WF-Projekt DigiNase: Entwicklung einer Digitale Nase zur Früherkennung von Krankheiten im Wald
Projektleitung
Claudia Probst
Forschungseinrichtung
FH Wels
Projektnummer
102043Projektlaufzeit
-
Finanzierungspartner
Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Regionen und Wasserwirtschaft
Allgemeine Projektinformationen
Abstract (deutsch)
Mit einem Waldflächenanteil von 48% spielen Wälder eine entscheidende Rolle im Kulturerbe Österreichs. In den vergangenen Jahren wurde die Forstwirtschaft vermehrt mit Herausforderungen wie Dürre, langanhaltende Regenfälle, Sturmereignisse und erhöhter Schneedruck konfrontiert, die unter anderem auf die Auswirkungen des Klimawandels zurückzuführen sind. Zudem führten Epidemien des Europäischen Fichtenborkenkäfers (Ips typographus [L.]) zu einem verheerenden Rückgang von Fichten (Picea) in den Wäldern Österreichs. Ein entscheidender Aspekt der Borkenkäferbekämpfung ist die frühzeitige Erkennung der Käfer, um die rechtzeitige Entfernung befallener Bäume vor dem Schlüpfen der Käfernachkommen aus der Rinde zu ermöglichen. Automatisierung kann eine entscheidende Rolle bei der Bewältigung der Herausforderungen in der Forstwirtschaft spielen, insbesondere in schwer zugänglichen Forstgebieten. Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer künstlichen "Nase", die mittels künstlicher Intelligenz stressinduzierte, flüchtige organische Verbindungen (VOC) von Fichten sowie Pheromone des Fichtenborkenkäfers erkennen kann. VOCs liefern funktionale Informationen über das Pflanzenwachstum, die Abwehrmechanismen und den Gesundheitszustand der Pflanzen und bieten die Möglichkeit, die Vitalität der Pflanzen nichtinvasiv zu überwachen. Pheromone geben Informationen über die Aktivität und das Paarungsverhalten der Käferpopulation. Das System soll als Frühwarnsystem für Baumstress und mögliche Insektenbefall dienen und langfristig eine Entscheidungsgrundlage für die nachhaltige Bewirtschaftung von Wäldern bieten.
Schlagwörter (deutsch)
Baumgesundheit, VOC, Fichtenborkenkäfer, Künstliche Intelligenz, Digitale Nase, Baumstress, Frühwarnungssystem
Titel, Abstract, Schlagwörter (englisch)
Titel (englisch)
Development of a Digital Nose for Early Disease Detection in Austrian Forests
Abstract (englisch)
Forests constitute over 48% of Austria's land area, playing a vital role in the country's economy through forestry. However, in recent years, Austria has experienced a rise in challenges such as droughts, prolonged rain events, storm calamities, and heightened snow pressure, mostly attributed to the impacts of climate change. Additionally, epidemics of the European spruce bark beetle (Ips typographus [L.]) led to a devastating decline of spruce trees (Picea) in Austrian forests. A critical aspect of bark beetle control involves early detection of the beetles to facilitate the timely removal of infested trees before the beetle offspring emerge from the bark. Implementing long-term sustainable forest management plans is crucial for maintaining the health of our forests. Automation can play a crucial role in addressing the challenges, particularly in inaccessible areas of national forests. The goal of the project is to develop an artificial “nose” capable of using artificial intelligence to detect stress-induced volatile organic compounds (VOC) from trees as well as insect pheromones. VOCs provide functional information about plant growth, defense mechanisms, and the health status of plants, offering the opportunity to monitor plant vitality non-invasively. Pheromones provide information about the activity and mating behavior of the beetle population. The system should serve as an early warning system for tree stress and possible insect infestation.
Schlagwörter (englisch)
tree health, tree stress, VOC, artificial intelligence, forestry, digital nose, early disease detection, spruce, bark beetle
Projektziele
Entwicklung eines automatisierten Systems zur Früherkennung von Waldkrankheiten, am Beispiel Fichte und Borkenkäfer, durch die Analyse von stressinduzierten flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) der Fichte und Pheromonen des Fichtenborkenkäfers mittels olfaktorischer und bildbasierter künstlicher Intelligenz (KI).
Praxisrelevanz
In Anbetracht der wachsenden Herausforderungen durch den Klimawandel, inklusive vermehrter Krankheits- und Schädlingsausbrüche, trägt das Projekt zur nachhaltigen Bewirtschaftung von Wäldern bei. Ein automatisiertes System zur Überwachung von großen Waldgebieten ermöglicht eine effiziente Nutzung von Ressourcen, darunter Arbeitszeit und finanzielle Mittel. Die gezielte Intervention, gestützt auf präzise Informationen, führt zu einer effektiveren Nutzung verfügbarer Ressourcen, was wiederum auch die manuellen Waldinventuren unterstützen kann. Mit Einführung einer digitalen Nase wird eine frühzeitige Detektion von Baumstress/Krankheiten im Wald, noch bevor äußere Symptome sichtbar werden, ermöglicht. Dies eröffnet die Möglichkeit für eine proaktive Reaktion, darunter die gezielte Isolation oder Entfernung erkrankter Bäume, um die Ausbreitung von Krankheiten zu unterbinden. Die Entwicklung einer digitalen Nase für die Überwachung der Waldgesundheit repräsentiert eine innovative Technologie, die Österreich, eines der waldreichsten Länder der Welt, in eine führende Position in der Anwendung von künstlicher Intelligenz und Sensorik im Forstsektor führen kann.
Insgesamt ermöglicht die Entwicklung einer digitalen "Nase" eine fortschrittliche, multidimensionale Herangehensweise an die Waldgesundheitsüberwachung, wodurch präzise Diagnosen und effiziente Managementstrategien unterstützt werden.
Publikationen
Alle Publikationen wurden vom Projektverantwortlichen eingetragen und liegen in dessen Verantwortung.