Drohnen und KI verändern das Überleben und Management von Wildtieren

Die Möglichkeiten der künstlichen Intelligenz (KI) werden zunehmend zum Schutz bedrohter Arten genutzt.

Dieselbe Technologie, von der viele befürchten, sie könnte eines Tages Arbeitsplätze kosten oder gar die Menschheit bedrohen, wird heute zum Schutz der Tiere eingesetzt. KI hilft weltweit auf vielfältige Weise zum Schutz bedrohter Arten, etwa durch die Verfolgung von Bewegungsmustern und Wasserverlusten in Feuchtgebieten und Flüssen, die Verbesserung der Bekämpfung von Wilderei, die Entwicklung fortschrittlicher Warnsysteme und die Zählung von Arten mithilfe von Klassifizierungs- und Überwachungstechniken.

Durch all diese Bemühungen hat die KI dazu beigetragen, die schwindende Population von Elefanten, Fisch, pangolins, Nashörner, rote Wölfe, Florida-Pantherund viele mehr.

KI kann gefährdete Arten finden, identifizieren und schützen, indem sie riesige Datenmengen analysiert, Trends erkennt und Ökosysteme über einen längeren Zeitraum überwacht. Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden, die Ökosysteme stören und viel Zeit, Personal und Ressourcen erfordern, erledigt KI all dies schnell und effektiv.

Angesichts der Tatsache, dass bis zu eine Million Arten vom Aussterben bedroht sind und die Artenvielfalt besorgniserregend abnimmt, bietet KI leistungsstarke Werkzeuge zur Unterstützung der Naturschutzbemühungen. Ihre Vorteile, darunter höhere Effizienz, schnellere Datenverarbeitung, automatisierte Wildtierüberwachung, verbesserte Bedrohungserkennung, Echtzeitwarnungen, bessere Entscheidungsfindung und skalierbarer Datenaustausch, können dazu beitragen, den Schutz bedrohter Arten zu revolutionieren.

Aus diesem Grund setzen Forscher verstärkt auf KI, um die Artenvielfalt zu überwachen und die Bemühungen zum Schutz gefährdeter Arten zu verstärken. 

Die neueste Studie von Forschern der University of Florida hat genau das getan. Mithilfe künstlicher Intelligenz haben sie einen im Amazonasgebiet versteckten Nistplatz mit bis zu 41,000 Schildkröten freigelegt. Diese Entdeckung markiert den größten bekannten Schildkrötennistplatz der Welt und wurde durch intelligente Modellierung und Drohnen ermöglicht.

Der Einsatz innovativer Techniken in Kombination mit Luftbildern und statistischer Korrektur hat dazu beigetragen, große Mängel herkömmlicher Zähltechniken zu beheben und eine genauere Überwachung der Tierwelt zu ermöglichen.

„Wir beschreiben eine neuartige Methode zur effizienteren Überwachung von Tierpopulationen“, sagte Ismael Brack, Hauptautor der Studie und Postdoktorand an der Fakultät für Forst-, Fischerei- und Geomatikwissenschaften des UF Institute of Food and Agricultural Sciences (UF/IFAS). „Und obwohl die Methode zur Zählung von Schildkröten verwendet wird, könnte sie auch auf andere Arten angewendet werden.“

Saisonale Aggregation: Der Schlüssel zur genauen Wildtierzählung

Wenn es um die Untersuchung der Populationsdynamik geht, also darum, wie Arten wachsen, schrumpfen oder sich bewegen, um das Verständnis der Beziehungen zwischen Räubern und Beutetieren und der Interaktionen zwischen Arten sowie um die Analyse der Auswirkungen der Lebensraumumwandlung und des globalen Klimawandels, ist die Populationsdichte eine grundlegende Variable in Ökologie und Naturschutz.

Durch eine langfristige Überwachung können wir auch Trends in den Populationen invasiver oder bedrohter Arten erkennen und vorhersagen.

