaten zu erstellen“. Gemeinsam mit Spezialist:innen der Naturschutzabteilung des Landes Kärnten habe man überlegt, wie man KI- Methoden der University of New Mexico in Albuquerque (USA), die der ehemalige FH-Masterstudent und jetzige SIENA-Forscher Mohammad Sadoun im Rahmen einer Forschungskooperation dort kennengelernt hat, für Kärnten nutzbar machen und weiterentwickeln könne. „Wir haben die Daten aus den USA für die Vorauswahl in Kärnten verwendet, es hat sehr gut funktioniert“, erzählt Paulus. Dann habe sich das Interesse auf den Unterschied zwischen traditioneller Wasservogelzählung und automatisierter Zählung mit KI konzentriert. „Was macht die KI besser, wie kann sie das Leben der Expert:innen bereichern?“, formuliert Paulus die Fragestellung.
Die Probe aufs Exempel erfolgte prototypisch in zwei Testgebieten: am Bleistätter Moor und an der Drau bei Völkermarkt. Ein erfahrenes Ornithologenteam führte die Wasservogelzählung vom Boden aus durch, während zeitgleich die Drohnenbefliegung in 40 Meter Flughöhe stattfand. „Das war extrem spannend“, erinnert sich Paulus.
„Das war extrem spannend“, erinnert sich Paulus. Das Ergebnis: die Expert:innen am Boden zählten und erkannten 209 Wasservögel, die KI anhand der Drohnenflugbilder 467. Das konnte durch Zoomen der Punktmarkierungen auf den Fotos verifiziert werden. Der KI-Algorithmus Yolo (You Only Look Once), ein state-of-the-art Echtzeit-Objektentdeckungsalgorithmus, hatte funktioniert. Der Versuch war geglückt. Vorangegangen war eine lange Phase der Softwareentwicklung, um Trainingsdaten für Yolo und die KI-Ergebnisse den Fachleuten zur Verfügung zu stellen. „Wir haben Yolo mit sehr guten, von erfahrenen Ornithologen erstellten Trainingsdaten gefüttert“, schildert Paulus. Damit habe man Yolo „erzogen“. „Je unterschiedlicher die Arten der Vögel, desto mehr Trainingsdaten braucht Yolo“. Man müsse auch beachten, dass die Perspektive von oben anders sei als die Perspektive der Beobachter am Boden. „Umweltmonitoring ist nicht einfach, es braucht viel Forschung“, betont Paulus.
Doch mit neuen Werkzeugen könne man dazu beitragen, die dramatischen und immer schneller passierenden Veränderungen unserer Umwelt präzise zu dokumentieren und ihre Auswirkungen besser verstehen und beurteilen zu können. Diese neuen Forschungsergebnisse werden auch in die Lehre an der FH Kärnten, besonders in den neuen internationalen Bachelorstudiengang „Green Transition Engineering“ einfließen, hebt Gernot Paulus die Bedeutung des Projektes hervor. Dafür stehe das Forschungsprojekt „KI-Bird“ exemplarisch.
Projektpartner: Forschungsgruppe SIENA an der FH Kärnten (Spatial Infomatics for Environmental Applications), Abteilung 8 für Umwelt, Naturschutz und Klimaschutzkoordination des Landes Kärnten, University of New Mexiko in Albuquerque (USA).
Leitung: Prof. Dr. Gernot Paulus FH Kärnten.
Finanzierung: Land Kärnten
Wir gratulieren zum ersten Kärntner Biodiversitätspreis "Die goldene Apis"
Die Forschungsgruppe "SIENA" gewinnt in der Kategorie Firmen und Forscherteams den ersten Kärntner Biodiversitätspreis "Die goldene Apis".
Alle Fotos wurden von der Forschungsgruppe SIENA der FH Kärnten zur Verfügung gestellt.
