<!DOCTYPE article
PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.4 20190208//EN"
       "JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" article-type="research-article" dtd-version="1.4" xml:lang="en">
 <front>
  <journal-meta>
   <journal-id journal-id-type="publisher-id">INTERNATIONAL AGRICULTURAL JOURNAL</journal-id>
   <journal-title-group>
    <journal-title xml:lang="en">INTERNATIONAL AGRICULTURAL JOURNAL</journal-title>
    <trans-title-group xml:lang="ru">
     <trans-title>МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ</trans-title>
    </trans-title-group>
   </journal-title-group>
   <issn publication-format="print">2587-6740</issn>
  </journal-meta>
  <article-meta>
   <article-id pub-id-type="publisher-id">114122</article-id>
   <article-id pub-id-type="doi">10.55186/25876740_2024_67_2_192</article-id>
   <article-categories>
    <subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="ru">
     <subject>Научное обеспечение и управление агропромышленным комплексом</subject>
    </subj-group>
    <subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="en">
     <subject>Scientific support and management of agrarian and industrial complex</subject>
    </subj-group>
    <subj-group>
     <subject>Научное обеспечение и управление агропромышленным комплексом</subject>
    </subj-group>
   </article-categories>
   <title-group>
    <article-title xml:lang="en">Multiclass recognition of crops by a recurrent deep learning neural network with convolutional layers based on high-resolution color aerial photographs</article-title>
    <trans-title-group xml:lang="ru">
     <trans-title>Мультиклассовое распознавание посевов сельскохозяйственных культур рекуррентной нейронной сетью глубокого обучения со сверточными слоями по цветным аэрофотоснимкам высокого разрешения</trans-title>
    </trans-title-group>
   </title-group>
   <contrib-group content-type="authors">
    <contrib contrib-type="author">
     <contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0002-5548-5637</contrib-id>
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Токарев</surname>
       <given-names>Кирилл Евгеньевич</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Tokarev</surname>
       <given-names>Kirill Evgen'evich</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <email>tokarevke@yandex.ru</email>
     <bio xml:lang="ru">
      <p>кандидат экономических наук;</p>
     </bio>
     <bio xml:lang="en">
      <p>candidate of economic sciences;</p>
     </bio>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-1"/>
    </contrib>
    <contrib contrib-type="author">
     <contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0002-8709-6089</contrib-id>
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Лебедь</surname>
       <given-names>Никита Игоревич</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Lebed</surname>
       <given-names>Nikita Igorevich</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <email>nik8872@yandex.ru</email>
     <bio xml:lang="ru">
      <p>доктор технических наук;</p>
     </bio>
     <bio xml:lang="en">
      <p>doctor of technical sciences;</p>
     </bio>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-2"/>
    </contrib>
   </contrib-group>
   <aff-alternatives id="aff-1">
    <aff>
     <institution xml:lang="ru">Волгоградский государственный аграрный университет</institution>
     <city>Волгоград</city>
     <country>Россия</country>
    </aff>
    <aff>
     <institution xml:lang="en">Volgograd State Agricultural University</institution>
     <city>Volgograd</city>
     <country>Russian Federation</country>
    </aff>
   </aff-alternatives>
   <aff-alternatives id="aff-2">
    <aff>
     <institution xml:lang="ru">Волгоградский государственный аграрный университет</institution>
     <city>Волгоград</city>
     <country>Россия</country>
    </aff>
    <aff>
     <institution xml:lang="en">Volgograd State Agricultural University</institution>
     <city>Volgograd</city>
     <country>Russian Federation</country>
    </aff>
   </aff-alternatives>
   <pub-date publication-format="print" date-type="pub" iso-8601-date="2024-04-15T00:00:00+03:00">
    <day>15</day>
    <month>04</month>
    <year>2024</year>
   </pub-date>
   <pub-date publication-format="electronic" date-type="pub" iso-8601-date="2024-04-15T00:00:00+03:00">
    <day>15</day>
    <month>04</month>
    <year>2024</year>
   </pub-date>
   <issue>2</issue>
   <fpage>192</fpage>
   <lpage>195</lpage>
   <history>
    <date date-type="received" iso-8601-date="2023-10-10T00:00:00+03:00">
     <day>10</day>
     <month>10</month>
     <year>2023</year>
    </date>
