BioMap – Bedienungsanleitung

Biologisches Monitoring in Raum und Zeit · Fang-Wiederfang-Monitoring von Amphibien

1 Einführung

BioMap ist eine Web-App zum Monitoring von Amphibienpopulationen nach der Fang-Wiederfang-Methode. Sie wurde für Gelbbauchunken entwickelt und wird inzwischen auch für Kammmolche verwendet. Einzelne Tiere werden an ihrem Bauchmuster wiedererkannt. Aus Fotos mit Ort und Zeit ermittelt BioMap Populationsgröße, Altersstruktur, Geschlechterverhältnis, Wanderungen, örtliche Verteilung und Fortpflanzungsaktivität.

Die Tiere werden im Gelände in einer Petrischale (bzw. Küvette) so fotografiert, dass das Bauchmuster sichtbar ist. In BioMap wird das Bild anschließend gedreht und über den bekannten Durchmesser der Petrischale normiert. So lässt sich die Kopf-Rumpf-Länge im Bild messen. Danach wird das Tier identifiziert: Es ist entweder ein schon bekanntes Individuum (Wiederfang) oder ein neues.

In BioMap können mehrere unabhängige Projekte verwaltet werden. Jedes Projekt hat eigene Benutzerrechte, ein eigenes Projektgebiet, eigene Orte und eigene Daten.

2 Erste Schritte

2.1 Aufbau der Oberfläche

Links befindet sich das Hauptmenü. Ganz oben stehen das BioMap-Logo und der Name des aktuellen Projekts; ein Klick darauf führt zur Startseite. Darunter steht der Name des angemeldeten Benutzers – ein Klick öffnet Mein Konto. Die Zahl am Benutzer zeigt, wie viele Sitzungen gerade mit BioMap verbunden sind.

Die Menügruppen:

Mit Hauptmenü im Menü wird es eingeklappt; das Symbol ☰ oben links klappt es wieder auf. Auf kleinen Bildschirmen (Handy) wird das Menü über den Inhalt gelegt und schließt sich nach der Auswahl.

2.2 Projekt auswählen

Auf der Startseite wählen Sie im Reiter Projekt auswählen das Projekt, mit dem Sie arbeiten wollen. BioMap merkt sich die Auswahl im Browser. Ohne Anmeldung können Sie sich umsehen, sehen aber nur verfremdete Ortskoordinaten.

Angemeldete Benutzer mit ausreichender Zugangsstufe können im Reiter Neues Projekt anlegen ein eigenes Projekt erstellen. Empfohlen ist ein Name der Form art-gebiet, z. B. gbu-oberhinkofen – ohne Leerzeichen, möglichst in Kleinbuchstaben mit Bindestrichen.

2.3 Registrieren und anmelden

BioMap verwendet keine Passwörter. Die Anmeldung erfolgt mit einer TAN, die per E-Mail zugeschickt wird:

1. Projekt auf der Startseite auswählen.
2. Auf den Benutzernamen oben im Menü klicken (oder auf der Startseite Registrieren).
3. E-Mail-Adresse eingeben und TAN anfordern klicken.
4. Die TAN aus der E-Mail in das Feld TAN eingeben und TAN bestätigen klicken.

Die Anmeldung bleibt in diesem Browser erhalten, bis Sie sich unter Verwaltung / Mein Konto mit Abmelden abmelden. Nach der ersten Anmeldung hat ein neues Konto die Zugangsstufe 100. Für die Mitarbeit im Projekt muss ein Projektverantwortlicher die Zugangsstufe im Projekt erhöhen (siehe Benutzer).

2.4 Zugangsstufen

Was ein Benutzer darf, hängt von seiner Zugangsstufe ab. Es gibt eine globale Zugangsstufe und eine je Projekt. Die wichtigsten Stufen (Voreinstellungen, einige sind je Projekt einstellbar):

Felder und Schaltflächen, für die Ihre Zugangsstufe nicht reicht, sind ausgegraut.

