AGRIS - 

2023

Kutyrev, А.I. | Smirnov, I.G. | Andriyanov, N.A.

The quality of modern neural network models of apple fruit identification in tree crowns shown in images has been assessed and analyzed in 2022 and 2023. The results are presents below. To identify the best detector, the following neural networks were used: (Single Shot MultiBox Detector), (You Only Look Once, Version 4), YOLOv5, YOLOv7, and YOLOv8. The performance of the considered models of apple fruit identification was assessed using such binary classification metrics as precision, recall, accuracy, F-score, and AUC-ROCTotal (area under the curve). To assess the accuracy in predicting apple fruit identification, the mean absolute percentage error (MAPE) of the analyzed neural network models was calculated. The neural network performance analysis used 300. The conducted studies revealed that the SSD model provides lower speed and accuracy, as well as having high requirements for computing resources, which may limit its use in lower performance devices. The YOLOv4 model surpasses the YOLOv5 model in terms of accuracy by 10.2%, yet the processing speed of the YOLOv5 model is over twice that of the YOLOv4 model. The YOLOv8 model is superior to the YOLOv7 model in terms of speed (by 37.3%); however, the accuracy of the YOLOv7 model is 9.4% higher. The highest area under the Precision-Recall curve amounts to 0.94 when using the YOLOv7 model. MAPE calculation for the analyzed neural network models showed that the lowest error in apple fruit identification amounted to 5.64% for the YOLOv7 model as compared to the true value determined using the visual method. The performance analysis of modern neural network models shows that the YOLO family of neural networks provides high speed and accuracy of object detection, which allows them to operate in real time. The use of transfer learning to adjust the performance of models for different apple fruit varieties can further improve the accuracy of apple fruit identification. | Представлены результаты проведённого с 2022 по 2023 гг. анализа качества работы современных моделей нейронных сетей для идентификации плодов яблони на кроне деревьев в изображениях. Для проведения исследований по выявлению наиболее качественного детектора использованы нейронные сети (Single Shot MultiBox Detector), (You Only Look Once версия 4), YOLOv5, YOLOv7 и YOLOv8. Оценивая качество работы рассматриваемых моделей для идентификации плодов, использовали метрики бинарной классификации Precision, Recall, Accuracy, F-score (F-мера), AUC-ROCTotal (Area Under the Curve). Чтобы оценить точность прогноза идентификации плодов проведен расчет средней абсолютной ошибки (Mean Absolute Percentage Error, MAPE) анализируемых моделей нейронных сетей. Для анализа качества работы нейронной сети использовано 300 фотографий. Анализ проведённых исследований показал, что модель SSD даёт более низкую скорость и точность работы, имеет высокие требования к вычислительным ресурсам. Модель YOLOv4 превосходит YOLOv5 по точности на 10,2%, однако при этом скорость обработки модели YOLOv5 превышает скорость YOLOv4 более чем в два раза. Модель YOLOv8 превосходит модель YOLOv7 по скорости работы на 37,3%, но точность у YOLOv7 выше на 9,4%. Установлено, что наибольшее значение площади под Precision-Recall кривой составило 0,94 при использовании нейронной сети модели YOLOv7. Проведенный расчет средней абсолютной ошибки (Mean Absolute Percentage Error, MAPE) анализируемых моделей нейронных сетей показал, что наименьшая ошибка идентификации плодов составила 5,64% на модели YOLOv7 в сравнении с истинным значением, определенным визуальным методом. Семейство нейронных сетей You Only Look Once обеспечивает высокую скорость и точность обнаружения объектов, это позволяет им работать в режиме реального времени. Использование метода трансферного обучения для адаптации работы моделей на различных сортах яблони позволит дополнительно повысить точность идентификации плодов.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2022

Orlov, V.A. | Luk'yanov, A.A.

