Schnell und präzis: Forschende benutzen Drohnen, um in einem Naturschutzgebiet in Namibia die Tiere zu zählen. Herzstück dabei ist eine Bilderkennungssoftware, die die Luftaufnahmen der Drohnen analysiert.

Die Herausforderung ist beachtlich. Gewisse afrikanische Nationalparks erstrecken sich über Flächen, die halb so gross sind wie die Schweiz, wie es in einer Mitteilung des Schweizerischen Nationalfonds (SNF) heisst. Eine Zählung der Antilopen, Nashörner und Gnus ist damit aufwendig und kann nur selten vorgenommen werden.

Mit Drohnen lassen sich grosse Gebiete aber zu geringen Kosten überfliegen. Dabei werden mehr als 150 Bilder pro Quadratkilometer geschossen, die dann als Basis für die Zählung dienen können.

Künstliche Intelligenz wertet Bildmaterial aus

«Indem wir einen Teil des Zählprozesses automatisieren, wollen wir das Sammeln von genaueren und aktuelleren Daten erleichtern», wird Devis Tuia in der Mitteilung zitiert, der das Projekt namens Savmap im Jahr 2014 an der ETH Lausanne initiierte. Heute hat Tuia, ehemaliger Förderprofessor an der Universität Zürich, an der Universität Wageningen in den Niederlanden eine Professur inne.

Um das Fotomaterial auszuwerten setzen Tuia und seine Kollegen auf künstliche Intelligenz (KI), die auf dem maschinellen Lernen basiert. Das bedeutet, dass die KI entsprechend trainiert werden muss.

Drohne Afrika

Eine mit künstlicher Intelligenz analysierte Luftaufnahme: Tiere sind blau eingerahmt, gelb gekennzeichnet sind andere Landschaftselemente wie Büsche.

In diesem Fall geht es etwa darum, Tiere von Sträuchern und Felsen zu unterscheiden. Mit dem vom Doktoranden Benjamin Kellenberger entwickelten Algorithmus können die meisten Bilder ohne Tiere sofort eliminiert werden. Für die anderen Fotos kennzeichnet das Programm Objekte, bei denen es sich um Tiere handeln könnte, wie die Forschenden in der Fachzeitschrift «Remote Sensing of Environment» berichten.

«Diese erste Phase zur Bereinigung des Bildmaterials ist die längste und mühsamste», stellt Tuia in der Mitteilung fest. Diese Arbeit kann aber laut dem Forscher nur durch KI übernommen werden, wenn kein Tier übersehen wird. Deshalb muss die Software eine recht grosse Toleranz aufweisen, auch wenn es dadurch mehr falsch-positive Befunde gibt.

Also trainierte das Team die KI entsprechend. Sie erhielt Luftaufnahmen, die Freiwillige zur Verfügung gestellt hatten, zur Auswertung. Wenn die Software einen Busch als Tier interpretierte, erhielt sie einen Strafpunkt. Wenn sie hingegen ein Tier nicht erkannte, war der Abzug 80-mal grösser.

Drohnen-Zählung ist billiger und genauer

Wenn die KI die Luftaufnahmen der Drohnen bereinigt hat, übernimmt ein Mensch die Schlusskontrolle. Diese halbautomatische Methode wurde in Zusammenarbeit mit den Biologen des Reservats Kuzikus in Namibia entwickelt. Die dortigen Forscher nutzen seit 2014 Drohnen der Schweizer Firma Sensefly, um das Reservat zu überfliegen.

Anfangs sei er skeptisch gewesen, wird Friedrich Reinhard, Direktor des Reservats, zitiert. «Die Drohnen fertigen so viele Bilder an, dass mir das kaum verwertbar schien.»

Doch dank der Bereinigung durch die KI kann eine einzige Person in rund einer Woche eine vollständige Zählung der Tiere im rund 100 Quadratkilometer umfassenden Reservat bewerkstelligen. Dies ist günstiger als eine Zählung per Helikopter und zudem noch genauer.

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