viel-falter

viel-falter ist das Tagfalter-Monitoring für Österreich. Gestartet ist das Projekt 2013 im Förderprogramm Sparkling Science des Bundesministeriums, heute liefert es die Datengrundlage für drei parallel laufende Monitoring-Programme. webman.at entwickelt und betreibt seit 2014 die Applikation, mit der die Daten erhoben, verwaltet und ausgewertet werden.

Worum es geht #

Tagfalter reagieren schnell und messbar auf Veränderungen in der Landschaft – sie sind damit ein guter Indikator für den Zustand von Wiesen, Weiden und Almen. Um daraus einen belastbaren Trend abzuleiten, reicht es aber nicht, Beobachtungen einzusammeln: es braucht ein festes Stichprobendesign.

viel-falter arbeitet deshalb mit fix vermessenen Erhebungsflächen. Auf einem 50-Meter-Abschnitt wird pro Saison viermal gezählt, immer nach dem gleichen Protokoll. Jede Fläche gehört zu einem Stratum – alm, ext (extensives Grünland), int (intensives Grünland) oder ffh (Flächen nach der FFH-Richtlinie) – und zu einem von drei Programmen:

Viel-Falter Monitoring Tirol
Viel-Falter Monitoring Vorarlberg
Schmetterlings-Monitoring Österreich

Übersichtskarte mit allen Erhebungsflächen — Die Übersichtskarte: aus dem Tiroler Pilotprojekt ist ein österreichweites Netz an Erhebungsflächen geworden – Südtirol inklusive

Die Applikation #

Die Web-App deckt den kompletten Weg vom Feldprotokoll bis zur veröffentlichungsfähigen Auswertung ab:

Erhebungsflächen anlegen, auf der Karte verorten, Datenblatt und Vegetationsblatt pflegen
Erhebungen erfassen – inklusive Datum, Start- und Endzeit, Bewölkung in Achteln, Windgeschwindigkeit nach Beaufort, mittlerer Vegetationshöhe, Temperatur in Vegetationshöhe und auf 2 m, relativer Luftfeuchte, Fotos und Notizen
Nachterhebungen für die Nachtfalter, mit eigener Artliste
Artliste mit derzeit 225 Tagfalterarten, deutsch und lateinisch, versioniert mit Änderungsprotokoll
Statistiken je Erhebungsfläche, je Art und je Erheber*in
CSV-Export für die weitere Auswertung in R
Rollen und Rechte für Freiwillige, Erheber*innen, Expert*innen und Profis – wer auf Artniveau erfassen darf und wer alle Daten sehen darf, hängt an einzelnen Capabilities, nicht an einer starren Hierarchie

Die Applikation läuft unter https://app.viel-falter.at/ und ist nach dem Login erreichbar.

Zwei Erhebungsmethoden #

Der Trick am Projekt ist, dass beides gleichzeitig funktionieren muss: die wissenschaftlich exakte Erhebung und das Mitforschen ohne Vorkenntnisse.

Mit Bildern. Freiwillige ordnen die beobachteten Falter anhand einer Bildtafel Artengruppen zu – Augenfalter, Weißlinge, Bläulinge und Feuerfalter und so weiter. Vorkenntnisse braucht es dafür keine.

Auf Artniveau. Geschulte Erheber*innen bestimmen bis zur Art und tragen direkt aus der Artliste ein, in zwei getrennten Spalten: Transekt (5 min) für den abgeschrittenen Abschnitt und Zeiterfassung (25 min) für die anschließende freie Suche auf der Fläche. Die Summe der beiden ist der Wert, der später in die Auswertung geht.

Beide Methoden füllen dasselbe Datenblatt. Das Blütenangebot wird pro Farbe – weiß, gelb, orange, rosa, rot, blau, violett – in vier Klassen angekreuzt (0, 1–5, 6–20, mehr als 20 Blüten), weil es erklärt, warum an einem Tag viel oder wenig fliegt; für andere Insekten, die keine Schmetterlinge sind, gibt es eine eigene Klassenzeile.

Datenblatt einer Erhebung — Das Datenblatt für einen 50-Meter-Abschnitt: Wetter, Blütenangebot, andere Insekten – und darunter die Artliste mit Transekt- und Zeiterfassungs-Spalte

Weil jede Art einer Gruppe zugeordnet ist, lassen sich die beiden Methoden gegeneinander stellen: die Statistik einer Erhebungsfläche rollt die Artbeobachtungen auf genau die Gruppen hoch, mit denen die Freiwilligen arbeiten.

