Aufbau eines satellitengestützten IoT-Kommunikationssystems

Relevante ökologische Prozesse und Ereignisse, die für die Erforschung von Umweltveränderungen von Interesse sind, finden in der Regel in abgelegenen Gebieten außerhalb der Reichweite terrestrischer Kommunikationsinfrastrukturen statt. Daten, die vor Ort mit Hilfe von Tiermarkierungen in diesen Regionen erzeugt werden, können oft nur mit einer Verzögerung von Tagen oder sogar Wochen übertragen werden. Um diese Verzögerung zu überwinden und ein verzögerungsfreies Frühwarnsystem zu gewährleisten, entwickelt GAIA ein Satellitenkommunikationsmodul für die Tags sowie einen Nanosatelliten, der in einer niedrigen Erdumlaufbahn (LEO) operiert: Um die gesammelten Daten und Informationen direkt vom Sendeknoten zum LEO-Satelliten (Low Earth Orbit) übertragen zu können, wird ein leistungsstarkes Satelliten-IoT-Funkmodul in die neuen Tags integriert. Dies garantiert eine sofortige, sichere und energieeffiziente Übertragung der gewonnenen Daten. Das Kommunikationssystem basiert auf der terrestrischen mioty®-Technologie und wird für das Projekt an satellitentypische Frequenzbänder wie das L- und S-Band angepasst. Typische Kommunikationsprotokolle, die teilweise im IoT-Bereich zum Einsatz kommen, sind in der Regel für kleine Paketgrößen ausgelegt. Die Weiterentwicklung des mioty®-Systems zielt daher auch darauf ab, die Datenrate und Nachrichtengröße zu erhöhen, um Anwendungsszenarien wie Bildübertragungen zu ermöglichen.

Das Satelliten-IoT-System wird der Schlüssel für eine verzögerungsfreie Kommunikation und damit für ein Frühwarnsystem sein. Es trägt wesentlich dazu bei, dass das GAIA-System das GBF-Ziel 4 "Aussterben aufhalten, genetische Vielfalt schützen und Konflikte zwischen Mensch und Wildtieren bewältigen" erreicht.

Ein wesentlicher Teil der GAIA-Forschung und -Entwicklung wurde vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) finanziert. Dadurch wurden nicht nur Budgets für die Entwicklung der mioty®-Kommunikationsmodule in den Tags und ersten Modulen und Konzepten der Nanosatelliten bereitgestellt, sondern auch der Zugang zu einem Ökosystem von Raumfahrtakteuren. Das Start-up-Unternehmen Rapidcubes wurde zu einem wichtigen Partner in der Initiative für die Satellitenentwicklung, und die Pläne für die nachfolgenden Projektphasen sehen eine Zusammenarbeit mit der bestehenden DLR-Infrastruktur wie dem Heinrich-Hertz-Satelliten vor.

Die Anpassung der terrestrischen mioty®-Protokolle für die Satellitenkommunikation war erfolgreich. Mit der Ariane 6 wurde im Juli 2024 ein experimenteller Nanosatellit in eine niedrige Erdumlaufbahn gebracht. Seitdem werden die Kommunikationsprotokolle für die zukünftige Anwendung für das GAIA-Frühwarnsystem getestet und verfeinert.

Entwicklung einer neuen Generation von Tierkennzeichnungen und von Konzepten für eine digitale Schwarmintelligenz in Gerätenetzen

Um das Ziel der GAIA-Initiative zu erreichen, ein Hightech-Frühwarnsystem für Umweltveränderungen zu entwickeln und in die Praxis umzusetzen, ist eine neue Generation von Tieretiketten eine Schlüsselkomponente. GAIA-Teams arbeiten an der Hard- und Softwareentwicklung von miniaturisierten Tieranhängern mit Niedrigstleistungs-Sensortechnologie mit Kamera und Bildverarbeitung. Die Tags werden energieautark sein, optimal an die Anatomie von Geiern angepasst und sind die Basis für weitere in der Entwicklung befindliche technologische Features wie on-board künstliche Intelligenzen zur Verhaltensdetektion und Bilderkennung sowie ein satellitengestütztes IoT-Kommunikationssystem.

Darüber hinaus entwickelt GAIA Konzepte für verteilte künstliche Intelligenz und Netzwerke von Mikroprozessoren - Animal Tags, die wie ein Schwarm agieren. Analog zur natürlichen Schwarmintelligenz bildet die GAIA-Initiative die digitale Schwarmintelligenz in einem Ad-hoc-Netzwerk von Mikroprozessoren ab. Diese sich spontan bildenden Netzwerke sind die Grundlage für die verteilte und sensorbasierte Analyse großer Datenmengen. Auf diesem Weg können sich beispielsweise Geier-Tags, die sich während der Fütterung am selben Ort aufhalten, vernetzen und Aufgaben wie die Analyse der künstlichen Intelligenz und die Datenübertragung teilen.

