Strukturbedingte Grenzen der thermalen Drohnendetektion im Wildtiermonitoring von Waldökosystemen
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Contributors
Abstract
Der Einsatz unbemannter Luftfahrtsysteme mit Wärmebildsensorik bietet ein hohes Potenzial für das Wildtiermonitoring in Waldökosystemen. Die Aussagekraft drohnenbasierter Erfassungen wird jedoch durch die Vegetationsstruktur und die damit verbundene Abschirmung thermischer Signaturen begrenzt. Ziel der vorliegenden Untersuchung war es, den strukturbedingten Übersehfehler bei der thermalen Detektion systematisch zu quantifizieren und den Einfluss unterschiedlicher Waldtypen, Belaubungszustände und vertikaler Bestandesstrukturen unter praxisnahen Bedingungen zu untersuchen.
Hierzu wurden zehn Versuchsflächen in Sachsen ausgewählt, die Laub- und Nadelholzbestände unterschiedlicher struktureller Ausprägung sowie belaubte und unbelaubte Zustände umfassten. Stationäre Versuchspersonen dienten als standardisierte thermische Zielobjekte. Je Versuchsfläche wurden vier Befliegungen mit jeweils zehn zufällig positionierten Zielobjekten durchgeführt. Die Erfassung erfolgte mit einer DJI Matrice M30T entlang standardisierter Flugrouten in 100 m Flughöhe. Die Detektionsdaten wurden mit generalisierten linearen Modellen mit binomialverteilter Zielgröße und Likelihood-Ratio-Tests ausgewertet.
Die Detektionsleistung unterschied sich deutlich zwischen den untersuchten Waldstrukturen. Die höchsten und zugleich stabilsten Detektionsraten wurden in unbelaubten Laubholzbeständen sowie in einem einschichtigen Kiefernbestand erreicht. Demgegenüber war die Detektion in belaubten und vertikal komplexen Beständen deutlich eingeschränkt. Besonders der belaubte zweischichtige Buchenbestand wies mit einer mittleren Detektionsrate von 45 % die geringste Detektionsleistung und zugleich die höchste Variabilität zwischen den Wiederholungsflügen auf. Insgesamt nahm die thermische Sichtbarkeit mit zunehmender vertikaler Komplexität und zusätzlicher Vegetationsschichtung ab.
Die Versuchsfläche hatte einen signifikanten Einfluss auf die Detektionsrate (p = 0,026), während weder die Flugwiederholung noch deren Reihenfolge einen signifikanten Effekt zeigten (p = 0,632). Die Ergebnisse zeigen damit, dass wiederholte Befliegungen strukturell bedingte Sichtbarrieren nicht grundsätzlich kompensieren können.
Thermale Drohnensysteme ermöglichen in unbelaubten beziehungsweise strukturell wenig komplexen Waldbeständen eine hohe und reproduzierbare Detektionsleistung. In belaubten und mehrschichtigen Beständen können dagegen erhebliche Übersehfehler auftreten. Für die Planung, Auswertung und Interpretation drohnenbasierter Wildtiererfassungen sollten daher insbesondere Belaubungszustand und vertikale Bestandesstruktur berücksichtigt werden. Die Ergebnisse liefern damit eine empirische Grundlage für die Einschätzung der methodischen Grenzen und Einsatzbedingungen thermaler Drohnen im forstlichen Wildtiermonitoring.
Hierzu wurden zehn Versuchsflächen in Sachsen ausgewählt, die Laub- und Nadelholzbestände unterschiedlicher struktureller Ausprägung sowie belaubte und unbelaubte Zustände umfassten. Stationäre Versuchspersonen dienten als standardisierte thermische Zielobjekte. Je Versuchsfläche wurden vier Befliegungen mit jeweils zehn zufällig positionierten Zielobjekten durchgeführt. Die Erfassung erfolgte mit einer DJI Matrice M30T entlang standardisierter Flugrouten in 100 m Flughöhe. Die Detektionsdaten wurden mit generalisierten linearen Modellen mit binomialverteilter Zielgröße und Likelihood-Ratio-Tests ausgewertet.
Die Detektionsleistung unterschied sich deutlich zwischen den untersuchten Waldstrukturen. Die höchsten und zugleich stabilsten Detektionsraten wurden in unbelaubten Laubholzbeständen sowie in einem einschichtigen Kiefernbestand erreicht. Demgegenüber war die Detektion in belaubten und vertikal komplexen Beständen deutlich eingeschränkt. Besonders der belaubte zweischichtige Buchenbestand wies mit einer mittleren Detektionsrate von 45 % die geringste Detektionsleistung und zugleich die höchste Variabilität zwischen den Wiederholungsflügen auf. Insgesamt nahm die thermische Sichtbarkeit mit zunehmender vertikaler Komplexität und zusätzlicher Vegetationsschichtung ab.
Die Versuchsfläche hatte einen signifikanten Einfluss auf die Detektionsrate (p = 0,026), während weder die Flugwiederholung noch deren Reihenfolge einen signifikanten Effekt zeigten (p = 0,632). Die Ergebnisse zeigen damit, dass wiederholte Befliegungen strukturell bedingte Sichtbarrieren nicht grundsätzlich kompensieren können.
Thermale Drohnensysteme ermöglichen in unbelaubten beziehungsweise strukturell wenig komplexen Waldbeständen eine hohe und reproduzierbare Detektionsleistung. In belaubten und mehrschichtigen Beständen können dagegen erhebliche Übersehfehler auftreten. Für die Planung, Auswertung und Interpretation drohnenbasierter Wildtiererfassungen sollten daher insbesondere Belaubungszustand und vertikale Bestandesstruktur berücksichtigt werden. Die Ergebnisse liefern damit eine empirische Grundlage für die Einschätzung der methodischen Grenzen und Einsatzbedingungen thermaler Drohnen im forstlichen Wildtiermonitoring.
Details
Symposium
| Title | 24. Tagung des Arbeitskreises Wirbeltiere der Deutschen Phytomedizinischen Gesellschaft e.V. |
|---|---|
| Conference number | 24 |
| Duration | 13 - 14 October 2026 |
| Website | |
| Degree of recognition | National event |
| Location | Bayer AG |
| City | Monheim am Rhein |
| Country | Germany |