Вопрос-ответ: о работе нового автопилота на тракторах Кировец К-7М

Сфера сельского хозяйства достаточна консервативна, однако отрасль не стоит на месте и с каждым годом в ней всё активнее используют  достижения цифровизации, автоматизации и роботизации. Тренд ли это? Безусловно! Хотим мы этого или нет, но АПК будет двигаться в этом направлении в ближайшие годы. 

Стремление представить на рынок беспилотную тракторную технику на основе искусственного интеллекта (ИИ) сегодня наблюдается практически у всех ведущих мировых производителей. В России лидирующая роль в этом вопросе возложена сразу на два отечественных бренда — крупнейшего российского производителя энергонасыщенных тракторов АО «Петербургский тракторный завод» (ПТЗ) и ведущего разработчика систем ИИ для роботизированной сельхозтехники Cognitive Pilot (дочернее предприятие Сбера и Cognitive Technologies).

В рамках подписанного между ними соглашения на российском и зарубежном рынках теперь продвигаются обновленные модели тракторов Кировец К-7М, оснащенные системами автопилотирования на базе ИИ Cognitive Agro Pilot. Важно, что это происходит не в каком-то обозримом будущем, а уже здесь и сейчас — на наших с вами глазах!

В адрес нашей редакции поступает много вопросов о том, как именно работает новый автопилот на «умном» тракторе Кировец. Сегодня «ГлавПахарь» ответит на самые часто задаваемые и интересные из них.

Напомним, что АО «Петербургский тракторный завод» является 100-процентной «дочкой» ПАО «Кировский завод». Основной профиль предприятия связан с производством тракторов для сельского хозяйства. В последние годы объемы производства и реализации неуклонно растут. Этого удается достигать, в том числе за счет некоторых уникальных особенностей предприятия. В частности, ПТЗ — единственный отечественный производитель энергонасыщенных тракторов мощностью от 250 л.с. Завод выпускает около 65% всех российских тракторов в этом сегменте.

В свою очередь, Cognitive Agro Pilot — это первая в мире промышленная система автономного управления сельскохозяйственной техникой на базе технологий искусственного интеллекта. Система анализирует поступающие с видеокамеры изображения, определяет типы и положения объектов по ходу движения, и сама строит траекторию движения техники, передавая команды для выполнения необходимых маневров.

Если говорить о новом сотрудничестве Петербургского тракторного завода с Cognitive Pilot, то стоит отметить, что целью проекта является создание полностью автономного трактора-робота. Разработка займет несколько лет, на данный момент завершен первый этап разработки. Его задача — создание трактора для точного земледелия (трактора с «автопилотом»). Она, к слову, уже выполнена.

Впервые в России создана собственная система автовождения по сигналам спутниковых глобальных навигационных систем (ГНСС). При этом, в отличие от зарубежных аналогов, «Агро-Пилот» использует не только координаты со спутников ГЛОНАСС и GPS, но и дополнительно обрабатывает видеопоток с камер системы машинного зрения. «Агро-Пилот» позволяет существенно повысить производительность, снижает утомляемость механизатора, обеспечивает безопасность и способствует повышению урожайности.

Важно и то, что Петербургский тракторный завод задолго до того, как начал работать с Cognitive Pilot, проделал колоссальную работу, связанную с тем, что машина получила коробку передач с электронным управлением и узлы трансмиссии, к которым можно подключаться электронно. Новая компоновка позволяет достаточно быстро реализовать схему управления в автономном режиме.

Поэтому, как говорится, звёзды сошлись, чтобы на практике получился действительно крутой проект. По сути, подобная комплектация Кировцев является первым случаем в России серийной, заводской установки автопилота на основе ИИ на тракторную технику.

Как и с любым другим новым техническим устройством нужно изучить руководство по эксплуатации и освоить работу. При необходимости можно будет обратиться за консультацией к специалистам технической поддержки в дилерских центрах.

При этом фактически специальных навыков для работы с автопилотом не требуется. Настройка проходит легко и просто в интуитивно понятном интерфейсе. Например, при старте работы на начальном экране системы можно увидеть, какое выбрано орудие, параметры маршрута с перекрытием или без, а также параметры автопилота. Режим автопилота может быть как ручной, так и автоматический. Работать можно с поправками или без них.