Ein Schlüsselfaktor für den Erfolg dieses Bausteins ist die interdisziplinäre und sektorübergreifende Zusammenarbeit der GAIA-Partner: Das Leibniz-IZW lieferte biologisches und veterinärmedizinisches Wissen über Geier und lieferte Vorgaben für das technische Design der neuen Tags. Das Fraunhofer IIS lieferte Expertise in energieeffizienter Hardware, Elektronik und Mechanik sowie in der Software für die Miniaturgeräte. Der Zoo Berlin stellte die Umgebung und den Zugang zu Tieren zur Verfügung, um das Design zu unterstützen und die Prototypen in verschiedenen Stadien zu testen. Partnerorganisationen in Afrika, wie z. B. die Uganda Conservation Foundation, stellten eine Umgebung für eingehende Feldtests der Prototypen zur Verfügung.

Nach mehreren Jahren der Planung und Entwicklung wurden Prototypen des neuen Markierungssystems im November 2024 in Uganda in freier Wildbahn getestet. Wild lebende Weißrückengeier wurden mit Prototypen ausgestattet, die als "Datenerfassungs-Tags" (DCT) bezeichnet wurden und viele (wenn auch nicht alle) Innovationen des GAIA-Tags aufwiesen. Die Tags wurden nach 14 Tagen von den Geiern freigelassen und mit GPS- und UKW-Signalen erfasst, was eine gründliche Untersuchung der Hardware- und Softwareleistung sowie eine Auswertung der erfassten Daten ermöglichte. Diese Analysen werden für die weitere Entwicklung des Systems von großem Nutzen sein.

Stärkung von NRO-Netzwerken, die sich auf mehreren Ebenen für die Interessenvertretung einsetzen, um kollektives Handeln zu verstärken

Der Einsatz eines digitalen Tools zur Datenerfassung und -analyse ist innovativ, aber die wirkliche Wirkung entsteht durch die Anwendung dieser Daten zur Unterstützung der Interessenvertretung und der Rechtsdurchsetzung zum Schutz der Wälder, der lokalen Gemeinschaften und der Rechte der indigenen Völker. Zu diesem Zweck sind starke lokale, nationale und internationale Interessenvertretungsnetze erforderlich, um gegen gemeldete Missstände vorzugehen und rechtliche und politische Änderungen zu erreichen. Durch die Möglichkeit des Informationsaustauschs zwischen den Nutzern und die Öffnung der Daten für die Allgemeinheit, wenn die Zustimmung erteilt wurde, erleichtert das Tool die Zusammenarbeit für eine größere Wirkung.

  • Die Zusammenarbeit mit NRO, die ähnliche Werte und Ziele verfolgen, stärkt die kollektive Wirkung
  • Eine koordinierte Datenüberprüfung und -analyse unterstützt eine zeitnahe, einheitliche Interessenvertretung.

  • Partnerschaften mit lokalen Organisationen, die sich auf rechtliche Interessenvertretung spezialisiert haben, erhöhen die Wirkung

  • Starke Beziehungen zu vertrauenswürdigen nationalen und internationalen Institutionen tragen zur Validierung und Förderung des Instruments bei.

  • Der Aufbau von NRO-Netzwerken ist zwar wichtig, aber es ist auch wichtig zu respektieren, wenn Organisationen sich gegen eine Zusammenarbeit entscheiden. Die Unterstützung jeder einzelnen lokalen NRO - und die Vermeidung von Konkurrenz - erfordert Flexibilität bei der Projektgestaltung und beim Engagement der Geber.
  • Um die Nachhaltigkeit der Netzwerke zu gewährleisten, ist eine mittel- und langfristige Finanzierung unerlässlich, damit die Koordinierungsbemühungen reibungslos ablaufen können (Sekretariatskosten usw.).

  • Die Unterstützung lokaler und nationaler NRO bei der organisatorischen Entwicklung ist von entscheidender Bedeutung, um ihnen eine wirksame Teilnahme an den Netzen zu ermöglichen.

