Gesang von Waldvögeln erfassen und mit KI-Modellen bestimmen

Kann eine künstliche Intelligenz (KI) Vogel- und anderen Tierarten anhand ihrer Laute systematisch erfassen und Informationen zu ihren Vorkommen liefern? Dass KI-Modelle bei der Artenerkennung zum Einsatz kommen, ist nicht neu. Diverse Smartphone-Apps sind frei verfügbar, auch zur Vogelbestimmung. Allerdings variiert die Zuverlässigkeit der Bestimmungen mitunter stark. Auch Aussagen zu Populationstrends sind bisher nicht ohne weiteres abzuleiten. Hier setzt das Projekt AkWamo an. 

Tierstimmen werden an zwölf Waldstandorten in Brandenburg, Hessen und Niedersachsen ganzjährig aufgezeichnet. Dabei kommen verschiedene autonome Tonaufnahmegeräte zum Einsatz. Hörbare Geräusche werden alle zehn Minuten für eine Minute mit Tonaufnahmegeräten erfasst. Mit Ultraschallrekordern werden auch für uns nicht hörbare Fledermausrufe aufgezeichnet. Frei verfügbare Open-Source KI-Modelle sowie neuentwickelte KI-Modelle werden verwendet, um Vögel, Insekten, Amphibien und Säugetiere anhand ihrer Rufe und Gesänge zu bestimmen. 

In der Machbarkeitsstudie soll herausgearbeitet werden, wie mit künstlicher Intelligenz diese vielfältigen Geräusche des Waldes identifiziert sowie Entwicklungen und Zusammenhänge des Waldzustands aufgedeckt werden können. Seit 2023 werden Arbeits- und Analyseabläufe entwickelt, um ein flächendeckendes akustisches Monitoring aufzubauen. Ein wichtiges Ziel des AkWamo-Projekts ist es, die Leistungsfähigkeit von KI-Modellen zu verbessern. Und zwar so, dass sie Vogelstimmen und andere Tierlaute systematisch erfassen und automatisiert auswerten können. So erhalten die Forschenden Informationen zum Zustand ihrer Populationen. Die Ergebnisse sollen in ein standardisiertes Dauermonitoring integriert werden. Das Projekt ist eine Kooperation zwischen dem Museum für Naturkunde Berlin, der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg und dem Thünen-Institut für Waldökosysteme. 

Die zentralen Aufgaben der Mitarbeitenden an unserem Institut sind der Aufbau der IT-Infrastruktur für das (bio-)akustische Monitoring, die Entwicklung von Workflows, Wirtschaftlichkeitsberechnungen sowie die Integration der akustischen Kenngrößen in das bestehende intensive forstliche Umweltmonitoring (Level II). „Wir bauen ein fortlaufendes Klangarchiv der Artenvielfalt auf.“, so Helge Rölleke, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Projekt. „Ich führe Auswertungen durch und entwickle Modelle aus den akustischen Ergebnissen sowie Umwelt- und Monitoringdaten. Außerdem überprüfe ich schrittweise deren Übertragbarkeit auf weitere Flächen.“ 

Erste spannende Ergebnisse:

• Für ein KI-Modell konnten bereits vorläufige artspezifische Schwellenwerte für die sichere Erkennung von etwa 70 Waldvogelarten abgeschätzt werden (z. B. Baumfalke und Waldschnepfe). Oberhalb des Schwellenwerts klassifiziert das KI-Modell die Art mit hoher Wahrscheinlichkeit von ≥95 % richtig. Er ist für jede Vogelart unterschiedlich und muss aufwendig durch manuelle Überprüfung bestimmt werden.
• Bei der manuellen Validierung der Klassifikationsergebnisse konnten für zwei Projektstandorte bereits mehr als 100 Vogelarten nachgewiesen werden, inklusive der Brutvögel, Nahrungsgäste und Durchzügler. Bei anderen Standorten liegt die Anzahl der nachgewiesenen Vogelarten zum Teil deutlich darunter. Die Standorte unterscheiden sich nicht nur in Bezug auf die dominanten Baumarten, z. B. Kiefer versus Buche, sondern auch durch ihre Nähe zu Gewässern, Ackerflächen, Autobahnen und Siedlungen.
• Die Waldschnepfe beispielsweise, die als sogenannte kryptische Art im Rahmen traditioneller Brutvogelkartierungen in der Regel untererfasst wird, konnte an allen Standorten außer am Zierenberg (Hessen) festgestellt werden. An den anderen Standorten ist die Intensität ihrer akustischen Aktivität jedoch sehr unterschiedlich. An mindestens zwei Standorten kommt die Waldschnepfe nur als Durchzügler bzw. Randsiedler vor.
• Ein weiteres Beispiel ist der Baumfalke, dessen Populationen in Deutschland langfristig rückläufig und in der Roten Liste als gefährdete Art eingestuft werden. Die Ergebnisse für den Baumfalken zeigen, dass die Art in den Jahren 2023 und 2024 nur an einem der 12 Standorte gebrütet hat (Kienhorst, Brandenburg). An allen anderen Standorten kommt der Baumfalke entweder gar nicht oder nur als seltener Nahrungsgast bzw. Durchzügler vor.

So geht es weiter:

Die im Rahmen des Projektes gewonnenen Erkenntnisse werden nach Projektende (voraussichtlich Mai 2026) veröffentlicht. Sie stehen dann als Referenz für weitere Untersuchungen zur Verfügung. Die Machbarkeitsstudie legt den Grundstein für ein Audioarchiv, welches langfristig Zugriff auf die akustischen Daten gewährleisten und Vergleichsanalysen ermöglichen soll. Ein Webinterface zur automatisierten grafischen Darstellung der akustischen Aktivität der Tierarten befindet sich zurzeit in Entwicklung. Darauf aufbauend wird u.a. untersucht, wie die Muster der akustischen Aktivität verschiedener Vogelarten mit den Ergebnissen der Level-II-Datenerhebungen und anderen Großrauminventuren in Beziehung stehen.

Finanziert wird AkWamo vom Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Heimat (BMLEH) über die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR). Weitere Informationen zum Projekt finden Sie hier: Link zur Projektwebseite.