Van verrekijker naar gevisualiseerde big data

Ecoloog Willem Bouten van de Universiteit van Amsterdam (UvA) onderzoekt het gedrag van vogels in relatie tot de atmosferische dynamica: wat gebeurt er allemaal in de lucht? De verrekijker is daarbij ingeruild voor big data en kleine computers die vogels over de hele wereld met zich meedragen. De traditionele ecologie ontwikkelt zich tot e-Ecology. Mede dankzij SURF.

“Ecologie is een zeer beschrijvende wetenschap. Je bestudeert vogels met een verrekijker en je formuleert hypotheses op basis van wat je ziet. Nadeel is dat je zo maar een heel klein stukje ziet van het leven van de vogel.” De techniek die werd ontwikkeld voor mobiele telefoons creëerde nieuwe mogelijkheden. Op basis van deze techniek ontwierp de groep van Bouten UvA-BiTS (Bird Tracking System). Daarbij worden kleine computers - GPS-trackers - op vogels geplaatst. Deze GPS-trackers zijn voorzien van lichtgewicht zonnepanelen, een batterijtje, een gps-systeem, bewegingssensoren en een radio zend- en ontvangststation.

"Visualisaties maken data aantrekkelijk en begrijpelijk en leveren nieuwe inspiratie voor verder onderzoek"
Willem Bouten

Vogels gedragen zich verschillend

Met UvA-BiTS kunnen onderzoekers een vogel 24/7 volgen. “Dat leerde ons onder meer dat het gedrag van individuele vogels binnen een soort niet homogeen is maar behoorlijk verschillend. Daarmee ga je heel anders naar populaties kijken.” Alle data van UvA-BiTS worden verzameld met behulp van verschillende basisstations die over de hele wereld staan. Via het internet krijgt Bouten toegang tot die basisstations, de verschillende data en alle vogels.

Animaties van vliegroutes

Om alle data te kunnen opslaan, analyseren, bewerken en ontsluiten, ontwierp Boutens groep samen met SURF een gebruikersvriendelijke infrastructuur: het Virtual Lab. Ook toegankelijk voor niet-technici en bovendien een aantrekkelijk alternatief voor de romantiek van het veldonderzoek met de verrekijker. “Vogels zijn prachtig om naar te kijken maar data niet. Behalve wanneer je data visualiseert en bijvoorbeeld animaties maakt van vliegroutes. Visualisaties maken data aantrekkelijk en begrijpelijk en leveren nieuwe inspiratie voor verder onderzoek.”

Vliegroutes van vogels boven Noord-Holland, aangegeven met gekleurde strepen

Meevliegen met een vogel

Het Virtual Lab biedt onder meer data van ruim 2000 vogels van verschillende soorten en een flight simulator waarmee je met een vogel kunt meevliegen. Ook worden de vogeldata in het Virtual Lab gematcht met gegevens over het weer en het landschap. Een goede infrastructuur voor dit type onderzoek is belangrijk omdat de groep van Bouten werkt met lange tijdseries van grote hoeveelheden gegevens. Het Virtual Lab wordt ook gebruikt door andere onderzoekers vanuit de hele wereld en is tevens beschikbaar voor gezamenlijk onderzoek. “We bevorderen en ontwikkelen het Virtual Lab voortdurend op basis van de onderzoekbehoeften van een inmiddels zeer diverse gemeenschap.”

Partners in crime

Het doel van al het onderzoek van de groep van Bouten is niet eenduidig maar verschilt per project. Inmiddels zijn dat er zo’n tachtig. “We doen zowel toegepast onderzoek als puur fundamenteel onderzoek. Maar de basis is altijd een grondige aanpak en wetenschappelijke kwaliteit.” Bouten werkt al ruim 10 jaar samen met SURF en is daar zeer over te spreken. “We zijn echte partners in crime. SURF heeft specifieke kennis en is in staat onze wensen en ideeën te vertalen in technische en visuele oplossingen. En het zijn bovendien prima mensen. Dat is ook belangrijk.”

Voortdurende puzzel

Een van die mensen is Ander Astudillo, de vaste contactpersoon van Bouten bij SURF. Ook hij roemt de samenwerking. “Er is veel vertrouwen in elkaar. En dat heb je nodig om een dergelijke grote en complexe database te bouwen, te onderhouden en door te ontwikkelen. De onderzoekers zijn daarbij altijd leidend. Wij moeten vooral zorgen dat alles werkbaar is en tegelijkertijd beheersbaar blijft. Met die enorme hoeveelheden verschillende data is dat een voortdurende puzzel. Je moet een omgeving creëren die flexibel is en waar je data zowel apart kunt benaderen als bij elkaar kunt brengen. En dan moet je tevens zorgen voor een makkelijke ontsluiting en een aantrekkelijke visualisatie. Het is prachtig werk waarbij we alle ruimte krijgen om te blijven doorontwikkelen.”

Weer- en vogelradars

Een van de onderzoeken die momenteel worden uitgevoerd, richt zich op de ruis die vogels veroorzaken in de radarsystemen van het KNMI. “We hebben samen met het KNMI een algoritme ontwikkeld dat vogels in de radar herkent en verschillende data kan scheiden. Zo krijgt het KNMI weer zuivere weerdata en krijgen wij unieke data over hele grote groepen vogels. We maken momenteel gebruik van twee radars in Nederland en 120 elders in Europa.” Inmiddels is Bouten ook al bezig met de volgende stappen. “Samen met SURF kijken we hoe we de radars in het Virtual Lab kunnen opnemen. Daarnaast gaan we onderzoek doen met behulp van kleine specifieke vogelradars. Er zijn er momenteel vier in Nederland maar dat worden er op termijn dertien. En na Nederland volgen er hopelijk nog veel meer in Europa en in de rest van de wereld. Daarmee kunnen we in de toekomst grote groepen vogels 24/7 gaan volgen.”

Vernieuwing vakgebied

De combinatie van individuele data en data van de radar maakt de onderzoeksgroep van Bouten onderscheidend en befaamd. Bouten laat dergelijke lof liever aan anderen over en benadrukt vooral het ‘wij-gevoel’. Zowel voor zijn onderzoeksgroep als voor de samenwerking met SURF. “Ik geniet vooral van de vernieuwing van het vakgebied. De techniek maakt heel veel mogelijk. Ook voor de ecologie. Kijk maar wat er nu gebeurt in de geneeskunde. Hele kleine draagbare sensoren die de bloeddruk en hartslag bij mensen monitoren. Die techniek kunnen wij in de toekomst hopelijk ook gaan gebruiken voor UvA-BiTS. Dat maakt de data nog rijker.”

Tekst: Johan Vlasblom

Dit artikel verscheen in SURF Magazine 2019-01