Tierspuren im Schnee mit Computer Vision analysieren

Wenn du die in diesem Artikel behandelten Konzepte visuell nachvollziehen möchtest, sieh dir das folgende Video an.

Schnee kann wie andere natürliche Oberflächen Aufzeichnungen über die Aktivitäten von Wildtieren hinterlassen. So können beispielsweise Fußabdrücke im Schnee zeigen, welche Tiere vorbeigekommen sind, wie sie sich bewegt haben und was sie getan haben.

Seit Jahrzehnten untersuchen Wanderer, Jäger und Forschende diese Spuren, um mehr über das Verhalten wilder Tiere zu erfahren. Doch dieses Verfahren ist nicht immer zuverlässig. Schnee kann sich verändern, Wind kann Details verwischen und sich überschneidende Spuren können die Identifizierung erschweren. Selbst geschulte Beobachter übersehen möglicherweise wichtige Muster.

Abb. 1. Im frischen Schnee erhaltene Leopardenspuren. (Quelle)

Technologische Fortschritte erleichtern inzwischen die Interpretation dieser Hinweise. Insbesondere Computer Vision, ein Bereich der KI, der es Maschinen ermöglicht, visuelle Daten präzise und schnell zu analysieren, kann zur Erkennung und Untersuchung von Tierfährten eingesetzt werden. So können Modelle wie Ultralytics YOLO11 darauf trainiert werden, Formen und Muster in Bildern von Tierfährten zu erkennen.

In diesem Artikel sehen wir uns an, wie Tierfährten im Schnee erhalten bleiben, was sie über Wildtiere verraten und wie Computer Vision die Fährtensuche effizienter macht.

Die Bedeutung von Tierfährten im Schnee#

Tierfährten sind Abdrücke, die Tiere hinterlassen, wenn sie sich über Oberflächen wie Schnee, Erde oder Schlamm bewegen. Unter geeigneten Schneebedingungen bleiben in diesen Abdrücken oft feinere Details erhalten, etwa Krallenspuren, Zehenballen sowie die Unterschiede zwischen Vorder- und Hinterpfoten, die in Erde oder Gras schwerer zu erkennen sind.

Abb. 2. Tierfußabdrücke auf verschiedenen Oberflächen. (Quelle)

Neben der Bestimmung der Tierart können Abstand, Anordnung und feine Unterschiede der Spuren Forschenden viel über Bewegung, Verhalten und die Wechselwirkungen mit der Umwelt verraten und Wanderern sowie Natur- und Wildtierinteressierten wertvolle Einblicke in die Aktivitäten von Tieren geben.

Hier sind einige der wichtigsten Merkmale, auf die Forschende beim Lesen von Fährten achten:

• Vorder- und Hinterpfoten: Unterschiede in Größe und Form zwischen Vorder- und Hinterpfoten zeigen, wie ein Tier sein Gewicht verteilt und sich in seiner Umgebung bewegt.
• Pfoten- oder Fußabdrücke: Die äußere Form und Größe eines Abdrucks helfen dabei, die Tierart zu bestimmen, die die Spur hinterlassen hat.
• Krallenspuren: Fährten von Hunden, etwa von Kojoten, Füchsen und Hunden, zeigen meist Krallenabdrücke. Fährten von Katzen, darunter Rotluchsen, Hauskatzen und Pumas, zeigen dies normalerweise nicht, es sei denn, das Tier rennt oder bewegt sich auf rutschigem Untergrund.
• Spurmuster: Die Anordnung der Spuren kann Tierverhalten erkennen lassen. Kojoten und Füchse hinterlassen häufig geradlinige Spuren, während sich Haushunde meist im Zickzack bewegen.
• Spreizbreite und Schleifspuren: Die Breite zwischen der linken und rechten Spur (Spreizbreite) variiert je nach Tierart und Gangart. Veränderungen der Spreizbreite können auf die Bewegungsgeschwindigkeit oder Vorsicht hindeuten, während Schleifspuren von Schwänzen, Bäuchen oder Beutetieren zusätzliche Hinweise auf Aktivitäten liefern.

