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
Тимур Турлов: сотрудничество с ChessBase откроет новые возможности для 11 млн клиентов15:50Подвижник и музей. История в письмах08:43Школа имени Юрия Лужкова: в Севастополе увековечили память выдающегося политика19:58Вертолеты России реализуют в 2026 году контракт с ГТЛК на поставку новых Ми-8МТВ-1, сообщил генеральный директор холдинга Колесов17:374 бренда из маркета и шоурума Московской недели моды для комфортного и функционального гардероба12:02Территория бега к 90-летию Юрия Лужкова: первый этап собрал свыше 500 участников22:1290 лет со дня рождения Ю. М. Лужкова: Московский Пасхальный фестиваль отдаёт дань памяти основателю17:58Семейноцентричность вместо краткосрочной прибыли: новый тренд в управлении компаниями16:30Масштаб и наследие: к 90-летию со дня рождения Юрия Лужкова утверждена программа мероприятий20:58Вагон метро для крабов и рыб: почему Нью-Йорк утопил старые составы подземки?19:13Фонд Юрия Лужкова и РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина отметили успехи студентов12:48Фонд Юрия Лужкова учредил именную премию для юных артистов в рамках фестиваля «Дорога в цирк. Это серьезно»10:26Фонд Юрия Лужкова приветствует посвящение Пасхального фестиваля экс-мэру Москвы16:14Окно возможностей - почему важно замечать первые изменения в работе мозга19:52Выставка в детских центрах расскажет о пронзительной истории дружбы Лужкова и Никулина12:56Героическая история XIII века на сцене Храма Христа Спасителя: состоялась премьера символ-оперы об Александре Невском21:27Головокружение, слабость, перепады давления: где граница между усталостью и сосудистой угрозой21:27Имущество на балансе: как владеть активами и защищать их от рисков14:03
Популярные новости
Выбор редакции