Methoden
& Teams
Innovative Technologien und engagierte Partner gestalten die zukünftige Überwachung mariner Ökosysteme
Methoden
Drohne
Zur Überwachung von Meeressäugetieren und Vögeln setzen wir Drohnen mit hochauflösenden Kameras ein. BioConsult SH entwickelt eine innovative Nutzung unbemannter Langstreckenflugzeuge (UAVs) für die Umweltüberwachung von Offshore-Windparks. Diese Methode bietet eine CO2-effizientere Alternative zu herkömmlichen digitalen Luftbildvermessungen (DAS) mit bemannten Flugzeugen. Die UAVs sind mit HiDef-Videosystemen ausgestattet, die für den autonomen Betrieb optimiert sind und eine ebenso hohe räumliche Abdeckung und Auflösung wie bemannte HiDef-Flugsysteme ermöglichen. Das aufgezeichnete Bildmaterial wird anschließend mithilfe künstlicher Intelligenz und menschlicher Qualitätskontrolle analysiert. Dieser Ansatz kombiniert automatisierte Bilderkennung mit präziser und effizienter Überwachung von Wildtieren auf höchstem Qualitätsniveau.
eDNA
Um festzustellen, welche Arten in der Region der Windparks vorkommen, analysieren wir DNA-Spuren im Wasser. Das Team des HIFMB/AWI erforscht dabei die Artenvielfalt sowie das Vorkommen von Meerestieren, die im Meerwasser und auf dem Meeresboden leben, wie etwa kleine Krabben, Muscheln, Plattfische und Schweinswale. Anstatt die Biodiversität wie bei herkömmlichen Überwachungsprotokollen durch das Sammeln von Proben oder das Entnehmen von Tieren aus ihrer Umgebung zu untersuchen, konzentriert sich das Team auf die genetischen Spuren, die die Tiere hinterlassen. Diese sogenannte Umwelt-DNA (oder „eDNA“) besteht aus Rückständen wie Kot, Hautschuppen, Schleim, Zellen oder anderen Substanzen, die die Lebewesen ins Meerwasser abgeben.
Mithilfe einer „Niskin-Flasche“, die von RWE-Crew-Transfer-Vessels (CTVs) eingesetzt wird, werden in zwei verschiedenen Tiefen jeweils zehn Liter Meerwasser entnommen. Gleichzeitig erfassen spezielle Sensoren physikalische Daten wie Temperatur, Salzgehalt und Sauerstoffgehalt. Nach der Extraktion der eDNA durch Filtration des Wassers wird diese analysiert, um die darin enthaltenen Arten zu bestimmen. Durch den Abgleich der gefundenen DNA-Sequenzen mit einer Datenbank bekannter Arten können die Wissenschaftler präzise feststellen, von welchen Lebewesen die DNA stammt – und das vollkommen nicht-invasiv, ohne die Tiere zu stören oder zu verletzen.
AUV
Wir verwenden ein autonomes Unterwasserfahrzeug (AUV), um die Wassersäule und den Meeresboden zu untersuchen und die Artenvielfalt zu bewerten. Das Robotics Innovation Center, eine Abteilung des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI), entwickelt ein Fahrzeug, das Fische, Meeressäuger und am Meeresboden lebende Tiere erkennen und identifizieren kann. Unser AUV wird mit Kameras und Sonaren ausgestattet sein und auch Umweltparameter wie Temperatur, Salzgehalt und gelösten Sauerstoff erfassen. Der Chlorophyllgehalt wird ebenfalls gemessen, um die Phytoplanktonmenge im Meerwasser zu schätzen. Durch das Training eines KI-Deep-Learning-Netzwerks wird das System Meereslebewesen anhand der Videoaufnahmen der AUV-Kamera erkennen und identifizieren, wodurch eine nicht-invasive Methode zur Bewertung der Biodiversität gewährleistet ist.
Vogelkameras
Hochauflösende Videokameras wurden an zwei Windturbinen installiert, um Vögel und ihr Verhalten zu erfassen. Mit der von Spoor bereitgestellten KI-basierten Analyse lassen sich ultrahochauflösende Videoaufnahmen von sechs an den Turbinen montierten Kameras automatisch auswerten, wobei eine genaue Erkennung, Verfolgung und Identifizierung der Vögel ermöglicht wird.