The experience of using remote sensing data and geoinformation systems (GIS) in viticulture in other countries has shown that the introduction of digital technologies for collecting, processing and using data on the conditions of soils, plants and the environment at different levels of generalization (bush, row, cell, field, farm) ensures the stability of crop production and the quality of berries for wine production. The management concept of digitalized vineyard is based on the use of analytical tools and specialized databases. There have been considered the possibilities of GIS Policy 5 for vineyards. The introduction of GIS for the digitalization of grape plantations will allow solving many tasks: determining the boundaries of grape plots; creating digital passports (legends) of vineyards based on technological maps linked to an electronic map; obtaining a multi-layered territorial parametric model of the area in which the vineyard grows; to simulate climatic 8-11 summer cycles, the probability of frosts, prolonged spring, droughts, hail and other extreme weather events in a given area and to what extent it can affect vineyards at different stages of vegetation; to model the role of landscape characteristics in the formation of relief, climate, soils, weather (temperature changes, soil freezing); to model the hydrological regime of the territory; to model soil characteristics, for example, the presence of active calcium, the level of basic nutrients after fertilization for 3-5 years; to develop optimal planting schemes depending on landscape, soil and climatic conditions by digital layers. The solution of these and a number of other tasks based on digitalization will ensure the sustainable development of the viticulture industry, stable harvest and the quality of viticulture products in modern conditions. | Опыт использования данных дистанционного зондирования и геоинформационных систем (ГИС) в виноградарстве других стран показал, что внедрение цифровых технологий сбора, обработки и использования данных о состоянии почв, растений и окружающей среды на разных уровнях обобщения (куст, ряд, клетка, поле, хозяйство) обеспечивает стабильность производства урожая и качества ягоды для производства вина. Концепция управления цифровизованным виноградарским хозяйством строится на применении аналитических инструментов и специализированных баз данных. Рассмотрены возможности ГИС "Полис" 5 для виноградарских хозяйств. Внедрение ГИС для цифровизации виноградных насаждений позволит решать многие задачи: определять границы виноградных участков; создавать цифровые паспорта (легенды) виноградников на основе технологических карт с привязкой к электронной карте; получить многослойную территориальную параметрическую модель местности, в которой растет виноградник; моделировать климатические 8-11 летние циклы, вероятность заморозков, затяжной весны, засух, града и другие экстремальные проявлений погоды в данной местности и в какой степени может повлиять на виноградники на разных стадиях вегетации; моделировать роль ландшафтных характеристик в формировании рельефа, климата, почв, погоды (перепады температур, промерзание почвы); моделировать гидрологический режим территории; моделировать почвенные характеристики, например, на наличие активного кальция, уровень основных элементов питания после внесения удобрений в течении 3-5 лет; разрабатывать оптимальные схемы посадок в зависимости от ландшафтно-почвенных и климатических условий по цифровым слоям. Решение этих и ряда других задач на основе цифровизации обеспечит устойчивое развитие отрасли виноградарства, стабильное получение урожая и качество продукции виноградарства в современных условиях.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2021

Savin, I.Yu. | Andronov, D.P. | Shishkonakova, E.A. | Vernyuk, Yu.I.

The areas occupied by Sosnowsky's hogweed (Heracleum sosnowskyi Manden.) have significantly increased in recent years in Russia and abroad, which has led to the necessity of developing reliable methods of monitoring its habitats. The purpose of the research was to evaluate the possibilities of detecting Sosnowsky's hogweed by means of territory survey using an unmanned aerial vehicle. The research was carried out on the example of the key 70 ha area in the Tver region where Sosnovsky's hogweed grows in small massifs on the abandoned plots next to plowable fields. The area was photographed on June 30, 2021, in the growth phase of hogweed from the altitude of 100 m using unmanned aerial vehicle DJI Matrice 200 equipped with Zenmuse X4S gyrostabilized camera shooting in the visible range. The resulting color image was decomposed into 3 channels (R, G, and B). After that, several training classifications were performed to distinguish inflorescences and leaves of hogweed. After combining the inflorescence and leaf maps, we obtained a map of hogweed distribution in the study area. Its accuracy was estimated on the basis of the classification error matrix, and it was more than 95%. Consequently, plants of Sosnovsky's hogweed can be successfully automatically detected by images taken by an unmanned aerial vehicle with a standard camera during the flowering phase of the plants. It appeared that in contrast to satellite imagery, the detection algorithm for each mosaics of the drone images is individual. This is predetermined by the specifics of imaging, the type of ground cover of the study area (especially the type of vegetation cover), as well as the phenophase of hogweed at the time of imaging. It is impossible to use the developed algorithm on other territories without its adaptation. The detection accuracy can be improved by selecting the optimal time of survey or by using multitemporal images. | В последние годы в России и за рубежом значительно увеличились площади, занятые борщевиком Сосновского (Heracleum sosnowskyi Manden.), что привело к необходимости разработки надежных методов мониторинга его ареалов. Цель работы - оценка возможностей детектирования борщевика Сосновского по данным съемки территории с использованием беспилотного летательного аппарата. Исследования проведены на примере ключевого участка в Тверской области площадью 70 га, где борщевик Сосновского произрастает небольшими массивами на заброшенных участках, соседствующих с распахиваемыми полями. Съемку проводили 30 июня 2021 г. в фазе цветения борщевика с высоты 100 метров с использованием беспилотного летательного аппарата DJI Matrice 200, оснащенного гиростабилизируемой камерой Zenmuse X4S, ведущей съемку в видимом спектральном диапазоне. Полученное цветное изображение было разложено на 3 канала (R, G и B). После этого последовательно провели несколько классификаций с обучением для выделения соцветий и листьев борщевика. После объединения карт соцветий и карт листьев была получена карта распространения борщевика на территории исследований. Ее точность оценивали на основе построения матрицы ошибок классификации, и она составила более 95%. Следовательно, растения борщевика Сосновского в фазе цветения могут быть успешно автоматизированно детектированы по изображениям, получаемым с беспилотного летательного аппарата с помощью стандартной фотокамеры. При этом, в отличие от спутниковой съемки, алгоритм детектирования для каждой мозаики изображения, полученного с беспилотного летательного аппарата индивидуален. Это предопределяют специфика съемки, тип наземного покрова территории исследований (особенно тип растительного покрова), а также фенофаза борщевика в момент съемки. Использование разработанного алгоритма на других территориях невозможно без его адаптации. Точность детектирования может быть повышена путем подбора оптимального срока съемки или с использованием мультивременных изображений.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2021

