IV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
ПРОГРАММНО-ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ БИОЛОГИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО МИРА
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
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.