Grok vs ChatGPT vs Claude
Генерация видео от Google
Шуруповёрт из Cyberpunk 2077
Роботы Figure на кухне
Nothing Phone 3a

Отличает клен от клевера и понимает, как фермеру уберечь свой урожай

Ученые совместно с Yandex Cloud разработали систему на базе искусственного интеллекта, которая отслеживает распространение растений. Рассказываем, как работает технология и зачем она нужна в науке и сельском хозяйстве. Кстати, вы тоже можете поучаствовать.

Алексей Ваганов
Научный сотрудник ботанического сада АлтГУ

От объема растений — продовольственных, лекарственных, кормовых — зависит ассортимент аптек и магазинов, а также цены на товары. А фермерам хотелось бы, чтобы урожай не уничтожили сорняки. Мы в АлтГУ разработали лабораторию, в которой можно строить прогнозы по распространению растений на любой территории. Рассказываю, с чего всё начиналось, чего мы достигли и что будем развивать дальше.

Как и зачем биологи начали классифицировать данные

В биологических коллекциях ученых и натуралистов-любителей можно найти и материалы 500-летней давности. Накоплением данных занимались давно, но только в последние десятилетия их начали обрабатывать. Тогда информация из таблиц, записей и личных компьютеров стала переходить в онлайн.

Чтобы собрать все материалы в одном месте, в 1999 году по заказу ОЭСР была создана Глобальная информационная система по биоразнообразию (Global Biodiversity Information Facility, GBIF). Сейчас в ней более 2 млрд записей.

Помимо коллекций ученых, один из источников данных для GBIF — платформа iNaturalist, на которую натуралисты и ученые загружают фотографии растений и животных с геопривязкой. Любитель может добавить фото и предположить, что это за вид, далее соответствие оценивается с помощью компьютерного зрения, а в конце определение проверяет ученый-биолог. Сегодня на платформе GBIF собрано более 72 тысяч баз данных.

Отличает клен от клевера и понимает, как фермеру уберечь свой урожай

Ученые используют эти данные в исследованиях и научных работах, чтобы изучать определенный вид, оценивать его популяцию и угрозу исчезновения, строить эволюционные теории.

Зачем все эти данные кому-то, кто не биолог

Прогнозы по поведению растений и животных нужны и государственным службам, и фермерам, и любителям природы.

Системе здравоохранения важно понимать, как распространяются инфекционные и вирусные организмы, а фитосанитарному контролю — как ведут себя инвазионные виды, такие как борщевик и колорадский жук. Для продовольственного планирования необходима оценка биоресурсов: сколько урожая будет в этом году.

В перспективе возможно введение лицензий на сбор растений на определенной территории — по аналогии с разрешением на охоту. Это особенно актуально для компаний, которые изготавливают фитосборы и собирают дикорастущие, в том числе лекарственные, растения.

Еще прогнозная модель поможет пожарному надзору. Чтобы оценить, как будет распространяться огонь и какие виды пострадают, важно знать, какая растительность в очаговом районе и на территориях вокруг.

Фермеры могут использовать систему для борьбы с агрессивными видами растений. Аллергикам стоит смотреть за распространением аллергена при планировании отпуска и выборе места для жизни. Любители отдыха на природе могут строить маршруты, опираясь на прогнозы о том, где они встретят то или иное растение.

Наша разработка: от коллекций на полках до виртуальной лаборатории

Мы собирали коллекцию алтайских растений — «Гербарий ALTB» — последние 30 лет. По величине она занимает четвертое место среди российских вузов.

К GBIF университет присоединился в 2017 году и с тех пор внес в систему 50 571 запись и соответствующее ей изображение гербарного листа. И это пока чуть более 10% всей коллекции АлтГУ.

Карта мира на сайте GBIF. Зеленое — меньше всего данных, красное — больше всего
Карта мира на сайте GBIF. Зеленое — меньше всего данных, красное — больше всего

Горная система Алтая и Саян входит в 200 ключевых экорегионов мира. На площади, составляющей всего 10% территории, сосредоточено 90% биоразнообразия планеты. При этом сейчас на карте GBIF Россия бледнее многих других регионов: это значит, что у нас пока цифровизовано очень мало данных. Надеюсь, что полный перенос коллекций вуза в цифровое облако GBIF изменит карту и Алтай еще сильнее загорится красной точкой.