Regelmäßige Bewertungen

Um sicherzustellen, dass die von GP Fish unterstützte Fischproduktion auch für die am meisten gefährdeten Bevölkerungsgruppen eine zugängliche Proteinquelle darstellt, verfolgt GP Fish regelmäßig die Fischpreise und den Anteil der Gesamtproduktion, der für die ernährungsunsichere Bevölkerung zugänglich ist. Nach den durchgeführten Erhebungen sind 90 %, 58 %, 84 % bzw. 99 % des Zuchtfisches für die ernährungsunsichere Bevölkerung in Madagaskar, Malawi, Sambia und Kambodscha zugänglich (Stand 2023). Diese Zahlen verdeutlichen einmal mehr das Potenzial der extensiven und halbintensiven Aquakulturtechniken für die Versorgung mit erschwinglichen Proteinen und Nährstoffen in Gebieten mit einem hohen Anteil an gefährdeten Menschen.

Vorteile der kleinen Aquakultur im Vergleich zur industriellen Produktion

Abgesehen von ihrer wirtschaftlichen Rentabilität ist die Aquakultur in kleinem Maßstab in der Regel umweltfreundlicher als industrielle Produktionssysteme, die auf industriell hergestellten Futtermitteln basieren. Fischfutter enthält in der Regel ein bestimmtes Verhältnis von Fischmehl und Fischöl, und diese Bestandteile werden hauptsächlich aus kleinen pelagischen Fischen aus der Fangfischerei gewonnen, was eine zusätzliche Belastung für die Meeresumwelt darstellt. Dies wirkt sich auch auf die von Ernährungsunsicherheit betroffene Bevölkerung aus, denn kleine pelagische Fische sind sehr nahrhaft und tragen direkt zur Bekämpfung der Ernährungsunsicherheit bei. Fischfutter enthält auch landwirtschaftliche Produkte wie Mais und Soja und konkurriert somit mit der Nahrungsmittelproduktion für den menschlichen Verzehr. Trotz der negativen externen Effekte auf die biologische Vielfalt der Meere haben Untersuchungen auch gezeigt, dass intensive Aquakultursysteme durch automatisierte Prozesse und einen hohen Bedarf an Produktionsmitteln stärker zur globalen Erwärmung beitragen. Darüber hinaus führen diese Systeme zur Zerstörung von Lebensräumen und zur Einführung gebietsfremder Arten, die die einheimische Artenvielfalt weiter beeinträchtigen. Im Gegensatz dazu erfordern extensive und halbintensive Aquakulturen in kleinem Maßstab wenig externe Inputs und haben weniger Auswirkungen auf die Umwelt. Aus diesem Grund unterstützt GP Fish die Aquakultur von allesfressenden Fischarten wie Karpfen und Tilapia in kleinem Maßstab. Ziel ist es, die Erzeuger technisch und wirtschaftlich zu stärken, indem die Produktivität der Teiche optimiert und die Fischproduktion in die landwirtschaftlichen Aktivitäten integriert wird. Dieser Ansatz nutzt die natürliche Umwelt nachhaltig, um die Fischproduktion zu fördern.

Unterstützung und Anreize

Dieser Block konzentriert sich auf die Unterstützungs- und Anreizstruktur für die Teilnehmer. Er umfasst die Bereitstellung von Setzlingen, technische Beratung und den Aufbau von Kapazitäten. Die Zahlungen sind leistungsabhängig und an das Überleben der Bäume und das Vorhandensein von einheimischen Arten und Arten mit langer Umtriebszeit gebunden, um die langfristige Etablierung von Wäldern zu fördern.

  • Technische Unterstützung: Setzlinge und fachliche Beratung bei der Einrichtung von Wäldern.
  • Leistungsabhängige Zahlungen: Anreize auf der Grundlage des Überlebens der Bäume, Förderung der laufenden Pflege.
  • Aufbau von Kapazitäten: Schulungen zur Verbesserung der Fähigkeiten bei der Anpflanzung und Pflege von Bäumen.
  • Anreize motivieren zur Pflege: Die Verknüpfung von Zahlungen mit dem Überleben der Bäume fördert eine bessere Baumpflege.
  • Technische Unterstützung ist unverzichtbar: Die Bereitstellung von Setzlingen sowie fachliche Anleitung und regelmäßige Überwachung verbessern die Überlebensrate.
  • Kapazitätsaufbau stärkt die Landwirte: Schulungen zu nachhaltigen Forstwirtschaftspraktiken führen zu einer erfolgreichen Waldpflege.

Aufbau sektorübergreifender Partnerschaften

Hack The Planet erkennt an, dass unsere Partnerschaften es uns ermöglichen, Stärken, Ressourcen und Fachwissen zu bündeln, um die Wirkung zu verstärken und innovative Lösungen zu fördern. Die Zusammenarbeit schafft gemeinsame Werte und baut Netzwerke auf, die gegenseitiges Wachstum und Nachhaltigkeit ermöglichen.