Die Kenntnis der Artenvielfalt hilft zwar dabei, Veränderungen zu verfolgen, Bedrohungen zu erkennen und den Erfolg von Schutz- oder Kontrollmaßnahmen zu messen. Allerdings ist die Schätzung der Artenvielfalt sehr schwierig, insbesondere in großen Gebieten, in denen Arten selten, schwer zu finden oder weit verstreut sind. Dies erschwert die genaue Identifizierung und Zählung von Arten.

Eine wirksame Methode zur Verbesserung der Effizienz und Genauigkeit dieser Bemühungen zur Schätzung und Überwachung der Populationsdichte besteht darin, die Tiere während der Zeiträume räumlicher Ansammlungen zu zählen.

Dies bedeutet, dass mehrere Wildtierarten saisonale Verhaltensweisen zeigen, bei denen sie sich in kleinen Gebieten konzentrieren, um auszuruhen, sich zu paaren, zu brüten, zu nisten und soziale Interaktionen zu pflegen, was die perfekte Gelegenheit bietet, sie zu zählen. Beispielsweise kommen Schildkröten zusammen, um an Stränden und Sandbänken zu nisten.

Um diese räumlich aggregierten Wildtierpopulationen zu beproben, werden Drohnen als effiziente und weniger invasive Methode eingesetzt.

Drohnen, auch als unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs) oder ferngesteuerte Flugzeuge (RPAs) bekannt, sind bei der Zählung von Arten an einem Ort nachweislich präziser und genauer. Zudem verursachen sie im Vergleich zu bodengestützten Erhebungen weniger Störungen für die Tiere.

Für den Einsatz von Drohnen werden Flugrouten geplant, die das gesamte Gebiet abdecken, in dem die Arten gesammelt werden. Überlappungen zwischen aufeinanderfolgenden Fotos und seitlichen Streifen werden eingehalten, sodass alle aufgenommenen Bilder zu einem einzigen orthorektifizierten Mosaik zusammengefügt werden können.

Durch die Kombination vieler kleinerer Bilder mit entfernten Verzerrungen zu einem großen, sehr detaillierten Bild mit hoher Auflösung und Kartenqualität entsteht ein orthorektifiziertes Mosaik.

Das Zählen von Wildtierindividuen in Orthomosaiken während Aggregationsereignissen unterliegt jedoch unbeabsichtigten Fehlern, die zu verzerrten Schätzungen führen können.

Obwohl dies eine schnellere, weniger invasive und präzisere Methode zum Zählen von Tieren ist als vom Boden aus, berücksichtigt diese Technik nicht die Tatsache, dass sich Tiere während der Beobachtung manchmal bewegen.

Beispielsweise kann ein Tier durch Vegetation verborgen sein oder sich während der Bildaufnahme vorübergehend an einem anderen Ort befinden. Selbst wenn das Tier auf dem Bild zu sehen ist, wird es möglicherweise weder vom Algorithmus noch von einem menschlichen Beobachter erkannt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass sich bewegende Tiere mehrfach auf den Fotos erscheinen.

Ein wichtiger Faktor dabei ist laut der neuesten Studie, dass diese Artenkonzentrationen üblicherweise nur vorübergehend sind und dass einzelne Individuen im Laufe der Tage aufgrund von Nist-, Brut- oder Migrationstätigkeiten ankommen und wieder abreisen, was zu Schwankungen der Populationsgröße führt.

Die sich aus dieser „offenen Population“ ergebenden Fehler können zu falschen Zahlen führen. Beunruhigend ist dabei, dass „diese Fehler bei Bestandsschätzungen, die aus Orthomosaikzählungen von Drohnen-basierten Erhebungen abgeleitet werden, weitgehend übersehen werden.“

Die Forscher der University of Florida wollten daher einen Ansatz entwickeln, der mehrere Fehlerquellen berücksichtigt. Dazu verwenden sie zwei Arten von Datensätzen: erneute Sichtungen markierter Tiere und die Gesamtpopulationszählung.