    <date date-type="accepted" iso-8601-date="2023-11-15T00:00:00+03:00">
     <day>15</day>
     <month>11</month>
     <year>2023</year>
    </date>
   </history>
   <self-uri xlink:href="https://ecience.ru/en/nauka/article/114122/view">https://ecience.ru/en/nauka/article/114122/view</self-uri>
   <abstract xml:lang="ru">
    <p>Актуальность исследования обусловлена необходимостью создания интеллектуальной системы мониторинга состояния посевов сельскохозяйственных культур в период вегетации на значительных площадях. Научная проблема оперативного мониторинга состояния посевов сельскохозяйственных культур с последующим распознаванием их состояния по цветным изображениям, получаемым с беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), может быть решена посредством нейросетевых алгоритмов глубокого обучения, обеспечивающих анализ и обработку графической информации. В рамках компьютерной реализации рекуррентой нейронной сети со сверточными слоями авторами сформирован датасет цветных изображений посевов сельскохозяйственных культур, полученных с использованием БПЛА. С целью решения проблемы классового дисбаланса полученного датасета, осуществлена его аугментация путем искусственного добавления новых изображений, полученных на основе уже существующих. Для обучения, реализованной на языке Python, рекуррентной нейронной сети, включающей сверточные слои, сформирована обучающая и тестовая выборки, с разметкой изображений по четырем классам: здоровая растительность («healthy»), пораженная растительность («affected»), почва, незасеянное поле («soil») и прочие объекты («other»). Полученные в ходе исследования результаты распознавания могут быть использованы для создания гибридных архитектур с последующей программной реализацией комплекса нейросетевых моделей, позволяющих выявлять закономерности роста и развития различных групп сельскохозяйственных культур.</p>
   </abstract>
   <trans-abstract xml:lang="en">
    <p>The relevance of the study is due to the need to create an intelligent system for monitoring the state of crops during the growing season on significant areas. The scientific problem of operational monitoring of the state of crops with subsequent recognition of their condition from color images obtained from unmanned aerial vehicles (UAVs) can be solved by means of neural network algorithms of deep learning that provide analysis and processing of graphical information. As part of the computer implementation of a recurrent neural network with convolutional layers, the authors have formed a dataset of color images of crops obtained using UAVs. In order to solve the problem of class imbalance of the resulting dataset, its augmentation was carried out by artificially adding new images obtained on the basis of existing ones. For the training of a recurrent neural network implemented in Python, including convolutional layers, training and test samples were formed, with the marking of images in four classes: healthy vegetation (&quot;healthy&quot;), affected vegetation (&quot;affected&quot;), soil, unseeded field (&quot;soil&quot;) and other objects (&quot;other&quot;). The recognition results obtained in the course of the study can be used to create hybrid architectures with subsequent software implementation of a complex of neural network models that allow identifying patterns of growth and development of various groups of crops.</p>
   </trans-abstract>
   <kwd-group xml:lang="ru">
    <kwd>мультиклассовое распознавание</kwd>
    <kwd>искусственный интеллект</kwd>
    <kwd>фитоагроценоз</kwd>
    <kwd>продуктивность</kwd>
    <kwd>сверточные нейронные сети</kwd>
   </kwd-group>
   <kwd-group xml:lang="en">
    <kwd>multiclass recognition</kwd>
    <kwd>artificial intelligence</kwd>
    <kwd>phytoagrocenosis</kwd>
    <kwd>productivity</kwd>
    <kwd>convolutional neural networks</kwd>
   </kwd-group>
   <funding-group>
    <funding-statement xml:lang="ru">Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-21-20041, https://rscf.ru/project/22-21-20041/ и Волгоградской области.</funding-statement>
    <funding-statement xml:lang="en">The study was supported by the Russian Science Foundation grant No. 22-21-20041, https://rscf.ru/project/22-21-20041/ and the Volgograd region.</funding-statement>
   </funding-group>
  </article-meta>
 </front>
 <body>
  <p></p>
 </body>
 <back>
  <ref-list>
   <ref id="B1">
    <label>1.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Kamilaris, A., Prenafeta-Boldú, F.X. (2018). Deep Learning in Agriculture: A survey. Computers and Electronics in Agriculture. Available at: www.arxiv.org/pdf/1807.11809</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Kamilaris, A., Prenafeta-Boldú, F.X. (2018). Deep Learning in Agriculture: A survey. Computers and Electronics in Agriculture. Available at: www.arxiv.org/pdf/1807.11809</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B2">
