Waldfledermaus-Screening - Phase "Vorbereitung"

In verschiedenen früheren FlipFlop-Nummern habe ich vom Leipziger-Auwaldkran-Projekt (LAK) berichtet. Für dieses Projekt, das ich zusammen mit der Uni Basel (Institut NLU Biogeographie) und der Uni Leipzig (Botanisches Institut, Botanischer Garten) durchführe, sind nun die nötigen Einverständnisse eingetroffen und die Budget-Posten bewilligt, so dass ich mit der Material-Beschaffung und anderen Vorbereitungsschritten starten konnte.

Voraussichtlich werde ich zwei Wochen im Juli die Fledermaus-Aktivität in diesem Wald mit Hilfe von 20 Einfach-Detektoren an 4 Messstationen aufzeichnen (Abb.).

Eine Messstation besteht aus einem PC und 5 Einfach-Detektoren, die 8, 12, 20, 30 und 40 Meter lange Anschlusskabel haben. Der PC ist in einer Kiste, einem Rucksack oder unter Zeltplanen (die wetter- und vandalen-sichere, preiswerte, handliche und nicht übermässig schwere Verpackung habe ich noch nicht gefunden. Wenn Sie mir hier einen Tipp geben können ... dann bin ich SEHR dankbar), zusammen mit 12 V Akku und Spannungskonverter (ev. bekomme ich eine Lösung. bei der ich auf den Spannungskonverter verzichten kann - wäre schön, denn dann wäre wieder weniger zu transportieren, es gäbe weniger Kabel, die einen Wackelkontakt haben könnten oder die man falsch einstecken könnte, es wäre grundsätzlich einfacher). Die Detektoren werden über der Kiste in unterschiedlicher Höhe in den Bäumen fixiert (vgl. Abb.).

 
 

Bei den Detektoren handelt es sich um technisch einfache, preisgünstige Transduktor-Detektoren, die Tony Messina (Nevada Bat Group) im Internet anbietet. Messina kam meinen Wünschen entgegen und konvertierte seinen Standard-Detektor in einen Minimal-Detektor (ohne Gehäuse, Batteriefach, Schalter, LED, Lautsprecher), so dass ich ihn an einem langen, 3-adrigen Kabel anschliessen kann, über das die Speisung von der Messstation zum Detektor und das Signal vom Detektor zur Messstation geleitet werden. Die Detektoren werden mit 9 V DC aus dem Computer gespiesen.

Das Detektor-Signal wird über eine Soundkarte von einer "acoustic surveillance software" kontrolliert. Wenn ein Signal mit einer Amplitude über einem festgelegten Schwellenwert eintrifft, dann zeichnet die Software die Geräusche auf und speichert sie.

Die Computer-Hardware wird minimal eingerichtet, um möglichst wenig Energie zu verbrauchen. So werden CD- und Disketten-Laufwerk ausgeschaltet (d.h. die Energiezufuhr zu diesen Geräteteilen unterbrochen). Für jede Messstation braucht es 5 Akustik-Eingänge, also 3 Stereo-Soundkarten. Der Bildschirm, ein energiearmer Flatscreen, wird nur bei interaktiven Tätigkeiten (PC starten, Daten sichern) eingeschaltet.

Software auf dem Computer: Betriebssystem (Win ME), Acoustic Surveillance Software (VRS (c) NCH Swift Sound; www.nch.com.au/vrs), Shutdown-Software (schaltet den PC am Morgen, nach Sonnenaufgang, ab), Ferndiagnose-Software (auf diese Weise kann man die Messstations-PC via Laptop bedienen).