Sudakov, A.N. | Andrianov, E.A. | Zakabunin, A.V. | Lipa, O.A.

Внедрение технологий удаленного доступа в процессе обучения служит ответом на рост цифровизации производства и позволяет реализовать программы дистанционного обучения. Птицеводческие лаборатории и опытные хозяйства с удаленным доступом на сегодняшний день недоступны в образовательных и исследовательских целях. Цель исследования – изучить и систематизировать отечественный и зарубежный опыт создания лабораторий с удаленным доступом в формате возможности его применения специалистами для разработки птицеводческой лаборатории с удаленным доступом. Изучили документальные исследования современного состояния технологий удаленного доступа. Провели поисковые эксперименты. Проанализировали полученные данные. Определили, что в России и за рубежом широко представлены лаборатории с удаленным доступом технической направленности, опыт которых может быть частично применен. Привели ссылки на действующие лаборатории и материалы по их разработке. Предложили на первом этапе использовать низкобюджетные схемы организации удаленного доступа на основе систем видеонаблюдения и микроконтроллеров. Простой способ организации удаленного доступа – видеонаблюдение с размещением экранов приборов в поле зрения камеры. Показали возможность использования технологии "Умный дом" для организации двустороннего удаленного доступа. Продемонстрировали результаты поискового эксперимента с применением микроконтроллеров в качестве локального сервера с выводом информации на удаленный сервер. Лаборатории птицеводства с удаленным доступом перспективны при изучении таких специальностей, как частная зоотехния, механизация сельского хозяйства, электротехника, ветеринария и зоопсихология, они расширяют возможности обучающихся дистанционно. | The introduction of remote access technologies in the learning process serves as a response to the growth of digitalization production and allows for the implementation of distance learning programs. Poultry laboratories and experimental farms with remote access are currently unavailable for educational and research purposes. The research purpose is to study and systemize the domestic and foreign experience in creating remote access laboratories paying attention to the possibility of its application by specialists for the development of a poultry laboratory with remote access. The documentary studies of the current state of remote access technologies are studied. Search experiments have been conducted and the obtained data have been analyzed. It has been identified that the technically orientated orientation remote access laboratories are widely represented in Russia and abroad, whose experience can be partially used. There are given references to existing laboratories and materials on their development. At the first stage, it was proposed to use low-budget schemes for organizing remote access based on video surveillance systems and microcontrollers. A simple way to organize remote access is video surveillance with the placement of instrument screens in the field of view of the camera. The Smart Home technology can be used to organize two-way remote access. The results of an experiment using microcontrollers as a local server with information output to a remote server were demonstrated. Poultry breeding laboratories equipped with remote access are promising in the study of following disciplines: special animal husbandry, agricultural mechanization, electrical engineering, veterinary medicine and zoopsychology; these rooms can provide expanded opportunities to remote students.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2018

