Разработка методологии, моделей и методов создания цифровых двойников сельскохозяйственных растений для использования в цифровых платформах, работающих в режиме реального времени, и системах принятия решений для управления ресурсами агротехнических предприятий по теме: Разработка методики расширенного сбора данных в экспериментальных хозяйствах и методов и средств накопления и анализа данных для сопоставления динамики параметров роста и развития, а также синхронизации состояний виртуальных и реальных растений

Объектом исследования являются модели, методы и алгоритмы создания интеллектуальных цифровых двойников растений (ИЦДР), интегрирующих возможности киберфизических систем и интеллектуальных систем планирования и моделирования стадий роста и развития растений и прогнозирования урожая, синхронизируемых с состояниями реальных посевов, на основе онтологий и мультиагетных технологий. Главной целью исследований и разработок на 2024 являлось создание первого промышленного прототипа ИЦДР на основе разработанных на предыдущих этапах мультиагентных моделей и методов планирования растений и их стадий, и проведение испытаний прототипа как путем моделирования, так и сопоставления с полевыми экспериментами по выращиванию растений в хозяйствах. Кроме того, проводился обзор литературы для оценки направлений развития концепции ИЦДР и велось расширение базы знаний новыми сортами и культурами растений. В ходе этапа 2024 года решены следующие основные задачи и получены следующие наиболее значимые результаты: 1. Проведен обзор, уточнена концепция цифрового двойника растений и показана эволюция этого понятия с развитием новых методов и средств искусственного интеллекта, в том числе гибридных подходов, совмещающих преимущества различных методов ИИ. 2. Программная система ИЦДР доведена до уровня MVP-прототипа, который может передаваться промышленным партнерам и заказчикам для тестирования и проверки на собственных выбранных сортах культур. 3. Продолжено создание массивов данных экспериментального выращивания, включающих наблюдения за динамикой биометрических параметров растений и постадийного выноса питательных веществ из почвы, которые применены для калибровки онтологических сортовых моделей ИЦДР и проведения количественной проверки модели ИЦДР с определением точности прогноза параметров. 4. Проведена экспериментальная проверка разработанной раннее модели и метода ИЦДР в сопоставлении роста и развития виртуальных и реальных растений, которая показала свою адекватность в полевых условиях и позволила сформулировать предложения и рекомендации для дальнейшего развития конфепции, функций и архитектуры ИЦДР. 5. В качестве рекомендаций были сформулированы направления исследований и разработок моделей, методов и средств ИЦДР, которые планируются к реализации в следующем году. 6. Расширена онтология растениеводства для учета новых физиологических и агротехнических факторов продукционного процесса растений: прекращения и возобновления вегетации озимых культур и параметров качества семян, влияющих на мощность роста посевов. 7. Продолжено наполнение базы знаний ИЦДР, в которую были внесены сорта пшеницы иных климатических регионов, онтологические модели новых культур – гороха и подсолнечника, которые планируется проверить в ходе исследований в последующие годы в модельных и полевых уловиях. 8. Формализованы знания об агротехнических мерах, применяемых на открытом грунте при возделывании полевых культур. Формализованные знания станут основой онтологии агротехнологий, применяемой для формирования рекомендаций по возделыванию на основе расчетов ИЦДР. В качестве сквозного примера зерновой культуры для отработки ИЦДР выбрана пшеница озимых и яровых сортов, по которой в Самарском научно-исследовательском институте сельского хозяйства (НИИСХ) РАН им. Тулайкова (г.Безенчук) ведутся научные исследования и разработки в области селекции новых сортов уже более, чем 100 лет, накоплены большие массивы информации и имеются специально выделенные экспериментальные поля. Создаваемый прототип ИЦДР предназначен для технологий точного земледелия как для открытых полей, так и закрытого грунта, в том числе умных теплиц, фитотронов и других применений.