Eine fortschrittliche Lösung zur Überwachung von Tierwelt und Vegetation in abgelegenen ländlichen Gebieten, unterstützt durch künstliche Intelligenz und Edge Networking

Herausforderung

Im Herzen ländlicher Gebiete – fernab von Hochgeschwindigkeitsinternet und moderner Technologieinfrastruktur – stellt der Schutz und die Verwaltung der natürlichen Umwelt eine entscheidende Herausforderung dar.

Der Wildpark San Rossore in Italien, zwischen der Stadt Pisa und dem Tyrrhenischen Meer gelegen, hat sich als ideales Testfeld für die innovativen Lösungen zur Umweltüberwachung im Rahmen des Projekts WatchEDGE erwiesen. Der Park beherbergt eine einzigartige Biodiversität, doch die technischen und logistischen Hürden bei der Überwachung eines so abgelegenen Gebiets sind beträchtlich.

Zu den größten Herausforderungen zählen die Beobachtung der Tierbewegungen – insbesondere der Wildschweine, die für Ernteschäden und eine Gefahr im Straßenverkehr bekannt sind – sowie die frühzeitige Erkennung von Krankheiten oder Schädlingen, die das gesamte Ökosystem bedrohen könnten.

In ressourcenarmen Umgebungen ist es besonders schwierig, Daten in Echtzeit zu erfassen, zu verarbeiten und auszuwerten, während gleichzeitig der menschliche Einfluss minimiert werden muss.

Lösung

WatchEDGE: Eine technologische Antwort auf die Herausforderungen der Umweltüberwachung in abgelegenen Gebieten

WatchEDGE begegnet diesen Herausforderungen mit einer hochmodernen Lösung, die künstliche Intelligenz (KI), dezentralisiertes maschinelles Lernen und Edge-Networking-Technologien kombiniert. So wird eine Umweltüberwachung in Echtzeit selbst in den abgelegensten ländlichen Regionen ermöglicht.

Im Zentrum des Systems steht die bildbasierte Erkennung, die sowohl das Tracking von Tierbewegungen als auch die Überwachung des Gesundheitszustands der Vegetation erlaubt. Drohnen und intelligente Kameras erfassen Bildmaterial aus verschiedenen Perspektiven und garantieren eine präzise Abdeckung, selbst an schwer zugänglichen Orten.

Das KI-Modell wurde speziell dafür trainiert, Wildschweine zu erkennen, zwischen einzelnen Tieren zu unterscheiden und detaillierte Informationen über ihre Bewegungsmuster zu liefern – ein wertvoller Beitrag zur Analyse ihres Verhaltens und ihrer Population.

Während der Tests im Gebiet Pineta Torre Riccardi, innerhalb des San-Rossore-Parks, kamen innovative Monitoring-Methoden parallel zu traditionellen Tierzähltechniken durch manuelle Beobachtung zum Einsatz.

Für die Echtzeit-Datenverarbeitung vor Ort wurden zwei Prototypen des nomadischen Edge Computing getestet: einer von Italtel entwickelt, der andere integriert im 5G Nomad-System. Dadurch konnten Bilder und Videos lokal erfasst und verarbeitet werden – eine Optimierung der Datenflüsse selbst ohne feste Netzwerkinfrastruktur.

Der 5G Nomad fungierte als mobile drahtlose Netzwerkinfrastruktur, die die Kommunikation zwischen Sensoren und verteilten Recheneinheiten ermöglichte. Angesichts fehlender privater 5G-Abdeckung wurden auch alternative Lösungen wie Wi-Fi evaluiert.

Ein weiterer zentraler Baustein war die Erprobung von SD-WAN, das verschiedene Netzwerktechnologien (Wi-Fi, 4G, 5G, Satellit) intelligent kombiniert, um eine stabile und effiziente Konnektivität auch in abgelegenen Regionen zu gewährleisten.

Ein herausragendes Merkmal der Lösung ist der Einsatz von verteiltem föderiertem Lernen. Dieses dezentrale Trainingsmodell ermöglicht es mehreren „Monitoring-Inseln“, gemeinsam zu lernen, während die Daten im lokalen Kontext bleiben. Das reduziert die Abhängigkeit von zentraler Konnektivität, verlangt jedoch eine hohe Rechenleistung direkt im Feld.

Nutzen

Die Vorteile von WatchEDGE gehen weit über traditionelle Umweltüberwachung hinaus

Hier sind einige der wichtigsten Stärken des Systems:

✅ Echtzeit-Tracking
Kontinuierliche Beobachtung des Tierverhaltens und des Zustands der Vegetation ermöglicht ein schnelles Eingreifen und die Vermeidung kritischer Situationen.

✅ Integriertes Management
Die Plattform verbindet fragmentierte und bestehende Technologien, um ein interoperables Ökosystem für eine effiziente und koordinierte Gebietsverwaltung zu schaffen.

