DE102023121479A1

DE102023121479A1 - Vorrichtung zur elektronischen Tierüberwachung

Info

Publication number: DE102023121479A1
Application number: DE102023121479.9A
Authority: DE
Inventors: Jörg Melzheimer; Ortwin Aschenborn; Florian LESCHKA; Christof Schlund; Jürgen Ernst; Jonas Mrazek; Marian Marschner
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Forschungsverbund Berlin FVB eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Forschungsverbund Berlin FVB eV
Priority date: 2022-08-10
Filing date: 2023-08-10
Publication date: 2024-02-15

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektronischen Tierüberwachung und insbesondere eine Vorrichtung zur elektronischen Tierbeobachtung und Überwachung von und mit freilebenden Wildtieren wie Tauben und andere Vogelarten.Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur elektronischen Tierüberwachung umfasst mindestens einen ersten Vorrichtungsteil (10) und einen zweiten Vorrichtungsteil (20), wobei die einzelnen Vorrichtungsteile (10, 20) zur Umsetzung verschiedener elektronischer Funktionen der Vorrichtung ausgebildet sind, unabhängig voneinander an einem zu überwachenden Tier (T) befestigt werden können und über eine Verbindung elektronisch miteinander koppelbar sind. Vorzugsweise nimmt der zweite Vorrichtungsteil (20) eine Steuerung des ersten Vorrichtungsteils (10) auf der Grundlage eines erkannten Verhaltens des Tieres vor, insbesondere um den ersten Vorrichtungsteil (10) zwischen einem Energiesparmodus und einem Betriebsmodus umzuschalten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektronischen Tierbeobachtung und Tierüberwachung und insbesondere eine Vorrichtung zur elektronischen Überwachung von und mit freilebenden Wildtieren wie Tauben und anderen Vogelarten.
Stand der Technik
Beim Artenschutz und dem Wildtiermanagement geht es vor allem darum, bestimmte Tierarten in ihrem natürlichen Umfeld zu bewahren, zu fördern oder zu regulieren. Dies setzt vertiefte Kenntnisse insbesondere über deren spezifische Lebensräume, typische Verhaltensmuster der Tiere, die Populationsentwicklung in einer Region sowie ein umfassendes Verständnis über den Einfluss der unterschiedlichsten Faktoren auf diese Daten voraus. Forschung zum Verhalten und zu individuellen Bewegungsmustern von Wildtieren (insbesondere von Vögeln) ist durch direkte Beobachtung nicht möglich. Hierzu sind die zurückgelegten Strecken der Tiere zu groß. Außerdem ist so meist nur die Beobachtung größerer Gruppen, nicht aber von einzelnen Individuen möglich.
Seit einigen Jahrzehnten wird zu solchen Zwecken die sogenannte „Wildtier-Telemetrie“ (engl. „wildlife radio telemetry“) benutzt. Die hierfür verwendeten Geräte nutzen globale Navigationssatellitensysteme, um die jeweilige Position der Tiere zu bestimmen. Die Positionsdaten können über einen langen Zeitraum gespeichert (engl. „logged“) und beispielsweise über eine Mobilfunkverbindung oder eine proprietäre Funkverbindung zu speziellen Empfängern übertragen werden.
Mit der Miniaturisierung von elektronischen Kameras besteht heutzutage jedoch auch die Möglichkeit, entsprechende Bild- oder Videokameras an den Tieren zu befestigen, um das Verhalten der Tiere zu erforschen. Die Kameradaten werden dabei im Allgemeinen zunächst gespeichert und werden ausgelesen, nachdem die Kamera wieder vom Tier entfernt wurde. Zur Befestigung der Kamera kann diese mittels Klebstoff im Fell des Tieres befestigt werden. Bei langhaarigem Fell funktioniert dies jedoch nicht zuverlässig, zudem kann eine Klebung unangenehm oder gar störend für das Tier sein, so dass kein natürliches Verhalten des Tieres beobachtet werden kann. Alternativ zum Verkleben kann die Kamera auch mit einem Halsband am Tier angebracht werden. In beiden Fällen muss das Tier nach dem Befestigen der Kamera und seinem anschließenden Freilassen zum Entfernen der Kamera erneut eingefangen werden.
Für größere Tiere wie Hunde und Katzen sind insbesondere elektronische Ortungsgeräte mit integrierten Funksendern bekannt. Solche Ortungsgeräte bestehen in der Regel aus einer Einheit, die mithilfe eines Geschirrs am Körper des Tieres befestigt wird. Diese kompakte Einheit enthält eine Energieversorgung, Sensorik, eine Recheneinheit, Kommunikationstechnik und Antennen. Solche Ortungsgeräte können mit zusätzlichen Kameras ausgestattet sein. Zur Langzeitbeobachtung von freilebenden Wildtieren, insbesondere von kleinen Zugvögeln, sind diese Geräte jedoch aufgrund ihrer Größe und des Gewichts sowie des relativ begrenzten Nutzungszeitraums nicht geeignet. Auch Ortungsgeräte erfordern somit speziell darauf trainierte Tiere, wobei diese dann beispielsweise als ausgebildeter Such- und Rettungshund zur Bergung von durch Lawinen o. ä. verschütteten Personen eingesetzt werden.
