Селекция мискантуса будет значительно ускорена, если для оценки сортовых насаждений применять сбор данных с воздуха и аналитику искусственного интеллекта
Мискантус считается одной из наиболее перспективных биоэнергетических культур-многолетников, поскольку способен давать высокие урожаи при минимальном воздействии на окружающую среду. Кроме того, для селекции мискантуса на желаемые признаки ученые тратят гораздо меньше усилий, чем на известные товарные культуры, такие как кукуруза или соя.
Ключевым узким местом в селекции мискантуса является необходимость измерять рост тысяч растений в поле, чтобы выбрать самые перспективные образцы. Исследование, проведенное учеными из Центра передовых инноваций в области биоэнергетики и биопродуктов (CABBI), продемонстрировало, как беспилотные летательные аппараты (БПЛА или дроны) в сочетании с передовыми методами машинного обучения помогут в выборе лучших генотипов-кандидатов в программах разведения мискантуса. Команда использовала нейронные сети — компьютерные системы, смоделированные на основе человеческого мозга и нервной системы, — для анализа аэрофотоснимков с очень высоким разрешением и выявления ключевых признаков мискантуса в период вегетации урожая.
В частности, исследователи CABBI подчеркнули, что использование нейронных сетей, предназначенных для анализа данных в трех измерениях (два измерения в пространстве плюс время), позволяет лучше оценивать характеристики сельскохозяйственных культур (время цветения, высота и производство биомассы), чем традиционные нейронные сети, которые анализируют данные только в двух измерениях в пространстве.
Это позволяет получать информацию о том, как каждое из тысяч растений в поле меняется с течением времени. Кроме того, трехмерная нейронная сеть оказалась способной автоматически выполнять аспекты процесса анализа изображения (например, находить растения на изображении), что во многих других случаях требует ручного вмешательства. Процесс автоматизации сбора и подсчета результатов для оценки очень важен для высокопродуктивных многолетних трав, таких как мискантус, где фенотипирование в полевых условиях – сложный процесс.
Это была первая попытка использовать данные мониторинга больших, генетически разнообразных популяций мискантуса с использованием цифровых технологий и БПЛА: дроны для получения изображений с высоким разрешением запускали 10 раз в течение вегетационного периода и полученные данные с воздуха сопоставляли с наземными для тысяч генотипов мискантуса, чтобы определить время цветения, высоту и выход биомассы. Получение изображений в данной работе сочетало в себе фотограмметрию, которая обеспечивает цифровые модели поверхности, и технологию мультиспектрального зондирования, которая позволяет получать изображения, невидимые человеческому глазу.
(Источник: Университет Иллинойса в Урбане-Шампейне. На фото беспилотный летательный аппарат (дрон) собирает изображения во время полевых испытаний CABBI на биоэнергетической ферме мискантуса Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне в октябре 2020 года. Фото предоставлено Центром передовых инноваций в области биоэнергетики и биотоплива (CABBI)).
Интересна тема? Подпишитесь на персональные новости в ДЗЕН | Pulse.Mail.ru | VK.Новости.
