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Arbeitspaket Sensornetzwerk

Um die notwendige Datendichte in Natur 4.0 zu erreichen, ist eine kontinuierliche, mobile und mikrohabitatbezogene Erfassung von Pflanzen und Tieren notwendig, die dem Prinzip des Crowdsensing folgt. Im Arbeitspaket Sensornetznetzwerk (SN) werden die hierfür verwendeten Sensorboxen realisiert und zusammen mit der Koordination im Natur 4.0 Lab deren Einrichtung, Wartung und Betreuung organisiert.

Aufgaben

Im Kern des Arbeitspakets SN steht die Datenerfassung mittels Kombinationen von kommunizierenden Umweltsensorboxen und Plattformen. Zu diesem Zweck werden modulare Sensorboxen für bestimmte Plattformen wie eine Roverbox, eine Baumbox, eine Rogenbox, eine Bewohnendenbox usw. entwickelt. Zu den Sensoren gehören GPS (Standort, Bewegungsprofil), Gyrometer (Mikrobewegungsmuster, Standort als GPS-Alternative), meteorologische Sensorik (Mikroklima), Lichtintensität (indirekte Strukturinformationen im Stand), Mikrofone (akustische Fernerkundung der Biodiversität), optische Fernerkundung (Artenerkennung, Phänologie, Physiologie, Morphologie usw.), Radarsensoren (Insektenerkennung), Saftflussmessungen, Dendrometer (Phänologie, Stress) usw. Viele der bildhaften Datensätze unterscheiden sich dabei von herkömmlich verwendeten Fernerkundungsinformationen, da sie in unmittelbarer Nähe zum jeweils beobachteten Objekt und an dessen Standort, also unterhalb einer ggf. behindernden Wolken- oder Kronenschicht aufgenommen werden. Die Kommunikation und Datenweitergabe zur zentralen Datenbank (NatDB) erfolgt über autarke Peer-to-Peer- bzw. Device-to-Device-Netzwerke. In enger Abstimmung mit dem Arbeitspaket Umweltmodellierung wird auch die möglichst effektive Datenaufnahme und Datenweitergabe realisieren. Dies umfasst auch die passgenau auf die in Natur 4.0 implementierten Modelle abgestimmte Vorverarbeitung und Selektion von Datenströmen zur Reduzierung der zu kommunizierenden Datenmenge.

Beitrag zu Natur 4.0

Mit der zentralen Datenerhebungskomponente legt das Arbeitspaket SN den Grundstein für Natur 4.0. Durch die detaillierte Erfassung der im Laufe der Zeit erhobenen Umweltvariablen wird zusammen mit den Aktivitäten im Arbeitspaket Umweltmodellierung ein bisher nicht erreichter Detaillierungsgrad im Landschaftsmonitoring ermöglicht und das Naturschutzmonitoring auf eine neue Grundlage gestellt.

Teilprojekte

  • SN1 | Sensorboxed

    Projektleitung | Bernd Freisleben, Ralf Steinmetz

    Team | Jonas Höchst, Patrick Lampe

    Herausforderung | Autonom kommunizierende ortsfeste und mobile Sensorboxen bilden die Datenerfassungskomponente von Natur 4.0. Für die konkurrierenden Entwurfskriterien der Boxen bzgl. plattformspezifischen Sensorkombinationen, Gewicht, Energieeffizienz, Funkreichweite etc. müssen dedizierte Lösungen erforscht und implementiert werden.

  • SN2 | Kommunikation und Apps

    Projektleitung | Ralf Steinmetz, Bernd Freisleben

    Team | Julian Zobel, Patrick Lieser

    Herausforderung | Die hochauflösenden Sensorboxen im SN1 erfordern effiziente und angepasste Kommunikationsmechanismen zur Übertragung der Daten an die zentrale Datenbank UM1. Gleichzeitig verlangt die Mobilität und Planbarkeit der Bewegung die Realisierung von Konzepten der opportunistischen Kommunikation mittels heterogenen Funktechnologien. Bisherige Arbeiten adressieren entweder homogene Szenarien in Bezug auf die zu übertragenden Daten oder Szenarien ohne mobile Sensorplattformen.

  • SN3 | Umweltbildung

    Projektleitung | Carina Peter

    Team | Phillip Bengel

    Herausforderung | Zusätzlich zu den technischen und biotischen Plattformen sind Citizen-Science-Aktivitäten ein zusätzlicher Datenerfassungsbaustein in Natur 4.0, indem Citizen-Science-Forschende – wie Studierenden, Schulklassen, Reiter/innen etc. – Sensorboxen zur Verfügung gestellt werden. Gleichzeitig ist davon auszugehen, dass die Einbindung von Bewohnenden in Forschungsaktivitäten das Wissenschaftsverständnis im Sinne einer Scientific Literacy fördert.

Kooperationspartner