Für eine Überwachung kleiner Tiere wie Vögel gibt es bisher nur Kamerasysteme, die nur für eine relativ kurze Zeit aufnehmen und nur speziell dafür trainierten Greifvögeln getragen werden können. Kameras in klassischen Wildtiersendern, die autonom (z. B. mit Solarzellen) über mehrere Monate funktionieren, sind nicht bekannt. Die Integration einer Miniaturkamera in einen Tiersender, wie er üblicherweise auf dem Rücken eines Vogels befestigt wird, ist aufgrund der eingeschränkten Blickrichtung für Verhaltensbeobachtungen nicht sinnvoll. Insbesondere die am meisten interessierende Blickrichtung nach vorn, d. h. aus Vogelperspektive, ist nicht möglich, weil der Hals des Tieres das Kamerabild größtenteils verdeckt. Der Sender muss jedoch auf dem Rücken des Vogels befestigt werden, weil die Antennen dort die beste Abstrahlung haben.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur elektronischen Tierüberwachung zur Verfügung zu stellen, welche die im Stand der Technik auftretenden Probleme vermeidet oder zumindest deutlich verringert.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen enthalten.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektronischen Tierüberwachung, umfassend mindestens einen ersten Vorrichtungsteil und einen zweiten Vorrichtungsteil, wobei die einzelnen Vorrichtungsteile zur Umsetzung verschiedener elektronischer Funktionen der Vorrichtung ausgebildet sind, unabhängig voneinander an einem zu überwachenden Tier befestigt werden können und über eine Verbindung elektronisch miteinander koppelbar sind.
Die elektronischen Teile der Vorrichtung sind somit zumindest zweigeteilt. Abhängig von der Überwachungsaufgabe kann die Vorrichtung jedoch auch in drei Vorrichtungsteile oder eine Vielzahl von Vorrichtungsteilen unterteilt sein. Die einzelnen Vorrichtungsteile sind zur Umsetzung verschiedener elektronischer Funktionen der Vorrichtung ausgebildet, was bedeutet, dass zumindest einige funktionale Komponenten (z. B. Energieversorgung bzw. von der Energieversorgung umfasste Batterien) der Vorrichtung nur in einem Vorrichtungsteil angeordnet sind. Einzelne Funktionen können jedoch auch in mehr als nur einem Vorrichtungsteil realisiert sein. Darunter könnte beispielsweise ein jeweils im ersten Vorrichtungsteil und im zweiten Vorrichtungsteil angeordneter Sensor zur Temperatur- oder Luftdruckmessung fallen.
Der erste Vorrichtungsteil und der zweite Vorrichtungsteil können unabhängig voneinander an einem zu überwachenden Tier befestigt werden. Dies kann insbesondere durch Verkleben mit dem Fell oder Gefieder eines Tieres erfolgen. Mögliche Positionen zur Befestigung sind dabei beispielsweise der Hals, der Rücken, die Beine, eine Flosse oder der Schwanz eines Tieres.
Vorzugsweise werden die Vorrichtungsteile über mindestens ein an die Anatomie des Tieres angepasstes Geschirr am Tier befestigt. Die einzelnen Vorrichtungsteile können jedoch auch über voneinander getrennte Geschirre jeweils einzeln am Tier befestigt werden. Dies ist beispielweise für Tiere sinnvoll, bei denen eine Befestigung über ein einzelnes Geschirr aufgrund von deren Größe nicht praktikabel wäre. Beispielweise kann ein erstes Geschirr zur Befestigung am Fuß eines Elefanten und ein zweites Geschirr zur Befestigung am Kopf des Elefanten vorgesehen sein.
Vorzugsweise ist die Verbindung über eine Nahbereichs-Funkverbindung oder eine Leitungsverbindung realisiert. Die Verbindung dient vor allem dem Datenaustausch zwischen dem ersten Vorrichtungsteil und dem zweiten Vorrichtungsteil bzw. weiteren Vorrichtungsteilen. Eine Leitungsverbindung kann jedoch auch zur Übertragung von Energie zwischen dem ersten Vorrichtungsteil und dem zweiten Vorrichtungsteil genutzt werden. Vorzugsweise kann die Leitungsverbindung innerhalb eines gemeinsamen Geschirrs angeordnet sein.
Vorzugsweise umfasst der erste Vorrichtungsteil mindestens eine Kamera. Bei der Kamera kann es sich insbesondere um eine besonders kompakte, leichte und unauffällige Mikrokamera handeln. Das erste Vorrichtungsteil kann weitere Kameras zur Überwachung verschiedener Sichtbereiche umfassen. Bei einer Kamera kann es sich insbesondere um eine elektronische Video- und/oder Bildkamera handeln. Die Kameras können dabei insbesondere für Aufnahmen im sichtbaren und/oder im infraroten Spektralbereich ausgebildet sein. Bevorzugt handelt es sich bei mindestens einer Kamera um eine Multi- oder Hyperspektralkamera. Der Begriff „Kamera“ kann hierbei allgemein für optische Sensorsysteme zur Erfassung von räumlichen Informationen aus der Umgebung des Sensorsystems stehen.
