IV Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ПРОГРАММНО-ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ БИОЛОГИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО МИРА
Шунькин М.М., Баруздин И.В., Мартинчук Н.А.
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение

Ботаника - одна из первых биологических наук, которая своими корнями уходит в глубокую древность и возникновение которой было связано с насущными практическими потребностями человека. Все разнообразие современных культурных растений создано упорным трудом человека в результате накопления сведений о форме и свойствах растительных организмов, об их жизнедеятельности, распространении, изменчивости и т. д. Развитие ботаники происходит под влиянием практических запросов общества.

В наши дни ботаника представляет собой большую многоотраслевую науку. Общая задача ее состоит в изучении отдельно взятых растений и их совокупностей - растительных сообществ.

В настоящее время информация является одним из ценнейших ресурсов общества. Информационные технологии находятся в постоянном развитии и совершенствовании. Появляются новые технические средства, разрабатываются новые концепции, методы организации данных, их передачи, хранения и обработки, формы взаимодействия пользователей с информационными системами.

Актуальность темы исследования:

Распространение персональных компьютеров приобщило к использованию информационных методов широкие ряды ботаников, не имеющих специальной прикладной математической или программистской подготовки. Именно эта категория исследователей нуждается в едином информационном "пространстве", которое позволяет интегрировать данные для обобщающих совместных и сравнительных работ, широкого привлечения статистических компьютерных программ для их обработки. Это работа с практически неограниченным объёмом данных. Знание ботанических объектов, их связи в различных типах сообществ, приспособлений к условиям обитания позволит в дальнейшем более эффективно осваивать такие предметы, как экология.Возникла насущная потребность в специализированном интегрированном программном обеспечении, которое позволило бы пользователям-ботаникам самостоятельно применять компьютерные методы обработки, комбинируя различные готовые программы для достижения желаемых результатов. Данные программы позволят быстро и легко определять видовой состав, применяя при этом доступные гаджеты. При изучении информационных технологий и услуг сети Internet, у людей повышается кругозор знаний, также они получают практические навыки работы с персональным компьютером и телефоном, применяя их на пользу образования.

3

Объект исследования:

Программно-информационное обеспечение для сотовых телефонов, планшетов.

Предметисследования:

Leafsnap. Peter Belhumeur © 2017 Columbia University, University of Maryland, and the Smithsonian Institution Обновлено: 17.07.2017 Версия: 1.08 Размер: 220 МБ.

"Yates My Garden"

"Garden Time" (Время сада)

"Флорист-X"

"Plantsnap"

"LookupLife"

Цель работы:

-Познакомиться с программным обеспечением российских и зарубежных авторов.

-Изучить программы на различном ботаническом материале и провести анализ полученных результатов.

Для достижения данной цели поставлены следующие задачи:

-Познакомиться с программой Leafsnap.

-Проанализировать наличие программ-аналогов российских источников.

4

Программа Leafsnap

Leafsnap-это первый в серии электронных, биологических справочников, который разрабатывался учеными из Колумбийского университета, Университета штата Мэриленд и Смитсоновского Института. (Прил №1)

Их целью было информирование общественности о стремительно сокращающимся биологическом разнообразии.

Leafsnap использовали метод распознавания лиц, разработанный профессором Питером Belhumeur и профессором Дэвид Джейкобсом, факультетов компьютерных наук Колумбийского университета и университета Мэриленда.

Таким образом ученые разработали и внедрили систему визуального распознавания растений.

Колумбийский Университет разработал и написал iPhone и iPad приложений, leafsnap.com сайт.

Смитсоновский институт собрал данные о видах растений в виде высококачественных фотографий, доступных в приложениях и на веб-сайте.

Новейшая версия Leafsnap была расширена, чтобы включить деревья Канады через сотрудничество с Канадской федерацией дикой природы.

Отдельная версия для деревьев Соединенного Королевства также доступна. Виды Великобритании были собраны и сфотографированы Музеем естественной истории, Лондон, Великобритания.

