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Künstliche Intelligenzen begegnen uns immer häufiger im Alltag, und auch in Verbindung mit Umweltschutz werfen sie viele Fragen auf. In unserer Beitragsreihe „KI und Umweltschutz“ haben wir uns unter anderem schon mit kritischen Aspekten der Technologien beschäftigt und Szenarien vorgestellt, in denen KI uns dabei helfen könnte, mit Tieren zu kommunizieren. Auf den Philippinen hat sich KI außerdem bereits als effektives Werkzeug zur Renaturierung lokaler Ökosysteme erwiesen. Aber was haben naturbelassene Auenwälder in Deutschland mit den modernen Technologien zu tun? Darüber durfte ich mich mit Florian Kaduk unterhalten – er betreut Renaturierungsprojekte an der Mittleren Elbe und erlebt KI als große Hilfe, um die Ökosysteme noch besser schützen zu können.
Die Auenlandschaft der Mittleren Elbe
Florian hat Landschaftsökologie und Landschaftsplanung studiert und arbeitet seit 5 Jahren für den WWF im Ökosystem der Flussauen entlang der Mittleren Elbe bei Dessau-Roßlau in Sachsen-Anhalt: „Wir sind also nicht im Bereich von Hamburg, wo die Elbe in die Nordsee mündet und auch nicht dort im Riesengebirge Richtung Tschechien, sondern im Bereich dazwischen“. Flussauen sind die Bereiche rechts und links am Flussufer, die je nach Wasserstand des Flusses regelmäßig überschwemmt werden. Dies schafft besondere Bedingungen für Ökosysteme, Tiere und Pflanzen. Allerdings werden häufig bauliche Maßnahmen vorgenommen und Deiche angelegt, um das an den Fluss grenzende Land vor den Hochwassern zu schützen und so besser für den Menschen nutzbar zu machen, zum Beispiel für Landwirtschaft. Florian erklärt, dass von den Flussauen in Deutschland nur noch 9% ökologisch funktionsfähig seien. „Der Rest ist soweit ausgedeicht, dass er auf der falschen Seite liegt, also nicht mehr im Fluss ist, und deshalb nicht in der Dynamik des Ökosystems teilhaben kann“.
Das ist zum Glück anders im Biosphärenreservat Mittlere Elbe, das zu den funktionierenden 9% gehört. Trotz menschlicher Eingriffe in der Vergangenheit, besteht hier heute ein artenreiches Flusstal: „Wir als WWF sind hier seit 30 Jahren tätig und haben in diesem Rahmen eine Menge Projekte umgesetzt,“ erzählt Florian. Mittlerweile trägt er die Hauptverantwortung für jene Flächen, die in der Obhut des WWF sind und betreut Schutzmaßnahmen, die sich innerhalb dieser Landschaft abspielen. Konkret arbeitet Florian daran, die Ökosysteme besser zu verstehen, um sie aktiv schützen zu können: „Wir wollen natürlich wissen, wie sich die Schutzmaßnahmen auf die Wälder auswirken. Wie entwickeln sich die Pflanzen? Was machen die Tiere?“ Neben Wildkatze, Biber, Wildschweinen, Rehen, Dachsen, Füchsen sind auch Wölfe in ‚Florians‘ Auenwäldern zu Hause, und sogar ein paar Luchse sind in letzter Zeit dort gesichtet worden.
Wildtierkameras
Um herauszufinden, wie die vielen verschiedenen Tierarten zurecht kommen und welche Art von Schutz sie brauchen, müssen viele Daten gesammelt und ausgewertet werden: „Das Spannende sind die Wildkameras“, findet Florian. „In der Regel hängen 12 Kameras im Gebiet verteilt. Wir arbeiten schon seit 10 Jahren mit ihnen uns sind allmählich auf ein Problem gestoßen.“
Von den monatlich ca. 2000 Videos enthalten oft gerade mal 10 Videos relevantes Material, denn die Kameras lösen bei jeder kleinen Bewegung aus, auch denen, die gar nicht von Tieren stammen. Dieses Videomaterial ständig einzeln nach relevanten Inhalten auszusortieren war mit hohem Zeitaufwand verbunden. „Ich habe mir irgendwann gesagt: Das kann so nicht weitergehen“. Florian hat sich ein Konzept überlegt und gemeinsam mit dem Frauenhofer Institut für Digitale Medientechnologie (IDMT) verschiedene KI-Technologien so kombiniert, dass sie die Analysearbeit voranbringen. „Wir brauchen natürlich Erkenntnisse über das Schutzgebiet. So ist die Projektidee entstanden.“ Statt mit Internet im Schutzgebiet arbeitet Florian aber weiterhin manuell mit den Kameras. „Ich gehe manuell raus, überprüfe die Kameras, wechsle Batterien und hole die SD-Karten. Zurück im Büro übertrage ich die Videos.“ Statt wie bisher einzeln jede Aufnahme zu sichten, gibt er diese Aufgabe nun an die KI ab.
Was macht die Künstliche Intelligenz genau?
„Wir haben zwei verschiedene KI Modelle dabei,“ spezifiziert Florian. Ein Modell heiße Megadetektor und unterscheide Videos mit Tieren von Videos ohne Tieren. „Das funktioniert sehr gut. Und das zweite ist ein Open Source KI Modell, was von der Uni Marburg entwickelt wurde, gemeinsam mit Experten aus ganz Europa für Mitteleuropäische Säugetiere.“
Dieses Modell bestimmt das Säugetier, das im Video zu sehen ist. Auch manche Vögel könne das Modell erkennen, allerdings weniger zuverlässig: „Der Jagdfasan ist bei uns sehr häufig, kommt aber in diesem Modell gar nicht vor. Deshalb erkennt die KI dann immer einen Habicht, da das für sie am Nächsten an das heran kommt, was sie wahrnimmt: Etwas vogelförmiges und braunes.“
Die KI dazu zu trainieren, noch mehr Tierarten richtig zu erkennen sei aus Kostenplanungsgründen nicht Teil dieses spezifischen Projektes gewesen. Insgesamt unterstützen die KI- Funktionen die Arbeit aber sehr gut. Beispielsweise verbindet die Technologie ihre neuen Erkenntnisse immer mit bereits vorhandenen Ergebnissen: Im Bild unten ist ein Kuchendiagramm zu sehen, das anzeigt, wie viele Videos die jeweilige Kamera zu welchem Tier (oder auch ohne Tier…) aufgenommen hat. Mithilfe der Landkarte ist dann zum Beispiel leichter zu überblicken, welche Tiere sich wo im Gebiet am häufigsten aufhalten.
Hilfreiche Erkenntnisse
Florian erzählt weiter, weshalb die KI-Unterstützung so wertvoll ist. „Wofür nutzen wir das Ganze? In der aktiven Naturschutzarbeit“. Das Monitoring erlaubt dem WWF-Team, besser zu verstehen, wie verschiedene Tierarten noch besser geschützt werden können. Ein konkretes Beispiel war ein fehlender Korridor für die Wildkatze über die Wiese zwischen zwei Waldgebieten: „Da haben wir festgestellt, dass an einer Stelle die Wildkatzen nicht hier herüberkommen. Diese Erkenntnisse helfen uns dann, indem wir sehen: Welche Aktivitätsmuster hat die Wildkatze? Wo hält sie sich wann auf? Was können wir da unternehmen?“. Ein anderes Beispiel ist der Elbebiber: Dank der Videoaufnahmen hat das Team festgestellt, an welchem Tag und Wasserstand die Tiere das Revier verlassen haben, weil der Wasserstand nicht mehr ausgereicht hat. Dort bringt das Team gerade Stauanlagen an, um die Lebensgrundlage für die Elbebiberbande zu sichern.
Wie geht es weiter?
Florian hofft, dass die positiven Erfahrungen mit dem durch KI unterstützten Monitoringkonzept in seinem Projekt auch andere Naturschutzteams dazu inspirieren, zeitlich effektiver zu arbeiten, und so bestmöglichen praktischen Schutz voranzubringen. Technischen Lösungen, die in Förderprojekten entstehen, würden meist zuerst Behörden bereitgestellt, und nicht NGOs, wie dem WWF und dem NABU. „Auf Tagungen bekomme ich mit, dass weitgehend immer noch ineffiziente Methoden, angewandt werden, wie Stift und Papier, womit ein großer Informationsverlust einhergeht.“ Und das, wo in unserer modernen Welt doch mittlerweile viele andere Möglichkeiten vorhanden wären. „Ich fand es sinnvoll, zu schauen: Wie kann man da nach vorne gehen? Und habe gedacht, dieses Projekt wäre ein guter erster Anfang“.
Als möglichen nächsten Schritt sieht Florian die Anwendung von KI für Mikrofonie – also Tonaufnahmen, statt nur Videoaufnahmen. Das würde Naturschützer*innen zum Beispiel dabei helfen, Amphibien besser zu schützen, da diese aufwendig zu erfassen sind, sich jedoch klar durch Laute bemerkbar machen. Durch die Trockenheit hätten ihre Populationen stark abgenommen, deshalb bestehe Schutzbedarf.
Zum Thema KI und Naturschutz ist Florian noch wichtig, Datenschutz mitzubedenken. Beim Einsatz von Kameras zum Wildtiermonitoring könne es vorkommen, dass mal eine Person im Schutzgebiet zu sehen sei – selbst in Gebieten wie Florians, die für Außenstehen nicht frei zugänglich seien. Die KI könne das nun erkennen, sodass das Material direkt gelöscht werden kann. Trotzdem sieht Florian es aus datenschutzrechtlichen Gründen nicht als sinnvoll an, mit KI-ausgewertete Wildtierkameras in der Nähe von Städten einzusetzen, wo mehr Menschen unterwegs sind.
Bist du neugierieg geworden? Zu Florians Projekt an der Mittleren Elbe gibt es noch mehr zu lesen, und auch das Ökosystem Fluss bieten noch viel Spannendes zu entdecken. Darüber, wie die WWF Jugend für lebendige Flüsse aktiv wird, kannst du auch etwas erfahren!