Vorzugsweise umfasst das erste Vorrichtungsteil weiterhin einen ersten Chip (z. B. Microchip, Mikroprozessor, integrierte Logikschaltung), eingerichtet zur Steuerung der Kamera und zur Prozessierung von mit der Kamera aufgenommen Bildern; und einen ersten KI-Chip (z. B. ein Mikroprozessor umfassend mindestens einen digitalen Signalprozessor, DSP, der eine Signalprozessierung auf Grundlage sogenannter künstlicher Intelligenz, KI, durchführt), eingerichtet zur Objekterkennung in den mit der Kamera aufgenommen Bildern. Eine Objekterkennung kann somit hardwarenah in unmittelbarer Nähe der Kamera erfolgen. Dies hat den Vorteil, dass die Bilddaten der Kamera direkt prozessiert werden können, ohne dass dabei die typischerweise entstehenden großen Datenmengen gespeichert oder übertragen werden müssen. Vielmehr kann insbesondere durch den Kl-Chip eine sehr effektive und zielgerichtete Auswertung, Beschneidung, Komprimierung und/oder Kategorisierung der Bilddaten im Hinblick auf die dem Kl-Chip antrainierten Objektmuster erfolgen.
Beispielsweise kann der Kl-Chip darauf trainiert werden, die vom überwachten Tier aufgenommene Nahrung zu identifizieren. Im Erkennungsfall könnten die vollständigen Bilddaten dann über eine rein inhaltliche Kompression durch einen einfachen Eintrag in einer entsprechenden Datenbank zu Nahrungsaufnahme ersetzt werden. Neben einer Reduzierung des notwendigen Speichers und eines verringerten Übertragungsvolumens kann dadurch auch der Energiebedarf der erfindungsgemäßen Vorrichtung erheblich reduziert werden, wodurch längere Beobachtungszeiten möglich sind. Gegenüber herkömmlichen DSPs zur Bilderkennung sind Kt-basierte Systeme zudem sehr energiesparend bei gleichzeitig sehr hoher Treffergenauigkeit und Erkennungsgeschwindigkeit.
Vorzugsweise umfasst der zweite Vorrichtungsteil eine Energieversorgung, ein Mittel zur Positionsbestimmung, einen Sensor und/oder ein Mittel zur drahtlosen Kommunikation.
Bei einem Mittel zur Energieversorgung kann es sich insbesondere um eine Batterie oder einen Akku mit oder ohne ein zugehöriges Batteriemanagementsystem (BMS) handeln. Insbesondere kann das Mittel zur Energieversorgung ein Modul zur Energieerzeugung und/oder -speicherung umfassen. Das Mittel zur Energieversorgung kann eine Solarzelle zur autarken Energieversorgung umfassen. Die Solarzelle kann bevorzugt mit einem Akku als Energiespeicher verbunden sein. Bei einem Sensor kann es sich beispielsweise um einen Temperatur- oder Luftdrucksensor handeln.
Über ein Mittel zur drahtlosen Kommunikation kann beispielsweise eine Fernsteuerung und/oder Fernüberwachung der Vorrichtung erfolgen. Bei einem Mittel zur drahtlosen Kommunikation kann es sich beispielsweise um ein mobiles Datenmodem oder ein Modul zum Aufbau einer Mobilfunkverbindung, wie GSM, UMTS,HSDPA, oder LTE bzw. „2G“, „3G“, „4G“, „5G“, oder „6G“ handeln. Zur Übertragung können dabei sowohl IP-basierte als auch auf Textnachrichten beruhende Protokollverfahren zum Einsatz kommen. Obwohl hierbei ein bidirektionales Kommunikationsverhalten bevorzugt ist, kann eine Kommunikation auch unidirektional, z. B. in Richtung auf eine Basisstation, erfolgen. Die unidirektionale Übertragung kann für einen besonders energiesparenden Betrieb beispielsweise zur zeit- oder ereignisbasierten Übermittlung einzelner Kamerabilder oder von Standortdaten genutzt werden. Insbesondere für den Feldeinsatz in zivilisatorisch unterentwickelten Bereichen der Welt ist ein simples, auf dem Versand und Empfang von kurzen SMS-Nachrichten oder Datenpaketen (beispielsweise über das Iridium oder ein beliebiges anderes Satellitenkommunikationssystem als LPWAN/loT-Pakete) beruhendes Kommunikationssystem besonders vorteilhaft.
Über das Mittel zur Kommunikation kann insbesondere auch der aktuelle Zustand der Vorrichtung einer Basisstation mitgeteilt werden. Hierzu können der Ladezustand einer Betriebsbatterie, die Anzahl der bisherigen Kameraaufnahmen bzw. ein für weitere Aufnahmen verfügbare Restspeicherplatz, das Ergebnis einer Funktionsüberprüfung oder zur Fernüberwachung benötigte Informationen gehören.