Обновлена программа: 17.07.2017 Версия: 1.08 Размер: 220 МБ.

5

Использование программы

Работа программы начинается с фотографирования листа растения на белом фоне. (Прил №2)

Затем программа определяет его точную форму, используя алгоритм, который применяется для распознавания лиц.

Далее приложение сопоставляет полученную информацию с базой данных о различных видах деревьев и выбирает из нее нужный вид.

Приложение даст информацию об месте произрастания, особенностях цветения и т.д.

Если из-за качества изображения программе будет сложно прийти к окончательному выводу, он предложит возможные варианты с подробным описанием и предоставит дополнительную информацию (например, где произрастают деревья-кандидаты, как выглядят их цветы и семена и так далее). (Прил. №3)

Каждое фото, поступившее в приложение, попадает в специально разработанную базу флоры той или иной местности и помогает учёным в исследованиях новых видов растений и пополнении информации об уже известных.

6

Достоинства и недостатки программы

Достоинства программы Leafsnap

+ Предназначено приложение для образования, самообразования.

+Приложение распространяется бесплатно.

+Заявленный возраст: 4+

+ Leafsnap содержит красивые изображения с высоким разрешением листьев, цветов, плодов, семян для облегчения идентификации.

+ В будущем база данных должна быть расширена всеми видами деревьев, произрастающих на всей территории США.

+Пользоваться приложением несложно. Достаточно взять неповрежденный лист, разместить его на светлом фоне (подойдет лист бумаги, блокнот или белая футболка) и сфотографировать его при помощи встроенной камеры iPhone.

+Ученые смогут извлечь много пользы для проведения научных работ. Получаемая информация позволит регулярно проводить мониторинг по всей территории США.

+ Прогулка с детьми станет полезной и познавательной, с использованием этого приложения.

+Приложение очень хорошо оформлено, содержит большое количество структурированного материала.

+Весь процесс распознавания завершается в течение 5 секунд.

+Есть ссылки на различные игры, которые помогают тренироваться в узнавании растений.

+Можно просмотреть на карте изображения, отследить историю коллекции во времени и пространстве.

+В целом, очень познавательное приложение, которое помогает без лишних усилий узнать чуть больше об окружающем мире.

+Большие возможности для модернизации школьного обучения, т.е. для совершенствования процесса обучения.

7

Недостатки программы Leafsnap:

-Вся информация на английском языке.

-Совместимость: Требуется iOS 6.0 или более поздняя версия. Совместимо с iPhone, iPad и iPod touch.

- Программа «Leafsnap» создана специально для Iphone, Ipad .

-В настоящее время Leafsnap включает в себя деревья, листья, цветы, плоды и семена северо-восточной части Соединенных Штатов и Канады.

-Создатели «Leafsnap» не сообщают, будет ли такое приложение доступно для жителей Европы и России.

-Теоретически приложение могут устанавливать пользователи из других регионов, но Leafsnap не сможет полностью удовлетворить их любопытство (например, русские березки и лопухи в этом справочнике есть)

- Существенный недостаток: для нормального функционирования необходимо постоянное соединение с Интернетом, если iPhone окажется вне зоны уверенного приема, то Leafsnap станет совершенно бесполезным.

-Приложение Leafsnap имеет всего одну прикладную функцию, хотя над его разработкой трудилась команда ученых сразу из трех американских институтов.

-Вы должны иметь при себе белый лист бумаги.

-Не с первого раза после фотографирования распознает растение.

- кладете перед камерой исконно русский лопух, фотографируете его, а программа говорит вам: “Arctium tomentosum, страна происхождения – Германия”

-Правильный ответ не всегда первый в списке, он входит в ТОП-10.

-Характеристики, такие как кора дерева или черешок часто не точные. Пока это слишком сложно, чтобы автоматически распознавать эти характеристики.

-На прошивке 4.2.1 вылетает.

-Анализ данных leafsnap.com показал, что у этого домена средний рейтинг и это обычный ресурс со средним уровнем посещаемости (не более 20 тыс. в месяц). Лидирующую позицию по доле трафика занимает США (87,0%),

-Распознаёт иногда не уверенно.

