Магистрант АлтГУ разрабатывает виртуальную лабораторию — «Вечерний Барнаул»

23 декабря 2022 Текст: Светлана Ермошина / «Вечерний Барнаул»

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.

поделиться
Ноябрь 2024
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
        1 2 3
4 5 6 7 8 9 10
11 12 13 14 15 16 17
18 19 20 21 22 23 24
25 26 27 28 29 30  
https://www.asu.ru/?v=sw0