Ein mobiles Mikroklima-Monitoringsystem zur Berechnung des atmosphärischen Dämpfungskoeffizienten α nach ISO 9613-1 — entwickelt für die bioakustische Fledermausforschung unter realen Feldbedingungen.
„Mein Name ist Jochen Roth und ich bin Maschinenschlosser aus Paderborn. Keine Uni, kein Biologiestudium. Aber seit Jahren beobachte ich Fledermäuse — und irgendwann hat mich die Frage nicht mehr losgelassen: Wie weit trägt ein Ruf wirklich, wenn es kalt und feucht ist? Das NEXUS-System ist mein Versuch, diese Frage messbar zu machen."
Vier Kernkomponenten bilden das NEXUS-System. Jede Komponente wurde gezielt nach Genauigkeit, Formfaktor und Energieeffizienz für den Feldeinsatz ausgewählt.
Dual-Core Prozessor mit integriertem WLAN für lokales Daten-Streaming. Ausreichend Rechenleistung für ISO-9613-1-Berechnungen in Echtzeit (<5 ms/Zyklus).
Thermisch entkoppelt montiert — ca. 12 cm diagonal vom Prozessor entfernt, um Eigenerwärmung auszuschließen. Radiation Shield (3D-Druck, weißes ASA) für Phase 2 vorgesehen.
Liefert präzise UTC-Zeitstempel zur Synchronisation mit TeensyBat-Aufnahmen (<1 s Genauigkeit erforderlich). Koordinaten werden aus Habitatschutzgründen nicht veröffentlicht.
Erfasst Windeinfluss auf die Rufausbreitung und Niederschlag (Fledermausaktivität bei Regen ≈ 0). Winddaten sind ausschließlich im stationären Modus valide.
Energieversorgung: 10.000 mAh LiPo Powerbank (USB-A zu USB-C) — Laufzeit >72 Stunden bei Dauerbetrieb mit 240 MHz. Der Prozessor läuft bewusst mit voller Taktung, um die automatische Abschaltung der Powerbank zu verhindern.
Kernalgorithmus des NEXUS: Berechnung des frequenzabhängigen Dämpfungskoeffizienten α nach ISO 9613-1 in Echtzeit auf dem ESP32S3.
Relevanz für Rhinolophus hipposideros (110 kHz): α kann zwischen 0,8 dB/m (kalt/trocken) und 2,5 dB/m (warm/feucht) variieren — bei 10 Metern Distanz bedeutet das einen Intensitätsverlust von 8 bis 25 dB!
Alle Messwerte werden auf microSD im CSV-Format gespeichert.
Dateiname: DD-MM-YY-N.csv
· Abtastrate: 8 Sekunden (fest)
Modus-abhängige Datenqualität: Bei Mode=Mobil (Transektbegehung) sind Windgeschwindigkeit und Windrichtung NICHT valide — die Eigengeschwindigkeit des Trägers verfälscht die Messung. Wind-Daten dürfen in der Auswertung von Transektdaten nicht zur Interpretation der Fledermausaktivität herangezogen werden.
| Spalte | Einheit | Beschreibung | Mobil | Stationär |
|---|---|---|---|---|
| Date / Time | DD.MM.YYYY / HH:MM:SS | Datum und Uhrzeit (Lokalzeit, GPS-synchronisiert) | ||
| Lat / Lon | Dezimalgrad WGS84 | GPS-Position · „NoFix" wenn kein Signal · Koordinaten werden nicht veröffentlicht (Habitatschutz) | ||
| Sats / HDOP | Anzahl / – | GPS-Satellitenanzahl (≥4 für Fix) · HDOP <2 = gute Genauigkeit | ||
| Temp_C | °C | Lufttemperatur (BME680) · thermisch entkoppelt | ||
| Hum | % rH | Relative Luftfeuchtigkeit (BME680) | ||
| DewPoint | °C | Taupunkt (berechnet aus Temp + Humidity) | ||
| Pres_hPa | hPa | Luftdruck (BME680) · validiert gegen DWD-Station Paderborn-Lippstadt (EDLP) | ||
| Gas_kOhm | kΩ | VOC-Sensor Rohdaten · benötigt 25–30 Min Stabilisierung nach Start | ||
| Cloud | Okta (0–8) | Bewölkungsgrad · manuelle Eingabe vor Start · 0=wolkenlos, 8=vollständig bedeckt | ||
| Wind_Avg_ms / Wind_Gust_ms | m/s | Windgeschwindigkeit & Böen · SEN-15901 | ||
| Wind_Dir / Wind_Dir_deg | Text / ° | Windrichtung (8 Hauptrichtungen) / in Grad (0–360) | ||
| Rain_mm | mm | Niederschlag kumulativ seit Systemstart (Kippwaage) | ||
| Mode | Text | Mobil = Transektbegehung · Stationär = festes Setup | ||
| a20k – a110k | dB/m | Atmosphärische Dämpfung bei 20 / 40 / 55 / 80 / 110 kHz nach ISO 9613-1 |
Date,Time,Lat,Lon,Alt,Sats,HDOP,Temp_C,Hum,DewPoint,Pres_hPa,Gas_kOhm,Cloud,Wind_Avg_ms,...,a20k,a40k,a55k,a80k,a110k
03.02.2026,15:00:30,51.720558,8.760098,112.3,12,1.0,9.45,45.23,-1.83,988.92,8.43,8,0.0,...,0.4536,0.7429,0.9917,1.5468,2.4686
Standard-Deployment: Stativ auf 200 cm, Wetterstation auf 240 cm, 30 Minuten Vorlauf für GPS-Fix und BME680-Stabilisierung. Begleit-Hardware: TeensyBat + TOPDON TS004 Thermalkamera.
Beleuchtung im Feld: Ausschließlich Rotlicht (Simond HL 900, 900 lm) — verhindert Störung lichtscheuer Arten und erhält die eigene Dunkeladaption. Die Lampe übertrifft die Mindesthelligkeit für Fledermausforschung geringfügig — eignet sich jedoch hervorragend für neugierige Passanten und notfalls verirrte Astronauten. 🔭
NEXUS-Klimadaten werden mit akustischen Aufnahmen und visuellen Beobachtungen kombiniert, um die ursprüngliche Rufintensität unter Berücksichtigung der atmosphärischen Dämpfung zu rekonstruieren.
KI-basierte Artbestimmung aus Rufaufnahmen des TeensyBat. Kombiniert mit NEXUS-Klimadaten für korrigierte Aktivitätsbewertung.
Analyse von Ruffrequenz und Rufstruktur. Frequenzbereich, Rufcharakteristik und zeitliche Muster je nachgewiesener Art.
TOPDON TS004 für visuelle Sichtbestätigung der Tiere im Feld. Validierung der akustischen Nachweise.
Plausibilitätsprüfung gegen DWD-Wetterstation Paderborn-Lippstadt (EDLP). Abweichung Temperatur <0,3 °C, Luftdruck <0,5 hPa.