Vorzugsweise umfasst der zweite Vorrichtungsteil weiterhin einen zweiten Chip (z. B. Microchip, Mikroprozessor, integrierte Logikschaltung), eingerichtet zur Steuerung der Vorrichtung; und einen zweiten KI-Chip (z. B. ein Mikroprozessor umfassend mindestens einen digitalen Signalprozessor, DSP, der eine Signalprozessierung auf Grundlage sogenannter künstlicher Intelligenz, KI, durchführt), eingerichtet zur Verhaltenserkennung des Tieres auf Grundlage von mit dem Mittel zur Positionsbestimmung oder dem Sensor erfassten Daten. Die Vorteile von solchen Kl-Chips wurden oben bereits in Bezug auf die Bilderkennung der Kamera erläutert. Kl-Chips sind jedoch nicht auf die Auswertung von Bilddaten beschränkt und können vielfältige anderer Mustererkennungsaufgaben übernehmen. Insbesondere die hardwarenahe Auswertung von Sensordaten, welche ebenfalls sehr datenintensiv und mit hoher Datenrate anfallen können, kann daher ebenfalls von einen Kl-Chip übernommen werden. Insofern kann hier analog zur oben genannten „Kamera-KI“ eine erhebliche Reduzierung der bei einer Sensor- oder Standortdatenauswertung anfallenden Daten mit sehr hoher Treffergenauigkeit und Erkennungsgeschwindigkeit bei gegenüber herkömmlichen DSPs deutlich verringertem Energiebedarf erfolgen.
Beispielsweise kann der Kl-Chip darauf trainiert werden, bestimmte vom Tier aufgezeigte Verhaltensmuster zu identifizieren. Als Grundlage können insbesondere die Messdaten eines 3D-Bewegungssensors genutzt werden. Wird in diesen beispielsweise ein Picken oder Hämmern (z. B. bei der Nahrungssuche bei Spechten) erkannt, so können diese erkannten Verhaltensmuster unmittelbar einem entsprechenden Verhalten zugeordnet werden. Die Sensordaten können dann vorzugsweise durch einen einfachen Eintrag in einer entsprechenden Datenbank zum Verhalten ersetzt werden. Entsprechend kann aus Positionsdaten des Mittels zur Positionsbestimmung auf einfache Weise beispielsweise eine Flugroute nicht nur aufgrund bestimmter Geokoordinaten, sondern spezifisch als konkrete Route vom Brutgebiet zu einer Futterstelle identifiziert werden.
Vorzugsweise ist der zweiten Chip dazu eingerichtet, auf Grundlage eines vom zweiten Kl-Chip erkannten Verhaltens den ersten Vorrichtungsteil zu steuern, insbesondere den ersten Vorrichtungsteil zwischen einem Energiesparmodus und einem Betriebsmodus umzuschalten. Insbesondere bei einer Überwachung von Vögeln kann der erste Vorrichtungsteil bei einer Anordnung über der Brust des Vogels nur ein geringes Gewicht tragen. Daher wird es in der Regel derart sein, dass die gesamte Energieversorgung über den zweiten Vorrichtungsteil erfolgt, der mit einer höheren maximalen Belastbarkeit an einer eventuell günstigeren Stelle am zu überwachenden Tier auch die Energieversorgung tragen kann. Da die zur Verfügung stehende Energie begrenzt ist und eine möglichst lange Tierüberwachung möglichst ohne Zwischeneinfang zum Aufladen ermöglichen soll, ist vorgesehen, dass einzelne Komponenten einen Energiesparmodus und einen Betriebsmodus aufweisen können. Bevorzugt kann dies den gesamten ersten Vorrichtungsteil betreffen. Um ein Umschalten zwischen diesen beiden Modi zu ermöglichen, wird eine entsprechende Steuerung benötigt. Bevorzugt kann dies über eine Steuerung des zweiten Vorrichtungsteils erfolgen. Insbesondere kann diese Steuerung auch weitere Steuerfunktionen im Hinblick auf den ersten Vorrichtungsteil übernehmen.
Beispielsweise kann der erste Vorrichtungsteil eine Kamera mit einem wie oben beschrieben konfigurierten Kl-Chip umfassen. Der zweite Vorrichtungsteil kann ebenfalls entsprechend obiger Beschreibung mit einem Kl-Chip zur Verhaltenserkennung ausgebildet sein. Eine energieintensive kamerabasierte Objekterkennung (z. B. der Art der aufgenommen Nahrung) auf dem ersten Vorrichtungsteil kann bevorzugt dann spezifisch immer nur dann vorgenommen werden, wenn durch die Verhaltenserkennung des zweiten Kl-Chips auf dem zweiten Vorrichtungsteil zuvor eine entsprechende Nahrungsaufnahme erkannt wurde. Der zweite Vorrichtungsteil kann dann aufgrund des erkannten Verhaltens den ersten Vorrichtungsteil steuern. Insbesondere kann der zweite Chip dann den ersten Vorrichtungsteil aus einem Energiesparmodus in einen Betriebsmodus versetzen und einen Steuerbefehl zur Erkennung der Nahrung geben. Wurde die Nahrung (bzw. ein anderes Zielobjekt der Objekterkennung) erfolgreich erkannt, kann der zweite Chip den ersten Vorrichtungsteil erneut in den Energiesparmodus versetzen.