    <label>2.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Neetu and Ray, S.S. (2019). Exploring machine learning classification algorithms for crop classification using Sentinel 2 data. ISPRS – International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, vol. XLII-3/W6. Available at: www.int-arch-photogramm-remote-sens-spatial-infsci.net/XLII-3-W6/573/2019/isprs-archives-XLII-3-W6-573-2019.pdf</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Neetu and Ray, S.S. (2019). Exploring machine learning classification algorithms for crop classification using Sentinel 2 data. ISPRS – International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, vol. XLII-3/W6. Available at: www.int-arch-photogramm-remote-sens-spatial-infsci.net/XLII-3-W6/573/2019/isprs-archives-XLII-3-W6-573-2019.pdf</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B3">
    <label>3.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Liakos, K.G., Busato, P., Moshou, D., Pearson, S., Bochits, D. (2018). Machine Learning in Agriculture: A Review. Sensors (Special Issue &quot;Sensors in Agriculture 2018&quot;). Available at: www.mdpi.com/1424- 8220/18/8/2674/pdf</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Liakos, K.G., Busato, P., Moshou, D., Pearson, S., Bochits, D. (2018). Machine Learning in Agriculture: A Review. Sensors (Special Issue &quot;Sensors in Agriculture 2018&quot;). Available at: www.mdpi.com/1424- 8220/18/8/2674/pdf</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B4">
    <label>4.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Kitonsa, H., Kruglikov, S.V. (2018). Significance of drone technology for achievement of the united nations sustainable development goals. R-Economy, vol. 4, no. 3, pp. 115-120.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Kitonsa, H., Kruglikov, S.V. (2018). Significance of drone technology for achievement of the united nations sustainable development goals. R-Economy, vol. 4, no. 3, pp. 115-120.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B5">
    <label>5.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Гудфеллоу Я., Бенджио И., Курвилль А. Глубокое обучение. М.: ДМК Пресс, 2018. 652 с.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Gudfellou Ya., Bendzhio I., Kurvill' A. Glubokoe obuchenie. M.: DMK Press, 2018. 652 s.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B6">
    <label>6.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Cheng, G., Wang, G., Han J. (2022). IS Net: Towards Improving Separability for Remote Sensing Image Change Detection. In IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol. 60, pp. 1-11. Art no. 5623811. doi: 10.1109/TGRS.2022.3174276</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Cheng, G., Wang, G., Han J. (2022). IS Net: Towards Improving Separability for Remote Sensing Image Change Detection. In IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol. 60, pp. 1-11. Art no. 5623811. doi: 10.1109/TGRS.2022.3174276</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B7">
    <label>7.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Дубенок Н.Н., Бородычев В.В., Лытов М.Н. Алгоритм учета пространственной неоднородности исходных характеристик орошаемого участка на основе ГИС-технологий // Российская сельскохозяйственная наука. 2019. № 1. С. 66-70.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Dubenok N.N., Borodychev V.V., Lytov M.N. Algoritm ucheta prostranstvennoy neodnorodnosti ishodnyh harakteristik oroshaemogo uchastka na osnove GIS-tehnologiy // Rossiyskaya sel'skohozyaystvennaya nauka. 2019. № 1. S. 66-70.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B8">
    <label>8.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Михайленко И.М. и др. Управление агротехнологиями и роботизированные средства реализации // Инновации в сельском хозяйстве. 2019. № 1 (30). С. 242-258.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Mihaylenko I.M. i dr. Upravlenie agrotehnologiyami i robotizirovannye sredstva realizacii // Innovacii v sel'skom hozyaystve. 2019. № 1 (30). S. 242-258.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B9">