8

Аналоги программы Leafsnap

Сегодня существует аналоги программы Leafsnap, например, программа pl@nt net. Разработана учеными из четырех французских научно-исследовательских организаций (CIRAD, INRA, INRIA и IRD), и сети Tela Ботаника, при финансовой поддержке Агрополис Fondation.

Плюсы:

Это бесплатное приложение позволяет идентифицировать виды растений из фотографий, с помощью визуального программного обеспечения распознавания.

Виды растений, которые достаточно хорошо иллюстрируется в ботанические справочные базы данных можно легко распознать.

Если правильно определить вид, можно принять участие в проекте, представив свои наблюдения с помощью кнопки "вклад".

Программу можно скачать на устройства Android и ios.

Минусы:

Эта программа на английском языке.

Не позволяет идентифицировать декоративные растения.

Plant snap

Приложение поможет лучше понять растения, которые окружают, а также база данных поможет ученым узнать растения во всем мире.

PlantSnap может быть использована как образовательный инструмент в школах и колледжах, а также в садоводстве и озеленении предприятий.

База данных поможет ботаникам по всей планете понять экосистемы и определить новые места обитания растений.

Садоводы и ландшафтные дизайнеры смогут использовать технологии, чтобы общаться со своими клиентами.

Преподаватели будут иметь простой инструмент, чтобы объяснить природу и растительную жизнь.

LookupLife

База животных и растений. Приложение «знает», в каком регионе какие виды могут встретиться, поэтому поиск упростится. Оно способно определить вид по внешнему виду, характеристикам или даже по звучанию.

9

В базе приложения LookupLife находится более 66 тысяч видов растений из 1,4 млн., числящихся в базе данных ZipcodeZoo; 4753 птиц из 58520 существующих, 2408 бабочек и мотыльков. Скачать LookupLife можно из открытых источников на свои телефоны или планшеты, это отличное приложение для начинающих натуралистов.

Пользователь сможет ознакомиться с особенностями жизни животного, с ее продолжительностью, ореолом обитания, длительностью жизни и со многими другими интересными данными. Приложение способно работать на всех современных мобильных устройствах, работающих на таких популярных мобильных платформах как Android, Windows и iOS. Оно не требует высокой производительности от устройств, на которых оно установлено, поскольку LookupLife является интерактивной базой данных, предназначенной лишь для ввода и вывода информации.

Plants

Это приложение от бруклинской студии разработчиков образовательных приложений Tinybop для изучения ботаники. Приложение представляет собой интерактивную диораму, в которой игрок – царь и бог, способный управлять погодой, устраивать лесные пожары и наблюдать за животными в их естественной среде. Пользователю предоставляется возможность познакомиться с различными растениями и животными в виртуальной песочнице, копирующей их естественную среду обитания. В приложении есть экосистемы лесных и пустынных районов, тундры и лугов. Скоро разработчики обещают представить экосистемы тайги, тропической саванны и мангровых лесов. Приложение есть в App Store, его цена – $2.99.

BioMio

Простое детское приложения для знакомства с окружающим миром. Из BioMio дети узнают о существовании простых экологических групп, таких как животные, растения и объекты неживой природы, и как эти группы взаимосвязаны. Дети выбирают один из трёх ландшафтов (лес и пруд; море и подводный мир; река) и приступают к изучению выбранной экосистемы. Всё просто, ясно и красочно. Приложение можно скачать на iTunes за $1.99.

Рlants by tinybop

Для детей в возрасте от 4 до 10 лет.

• Подробные и точные иллюстрации показывают десятки растений и животных в их естественной среде обитания.

10

• Бесплатный загружаемый справочник (на 8 языках) содержит уроки и советы по взаимодействию для родителей и учителей.

• Изучайте и идентифицируйте виды при помощи съемных или прикрепляемых ярлыков.

• Инструмент записи позволяет детям и родителям задавать друг другу вопросы.