Все параметры, которые отображены на начальном экране системы, задаются в «Мастере настроек». Здесь же выбирается орудие. При необходимости существующее орудие корректируется или же добавляется новое. Далее указываются параметры ширины перекрытия. И в завершении задаются параметры автопилота.

Затем автопилот переходит к режиму вождения. Для запуска автопилота необходимо будет подъехать к краю поля, нажать кнопку «Автопилот», отпустить педаль газа и руль, далее система сама выведет трактор на гон. Стоит отметить, что во время вождения механизатор может изменить траекторию и скорость движения трактора, а также остановить агрегат в любое время.

Проект развивается, и компании поэтапно продвигаются к поставленной цели, в целом они находятся в намеченном графике. Итоговое соглашение предусматривает три основных этапа реализации проекта и выпуск соответствующих им трех версий системы автономного управления сельхозтехникой Cognitive Agro Pilot.

Роботрактор с первой версией Cognitive Agro Pilot, устанавливаемой на технику Кировец в настоящее время, способен двигаться по траектории в автономном режиме с автоматическим контролем оптимальной скорости, параметров передач, пробуксовки и загрузки двигателя, останавливаться перед препятствиями, работать в условиях недостаточной видимости.

Важной особенностью решения Cognitive Agro Pilot для тракторов является наличие в системе управления, помимо возможностей компьютерного зрения, дополнительного механизма высокоточного позиционирования GNSS. Он необходим для выполнения операций в зонах, где нет визуальных ориентиров, в местах разграничения полей разных хозяйств и т.п.

На втором этапе проекта функционал системы пополнится возможностями автономных разворотов, автоматического расчета оптимального маршрута для выполнения работ, уточнения курса по визуальным ориентирам (кромка обработанной почвы, технологическая колея и прочее), автоматического управления заданным набором прицепных орудий (плуги, косилки, бороны, опрыскиватели и так далее), а также автоматизированными функциями видео-анализа и контроля поля (картирование камней, оценка вегетации растений, повреждений растений болезнями или вредителями). Наконец, оснащение трактора пополнится комплексом сенсоров бокового обзора — будет реализована функция контроля боковых зон в ходе движения. Серийное производство тракторов с этой системой планируется начать в августе 2023 года. Присутствие человека в кабине на первых двух этапах реализации проекта является обязательным.

Третий этап реализации проекта предусматривает полностью беспилотный режим управления трактором, без участия человека. Он включает возможности групповой автономной работы с «лидером», движение группы беспилотных тракторов по дорогам необщего пользования, автономное движение роботрактора в паре с комбайном, не оснащенным системой автономного управления, а также использование расширенного набора сельхозорудий с автоматизированным управлением и функционалом контроля их состояния в процессе работы.

Серийное оснащение тракторов К-7М системой Cognitive Agro Pilot с возможностью полной автономности и беспилотности запланировано на 2024-2025 гг. При этом, по словам главы ассоциации «ИнтерАгроТех» Натальи Филипповой, в ближайшие годы такие решения будут реализованы в РФ раньше, чем в других странах мира.

Система КИРОВЕЦ-АГРОПИЛОТ будет устанавливаться как в заводских условиях, это так называемый полнофункциональный комплект, так и комплектом дополнительного оборудования на уже готовые тракторы в сервисных центрах. Во втором варианте у системы будет меньше возможностей в автоматизации управления трансмиссией. В первом случае монтаж полностью вписан в технологический цикл производства трактора.

Установка в дилерском центре в целом не сильно отличается от монтажа «обычного» гидравлического автопилота, что устанавливались на трактор КИРОВЕЦ уже много лет. Оборудование можно установить буквально за 1-2 дня.

Пока такой возможности нет, однако этот вопрос активно прорабатывается. На Петербургском тракторном заводе утверждают, что такой функционал, как мы уже писали ранее, появится в третьей версии автономности трактора.

Да, с 2023 года тракторы Кировец будут комплектоваться автопилотом уже с новым типом навигационного модуля.

