Ученые из ЮФУ совместно с индийскими коллегами обучат ИИ моделировать почвенный покров
Ученые Южного федерального университета совместно с профессором из университета Нирма в Индии продолжаю работу с многомерными пространственно-распределенными почвенными данными.
Российский научный фонд подвёл итоги конкурса «мегагрантов» на проведение фундаментальных и поисковых научных исследований под руководством зарубежных ведущих ученых, в том числе исследований, имеющих прикладной характер. Размер такого гранта составляет от 20 до 50 миллионов рублей ежегодно. Выдается грант на срок в 5 лет с возможностью продления еще на 3 года.
Фонд поддержал проект Южного федерального университета «Разработка и реализация методологии создания цифрового двойника почв на основе искусственного интеллекта и технологии Big Data». Руководит проектом заведующий кафедрой информатики и инженерии Института Технологий в Университете Нирма (Индия), эксперт в области разработки систем безопасности и построения беспроводных и интеллектуальных сетей Танвар Судип.
«Инициатива совместного исследования родилась из профессиональных связей между исследователями из Индии и России, общих академических интересов и предыдущих совместных публикациях в сфере ИИ, больших данных и цифрового моделирования, которые идеально соответствуют нашим научным интересам в области цифрового картографирования почв и устойчивого землепользования. Общее видение развития экологической науки с помощью передовых цифровых технологий, подкреплённое успешным опытом российско-индийских проектов, быстро сформировало взаимопонимание и энтузиазм в отношении этого сотрудничества. Опираясь на прочную основу уже существующих научных связей, мы сможем значительно ускорить прогресс и добиться значимых результатов в создании инновационных решений для здоровья почв и устойчивого сельского хозяйства», — рассказал Танвар Судип.
Уже несколько лет на территории Московской, Белгородской и Ростовской областей работает сеть региональных почвенных дата-центров. Они собирают достоверную обучающую выборку для моделирования почвенного покрова с использованием ИИ. По сути их работа заключается в создании т. н. «цифровых двойников» почв. В Ростовской области таким дата-центром выступает Центр биоинженерии Академии биологии и биотехнологии ЮФУ, а со сбором данных помогают региональный филиал Агрохимической службы России и Министерство сельского хозяйства Ростовской области.
Руководитель центра биоинженерии АБиБ ЮФУ Юрий Литвинов рассказал, что на сегодняшний день оцифрованы более 90% почвенных данных региона.
«Имея на руках цифровую версию всех земель сельскохозяйственного назначения, можно своевременно предоставлять информацию о них фермерам и Минсельхозу, можно объективно проводить кадастровую оценку любого участка земли, а главное — рекомендовать, какая нужна доза каких именно минеральных удобрений в каждом конкретном случае», — рассказал Юрий Литвинов.
Моделирование почвенного покрова требует анализа большого объема почвенных данных, справится с которым по силам только искусственному интеллекту. Но почвенная информация отличается разреженностью, неполнотой и мультимодальностью и далеко не каждый ИИ сможет её корректно оценить и проанализировать.
«Я и мои коллеги из Университета Нирма — доктор Раджеш Гупта, доктор Джитендра Бхатия и доктор Нилеш Кумар Патель — специализируемся на беспроводных и интеллектуальных сетях, кибербезопасности и умных системах. Однако мы осознаём, что интеграция передовых цифровых технологий критически важна для решения сложных социальных проблем, выходящих за рамки традиционной ИКТ-сферы. Почвоведение и плодородие почв напрямую влияют на устойчивое сельское хозяйство и продовольственную безопасность, что крайне важно для социально-экономической стабильности Индии и мира. Наш междисциплинарный подход отражает стремление использовать интеллектуальные и безопасные сетевые системы на благо общества, сокращая разрыв между инженерией и устойчивым управлением природными ресурсами. Это соответствует глобальным приоритетам «умного» сельского хозяйства и поддерживает индийскую стратегию технологической самостоятельности и экологической устойчивости», — объяснил Танвар Судип.
Вот почему методологию создания цифрового двойника почв будут разрабатывать учёные-почвоведы из Академии биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского ЮФУ, IT-специалисты из Института компьютерных технологий и информационной безопасности ЮФУ и эксперт мирового уровня из Индии. С российской стороны мегагрантом будет руководить заведующая исследовательской лабораторией «Интеллектуальные агроэкосистемы» Светлана Сушкова.
«В настоящее время накоплен большой объем почвенной информации, характеризующийся своей разномасштабностью, хронологией получения и разнородными источниками данных. В связи с этим становится актуальным вопрос разработки новых методологических решений для реализации оперативного интеллектуального анализа почвенных данных. Предполагается, что данные технологии не только повысят эффективность сельскохозяйственного производства, но и минимизируют затраты на сохранение почвенного плодородия. Результаты проекта создадут научную и технологическую базу для экологически устойчивых практик управления землями сельскохозяйственного назначения», — рассказала Светлана Сушкова.
Итогом проект должна стать сеть распределенных почвенных баз данных на территории Ростовской области и разработка графического интерфейса цифрового двойника почв региона.
«Методология создания цифровых двойников почв с использованием ИИ и больших данных не только углубит научное понимание, но и предоставит конкретные инструменты для фермеров, регуляторов и агротехнологических компаний. Это позволит оптимизировать землепользование, точнее дозировать удобрения и внедрять устойчивые методы земледелия — что напрямую повысит урожайность и долгосрочное здоровье почв. Подобные результаты особенно важны для Индии, где продбезопасность является национальным приоритетом, а также для других стран, сталкивающихся с климатическими изменениями и деградацией земель. Разрабатываемая нами адаптируемая и безопасная цифровая платформа может быть применена в различных агроклиматических зонах мира, помогая странам создавать устойчивые аграрные системы и обеспечивать продовольственную безопасность для будущих поколений», — добавил специалист из Индии.
Этот проект — наглядный пример того, как российско-индийское научное партнёрство способно решать глобальные вызовы, создавая инновации с реальным социальным воздействием.