Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie
Mit Drohnen und KI Pflanzenarten aus der Luft kartieren
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Mit Drohnen und KI Pflanzenarten aus der Luft kartieren
Drohnen und Künstliche Intelligenz verbessern Naturschutz-Monitoring
Gibt es eine Möglichkeit Pflanzenarten auf einer Fläche zu kartieren, ohne die Fläche vollständig begehen zu müssen? Dieser Frage widmete sich das Forschungsprojekt „MonA“ (Monitoring von naturschutzrelevanten Arten und Renaturierungs-maßnahmen per Fernerkundung)“ der Justus-Liebig-Universität Gießen. Mit modernsten Drohnen- und Fernerkundungstechnologien haben die Forschenden im Rahmen des Projektes eine effiziente und präzise Methodik entwickelt, die es ermöglicht auf großen Flächen Pflanzenarten aus der Luft zu erfassen. Gefördert wurde das Projekt über den hessischen Biodiversitätsforschungsfond des Hessischen Landesamts für Naturschutz, Umwelt und Geologie.
Im Fokus des Forschungsprojektes standen zwei unterschiedliche, aber eng miteinander verknüpfte Schwerpunkte: renaturierte Stromtalwiesen am hessischen Oberrhein sowie durch Trockenheit geprägte Wälder in Südhessen bei Pfungstadt und Seeheim-Jugenheim. In beiden Gebieten wurde die Erkennung von speziellen Arten mittels Drohnen und Künstlicher Intelligenz getestet. Während in den renaturierten Stromtalwiesen die Erfassung von heimischen gefährdeten Arten im Vordergrund stand, wurde in den Wäldern nach invasiven gebietsfremden Arten gesucht.
Renaturierungserfolg in Stromtalwiesen sichtbar machen
Stromtalwiesen zählen zu den artenreichsten Lebensräumen Mitteleuropas und erfüllen bei gleichzeitiger landwirtschaftlicher Nutzung wichtige Funktionen, u.a. für den Hochwasserschutz und die Kohlenstoffspeicherung. Seit mehr als 20 Jahren werden diese Flächen am hessischen Oberrhein renaturiert. Im Projekt „MonA“ wurde von 2021 bis 2025 untersucht, ob die Renaturierung der Stromtalwiesen dazu geführt hat, dass sich dort wieder charakteristische und seltene Pflanzenarten etablieren konnten. Gleichzeitig war es das Ziel, hier eine Monitoringmethode anzuwenden, die diese Wirkung effizient erfasst. Hierfür wurden Drohnenbefliegungen durchgeführt und hochauflösende Bilddaten gewonnen, die es ermöglichten, charakteristische und seltene Pflanzenarten wie die Wiesen-Schwertlilie (Iris spuria) oder den Arznei-Haarstrang (Peucedanum officinale) direkt zu identifizieren.
Ein weiterer Ansatz zur Bewertung des Renaturierungserfolgs beruht auf einer einfachen Idee: Artenreiche Lebensräume sind oft vielfältiger strukturiert und reflektieren Licht daher auf unterschiedlichere Weise. Diese Vielfalt der reflektierten Lichtsignale nennt man spektrale Diversität. Hyperspektrale Messungen – auch im nicht sichtbaren Nahinfrarotbereich – zeigten, dass renaturierte Flächen eine signifikant höhere spektrale Vielfalt aufweisen als angrenzendes, nicht-renaturiertes Grünland.
Invasive Arten in trockengeschädigten Wäldern erkennen
Der zweite Schwerpunkt des Projekts lag auf Wäldern in Südhessen bei Pfungstadt, die durch Trockenheit und Klimawandelfolgen zunehmend aufgelichtet sind. Diese Bedingungen begünstigen die Ausbreitung invasiver Arten wie etwa des Götterbaums (Ailanthus altissima). Auch hier kamen Drohnenbefliegungen mit einem speziell entwickelten, ultrahochauflösenden Kamerasystem zum Einsatz. Auf Basis der aufgenommenen Bilddaten wurden KI-Modelle trainiert, die den Götterbaum automatisiert erkennen und lokalisieren können.
Eine besondere Innovation stellt die dreidimensionale Kartierung dar: Durch die Kombination überlappender Bildaufnahmen aus unterschiedlichen Blickwinkeln und hochpräziser GPS-Technologie konnten einzelne Bäume nicht nur in ihrer Lage, sondern auch in ihrer Höhe erfasst werden. Dadurch ist es erstmals möglich, Götterbaum-Vorkommen selbst unter Baumkronen zuverlässig zu identifizieren – ein entscheidender Fortschritt für das Monitoring invasiver Arten.
Neue Technologien für das Naturschutz-Monitoring
Das Projekt „MonA“ zeigt, dass die Kombination aus Drohnen, hochauflösender Sensorik und Künstlicher Intelligenz ein großes Potenzial für das Naturschutzmonitoring bietet. Sowohl heimische gefährdete Arten als auch invasive gebietsfremde Arten können so effizient, präzise und potenziell großflächig erfasst werden.
Mit den entwickelten Methoden wurde ein wichtiger Grundstein gelegt, um zukünftige Monitoringprogramme im Naturschutz deutlich zu verbessern und besser auf die Herausforderungen des Klimawandels auszurichten.
Weitere Informationen
Abschlussbericht:
https://www.hlnug.de/themen/naturschutz/biodiversitaetsforschungsfonds/stromtalwiesen-1
Hessischer Biodiversitätsforschungsfonds:
https://www.hlnug.de/themen/naturschutz/biodiversitaetsforschungsfonds
Projekt „MonA“:
https://www.hlnug.de/themen/naturschutz/biodiversitaetsforschungsfonds/stromtalwiesen-1
https://www.uni-giessen.de/de/fbz/fb09/institute/ilr/loek/forschung/aktuelle_projekte/mona
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