2.5 Mein Konto und persönliche Einstellungen

Unter Verwaltung / Mein Konto können Sie

• Ihren vollen Namen eintragen und Speichern,
• Ihre globale Zugangsstufe und die Zugangsstufe im aktuellen Projekt ablesen,
• die Farbgestaltung und den Dark Mode wählen,
• festlegen, ob GPX-Dateien dauerhaft gespeichert werden,
• wählen, ob der Datumsfilter mit einer Dauer statt mit einem Enddatum arbeitet,
• sich abmelden.

Die Einstellungen gelten pro Benutzer und Projekt.

3 Der Arbeitsablauf im Überblick

Ein Monitoring-Termin durchläuft in BioMap diese Schritte:

1. Planen – im Monitoring-Kalender eintragen, wer welchen Ort übernimmt.
2. Fotografieren – im Gelände mit GPS-Position (siehe Fotografieren im Gelände).
3. Hochladen – unter Hinzufügen / Bild. Die Bilder sind danach „Neue Fotos“.
4. Klassifizieren – jedes neue Foto als Fang, Lebewesen, Habitat oder Sonstiges einordnen.
5. Normalisieren – bei jedem Fang Petrischale und Wirbelsäule markieren, Geschlecht angeben, Bauchmuster prüfen.
6. Identifizieren – jeden Fang einem bekannten Individuum zuordnen oder als neues Individuum anlegen.
7. Auswerten – Karten, Listen, Bilder und Statistiken.

4 Fotografieren im Gelände

• Die Kamera bzw. das Handy muss die GPS-Position und die Aufnahmezeit im Bild speichern (EXIF). Bilder ohne gültige Aufnahmezeit werden beim Hochladen abgelehnt. Prüfen Sie vorher, ob die Uhrzeit der Kamera stimmt.
• Das Tier liegt in der Petrischale (bzw. Küvette) auf dem Rücken, sodass das Bauchmuster vollständig sichtbar ist.
• Der Rand der Petrischale muss im Bild gut zu erkennen sein, weil er als Maßstab dient. Fotografieren Sie möglichst senkrecht von oben.
• Gleichmäßiges Licht ohne Spiegelungen erleichtert die Auswertung des Bauchmusters.
• Nur JPG-Dateien werden angenommen.

Neben Fängen können auch Fotos von anderen Lebewesen, Habitaten (Gewässern) und Sonstigem hochgeladen werden. Sie werden beim Klassifizieren eingeordnet.

5 Daten hinzufügen

5.1 Bilder hochladen

1. Hinzufügen / Bild öffnen.
2. Dateien auswählen klicken und bis zu 100 JPG-Dateien auf einmal auswählen.
3. Der Fortschrittsbalken zeigt den Stand; darunter erscheinen Meldungen, z. B. zu Bildern ohne gültiges Datum.

BioMap liest Aufnahmezeit und GPS-Position aus dem Bild, ordnet es dem nächstgelegenen Ort zu und speichert eine verkleinerte Kopie. Die hochgeladenen Bilder erscheinen anschließend unter Arbeitsablauf / Bilder klassifizieren.

5.2 GPX-Dateien hochladen

GPX- und KML-Dateien (Wege, die z. B. mit dem Handy aufgezeichnet wurden) dokumentieren, wo und wie lange sich Mitarbeiter im Gelände aufgehalten haben. Sie werden in der HeatMap Aufenthaltsdauer ausgewertet.

1. Hinzufügen / GPX-Datei öffnen und Dateien auswählen.
2. Hochgeladene GPX-Dateien verarbeiten vereinfacht die Wege.
3. GPX-Dateien in dieses Projekt importieren übernimmt sie ins aktuelle Projekt.

Mit GPX-Dateien dauerhaft speichern bleiben die Originaldateien erhalten. Die Liste Meine GPX-Dateien zeigt Ihre Dateien.

6 Arbeitsablauf im Detail

6.1 Monitoring-Kalender

Arbeitsablauf / Monitoring-Kalender zeigt für das gewählte Jahr eine Tabelle mit den Orten in den Zeilen und den Kalenderwochen in den Spalten. Die aktuelle Woche ist orange markiert.