Карта GBIF на основе данных виртуального гербария АлтГУ
Карта GBIF на основе данных виртуального гербария АлтГУ

В этому году в АлтГУ начался первый большой проект с применением методов информатики биоразнообразия — по фиторазнообразию Алтайской горной страны. Мы автоматизировали инвентаризацию конспектов растений и повысили точность карт для современных ареалов. Наша оцифрованная коллекция стала самой большой в мире по этой территории.

И наконец, на основе больших данных мы начали работать над системой, которая позволяет предсказывать распространение растений на определенной территории.

Как система выглядит сейчас

В виртуальной лаборатории можно отслеживать распространение растений на любой территории. Для анализа достаточно загрузить датасет — свой или из GBIF.

Пока система рассчитана на научных сотрудников. Например, им нужно выявить реальный и потенциальный ареал обитания ценного алтайского растения красный корень. Для этого они загружают уже имеющиеся данные о местонахождении этого вида.

Отличает клен от клевера и понимает, как фермеру уберечь свой урожай

Далее откроется карта с точками, где обитает этот вид в природе. Пользователи выбирают территорию, которую хотят исследовать, и система моделирует по ней потенциальный ареал обитания.

Отличает клен от клевера и понимает, как фермеру уберечь свой урожай

Ученые сами выбирают прогнозную модель и метод генерации фоновых точек.

Отличает клен от клевера и понимает, как фермеру уберечь свой урожай

При прогнозе модель учитывает накопленные данные по разным территориям: самая высокая и самая низкая температура, влажность, осадки, тип почвы. Коллекции данных, на которых обучалась система, тоже можно выбрать.

Результат появляется в виде тепловой карты:

Отличает клен от клевера и понимает, как фермеру уберечь свой урожай

Каждый пиксель соотносится с неким значением от 0 до 1 — это вероятность произрастания данного вида на территории. Например, 0,3 — 30% — маловероятно, а 1 — 100% — вероятность встречи с видом крайне высока.

Отличает клен от клевера и понимает, как фермеру уберечь свой урожай

На такой инфографике можно рассмотреть, в каких регионах встречается растение и по каким точкам это моделировалось.

Для работы с данными мы используем облачную платформу Yandex Cloud. В частности, храним там датасеты для обучения алгоритма. Для визуализации аналитики пока пользуемся бесплатными системами — возможно, заменим их на Yandex DataLens.

В Австралии существовал похожий проект по прогнозированию биоразнообразия и климата — BCCVL (Biodiversity and Climate Change Virtual Lab). Теперь на его основе появится другая платформа для экологического моделирования — EcoCommons. Отличие нашей системы в том, что, помимо визуализации на карте, она может оценить, какую территорию занимает вид. То есть 90%-ная встречаемость — это сколько в квадратных километрах.

Отличает клен от клевера и понимает, как фермеру уберечь свой урожай

Как система будет работать в будущем

Мы упростим сервис так, чтобы им мог пользоваться кто угодно. Например, точки присутствия вида будут загружаться из GBIF — фермеру или путешественнику не придется самостоятельно искать и загружать датасеты.

Пользователю нужно будет ввести название растения — узнать его можно через iNaturalist. Возможно, в дальнейшем мы добавим идентификацию по фотографии в свою систему. Далее пользователь выберет территорию, по которой ему нужен прогноз. Например, можно задать определенный радиус от своего местоположения или указать любой другой регион.

Такие функции появятся в приложении для любителей, которое мы планируем разработать через полтора года. А в браузерной версии будут расширенные возможности для профессионалов.

Зачем ученым помощь любителей

Как объект изучения для биолога ценен любой материал — даже тот, которому 500 лет. Но вот для биомоделирования нужно понимать актуальную картину, поэтому ученых интересуют образцы флоры и фауны с точными координатами, собранные за последние 30−50 лет. Их гораздо меньше, и почти все они были оцифрованы в первые годы. Поэтому в начале 2010-х стало поступать меньше данных из виртуальных коллекций. Новый всплеск начался с появлением платформы iNaturalist, когда данными смогли делиться даже любители. Чтобы этот процесс продолжался и жители России активно пополняли такие базы данных, необходимо их вовлекать и обучать.

В 2020 году я разработал онлайн-курс по методам сбора и обработки биологических данных. На него могут прийти как биологи, так и просто все неравнодушные. А посмотреть, как устроена настоящая лаборатория и как ученые собирают данные в поле, можно в режиме VR в нашем видео на YouTube.