Vorzugsweise erfolgt eine Bearbeitung von mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erfassten Überwachungsdaten konditional. Dies bedeute, dass die Vorrichtung eine Be- bzw. Verarbeitung von mit der Vorrichtung erfassten Überwachungsdaten nicht kontinuierlich durchführt, sondern werden anhand bestimmter Bedingungen getriggert, die vor einer Ausführung erfüllt sein müssen. Auf diese Weise lässt sich die autarke Betriebsdauer der Vorrichtung durch einen besonders energiesparenden Betrieb erhöhen. Beispielsweise könnten einzelne Kamerabilder in bestimmten Abständen aufgenommen werden (zeitliche Bedingung), erst bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur (Umgebungsbedingung), auf Anforderung (Abrufbedingung), beim Erreichen oder Eintreten in ein bestimmtes Gebiet (Positionsbedingung) oder nach dem Zurücklegen einer bestimmten Distanz (Abstandsbedingung). Bevorzugt kann über einen in die erfindungsgemäße Vorrichtung integrierten Beschleunigungssensor und/oder einen Lagesensor eine besondere Verhaltensweise des Tieres (z. B. Flucht oder Erschrecken) erkannt werden. Eine Bearbeitung von mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erfassten Überwachungsdaten kann somit auch aufgrund einer erkannten besonderen Verhaltensweise erfolgen (Verhaltensbedingung). Eine entsprechende Auswertung von Sensordaten zur Erkennung einer besonderen Verhaltensweise des Tieres kann bevorzugt mittels sensornaher Datenverarbeitung und/oder mit Hilfe von künstlicher Intelligenz (KI) erfolgen.
Vorzugsweise erfolgt eine Übermittlung von mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erfassten Überwachungsdaten an einen Empfänger drahtlos. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein Auslesen der Vorrichtung nicht unmittelbar möglich ist und ansonsten wie im Stand der Technik zunächst ein Wiedereinfang des überwachten Tieres notwendig wäre. Ein drahtlose Übertragung kann über eine Nahbereichs-Funkverbindung und/oder über eine Fernbereichs-Funkverbindung erfolgen.
Vorzugsweise umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung eine Antenne. Eine Antenne dient zur gerichteten Übermittlung elektromagnetsicher Wellen für eine Datenübertragung. Dabei ist die Ausrichtung der Antenne besonders kritisch. Bei der Vorrichtung ist die Antenne bevorzugt im zweiten Vorrichtungsteil integriert. Zur optimalen Abstrahlung wird ein zweites Vorrichtungsteil mit integrierter Antenne bevorzugt auf dem Rücken eines Tieres befestigt. Vorzugsweise kann die Antenne innerhalb eines Geschirrs angeordnet bzw. darin integriert sein. Dadurch lässt sich die Länge der Antenne erhöhen.
Vorzugsweise umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur autarken Energieversorgung eine Solarzelle. Mit einer oder mehreren Solarzellen als zusätzliche Energiequelle, insbesondere zum Laden eines Akkus, kann der autarke Betrieb der Vorrichtung deutlich verlängert werden.
Vorzugsweise ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur elektronischen Überwachung von Vögeln ausgebildet, wobei der erste Vorrichtungsteil am Hals oder Brustbein des Vogels befestigt wird und der zweite Vorrichtungsteil am Rücken des Vogels befestigt wird. Insbesondere können die Form und die Größe des ersten und zweiten Vorrichtungsteils an die jeweilige Anatomie des Vogels (bzw. allgemein eines zu überwachenden Tieres) angepasst sein.
Die Hauptidee der vorliegenden Erfindung liegt somit insbesondere darin, einen Vogel- bzw. Tiersender bestehend aus mindestens zwei Untereinheiten zur Anbringung an z. B. den Rücken und den Hals oder Bauch eines bestimmten Tieres, welche durch Daten- und/oder Stromleitungen zur Energieversorgung miteinander verbunden sind, bereitzustellen. Dies kann u. a. dazu genutzt werden, eine bessere Gewichtsverteilung zu erreichen und eine Anordnung von Sensoren, Solarzellen und anderen Bauteilen an den jeweils bestmöglichen Positionen am Tierkörper zu ermöglichen. Dadurch können insbesondere Sensoren bereitgestellt werden (z. B. eine Brustkamera), die vorher aufgrund vielfältiger praktischer Schwierigkeiten für eine Wildtierüberwachung nicht nutzbar waren. Zusätzlich erhöht sich durch die verteilte Belastung des Tierkörpers das zulässige Gesamtgewicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, was die Implementierung von weiteren Sensoren, Prozessoren, Batterien und weiteren Bauteilen ermöglicht.
