Analysis, optimization, and automatic synthesis of sensor data processing applications on AMMOD base stations (AMMOD)
Third party funded individual grant
Acronym: AMMOD
Start date : 01.11.2019
End date : 31.10.2022
Website: https://www.zfmk.de/de/forschung/projekte/ammod-eine-wetterstation-fuer-artenvielfalt
Project details
Short description
This project is funded by the Federal Ministry of Education and Research (BMBF) as part of the AMMOD project. The implementation of the project is overseen by the German Aerospace Center (DLR).
Our planet loses biodiversity year after year. Since 1990, the number of insects and birds in Central Europe has fallen sharply, which has been confirmed by individual studies. However, there is no comprehensive collection and scientific evaluation of such data, as is the case, for example, in climate research. The main reason being that technical prerequisites and infrastructures are lacking.
The AMMOD project combines innovative technologies and adapts them to automatize the detection of species, in analogy to continuous measurements achieved with autonomous weather stations.
Analogously, we design in this subproject "weather stations of biodiversity". These will make it possible to monitor the occurrence of insects, mammals, birds, pollen, spores, etc. using various sensor technologies such as DNA barcoding, image recognition and bioacoustics. The challenge in designing this platform is that, on the one hand, such stations have to process, store, and transmit large amounts of data via mobile radio. On the other hand, the available resources in the field are limited (energy based on solar or wind power for a self-sufficient power supply, data storage capacity and communication bandwidth).
Scientific Abstract
Dieses Projekt wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) als Teil des AMMOD-Projekts gefördert. Projektträger ist das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).
Unser Planet verliert Jahr für Jahr Biodiversität. Seit 1990 hat in Mitteleuropa die Zahl der Insekten und Vögel stark abgenommen, was mit einzelnen Untersuchungen belegt ist. Umfassende Erhebung und wissenschaftliche Auswertung solcher Daten, wie dies beispielsweise in der Klimaforschung der Fall ist, findet aber nicht statt. Es fehlen dafür die technischen Voraussetzungen und Infrastrukturen.
Mit dem AMMOD-Projekt sollen neuartige Techniken zusammengeführt und angepasst werden, um Artenvielfalt automatisiert zu registrieren, in Analogie zu Wetterstationen. Dafür soll die folgende Technologie eingesetzt werden:
- Automatische Beprobung von Fluginsekten, Pollen und Sporen für die Bestimmung mit DNA Barcodes (siehe GBOL-Projekt)
- Automatische Bilderkennung von Vögeln (u.a. Bau eines „skyscanners“), nachtaktiver Insekten („Mottenscanner“), Säugetieren
- Automatische biokaustische Bestimmung (von Vögeln, Fledermäusen, Grillen etc.)
- Automatische Analyse der Düfte in der Landschaft („smellscapes“)
Für das automatisierte Monitoring verschiedener Spezies in weitläufigen, häufig schwer zugänglichen Arealen müssen diese AMMOD-Technologien sowie die Speicherung, Verarbeitung und Übertragung ihrer Daten auf einer generischen Plattform als "Wetterstation der Artenvielfalt“ integriert werden. Diese muss entsprechend mit verschiedenen Sensoren und Aktoren ausgestattet und mit verschiedenen Soft- und Hardwarekomponenten bestückt werden können. Die Herausforderung beim Entwurf dieser Plattform besteht vor allem darin, dass AMMOD-Stationen einerseits sehr große Datenmengen verarbeiten, speichern und über Mobilfunk übertragen müssen. Andererseits sind die verfügbaren Ressourcen im Feldeinsatz beschränkt (Energie basierend auf Solar- oder Windkraft für eine autarke Stromversorgung, Datenspeicherkapazität und Kommunikationsbandbreite).
Unser Teilprojekt befasst sich mit der Sensordatenverarbeitung und -speicherung innerhalb der Basisstation. Dabei verfolgt das Teilprojekt im Wesentlichen zwei Ziele. Einerseits soll eine Hardwarearchitektur für die AMMOD-Basisstationen entworfen werden, die die Verarbeitung und Speicherung von Sensordaten energieeffizient und in Echtzeit ermöglicht, sich aber generisch für die verschiedenen Anwendungsdomänen anpassen lässt. Andererseits sollen die Partner anderer Teilprojekte bei der Implementierung ihrer Algorithmen in Software und Hardware unterstützt werden, da die Programmierung der in AMMOD-Stationen eingebetteten Hardwarearchitekturen (vor allem Mehrkernrechner und programmierbare Hardwarebausteine) Expertenwissen erfordert. Dabei ist es ein deklariertes Ziel, eine Entwurfsmethodik bereitzustellen, die aus einer intuitiven und graphischen Beschreibung von Datenverarbeitungsalgorithmen automatisch eine optimierte Hardware-Software-Konfiguration der Plattform generiert, so dass auch Experten aus anderen Bereichen ohne entsprechendes Know-how in der Lage sind, die Plattform zu programmieren.