Пока в производстве находятся опытные машины, порядка 20 тракторов для отработки технологии сборки и «обкатки» в реальных условиях. В 2023-м году планируется серийное производство для всей линейки К-7М ориентировочно с февраля и для К-5 во второй половине года.

Меньше чем за полтора года разработчики не только создали опытный образец трактора, но и провели его полевые испытания. Для калибровки оборудования и отработки различных сценариев и технологий трактор работал более 600 моточасов на полях машинно-испытательной станции с разными типами агрегатов. В результате испытаний проверены и настроены алгоритмы управления в автоматическом режиме. Испытаниями подтверждена точность движения с перекрытиями в пределах 5 см, а при использовании высокоточных РТК-станций (RTK-поправок) возможно ее повышение до 2,5-3 см.

Во второй половине 2022 года Петербургский тракторный завод уже предлагал клиентам, покупающим новые тракторы «Кировец», получить систему «Агро-Пилот» бесплатно. Со своей стороны, потребитель обязуется загрузить трактор по согласованному плану работ и передавать на завод отчеты о работе системы, обеспечить представителям завода беспрепятственный доступ к трактору и оказывать содействие для контроля работы оборудования. После испытаний «Агро-Пилот» останется в собственности клиента либо же будет демонтирован по соглашению сторон.

Пока такая возможность со стороны завода не прорабатывалась, однако потребность в этом есть, предприятие постарается рассмотреть все варианты.

Монтаж гидравлики рулевого управления. Также достаточно трудоемким процессом является установка стереорейки, которая монтируется на крышу трактора и состоит из двух видеокамер. Камеры служат для трёхмерного восприятия окружения также, как человеку нужны два глаза, чтобы оценить глубину пространства. Также стереорейка позволяет видеть в 3D и точно обнаруживать различные объекты и препятствия, оценивать целевые объекты, например, высоту культуры.

Камеры сделаны на заводе Cognitive в Томске на базе современной цветной матрицы, разработаны специально для задач транспорта, отлично приспособлены для быстро меняющихся условий освещенности, теней, пыли и всего, что мешает отлично видеть.

Работы по системе управления АКПП и системе автономного управления были синхронизированы, рабочие группы работали в постоянном контакте, поэтому проблемы совместимости нет.

Во-первых, недавно Cognitive Pilot получила заключение Минпромторга России о подтверждении производства на территории Российской Федерации и была включена в реестр российской импортозамещающей радиоэлектронной продукции. Таким образом, компания стала первым сертифицированным отечественным поставщиком автопилотов на основе ИИ на рынке умной сельхозтехники.

Кроме того, разработчик является ярым сторонником инноваций. Так, фирма разработала и внедрила в промышленные системы автономного управления сельхозтехникой новый подход с использованием нейронных сетей, который позволил одновременно в рамках одной сети решать сразу несколько различных задач, тем самым сократить до 4 раз время обработки данных и вычислительные ресурсы, значительно экономить трудозатраты, а также расширить границы его применимости.  Такого решения не предлагает больше никто.

В-третьих, более чем успешный опыт применения систем на уборочной технике. Например, в ходе сезона уборки урожая 2021 года более 500 комбайнов, оборудованных системой Cognitive Agro Pilot, в 35 регионах России в автономном режиме обработали свыше 200 тыс га площадей и собрали более 1000 тыс тонн урожая. Кроме того, Cognitive Pilot заключила 47 зарубежных контрактов на поставку агропилотов. Продукция также включена в перечень поставщиков Росагролизинга.

Еще один важный фактор — сильная дилерская сеть. Только за этот год отделения Cognitive Pilot были открыты в Центральном (Воронеж, Курск, Белгород); Южном (Ростов, Краснодар, Волгоград), Приволжском (Уфа, Самара), Уральском (Тюмень), Сибирском (Барнаул, Томск, Омск), Северо-Кавказском (Ставрополь) федеральных округах. Цель компании в этом направлении состоит в обеспечении оффлайн-охвата всех регионов за счет расширения географии собственных офисов и поддерживающих партнерских сетей. Главный девиз: «До 3-х часов в дороге, и мы у вас!». 