Tierfährten im Schnee bestimmen#

Jede Spur im Schnee erzählt einen Teil der Geschichte eines Tieres. Größe und Form jedes Abdrucks, die Unterschiede zwischen Vorder- und Hinterpfoten sowie das Vorhandensein oder Fehlen von Krallenspuren können Tierart, Gangart und Gewichtsverteilung erkennen lassen. Füchse und Kojoten hinterlassen beispielsweise häufig sichtbare Krallenabdrücke, während Rotluchse und Pumas dies normalerweise nicht tun.

Fährten treten selten allein auf. Hinweise wie Kot, Fellreste, Schleifspuren von Schwänzen oder nahegelegene Eingänge zu Bauen liefern oft wichtigen Kontext. Da Schneebedingungen und sich überschneidende Spuren Details verwischen können, stützen sich Fährtensucher auf mehrere Anzeichen, um ein klareres Bild zu erhalten. Besonders hilfreich ist die Anordnung der Spuren im Schnee: Sie zeigt nicht nur, wohin sich ein Tier bewegt hat, sondern auch, wie es sich bewegte und verhielt.

Hier sind einige häufige Tierfährtenmuster im Schnee:

• Hüpfer: Kaninchen und Schneeschuhhasen stoßen sich mit kräftigen Hinterbeinen ab und hinterlassen große Hinterfußabdrücke vor kleineren Vorderfußabdrücken. In tiefem Schnee erzeugen Schneeschuhhasen besonders lange Spuren.
• Springer: Wiesel, Marder, Nerze und Bisamratten springen mit Vorder- und Hinterpfoten gemeinsam nach vorn und bilden ein wiederkehrendes Zwei-und-zwei-Muster.
• Schreiter: Waschbären, Stinktiere, Biber, Stachelschweine und Schwarzbären bewegen sich langsam und hinterlassen breite Spuren mit sichtbaren Krallenabdrücken.
• Spurenwechsler: Füchse und Kojoten setzen ihre Hinterpfoten fast genau dort auf, wo zuvor die Vorderpfoten standen, und erzeugen dadurch gerade Linien. Kojoten bewegen sich meist auf direkten Wegen, während Haushunde im Zickzack umherlaufen.

Herausforderungen bei der Interpretation von Tierfährten im Schnee#

Trotz verschiedener Hinweise zu den Spuren kann die Fährtensuche nach Tieren im Schnee weiterhin komplex sein. Die Schneebedingungen beeinflussen das Erscheinungsbild der Abdrücke: Frischer Schnee bewahrt Details, während verharschter, schmelzender oder frisch gefallener Schnee Spuren verformen oder bedecken kann.

Auch das Wetter spielt eine Rolle, da Wind und Sonnenlicht Kanten verwischen können und sich überschneidende Wege mehrerer Tiere für Verwirrung sorgen. Darüber hinaus macht das Verhalten der Tiere die Fährtensuche unvorhersehbarer.

Einige Arten wie Stinktiere und Schwarzbären halten im Winter Winterschlaf, während andere sich unregelmäßig bewegen oder ihre Spuren zurückverfolgen. In Wäldern kreuzen sich außerdem die Spuren von Hirschen, Elchen oder Wapitis häufig mit denen kleinerer Tiere oder Raubtiere. Zusätzliche Hinweise wie Kot, Fell oder Schleifspuren von Schwänzen helfen dabei, Bewegung und Verhalten zu verstehen.

Wie Computer Vision zur Erkennung von Tierfährten eingesetzt werden kann#

Um die Herausforderungen bei der Analyse von Tierfährten im Schnee zu bewältigen, setzen Forschende zunehmend auf fortschrittliche Technologien wie Computer Vision. Sie untersuchen beispielsweise Modelle für Computer Vision, die einzelne Abdrücke erkennen und lokalisieren, sich überschneidende Spuren trennen und sogar mit benutzerdefinierten Datensätzen trainiert werden können, um artspezifische Merkmale wie Krallenspuren und Gangmuster zu erkennen.

