Einsatz von Drohnen zur nicht-invasiven Überwachung und Bewertung von Krokodilpopulationen - ein verallgemeinerbares und zugängliches Instrument für die Akteure im Naturschutz
Vollständige Lösung
Drohnenuntersuchungen zu Krokodilen
Clément Aubert
Diese standardisierte Lösung kombiniert Drohnentechnologie mit einem innovativen allometrischen Ansatz zur Überwachung und Bewertung von Krokodilpopulationen, die stark bedroht sind, was zu einem Rückgang der Populationen führt. 50 % der 27 Krokodilarten sind bedroht, 25 % sogar stark gefährdet. Mit hochauflösenden Kameras ausgerüstete Drohnen nehmen Bilder selbst von teilweise untergetauchten Krokodilen auf und ermöglichen präzise, nicht-invasive Längenschätzungen auf der Grundlage des allometrischen Verhältnisses von Kopf zu Körper. Diese Methode überwindet Herausforderungen wie logistische Beschränkungen, Kosten, den Bedarf an hochqualifiziertem Personal, die Voreingenommenheit der Beobachter, die Erkennbarkeit, die Störung von Wildtieren und die Sicherheitsrisiken herkömmlicher Erhebungen. Durch die effiziente Erfassung entlegener Gebiete verbessert die Lösung die Überwachung der biologischen Vielfalt, liefert Informationen für Erhaltungsstrategien und ermöglicht die Erfassung einer Vielzahl zusätzlicher Informationen. Diese Lösung ist sehr kostengünstig, erfordert nur eine minimale Schulung und ist für eine Vielzahl von Nutzern zugänglich, einschließlich indigener Völker und lokaler Gemeinschaften sowie Naturschutzfachleuten.
Letzte Aktualisierung: 31 Oct 2025
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Kontext
Angesprochene Herausforderungen
Umwelt: Traditionelle Erhebungen über Krokodile können invasiv sein, logistische Einschränkungen mit sich bringen und der Voreingenommenheit von Beobachtern unterliegen. Krokodile sind erheblichen Bedrohungen ausgesetzt, darunter Lebensraumverlust, Umweltverschmutzung, invasive Arten, Klimawandel, illegale Aktivitäten und Konflikte zwischen Mensch und Krokodil, die bei einigen Arten zu einem Rückgang der Populationen um bis zu 80 % führen. Von den 27 Krokodilarten sind 13 (50 %) bedroht und 7 (25 %) stark gefährdet, was sie zu einer der am stärksten gefährdeten taxonomischen Gruppen macht.
Gesellschaftlich: Die Ausbreitung des Menschen in der Nähe aquatischer Lebensräume verschärft die Konflikte zwischen Mensch und Krokodil, was zu Angriffen, wirtschaftlichen Verlusten und negativer Wahrnehmung führt. Begrenztes Engagement der Gemeinden für den Naturschutz, einschließlich unzureichender Werkzeuge und Schulungen. Kosteneffiziente Lösungen wie Drohnen geben indigenen Völkern und lokalen Gemeinschaften die Möglichkeit, sich aktiv einzubringen und zu engagieren.
Wirtschaftlich: Die traditionelle Überwachung ist teuer und schränkt den langfristigen Schutz in unterfinanzierten Regionen ein. Drohnen bieten eine skalierbare, erschwingliche Alternative, die die Kosten senkt und die Zuverlässigkeit der Daten erhöht.
