Российские и испанские учёные создали модель свёрточной нейронной сети для обнаружения сибирской пихты (Abies sibirica), повреждённой короедом Polygraphus proximus Blandford, на изображениях с беспилотного летательного аппарата. Результаты исследования опубликованы в журнале Remote Sensing.

Инвазия короеда вызывает катастрофическое повреждение пихтовых лесов в России, особенно в Дальневосточном регионе и в Средней Сибири. Определение степени повреждения дерева на основе формы, текстуры и цвета кроны дерева на изображениях, полученных с помощью беспилотного летательного аппарата (БПЛА), является принципиально новым подходом в оценке состояния леса. Однако эта задача является сложной, поскольку пихта часто произрастает в смешанном лесу высокой плотности, где кроны деревьев перекрываются в пологе, и, следовательно, различать отдельные кроны по снимкам трудно даже для человеческого глаза.

В этой работе, основанной на последних достижениях искусственного интеллекта, авторы предлагают двухэтапное решение. Вначале на изображениях, полученных при помощи БПЛА, проводят автоматизированное обнаружение областей, которые с большей вероятностью содержат крону дерева. Затем с помощью разработанной исследователями свёрточной нейронной сети (Convolutional Neural Network) определяют стадию повреждения пихты в каждой выделенной на первом этапе области.

Эксперименты показывают, что предлагаемый подход даёт надёжные результаты распознавания этой проблемы на изображениях лесных массивов, полученных с помощью БПЛА в государственном заповеднике Столбы (Красноярск, Россия).

«Вначале мы подготовили набор данных, состоящих из патчей (картинки, где каждая включала одну категорию дерева), который был искусственно увеличен при помощи различных существующих технологий для обучения будущей модели. Применяя глубокое машинное обучение, а именно, свёрточные нейронные сети, нам удалось создать модель, способную распознавать четыре категории пихтовых деревьев, различающихся степенью повреждения короедом (по данным с БПЛА). Стоит отметить, что разработанная архитектура отлична от архитектур, известных и широко используемых в задачах обработки изображений с использованием свёрточных нейронных сетей, таких как DenseNet, ResNet, Inseption и др. Разработанная для решения конкретной задачи модель способна классифицировать деревья на снимках с более высокой точностью, чем упомянутые ранее широкопрофильные модели. На этапе тестирования пробных областей был создан алгоритм, позволяющий автоматически детектировать кроны деревьев на изображениях для дальнейшей классификации их обученной моделью», — сообщила первый автор научной статьи Анастасия Сафонова, аспирант кафедры систем искусственного интеллекта ИКИТ СФУ, PhD студент университета Гранады (Испания) по программе в области информационных и коммуникационных технологий «Интеллектуальный анализ данных».

«Машинное зрение и искусственный интеллект уже прочно вошли в нашу жизнь и успешно используются в различных отраслях. Нейронные сети хорошо работают в обработке больших объёмов потоковых данных: видеонаблюдение, речевая и текстовая информация. Мы решили испробовать метод глубокого обучения (от англ. термина Deep Learning) на свёрточной нейросети в задаче для лесной отрасли, в частности, в распознавании степени поражения пихтовых деревьев уссурийским полиграфом (Polygraphus proximus Blandford), ситуация с которым в Сибири приобрела стихийный характер. Сейчас мы находимся на экспериментальной стадии разработки этой нейросети, и полученный результат нужно значительно улучшать до уровня практического внедрения, но вывод получился однозначный — искусственный интеллект может применяться в мониторинге состояния лесных территорий», — добавил Алексей Рубцов, соавтор статьи, доцент базовой кафедры геоинформационных систем ИКИТ СФУ.

Пресс-служба СФУ

Источники

Ученые СФУ с помощью беспилотника поставят диагноз сибирской пихте
Научно-инновационный портал СФУ (research.sfu-kras.ru), 05/04/2019
Ученые СФУ с помощью беспилотника поставят диагноз сибирской пихте
Сибирский федеральный университет (sfu-kras.ru), 05/04/2019
Ученые СФУ задействуют беспилотники для оценки поврежденной короедом пихты
Комсомольск-на-Амуре новости (nkna.ru), 05/04/2019
Ученые СФУ задействуют беспилотники для оценки поврежденной короедом пихты
The world news (theworldnews.net), 05/04/2019
Ученые СФУ задействуют беспилотники для оценки поврежденной короедом пихты
ИА Regnum, 05/04/2019
Ученые СФУ с помощью беспилотника поставят диагноз сибирской пихте
Новостинауки.рф, 05/04/2019
Ученые СФУ с помощью беспилотника поставят диагноз сибирской пихте
UTime News (utimenews.org), 06/04/2019
Ученые СФУ задействуют беспилотники для оценки поврежденной короедом пихты
Sovzond.ru, 05/04/2019
Ученые СФУ задействуют беспилотники и нейронные сети для оценки поврежденной короедом пихты
ГИС Ассоциация (gisa.ru), 09/04/2019