• Bereits durchgeführte Monitorings stehen als Fänge/Wiederfänge in der Zelle, z. B. „12/9“.
• Farbig hinterlegte Zellen sind geplante Monitorings. Dort können Sie eintragen „Übernehme ich, wenn kein Anderer will“ oder „Übernehme ich sicher“. Hat sich schon jemand eingetragen, wird das angezeigt.

Der Rhythmus der Termine ergibt sich aus dem Monitoring-Intervall der Orte.

6.2 Bilder klassifizieren

Unter Arbeitsablauf / Bilder klassifizieren wird jedes neu hochgeladene Foto eingeordnet. Oben links ist die Bildleiste mit den noch nicht klassifizierten Fotos, darunter das ausgewählte Bild mit Dateiname, Aufnahmezeit und Benutzer. Rechts zeigt eine Karte die Position.

1. Foto in der Bildleiste anklicken.
2. Position prüfen. Falls sie falsch ist: in der Karte die richtige Stelle wählen und Ort aus Karte übernehmen. Auf Ort aus Bild zurücksetzen stellt die Position aus dem Bild wieder her.
3. Optional einen Kommentar eingeben.
4. Unter Klassifizierung wählen:
   • Fang – ein fotografiertes Tier der monitorierten Art. Es wird danach normalisiert und identifiziert.
   • Lebewesen – andere Tiere oder Pflanzen: Taxon, Anzahl und Stadium angeben.
   • Habitat – Foto eines Lebensraums: Bewertung (A/B/C), Qualität und ob es zum Monitoring gehört.
   • Sonstiges – alles andere.
5. Auswahl übernehmen klicken. Das nächste Foto wird ausgewählt.

Löschen entfernt ein Foto. Das ist bei eigenen Fotos und mit der Berechtigung zum Ändern von Elementen möglich.

6.3 Fänge normalisieren

Beim Normalisieren wird das Foto eines Fangs so gedreht, skaliert und zugeschnitten, dass ein einheitliches Passbild entsteht. Dabei werden die Kopf-Rumpf-Länge gemessen und das Bauchmuster ausgeschnitten und binarisiert (in Schwarz/Weiß umgewandelt).

Die Seite Arbeitsablauf / Fänge normalisieren zeigt links das Foto mit Markierungen und rechts die Bildleiste mit den Fängen sowie die Angaben zum ausgewählten Fang.

Markierungen setzen

Die Markierungen lassen sich nur in der Originalansicht verschieben (nicht in der normierten Ansicht):

• Petrischale: Drei Punkte auf den Rand der Petrischale ziehen. Aus ihnen wird der Kreis und damit der Maßstab berechnet. Bei der Küvette werden zwei Punkte an die beiden Seitenwände gesetzt.
• Wirbelsäule: Die Linie von der Kopfspitze bis zur Kloake legen. Kleine Zwischenpunkte auf der Linie lassen sich herausziehen, um der Krümmung des Körpers zu folgen. Ein Rechtsklick auf einen Zwischenpunkt löscht ihn.

Die Länge wird beim Verschieben sofort neu berechnet und rechts unter Länge angezeigt.

Angaben ergänzen

• Geschlechtsmerkmal auswählen.
• Je nach Projekt: Masse, Genotyp und Phänotyp.
• Optional einen Kommentar.

Bauchmuster prüfen

Rechts wird das ausgeschnittene, binarisierte Bauchmuster angezeigt. Wenn es das Muster nicht gut wiedergibt, ändern Sie Modus und Schwellwert:

Abschließen

• Normiert anzeigen wechselt zwischen Original und Passbild.
• Positionen zurücksetzen setzt die Markierungen auf die Voreinstellung zurück.
• Änderungen übernehmen speichert den Fang als normalisiert.

6.4 Fänge identifizieren

Unter Arbeitsablauf / Fänge identifizieren wird jedem Fang eine Individuen-ID (IId) zugeordnet. Zum Vergleich werden nur Fänge herangezogen, die bereits eine IId haben.