Standort
West- und Zentralafrika
Nordafrika
Östliches und südliches Afrika
Karibik
Mittelamerika
Südamerika
Nord-Amerika
Südostasien
Südasien
Ozeanien
Prozess
Zusammenfassung des Prozesses
Die Bausteine ergänzen und verstärken sich gegenseitig, um erfolgreiche Erhaltungsergebnisse zu gewährleisten. Standardisierte Protokolle (Baustein 1) sorgen für eine einheitliche Datenerfassung, während Modelle zur Größenschätzung (Baustein 2) durch demografische Erkenntnisse einen Mehrwert schaffen. Die einfache und kosteneffiziente Anwendung der Methode und der entwickelten Instrumente fördert ihre Verbreitung und Verallgemeinerung (Baustein 3), und die Einbindung lokaler Interessengruppen (Baustein 4) sorgt für lokale Eigenverantwortung und erhöht die Nachhaltigkeit des Ansatzes. Schließlich erhöht die Entwicklung von On-Board-Technologien und die Integration von KI (Baustein 5) die Effizienz und Skalierbarkeit der Datenanalyse. Zusammen bilden diese Komponenten einen robusten Rahmen, der an die Herausforderungen des Naturschutzes angepasst werden kann und für alle am Naturschutz beteiligten Akteure zugänglich ist.
Bauklötze
1) Standardisierte Drohnenvermessungsprotokolle
Mit diesem Baustein werden standardisierte Flugparameter für eine effektive Krokodilüberwachung festgelegt.
Gelernte Lektion
Krokodile können aus nächster Nähe (.10 m Höhe) beobachtet werden, und Drohnen für den Endverbraucher lösen bei westafrikanischen Großsäugern und Vögeln in 40-60 m Höhe keine Flugreaktionen aus. Die Flughöhe und andere Flugparameter hatten keinen Einfluss auf die Nachweisbarkeit, da hochauflösende Fotos eine genaue Zählung ermöglichten. Die Erfahrung des Beobachters, die Feldbedingungen (z. B. Wind, Sonnenreflexion) und die Standortmerkmale (z. B. Vegetation, Homogenität) beeinflussten die Erkennbarkeit erheblich. Drohnengestützte Erhebungen von Krokodilen sollten im ersten Drittel des Tages aus 40 m Höhe durchgeführt werden. Drohnenerhebungen bieten Vorteile gegenüber herkömmlichen Methoden, wie z. B. eine präzise Größenschätzung, weniger Störungen und die Möglichkeit, größere und abgelegenere Gebiete zu erfassen. Fotos von Drohnenerhebungen ermöglichen wiederholbare und quantifizierbare Habitatbewertungen, die Aufdeckung von Eingriffen und anderen illegalen Aktivitäten und hinterlassen eine dauerhafte Aufzeichnung.
Insgesamt bieten Drohnen eine wertvolle und kosteneffiziente Alternative für die Erhebung von Krokodilpopulationen mit überzeugenden Sekundärvorteilen, auch wenn sie nicht in allen Fällen und für alle Arten geeignet sind.
2) Schätzung der Gesamtlänge von Krokodilen anhand von Drohnenbildern mit Hilfe eines Modells
Die Kenntnis der demografischen Struktur ist für die Erforschung und den Schutz von Wildtieren von entscheidender Bedeutung. Bei Krokodilen erfordert die genaue Schätzung der Gesamtlänge und der demografischen Klasse in der Regel eine genaue Beobachtung oder einen Fang, oft von teilweise untergetauchten Individuen, was zu Ungenauigkeit und Risiken führen kann. Die Drohnentechnologie bietet eine unvoreingenommene, sicherere Alternative für die Klassifizierung. In dieser Studie wurde die Effektivität von Drohnenfotos in Kombination mit allometrischen Beziehungen der Kopflänge zur Schätzung der Gesamtlänge bewertet, und es wurde eine standardisierte Methode zur drohnengestützten demografischen Klassifizierung von Krokodilen vorgeschlagen.
Gelernte Lektion
Es wurde ein allometrischer Rahmen entwickelt, der den Kopf mit der Gesamtlänge von 17 Krokodilarten korreliert, wobei Konfidenzintervalle zur Berücksichtigung von Ungenauigkeitsquellen (z. B. allometrische Genauigkeit, Kopfneigung, Beobachterverzerrung, Geländevariabilität) einbezogen wurden. Diese Methode wurde auf wildlebende Krokodilarten mittels Drohnenfotografie angewendet. Die Auswirkungen des Geländes waren geringer als die Fehler des Bodenabstands (Ground Sample Distance, GSD) der photogrammetrischen Software. Der allometrische Rahmen sagte die Längen mit einer Genauigkeit von ≃11-18 % für alle Arten voraus, wobei die natürliche allometrische Variation zwischen den Individuen einen Großteil dieses Bereichs erklärt. Im Vergleich zu traditionellen Methoden, die subjektiv und riskant sein können, ist unser Drohnen-basierter Ansatz objektiv, effizient, schnell, billig, nicht-invasiv und sicher.