✅ Wartungsarme Technologie
Autonome, energiesparende Geräte, die über flexible Netzwerke (Wi-Fi, Mobilfunk, Satellit) verbunden sind, gewährleisten den Betrieb auch ohne Stromversorgung oder feste Konnektivität.

✅ Skalierbarkeit und Anpassungsfähigkeit
Ursprünglich zur Überwachung von Wildschweinen entwickelt, lässt sich das System leicht auf andere Tierarten wie Hirsche, Füchse oder Wölfe anpassen.

✅ Zentrales Cloud-Dashboard
Ein cloudbasiertes, zentrales Steuerpanel bietet eine klare und aktuelle Übersicht – sowohl für Umweltmanager als auch für Einsatzkräfte vor Ort.

✅ Nachhaltiges Design
Das System ist darauf ausgelegt, den ökologischen Fußabdruck zu minimieren, und vereint technologische Effizienz mit dem Schutz der Biodiversität.

Die Rolle von Italtel

Italtel spielte eine entscheidende Rolle beim Erfolg des Projekts WatchEDGE und brachte kritisches Fachwissen in zwei zentralen Bereichen ein: Netzinfrastruktur und Datenmanagement.

🌐 Edge-Netzinfrastruktur

Italtel entwarf eine innovative Edge-Netzwerklösung, speziell optimiert für ländliche und abgelegene Gebiete, unter Verwendung eines tragbaren Servers und mehrerer Konnektivitätsmethoden. Diese Architektur ermöglichte die Datenverarbeitung nahe an der Quelle, wodurch der Bedarf an bandbreitenintensiven Netzwerkübertragungen erheblich reduziert wurde.

☁️ Cloud-basiertes Dashboard

Italtel entwickelte zudem ein Cloud-Dashboard zur Fernüberwachung und zur Echtzeit-Datenverwaltung. Dieses zentrale Steuerungstool erlaubt es den Operatoren, Informationen schnell zu analysieren und entsprechend zu handeln, was die operative Effizienz vor Ort verbessert und ein hohes Maß an Kontrolle und Zuverlässigkeit gewährleistet.

Ein Wissensökosystem, das Innovation vorantreibt

WatchEDGE ist Teil des PNRR-Programms RESTART

WatchEDGE ist eingebettet in das Programm PNRR RESTART – eine italienische Initiative zur wirtschaftlichen Erholung und nachhaltigen Entwicklung, finanziert von der Europäischen Union im Rahmen des nationalen Aufbau- und Resilienzplans (Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza) und koordiniert vom Politecnico di Milano.

Das Projekt basiert auf einer starken Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft, Technologieunternehmen und öffentlichen Institutionen.

🔗 Das Konsortium besteht aus:

🎓 Drei Universitäten

• Universität Pisa

• Universität Catania

• Universität Mailand-Bicocca

🏢 Drei Technologieunternehmen

• Italtel

• Nextworks

• Sensor ID

🔬 Ein Forschungszentrum

• CNIT – Nationales Labor RaSS (Radar- und Überwachungssysteme), Pisa

🌿 In Zusammenarbeit mit

• Ente Parco Regionale Migliarino, San Rossore, Massaciuccoli – das Projekt profitierte von einer einzigartigen natürlichen Umgebung, um fortschrittliche Technologien zur Umweltüberwachung zu testen und einzusetzen.

Diese multidisziplinäre Synergie ist ein vorbildliches Modell der Zusammenarbeit zwischen Forschung, Industrie und öffentlicher Verwaltung, mit dem Ziel, nachhaltige Entwicklung und Innovation in ländlichen Gebieten zu fördern.

Innovation über ländliche Räume hinaus skalieren

WatchEDGE bietet eine innovative und skalierbare Lösung für die Umweltüberwachung in ländlichen Gebieten

Durch die Integration von künstlicher Intelligenz, Edge Computing und fortschrittlichen Netzwerktechnologien adressiert WatchEDGE komplexe Herausforderungen wie die Tierüberwachung und den Schutz der Vegetation, optimiert Ressourcen und sichert die Nachhaltigkeit des Ökosystems.

Dank der engen Zusammenarbeit mit wissenschaftlichen Experten und der strategischen Unterstützung durch Italtel hat WatchEDGE seine Fähigkeit bewiesen, sich an verschiedene Szenarien anzupassen und eröffnet neue Möglichkeiten für Anwendungen in den Bereichen Notfallmanagement, Sicherheit und Umweltschutz.

Obwohl die Lösung ursprünglich für ländliche Gebiete konzipiert wurde, lässt sie sich auch auf Smart Cities, Landwirtschaft und industrielle Umgebungen ausweiten. Zu den potenziellen Einsatzbereichen zählen unter anderem die Katastrophenüberwachung (z. B. Erdrutsche, Überschwemmungen), die öffentliche Sicherheit, die Erkennung von Paniksituationen in stark frequentierten Bereichen sowie die Erkennung von Eindringlingen in Schutzgebieten.