    <label>9.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Рогачев А.Ф., Мелихова Е.В., Белоусов И.С. Исследование развития и продуктивности сельскохозяйственных культур с применением беспилотных летательных аппаратов // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса. 2020. № 3 (59). С. 397-406. doi: 10.32786/2071-9485-2019-04-49</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Rogachev A.F., Melihova E.V., Belousov I.S. Issledovanie razvitiya i produktivnosti sel'skohozyaystvennyh kul'tur s primeneniem bespilotnyh letatel'nyh apparatov // Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa. 2020. № 3 (59). S. 397-406. doi: 10.32786/2071-9485-2019-04-49</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B10">
    <label>10.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Асадуллаев Р.Г., Кузьменко Н.И. Технология интеллектуального распознавания сельскохозяйственных культур нейронной сетью по мультиспектральным многовременным данным дистанционного зондирования Земли // Экономика. Информатика. 2022. № 49 (1). С. 159-168. doi: 10.52575/2687-0932-2022-49-1-159-168</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Asadullaev R.G., Kuz'menko N.I. Tehnologiya intellektual'nogo raspoznavaniya sel'skohozyaystvennyh kul'tur neyronnoy set'yu po mul'tispektral'nym mnogovremennym dannym distancionnogo zondirovaniya Zemli // Ekonomika. Informatika. 2022. № 49 (1). S. 159-168. doi: 10.52575/2687-0932-2022-49-1-159-168</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B11">
    <label>11.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Tokarev, K. et al. (2023). Monitoring and Intelligent Management of Agrophytocenosis Productivity Based on Deep Neural Network Algorithms. In: Vasant, P., Weber, GW., Marmolejo-Saucedo, J.A., Munapo, E., Thomas, J.J. (eds) Intelligent Computing &amp; Optimization. ICO 2022. Lecture Notes in Networks and Systems, vol. 569. Springer, Cham.  doi: 10.1007/978-3-031-19958-5_65</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Tokarev, K. et al. (2023). Monitoring and Intelligent Management of Agrophytocenosis Productivity Based on Deep Neural Network Algorithms. In: Vasant, P., Weber, GW., Marmolejo-Saucedo, J.A., Munapo, E., Thomas, J.J. (eds) Intelligent Computing &amp; Optimization. ICO 2022. Lecture Notes in Networks and Systems, vol. 569. Springer, Cham.  doi: 10.1007/978-3-031-19958-5_65</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B12">
    <label>12.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Токарев К.Е., Руденко А.Ю., Кузьмин В.А., Чернявский А.Н. Теория и цифровые технологии интеллектуальной поддержки принятия решений для увеличения биопродуктивности агроэкосистем на основе нейросетевых моделей // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса. 2021. № 4 (64). С. 421- 440. doi: 10.32786/2071-9485-2021-04-42</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Tokarev K.E., Rudenko A.Yu., Kuz'min V.A., Chernyavskiy A.N. Teoriya i cifrovye tehnologii intellektual'noy podderzhki prinyatiya resheniy dlya uvelicheniya bioproduktivnosti agroekosistem na osnove neyrosetevyh modeley // Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa. 2021. № 4 (64). S. 421- 440. doi: 10.32786/2071-9485-2021-04-42</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B13">
    <label>13.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Токарев К.Е., Лебедь Н.И., Кузьмин В.А., Чернявский А.Н. Теория и технологии управления орошением сельскохозяйственных культур на основе информационных технологий поддержки принятия решений и математического моделирования // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса. 2020. № 4 (60). С. 433-448. doi: 10.32786/2071-9485-2020-04-41</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Tokarev K.E., Lebed' N.I., Kuz'min V.A., Chernyavskiy A.N. Teoriya i tehnologii upravleniya orosheniem sel'skohozyaystvennyh kul'tur na osnove informacionnyh tehnologiy podderzhki prinyatiya resheniy i matematicheskogo modelirovaniya // Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa. 2020. № 4 (60). S. 433-448. doi: 10.32786/2071-9485-2020-04-41</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B14">
    <label>14.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Лебедь Н.И., Токарев К.Е. Повышение продуктивности агрофитоценозов в условиях точного земледелия с использованием нейросетевых алгоритмов глубокого обучения: обоснование применения и аспекты компьютерной реализации // Международный сельскохозяйственный журнал. 2022. № 6 (390). С. 662-664. doi: 10.55186/25876740_2022_65_6_662</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Lebed' N.I., Tokarev K.E. Povyshenie produktivnosti agrofitocenozov v usloviyah tochnogo zemledeliya s ispol'zovaniem neyrosetevyh algoritmov glubokogo obucheniya: obosnovanie primeneniya i aspekty komp'yuternoy realizacii // Mezhdunarodnyy sel'skohozyaystvennyy zhurnal. 2022. № 6 (390). S. 662-664. doi: 10.55186/25876740_2022_65_6_662</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
  </ref-list>
 </back>
</article>
