Networked Wireless Sensor Systems for Ecological Monitoring

In Anbetracht der Klimakatastrophe wird ein flächendeckendes und zeitlich hoch aufgelöstes Monitoring der Umwelt immer wichtiger, um Veränderungen schnell zu detektieren. Hierbei ergibt sich das Problem, dass menschliche Arbeit durch die relativ geringe Anzahl an Expert*innen nur eingeschränkt skalierbar ist und Menschen auch nicht für ein permanentes Monitoring in der Natur geeignet sind. Hinzu kommen mögliche kognitive Einschränkungen in der Gesamtheit der Erfassung von Daten. Treten viele Daten nahezu zur selben Zeit auf, können diese von Menschen nicht mehr in ihrer Gänze wahrgenommen werden, und es kommt zu Datenverlusten. Des Weiteren können Daten durch menschliche Annahmen verfälscht (Bias) oder die Beobachtungen durch die reine Anwesenheit von Menschen gestört werden. Daher scheint die Nutzung automatisierter Verfahren zum Monitoring unausweichlich. Diese Dissertation präsentiert neue Ansätze zur Erstellung eines vernetzten drahtlosen Sen- sorsystems zum ökologischen Monitoring. Gerade in bewaldeten Gebieten herrschen oftmals schwierige Bedingungen für Mensch und Material, so dass die vorgestellten Ansätze auch mit diesen Realbedingungen umgehen können müssen. Als Hauptuntersuchungsfeld wird vor allem das Monitoring von Fledermäusen betrachtet. Fledermäuse sind ökologisch besonders wichtig, da ein Drittel von ihnen nach der "IUCN Red List of Threatened Species" als bedroht gilt oder nicht genügend Daten vorhanden sind, um eine Aussage über ihr Bedrohungspotential treffen zu können. Hinzu kommt, dass Fledermäuse sehr gute Indikatoren für die Gesundheit eines Ökosystems sind und somit die Beobachtung von Fledermäusen auch Aufschluss über den Zustand des gesamten Ökosystems liefern kann. Allerdings lassen sich die in der Dissertation vorgestellten Ansätze auch auf weitere Felder des Umweltmonitorings anwenden. Die Arbeit stellt insbesondere einen neuen Ansatz zum umfassenden Monitoring von Fleder- mäusen vor, der neben den Fledermäusen selbst auch das umgebende Ökosystem betrachtet. In diesen Bereichen werden wissenschaftliche Arbeiten vorgestellt und mit einem Blick auf ein konkretes Gesamtsystem abgeschlossen. Im Bereich des Ökosystem-Monitorings werden Ansätze zum Monitoring von Bäumen, Insekten, Vögeln, sowie Störungen durch den Menschen vorgestellt. Einerseits werden hierbei neue vernetzte Sensorknoten entwickelt und zu einem Gesamtsystem zusammengefügt. Andererseits wird auch eine neuartige Methode vorgestellt, wie bestehende unveränderbare Systeme und Geräte mit neuen Funktionen ausgestattet werden können. Dies wird anhand der konkreten Integration eines bestehenden Systems in das gezeigte Gesamtsystem illustriert. Im Bereich des Fledermaus-Monitorings werden Ansätze präsentiert, welche mit unter- schiedlichen Sensoren das Tracking von Fledermäusen ermöglichen und eine automatische Auswertung liefern. Hierbei kommen sowohl neue Auswertungsmethoden auf der Grundlage maschineller Lernverfahren, als auch die Konzeption eines Betriebssystems für spezielle Sensorknoten zum Einsatz. Als Kombination von neu entwickelter Hard- und Software wird ein Sensorsystem vorgestellt, welches eine multi-sensorische Beobachtung, die durch Aktivitäten von Fledermäusen getriggert wird, ermöglicht. Hiermit können Video-, Audio- und VHF-Daten in einer neuartigen Kombination erhoben werden und neue Schlüsse aus den Daten eines Sensors auf die Daten eines anderen Sensors gezogen werden.