Analyse von Ultraschallmikrofonsystemen zur Detektion und Identifikation von Fledermäusen

Abstract

Der Ausbau erneuerbarer Energien, speziell der Windenergie, erfordert einen evidenzbasierten Artenschutz. Die Vorgaben des Artenschutzes sind daher ein wichtiger Bestandteil bei Bauvorhaben und dem Betrieb von Windenergieanlagen (WEA). Zu den gefährdeten Arten gehören Fledermäuse, die durch Kollisionen mit den Rotoren oder durch innere Blutungen, hervorgerufen durch sog. Barotraumata, sterben. Um die Anzahl dieser Schlagopfer zu verringern liegt ein Forschungsschwerpunkt auf der Erfassung der Fledermaus-bestände mithilfe von akustischen Detektorsystemen an WEA. Im Rahmen des Forschungsprojekts „Drones4Bats“ werden zu diesem Zweck Drohnen entwickelt und ihre Einsatzmöglichkeiten evaluiert. Die dafür erforderlichen Fledermausdetektorsysteme müssen qualitativ hochwertige Aufnahmen von den Ultraschallrufen der Fledermäuse liefern. Diesem Anspruch werden die derzeit am Markt verfügbaren Geräte aus verschiedenen Gründen (u.a. Lieferschwierigkeiten, fehlende Einstellungsmöglichkeiten) nicht gerecht. Aus diesem Grund wurde an der Hochschule für angewandte Wissenschaften Hamburg (HAW) ein Prototyp entwickelt, der die notwendigen Anforderungen erfüllen soll. Die vorliegende Arbeit untersucht, inwiefern dieser Prototyp dem Standard kommerzieller Systeme entspricht und im Rahmen des Forschungsprojekts eingesetzt werden kann. Zu diesem Zweck wurden Tests zur Detektion und Identifikation von Fledermausrufen konzipiert und weiterentwickelt. Diese untersuchen die Erkennungs-reichweite der Systeme sowie die Merkmalsextraktion aus Rufen und ihre Klassifikation. Die in dieser Arbeit gewonnenen Daten führen zu der Schlussfolgerung, dass der Prototyp im aktuellen Zustand nicht einsatzfähig ist. Für eine abschließende Aussage ist eine genauere Überprüfung der Kalibrierung des Mikrofons sowie die Durchführung einiger Folgetests erforderlich. Die Detektionsreichweite ist derzeit kürzer als die des kommerziellen Systems (Mini- Batcorder der ecoObs GmbH), da aufgrund der unklaren Kalibrierung eine Dämpfung des Eingangssignals am Mikrofon des Prototypen eingestellt werden musste. Die Versuche zur Merkmalsextraktion und zur Klassifikation deuten allerdings darauf hin, dass die Aufnahmen des Prototypen qualitativ gleichwertig mit denen des Batcorders sind. Die unklare Kalibrierung des Mikrofons hat jedoch einen Einfluss auf die Anzahl an Aufnahmen bei diesen Tests, weshalb die Ergebnisse zur Identifikation zurückhaltend interpretiert werden müssen. Es bedarf weiterer Untersuchungen zur genaueren Bestimmung der Leistungsfähigkeit des Prototyps, um eine belastbare Aussage über seine Einsatzfähigkeit im Projekt „Drones4Bats“ zu treffen.

The expansion of renewable energy, especially wind energy, requires evidence-based species protection. Therefore species protection specifications are an important component in construction projects and the operation of wind turbines. Species at risk include bats that die from collisions with rotors or from internal bleeding caused by so-called barotrauma. In order to reduce the number of victims, one research focus is on recording bat populations using acoustic detector systems at wind turbines. As part of the „Drones4Bats“ research project, drones are being developed for this purpose and their potential applications evaluated. The bat detector systems required for this purpose must provide high-quality recordings of the ultrasonic calls of bats. The devices currently available on the market do not meet this requirement for various reasons (including delivery difficulties, lack of adjustment options). For this reason, a prototype was developed to meet the necessary requirements. The present work investigates to what extent this prototype corresponds to the standard of commercial systems and can be used within the scope of the research project. To this end, tests for the detection and identification of bat calls were designed and further developed. These investigate the detection range of the systems as well as feature extraction from calls and their classification. The data obtained in this work lead to the conclusion that the prototype is not yet operational. More detailed verification of the microphone calibration and some follow-up tests are required to make a conclusive statement. The detection range is currently shorter than that of the commercial system (Mini- Batcorder, ecoObs GmbH); as the correct calibration of the prototype microphone was unclear, the input signal was attenuated during the tests. However, feature extraction and classification experiments indicate that the prototype’s recordings are qualitatively equivalent to those of the Batcorder. Nethertheless, the microphone’s attenuation had an impact on the number of recordings, so the results for identification must be interpreted with caution. Further research is needed to more accurately determine the performance of the prototype in order to make a robust statement about its usability in the „Drones4Bats“ project.