Похожие новости

  • 21/01/2019

    Ученые исследовали биологическую активность углеродных наноструктур

    ​​Ученые Института биофизики Сибирского отделения Российской академии наук и Сибирского федерального университета исследовали биологическую активность углеродных наноструктур искусственного и естественного происхождения.
    1284
  • 31/10/2018

    Биотехнологи представили СФУ на Международном симпозиуме в Китае

    Делегация учёных Института фундаментальной биологии и биотехнологии СФУ презентовала новые технологии синтеза разрушаемых биополимеров, а также необычные инновационные типы полимеров, создающиеся на новых субстратах, в рамках XVI Международного симпозиума по биополимерам (ISBP-2018), прошедшего в Пекине (Китай).
    440
  • 01/11/2017

    СФУ и Университет Барселоны запустили учебную программу по экомониторингу

    ​Институт экологии и географии Сибирского федерального университета (ИЭиГ СФУ) запустил новую магистерскую программу по подготовке специалистов в области экологии и природопользования "Экологический мониторинг" с двуязычным русско-английским учебным модулем, разработанным совместно с преподавателями Университета Барселоны, сообщили РИА Новости в пресс-службе СФУ.
    1185
  • 15/08/2017

    К чему ведет редактирование генома

    ​Недавно в журнале Nature была опубликована статья, рассказывающая об успешном исправлении мутации в ДНК человеческого зародыша при помощи геномного редактора CRISPR/Cas9. Возможность устранения ошибок в геноме ведет к абсолютно новой ситуации, которая разворачивается на наших глазах.
    1265
  • 23/08/2019

    Ученые разрабатывают светящиеся белки для поиска раковых клеток в организме

    ​Международная группа исследователей, в которую вошли представители Сибирского федерального университета (СФУ, Красноярск), разрабатывает специальные белки, способные в составе медицинских препаратов определять в организме раковые клетки и сигнализировать о них свечением под лучами ультрафиолетовой лампы или лазера.
    667
  • 29/01/2019

    Выявлены ассоциации генов, связанных с адаптацией ладанной сосны к окружающей среде

    Биологи Сибирского федерального университета (СФУ) вместе с коллегами из США, Канады и Германии изучили генетическую основу устойчивости ладанной сосны к засухе. &13; Ладанная сосна - один из наиболее экономически значимых видов хвойных, ее древесину используют в разных областях промышленности.
    468
  • 22/03/2017

    Алтайский государственный университет – участник Сибирской сети по изучению изменений окружающей среды

    В начале 2017 года Алтайский государственный университет подписал Соглашение о создании консорциума – Сибирской сети по изучению изменений окружающей среды (SecNET), среди участников которого – 10 ведущих научных и образовательных центров Сибири: Национальный исследовательский Томский государственный университет, Югорский государственный университет, Институт водных и экологических систем СО РАН, Институт биологических систем криолитозоны СО РАН (Якутск), Северо-Восточный федеральный университета им.
    1762
  • 04/06/2019

    Наталья Аксютина: наша разработка поможет снизить риск возникновения инсультов

    ​Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) являются ведущей причиной смертности во многих странах мира. По данным Всемирной организации здравоохранения от заболеваний сердечно-сосудистой системы ежегодно во всем мире умирает более 17 млн человек.
    421
  • 13/10/2017

    Дендропарк с растениями Сибири и Америки создадут в Красноярске

    Дендропарк с растениями Сибири, Дальнего Востока, Северной Америки создадут в Красноярске к 2019 году. Об этом в четверг сообщили в пресс- службе мэрии города."[Дендропарк] займет около гектара земли, а его особенностью станет отсутствие газонов: вместо привычной зеленой травы придет почвопокровная, которая буквально укрывает территорию парка, подавляя сорняки.
    778
  • 16/09/2019

    Ученые расшифровали геном сибирских опят

    ​Ученые Сибирского федерального университета первыми в мире прочли и изучили митохондриальные геномы четырех видов опят, распространенных в сибирских бореальных лесах, и ядерный геном одного из них. Сравнительный анализ геномов поможет понять их эволюцию и функционирование, а в перспективе с помощью генной инженерии и геномного редактирования снизить "вредность" грибов.
    361