Lokale Einbindung:
Die Scanner senden Echtzeitwarnungen an die Anti-Wilderei-Leitstelle. Diese Warnungen können auch an lokale Gemeinden oder benachbarte Farmen weitergeleitet werden, so dass diese als dritte Partner bei der Bekämpfung der Wilderei fungieren können. Durch die direkte Einbindung der lokalen Bevölkerung in den Reaktionsprozess fördert das System die Zusammenarbeit, erhöht das Situationsbewusstsein und befähigt die Gemeinden, eine aktive Rolle beim Schutz der Wildtiere zu übernehmen.

Scanneredge ist eine Zusammenarbeit mit der Tech for Conservation-Organisation Smartparks, dem Management von Nationalparks wie Gonarezhou - Simbabwe, Parktechnikern, Rangern (QRU) und der lokalen Bevölkerung. Durch diese sektorübergreifende Partnerschaft haben wir gezeigt, dass ScannerEdge für einen breiteren Einsatz bereit ist und die Zahl der aktiven Nationalparks und der insgesamt eingesetzten Scanner erhöht.

Um eine erfolgreiche sektorübergreifende Partnerschaft aufzubauen, ist es wichtig, die Rolle und den Grad der Beteiligung jedes Partners von Anfang an klar zu definieren. Die Gewährleistung lokaler Eigenverantwortung für die Lösung ist entscheidend für langfristige Nachhaltigkeit und Wirkung.

Zweck: Abstimmung von Ressourcen, Fachwissen und strategischen Zielen über verschiedene Sektoren hinweg, um eine effektive Umsetzung und operativen Erfolg zu gewährleisten.

Wie es funktioniert: Partnerschaften entstehen durch Workshops, gemeinsame Aufgaben und transparente Vereinbarungen, in denen die Rollen und Zuständigkeiten festgelegt sind. Regelmäßige Evaluierungen stellen sicher, dass die Partnerschaften produktiv bleiben.

Scanneredge bietet eine Plug&Play-Innovation, die eine schnelle Installation ermöglicht und das Gebiet sofort nach der Installation auf Anzeichen von potenziellen Wilderern überwachen kann.

Der tatsächliche Erfolg hängt von der Fähigkeit der internen Schnellreaktionseinheit der Ranger ab, schnell und effektiv auf die bereitgestellten Echtzeitdaten zu reagieren. Die Einheit muss in ständiger Bereitschaft bleiben, mit zuverlässigen Transportmitteln ausgestattet und darauf vorbereitet sein, auf Wildereiaktivitäten zu reagieren.

Der Aufbau von Vertrauen zwischen den Beteiligten braucht Zeit, ist aber für eine langfristige Zusammenarbeit unerlässlich.

Sektorübergreifende Partnerschaften erhöhen die Finanzierungsmöglichkeiten und den Wissensaustausch und steigern so die Gesamtwirkung.

Quick Response Unit, die auf der Grundlage von Echtzeitdaten auf verdächtige Bedrohungen reagiert

Mithilfe von Echtzeitwarnungen von ScannerEdge kann eine Einsatzeinheit potenzielle Bedrohungen wie Wilderei oder andere illegale Aktivitäten schnell einschätzen und entschärfen.

Zweck: Die Erkennung von RF-Signalen in verwertbare Erkenntnisse umzuwandeln, die eine rasche Reaktion vor Ort ermöglichen.

Wie es funktioniert: Alarme werden an spezielle Reaktionsteams weitergeleitet, die für die Untersuchung und das Eingreifen ausgerüstet sind. Die GPS-Funktionalität von ScannerEdge und die Integration in EarthRanger helfen bei der Lokalisierung von Signalquellen für präzise Maßnahmen.

Die Reaktionsprotokolle müssen klar definiert sein, um Verzögerungen bei der Entscheidungsfindung zu vermeiden.

Die Zusammenarbeit mit lokalen Vollzugsbehörden erhöht die Effektivität von Schnellreaktionsteams.

Echtzeitreaktionen sind effektiver, wenn sie mit vorausschauenden Analysen auf der Grundlage historischer ScannerEdge-Daten kombiniert werden.

Nachbesprechung

Die Nachbesprechung findet sowohl während als auch nach dem Spiel statt. Kurze Nachbesprechungen können nach jeder Sitzung stattfinden, um die Gefühle der Teilnehmer über das Spiel auf individueller und territorialer Ebene zu erfassen. Diese werden leicht gehalten, um den Spielfluss aufrechtzuerhalten.