Modelle wie Ultralytics YOLO11 unterstützen insbesondere Computer-Vision-Aufgaben wie die Objekterkennung, mit der sich einzelne Pfotenabdrücke identifizieren und lokalisieren lassen, sowie die Instanzsegmentierung, mit der sich überschneidende Spuren trennen lassen. Indem Forschende ein Modell wie YOLO11 mit einem benutzerdefinierten Datensatz von Tierfußabdrücken trainieren, können sie die Erkennung artspezifischer Muster und die Unterscheidung überschneidender Spuren erleichtern und konsistentere Ergebnisse als durch manuelle Beobachtung erzielen.

Computer Vision und die Forschung zur Analyse von Tierfußabdrücken#

Nachdem wir gesehen haben, wie Computer Vision Tierfußabdrücke verfolgen kann, sehen wir uns nun an, wie diese Technologie in der praktischen Forschung eingesetzt wird.

Von FIT zu offenen Datensätzen#

Jahrelang stützten sich die meisten Studien zu Fußabdrücken auf die Technologie zur Identifizierung von Fußabdrücken (FIT). Bei FIT werden bestimmte Punkte auf jedem Fußabdruck markiert und anhand dieser Messungen Tiere voneinander unterschieden. Das Verfahren ist zwar wirksam, aber langsam, erfordert geschulte Fachkräfte und ist unpraktisch, wenn Tausende von Spuren in freier Wildbahn analysiert werden sollen.

Eine aktuelle Studie über Amur-Tiger im Nordosten Chinas zeigte, dass FIT sogar einzelne Tiere anhand ihrer Fußabdrücke im Schnee identifizieren kann. Damit bietet die Methode eine zuverlässige und nichtinvasive Möglichkeit, gefährdete Raubtiere zu überwachen.

Abb. 3. Tigerspuren im Schnee. (Quelle: sciencedirect.com)

Die Forschenden wiesen jedoch auch auf die Grenzen des Verfahrens hin: Es ist arbeitsintensiv und schwer zu skalieren. Sie betonten insbesondere, dass Computer Vision diesen Prozess künftig automatisieren könnte, wodurch der Bedarf an manuellen Messungen sinkt und gleichzeitig deutlich größere Datensätze verarbeitet werden können.

Dieser Wandel beginnt bereits mit Projekten wie OpenAnimalTracks, einem öffentlichen Datensatz mit Tausenden beschrifteten Fußabdrücken von 18 Arten aus Schlamm, Sand und Schnee. Mit solchen Ressourcen können Modelle für Computer Vision darauf trainiert werden, Fußabdrücke automatisch zu erkennen und zu klassifizieren, wodurch die Überwachung von Wildtieren schneller und zugänglicher wird.

Abb. 4. Ein Blick auf den Datensatz OpenAnimalTracks (Quelle)

Indem Naturschutzforschung auf den Grundlagen von FIT aufbaut und diese mit offenen Datensätzen und Computer Vision verbindet, entstehen skalierbare Systeme zur Verfolgung von Arten und zum Schutz von Ökosystemen – ohne die Tiere selbst jemals zu stören.

Wichtige Erkenntnisse#

Tierfährten im Schnee zeigen, wie sich Tiere bewegen, verhalten und ihre Lebensräume nutzen. Sie von Hand zu lesen, erfordert Geduld und Erfahrung, doch Computer Vision macht den Prozess effizienter. Der Einsatz von Werkzeugen wie Ultralytics YOLO11 zusammen mit menschlichem Fachwissen vereinfacht die Überwachung von Wildtieren, unterstützt Naturschutzmaßnahmen und liefert nützliche Daten zum Schutz von Arten.

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