3) Allometrischer Rahmen für die Schätzung der Krokodilgröße
Das allometrische System ist ein nicht-invasives Instrument zur Schätzung der Gesamtkörperlänge von Krokodilen auf der Grundlage der Messung ihrer Kopflänge, die mit hochauflösenden Drohnenbildern erfasst wird. Durch die Nutzung etablierter artspezifischer Kopf-Körperlängen-Verhältnisse erübrigt sich bei dieser Methode der physische Fang oder die Handhabung, was die Risiken für Forscher und Wildtiere verringert. Das System wurde für 17 der 27 Krokodilarten validiert und ermöglicht die Bereitstellung zuverlässiger demografischer Daten, die für die Überwachung der Populationen und das Naturschutzmanagement unerlässlich sind.
Der Rahmen verwendet leicht lesbare Tabellen (abaques), die es auch Nichtfachleuten ermöglichen, die Methode schnell anzuwenden, ohne dass fortgeschrittene wissenschaftliche Kenntnisse erforderlich sind.
4) Befähigung lokaler Akteure durch Drohnentechnologie
Dieser Baustein dient dem Aufbau von Kapazitäten bei lokalen Akteuren, einschließlich indigener Völker und lokaler Gemeinschaften (IPLCs), um Drohnen zu bedienen und sie in die Lage zu versetzen, eine aktive Rolle im Naturschutz zu übernehmen.
Einfache Anwendung der entwickelten Methode:
- Minimale technische Fertigkeiten erforderlich:
Die Nutzer benötigen lediglich eine Grundausbildung in der Bedienung von Drohnen und der Extraktion von Messdaten aus hochauflösenden Bildern. Das Verfahren ist unkompliziert:- Fliegen Sie die Drohne gemäß dem standardisierten Flugprotokoll.
- Markieren Sie Krokodile auf Überkopfbildern.
- Messen Sie die sichtbare Kopflänge mit verfügbaren Bildanalysetools (z. B. ImageJ, QGIS).
- Wenden Sie die entsprechende allometrische Gleichung an oder suchen Sie in vorbereiteten Tabellen (abaques) nach, um die Gesamtlänge zu schätzen.
- Leicht anpassbar:
Der Rahmen verwendet leicht lesbare Tabellen (abaques), die sowohl für Spezialisten als auch für Nicht-Spezialisten zugänglich sind, da die Methode schnell angewendet werden kann, ohne dass fortgeschrittene wissenschaftliche Kenntnisse erforderlich sind. - Zugängliche Ausrüstung:
Der Ansatz stützt sich auf verbrauchergerechte Drohnen und weithin verfügbare Software, was die Erschwinglichkeit sicherstellt und die Hürden für die Einführung verringert.
Warum es effektiv ist:
Die Einfachheit, Skalierbarkeit und Zuverlässigkeit des Systems machen es ideal für verschiedene Kontexte, von abgelegenen Feuchtgebieten bis hin zu Lebensräumen in Stadtnähe. Es ermöglicht einem breiten Spektrum von Nutzern, wissenschaftlich fundierte Daten zu generieren.