Zusätzlich werden Technologien getestet, die eine Überwachung bei Nacht erlauben, darunter Infrarotbeleuchtung und Wärmebildkameras. Diese Methode ergänzt herkömmliche Überwachungstechniken wie Radar und bietet eine höhere zeitliche Abdeckung im Vergleich zu Luftbildaufnahmen. Die dabei gewonnenen Daten liefern wertvolle Einblicke in das standortspezifische Verhalten der Vögel, das zur Bewertung der möglichen oder tatsächlichen Auswirkungen der Industrie auf die Vogelwelt herangezogen wird. Mithilfe der hochauflösenden Bilder und der Expertise erfahrener Ornithologen bei der Validierung können Vogelarten auch auf große Entfernungen zwischen den Kameras und den Zielturbinen präzise identifiziert werden. Dies ermöglicht eine detaillierte Erfassung artspezifischer Reaktionen. Darüber hinaus stellt Spoor zuverlässige 3D-Geodaten zur Position der Vögel in Relation zu den in Betrieb befindlichen Turbinen bereit.
Daten
In SeaMe werden zahlreiche Datentypen erfasst, die in ein umfassenderes Verständnis des Ökosystems rund um den Windpark Kaskasi integriert werden sollen. Das Team von DHI nutzt verschiedene Ansätze, um die gesammelten Daten zu analysieren und mit denen des traditionellen StuK4-Protokolls zu vergleichen. Eine der eingesetzten Methoden ist der Biodiversity State Indicator (BSI), ein einzelner Wert, der Wissenschaftler dabei unterstützt, die Gesundheit und Vielfalt des Meereslebens in einem bestimmten Gebiet zu bewerten. Der BSI vereint verschiedene Arten von Biodiversitätsinformationen, wie die Identität der Arten, ihre Funktionen und ihre Interaktionen, und fasst sie zu einem leicht verständlichen Indikator zusammen.
Um den Biodiversitätsstatus des Ökosystems zu bestimmen, werden die eDNA-Ergebnisse aus den Wasserproben verwendet, um die BSI-Werte zu berechnen. Diese ermöglichen Vergleiche zwischen dem Windpark, Referenzgebieten und den StuK4-Überwachungsmaßnahmen, um festzustellen, ob sich die Biodiversität verbessert oder verschlechtert hat. Der finale BSI-Wert gibt die prozentuale Veränderung der Biodiversität an und bietet eine leicht verständliche Basis zur Bewertung des Ökosystems. Er ist insbesondere für Umweltberichte, Planungen zur ökologischen Sanierung und die Beurteilung von ökologischen Veränderungen einsetzbar.
Zusätzlich hat das Team von DHI ein Datenportal entwickelt, das die effektivste Methode zur Visualisierung der Daten aus den verschiedenen Technologien und Teams bietet. Das Ziel besteht darin, möglichst viel Wissen aus SeaMe zu teilen und den Austausch mit einer Vielzahl von Interessengruppen und Nutzern zu fördern.
Unterwasserkameras
Langzeit-Unterwasserkamerasysteme werden eingesetzt, um die bewegte marine Fauna – wie Fische – in der Umgebung von Offshore-Windparks und anderen künstlichen Konstruktionen kontinuierlich zu überwachen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Erhebungsmethoden, die auf sporadischen Momentaufnahmen durch Schleppnetze oder visuellen Beobachtungen basieren, ermöglicht das AnemoLive-System hochauflösende Videoaufnahmen bei Tag und Nacht – vollständig autonom und nicht-invasiv. Die Kameras zeichnen über mehrere Monate hinweg alle 15 Minuten 30-sekündige Clips auf und generieren damit einen umfangreichen Datensatz, der sowohl kurzfristiges Verhalten als auch langfristige ökologische Trends sichtbar macht.
Das in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Dänemark (DTU) entwickelte System kombiniert robuste, offshore-taugliche Hardware mit AnemoRobotics AI – einer Computer-Vision-Pipeline, die lokale Arten anhand annotierter Trainingsdaten erkennt und identifiziert. Diese Konfiguration erlaubt die Beobachtung zeitlicher und saisonaler Muster in der Aktivität von Meereslebewesen und liefert wichtige Erkenntnisse darüber, wie Offshore-Strukturen in das marine Ökosystem integriert sind und wie die Biodiversität auf Umweltveränderungen reagiert.
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Renommierte Meereswissenschaftler als wertvolle Projektpartner
Das SeaMe-Projekt profitiert maßgeblich von der Expertise und dem Engagement seiner wissenschaftlichen Mitarbeiter sowie Experten. Sein Erfolg wäre jedoch ohne die unermüdliche Unterstützung und enge Zusammenarbeit des Betriebs- und Wartungsteams von RWE nicht denkbar.
Dieses essenzielle Team übernimmt vielfältige Aufgaben, zu denen Lagerverwaltung, die Koordination auf See, administrative Tätigkeiten, Projektplanung und die erfahrene Besatzung der Crew-Transfer-Schiffe zählen.
Ihre vereinten Anstrengungen bilden das Fundament des Projekts, sorgen für einen reibungslosen Ablauf und treiben die Zielerreichung entscheidend voran.
