Im Wald ist immer etwas los. Gerade unsere Ohren nehmen vieles wahr, bevor es die Augen sehen. Dieser Umstand lässt sich wissenschaftlich nutzen. Die vielen Geräusche können durch spezielle akustische Rekorder aufgenommen und anschließend zur Beschreibung der Natur und der Artenvielfalt ausgewertet werden. Mit akustischem Waldmonitoring können wir (bio-) akustische Fingerabdrücke für Entscheidungsprozesse in Bewirtschaftung und Politik erzeugen.

Hintergrund und Zielsetzung

Erst in der heutigen Zeit können wir die speicherintensiven Geräusche wissenschaftlich nutzen. Dies eröffnet neue Perspektiven, um den Zustand unserer Wälder besser zu verstehen und effektiver zu schützen. Die Nutzung der Klanglandschaft des Waldes zur Erklärung von Veränderungen im Artenvorkommen stellt eine innovative Möglichkeit dar. AkWamo prüft das. Mittels künstlicher Intelligenz sollen die vielfältigen Töne des Waldes entschlüsselt, Entwicklungen identifiziert und Zusammenhänge aufgedeckt werden.

Das Projektziel von AkWamo lotet mittels Tonaufzeichnungen das Potenzial einer (bio-) akustischen Quantifizierung der biologischen Vielfalt für ein bundesweites Waldmonitoring aus. Im Rahmen der Machbarkeitsstudie werden Arbeits- und Analyseabläufe entwickelt und standardisiert. Diese sind erforderlich, um ein akustisches Monitoring flächendeckend aufzubauen.

Vorgehensweise

AkWamo als Kooperationsprojekt

Das Projekt ist eine Kooperation zwischen dem Museum für Naturkunde Berlin, der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg und dem Thünen-Institut für Waldökosysteme. Die Machbarkeitsstudie wird arbeitsteilig von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus den Bereichen Forstwirtschaft, Bioakustik, Ornithologie und IT durchgeführt.

Die akustische Charakterisierung und Bewertung der Artenvielfalt liegt im Kompetenzschwerpunkt unser Projektpartner. Zentrale Aufgaben des Thünen-Instituts sind der Aufbau einer IT-Infrastruktur für das
(bio-) akustische Monitoring, die Entwicklung von Workflows, Wirtschaftlichkeitsberechnungen sowie die Integration von akustischen Kenngrößen in das bestehende forstliche Umweltmonitoring.

Datenerfassung, Datenaufbereitung und Datenmanagement

Die Datenaufnahme findet auf 12 Buchen- und Kiefernwaldflächen in Brandenburg, Hessen und Niedersachsen statt. Für die Erfassung im hörbaren Bereich kommen etablierte akustische Erfassungsgeräte zum Einsatz. Diese zeichnen die Geräusche jede zehnte Minute auf. Darüber hinaus werden Fledermausrufe mit kalibrierbaren Aufzeichnungsgeräten in dem für uns nicht hörbaren Frequenzbereich erfasst. Der kontinuierliche Betrieb der aufgestellten Messgeräte produziert monatlich mehr als ein Terabyte Datenmaterial. Die riesigen Datenmengen verstehen sich als technische Herausforderung.

Im Verlauf des Projekts wird das Thünen-Institut für Waldökosysteme eineIT-Infrastruktur für das (bio-) akustische Monitoring im Wald aufbauen. Damit soll die Zugänglichkeit der akustischen Daten gewährleistet und schnelle Analyse- sowie Visualisierungsmöglichkeiten bereitgestellt werden. Die IT-Infrastruktur soll dauerhaft etabliert werden. Dies umfasst die Speicherung der Originaldaten auf einem Datenserver, die Aufbewahrung der Metadaten in einer Datenbank und den Aufbau einer webbasierten Struktur für die akustische Analyse. Der Webzugang zum Datenserver ermöglicht das Uploaden, Abspielen und Downloaden von Audiodaten. Es wird eine Datenbank mit Webinterface aufgebaut, welche Audioaufnahmen in Form von Spektrogrammen, akustischen Indizes sowie Ergebnissen der akustischen Mustererkennung darstellen kann. Mustererkennungsalgorithmen werden integriert und die akustischen Daten in eine für das Waldmonitoring geeignete Form aufbereitet.

Integration in das Waldmonitoring

Die Akustikergebnisse und festgestellten Artenzusammensetzungen sollen mit regelmäßig erfassten Daten zum Waldzustand aus dem ICP Forests Level-II-Programm sowie anderen Großrauminventuren verschnitten und mit referierter Literatur abgeglichen werden. Geprüft werden soll, ob es Zusammenhänge zwischen (1) akustischer Phänologie und Phänologie der Bäume, (2) der akustischen Phänologie und meteorologischen Messungen sowie Lichtverhältnissen, (3) der Baumartenzusammensetzung und der lokalen Klanglandschaft und (4) der „Knarr Geräusche“ der Krone und Daten aus der Kronenzustandserhebung gibt.

Das Projekt untersucht, ob Ergebnisse aus dem (Bio-) Akustikmonitoring mit Level-II-Messgrößen, die auch in der Bundeswaldinventur oder in der Bodenzustandserhebung erhoben werden, in Beziehung stehen. Ist das der Fall, können Flächenangaben zu Geräuschen für ganz Deutschland gemacht werden.

DieWirtschaftlichkeitsberechnungen im Projekt schätzen den materiellen, personellen und finanziellen Bedarf für die Weiterführung und Ausdehnung eines (Bio-) Akustikmonitoring ab.

Im Rahmen des Projektes gewonnene Erkenntnisse, sowie die akustische Datenbasis, werden veröffentlicht und stehen dann als Referenz für weitere Untersuchungen zur Verfügung. Diese Machbarkeitsstudie legt zudem den Grundstein für ein Audioarchiv, welches langfristigen Zugriff auf akustische Daten gewährleisten und Vergleichsanalysen ermöglichen soll.