Просто о сложном: Cognitive Agro Pilot или как прошел День КиберПоля, часть 1

23 июля на полях Песчанокопской Аграрной группы и в виртуальном формате в сети Интернет прошёл первый всероссийский «День КиберПоля», организованный компанией Cognitive. Журналисты нашего портала также поучаствовали в данном мероприятии и готовы поделиться с читателями своими впечатлениями.

Говорят «первый блин комом», но в данном случае «первый стрим — ливнем». Кажется всё можно предусмотреть, только вот с погодой в нынешнем году аграриям трудно договариваться. Весь вечер и всю ночь был ливень, который не позволил организаторам показать всё задуманное. Зерновые полегли. И даже во время 4-часового стрима дождь продолжал поливать. О нормальной уборочной кампании в таких условиях и речи быть не может. В связи с неблагоприятной погодой демонстрация работы автопилота проходила с демонтированной жаткой. Но в идеальных условиях возможности своих технологий продемонстрирует любой, а в ненормальных ещё надо постараться. И надо отдать должное организатором, что они не отменили мероприятие и смогли оживить его приглашением интересных спикеров из Smart Farming Club.

Приглашённые эксперты обсудили важность автоматизации и роботизации АПК в современных условиях, поделились личным опытом внедрения инноваций в передовых хозяйствах различных регионов России, обозначили тренды развития данного направления, а также затронули кадровые проблемы АПК и влияние внедрения искусственного интеллекта (ИИ) в сельхозпроцессы на социально-экономическое развитие сельских регионов.

Итак, по порядку. Основной герой стрима комбайнёр Юрий Васильевич, механизатор с 40-летним стажем, который работал на разных типах машин и его железный конь — комбайн TORUM 750, оборудованный системой беспилотного вождения Cognitive Agro Pilot. Помощником комбайнёра выступил сооснователь компании Cognitive Agro Pilot и её технический директор Антон Емельянов, который проводил прямые включения из студии (кабины) и посвятил зрителей в тонкости технологии беспилотного вождения.

В ходе презентации зрителям была продемонстрирована возможность системы в автономном режиме (без участия комбайнёра) осуществлять движение точно соблюдая траекторию кромки скошенной части культуры, автоматический набор и поддержание заданной скорости движения, возможность осуществлять автоматическую остановку перед различными видами искусственных препятствий и автоматическое возобновление движения после устранения помехи.

Возможно, кто-то хотел увидеть на презентации пустую кабину комбайна, который сам ездит по полю и убирает урожай, но пока это далёкая перспектива. Вместе с тем это уже не кажется фантастикой и есть уверенность, что темпы развития технологий скоро сделают это реальностью. На сегодняшний день без человека, любой даже самый современный агрегат напичканный суперсовременными технологиями пока не в состоянии выполнить весь комплекс операций по управлению комбайном на уборке урожая. А вот минимизировать рутинные трудозатраты, увеличить качество уборки, предвидеть ЧП и предотвратить последствия банальной невнимательности или усталости специалиста за рулём — это уже реально. Да, когда-то будет такое время, когда комбайнёр, сидя в теньке под берёзкой, сможет просто наблюдать за самостоятельной работой своего железного коня. Но пока ещё большая часть работ выполняется руками механизатора. И как отмечал главный герой стрима, уровень комфорта в современной технике настолько вырос, что механизатору пока гораздо удобнее быть в кабине, чем глотать пыль на солнцепёке или мокнуть под дождём.

Место проведения мероприятия — поля «Песчанокопской аграрной группы». Это одно из крупнейших агрохозяйств Ростовской области с объемом землепользования более 35 тыс. га. В его состав входят три предприятия, основным направлением деятельности которых является выращивание зерновых и технических культур. Парк техники агрохолдинга насчитывает более 200 единиц, в т.ч. основные бренды от Claas и Case New Holland, Ростсельмаш и Amazone. Место проведения мероприятия было выбрано не случайно, так как поля именно этой компании с прошлого года стали опытным полигоном по тестированию и эксплуатации систем управления на основе искусственного интеллекта на различных видах сельхозтехники. Тут проводится работа по созданию первой в мире открытой базы данных изображений («Cognitive Agro Dataset»), необходимой для обучения нейронных сетей для беспилотной сельхозтехники.

В отличии от систем основных зарубежных разработчиков в основе системы управления Cognitive Agro Pilot лежит не навигация по сигналу GPS, а компьютерное зрение. Вот почему разработчики в данном случае используют собственные датасеты (обработанная и структурированная информация) с реальных полей, которые позволяют воссоздать широкий класс ситуаций, в том числе и крайне редко встречающихся в условиях реальных сельхозработ, в разных погодных условиях при разной освещенности и в итоге обеспечат безопасную работу автономной системы управления сельхозтехникой.