Im Feldeinsatz, resp. Waldeinsatz ist die Energie nicht unbeschränkt vorhanden: Es gibt im LAK-Wald keine Möglichkeit, 230 V Netzstrom zu den Standorten der Messstationen zu führen. Die PCs müssen daher mit Strom aus Batterien betrieben werden. Das bedeutet, dass möglichst energiearme Geräte eingesetzt werden müssen. Zudem arbeiten die PCs unbeaufsichtigt, d.h. niemand guckt auf eine Anzeige, während die PCs nächtelang die Aktivität an den Detektoren kontrollieren. Es braucht somit keinen Bildschirm während der Kontrollaktivität. Zur Zeit evaluiere ich zwei Wege: Der einfachere ist, einen stromsparenden Flachbildschirm bei PC-Start und Datensicherung anzuschliessen, allfällig mit Energie versorgt von einer weiteren Autobatterie mit Spannungsumwandler. Der andere Weg setzt auf die Option "Ferndiagnose-Software", so dass ich mit dem Laptop via eine Kabelverbindung zu den Messstationen-PC Kontakt aufnehmen und die Messstationen-PC so steuern kann.

Die Idee, via Ferndiagnosesoftware die Messstations-PC zu bedienen, entstand, als ich nach einer Alternative suchte zur Situation "Bildschirm, zusammen mit der Energie-Quelle in einer Autobatterie, durch den Wald schleppen". Ich schaute mir die Leistungsmerkmale von Ferndiagnose-Programmen an, liess mich überzeugen, beschaffte jenes von Symantec und machte die ersten Versuche ... die absolut überzeugen ausfielen.

Bleibt noch für den Laptop-PC die Betriebssicherheit bezüglich Energie abzuklären. Unser Laptop (ein Toshiba Satellite 1710) hat bedeutend mehr Ampèrestunden aussen auf dem Akku aufgeschrieben als innen drin gespeichert. Also testete ich eine Anordnung von zwei 6 V Bleiakku, in Serie geschaltet, mit einem Spannungswandler, dem Laptop-Netzgerät und dem Laptop:
 
Stromverbrauch Laptop
zugeschaltetes Gerät Strom (Ampère)
Spannungswandler 0.4
+ Laptop - interner Akku laden 3.7
+ Laptop eingeschaltet 4.8

Die Position der Messstationen und Detektoren müssen so exakt wie möglich festhalten werden. Die x-y-Position werden mit einem GPS registriert. Die Waypoints auf dem GPS werden auf den Arbeits-Laptop heruntergelanden. Die Z-Position der Detektoren soll man, so versichert der LAK-Organisator, am Kran ablesen können. Im übrigen könnte man auch die Kabel von Bat Detektor zu Messstation mit Meter-Einteilungen versehen und so die Höhe über Boden der Bat Detektoren bestimmen.

Kabel: Ich erinnere mich noch gut - eines Tages in der Planungsphase machte ich mir Gedanken über die Kabel, welche die Bat Detektoren, die in den Bäumen hängen, mit den Messstationen auf dem Waldboden verbinden. Plötzlich ahnte ich, dass es sich da um ganz beachtliche Kabellängen handeln könnte, die auch nicht gerade billig sind. Und ich überschlug kurz, mit wieviel Kabel ich zu rechnen habe: Die fünf Bat Detektoren einer Messstation sind etwa, 8, 12, 20, 30 und 40 m über Boden (resp. von der Messstation entfernt). Das macht pro Messstation 110 m Kabel, für alle vier Messstationen knapp 500 m Kabel. Da ist allein schon das Volumen und Gewicht nicht zu verachten, wenn man das gesamte Projektmaterial mit einem PW transportiert werden muss.

Welche Anforderungen sind an diese Kabel gestellt? Reissfest, möglichst kein Energieverlust, keine störende Antennenwirkung, welche das Signal vom Bat Detektor her beeinflusst.... Meine Physikkenntnisse reichen nicht aus, hier theoretisch schon diesen oder jenen Kabeltyp auszuschliessen. Ich musste Tests machen. Diese ergaben, dass ich mit 3-adrigen Netzkabeln das Detektor-Signal in den PC transportieren und vom PC her den Detektor mit Energie versorgen kann.

Einige Telephongespräche und e-mails später hatte ich die Zusage für Gratis-Kabel von einem Kabelhersteller und von der Armee (noch in seiner Originalverpackung "Anno 1951").