Eine Kamera kann somit beispielsweise vorne am Hals beziehungsweise am Brustbein eines Vogels befestigt werden, um einen uneingeschränkten Blick nach vorne zu ermöglichen. Für diese Art der Befestigung kann bevorzugt ein an die Anatomie des jeweiligen Tieres angepasstes Geschirr am Tier verwendet werden, das einerseits den Sender auf dem Rücken und anderseits die Kamera vorne am Tier fixiert. Der erste Vorrichtungsteil mit der Kamera sollte dabei möglichst klein und leicht sein, um das Tier so wenig wie möglich zu stören. Zwischen dem ersten Vorrichtungsteil und dem zweiten Vorrichtungsteil mit weiteren elektronischen Komponenten sollen Bilddaten übertragen werden können. Die entsprechende Datenmenge kann relativ groß sein (UHD-Videostream). Da bei einem autarken Betrieb die insgesamt zur Verfügung stehende Energiemenge stark limitiert ist, sollte eine Datenübertragung mit minimal möglichem Energiebedarf stattfinden. Eine Funkverbindung zwischen dem ersten Vorrichtungsteil und dem zweiten Vorrichtungsteil kann daher für einige Anwendungen problematisch sein. Eine Leitungsverbindung ist daher bevorzugt. Diese muss mechanisch robust sein und sollte neben einer Signalübertragung gleichzeitig auch die Energieversorgung des ersten Vorrichtungsteils sicherstellen können. Aus der Zweiteilung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung am Tier ergeben sich insbesondere bei einer Überwachung von Vögeln neben den obenstehend bereits genannten Vorteilen weiterhin eine verbesserte Aerodynamik und die Möglichkeit zu einer Datenvorverarbeitung der Kameraaufnahmen on-board und on-the-fly. Ebenfalls möglich ist dadurch ein automatisches Verknüpfen von mit der Kamera aufgenommen Bildern/Videos mit zugehörigen Positionsdaten (sog. Geotagging). Weiterhin kann die Kamera auch zur Beobachtung anderer Tierarten oder eines Habitats genutzt werden, wobei freilebende Wildtiere wie beispielsweise Tauben und anderen Vogelarten als mobile Kameratiere für entsprechende Beobachtungen eingesetzt werden können.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektronischen Tierüberwachung mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur elektronischen Tierüberwachung, wobei die einzelnen Vorrichtungsteile verschiedene elektronische Funktionen der Vorrichtung umsetzen.
Vorzugsweise nimmt der zweiten Vorrichtungsteil eine Steuerung des ersten Vorrichtungsteils auf der Grundlage eines erkannten Verhaltens des Tieres vor, insbesondere um den ersten Vorrichtungsteil zwischen einem Energiesparmodus und einem Betriebsmodus umzuschalten. Der zweite Vorrichtungsteil nimmt somit eine verhaltensabhängige Steuerung des ersten Vorrichtungsteils vor. Eine Verhaltenserkennung kann beispielsweise über einen vom zweiten Vorrichtungsteil umfassten zweiten Kl-Chip (oder einen entsprechend eingerichteten herkömmlichen DSP) erfolgen. Die Steuerung kann ein zweiter Chip des zweiten Vorrichtungsteils übernehmen.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich unmittelbar aus der obenstehenden Beschreibung der Vorrichtung und gelten hierfür entsprechend.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnung erläutert. Es zeigt:

1 eine schematische Skizze zur Anwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung von Tieren,
2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Skizze zur Anwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung von Tieren T. Bei dem gezeigten Tier T soll es sich um einen Vogel und insbesondere um eine Taube handeln. Die gezeigte Vorrichtung umfasst mindestens einen ersten Vorrichtungsteil 10 und einen zweiten Vorrichtungsteil 20, wobei die einzelnen Vorrichtungsteile 10, 20 zur Umsetzung verschiedener elektronischer Funktionen der Vorrichtung ausgebildet sind, unabhängig voneinander an einem zu überwachenden Tier T befestigt werden können und über eine Verbindung elektronisch miteinander koppelbar sind. Die Vorrichtungsteile sind vorliegend über ein an die Anatomie der Taube angepasstes Geschirr 40 an dieser befestigt. Ein solches Geschirr 40 ermöglicht ein einfaches und sicheres Befestigen der erfindungsgemäßen Vorrichtungsteile 10, 20 am Tier T. Die einzelne Vorrichtungsteile 10, 20 können jedoch auch über voneinander getrennte Geschirre jeweils einzeln am Tier befestigt werden, beispielweise für größere Tiere, bei denen eine Befestigung über ein einzelnes Geschirr 40 nicht praktikabel wäre. Die Verbindung der Vorrichtungsteile 10, 20 ist in der gezeigten Skizze über eine Leitungsverbindung 30 realisiert. Dies hat den Vorteil, dass die Datenübertragung zwischen den beiden Vorrichtungsteilen 10, 20 energiesparend mit minimal möglichem Energiebedarf stattfinden kann. Die Leitungsverbindung 30 muss mechanisch robust ausgelegt sein, so dass das Tier T diese nicht beschädigen oder unterbrechen kann. Vorzugsweise kann die Leitungsverbindung 30 innerhalb eines gemeinsamen Geschirrs 40 angeordnet sein.