1. Rechts in der Bildleiste einen Fang auswählen.
2. Links erscheinen die bekannten Fänge, sortiert nach Ähnlichkeitsgrad (höchster zuerst). Der Wert steht unter jedem Bild. Mit Mehr anzeigen werden weitere Kandidaten geladen.
3. Einen Kandidaten anklicken. Beide Fänge werden nebeneinander gezeigt, mit Bauchmuster, Merkmalen, Entfernung zwischen den Fundorten und Ähnlichkeitswerten.
4. Passt das Bauchmuster: Treffer! Es ist das Individuum #… klicken. Sonst Zurück zur Liste und den nächsten Kandidaten prüfen.
5. Ist kein passender Kandidat dabei: Nicht gefunden. Es ist ein neues Individuum, erzeuge einen neuen IId dafür!

Der Ähnlichkeitsgrad setzt sich zusammen aus Fundort, Geschlecht, Länge, Bildmerkmalen, dem Mustervergleich und – falls installiert – dem KI-Modell zur Wiedererkennung (ReID). Die Gewichtungen werden in den Projekteinstellungen festgelegt.

6.5 Doppelte Individuen suchen

Es kann vorkommen, dass ein Tier zweimal als neues Individuum angelegt wurde, z. B. weil es als Jungtier nicht wiedererkannt wurde. Arbeitsablauf / Doppelte Individuen suchen findet mithilfe des KI-Modells Paare verschiedener Individuen mit sehr ähnlichem Bauchmuster. Die Funktion steht nur zur Verfügung, wenn ein Modell installiert ist.

1. Mindestähnlichkeit und Max. Anzahl Paare einstellen, optional nur Paare, bei denen mindestens ein Individuum nur einen Fang hat.
2. Suchen klicken.
3. Für jedes Paar:
   • Bilder zeigen – zeigt alle Fänge beider Individuen unter Bilder / Fänge.
   • Zusammenführen – alle Fänge des Individuums mit der größeren IId erhalten die kleinere IId.
   • Kein Duplikat – das Paar wird künftig ausgeblendet (mit Markierung aufheben rückgängig zu machen).

Fänge ohne berechnetes Embedding werden nicht verglichen. Fehlende Embeddings berechnet man unter Verwaltung / Projekt.

7 Filter

Auf fast allen Seiten mit Karten, Listen, Bildern und Statistiken gibt es oben in der Mitte zwei Schaltflächen:

• Filter ein-/ausblenden (Symbol mit Schiebereglern und Pfeilen) – klappt die Filtereinstellungen auf und zu. Auf Kartenseiten erscheinen dort auch die Karteneinstellungen.
• Alle Filter löschen (durchgestrichener Trichter) – setzt alle Filter zurück. Die Schaltfläche ist orange, solange ein Filter aktiv ist.

Die Filter gelten für alle Seiten gemeinsam, bis sie geändert werden. Je nach Seite stehen zur Verfügung:

8 Elemente ansehen und bearbeiten

Ein Klick auf ein Bild oder eine Tabellenzeile öffnet die Detailansicht des Elements. Die Leiste oben bietet:

Im Bearbeitungsmodus lassen sich z. B. Zeit, IId (0 = neues Individuum), Masse und Kommentar ändern. Dazu ist die Berechtigung zum Ändern von Elementen nötig.

9 Karten

Die Karteneinstellungen erscheinen zusammen mit den Filtern:

• Einpassen – zoomt auf alle angezeigten Elemente.
• Eigene Karte – blendet die projekteigene Kartenebene ein, falls vorhanden.
• Orte – Nein / Ja / nur Monitoring-Orte anzeigen.
• Dyn. zoom – Marker passen sich dem Zoom an.
• Bewegungen – keine, nur die letzte oder alle Wanderungen eines Individuums als Linie.

10 Listen

Unter Listen stehen die Daten als Tabellen: Beobachtungen, Fotos, Habitatfotos, Sonstige Fotos, Lebewesen, Fänge, Individuen, das Projektprotokoll und Notizen. Die Tabellen berücksichtigen die Filter, lassen sich durch Klick auf die Spaltenüberschrift sortieren und sind seitenweise aufgeteilt; die Anzahl Zeilen pro Seite ist einstellbar. Ein Klick auf eine Zeile öffnet die Detailansicht.