Vergleich Pettersson-Messina-Detektor-Signale
 
Amplituden-Darstellungen von Ultraschallsignalen von Rauhhautfledermäusen (Darstellung: links) und Wasserfledermäusen (Darstellung: rechts) (Ort und Zeit: SD720, 23.4.2002), Signalquelle obere Bildhälfte (Messina-Detekor), untere Bildhälfte: Pettersson-D200-Detektor; synchrone Aufzeichnung beider Signale. Die Amplituden-Darstellungen zeigen - von oben nach unten - Zeitspannen von 3, 1 und 0.03 Sekunden.

Deutlich zu sehen ist, dass der Messina-Detektor etwas weniger empfindlich ist als der Pettersson-D200-Detektor. Die Amplituden, die der Messina-Detektor liefert, sind aber standardisiert. Dies ist eine ausgezeichnete Voraussetzung für computerisierte Datenaufzeichnung.

Im Feldeinsatz zeigte sich zudem, dass der Messina-Detektor Fledermaus-Ultraschall mit maximaler Amplitude bei 40 kHz gut verarbeitet, während die Abendsegler-Rufe (um 20 kHz) im Messina-Detektor nicht zu hören sind. Für das Waldscreening-Projekt ist dies keine grosse Einschränkung, denn Abendsegler jagen im offenen Luftraum, nicht im Wald.

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Eine Bitte: Jede Anregung, die mir den Auwald-Einsatz erleichtert, nehme ich gerne entgegen. Zur Zeit sind Probleme wie "PC im Wald vandalen- und wetter-sicher einpacken" auf der Traktandenliste. Die Holzkisten der Schweizer Armee sind entschieden zu gross und zu schwer. Aber beispielsweise ein Sack, und das ganze auf einem Ast, zwei Meter über Boden ... (die Leiter könnte ich wohl in Leipzig ausleihen). Auch die Anschluss-Leisten Detektoren ==> PC sind noch nicht geboren.

Sound-Eingänge an PC: Kalte Füsse bekam ich, als ich von einem PC-Lieferanten erfuhr, man könne nicht mehr als eine Soundkarte in einen PC stecken. Dies entsprach nicht den Angaben, die der Hersteller der Telephon-Überwachungssoftware auf seiner Website machte. Blieb nur zu hoffen und zu warten, bis die PC und Soundkarten zur Verfügung standen, so dass man mit "Versuch und Irrtum" testen konnte. Auch hier sehen die ersten praktischen Tests vielversprechend aus: Man kann ohne weiteres mehrere Soundkarten einstecken und mit geeigneter Software jede Soundkarte individuell ansprechen (die Frage drängt sich auf, wie ein PC-Lieferant zu der Aussage kommt, man könne nur eine einzige Soundkarte in einen PC stecken - wohl drum, weil eine Supersoundkarte mit 8 Eingängen 800 Franken kostet, und man als Verkäufer einer solchen Soundkarte das bessere Geschäft macht denn als Verkäufer einer 0-8-15-Soundkarte für 45 Franken).

PC beschaffen: Auch hier spielte wieder die Geld-Limite eine nicht zu unterschätzende Rolle, dann auch die Frage, ob man 4 PCs mit Rechnung bekommen könne oder nicht. Auch wälzte ich die Idee, selber einen PC mit den minimal notwendigen Komponenten zusammenzubauen. Es zeigte sich, dass die Idee "Zusammenbauen" hinsichtlich der Minimal-Konfiguration besser wäre als der Weg, vier PCs "ab Stange" zu beschaffen, denn alle PC ab Stange haben Elemente eingebaut, welche die Messstation so nicht braucht, wie beispielsweise internes Moden, Disketten-Laufwerk, CD-Laufwerk.