Wenn das Spiel vorbei ist, kann eine ausführlichere Nachbesprechung stattfinden. Sie muss nicht unbedingt unmittelbar nach dem Spiel stattfinden, sondern kann auch für den nächsten Tag geplant werden. Für diese Diskussion ist eine gewisse Vorbereitung erforderlich. Der Spielleiter sollte eine Liste mit vorbereiteten Fragen und eine ausgedruckte Karte des Gebiets mitbringen. Während dieser Nachbesprechung sollen die Teilnehmer die Herausforderungen, mit denen sie in Bezug auf die Landnutzung konfrontiert waren, sowie die Ursachen für diese Herausforderungen ermitteln. Außerdem werden die wichtigsten Akteure, die für eine Lösung benötigt werden, und mögliche Lösungsideen diskutiert. Die Karte dient als visuelle Hilfe, um die Diskussion zu leiten. Einige grundlegende Fragen, die gestellt werden könnten, sind:

  • Was ist während des Spiels passiert? Wie viel, wie schnell und warum hat sich der Boden verschlechtert?
  • Was waren die wichtigsten Konflikte, die während des Spiels auftraten? Zwischen welchen Akteuren?
  • Habt ihr Lösungen gefunden?
  • Habt ihr versucht, sie umzusetzen? Was war das Ergebnis?

Natürlich können die Fragen spezifischer sein und an die Teilnehmer und die Situationen, die während des Spiels entstanden sind, angepasst werden.

-Ein geschulter Moderator, der auch das Spiel der Diskussionsteilnehmer erleichterte

-offene Atmosphäre

-vorbereitete Fragen und Materialien (wie Karten) für die Debatte

-Kenntnisse des Moderators in den Bereichen Flächennutzungsplanung und Risikomanagement

Ein strukturierter Ansatz - die Kategorisierung von Konflikten, Problemen, Ursachen und Lösungen - kann helfen, die Situation aufzuschlüsseln und Lösungen effektiver zu ermitteln. Während der Nachbesprechung könnten beispielsweise verschiedene Arten von Konflikten identifiziert werden, z. B. Konflikte zwischen Landwirten und Viehzüchtern oder Streitigkeiten zwischen Bauern. Für jede Art von Konflikt können verschiedene Probleme identifiziert werden. Im Falle eines agro-pastoralen Konflikts könnte eines der Probleme darin bestehen, dass sich das Vieh verstreut, was zur Zerstörung der Ernten führt. Für jedes Problem können mögliche Ursachen identifiziert werden. Um bei unserem Beispiel zu bleiben: Eine Ursache könnte sein, dass die Herde nicht gut geführt wird. Schließlich sollten für jede Ursache Ideen zur Lösung des Konflikts und zur Identifizierung der Hauptakteure vorgeschlagen werden.

Modul 5: Sensibilisierung der Gemeinschaft und Förderung der Frühwarnung

Frühwarnungen werden über mehrere Kanäle verbreitet, darunter eine mobile App, Smart Broadcasting, Telefonanrufe und Textnachrichten. Die App wird am häufigsten genutzt, und die Beobachter teilen die Warnungen auch über WeChat-Gruppen oder persönliche Netzwerke, um eine größere Reichweite zu erzielen. Um den Nutzerkreis zu erweitern, führen die Teams vor Ort in den von Elefanten betroffenen Dörfern Aufklärungskampagnen von Tür zu Tür durch. Infolgedessen wurde die App von mehr als 246.660 Nutzern heruntergeladen.
Dieses Modul hat das öffentliche Engagement gestärkt und die Kapazitäten der Gemeinden durch die Kombination von persönlicher Ansprache und digitalen Tools ausgebaut. Es verbessert auch das Verständnis der Öffentlichkeit für den Schutz von Wildtieren und ermutigt zur Teilnahme. Diese Bemühungen unterstützen direkt die GBF-Ziele 20 (Aufbau von Kapazitäten) und 21 (Sensibilisierung und Aufklärung der Öffentlichkeit).

  1. Die Dorfbewohner in den von Elefanten betroffenen Gebieten haben ein starkes Bedürfnis nach persönlicher Sicherheit.
  2. Das Überwachungspersonal geht in den Gemeinden von Tür zu Tür.
  1. Kontinuierliche Schulung: Regelmäßige Schulungen sind unerlässlich, insbesondere für Personen, die sich nur vorübergehend in der Stadt aufhalten, und für gefährdete Gruppen wie ältere Menschen, Kinder und Menschen mit Behinderungen.
  2. Auswirkungen der gezielten Warnungen: Die präzise Übermittlung von Frühwarnmeldungen über Telefonanrufe und SMS hat die Fähigkeit der Anwohner, rechtzeitig Schutzmaßnahmen zu ergreifen, erheblich beeinflusst.