Der gezeigte erste Vorrichtungsteil 10 umfasst eine Kamera 12 und ist am Hals bzw. Brustbein der Taube befestigt. Dies ermöglicht eine unmittelbare Aufnahme der Umgebung aus der Sicht des Tieres T. Der gezeigte zweite Vorrichtungsteil 20 umfasst eine Energieversorgung 22, ein Mittel zur Positionsbestimmung 24 und ein Mittel zur drahtlosen Kommunikation. Die Vorrichtungsteile 10, 20 können daneben jedoch noch weitere Sensoren oder Einrichtungen, wie beispielsweise einen Temperatur- oder Luftdrucksensor, einen Beschleunigungssensor oder einen magnetischen Kompass, umfassen. Die Kamera 12 wird vorzugsweise über die Leitungsverbindung 30 von der Energieversorgung 22 mit Energie versorgt. Das erste Vorrichtungsteil 10 kann jedoch auch eine eigene Energieversorgung bzw. einen zusätzlichen Energiespeicher umfassen. Eine Übermittlung von mit der Vorrichtung erfassten Überwachungsdaten an einen Empfänger erfolgt vorzugsweise drahtlos auch über längere Strecken hinweg (Fernbereichs-Funkverbindung). Über eine Mobilfunkverbindung kann damit beispielsweise das Zugverhalten von Vögeln überwacht und beobachtet werden. Zur langreichweitigen drahtlosen Übertragung kann der zweite Vorrichtungsteil eine Antenne 26 umfassen. Die Antenne 26 kann jedoch auch in ein Geschirr 40 integriert sein. Beide genannten Komponenten zur drahtlosen Übertragung können dem besagten Mittel zur drahtlosen Kommunikation zugeordnet werden. Bei einem Mittel zur drahtlosen Kommunikation kann es sich jedoch auch um eine Einrichtung zum Aufbau einer internen oder externen Nahbereichs-Funkverbindung, beispielsweise zur Kopplung des ersten Vorrichtungsteils 10 und des zweiten Vorrichtungsteils 20 ohne eine Leitungsverbindung 30 oder zur Kommunikation mit einem zugehörigen Auslesegerät, handeln. Vorzugsweise kann die Vorrichtung zur autarken Energieversorgung mindestens eine Solarzelle 22a umfassen. Dadurch kann auch bei langen Überwachungszeiträumen ein durchgehender Betrieb der Vorrichtung durch zwischenzeitliches Aufladen der Energieversorgung 22 sichergestellt werden.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der prinzipielle Aufbau der gezeigten Vorrichtung entspricht im Wesentlichen dem in 1 gezeigten Aufbau, daher gelten die Bezugszeichen und deren jeweilige Zuordnung zu den einzelnen Merkmalen der Erfindung entsprechend. Der erste Vorrichtungsteil 10 wird hierbei als Kamerakopf bezeichnet, während der zweite Vorrichtungsteil 20 als Rucksack bezeichnet wird. Der erste Vorrichtungsteil 10 kann insbesondere Mittel zur Steuerung, Datenaufnahme, Speicherung und/oder Übertragung von mit der Vorrichtung erfassten Überwachungsdaten, d. h. im gezeigten Fall der von der Kamera 12 erfassten Bilddaten, umfassen. Auch der zweite Vorrichtungsteil 20 kann die entsprechenden Mittel ganz oder teilweise umfassen. Als zusätzliche Sensoren der Vorrichtung sind hierbei beispielhaft ein Beschleunigungssensor (ACC) sowie ein GPS- bzw. GNSS-Modul als Mittel zur Positionsbestimmung 24 dargestellt.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der prinzipielle Aufbau der gezeigten Vorrichtung entspricht im Wesentlichen dem in 2 gezeigten Aufbau, daher gelten die Bezugszeichen und deren jeweilige Zuordnung zu den einzelnen Merkmalen der Erfindung entsprechend. Im Unterschied zur 2 wird die dort im ersten Vorrichtungsteil 10 lediglich schematisch gezeigte Kamerasteuerung als einen ersten Chip 50 („Kamera-Chip“) und einen ersten KI-Chip 52 („Bild-KI“) umfassend näher spezifiziert. Entsprechend ist die in 2 lediglich schematisch gezeigte Systemsteuerung durch einen zweiten Chip 54 und eine zweiten KI-Chip 56 („Verhaltens-KI“) näher spezifiziert. Die einzelnen funktionalen Gruppen stimmen darüber hinaus im Wesentlichen jedoch mit den in 2 gezeigten überein.
Der erste Chip 50 kann zur Steuerung der Kamera 12 und zur Prozessierung von mit der Kamera 12 aufgenommen Bildern eingerichtet sein. Der ersten Kl-Chip 52 kann zur Objekterkennung in den mit der Kamera aufgenommen Bildern eingerichtet sein. Der zweiten Chip 54 kann zur Steuerung der Vorrichtung eingerichtet sein. Der zweite Kl-Chip 56 kann zur Verhaltenserkennung des Tieres auf Grundlage von mit dem Mittel zur Positionsbestimmung 24 oder dem Sensor erfassten Daten eingerichtet sein. Weiterhin kann der zweiten Chip 54 dazu eingerichtet sein, auf Grundlage eines vom zweiten Kl-Chip 56 erkannten Verhaltens den ersten Vorrichtungsteil 10 zu steuern, insbesondere den ersten Vorrichtungsteil 10 zwischen einem Energiesparmodus und einem Betriebsmodus umzuschalten.
Bei dem ersten Kl-Chip 52 kann es sich insbesondere um ein auf Bilderkennung trainiertes neuronales Netz handeln, wobei die Bilddaten der Kamera die Eingangsdaten für das neuronale Netz liefern können. Bei den entsprechenden Ausgangsdaten kann es sich insbesondere um eine Klassifizierung von in den Eingangsdaten vorhanden und von dem ersten Kl-Chip 52 aufgrund vorhergehenden Trainings erkannten Objekte handeln. Beispielsweise kann die Struktur des neuronalen Netzes ein sogenanntes „Convolutional Neural Network“ mit 10.000 - 10 Mio. trainierbaren Parametern umfassen. Das Training kann vorzugsweise mittels einem Supervised-Learning-Algorithmus oder Offline mittels vorab gesammelter Trainingsdaten erfolgen. Bevorzugt ist eine Quantisierung der trainierten Gewichte bei der Erkennung. Ebenfalls bevorzugt ist eine Optimierung auf die verwendete Hardware, insbesondere die Kamera und die zugehörige KI-Hardware.