Im Internet findet man verschiedene PC-Verkäufer-Websites, auf denen man - auch virtuell - einen Wunsch-PC zusammenbauen kann. Ich machte das bei zwei verschiedenen Anbietern und kam in beiden Fällen auf zwar elegante Konfigurationen, die aber deutlich teurer waren als ein PC "ab Stange". Neben dem günstigeren Preis der PCs "ab Stange" kann man Standardgeräte auspacken, einschalten und sie laufen; und sie haben Herstellergarantie. Ich gab den Versuch rasch auf, eine eigene Konfiguration zusammenzubauen. Und ich tröstete mich mit der Überlegung, dass ich so oder so jeden Messstationen-PC aufschrauben muss, um die zusätzlichen Einschub-Karten für Sound und Gleichstrom-Ausgang einzustecken. Bei dieser Manipulation kann ich dann gleich auch die Stromzufuhr zu den im Messstationsbetrieb nicht notwendigen Geräte unterbrechen, so dass diese beim Waldeinsatz nicht sinnlos Energie verbrauchen. Mit diesen Vorgaben suchte ich nun die preiswertesten PCs, die ich gegen Rechnung erhalten konnte, und wurde bei MISCO fündig.

Das Einrichten der PCs brauchte noch etwas Zeit, denn sie waren mit dem Betriebssystem Linux bestückt, ich musste aber eine Windows-Version aufladen, weil das fürs Projekt wichtigste Programm nur unter Windows lief.

Feldtaugliche Daten-Sicherung: Aufgrund von Energieverbrauchsschätzungen dürfte eine 44 Ah Auto-Batterie genügend Energie mitbringen, so dass eine Messstation während einer Nacht arbeiten kann. Die aufgezeichneten Daten müssen, aufgrund der erwarteten Menge, täglich von jeder Messstation herunterkopiert und auf einem andern Datenträger gesichert werden. Auch in diesem Punkt kann man sich in den einschlägigen Unterlagen verzetteln. Nach vielen Hin- und Her-Überlegungen (Datalink-Kabel; PCMCIA-Link; PCMCIA-Speicherkarten; externe Harddisk, etc.) entschied ich mich für eine einfache, beinahe konventionelle Lösung - ein 250 MB ZIP-Laufwerk via USB. Mit diesem ZIP kann man zur Messstation gehen, das ZIP am USB-Ausgang anschliessen und die Daten sofort vom PC auf die ZIP-Disk kopieren.

Transport: Ich werde mit einem Auto das Material (vgl Tabelle) von Dachsen nach Leipzig transportieren. Im Internet fand ich - anstelle einer Strassenkarte - auf der Mercedes-Website einen ausgezeichneten Guide, der mich äusserst präzise von Dachsen ("Richtung Uhwiesen, nächste Kreuzung scharf links ...") nach Leipzig führt. So kann ich mich auf die 635 km lange Fahrt einigermassen gut mental vorbereiten... (besser ginge es natürlich mit einem Mercedes!)
 
 
Gewicht und Volumen des Materials
Was Anz Gewicht / Einheit (kg) Volumen / Einheit (cm) Gewicht tot Volumen tot (Liter)
PC 4 13 50 x 50 x 20 52 200
Flat Screen 1 7 50 x 50 x 20 7 60
Auto Batterie 

(44 Ah)

 4 13 22 x 20 x 18 52 32
Spannungswandler 4 0.7 30 x 12 x 7 3 10
Batterie-Ladegerät 1 4 25 x 18 x 15 4 7
Kabel 500 m 35   35 ?
Detektor 20 0.04 7 x 7 x 7 1 7
total       154 + 316 + Kabel
   
zusätzlich Arbeitsmaterial wie Laptop, Zip, GPS, Photo-Ausrüstung, MiniDisk; allg. Reisematerial; ev Kisten...

Es dürfte nicht ganz einfach sein, mit einem randvoll mit technischem Material bepackten Auto die Grenze zu überqueren. Ich habe mich im Internet beim Deutschen und beim Schweizer Zoll erkundigt. Auf meine e-mail-Anfrage hat der Deutsche Zoll umgehend, d.h. innert 2 h die ausführliche Antwort gemailt, während der Schweizer Zoll einige Tage brauchte. Es sieht so aus, als gäbe es für meine Situation geeignete Formulare (carnet ATA), die man vorgängig ausfüllen kann, so dass ein Grenzübertritt mit Forschungsmaterial kein Amtsstubenspiessrutenlauf wird.
 

siehe auch: http://www.uni-leipzig.de/~instbota/LAK.htm