• Individuen – eine Zeile je Individuum mit Angaben wie Geschlecht, Geburtsjahr und Anzahl der Fänge.
• Protokoll Projekt – Änderungen im Projekt. Ältere Einträge lädt Alle laden am Ende der Liste.
• Notizen – Notizen der Benutzer mit Zeit und Text.

11 Bilder

Unter Bilder werden die Fotos als Galerie gezeigt: Alle Fotos, Neue Fotos, Habitatfotos, Sonstige Fotos, Lebewesen, Fänge (Passbilder) und Muster (die ausgeschnittenen Bauchmuster nebeneinander). Auch hier gelten die Filter.

• Die Druckansicht (Druckersymbol) zeigt die Bilder kompakt, z. B. zum Kopieren in ein Dokument.
• Unter Muster sieht man schnell, bei welchen Fängen das Bauchmuster schlecht binarisiert ist und unter Fänge normalisieren nachbearbeitet werden sollte.

12 Statistik

Die Auswertungen unter Statistik beruhen auf den identifizierten Fängen und berücksichtigen die Filter. Viele Diagramme haben zusätzlich eine Tabelle mit den Zahlen.

13 Verwaltung

13.1 Projekt

Verwaltung / Projekt enthält die Einstellungen des aktuellen Projekts. Ansehen kann sie, wer im Projekt mindestens Zugangsstufe 500 hat; zum Ändern sind je nach Feld 600 oder 700 nötig.

Allgemein

• Besitzer, Startdatum, Anzahl der Elemente.
• Voreinstellung historische Daten (Jahre) – wie viele Jahre der Datumsfilter anfangs umfasst.
• Zugangsstufen zum Anzeigen der Elemente und der genauen Positionen.
• GPS-Daten in Originalbildern speichern.
• Ganze Datenbank exportieren – lädt die Projektdatenbank als SQLite-Datei herunter.
• Farbige Bauchmuster exportieren und Trainingsdaten für die Wiedererkennung exportieren – für die Entwicklung von Erkennungsmodellen. Dauert lange; die Seite muss geöffnet bleiben.
• Projektgebiet bearbeiten und dessen Toleranz.
• Fehlende Embeddings für die Wiedererkennung (ReID) berechnen – etwa 1 bis 3 Sekunden pro Fang; die Seite muss geöffnet bleiben. Nach einem Abbruch werden nur die fehlenden berechnet.

Biologie

• Zu monitorierende Art (wissenschaftlicher Name), Phänotypen und Genotypen (strichpunkt-getrennt).
• Ob männliche bzw. weibliche Geschlechtsmerkmale, „In Gefangenschaft gezüchtet“ und Masse erfasst werden.
• Mindestlänge Adulti, minimale und maximale Kopf-Rumpf-Länge, Ausblenden kleiner Fänge.

Normierung der Passfotos

Methode (Petrischale oder 50-mm-Küvette), Durchmesser der Petrischale bzw. Breite der Küvette, Pixelgröße und Maße des Passfotos sowie Breite und Höhe des Musterausschnitts.

Identifizierung

Gewichtungen für Ort, Geschlecht, Länge, Bildmerkmale, Pattern Matching und die KI-Wiedererkennung (ReID) sowie die Auswahl des ReID-Modells. Sie bestimmen die Reihenfolge der Kandidaten beim Identifizieren. Eine Gewichtung von 0 schaltet das jeweilige Kriterium ab.

Dokumente und Konfigurationsdateien

Hier lassen sich Dokumente hochladen, die dann unter Hilfe / Dokumente für alle im Projekt erscheinen, sowie Konfigurationsdateien des Projekts.