5) Entwicklung von On-Board-Technologien und KI-Integration
Fortschritte bei den Bordtechnologien und der KI-Integration bergen ein großes Potenzial zur weiteren Verbesserung der bestehenden drohnengestützten Überwachungsmethode für Krokodile. Verbesserungen bei der Drohnen-Hardware, wie z. B. Hybridmodelle mit verlängerten Flugzeiten und verbesserten Kameraauflösungen, ermöglichen eine breitere Abdeckung des Lebensraums und die Erfassung detaillierterer Bilder in komplexen Umgebungen. Die Integration von künstlicher Intelligenz (KI) bietet die Möglichkeit, die Bildanalyse zu rationalisieren, indem die Erkennung von Krokodilen und die Größenschätzung anhand allometrischer Modelle automatisiert werden. Diese KI-gesteuerten Verbesserungen könnten eine Datenverarbeitung nahezu in Echtzeit ermöglichen und die Abhängigkeit von der zeitaufwändigen manuellen Analyse verringern.
Diese Verbesserungen befinden sich derzeit in der Entwicklung. Wir haben im April 2025 in Kamerun eine experimentelle Studie mit Studenten und jungen Forschern der Universität Ngaoundéré und lokalen NRO durchgeführt, bei der mit Wärmekameras und Suchscheinwerfern ausgestattete Drohnen zum Einsatz kamen und eine KI-gestützte automatische Datenverarbeitung erfolgte.
Gelernte Lektion
Die Daten werden derzeit ausgewertet und in Kürze veröffentlicht.
Auswirkungen
Diese erste Studie zum Einsatz von Drohnen für die Überwachung von Krokodilen hat bedeutende Ergebnisse geliefert und wurde in zwei wissenschaftlichen Fachzeitschriften mit Peer-Review veröffentlicht. Optimierte Flüge ermöglichten die Erkennung, präzise Identifizierung und Vermessung von Krokodilen. Durch die Kombination von hochauflösendem Bildmaterial mit allometrischen Tabellen konnten für 17 der 27 Krokodilarten zuverlässige Größenschätzungen erstellt werden (mit einer Genauigkeit von 11-18 %). Diese Daten waren entscheidend für die Bewertung der demografischen Struktur der Crocodylus suchus-Populationen im W-Nationalpark in Niger.
Dieser Ansatz hat den Vorteil, dass er von einer Vielzahl von Umweltakteuren leicht umgesetzt werden kann, ohne dass besonders fortgeschrittene Kenntnisse oder Erfahrungen mit Drohnen und Krokodilen erforderlich sind. Darüber hinaus ist es kostengünstiger als herkömmliche Methoden. Mit Hilfe von Drohnen können Krokodile aufgespürt und ihre Gesamtlänge zuverlässig geschätzt werden, ohne dass sie gefangen werden müssen, und sollten von Forschern, Managern und allen Interessengruppen wie indigenen Völkern und lokalen Gemeinschaften als praktikabler Ansatz betrachtet werden. Diese Lösung wurde speziell für die Nutzung durch jedermann entwickelt.
An der Studie nahmen 22 Forscher und Krokodilschützer aus über 20 Ländern teil. Sie sammelte 7 368 biometrische Messdaten von 17 Krokodilarten, um die weltweit größte Datenbank zu erstellen, die für weitere Studien zu einer Vielzahl von Themen genutzt werden soll.
Diese Methode wird zunehmend eingesetzt
Begünstigte
Diese Lösung wurde speziell für die Nutzung durch eine Vielzahl von Akteuren konzipiert und entwickelt, darunter Hochschul- und Forschungseinrichtungen, Schutzgebietsverwalter, Nichtregierungsorganisationen, Naturschutzorganisationen sowie lokale Gemeinschaften und indigene Völker.
Erläutern Sie außerdem das Skalierungspotenzial Ihrer Lösung. Kann sie repliziert oder auf andere Regionen oder Ökosysteme ausgeweitet werden?