Ivanov, Yu.G. | Ponizovkin, D.A., Russian State Agrarian Univ., Moscow

Proposed are technical solutions for improving technological processes on dairy farms based on individual control of animal parameters. A set of technical means and systems of local forced ventilation has been developed, basing on the organization of a controlled air flow vector directed at animals in their areas, taking into account their clinical and physiological parameters under thermal stresses. With the application of the developed device, the clinical-and-physiological indices of animals, in the hot season, come back to normal values 2-4 times faster; the rate of moisture evaporation from skin the surface grows 1.8-2.3 times faster; milk production increases by 13-15%; energy consumption for ventilation is reduced in 2-3 times. A set of technical tools for locating animals in a barn has been developed on the basis of measuring the location of animals for their quick detection, controlling their motor activity and their sorting out into groups. During the production check, the measurement error of the current coordinates of animals inside the barn and on the walking platform was less than 0.22 m. There has been developed a set of technical means for recording the time point of the onset of calving, frequency, duration and time of defecation and urination based on voltage monitoring muscle strain of the root of an animal's tail. With the use of technical means, an increase in the profit of a dairy farm by 100 animals is more than 6%, the payback period of investments is 85 days, which is due to the low cost of technical means relating to the cost of material losses. | Предложены технические решения по совершенствованию технологических процессов на молочных фермах на основе индивидуального контроля параметров животных. Разработан комплект технических средств и систем местной принудительной вентиляции, основанный на организации управляемого вектора потока воздуха на животных в зонах их нахождения с учетом их клинико-физиологических показателей при тепловых стрессах. При применении разработанного устройства клинико-физиологические показатели животных в жаркое время года приходят в норму в 2…4 раза быстрее; скорость испарения влаги с поверхности кожного покрова возрастает в 1,8…2,3 раза; производство молока увеличивается на 13…15%; снижается потребление энергии на вентиляцию в 2…3 раза. Разработан комплект технических средств для определения местонахождения животных в коровнике на основе измерения дальности их расположения с целью быстрого поиска, контроля их двигательной активности и технологического сортирования по группам. При проведении производственной проверки погрешность измерения текущих координат животных внутри коровника и на выгульной площадке составила не более 0,22 м. Изготовлен и прошел производственную проверку комплект технических средств для регистрации момента начала отела, частоты, продолжительности и времени дефекации и уринации, основанный на контроле мышечного напряжения корня хвоста животного. При применении технических средств прирост прибыли молочной фермы на 100 гол. составляет более 6%, срок окупаемости капиталовложений – 85 дней, что обусловлено невысокой стоимостью технических средств по отношению к стоимости материальных потерь.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2017

Yurchenko, I.F., The A.N. Kostyakov All-Russia Research and Development Inst. of Hydraulic Engineering and Land Reclamation. Moscow

The goal of the work is the improvement of the operation measures of conservation and reproduction of the hydraulic structures (HS) reliability. The object of the study is a set of measures which ensure the operational reliability of the existing HS. The subject of investigation is the assessment of the technical state of federally owned HS in the Southern Federal District (SFD) and Northern Caucasian Federal District (NCFD). The investigation involved methods of the analysis and approaches to solve the considered problems of operation of ameliorative utilities; materials of normative-legal and normative-methodical bases; concepts of formation of complicated automated control and decision support systems. The most important risk factors were found: the absence of the safety declarations; appropriate operation, poor energy security, low qualification and insufficient number of operators. A set of measures to identify potentially dangerous objects based on geophysical, geodesic and innovative non-destructive methods of control was established. There has been developed and introduced a computer information system of formation of planned-prophylactic measures under the conditions of limited investments for the HS. A database of the potentially dangerous land reclamation objects in the SFD and NCFD and a database control system were created. The main technical and economic parameters of the automated system are: water use efficiency grows from 10 to 15 %; damage prevention is estimated as 28.68 billion rubles; automation increases by 20%; labor efficiency rises by 30%. | Цель работы – совершенствование эксплуатационных мероприятий сохранения и воспроизводства надежности гидротехнических сооружений (ГТС). Объектом исследования является комплекс мер, которые обеспечивают эксплуатационную безопасность действующих ГТС. Предмет исследования – оценка технического состояния находящихся в федеральной собственности ГТС на территории Южного (ЮФО) и Северо-Кавказского (СКФО) Федеральных округов. При исследовании использовались методы анализа и подходы к устранению рассматриваемых проблем эксплуатации мелиоративных объектов; материалы нормативно-правовой и нормативно-методической баз; концепции формирования сложных систем автоматизированного управления и поддержки принятия управленческих решений. Выявлены важнейшие факторы повышения опасности сооружений: отсутствие деклараций безопасности и должной эксплуатации, слабая энерговооруженность, низкая квалификация и недостаточная численность персонала службы эксплуатации. Установлена система мероприятий по определению потенциально опасных объектов, которая основывается на геофизических, геодезических и неразрушающих инновационных методах контроля. Созданы база данных потенциально опасных мелиоративных объектов ЮФО и СКФО и система управления базой данных. Разработана и внедрена компьютерная информационная система формирования планово-предупредительных мероприятий в условиях ограниченных инвестиций на эксплуатацию ГТС. Основные технико-экономические показатели автоматизированной системы: повышение коэффициента полезного использования воды от 10 до 15%; предотвращение ущерба от возможных аварийных ситуаций порядка 28.68 млрд руб.; рост уровня автоматизации на 20% и производительности труда на 30%.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2016