Bei dem zweiten KI-Chip 56 kann es sich insbesondere um ein auf Verhaltenserkennung (z. B. eines Vogels oder anderer Tieres) trainiertes neuronales Netz handeln, wobei insbesondere ein Beschleunigungssensorsignal (3D/6D) Informationen über Richtung und/oder Intensität einer Bewegung die Eingangsdaten für das neuronale Netz liefern kann. Bei den entsprechenden Ausgangsdaten kann es sich insbesondere um eine Klassifizierung eines in den Eingangsdaten vorhanden und von dem zweiten KI-Chip 56 aufgrund vorhergehenden Trainings erkannten Verhaltens handeln. Beispielsweise kann die Struktur des neuronalen Netzes einen analytischen Algorithmus, beispielsweise eine sogenannte „Support Vector Machine“ umfassen. Das Training kann vorzugsweise mittels einem Supervised-Learning-Algorithmus oder Offline mittels vorab gesammelter Trainingsdaten erfolgen. Bevorzugt ist eine Quantisierung der trainierten Gewichte bei der Erkennung. Ebenfalls bevorzugt ist eine Optimierung auf die verwendete Hardware, insbesondere die Sensoren und die zugehörige KI-Hardware.
Bezugszeichenliste

10: erster Vorrichtungsteil
12: Kamera
20: zweiter Vorrichtungsteil
22: Energieversorgung
22a: Solarzelle
24: Mittel zur Positionsbestimmung
26: Antenne
30: Leitungsverbindung
40: Geschirr
50: erster Chip („Kamera-Chip“)
52: erster Kl-Chip („Bild-KI“)
54: zweiter Chip („Steuerungs-Chip“)
56: zweiter Kl-Chip („Verhaltens-KI“)

Claims

Vorrichtung zur elektronischen Tierüberwachung, umfassend mindestens einen ersten Vorrichtungsteil (10) und einen zweiten Vorrichtungsteil (20), wobei die einzelnen Vorrichtungsteile (10, 20) zur Umsetzung verschiedener elektronischer Funktionen der Vorrichtung ausgebildet sind, unabhängig voneinander an einem zu überwachenden Tier (T) befestigt werden können und über eine Verbindung elektronisch miteinander koppelbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtungsteile über mindestens ein an eine Anatomie des Tieres (T) angepasstes Geschirr (40) am Tier (T) befestigt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verbindung über eine Nahbereichs-Funkverbindung oder eine Leitungsverbindung (30) realisiert ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Vorrichtungsteil (10) mindestens eine Kamera (12) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das erste Vorrichtungsteil (10) weiterhin einen ersten Chip (50), eingerichtet zur Steuerung der Kamera (12) und zur Prozessierung von mit der Kamera (12) aufgenommen Bildern; und einen ersten Kl-Chip (52), eingerichtet zur Objekterkennung in den mit der Kamera (12) aufgenommen Bildern, umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Vorrichtungsteil (20) eine Energieversorgung (22), ein Mittel zur Positionsbestimmung (24), einen Sensor und/oder ein Mittel zur drahtlosen Kommunikation umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der zweite Vorrichtungsteil (20) weiterhin einen zweiten Chip (54), eingerichtet zur Steuerung der Vorrichtung; und einen zweiten Kl-Chip (56), eingerichtet zur Verhaltenserkennung des Tieres auf Grundlage von mit dem Mittel zur Positionsbestimmung (24) oder dem Sensor erfassten Daten, umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der zweiten Chip (54) dazu eingerichtet ist, auf Grundlage eines vom zweiten Kl-Chip (56) erkannten Verhaltens den ersten Vorrichtungsteil (10) zu steuern, insbesondere den ersten Vorrichtungsteil (10) zwischen einem Energiesparmodus und einem Betriebsmodus umzuschalten.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Bearbeitung von mit der Vorrichtung erfassten Überwachungsdaten konditional erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Übermittlung von mit der Vorrichtung erfassten Überwachungsdaten an einen Empfänger drahtlos erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung eine Antenne (26) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung zur autarken Energieversorgung eine Solarzelle (22a) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Vorrichtung zur elektronischen Überwachung von Vögeln ausgebildet ist, wobei der erste Vorrichtungsteil (10) am Hals oder Brustbein des Vogels (T) befestigt wird und der zweite Vorrichtungsteil (20) am Rücken des Vogels (T) befestigt wird.
Verfahren zur elektronischen Tierüberwachung mittels einer Vorrichtung zur elektronischen Tierüberwachung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Vorrichtungsteile (10, 20) verschiedene elektronische Funktionen der Vorrichtung umsetzen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der zweite Vorrichtungsteil (20) eine Steuerung des ersten Vorrichtungsteils (10) auf der Grundlage eines erkannten Verhaltens des Tieres vornimmt, insbesondere den ersten Vorrichtungsteil (10) zwischen einem Energiesparmodus und einem Betriebsmodus umschaltet.