Такой подход в совокупности с мощнейшей дилерской и сервисной сетью Петербургского тракторного завода даст аграриям уверенность в завтрашнем дне и обеспечит непрерывную поддержку.

Сел и поехал, дополнительно докупать ничего не нужно. Комплект Cognitive Agro Pilot включает в себя блок автоматического управления, видеокамеру, сенсоры, датчики, стереорейку, дисплей, набор соединительных кабелей и других элементов системы управления. Интерфейс пользователя реализован в виде мобильного приложения для смартфона или защищенного планшета на базе ОС Android.

Датчик установлен на шарнирном узле. Монтаж не представляет трудностей, хотя изначально установка датчика представляла определенные вопросы компоновочного характера — нужно было обеспечить защиту от повреждений, совместить с опциональной муфтой механизма отбора мощности. Сейчас все вопросы решены.

Есть.

Принципиальных ограничений нет.

Автопилот видит участки, кромку, людей и другую технику в поле. Если по ходу движения возникает препятствие, система в автоматическом режиме останавливается при угрозе столкновения. Расстояние, на котором система может первоначально заметить препятствие, составляет до 70 метров. После устранения препятствия система сама принимает решение о возможности продолжения движения. В случае необходимости оператор легко может перехватить управление, слегка повернув руль.

Кроме того, для системы не важно — подвижно препятствие или нет. Если оно в зоне видимости и оно находится в опасной зоне, то будет отдана команда на остановку. Если кто-то выскакивает сбоку, все будет зависеть от взаимного расположения, скорости трактора.

Технология на тракторах Кировец стабильно функционирует даже в сложных погодных условиях (снег, туман, пыль) и при любом уровне освещенности (работает ночью). Основным преимуществом совместного решения является то, что оно позволяет агрохозяйствам достичь принципиально иного уровня качества и эффективности выполнения сельхозработ, когда ИИ управляет основными процессами: движением трактора, сельхозорудиями с функционалом контроля их состояния и так далее.

Система уже в текущей версии позволяет автоматически передавать в мессенджеры владельцев тракторов отчеты о ходе работы, а также транслировать в системы управления предприятиями агрохозяйств телематические данные о состоянии машины, ходе работ с подтвержденными фото и видео данными и т.д.

Тракторы Кировец с системой Агро-Пилот обеспечивают:

• автоматическое управление работой двигателя и трансмиссии;
• автономное движение по параллельным линиям;
• высокую точность движения по сигналам ГНСС с дополнительной корректировкой с камер машинного зрения;
• контроль фронтальной зоны с помощью видеокамер, предупреждение о препятствиях и автоматическая остановка трактора;
• контроль пробуксовки колес трактора;
• настройку параметров агрегатируемых сельхозорудий и контроль соблюдения агротехнологических требований во время работы;
• предотвращение аварий и простоев;
• экономию труда, времени и топлива до 7%.

Пока тракторы продаются в хозяйства по заявкам клиентов, подавших заявку на участие в программе тестирования нового оборудования в полевых условиях. Одновременно дилерские центры знакомят клиентов и формируют предварительный портфель заказов на 2023-й год.

В 2023-м году ориентируемся на 15-20% от общего объема поставок сельхозтракторов. Все клиенты, заинтересованные в системе КИРОВЕЦ-АГРОПИЛОТ, получат свой трактор.

В заключении отметим, что управление роботами и повышение уровня автоматизации техпроцесса в поле не только решает глобальную задачу облегчения труда механизаторов и повышения уровня интеллекта сельскохозяйственных тракторов. Такой подход отвечает требованиям и еще одной очень важной задачи — он интересен молодым людям, что, возможно, в перспективе повлияет на то, что они будут оставаться на селе и работать в АПК.

Профессиональный опыт в такой сфере и при таком подходе позволит им больше зарабатывать, что также является важным фактором. Так что, да, за умной сельхозтехникой будущее, и, да, Петербургский тракторный завод как лидер отечественного сельхозмашиностроения со своими Кировцами тут на первых ролях — был, есть и будет! 

Реклама АО «Петербургский тракторный завод».