13.2 Orte

Orte sind die Fundstellen im Projekt, z. B. einzelne Gewässer. Jedes Element wird dem passenden Ort zugeordnet. Unter Verwaltung / Orte werden sie angelegt und bearbeitet:

• Kurzname des Ortes, Bezeichnung, Koordinaten und Radius.
• Monitoring-Intervall (Wochen) – bestimmt die Termine im Monitoring-Kalender.
• Position aus der Karte übernehmen mit Ort aus Karte übernehmen.
• Ort hinzufügen, Speichern, Abbrechen.
• Orte für alle Elemente neu berechnen – nach Änderungen an Orten die Zuordnung aller Elemente aktualisieren.
• Speichern als GPX-Datei – Orte z. B. für ein GPS-Gerät exportieren.

13.3 Taxa

Unter Verwaltung / Taxa wird der Baum der Arten und Gruppen gepflegt, die beim Klassifizieren als „Lebewesen“ ausgewählt werden können (Zugangsstufe 600).

Sammelgruppen fassen mehrere Taxa nicht-taxonomisch zusammen und können in Filtern verwendet werden. Neue Sammelgruppe: im Baum „(Collections)“ auswählen, * Neues Taxon klicken, wissenschaftlichen, englischen und deutschen Namen eintragen, ggf. Farbe wählen und speichern. Ein Taxon wird einer Sammelgruppe hinzugefügt, indem man es in der Stammgliederung auswählt und im Feld Eltern-Taxon den wissenschaftlichen Namen der Sammelgruppe mit Strichpunkt getrennt ergänzt.

13.4 Benutzer

Verwaltung / Benutzer ist für Projektverantwortliche sichtbar. In der Benutzerverwaltung wird für jeden Benutzer die Zugangsstufe im Projekt eingestellt (siehe Zugangsstufen). Unter EMail an alle registrierten Benutzer kann eine Nachricht an alle Benutzer oder nur an die Benutzer im Projekt gesendet werden.

Weitere Einträge für Administratoren sind Protokoll Anwendung und System Info.

13.5 Projektgebiet editieren

Unter Karten / Projektgebiet editieren wird die Grenze des Projektgebiets auf der Karte gezeichnet. Gebiet speichern übernimmt sie, Änderungen verwerfen stellt den letzten Stand wieder her, Gebiet löschen entfernt das Gebiet.

14 Hilfe-Menü

• Bedienungsanleitung – diese Anleitung, auch als PDF zum Herunterladen.
• Über.. – Version, Quellcode und verwendete Software.
• FAQ – häufige Fragen.
• Dokumente – Dokumente des Projekts.
• Impressum und Datenverwendung.

15 Tipps und häufige Fragen

Bauchmuster mit schwachem Kontrast

Bei jungen Tieren ist der Bauch an Stellen, die später gelb werden, oft noch weiß. Dann liefert der Modus Luminance bessere Ergebnisse als MaxChroma. Startwert für den Schwellwert ist 0,25, je nach Helligkeit des Fotos anpassen. Welche Fänge betroffen sind, sieht man am schnellsten unter Bilder / Muster, eingegrenzt z. B. mit dem Datumsfilter auf den letzten Monitoringtag.

Passbilder als kompakte Liste

Unter Bilder / Fänge Filter einstellen, Druckansicht wählen, die Bilder mit der Maus markieren, mit Strg+C kopieren und z. B. in ein Textdokument einfügen.

Beschriftung in Screenshots zu klein

Die Inhalte passen sich der Fenstergröße an, die Schrift bleibt gleich groß. In einem kleineren Browserfenster ist die Schrift im Verhältnis zum Diagramm deshalb größer.

Alle Fotos der Individuen eines Monitoringtags

Unter Karten / Fänge Datum (sowie ggf. Benutzer und Ort) eingrenzen und mit Auswahl im Individuenfilter die passenden Individuen übernehmen. Danach den Datumsfilter löschen. Unter Bilder / Fänge bzw. Listen / Fänge erscheinen dann alle Fänge dieser Individuen; Sortieren nach der Spalte IId zeigt sie je Individuum chronologisch.

Daten als CSV-Dateien

Unter Verwaltung / Projekt mit Ganze Datenbank exportieren die Datenbank herunterladen und z. B. mit dem Programm „DB Browser for SQLite“ öffnen. Dort lässt sich jede Tabelle als CSV-Datei exportieren.

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