KI-gestütztes Bienenmonitoring für nachhaltige und biodiversere Landwirtschaft
Ergebnisse des abgeschlossenen Projektes OCELI
Forschungsschwerpunkt: Applied Artificial Intelligence
Spektakuläre Ergebnisse aus dem Projekt OCELI: KI, Bienen und Datenanalyse zeigen neue Wege für eine biodiversitätsfreundliche Landwirtschaft und liefern Impulse für Forschung und Praxis.
Mit dem vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft geförderten Verbundprojekt OCELI („Bienenbasiertes Biomonitoring zur Erschließung der synergetischen Wirkmechanismen von Landwirtschaft und Bestäuberinsekten“) entstand ein innovatives Monitoring-System, das Honigbienen und Hummeln als Bioindikatoren nutzt. Ziel ist es, Umwelteinflüsse besser zu erfassen und landwirtschaftliche Praktiken nachhaltiger zu gestalten.
Automatisiertes Bienen-Monitoring mit KI
Kernstück des nun abgeschlossenen Projekts ist die Technologie der apic.ai GmbH. Sie entwickelte energieautarke, vernetzte Kamerasysteme, die das Ein- und Ausfliegen von Bestäubern kontinuierlich erfassen. Künstliche Intelligenz analysiert dabei Pollenfarben, erkennt Marker auf einzelnen Bienen und stellt ihr Verhalten fest. In Zusammenarbeit mit dem FZI Forschungszentrum Informatik entstanden leistungsfähige Algorithmen zur Farbanalyse und Wiedererkennung. Das FZI trug außerdem zur Systemintegration und zur Echtzeitauswertung im Feld bei.
Praxisnahe Feldstudien und Risikobewertung
Die CRO Eurofins Agroscience Services führte umfangreiche Feldstudien unter realen Bedingungen durch. Dabei kamen unter anderem visuelle KI-basierte Kamerasysteme zur Anwendung, mit denen etwa der Eintrag von Blütenpollen, das Rückkehrverhalten markierter Bienen oder die temporäre Inaktivität nach Pestizidexposition erfasst werden konnten. Ein besonderer Fokus lag auf der Messung von Repellent-Effekten und dem Verhalten frisch geschlüpfter Bienen. Durch Markierung und Nachverfolgung konnten neue Erkenntnisse zum Sammelverhalten und zur Reaktion der Kolonien auf Belastungen gewonnen werden.
Validierung durch Simulationsmodell BEEHAVE
Das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) validierte mit dem Simulationsmodell BEEHAVE die erhobenen Daten. Effekte – wie die durch Pflanzenschutzmittel hervorgerufenen – konnten im Modell reproduziert und besser verstanden werden. Besonders wichtig: Die Kombination von Aktivitäts- und Polleninformationen mit Simulationsszenarien ermöglichte belastbare Aussagen zur Kolonieentwicklung und Nahrungsverfügbarkeit.
KI-gestützte Analysen mit disy Cadenza
Die Disy Informationssysteme GmbH integrierte die OCELI-Daten in ihre Analyseplattform Cadenza. Mit Methoden des maschinellen Lernens wurden über 70 Umwelt- und Biodiversitätsmerkmale analysiert, darunter Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Landnutzung und CO₂-Werte. Durch Explainable AI – insbesondere durch den spieltheoretischen Ansatz SHapley Additive exPlanations (SHAP) – ließ sich der Einfluss einzelner Faktoren auf die Bienenaktivität transparent darstellen. Die Analysen zeigten: Tageszeit, Temperatur, Jahreszeit und Biodiversität beeinflussen die Bienenaktivität maßgeblich und erklären bis zu 80 Prozent der beobachteten Variabilität.
Relevanz für die Praxis
OCELI schließt eine wichtige Lücke zwischen Forschung und Praxis: Die gewonnenen Daten helfen, Landschaften gezielt bestäuberfreundlicher zu gestalten – ein Gewinn für Landwirtschaft, Politik und Biodiversität. Gespräche mit Pflanzenschutzmittelherstellern und Landwirt*innen zeigten bereits großes Interesse an den Erkenntnissen.
Über das FZI
Das FZI Forschungszentrum Informatik mit Hauptsitz in Karlsruhe und Außenstelle in Berlin ist eine gemeinnützige Einrichtung für Informatik-Anwendungsforschung und Technologietransfer. Sie bringt die neuesten wissenschaftlichen Erkenntnisse der Informationstechnologie in Unternehmen und öffentliche Einrichtungen und qualifiziert für eine akademische und wirtschaftliche Karriere oder den Sprung in die Selbstständigkeit. Betreut von Professor*innen verschiedener Fakultäten entwickeln die Forschungsgruppen am FZI interdisziplinär für ihre Auftraggeber Konzepte, Software-, Hardware- und Systemlösungen und setzen die gefundenen Lösungen prototypisch um. Mit dem FZI House of Living Labs steht eine einzigartige Forschungsumgebung für die Anwendungsforschung bereit. Das FZI ist Innovationspartner des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und strategischer Partner der Gesellschaft für Informatik (GI).