Показать меню
03 мар 16:16Политика

Искусственный интеллект сможет оценивать пористость почвы по рентгеновской томографии

Искусственный интеллект сможет оценивать пористость почвы по рентгеновской томографии

Ученые из Института физики Земли имени О. Ю. Шмидта, МГУ имени М. В. Ломоносова и Почвенного института имени В. В. Докучаева проверили, может ли нейросеть эффективно определять пористость и строение почвы по изображениям рентгеновской томографии. Обычно невозможно оценить эти параметры без вмешательства человека, так как современные методы обработки изображений с участием оператора часто приводят к ошибкам. Предложенный учеными подход позволяет это сделать всего с 5 % ошибок и в будущем поможет оценивать структурное состояние почвы, в том числе для нужд сельского хозяйства. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда, опубликованы в журнале Soil and Tillage Research, кратко о них рассказывается в пресс-релизе РНФ.

Поровое пространство почвы выполняет полезные функции: проведение воды и воздуха, удерживание разных химических соединений (иногда опасных для человека), а также обеспечение плодородия почвы и ее целостности. Знания о структуре и свойствах почв необходимы также для проектирования зданий, дорог и других объектов инфраструктуры. Во всех этих случаях нужно оценивать строение почвы: количество и размеры пор, связность порового пространства на разных уровнях структурной организации, наличие каналов передвижения воды и растворенных в ней веществ.

Для изучения морфологии почвы можно использовать метод рентгеновской компьютерной томографии (РКТ), который позволяет получать наглядные трехмерные изображения внутренней структуры неповреждающим методом. Чтобы определить пути передвижения жидкостей и размеры пор, томографические изображения нужно обработать: разделить их на рентген-контрастные фазы по градациям серого, то есть сегментировать. При сегментации РКТ-изображения на две фазы оно становится бинарным (однобитным), где поры становятся черными, а всё, что им не соответствует и условно относится к твердой фазе, — белым. От того, насколько хорошо сегментировано изображение, зависит характеристика параметров образца.

«При оценке свойств почвы по РКТ-изображениям используют 2D- или 3D-анализ изображений на основе сегментации. До недавнего времени сегментация чаще всего делалась вручную и зависела от восприятия каждого человека, что неэффективно и создает множество проблем, когда требуется сравнить сразу много различных образцов друг с другом, — комментирует Кирилл Герке, ведущий научный сотрудник лаборатории фундаментальных проблем нефтегазовой геофизики и геофизического мониторинга Института физики Земли имени О. Ю. Шмидта. — Современные методы сегментации РКТ-изображений используют нейронные сети, то есть их можно обучить на данных из общедоступных библиотек изображений, что будет улучшать качество сегментации и со временем сведет к минимуму человеческий фактор. Но на этапе обучения нейросеть всё равно требуют вмешательства человека».

Авторы исследования предложили алгоритмы для оценивания свойств почвы с большой точностью без участия человека. Для этого они использовали гибридную архитектуру нейронной сети ResNet-101 + U-net. Первая модель нужна для извлечения из исходного изображения важных признаков, а вторая — для сегментации исходного изображения на их основе.

Разработанная система моделирует поры и их твердые стенки, подстраивая параметры моделей под тренировочную выборку из размеченных изображений. С ее помощью ученые успешно обработали семь РКТ-изображений почвы. Погрешность оценивали двумя способами: моделированием потоков жидкостей (флюидов) в порах и на основе классических показателей компьютерного зрения. Для некоторых образцов из набора погрешность составила всего 5 %. Такой результат говорит о том, что разработанная нейронная сеть работает точнее, чем все современные автоматические аналоги. Тем не менее у некоторых образцов погрешность была существенно выше 5 %. Ученые полагают, что это можно объяснить недостаточностью некоторых структур образцов грунта в наборе обучающих данных, поэтому в будущей работе они планируют использовать более крупные библиотеки РКТ-изображений почвы.

 

По материалам: polit
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Введите два слова, показанных на изображении: *
Лента новостей
Русский оркестр имени В. В. Андреева выступит на главных сценах Поволжья19:51Более 100 участников объединил конкурс «Звёздный голос — 2026»16:56«Китаизация» сложного подъема: как опыт VISTA с 2006 года меняет стандарты безопасности на стройплощадках21:2011 команд Finfor 20-25 из 4 регионов РФ соберутся в Москве для защиты проектов по выпуску ЦФА перед ведущими брокерами12:36Почему в Ирландии горят бизнес-центры? Особенности национальной безопасности19:53Нью-Йорк против нью-йоркцев: перетягивание «асбестового каната»17:02Кибербезопасность на новом уровне: SMS Traffic подвела итоги обновлений16:43Ретроспектива в Московской консерватории посвящена усадьбам в жизни С.В. Рахманинова22:26Ретроспектива в Московской консерватории: география судьбы П. И. Чайковского15:46Определены 120 финалистов Всероссийского инженерного конкурса13:141win подтверждает партнерство с Tyga после серии громких инсайдов13:07История спасения приюта «Собачий мир» получила резонанс благодаря 1win17:55История спасения приюта «Собачий мир» получила резонанс благодаря 1win17:55Фонд «Полилог» объявляет грантовый конкурс на подготовку научно-популярных книг об истории российского меценатства «Меценаты России: истоки благотворительности»16:11Банк Уралсиб получил возможность выпускать цифровые финансовые активы00:47Как изменился портрет покупателя премиальных авто с 2022 года20:53Тимур Турлов: сотрудничество с ChessBase откроет новые возможности для 11 млн клиентов15:50Подвижник и музей. История в письмах08:43
Популярные новости
Выбор редакции