Для подключения требуется соблюдение всего двух условий: чтобы на агрегате имелись гидравлическая система руления и CAN-шина. Это условие выполнимо практически для любой техники, выпускаемой начиная с 2015-2016 гг.

На демонстрационном TORUM была установлена последняя версия Cognitive Agro Pilot. Она включает в себя две камеры с цветной матрицей, установленные на кронштейнах боковых зеркал. Угол обзора каждой камеры — 110 градусов. Камеры специально разработы для транспорта и имеют широкий динамический диапазон (Wide Dynamic Range, WDR). Т.е. изображение с камеры, поступающее на обработку в ИИ, будет менее подвержено влиянию условий освещённости, минимизируется количество сильно засвеченных или сильно затемнённых участков, что позволяет сделать картинку чётче, а ИИ принять более корректное решение по направлению и скорости движения.  По заверению разработчиков для решения многих технологических задач из всего набора сенсоров системе достаточнот всего одной видеокамеры, которая может вести по любой кромке.  Для уборки по двум кромкам (челноком)  потребуется уже две камеры.

Сигнал с камер поступает на обработку на нейропроцессор, на котором запущена современная нейронная сеть, которая позволяет определить основные объекты полевой сцены: транспортные средства и их рабочие агрегаты, скошенная и нескошенная часть сельхозкультур, кромку, рядки, валки, люди и другие элементы и соответственно сообщить ту траекторию, по которой нужно выполнить движение.

Бортовой нейропроцессор размещается в герметичном аллюминивом корпусе и крепится на передней стойке внутри кабины. Разъёмы устройства позволяют подключать до 4-х камер или других устройств, а также подключаться к CAN-шине комбайна.

Для решения задач позиционирования, оценки динамики движения комбайна, обеспечения связью с удалённым центром управления и другой техникой в поле используется модуль навигации и связи, устанавливаемый на крыше комбайна. Данный модуль оснащается двухдиапазонным GNSS сенсором, IMU сенсором, 3G/4G GSM модемом и блоком связи стандарта LoRaWan.

После обработки сигнала в нейропроцессоре сигнал передаётся на установленный под кабиной гидравлический модуль управления (подруливания) для выполнения поставленной задачи без участия механизатора. В комплекте с датчиком угла поворота колёс обеспечивается движение по заданной тракетории с высокой точностью.

Также система включает ещё один элемент: к джойстику на данной машине прикреплен специальный актуатор, который с помощью двунаправленного троса осуществляет управление скоростью.

Одним из важнейших параметров для аккуратной уборки урожая является точное соблюдение рекомендуемой скорости. Специализированный цифровой модуль автоматически поддерживает заданную скорость и при необходимости остановит комбайн.

Нередко приходится убирать полегшие культуры. Чтобы уменьшить потери зерна, такие участки необходимо проходить на пониженной скорости. Разработчики предусмотрели в системе и такую функцию. Технологии ИИ позволяют в автоматическом режиме определять такие участки поля и в нужный момент передать команду на снижение скорости.

Сколько времени занимает установка и настройка системы?

Можно ли будет поставить беспилотное управление на ACROS?

На каком расстоянии система может первоначально заметить препятствие?

После устранения препятствия (помеха пропала) система сама принимает решение о возможности продолжения движения, или тут слово за оператором?

Пока мы видели как система реагирует на неподвижное препятствие (человек, автомобиль). Интересно как Ваша система реагирует на приближение подвижного объекта, который появляется сбоку на близком расстоянии?

По каким культурам работает система?

Были и очень острые вопросы, которые вызвали жаркую полемику и на наш взгляд дали понять производителям, что волнует простых механизаторов в работе роботов и задали разработчикам системы направление, в котором следует в дальнейшем развивать разработки.

Как система реагирует, когда нет давления масла и оно слабое, когда лопнул ремень и слетела цепь, пробито колесо или например загорелся комбайн?

По заверению представителей компании, данное мероприятие это только начало большой программы демонстрации работы системы беспилотного вождения на сельхозтехнике различных марок и типов от известных брендов. Ждём новые тест-драйвы и обязательно поделимся с Вами нашими впечатлениями.

А о том, как обстоят дела на практике с автоматизацией и роботизацией в конкретных хозяйствах, какие тренды наметились в данном направлении, стоит или не стоит вкладывать деньги в дорогие инновационные разработки поговорим во второй части нашей статьи.