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Sensorboxen

Projektleitung

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Foto: Natur 4.0

Prof. Dr.-Ing. Bernd Freisleben
Universitätsprofessor

Verteilte Systeme | Fachbereich Mathematik/Informatik | Philipps-Universität Marburg

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Foto: Natur 4.0

Prof. Dr.-Ing. Ralf Steinmetz
Universitätsprofessor

Multimedia Kommunikation | Elektrotechnik und Informationstechnik | TU Darmstadt

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Team

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Foto: TU Darmstadt
Jonas Höchst
Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Verteilte Systeme | Fachbereich Mathematik/Informatik | Philipps-Universität Marburg

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Foto: TU Darmstadt
Patrick Lampe
Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Verteilte Systeme | Fachbereich Mathematik/Informatik | Philipps-Universität Marburg

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Ausgangsbasis

Autonom kommunizierende ortsfeste und mobile Sensorboxen bilden die Datenerfassungskomponente von NatNet. Für die konkurrierenden Entwurfskriterien der Boxen bzgl. plattformspezifischen Sensorkombinationen, Gewicht, Energieeffizienz, Funkreichweite etc. müssen dezidierte Lösungen erforscht und implementiert werden.

Ziele

  1. Integration kommerzieller Produkte für gewichtslimitierte Anwendungen unter tierschutzrechtlichen Randbedingungen.
  2. Entwicklung von anpassbaren Sensorboxen für ortsfeste und mobile Anwendungsszenarien.
  3. Optimierung der Boxen durch Evaluation via Simulation und im Untersuchungsgebiet.
  4. Operationelle Nutzung der Sensorboxen im Untersuchungsgebiet zur Kollektion, Vorverarbeitung, und Weiterleitung der erfassten Daten.

Arbeitsprogramm

Für Sensorboxen mit restriktiven Gewichts- bzw. Größenbeschränkungen (z.B. Vogelbox) werden kommerziell verfügbare Produkte identifiziert und in NatNet integriert. Beispiele sind die ICARUS-, MATAKI- oder MILSAR-Tags, die bereits diverse und für ÖP3 und ÖP6 relevante Sensoren wie GPS-Position, Beschleunigung und Magnetometer inklusive Funkübertragung bei Gewichten unter 10 g bieten. Für ÖP3 ist zusätzlich ein Mikrofon relevant. Aufbauend auf erweiterbaren Microcontrollern und Systems-on-a-Chip (z.B. AdaFruit Feather), adäquaten Sensoren (z.B. GPS-Position, Mikrofon) und regenerativen Energiequellen (z.B. Solarenergie) wird eine modulare und skalierbare Sensorbox-Plattform entwickelt. Je nach Anforderung werden dabei Konfigurationen für ortsfeste Aufbauten ähnlich zu Foto-Fallen sowie gewichtsoptimierte mobile Varianten möglich. Beispielsweise würde eine Baumbox vollumfänglich folgende Sensoren beinhalten: Temperatur- und Strahlungssensor (UM2), Kamera (ÖP1, ÖP5, UM2), Mikrofon (ÖP3, ÖP6, UM2), Ultraschallmikrofon (ÖP4), Saftfluss, Dendrometer (ÖP1), Nistkameras und Fotofallen (ÖP6, inkl. Dummy-Raupen-Beobachtung etc.). Der Entwicklungsfokus der Softwareumgebung (z.B. Contiki) und der Kommunikation (SN2) liegt auf der Reduktion des Energieverbrauchs durch das Management von Deep-Sleep-Phasen, energieeffizienten Wake-up-Receivern, prädiktionsbasierten Datenkollektionen, fallbasierten Sensordatenfusionen, adaptivem Sampling und in situ Datenverarbeitung. Die Hard- und Software der Sensorboxen werden anhand ausgewählter Leistungsparameter wie etwa Verarbeitungsgeschwindigkeit, Kommunikationsperformanz, Energieeffizienz und Robustheit experimentell evaluiert und operationell im Untersuchungsgebiet zur Kollektion, Vorverarbeitung, und Weiterleitung der erfassten Daten eingesetzt. Gewicht, Größe, Anbringung/Ablösung an/von Tieren (z.B. analog zu Vectronic-Halsbändern oder Plume-Labs-Rucksäcken) und Datenerhebungsfrequenz werden im Praxisbetrieb untersucht.