• Универсальная инфопанель позволяет родителям следить за ходом обучения детей и просматривать, сохранять и делиться совместными беседами со своими детьми во всех приложениях Tinybop.

Tinybop — это бруклинская студия дизайнеров, разработчиков и художников, которая создает образовательные приложения для любознательных детей.

"Yates My Garden"

Приложение представляет собой миниатюрную соцсеть для "узкого круга" садоводов. Можно завести собственную "страничку" и добавлять в нее свои "творения" (с фото) или комментировать и рассылать в Facebook и Twitter.

В приложении есть разделы, аналогов которым в других ресурсах нет. Например, неизвестное растение можно сфотографировать и спросить у пользователей: "Что это?".

Но материала пока немного. (Прил №4)

Всё о растениях – Флорист-X

Это официальное приложение сайта https://floristics.info про садоводство и цветоводство, на котором можно узнать почти все про комнатные цветы, огородные и садовые растения – их посадку, выращивание и уход.

База растений пополняется. Особенность приложения – вся текстовая информация доступна ОФФЛАЙН (без интернета).

11

Garden Time ("Время сада")

Фиксируете все значимые для вас и посаженных культуры: дату посадки, температурный фон, влажность и прочее. Приложение само подскажет удачные даты для посадки.

В программе выделено место для личных заметок, наблюдений, описания проблем. Можно создать собственную фотогалерею.

В программе предусмотрено резервное копирование и восстановление данных.

В бесплатном доступе − только пилотная версия на 30 дней.

(Прил №5)

12

Вывод:

Наш проект наглядно показал многообразие возможных способов обработки, результатов исследователями-ботаниками, которые должны способствовать формулированию выводов и выявлять связи, зависимости и закономерности между описываемыми ботаническими объектами и их характеристиками.

Полученный нами опыт использования предложенных мобильных приложений на практике показал их осуществимость и эффективность. Все участники были впечатлены и получили огромное удовольствие. Без мотивации современное обучение невозможно, а технология мобильного обучения мотивацию повышает.

Все рассмотренные приложения, использующиеся в естественных науках, могут применяться для тренировки и углубления знаний. Процесс обучения становится интересный, уникальный и захватывающий. Это путь к школе будущего. В помощь преподавателям создаются игры и приложения, с которыми становятся доступны многие опыты и эксперименты.

К сожалению, русскоязычных программ для ОС Android практически не представлено. Но основные моменты усваиваются и при минимальных знаниях английского. Абсолютное большинство приложений имеет интуитивно понятный интерфейс и не занимают в смартфоне много места.

Итак, цели и задачи исследования были успешно решены. В дальнейшем нами планируется распространить идею в другие школы.

13

Список литературы

Список литературы:

  • 1.Серебрякова Т.И. Ботаника с основами фитоценологии: Анатомия и морфология растений: учебник для вузов/ Т.И. Серебрякова, Н.С. Воронин, А.Г. Еленевский и др. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2006 г. – 543с

  • 2.Юрцев Б. А. Мониторинг биоразнообразия на уровне локальных флор // Бот. журнал, 1977. Т. 82, № 6. С. 60-69.

  • 3.Баландин С.А., Абрамова Л.И., Березина Н.А. Общая ботаника с основами геоботаники: Учебное пособие для вузов. 2-е изд., испр. и доп. М.: ИКЦ «Академкнига, 2006. 293 с.

  • 4 .Родман Л.С. Ботаника с основами географии растений. М.: Колос, 2006. 397 с.

Источники:

  • Программное обеспечение и Интернет-ресурсы: Leafsnap, http://www.plantarium.ru/page/search.html

  • https://www.ogorod.ru/ru/main/news/7583/10-prilozhenij-dlya-sada-i-ogoroda-na-Android.htm

  • https://itunes.apple.com/us/app/leafsnap/id430649829?mt=8

  • http://womo.ua/15-obuchayushhih-prilozheniy-dlya-smartfonov/

14

Приложения

1.

2.

3.

4.

5.