Luftüberwachung und intelligente Modellierung revolutionieren Bevölkerungsschätzungen

In Zusammenarbeit mit nichtstaatlichen Forschern der Wildlife Conservation Society (WCS) mit Sitz in New York in Kolumbien, Brasilien und Bolivien konzentrierte sich das Projekt zunächst auf die Riesen-Flussschildkröte (Podocnemis expansa), auch bekannt als Riesen-Flussschildkröte, Flussschildkröte oder einfach als Arrau.

Veröffentlicht im Journal of Applied Ecology, Forschungsprojekte¹ Der Grund für die Initiative war die Notwendigkeit, die Häufigkeit von Flussschildkröten abzuschätzen und ein Überwachungsprotokoll für sie während der weltweit größten bekannten Ansammlung von Süßwasserschildkröten zu erstellen. 

Die Population der Flussschildkröten ist in der Vergangenheit zurückgegangen. Sie sind entweder aus vielen Nebenflüssen des Amazonas und des Orinoco verschwunden oder kommen nur noch in deutlich geringerer Dichte vor.

Ihre Population ist stark zurückgegangen, vor allem aufgrund der Übernutzung der Tiere durch Wilderer zum Verzehr von Fleisch und Eiern. Infolgedessen sind große Ansammlungen dieser Tiere heute selten geworden.

Dennoch gibt es in ihrem Verbreitungsgebiet noch einige große Populationen dieser Art, und einige von ihnen scheinen sich zu erholen, wobei ihr saisonales Verhalten eine unschätzbare Gelegenheit bietet, ihre Populationen zu überwachen. 

Tausende dieser geselligen Lebewesen versammeln sich jedes Jahr während der Trockenzeit (Juli oder August), um auf den Sandbänken des Flusses Guaporé entlang der Grenze zwischen Brasilien und Bolivien zu nisten. 

Um ihre Zahl zu schätzen, zählten Experten bisher die Jungtiere nach dem Schlüpfen und extrapolierten daraus die Zahl der Weibchen, wobei sie die durchschnittliche Anzahl Eier pro Nest verwendeten. Aufgrund der Umzäunung und der Manipulation der Jungtiere ist diese Methode invasiver und zeitaufwändiger. 

Darüber hinaus können einzelne Nester nicht voneinander unterschieden werden, was es in Gebieten mit erheblicher Massennistdichte nicht nur schwierig, sondern sogar unmöglich macht, die Anzahl zu schätzen.

Es gibt noch eine andere Möglichkeit: die visuelle Zählung erwachsener Schildkröten vom Boden aus. Auch hier besteht jedoch die Schwierigkeit, sich ständig zu bewegen und sich gegenseitig zu behindern.

Hier wurden Drohnen, die zur Überwachung der Populationen von Flussschildkröten getestet werden, vielversprechend als effiziente und präzise Methode zur Schätzung ihrer Populationsgröße während der Nistzeit, was wichtig ist, um die Populationsentwicklung und die Wirksamkeit von Schutzmaßnahmen einzuschätzen.

Daher wandten die Forscher den von ihnen entwickelten Modellierungsansatz an, um die Population der Flussschildkröten zu bestimmen, wenn sie zum Nisten zusammenkommen. 

Durch die Berücksichtigung mehrerer Fehlerquellen bietet es Ökologen eine neue Methode, gefährdete Tiere genauer zu überwachen.

Der neuartige Ansatz bietet laut Forschern mehrere Vorteile, darunter die Luftbildaufnahme, mit der die Flussschildkröten ungehindert gezählt werden können. Der Einsatz einer weniger invasiven Technik reduziert zudem die Störung der Tiere. 

Darüber hinaus bietet der Ansatz einen einheitlichen Ansatz, der an verschiedenen Standorten und in verschiedenen Jahren angewendet und verglichen werden kann. Angesichts dieser Vorteile erwarten die Forscher, dass ein ähnliches Protokoll von staatlichen und nichtstaatlichen Institutionen zur Überwachung der Art eingesetzt wird.

Klicken Sie hier, um zu erfahren, warum die Drohnentechnologie trotz häufigem Missbrauch ein enormes Potenzial bietet.

Ein intelligentes, skalierbares und fehlerkorrigiertes Modell zur Überwachung der weltweiten Tierwelt

Um die Schildkröten zu zählen, markierten die Forscher die Panzer von 1,187 Flussschildkröten mit weißer Farbe und ließen über einen Zeitraum von zwölf Tagen viermal täglich eine Drohne über die Schildkröten hinwegfliegen, die einem genauen Weg hin und her folgte.

Die Drohne machte jedes Mal 1,500 Bilder, die mithilfe einer Software zusammengefügt wurden. Anschließend überprüften die Forscher die zusammengesetzten Bilder. Sie dokumentierten jede Schildkröte und ob ihr Panzer markiert war. Außerdem wurde dokumentiert, ob das Tier zum Zeitpunkt der Aufnahme lief oder nistete. 

Anhand dieser Daten entwickelten sie Wahrscheinlichkeitsmodelle, die mehrere Fehlerquellen berücksichtigen. Dabei wurden Markierungsdaten und die Gesamtpopulationszählung verwendet, um Individuen zu berücksichtigen, die während des Fluges nicht erkannt werden konnten, sowie offene Populationen (das ständige Ankommen und Verlassen) während des Nistvorgangs, markierte Individuen, die im Mosaik mit nicht identifizierbaren Markierungen erkannt wurden, und Doppelzählungen aufgrund des Orthomosaik-Erstellungsprozesses.

So schätzt das Team, dass die tägliche Nistwahrscheinlichkeit 0.37 beträgt und dass 35 % der Flussschildkröten, die die Sandbank nachts nutzten, auch während des Morgenflugs der Drohne anwesend sind. 

Darüber hinaus stellten sie fest, dass 20 % der im Orthomosaik laufenden Schildkröten doppelt gezählt wurden und die Wahrscheinlichkeit, die Markierung zu identifizieren, bei 0.78 lag. Auf diese Weise ermöglicht der neuartige Ansatz eine genauere Möglichkeit, Wildtiere mithilfe von Drohnen zu zählen.

Beim Zählen der Schildkröten meldeten Beobachter vor Ort etwa 16,000 Schildkröten, während Forscher, die die Orthomosaike ohne Berücksichtigung von Fehlern überprüften, etwa 79,000 Schildkröten zählten.

Mithilfe dieser Methode schätzen die Forscher die Gesamtzahl der Schildkröten an diesem Sammelplatz auf 41,377. Brack erklärt:

„Diese Zahlen schwanken stark, und das stellt ein Problem für Naturschützer dar. Wenn Wissenschaftler nicht in der Lage sind, die Individuen einer Art genau zu zählen, woher sollen sie dann wissen, ob die Population schrumpft oder ob die Schutzbemühungen erfolgreich sind?“

Obwohl die Schätzungen eine große Zahl von Flussschildkröten widerspiegeln, weisen die Forscher darauf hin, dass es sich wahrscheinlich nur um einen Bruchteil der historischen Populationen im Amazonasgebiet handelt, basierend auf historischen Aufzeichnungen exportierter Eier. Darüber hinaus dauerte die Brutzeit auch noch einige Tage nach dem letzten Drohnenflug an.

Die Studie empfiehlt daher, das Monitoring-Tool über die gesamte Brutzeit auszuweiten. Zudem sollten weitere Sandbänke in der Region einbezogen werden, um eine umfassende Schätzung der Brutpopulation zu ermöglichen.

In diesem Zusammenhang plant das Forschungsteam weitere Drohnenflüge am Nistplatz des Guaporé-Flusses sowie in anderen südamerikanischen Ländern, in denen sich die Flussschildkröten versammeln, wie etwa Kolumbien und möglicherweise Venezuela und Peru. Dies wird dem Team helfen, seine Überwachungsmethoden zu verbessern.

