Пензенские ученые создали умную теплицу с технологией контроля нейросетью

В Пензенском государственном университете изобрели и собрали «умную» теплицу. Научный коллектив предложил абсолютно новый подход в выращивании овощей и фруктов в защищенных грунтах. Ученым теперь под силу контролировать рост каждого растения. Инновационный подход способен сэкономить энергозатраты на культивирование плодов в два-три раза. При этом каждый «подопечный» «умной» теплицы будет находиться под контролем нейросети. Это позволит своевременно реагировать на изменения в его росте, тем самым спасти растение от гибели и повысить урожайность. Об этом сообщается на сайте ВУЗа со ссылкой на  информационный портал газеты «Известия».

Во всем мире растениеводческая продукция, выращиваемая в теплицах, контролируется системой управления. От микроклимата зависит, как будет чувствовать себя та или иная культура в теплице. Стоит отметить, что такая система автономная, здесь устанавливаются оптимальные показатели для роста растения. Поэтому фермерам приходится вкладывать большие средства, уходящие в основном на тепловую и световую энергии.

Научный коллектив Пензенского госуниверситета готов предложить сельхозпроизводителям умную теплицу, функционирующую на основе высоких технологий. В ПГУ уже собрали ее прототип. Это стало возможным благодаря грантовым средствам программы «УМНИК» Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере. Студент четвертого курса Политехнического института ПГУ Сергей Маркелов под руководством ведущего инженера кафедры «Электроэнергетика и электротехника» Анатолия Мельникова и заведующего кафедрой, кандидата технических наук, доцента Василия Ашанина выиграл конкурс и продолжает развивать проект.

Как рассказал Сергей, «умная» теплица — своеобразное ноу-хау. Они встроили в нее видеокамеру в качестве датчика контроля роста растений. Одна камера охватывает от 3 до 16 побегов. Следить и контролировать взращиваемую культуру будет обученная искусственная нейронная сеть. В таком тепличном комплексе можно точно дозировать необходимые тепловые и световые ресурсы в зависимости от реального состояния растения — это значительно сэкономит энергоресурсы и денежный расход на них. Отметим, во всех известных аналогах тепличных установок раннее для контроля роста растений использовались механические датчики.

И здесь представители Пензенского госуниверситета предложили еще один способ сэкономить сельхозпроизводителям — механические датчики контроля роста дорогостоящие, так как в большинстве своем одноразовые и требуют постоянного ухода. Датчик роста растения, предложенный в ПГУ, при помощи компьютерного зрения измеряет геометрические размеры растения: диаметр стебля и черешка, площадь листового покрова, прирост стебля и плода. Фотографии в режиме реального времени поступают с видеокамеры в компьютер. Они обрабатываются по специальному алгоритму.

Далее эти параметры отправляются в другую искусственную нейронную сеть, где фотографии продолжают обрабатываться. На этом этапе проходит детальное сканирование растения: его рост, объем, количество и примерный объем листьев. Сейчас Сергей Маркелов подготовил программное обеспечение на двух языках Python и Java. Для определения основных элементов растения используется библиотека OpenCV-Python.

Тепличная установка работает круглые сутки. Пока ее «подопечными» становятся комнатные растения университета. Сама конструкция экспериментального гранд бокса занимает немного места, в центре расположена площадка, поворачивающаяся на 360 градусов. Это позволяет контролировать растение со всех сторон. HD-видео камера размещена в самом верху конструкции, на «потолке» в центре размещен RGB — светильник, обеспечивающий необходимые освещенность и спектр света. RGB-освещение позволяет создавать миллионы цветовых комбинаций с помощью одного осветительного прибора. При этом теплица снабжена датчиками влажности, давления, температуры и системой вентиляции.

Такой теплицей можно управлять на расстоянии, для этого фермеру понадобится смартфон или компьютер. Своевременно поменять стратегию выращивания на более эффективную — теперь не проблема. Скорректировать ее поможет обученная нейросеть. По словам руководителя проекта «Разработка датчика роста растения с использованием искусственного интеллекта» Василия Ашанина, «умная» теплица будет полезна агрономам, так как они получат возможность контролировать рост растения, следить за влиянием температуры и иных факторов в режиме реального времени, сравнивая между собой новые технологии, сорта и гибриды, корректировать стратегии выращивания.

Эксперты рынка считают, что использовать систему в современных теплицах в ее нынешнем виде будет очень сложно. Агрономы уверены, что идея, безусловно, хорошая, однако систему надо тестировать на производстве и по необходимости дорабатывать. Например, чтобы датчики, которые контролируют за 1 раз до 16 побегов, были адаптивны к более крупным промышленным объемам, кроме того, оборудование такой системы должно выдерживать условия работы в теплице с повышенной температурой и влажностью. Также специалисты отмечают, что уже сейчас следует подумать над тем, как сделать разработку максимально автономной и защищенной от перепадов электричества, а также над тем, кто именно и как будет обслуживать нейросеть в небольших колхозах и агропредприятиях.

Сейчас научный коллектив продолжает обучать искусственную нейронную сеть, следить за состоянием комнатных растений в гранд боксе. В планах исследователей завершить проект по программе гранта и подать заявку на патент. Причем это научное исследование станет началом другого. По словам Сергея Маркелова, планируется моделировать реальные условия, например, характерные для жарких стран. Так ученые смогут проверить, приживется ли некий сорт или гибрид на определенной территории.

Узнавайте первыми актуальные новости сельхозтехники России и мира на наших страницах в Яндекс Дзен и ВКонтакте, а также на каналах в Telegram и YouTube.