Skalierbarkeit und geografisches Potenzial
Die für die drohnengestützte Überwachung von Krokodilen entwickelte Methode weist ein erhebliches Skalierungspotenzial auf, sowohl geografisch als auch über verschiedene Ökosysteme hinweg. Mindestens eine Krokodilart kommt in mehr als 90 Ländern vor, also in etwa der Hälfte der Länder der Welt. Obwohl die Methode derzeit nicht für Waldarten geeignet ist, könnte sie für mindestens die Hälfte der Krokodilarten eingesetzt werden. Durch den Einsatz von Drohnen und standardisierten Protokollen, die sich an unterschiedliche Umweltbedingungen anpassen lassen, ist diese Methode äußerst vielseitig. In Verbindung mit der leichten Zugänglichkeit der Drohnentechnologie ist diese Lösung ein Modell, das weltweit repliziert und erweitert werden kann.
Anwendungen zur Entschärfung von Mensch-Krokodil-Konflikten und zur Überwachung der biologischen Vielfalt
In Regionen, in denen Mensch-Krokodil-Konflikte (HCC) weit verbreitet sind, könnte die Lösung die Bemühungen zur Konfliktminderung unterstützen, indem sie die Lebensräume von Krokodilen kartiert und Hotspots der Interaktion mit menschlichen Aktivitäten identifiziert. Neben Krokodilen kann die Drohnenmethode gleichzeitig Informationen über den Lebensraum sammeln, Bedrohungen identifizieren und andere aquatische oder semi-aquatische Arten überwachen. Da sie nicht invasiv ist und auch in schwierigem Gelände eingesetzt werden kann, eignet sie sich für Erhebungen der biologischen Vielfalt in einer Reihe von Ökosystemen.
Kosteneffizienz und Befähigung der Gemeinschaft
Die Einfachheit und Kosteneffizienz der Lösung ermöglicht ihre Implementierung in ressourcenarmen Umgebungen. Dank ihrer Zugänglichkeit ist sie für eine große Zahl von Akteuren geeignet und kann in gemeinschaftsbasierten Naturschutzprojekten eingesetzt werden. Dieser Ansatz fördert den Aufbau von Kapazitäten und die Befähigung indigener Völker und lokaler Gemeinschaften, was die Skalierbarkeit und die Wirkung des Einsatzes deutlich erhöht.
Offener Zugang und technische Unterstützung
Diese Lösung und die entwickelten Werkzeuge sind durch zwei von Fachleuten begutachtete wissenschaftliche Arbeiten vollständig frei zugänglich. Darüber hinaus biete ich auf der HAC 30x30 Technical Assistance Matchmaking Online Platform der High Ambition Coalition for Nature and People (HAC for N&P) technische Unterstützung für die Einführung dieser Lösung für Naturschutzakteure an, die dies wünschen. Die Methodik wird auch innerhalb der Drohnen-Arbeitsgruppe der IUCN Species Survival Commission (SSC) Crocodile Specialist Group (CSG) diskutiert. Einige Mitglieder der Krokodil-Spezialistengruppe nutzen diese Lösung bereits.
Laufende und zukünftige Entwicklungen
Diese Methode erfordert weitere Studien an anderen Arten und in anderen Zusammenhängen. Ich arbeite derzeit in Kamerun an der Weiterentwicklung und Verbesserung dieser Methode, insbesondere durch den Einsatz von Wärmesensoren, Taschenlampen zur Durchführung von nächtlichen Bestandsaufnahmen mit Drohnen und die Integration von künstlicher Intelligenz zur Zählung von Krokodil- und Flusspferdpopulationen, die bereits sehr interessante erste Ergebnisse geliefert haben. Die künftige Integration von Hybriddrohnen und die Entwicklung leistungsfähiger und diversifizierter KI-Tools. Diese Weiterentwicklungen werden in Zusammenarbeit mit anderen Forschern und dem Pl@ntNet-Team vorangetrieben, um die Effizienz und Anwendbarkeit der Lösung zu verbessern.