Nur die Artniveau-Erhebungen gehen in die Bestandsindizes ein – eine Gruppenzählung hat für eine einzelne Art keine Aussagekraft.

Bestandsentwicklung je Art #

Die interessanteste Seite der App ist die Art-Statistik: für jede Art eine Kurve pro Programm, ab dem ersten Jahr, in dem das jeweilige Programm Flächen erhoben hat – Tirol seit 2018, Vorarlberg seit 2020, Österreich seit 2023. Zum Beispiel für das Große Ochsenauge (Maniola jurtina), einen der häufigsten Wiesenfalter:

Bestandsentwicklung Maniola jurtina — Bestandsentwicklung des Großen Ochsenauges, je Monitoring-Programm eine Kurve

In Tirol steigt der Index von 3,95 im Jahr 2018 auf 9,04 im Jahr 2023 und fällt bis 2025 wieder auf 4,29. Die Zahl ist keine Individuenzahl, sondern ein Index.

Von der Einzelbeobachtung zur Kurve ist es weiter, als es aussieht. Dahinter steckt eine mehrstufige MongoDB-Aggregation:

je Begehung die Individuenzahl der gesuchten Art summieren
je Fläche und Jahr aufsummieren – Flächen mit weniger als vier Begehungen werden auf den Vier-Begehungs-Standard hochskaliert, sonst wäre eine Fläche mit drei Terminen künstlich schlechter
je Stratum und Jahr über alle Flächen mitteln
das Ergebnis mit dem Flächenanteil des Stratums gewichten. In Tirol etwa alm mit 0,5197, ext mit 0,2095, int mit 0,1725 und ffh mit 0,0982; österreichweit kommt noch die Klimaregion als Gewichtungsachse dazu.

Das Ergebnis ist ein gewichtetes Mittel, das die Zusammensetzung der Landschaft abbildet und nicht die Zusammensetzung der Stichprobe. Die Implementierung ist gegen das R-Skript der Projektstatistikerin kalibriert – Zahl für Zahl, bis der Wert für Tirol auf die zweite Nachkommastelle exakt übereinstimmte. Genau in diesem Abgleich sind die interessanten Details aufgetaucht: Erhebungen der parallelen Citizen-Science-Schiene liegen auf eigenen Flächen und dürfen nicht in den offiziellen Index; korrupte Datumswerte aus dem Altbestand mussten raus; und Transekt- und Zeiterfassungs-Spalte werden addiert, nicht gegeneinander bevorzugt – was naheliegend klingt, aber im Code zuerst anders stand.

Das Bestimmungs-Spiel #

Zum Projekt gehört ein Arten-Erkennungsspiel: Foto anschauen, aus fünf Namen den richtigen wählen. Neun Spielvarianten stehen zur Wahl – drei Einstiegslevel, fünf nach Familien sortierte (Weißlinge und Gelblinge, Bläulinge und Feuerfalter, Augenfalter, Edel- und Ritterfalter, Perlmutter- und Scheckenfalter) und das Expertenlevel über alle Arten. Das ist der einfachste Einstieg ins Thema.

Bestimmungs-Spiel: Welcher Falter ist das? — Das Bestimmungs-Spiel im Expertenlevel – fünf Vorschläge, ein Falter

Probieren Sie es aus.

Technik #

Die erste Version von 2014 war eine WordPress-Installation für Inhalte und Benutzerverwaltung, dazu eine Leaflet-Karte, ein Node/Express-Backend und MongoDB als Datenspeicher.

Seit Herbst 2023 ist die Applikation neu gebaut:

API in Go mit Gin, MongoDB als Datenbank, Sessions im Session-Store der Datenbank, Rate-Limiting auf den Authentifizierungs-Endpunkten
Frontend als Multi-Page-App mit Vite, Alpine.js, Bootstrap, Leaflet beziehungsweise MapLibre für die Karten und Chart.js für die Diagramme
Spiel weiterhin als Vue-SPA
Build und Deployment über GitLab CI mit Buildah in eine private Registry, Rollout mit Docker Compose

WordPress ist damit aus dem Betrieb verschwunden – die Passwort-Hashes wurden aber übernommen, damit sich niemand ein neues Passwort setzen musste.

Ein Nebenprodukt der Datenbasis hat es sogar ins Buch geschafft: die viel-falter-Daten dienen in Coding mit KI als Beispiel für Retrieval Augmented Generation und Text-to-SQL.