Газета «Вечерний Барнаул» написала об IT-разработке талантливого студента АлтГУ. «Виртуальная лаборатория для обработки и анализа данных по биоразнообразию видов растений и биоклиматическому моделированию» — так звучит полное название разработки Захара Покалякина, магистранта института математики и информационных технологий АлтГУ и НОЦ алтаистики и тюркологии «Большой Алтай». Междисциплинарный проект призван помогать не только ученым Алтайского края.
Напомним, «умную» систему мониторинга растений ученые АлтГУ разработали совместно с Yandex Cloud.
Проект виртуальной лаборатории занял третье место на конкурсе «Лучшие проекты информатизации на Алтае» им. В.И. Берегового» в номинации Student аpportunITy.
Оценки и прогнозы
В сервис, создаваемый в АлтГУ, можно вносить данные о местонахождении видов растений, чтобы анализировать и прогнозировать ареал произрастания. Получается этакая цифровая инвентаризация флоры Большого Алтая, причём с предположениями, где можно будет найти этот вид через несколько лет. В мире уже существуют системы, выполняющие подобные функции, но они либо англоязычные, либо в них не хватает данных по России. Есть научные статьи, базы данных, но дальше исследовательского поля к широкому пользователю вопрос биоразнообразия до сих пор не выходил. Этот пробел и решили восполнить собственной разработкой математиков и биологов Алтайского госуниверситета. Первые отвечают за программную часть, вторые — за фактическое наполнение. Соответственно у работы два научных руководителя: это доцент кафедры теоретической кибернетики и прикладной математики Любовь Хворова и старший научный сотрудник Южно-Сибирского ботанического сада, доцент кафедры ботаники Алексей Ваганов.
— Мы хотим создать портал с рядом сервисов по работе с геоинформационными системами, то есть сюда будут подключаться большие данные о биоразнообразии растений любой территории на выбор, по этим данным будут строиться экологические ниши, рассчитываться их площади, — перечисляет Алексей Ваганов. — Другой функционал позволит оценить биоресурсы, объёмы различных групп растений: лекарственных, технических, кормовых, и прогнозы их распространения. В будущем браузерной или мобильной версией портала сможет пользоваться любой желающий, независимо от мощности компьютера или телефона. Учёные и природоохранные учреждения смогут получать данные о распространении интересующих их видов: редких, эндемичных, перспективных в научном плане. Прогноз можно провести до 2080 года — климатические данные имеются до такого периода. Есть возможность предположить, куда вид может распространиться при изменении температурного режима. Такая информация может заинтересовать и фермерские хозяйства, чтобы спрогнозировать распространение сорных растений. А, например, аллергики, собираясь на отдых в другой регион, с помощью нашего приложения смогут оценить, есть ли там аллергены.
Точки присутствия
Работу над проектом по созданию виртуальной лаборатории Захар Покалякин начал, ещё учась на бакалавриате. Внесением данных он не занимается: на его плечах написание кода программы.
— От идеи до текущей стадии прошло около года, — говорит разработчик. — До конечного вида проекту ещё далеко, но уже сейчас есть некий рабочий билд, то есть продукт имеет определенный функционал и им возможно пользоваться. Пользователь может указать точки присутствия вида и факторы окружающей среды — влажность, температуру, осадки и так далее — и в дальнейшем их же использовать для моделирования ареала распространения растения. Над этим уже работают нейросети, которые обучаются на данных, предоставляемых пользователем, и в итоге моделька способна самостоятельно выявить экологическую нишу определенного вида растения. А исследователь получает возможность оценить потенциальный ареал обитания данного вида, понять, насколько он редкий на этой территории, где его можно искать, где он будет приживаться, а где не будет. Можно получить оценки площади ареала, а также метрики, указывающие на достоверность данных результатов. Отчёты выводятся в виде графиков, диаграмм, карт.
Алтайский край заинтересован в таком сервисе. Данные о ресурсном потенциале лекарственных, пищевых и редких видов растений Большого Алтая послужат серьёзной опорой для оценки экономического потенциала региона. Включить в разработку ещё и животных пока не планируют: они быстрее мигрируют, и динамику ареала сложнее спрогнозировать.
Надо сказать, что похожая разработка уже показала свою состоятельность, правда, в другой местности. Алексей Ваганов поясняет:— В Австралии создали подобную нашей лабораторию с тремя глобальными задачами. Первая — отслеживание динамики ареалов животных и растений при возможном появлении инфраструктурных объектов. Проще говоря, если на месте будущей стройки есть краснокнижные виды, то что с ними будет — мигрируют, исчезнут? Программа рассчитывает эти сценарии. Вторая задача — оценка эпидемиологических видов, то есть тех, которые являются хозяевами инфекций. И третья — исследование чужеродных видов, ведущих себя агрессивно, как у нас клён: прибыв к нам из североамериканской флоры, он начал вытеснять местные растения. Есть много видов, которые могут повести себя так же, и это тоже можно просчитать. Мы отчасти переняли некоторые из этих задач, но пытаемся найти ещё более широкий спектр применения виртуальной лаборатории.
Тестирование альфа-версии начнётся в первом квартале 2023 года. Первыми пользователями станут партнёры вуза: Тигирекский заповедник, природоохранные организации Республики Алтай и Казахстана.
Виртуальная лаборатория — это программное обеспечение, с помощью которого проводятся исследования и эксперименты без прямого контакта с объектом исследования или лабораторным оборудованием. Чаще всего опыты моделируются при помощи современных компьютерных алгоритмов. Подобные лаборатории могут служить как для обучения студентов, так и для настоящей исследовательской деятельности ученых, не причиняя вреда объектам исследования. Поэтому виртуальная лаборатория просто незаменима для изучения редких растений или животных.