Globaler Rahmen für die biologische Vielfalt (GBF)
GBF-Ziel 4 - Das Artensterben aufhalten, die genetische Vielfalt schützen und Konflikte zwischen Mensch und Wildtieren bewältigen
GBF-Zielvorgabe 20 - Stärkung des Aufbaus von Kapazitäten, des Technologietransfers und der wissenschaftlichen und technischen Zusammenarbeit im Bereich der biologischen Vielfalt
Ziele für nachhaltige Entwicklung
SDG 14 - Leben unter Wasser
SDG 15 - Leben an Land
SDG 17 - Partnerschaften für die Ziele
Geschichte
Partizipative Bestandsaufnahme von Reptilien und Amphibien in der Gemeinde Dohouan in der Elfenbeinküste
Michiel van Noppen
Alles begann vor einigen Jahren während meines Praktikums am Smithsonian Tropical Research Institute in Panama. Ich hatte die Gelegenheit, eine kleine Drohne zu testen, zu einer Zeit, als ihr Einsatz in der Ökologie noch selten war. Diese Erfahrung brachte mich sofort auf Ideen für Anwendungen, insbesondere für die Überwachung von Krokodilen, einer Gruppe, für die traditionelle Erhebungsmethoden eine Herausforderung darstellen. Zu diesem Zeitpunkt gab es noch keine Studie, die den Einsatz von Drohnen für diesen speziellen Zweck bei diesem Taxon untersucht hatte.
Angesichts der begrenzten Ressourcen beschloss ich, ein kleines Projekt zu starten, in das ich meine Energie und sogar mein persönliches Geld investierte, da keine ausreichende Finanzierung für eine erste Pilot-Machbarkeitsstudie vorhanden war. Glücklicherweise lieferte diese Pilotstudie vielversprechende Ergebnisse, die es mir ermöglichten, meine Bemühungen fortzusetzen und das Projekt weiterzuentwickeln.
Ich freue mich, dass ich einen Teil der Krokodil-Spezialistengruppe der IUCN in dieses Projekt einbinden konnte, indem ich biometrische Daten, die in den letzten 50 Jahren in der Krokodilforschung gesammelt wurden, nutzbar machte, um diese Methode auf die meisten Krokodilarten auszuweiten. Diese Arbeit hat es mir ermöglicht, eine effektive, umfassende und erschwingliche Lösung für die Interessengruppen des Naturschutzes zu entwickeln, die sich auf ein wichtiges Taxon konzentriert: Krokodile, Spitzenprädatoren in Süßwasserökosystemen in mehr als 90 Ländern. Obwohl sie in ihren Lebensräumen eine Schlüsselrolle spielen, sind Krokodile nach wie vor wenig erforscht. Angesichts der wachsenden Herausforderungen im Zusammenhang mit der Erhaltung aquatischer Lebensräume, der Wasserbewirtschaftung und dem Konflikt zwischen Mensch und Krokodil unterstützt diese Lösung diese aktuellen und zukünftigen Herausforderungen.
Im Rahmen meiner Promotion konnte ich diesen Ansatz durch die Kombination von technologischen Anpassungen und gemeinschaftsbasierten Erhaltungsstrategien für Krokodile weiterentwickeln. Parallel dazu bin ich Mitbegründer und Vorsitzender von Nature Conserv'Action, einer Organisation, die sich der Unterstützung von Naturschutzinitiativen widmet, die von indigenen Völkern, lokalen Gemeinschaften und lokalen NROs geleitet werden. Wir verfolgen einen transdisziplinären Ansatz, der wissenschaftliche Forschung, Naturschutzmanagement, Entschärfung von Konflikten zwischen Mensch und Wildtier und Bewusstseinsbildung miteinander verbindet.
Heute bin ich stolz darauf, zu einem integrativen Naturschutzansatz beizutragen und ihn zu fördern, der die Bedeutung der Einbeziehung indigener Völker und lokaler Gemeinschaften in Naturschutzprojekte hervorhebt. Durch die Berücksichtigung sozialer, wirtschaftlicher und ökologischer Aspekte erhöht dieser Ansatz die Erfolgsaussichten und die Nachhaltigkeit von Naturschutzprogrammen. Diese Arbeit und diese Ansätze sind nun ein konkretes Projekt, das ich und mein Team mit einer langfristigen Vision innerhalb von Nature Conserv'Action entwickeln.
