Arctic Log #3 – Our Use Cases

Die Use Cases im Fokus

Wie bereits im Arctic Log #1 angekündigt, widmet sich das JOANNEUM Arctic Expedition Team (AET) in der aktuellen Vorbereitungsphase nicht nur der logistischen Planung der bevorstehenden Expedition, sondern insbesondere auch der inhaltlichen Ausarbeitung der einzelnen Forschungsprojekte – den Use Cases. Diese bilden das Herzstück der Expedition und werden von den Studierenden selbst entwickelt und in der Arktis umgesetzt. In dieser Arctic Log Ausgabe stellen wir die Use Cases nun ausführlicher vor.

Die inhaltliche Vielfalt der Projekte spiegelt sich in den unterschiedlichen Fachrichtungen der teilnehmenden Studierenden wider. Was sie jedoch alle eint ist das Ziel, einen relevanten wissenschaftlichen Beitrag zur Arktisforschung zu leisten und dabei neuartige Technologien und interdisziplinäre Ansätze in extremen Umweltbedingungen zu testen. Dabei steht immer eines im Fokus: das umweltschonende und verantwortungsbewusste Sammeln wissenschaftlicher Daten für die Forschung.

Use Case #1: Die Nutzung von Drohnen im Rahmen der Arktisforschung

Drohnen bilden einen wichtigen Bestandteil für mehrere Vorhaben der Expedition und werden gleich in mehreren Projekten eingesetzt. Grönland ist nicht nur für seine atemberaubenden Gletscherlandschaften bekannt, sondern auch für sein sensibles Ökosystem und geschützte Tierarten wie den Eisbären. Ziel des ersten Projekts ist es, die technischen und logistischen Grundlagen für einen sicheren und umweltschonenden Drohneneinsatz in der Arktis zu schaffen. Während einer zehntägigen Expedition liegt der Fokus auf der Planung, dem Transport und der Durchführung von Drohnenflügen unter extremen Bedingungen: Temperaturen weit unter dem Gefrierpunkt, begrenzte Stromversorgung, wechselhaftes Wetter und strenge Luftfahrtregeln. Gleichzeitig muss der Schutz der Tierwelt – insbesondere störungsempfindlicher Arten – jederzeit gewährleistet sein.

Ein weiteres Projekt, das auf den Einsatz von Dronen in arktischen Landschaften zurückgreift, widmet sich der automatisierte Erkennung von Schmelzwasserkanälen auf Gletschern. Diese oberflächlichen Wasserläufe liefern wertvolle Informationen über das Abschmelzen des Eises und somit über den Klimawandel. Mittels Machine Learning wird ein Computermodell trainiert, das diese Kanäle auf Basis von Drohnen- und Satellitenbildern erkennen kann. Um die Genauigkeit des Modells zu überprüfen, werden während der Expedition neue Bilddaten vom Mittivakkat-Gletscher aufgenommen und durch Geländemessungen ergänzt.

Das dritte Projekt dieses Use Cases ist die Verwendung von Drohnen als unterstützendes Tool bei der umweltschonenden Entnahme diverser Proben für weitere Forschungszwecke. Hier kommen speziell ausgerüstete Drohnen zum Einsatz: Sie sind mit Greifarmen, Probenlöffeln und Absenkvorrichtungen ausgestattet, um zum Beispiel gezielt Bodenproben in schwer zugänglichem Gelände zu entnehmen – effizient, sicher und mit minimalem Eingriff in die Umwelt. Vor Ort können dann direkt erste Analysen vorgenommen werden.

Use Case #2: Das Kartieren der Umwelt mit einer Sensorplattform

Um die Veränderungen in der arktischen Landschaft sichtbar zu machen, entwickeln Mitglieder des AET eine kompakte, mobile Sensorplattform, die sowohl Sonar als auch LiDAR nutzt. Während Sonar mithilfe von Schallwellen Unterwasser-Strukturen sichtbar macht, tastet LiDAR die Oberfläche mit einem Laser ab. Die Kombination beider Systeme ermöglicht die Erstellung präziser 3D-Modelle – von Eisbergen, Gletscherhöhlen oder felsigem Gelände.

Diese Messungen sind nicht nur für die wissenschaftliche Langzeitbeobachtung essenziell, sondern leisten auch einen Beitrag zur Sicherheit in polarer Umgebung. So lassen sich etwa gefährliche Eisformationen frühzeitig erkennen, die Driftbewegung von Eisbergen besser verstehen und Veränderungen in der Landschaft, wie das Abschmelzen von Gletschern, dokumentieren. Die Plattform kann sogar unabhängig in entlegenen Gebieten Daten erfassen und übermitteln – eine wertvolle Technologie für zukünftige Forschungsvorhaben.

Ein besonderer Fokus liegt auf der Erfassung von Punktwolken rund um den Mittivakkat-Gletscher um eine genaue dreidimensionale digitale Abbildung des Gletschers zu schaffen. Über wiederholte Scans lassen sich Veränderungen im Eisvolumen dokumentieren.

Use Case #3: KI-gestütztes Monitoring der arktischen Tierwelt

Die Arktis ist Heimat faszinierender, aber auch potenziell gefährlicher Tierarten – allen voran dem Eisbären. Um Forscher:innen vor Ort besser zu schützen und gleichzeitig wichtige Daten über Tierbewegungen zu sammeln, entwickelt das AET ein KI-gestütztes Wildtiererkennungssystem.

Die Systeme bestehen aus Kameramodulen mit integrierter Recheneinheit und können stationär installiert oder an Drohnen befestigt werden. Die gesammelten Bilder können direkt vor Ort verarbeitet werden, ganz ohne Internetverbindung. Sobald ein Tier erkannt wird, kann das System eine Warnung ausgeben oder Bewegungsmuster dokumentieren. So trägt das Projekt nicht nur zur Sicherheit in der Feldarbeit bei, sondern liefert auch wertvolle Informationen über Wanderbewegungen und das Verhalten arktischer Wildtiere.

Verwaltung der Forschungsdaten

Daten sind das Fundament jeder wissenschaftlichen Arbeit – besonders in der Arktis, wo jede Messung mit hohem Aufwand verbunden ist. Deshalb widmet sich ein weiterer Use Case der strukturierten Erfassung, Speicherung und Sicherung aller gesammelten Informationen. Noch vor Beginn der Expedition wurde ein detaillierter Datenplan erstellt, der vorgibt, wie und wo Daten gespeichert werden, welche Backup-Strategien bestehen und wie mit großen Datenmengen wie etwa 3D-Punktwolken verfahren wird.

Ziel ist es, alle Daten nicht nur verlustfrei zu sichern, sondern auch so zu strukturieren, dass sie im Nachgang leicht ausgewertet und weiterverwendet werden können – sei es für wissenschaftliche Publikationen oder zukünftige Expeditionen.

Nur durch gutes Datenmanagement lassen sich Beobachtungen später wissenschaftlich auswerten, vergleichen und weiterentwickeln. Und für das AET ist klar: Die Expedition endet nicht mit der Rückreise.

Und wie immer gilt: Für alle die noch mehr von uns sehen und lesen wollen gibt es regelmäßige Updates zum AET und persönliche Blicke hinter die Kulissen auf unseren Social-Media-Kanälen. Bis bald im nächsten Arctic Log!

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