„Indem wir Informationen aus mehreren Erhebungen kombinieren, können wir Populationstrends erkennen und die Wildlife Conservation Society weiß, wo sie in Naturschutzmaßnahmen investieren muss.“

– Brack

Während der entwickelte Rahmen ursprünglich von der Notwendigkeit getrieben war, die Überwachung von Flussschildkröten zu verbessern, stellten die Forscher fest, dass er „sehr vielseitig ist und problemlos in verschiedenen Kontexten verwendet oder angepasst werden kann.“

Neben Flussschildkröten kann die entwickelte Methodik auch auf die Schutzbemühungen anderer bedrohter Arten angewendet und angepasst werden, die mithilfe von Orthomosaiken auf Drohnenbasis erfasst werden.

Bei früheren Drohnenüberwachungsstudien wurde beispielsweise das Fell von Robben geschoren, Bergziegen und Bisons mit Paintball-Kugeln markiert und Elchen mit Halsbändern versehen, um ihre Bewegungen während der Zählung zu verfolgen.

Letztendlich kann das neue Modell für die effiziente und zeitnahe Überwachung der Populationsdichte in Programmen zum Schutz und zur Bewirtschaftung von Wildtieren verwendet werden.

Investitionen in Naturschutztechnologie

Der KI-Liebling NVIDIA Corporation (NVDA + 0.75%) spielt eine große Rolle bei der Rettung von Tieren und unseres Planeten. 

Seine GPUs treiben viele der Deep-Learning-Modelle an, die in der Bilderkennung, Objekterkennung und Umweltüberwachungssoftware verwendet werden. Das Unternehmen fördert sogar den Einsatz von KI für das globale Wohl, einschließlich der Biodiversitätsforschung.

NVIDIA Corporation (NVDA + 0.75%)

Zu den Unternehmen, die Nvidias Technologie nutzen, zählt auch das KI-Forschungsinstitut Ai2, das EarthRanger entwickelt hat, um fundiertere operative Entscheidungen zum Artenschutz in Echtzeit zu treffen. Die weltweit größte Elefantendatenbank wird auf NVIDIA Hopper-GPUs trainiert. Sie zeigt außerdem Daten zu einer Vielzahl von Wildtieren an, die aus Radios, Satelliten, Kamerafallen, akustischen Sensoren und weiteren Datenquellen stammen. 

Ai2 hat kürzlich außerdem ein Open-Source-KI-Modell namens Atlantes veröffentlicht, das täglich über fünf Milliarden GPS-Signale von fast 600,000 Hochseeschiffen analysiert und die Aktivitäten dieser Schiffe mit einer Genauigkeit von etwa 80 % vorhersagt. Betreibt ein Schiff illegale Fischerei, sendet das Modell Warnmeldungen an die Küstenwache. Das auf einem 4.7-Millionen-Parameter-Transformator basierende Modell Atlantes wird auf NVIDIA H100 Tensor Core GPUs und PyTorch trainiert.

Die KI-basierten RhinoWatches von Rouxcel Technology werden mithilfe von NVIDIA-Beschleunigungsrechnern trainiert und optimiert. Sie sind in über 40 südafrikanischen Reservaten im Einsatz und werden derzeit in Kenia und Namibia ausgebaut. Das Unternehmen entwickelt derzeit KI-Modelle für weitere Arten, darunter auch für die vom Aussterben bedrohten Schuppentiere.

Die NVIDIA CUDA- und Jetson-Module werden unterdessen von OroraTech für Edge-KI und Datenverarbeitung verwendet. Dabei werden Daten von Satelliten, Kameras, Luftbeobachtungen und lokalen Wetterinformationen kombiniert, um Wilderei und Waldbrände zu überwachen und in Echtzeit Warnungen bereitzustellen.

