D7 Umwelt- und Kontextanalyse

Thema

Die Umwelt- und Kontextanalyse quantifiziert die physikalischen Bedingungen des Lebensraums eines Säugetiers sowie dessen Interaktionen mit dieser Umwelt im Laufe der Zeit und im Raum. Dazu integriert sie vier Komponenten: Lokalisierungstechnologien zur Positionsbestimmung des Tieres, Verfahren zur Charakterisierung der Oberflächen, auf denen es sich bewegt, Messungen der umgebenden Klimavariablen und eine quantitative Analyse seines Sozialverhaltens. All dies liefert den physikalischen Kontext, in dem Bewegung und Physiologie des Tieres stattfinden.

Die Lokalisierungstechnologien kombinieren ein Satellitenpositionierungssystem mit einer Inertialmesseinheit (IMU), bestehend aus einem Beschleunigungsmesser, einem Gyroskop und einem Magnetometer, die jeweils in den drei Raumrichtungen messen. Gemeinsam erfassen diese Sensoren die geografische Position und Bewegung des Tieres mit hoher Frequenz. Die zweimalige Integration der vom Beschleunigungsmesser gemessenen Beschleunigung über die Zeit ergibt die Positionsänderung des Tieres, wobei diese Berechnung mit der Zeit einen zunehmenden Fehler aufweist. Um diesen Fehler zu korrigieren, kombiniert ein Sensorfusionsalgorithmus die Satellitenpositionierung, die zwar selten aktualisiert wird, aber keine Fehler akkumuliert, mit Inertialmessungen, die sehr häufig aktualisiert werden, aber Fehler akkumulieren. Dies ermöglicht die bestmögliche Schätzung des dynamischen Zustands des Tieres zu jedem Zeitpunkt. Mithilfe des Beschleunigungsmessers und empirisch abgeleiteter Kalibrierungsmodelle lässt sich zudem die dynamische Leistung des Tieres im Freiland abschätzen.

Die Charakterisierung der Oberflächen, auf denen sich das Tier bewegt, umfasst drei verschiedene Messungen: den Reibungskoeffizienten der Oberfläche, ermittelt durch Ziehen eines Testelements; die Steifigkeit des Untergrunds gegen Verformung, ermittelt durch Andrücken eines Testelements an die Oberfläche; und die Oberflächenrauheit, ermittelt durch Profilierung mit einem Präzisionsinstrument.

Die eingangs erwähnte quantitative Analyse des Sozialverhaltens stellt jedes Tier der Gruppe als Punkt in einem Netzwerk dar und jede physische Interaktion zwischen zwei Tieren – Kontakt, Verfolgung, Lautäußerung innerhalb einer bestimmten maximalen Distanz – als Verbindung zwischen diesen beiden Punkten. Diese Verbindung wird zusätzlich entsprechend der Intensität oder Häufigkeit der Interaktion gewichtet. Die Anzahl der Interaktionen jedes Individuums mit seinen nächsten Nachbarn folgt innerhalb der Gruppe einer charakteristischen Verteilung. Diese Verteilung ermöglicht es, Individuen zu erkennen, die aus dem sozialen Netzwerk isoliert sind oder ein im Vergleich zu den anderen abweichendes Interaktionsmuster aufweisen.

Der tägliche Energieverbrauch des Tieres, geschätzt anhand der dynamischen Leistung, die mittels Beschleunigungsmessung ermittelt werden kann, korreliert mit der Körpermasse des Tieres gemäß der gleichen allometrischen Beziehung wie der Grundumsatz: Er steigt nicht direkt proportional zur Masse, sondern mit einer Potenz der Masse, die etwas kleiner als eins ist. Zusätzlich zum Grundumsatz trägt die Bewegungsaktivität des Tieres mit einem Faktor bei, der je nach Intensität der Aktivität zwischen dem Eineinhalb- und Achtfachen des Grundumsatzes liegt. Somit erklärt die Umwelt- und Kontextanalyse, mit der diese Beschreibung begann, letztendlich durch den physikalischen Kontext der Bewegung einen wesentlichen Teil des Gesamtenergieverbrauchs des Tieres.

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