Подписывайтесь на блог Yandex Cloud, чтобы узнавать еще больше новостей и историй об IT и бизнесе.

Другие истории наших партнеров и клиентов, которые активно читают наши подписчики:

2626
реклама
разместить
6 комментариев

в общем это все не для обычных людей

2

Сейчас система, правда, больше для научных сотрудников. Но команда сейчас много работает, чтобы ее упростить и сделать доступной для каждого, кто хочет обнаружить лютик на своем огороде

4

3 года назад была в Украине, недалекоот Мариуполя. Там местный агрохолдинг обрабатывал земли. Дроны для полива, тракторы на дстанционном управлении, подход просто обалденный. Так что технологии и агрохолдинг стали очень близки друг к другу

2

А что там теперь?

Глобальная информационная система по биоразнообразию (Global Biodiversity Information Facility, GBIF)Ого, удобненько. Можно посмотреть, что там растет у врага и ударить по самым слабым местам сельского хозяйства. Да и биотеррористам будет интересно ознакомиться.

Сдавал букет из 101 розы в аренду на 14 февраля и вот что заработал…
Сфотографировал, чтобы посоветоваться с мамой. Она лучше понимает, норм или не норм цветок. Для меня любая роза красивая.
8484
3636
1818
33
11
Не пережили бы живые розы столько переездов и фотосессий , ну
реклама
разместить
ЕС утвердил 16 пакет санкций против России — под них попали 13 банков и восемь СМИ

А также поставки PlayStation и Xbox в страну.

Фото «РИА Новости» 
3939
3333
1111
44
11
11
Когда на Санлайт наложат санкции?
Бинариум – ваш путь к финансовой свободе с бинарными опционами в 2025 году
Бинариум – ваш путь к финансовой свободе с бинарными опционами в 2025 году
День 1097: Путин поручил предусмотреть преимущества для российского бизнеса на случай возвращения иностранного

Собираем новости, события и мнения о рынках, банках и реакциях компаний.

Владимир Путин. Источник фото: «Ведомости»
3232
1919
33
Трамп, приди! Порядок наведи! Бренды западные верни! Мастеркард и визу подключи! В подъездах, как Обама, не сри! Прямые рейсы в Ньй-Йорк верни!
Apple инвестирует $500 млрд в производство в США и создаст 20 тысяч рабочих мест в течение следующих четырёх лет

До этого Трамп пригрозил ввести 10%-е пошлины на импорт из Китая, где компания производит большинство своих продуктов.

Глава Apple Тим Кук на инаугурации Дональда Трампа. Фото Bloomberg
1010
11
11
11
На моем производстве сотрудников чипируют, держат в холоде, ну и доят, конечно

У меня было 4 машины, двухкомнатная квартира и дом в центре города. Я был не последним человеком на заводе и привык не смотреть на цены в магазинах.

В остальном стараемся действовать традиционно. Это я с ивой — в будущем хочу давать её козам как средство от гельминтов
6464
66
11
11
Очень неоднозначное ощущение оставил матерал. Во1, я всё таки рекомендую воспользоваться господдержкой, если это возможно. Она для этого и придумана. Люди не будут против. Не пользоваться льготой, когда она очень сильно нужна - не благородство, а... Вобщем, берите поддержку и не выносите себе мозг. 2. Кажется, вы не в нуле только потому, что продали имущество. Начинайте прямо сейчас считать доходы и расходы, а то пойдете по миру. Это сначала кажется страшно, а потом окажется полезным. Я готова совершенно безвозмездно проконсультировать вас или жену как это сделать, если всё таки решитесь.
Погода в Египте в конце февраля: комфортный климат на побережье Средиземного моря

Переезд в Египет стал для меня настоящим шагом в неизвестность. Я родом из России и переехала сюда, чтобы работать на строительстве атомной электростанции Эль-Дабаа, которая находится на побережье Средиземного моря. Женщин нечасто приглашают на строительство такой крупной инфраструктурной объекта, но мне удалось устроиться в команду инженеров. В пе…

Apple отключила российским разработчикам доступ к платформе Apple Developer Enterprise Program — на ней создавали iOS-приложения для корпоративного использования без публикации в App Store

Причины Apple не назвала.

Источник фото: AppleInsider
1313
77
66
55
22
Apple в очередной раз подтвердил - iPhone это для тех кто любит боль
[]