Aber das ist noch nicht alles. Im Laufe der Jahre wurde Nvidia-Technologie für viele andere interessante Experimente eingesetzt, darunter auch für die Wiederbelebung ausgestorbener Arten. Colossal Biosciences beispielsweise mithilfe von Gen-Editing-Technologie, KI-Modellen und der NVIDIA Parabricks-Softwaresuite den Dodo, das Wollhaarmammut und den Tasmanischen Tiger zurückzubringen.

Neben der Tierwelt hilft die Nvidia-Technologie Wissenschaftlern, Forschern und Entwicklern dabei, Klima, Ozeane und den Weltraum besser zu verstehen.  

Bei einer Marktkapitalisierung von 4.39 Billionen US-Dollar werden die Aktien des Full-Stack-Computing-Infrastrukturunternehmens derzeit zu 180.95 US-Dollar gehandelt, ein Anstieg von über 34 % seit Jahresbeginn. 

Der Aktienkurs des Unternehmens ist in den letzten drei Monaten um mehr als 59 % gestiegen. Erst am letzten Julitag erreichte die Aktie mit 52 US-Dollar ein 183.30-Wochen-Hoch. Dies zeigt, dass die Anleger weiterhin großes Vertrauen in das Unternehmen und seine Zukunftsaussichten haben.

Damit hat es einen Gewinn pro Aktie (TTM) von 3.10 und ein KGV (TTM) von 57.98, während die angebotene Dividendenrendite 0.02 % beträgt.

Für das erste Quartal, das am 27. April 2025 endete, meldete Nvidia einen Umsatz von 44.1 Milliarden US-Dollar. Haupttreiber sind Rechenzentren, die 39.1 Milliarden US-Dollar des Umsatzes ausmachen, was satte 89 % des Gesamtumsatzes des Unternehmens ausmacht. Befeuert wurde dieser Anstieg durch die explosionsartige Nachfrage nach KI.

Dieses Wachstum konnte trotz geopolitischer Rückschläge erzielt werden, die durch Exportbeschränkungen für seine H20-Chips in China verursacht wurden. Diese Chips werden wahrscheinlich nach China zurückkehren, da die Trump-Regierung dem Unternehmen zugesichert hat, dass der Verkauf wieder aufgenommen werden kann. Nvidia hat außerdem angekündigt eine neue „vollständig kompatible“ GPU für China.

Allerdings dürfte es für Nvidia immer noch schwierig sein, seinen früheren Marktanteil zurückzugewinnen. Bernstein prognostiziert, dass der Marktanteil von Nvidia bei KI-Chips in China von 66 % im letzten Jahr auf 54 % in diesem Jahr sinken wird.

Jeder Auftrag ist einzigartig NVIDIA Corporation (NVDA) Aktiennachrichten und Entwicklungen

Fazit

Um einen gesunden und stabilen Planeten zu erhalten, ist der Schutz bedrohter Arten unerlässlich, da ihr Verlust kaskadenartige Auswirkungen haben und das gesamte Lebensgefüge beeinträchtigen kann. Angesichts der zunehmenden Bedrohung durch Artenaussterben ist eine wirksame Überwachung wichtiger denn je.

Die Integration von Drohnen und intelligenten Modellierungstechniken stellt hier einen großen Wandel dar. Diese technologischen Innovationen verbessern die Genauigkeit und Effizienz der Artenüberwachung und ermöglichen es uns, schneller, intelligenter und strategischer zu handeln, um die gefährdetsten Wildtiere unseres Planeten zu schützen.

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References:

1. Brack, IV, Valle, D., Ferrara, C., Torrico, O., Domic-Rivadeneira, E., & Forero-Medina, G. Schätzung der Häufigkeit aggregierter Populationen mit Drohnen unter Berücksichtigung mehrerer Fehlerquellen: Eine Fallstudie zur Massennistung südamerikanischer Riesenflussschildkröten. Journal of Applied Ecology, Erstveröffentlichung 17. Juni 2025. https://doi.org/10.1111/1365-2664.70081