Animierte Daten zu Wildtierbewegungen für Forscher, Naturschützer und Stadtplaner

Gil Bohrer, Professor für Bau-, Umwelt- und Geodäsietechnik an der Ohio State University, hat Jahre damit verbracht, Werkzeuge zur Analyse von Daten zu Tierbewegungen zu entwickeln, darunter Environmental-Data Automated Track Annotation (Env-DATA), um Fernerkundungsdaten mit Tierspuren zu verknüpfen. Er und sein Team erstellten Visualisierungen, um Tierbewegungen darzustellen.

„Alle haben es immer geliebt“, sagt er.

Nach dem Start von Env-DATA im Jahr 2011 wandten sich häufig Forscher mit Tierdaten an ihn und baten ihn um Hilfe beim Erstellen von Analysetools und Animationen. Als das NASA Ecological Forecasting Program Bohrer, Entwicklerin Justine Missik und User-Outreach-Spezialistin Sarah Davidson die Möglichkeit bot, der Community von Benutzern, die Tierbewegungen verfolgen, Datenanalysen zur Verfügung zu stellen, verfügte Bohrer also über reichlich Erfahrung.

Bohrer organisierte eine Koalition von Endnutzern und startete Room to Roam: Wildtierbewegungen vom Yellowstone zum Yukon (Room2Roam). Das Ziel dieser Initiative besteht darin, ein umfassendes Archiv mit Daten zur Tierwanderung in der Region aufzubauen und so eine wertvolle Ressource sowohl für die Forschung als auch für praktische Anwendungen im Bereich Wildtier- und Ressourcenmanagement bereitzustellen. Mit diesen Daten kann Room2Roam Werkzeuge entwickeln, um das Wildtiermanagement zu verbessern, die Effektivität geschützter Gebiete zu bewerten, die Migration und Bewegung von Wildtieren einzuschätzen und Schutzstrategien im Wildtierkorridor von Yellowstone nach Yukon (Y2Y) zu priorisieren.

Die Tierverfolgungsdaten von Room2Roam befinden sich auf Movebank, einer globalen Plattform zum Hosten und Zugreifen auf Tierbewegungsdaten, die von an Tieren angebrachten Sensoren erfasst werden. Die Movebank-Site wurde 2008 vom Max-Planck-Institut für Verhaltensbiologie, dem North Carolina Museum of Natural Sciences und der Universität Konstanz ins Leben gerufen und enthält mittlerweile über 6 Milliarden Standorte weltweit. Über 4.300 Teilnehmer tragen Daten bei.

In der Vergangenheit lag der Schwerpunkt der geförderten Projekte auf akademischen Ergebnissen, beispielsweise Forschungsarbeiten. Room2Room hingegen priorisiert die Bedürfnisse der Praktiker, so Davidson, der auch Datenkurator für Movebank und Koordinator von Room2Roam ist.

Dieser neue Ansatz hat dazu geführt, dass Room2Roam die Endbenutzer direkt einbezieht. Bei ihrem ersten Benutzertreffen trafen sich Bohrer und die Projektleiter von Room2Roam mit fast 40 Vertretern von Behörden und Naturschutzgruppen, die im Wildtierkorridor tätig sind, um Feedback für die Entwicklung von Tools für die Region zu sammeln. Eine der Top-Anfragen: Visualisierung

Bohrer verwendete MATLAB^® um Visualisierungen für seine Arbeit zu erstellen. Er wandte sich an MathWorks, um das Room2Roam-Projekt zu finanzieren und daran mitzuarbeiten, da er wusste, dass MATLAB dieser Herausforderung gewachsen war. „Wir brauchten die Rechenleistung von MATLAB, um die große Menge an Tierbewegungs- und Fernerkundungsdaten zu verarbeiten“, sagt er.

Zwei Jahre später startete Room2Roam ECODATA-Animate. Die mit MATLAB erstellte App ermöglicht es Forschern, individuelle Animationen von Tierbewegungen zu erstellen, die auf geografische Karten und dynamische Umweltbeobachtungen gelegt werden. Die App läuft ohne MATLAB Lizenz und offline, sodass Forscher sie auf ihren Laptops ausführen können, auch an entfernten Standorten ohne Internetzugang.

