Учёные и айтишники создают ПО для космического мониторинга полей

Биологи Томского государственного университета совместно с провайдером IТ-услуг и разработчиком инновационных программных продуктов и сервисов – компанией «Синкретис» (Санкт-Петербург / Томск) создают программное обеспечение для автоматической оценки состояния почв и посевов на сельскохозяйственных полях. Новый IT-продукт в режиме реального времени будет анализировать космоснимки земной поверхности, что позволит своевременно выявлять аграрные риски и оперативно реагировать на них. Это снизит потери урожая и повысит рентабельность отечественного сельского хозяйства. Проект реализуется при поддержке федеральной программы «Приоритет 2030».

– Анализ состояния почв и растительных покровов, когда речь идет не о малых хозяйствах, а больших сельхозугодьях площадью в десятки и сотни тысяч гектаров, очень затруднителен. Он требует больших временных и финансовых затрат, – говорит заведующий кафедрой почвоведения и экологии почв Биологического института ТГУ Олег Мерзляков. – Выращивание сельхозкультур – область, напрямую зависящая от погодных условий. В Сибири и на Дальнем Востоке из-за особенностей климата земледелие связано с большим количеством рисков, которые чреваты финансовыми потерями. В условиях меняющегося климата эти риски многократно возрастают.

Уменьшить их количество и повысить объёмы урожая учёные ТГУ намерены с помощью современных технологий искусственного интеллекта, который будет анализировать космоснимки, оценивать показатели почвы и состояние посевов, своевременно выявлять риски. Это, в свою очередь, даст агрономам возможность оперативно принимать взвешенные решения относительно того, какие действия необходимо предпринять на поле.

Чтобы обеспечить агроному широкий спектр агрономических данных, биологи, метеорологи и физики составляют библиотеку данных. Она содержит показатели анализа почв, которые соотносятся с теми или иными визуальными характеристиками почв и посевов. Образцы отбираются учёными БИ ТГУ в разных природно-климатических зонах.

– Почвы обладают разной отражающей способностью, которая зависит от содержания гумуса, гранулометрического состава (песок, глина), кислотности и других физико-химических показателей, – объясняет Олег Мерзляков. – Нужно понимать, каким параметрам отражения соответствуют те или иные характеристики на космоснимках. Выявить эти закономерности помогает анализ проб почв из разных регионов. Так, в начале июня был произведен отбор проб в Хакасии. За два года нами накоплен достаточный объём данных, чтобы можно было перейти к работе над программным обеспечением.  

Созданием математических моделей и алгоритмов машинного обучения для автоматического анализа спутниковых снимков занимается партнёр ТГУ – компания «Синкретис», российский разработчик сложного программного обеспечения для различных отраслей.

– ПО сможет выявлять проблемные зоны, например, участки поля, где не хватает фосфора или наблюдается дефицит азота, площади с плохими всходами и другие. На основе результата анализа ИИ сформирует изображение цифрового двойника поля, – объясняет скрам-мастер и дата-инженер проекта Юлия Титаева. – «Синкретис» открывает данным проектом новое стратегическое направление развития компании – создание ИТ-решений для агротеха и экологического мониторинга.

По словам биологов, визуализация позволит понять, где и каких микроэлементов не хватает. С помощью техники, оснащённой GPS-навигатором, аграрии смогут точечно вносить удобрения, а не использовать препараты на всей территории поля, как это зачастую делается сейчас.

– Программное обеспечение для космического мониторинга полей позволит значительно повысить объёмы урожая, эффективность управления сельхозресурсами и рентабельность сельскохозяйственных предприятий, – отмечает Олег Мерзляков. – Вместе с тем использование новых технологий поможет найти ответ на один из главных вызовов, стоящих перед человечеством, – это поставка качественных продуктов населению и обеспечение продовольственной безопасности страны.   

Добавим, что совместный проект учёных ТГУ и компании «Синкретис» является частью большого стратпроекта ТГУ «Глобальные изменения Земли: климат, экология, качество жизни», реализуемого университетом при поддержке федеральной программы «Приоритет 2030». В задачи стратегического проекта входит комплексные исследования изменения климата и окружающей среды, разработка новых продуктов и технологий, способных сократить темпы глобального потепления, а также разработка способов адаптации человечества к жизни в новых условиях.