КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер 23-24-10064

НазваниеИдентификация древесин и коры отдельных групп хвойных и цветковых растений на основе методов многомерной статистики и компьютерного зрения

РуководительКотина Екатерина Леонидовна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ботанический институт им. В.Л. Комарова Российской академии наук, г Санкт-Петербург

Период выполнения при поддержке РНФ

2023 г. - 2024 г.

Конкурс№76 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс).

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-102 - Ботаника

Ключевые словаДревесина, кора, флоэма, анатомия, идентификация, археология, палеоботаника, Salix, Populus, Chosenia, Juniperus, компьютерное зрение, многомерная статистика

Код ГРНТИ34.03.00

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Задача настоящего проекта – разработка методов идентификации древесины и коры на основе анатомических и морфологических признаков для представителей родов можжевельник (Juniperus , сем. Cupressaceae), ива, тополь и чозения (Salix, Populus и Chosenia, сем. Salicaceae) с использованием методов многомерной статистики и распознавания образов (алгоритмы компьютерного зрения). Остатки стволов и ветвей можжевельника, ивы и тополя встречаются в неогеновых и четвертичных отложениях на обширной территории России, Западной Европы и Малой Азии. Эти породы с глубокой древности использовались человеком, на что указывают многочисленные археологические находки древесины, часто с остатками коры из Средиземноморья и других регионов Евразии. В наши дни древесина и кора также находит разнообразные применения. Вместе с тем, идентификация растительных остатков (их таксономическая принадлежность), как относящихся к этим группам растений, так и в целом, вызывает серьезные затруднения. Разработка простых и надёжных методов идентификации материалов растительного происхождения поможет в решении сложных вопросов в области палеоботаники и археологии, а также для решения различных прикладных задач, связанных с деревообработкой, реставрацией, судебной и таможенной экспертизой и т.д. Традиционный способ идентификации растительных материалов основан на методах сравнительной анатомии и морфологии. Новые методы, такие как ДНК-баркодинг или хемотипирование, имеют ряд преимуществ. Но, они дороги в исполнении и практически неприменимы для хрупких археологических и ископаемых образцов. По этой причине недорогой в исполнении и универсальный способ определения растительных материалов, основанный на методах классической анатомии и морфологии сохраняет своё значение для науки и практики. В случае недостаточно четких качественных различий в структурах исследуемого материала, можно обратиться к количественным признакам, к примеру, таким как длина волокон и проводящих элементов их диаметр, количественное распределение и так далее. Привлечение для определения растительных материалов количественных признаков (к примеру, длина и диаметр проводящих элементов, волокон, параметры лучей ксилемы и флоэмы) и нетрадиционных подходов к их анализу – таких как многомерная статистика и распознавание изображений с помощью машинного обучения – открывают новые возможности для развития методов идентификации. Настоящий проект направлен на обновление и усовершенствование методов идентификации растительных материалов и позволит сделать определение образцов проще, удобнее и результативнее. При реализации проекта впервые будут разработаны надёжные методы идентификации тканей ствола таких групп растений как Juniperus (Cupressaceae), Salix, Populus и Chosenia (Salicaceae), основанные на статистическом анализе данных о межвидовой вариации количественных и качественных анатомических признаков в этих группах. Кроме того, для представителей Salicaceae будет исследовано разнообразие признаков коры и особенности их онтогенетической изменчивости. Для указанных таксонов впервые будет опробован метод идентификации древесин и коры (флоэмы), основанный на алгоритмах распознавания фотографических образов и компьютерного обучения. В случае успешной апробации заявленных методов их будет перспективно использовать для определения и других групп растений. В перспективе опыт, полученный в рамках выполнения данного проекта позволит создать приложение по идентификации древесин, коры и других растительных материалов доступное для неспециалистов.

Ожидаемые результаты
В ходе выполнения работ по проекту будут получены следующие результаты: - выявлены анатомические признаки, их комбинации и пороговые значения, позволяющие надёжно установить принадлежность образца древесины можжевельника одной из секций рода Juniperus, а также – к европейским и средиземноморским видам этого рода. - выявлены анатомические признаки, их комбинации и пороговые значения, позволяющие надёжно установить родовую принадлежность образцов древесины ивовых Голарктики, а в ряде случаев – и принадлежность к конкретным видам; - выявлены анатомические и морфологические признаки коры Ивовых, произрастающих на территории России; составлены ключи для идентификации родов и видов (Salix, Populus и Chosenia); сделаны фотографии всех значимых для идентификации признаков коры; - созданы модели, способные решать задачи идентификации древесин можжевельников, древесин и тканей коры ивовых путём распознавания и классификации микрофотографий их срезов; - атрибутирована коллекция калифорнийских древесин из Форта Росс, хранящаяся в фондах Ботанического музея БИН РАН, с использованием разработанных методов. Полученные результаты позволят более достоверно определять образцы из палеоботанических и археологических коллекций, собранных в России, сопредельных странах и в других регионах Голарктики. Тем самым они дадут возможность более точно реконструировать историю растительности, климата и материальной культуры разных частей этого обширного региона. Разработанные методы могут быть также востребованы в промышленности, реставрации, для нужд музейной, судебной и таможенной экспертизы. Результаты и методологические разработки, полученные в ходе выполнения проекта, послужат важным заделом для создания современных средств идентификации растительных образцов и в других группах растений, представляющих интерес для науки и практики.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---