Bohrer, Missik und Davidson haben ECODATA-Animate mit MATLAB App Designer und Mapping Toolbox™ entwickelt. Zur Visualisierung von Wildtierszenen nutzt die App vier Hauptdatentypen: geografische Daten, Daten zu Tierbewegungen, Umweltdaten und Standortdetails wie Straßen und Namen. Es können auch vom Benutzer bereitgestellte Karten im GIS-Format enthalten sein, beispielsweise Karten der geplanten künftigen Entwicklung. MATLAB kombiniert diese verschiedenen Datenebenen zu einer einzigen integrierten Karte.

„Das war ein großer Vorteil“, sagt Bohrer. „Die meisten anderen Tools tun das nicht, weil es nicht trivial ist. Mit MATLAB ist dies ganz einfach zu handhaben.“

ECODATA-Animate kommt Tierforschern, Parkdiensten, Wildtiermanagern, Landverwaltern und anderen Interessengruppen zugute, die die Bewegungen und Lebensräume von Tieren überwachen. Auch staatliche Stellen, etwa im Transport-, Gesundheits- und Landwirtschaftsbereich, haben ein begründetes Interesse an der Verfolgung der Tierbewegungen.

Im Nordwestterritorium nutzten Forscher eine Animation mehrerer Arten, um zu veranschaulichen, wie unterschiedliche Wildtiere auf Straßen reagieren. Karibus scheuen zurück, was potenziell zu einer Fragmentierung der Populationen führen kann, während Bisons den Routen folgen, was das Risiko von Fahrzeugkollisionen erhöht.

„Die Straße wirkt sich auf beide Arten aus, allerdings auf völlig unterschiedliche Weise“, sagt Bohrer.

Die Animationen können diesen unterschiedlichen Interessengruppen helfen, die Verhaltensmuster und Nachhaltigkeitsanforderungen verschiedener Arten besser zu verstehen und zu kommunizieren.

„Die Möglichkeit, einen einminütigen Film anzusehen, kann den Ausschlag geben, ob die Leute die Notwendigkeit für den Bau einer Wildtierüberführung verstehen oder nicht“, sagt Davidson.

Nachdem das Roam2Roam-Team das Tool erstellt hatte, bestand ein weiteres Ziel des NASA-Zuschusses darin, diese Tools Gruppen und Forschern auf der ganzen Welt anzubieten, die mit Tierdaten arbeiten. Obwohl ECODATA-Animate noch in den Kinderschuhen steckt, wächst seine Reichweite rasant, seit Bohrer die App und den Code dahinter auf GitHub^® und MATLAB File Exchange geteilt hat.

„Wir verwenden einen Open-Science-Ansatz, um diese Tools zu entwickeln und zu teilen“, erklärt Davidson. „Dadurch können wir den Informationsaustausch für angewandte und wissenschaftliche Zwecke beschleunigen.“

Aufgrund des großen Interesses haben die Mitglieder des Room2Roam-Teams über 30 Präsentationen und Workshops für Forscher- und Praktikergemeinschaften abgehalten, die mehr über die Verwendung der Tools erfahren wollten. Dazu gehören auch einige Menschen in der Algonquin to Adirondacks (A2A) Collaborative, eine Gruppe ähnlich wie Y2Y. A2A schützt einen Wildtierkorridor, der sich über 40.000 Quadratmeilen durch die östlichen Vereinigten Staaten und Kanada erstreckt.

Bohrer hörte einmal, wie jemand von der NASA erklärte, dass man überall nichts oder nirgends alles beobachten könne. Mit anderen Worten: Die meisten Forscher beschränken ihre Beobachtungen auf winzige Regionen, während einige groß angelegte Untersuchungen, wie etwa Satelliten, einen umfassenderen, aber groben Blick auf den gesamten Planeten werfen. Die Kombination der beiden Skalen könnte neue Erkenntnisse über unsere Welt liefern.

„Wir müssen all diese Punktbeobachtungen irgendwie zu einem globalen Bild kombinieren“, sagt Bohrer. „Und ohne offenen Datenaustausch wird das nie passieren.“