Satelliten und Algorithmen Elefanten-Zählung aus dem Weltraum

Wildtierzählungen mithilfe von Satellitenbildern und Computer-Algorithmen sind nicht neu. Erstmals ist es Wissenschaftlern jedoch gelungen, afrikanische Elefanten in einer komplexen geografischen Landschaft mit Gras- und Waldflächen aus dem Weltraum zu zählen. Für den Schutz bedrohter Tierarten eröffnen sich dadurch ganz neue Chancen.

Satellitenbild von Elefanten im Waldgebiet im Addo Elephant National Park, Südafrika
Elefanten im Waldgebiet des Addo Elephant National Parks in Südafrika aus dem Weltraum gesehen: Die grünen Rechtecke zeigen die vom Algorithmus erkannten Elefanten. Bildrechte: Satellite image (c) 2020 Maxar Technologies

Zum ersten Mal haben Wissenschaftler erfolgreich Satellitenkameras in Verbindung mit Computer-Algorithmen eingesetzt, um Wildtiere in komplexen geografischen Landschaften zu zählen. Ein britisch-niederländisches Forscherteam nutzte hochauflösende Bilder des Satelliten Worldview 3, um afrikanische Elefanten zu erfassen, die sich durch Wälder und Grasland bewegten. Das automatisierte System erkannte die Tiere mit der gleichen Genauigkeit, die auch Menschen erreichen können.

5.000 Quadratkilometer in wenigen Minuten

Grafiken zu Untersuchungsgebiet im Addo Elephant National Park in Südafrika
Lage des Untersuchungsgebiets im Addo Elephant National Park, Südafrika. Die WorldView-3-Beispielbilder zeigen: Elefanten im offenen homogenen Gebiet (Bild 1) sowie Elefanten im heterogenen Wald- und Dickichtgebiet (Bild 2). Bildrechte: Satellite image (c) 2020 Maxar Technologies

Der Algorithmus für die Tiererkennung wurde von Dr. Olga Isupova, einer Informatikerin an der University of Bath in Großbritannien, entwickelt. Wie die Wissenschaftlerin sagte, ist es mithilfe der neuen Technik möglich, riesige Landflächen in wenigen Minuten zu scannen. Damit werde eine dringend benötigte Alternative zu menschlichen Beobachtern geschaffen, die bislang Wildtiere aus niedrig fliegenden Flugzeugen zählen. Tatsächlich ist ein Satellit in der Lage, aller paar Minuten Bildmaterial von Flächengrößen über 5.000 Quadratkilometer zu sammeln. Bei Bedarf, etwa bei dichter Bewölkung, kann die Aufnahme einen Tag später bei der nächsten Erdumrundung wiederholt werden.

Ohne Doppelzählungen, Störungen und Abstürze

Durch die schelle Erfassung großer Flächen wird auch das Risiko von Doppelzählungen ausgeschlossen, was beim Zählen von Tieren aus dem Flugzeug immer wieder vorkommt. Auch im wörtlichen Sinne stoßen klassische Tierzählungen leicht an ihre Grenzen, etwa wenn Zählflugzeuge Landesgrenzen nicht überfliegen dürfen. Anders als tieffliegende Flugzeuge stören die Satelliten die Wildtiere auch nicht durch Fluglärm. Zudem entfällt die Gefahr, dass Menschen bei Flugmanövern verletzt oder getötet werden.

Nicht erste Satellitenzählung, aber die schwierigste

Beispiele für CNN-Erkennungen in Maasai Mara vom Geoeye-1-Satelliten
Geoeye-1-Satellitenbilder aus dem Maasai Mara-Nationalpark ohne und mit künstlicher Erkennung (rechts). Bildrechte: Satellite image (c)2020 Maxar Technologies

Die in der Fachzeitschricht "Journal of Zoology" veröffentlichte Studie von Isupova und Kollegen war nicht die erste, die den Einsatz von Satellitenbildern und Algorithmen zum Tiermonitoring untersuchte. Sie war aber die erste, die zuverlässig Tiere beobachtete, die sich durch eine heterogene Landschaft mit offenem Grasland, Wald und in teilweiser Deckung bewegten. Zwar sei die Methode schon früher bei Walen angewendet worden, räumte Isupova ein, allerdings sei das im blauen Ozean auch eine viel geringere Herausforderung gewesen: "Wie Sie sich vorstellen können, macht es eine heterogene Landschaft viel schwieriger, Tiere zu identifizieren."

Vom Elefant zum Albatrosnest

Nicht von ungefähr wurden deshalb auch afrikanische Elefanten für die Studie ausgewählt. Sie sind die größten Landtiere und daher am leichtesten zu entdecken.

Elefanten in der Savanne
Afrikanische Elefanten sind die größten Landtiere der Erde. Bildrechte: dpa

Isupova ist jedoch sicher, dass es bald möglich sein wird, weitaus kleinere Tierarten aus dem Weltraum zu erkennen. "Die Auflösung von Satellitenbildern nimmt alle paar Jahre zu. Und mit jeder Erhöhung werden wir in der Lage sein, kleinere Dinge in größerem Detail zu sehen", so die Informatikerin: "Anderen Forschern ist es gelungen, schwarze Albatrosnester im Schnee zu erkennen. Der Schwarz-Weiß-Kontrast machte es zweifellos einfacher, aber das ändert nichts an der Tatsache, dass ein Albatrosnest ein Elftel der Größe eines Elefanten hat."

Dass bei zunehmend besserer Aufnahmetechnik die Gefahr besteht, dass künftig Fehler im Computeralgorithmus aus einer in der Savanne entdeckten "Mücke gleich einen Elefanten machen" könnten, steht dennoch nicht zu befürchten. Dass aber schon bald viel kleinere Tierarten in komplexen Landschaften mittels Satellitentechnik gezählt werden, wird sicher nicht mehr lange dauern.

Wirksame Hilfe für Naturschützer

Isupova und ihrer Forscherkollegen sind jedenfalls fest davon überzeugt, dass die von ihnen entwickelten hochmodernen Systeme geeignet sind, Naturschützer künftig wirksam in ihrem Bemühen um die Rettung bedrohter Arten zu unterstützen. Wie wichtig das ist, zeigt das Beispiel ihrer eigenen Studien-"Probanden". So ist die Population der afrikanischen Elefanten im letzten Jahrhundert aufgrund von Wilderei und der Zerstörung von Lebensräumen rapide zurückgegangen. Mit nur noch 40.000 bis 50.000 Tieren in freier Wildbahn werden Elefanten mittlerweile als gefährdet eingestuft. "Eine genaue Überwachung ist unerlässlich, wenn wir die Art retten wollen", sagt Isupova. "Wir müssen wissen, wo die Tiere sind und wie viele es sind."

(dn)

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