Runov B.A.

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2014

Berdov, E.I. | Khlyzov, N.T. | Korepanov, A.V., Chelyabinsk State Agroengineering Academy

Для мелкой отвальной обработки почвы в сельском хозяйстве широко применяют дискаторы. Для обеспечения соответствия суммарной силы сопротивления орудия тяговым параметрам трактора разработана номограмма, позволяющая выбрать оптимальные варианты в зависимости от конкретных условий работы агрегата. Рабочими органами дискаторов являются сферические диски, установленные под углом к вертикали для обеспечения оборота пласта почвы. Специфика работы многорядных дискаторов заключается в необходимости изменения угла атаки дисков в зависимости от засоренности поверхности поля, твердости, влажности почвы и глубины обработки. Ручная регулировка угла атаки отнимает много времени у тракториста, уменьшая эффективность использования почвообрабатывающего агрегата. С целью устранения этого недостатка разработана электрогидравлическая система дистанционного привода регулирующего механизма, позволяющего управлять изменением угла атаки дисков. Предложенное устройство заменяет винтовой механизм ручного регулирования каждого ряда дисков и обеспечивает возможность производить регулировку угла атаки дисков в диапазоне 0...30 градусов непосредственно из кабины трактора, затрачивая на это минимум времени (от 1 до 5 с). Благодаря применению устройства сокращается общее время настройки и регулировки орудия, повышается коэффициент использования рабочего времени, увеличивается сменная производительность машинно-тракторного агрегата. Рациональный тяговый диапазон для машинно-тракторного агрегата в составе трактора РТ-М-160 со сдвоенными колесами и дискатора БДМ-4x4, при котором обеспечивается максимальная производительность агрегата на стерневом фоне, лежит в диапазоне 28,3...33 кН. | Disk harrows are widely used for surface moldboard tillage. To ensure the compliance of the total resistance force with the drawbar tractor performance parameters it has been elaborated a nomogram to choose the best options that depend on the specific working conditions of the unit. The working bodies of a harrow are spherical discs tiltable to the vertical to ensure soil overturning. The angle of attack of a multirow disk harrow changes, and it depends on the weed infestation of soil, its hardness, moisture, and the tillage depth. Manual adjustment of the angle of attack encroaches upon the tractor operator's time that reduces the efficiency of a tillager. To correct this defect it was proposed the designed electro-hydraulic remote gear system to control mechanism changing the angle of a disk. The proposed system replaces the screw one for manual adjusting of each row of disks and gives an opportunity to adjust the angle of attack over the range of 0...300 from the tractor cab with the minimum time to be spent (up to 5 seconds). When using the device the period of time to adjust and control the machine-tractor unit reduces, with the operation factor and the productivity per shift also increasing. The rational drawbar range for a machine-tractor unit when it is used as a part of the RT-M-160 tractor with tandem wheels and a harrow BDM-4x4 is between 28.3-33 kN, the productivity of the unit on stubble being maximum.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

1995

Bondur, V.G. | Savin, A.I.

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

1995

Brejdo, M.D. | Sukhikh, V.I.

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation