Именно так хочется воскликнуть, когда видишь в движении технику без оператора, хотя слово «беспилотник» известно еще с прошлого века. Но пока Tesla пугает ею жителей канадской провинции Альберта, на большой скорости скрываясь от полицейской погони, а машины Яндекс наматывают тестовые километры, поверяя беспилотную систему в Москве, компания Ростсельмаш тестирует комбайны с системой умного управления в полях — на уборке различных сельскохозяйственных культур.
Правда, между тестированием автомобилей и комбайнов есть существенная разница — и заключается она хотя бы в том, что в поле ориентиров практически нет, а это в известной степени определяет выбор технологий управления. Но об этом позже.
События 2020 года ясно дали понять, что системы умного пилотирования будут существовать и развиваться. Пока люди прячутся в четырех стенах от всевозможных вирусов, машины, оснащенные умными технологиями, могут осуществлять необходимую работу. Курьеров с доставкой заменяют дроны и мобильные беспилотники. Таксистов скоро вытеснят беспилотники Яндекса и Tesla. И с каждым годом новые технологии и разработки приближают человечество к совершенно новым моделям потребления. А в условиях интенсивной глобализации мирового сообщества возрастает значимость уровня самообеспечения продовольствием. Нельзя не согласиться с тем фактом, что производители сельхозтехники и оборудования стоят на страже продовольственной безопасности.
И вот — свершилось: комбайн Ростсельмаш с автоматической системой управления практически всеми техпроцессами, с использованием беспилотных технологий и высокоточной навигации движется по российским полям. И не просто движется: многотонная машина аккуратно, как по линеечке, идет вдоль кромки поля и собирает всю культуру, максимально захватывая жаткой, на минимально возможном расстоянии от поверхности земли. При этом жатка заполняется полностью, а флотация (покачивание машины) сведена практически к минимуму. Машина идет стык в стык даже при полеглой культуре с точностью 2,5 см.
Надо признать, человеку такая точность и доскональность уже недоступны. Очень аккуратно и ровно рулить, стараясь двигаться по прямой параллельно скошенному участку, конечно, может опытный комбайнер. Но даже он из кабины физически не в состоянии видеть всю картину за 12-метровой жаткой и небольшой зазор все же оставляет. А здесь — идеально.
Но это еще не все: на краю поля машина сама поднимает жатку, разворачивается с минимальным радиусом, опускает жатку и уходит на следующий гон.
Ну и самый захватывающий момент — проверка автоматической остановки перед препятствием. Суровый человек в красном отважно замирает на пути 20-тонной машины, перед которой вращается мотовило. Оператор комбайна при этом продолжает хладнокровно стоять на подножке снаружи кабины: он не участвует в управлении движением. Двадцать метров, 15, 10... кажется, что жатка уже нависает над одинокой фигурой в красном и вот-вот должна перемолоть смельчака. Но машина, качнувшись, замирает. Фанфары, занавес!
Однако наша задача — как раз этот занавес приподнять. Ну что ж, посмотрим... Для начала стоит внести ясность. Как и в автопроме, на роль беспилотника нет отдельной модели «супергероя». Беспилотным может быть любой комбайн, оснащенный системами автоматизации. Точнее, изначально технически подготовленный под установку таких систем, а именно — имеющий «мозги» (они есть не на всех моделях) и в базе оснащенный исполнительными механизмами, которыми, собственно, и можно потом управлять с помощью системы датчиков и контроллеров. То есть, как в кукольном театре, дергать за соответствующие ниточки в зависимости от поступающего сигнала.
В данном случае роль «супергероя» примеряла на себя флагманская модель компании Ростсельмаш — TORUM 755: на нее установили комплект интеллектуальных систем автовождения, управления рабочими органами, скоростью и т. д.
С системами разберемся подробнее. По сути, это четыре основных блока: движение, безопасность, техпроцесс и выгрузка.
Для движения используется первая в мире гибридная система автоуправления комбайном «Агротроник Пилот 2.0» — собственная разработка Ростсельмаш. Гибридная — потому что применяются сразу две технологии: спутниковая система навигации и машинное зрение.
Задача, выполняемая системами, — автоматическое управление траекторией движения комбайна и ведение его параллельно предыдущему проходу с обеспечением разворотов и управления жаткой (поднятие в конце гона и опускание в начале новой загонки). Использование технологий GNSS и RTK позволяет достигнуть точности позиционирования машины до 2,5 см (блок управления спутниковых поправок). При этом остановка перед препятствием, а также автоматическая идентификация и классификация типа препятствия происходят на базе технологии машинного зрения. Это уже работа системы безопасности.
Разница между «Агротроник Пилот 1.0» и «Агротроник Пилот 2.0» — как раз в наличии системы машинного зрения. У первой версии этого блока нет. Зачем так сложно? Гибридная технология, спутниковые поправки 2,5 см... В мире уже активно эксплуатируются беспилотные автомашины, и вполне можно перенести эти технологии — лидары, радары и камеры — на комбайн. А вот не совсем так.
В автомашине для ориентировки на местности умные системы опираются на видимые ориентиры как визуального контроля, так и фиксированного направления —дорожную разметку, знаки, кромки дорог, направление самой дороги, улицы и т. д. Тому же беспилотному «Яндекс-мобилю» это позволяет точно ориентироваться на местности и понимать, в какой точке земного шара он находится. При этом разница местоположения в 0,5 м для подобной техники вовсе не имеет значения.
Если же мы находимся в поле, то ориентиров нет совсем. Но при этом разница в местоположении даже в 10 см уже критична для технологического процесса. Соответственно, приоритет технологий меняется и на первый план выходит высокоточная навигация, а остальные подходы с точки зрения ориентации становятся вспомогательными. По сути, для сельхозтехники приходится создавать новые, «миксовые» технологии. Например, если отсутствует сигнал спутниковой связи, то в авторежиме система переходит на машинное зрение и до момента появления спутника ведет комбайн по камерам (движение по валку или кромке поля), но как только связь становится доступной, переключается на прежнюю высокоточную систему.
«Агротроник Пилот 2.0»позволяет не только управлять движением машины, разворотом, поднятием и опусканием адаптера, но и распознавать препятствия. Потому что нужно не только увидеть, но и понять, что это, какого оно размера, как себя поведет и чего от него ждать. А именно, в базе распознаваний образов нейросети заложено два типа помехи: динамический (потенциально движущийся объект, даже если он неподвижен) или стационарный. Соответственно, после идентификации предполагается два алгоритма действий комбайна: объехать или остановиться.
Если объект опознан как потенциально динамический (животное, транспортное средство, человек или «непонятно что»), машина остановится перед ним и подаст сигнал оператору с запросом дальнейших действий с его стороны. Мало ли как этот движущийся объект поведет себя в следующую минуту, в какую сторону метнется перед 12-метровой жаткой? Соответственно, оператор должен взять на себя процесс управления и принятия решений.
Если же объект идентифицирован как стационарный, то «Агротроник Пилот 2.0» подает команду на объезд препятствия. Кстати, распознать его тоже нелегко: попробуй в трехметровой кукурузе отличи столб от ствола. А машинное зрение отличает! Но в идеале такие препятствия должны быть заранее внесены в карту-предписание, чтобы машина предварительно выстраивала логику движений.
Кстати, отличительная особенность систем «Агротроник Пилот» — возможность передавать задания в систему автовождения через платформу «Агротроник» (система раньше называлась RSM Explorer Plus и была переименована после ее интеграции в платформу «Агротроник»).
На сегодняшний день у всей линейки систем автовождения Ростсельмаш есть возможность получать задания удаленно из «Агротроника»: в онлайн-режиме карта-задание принимается на бортовой компьютер машины, оператор нажимает кнопку «принять» — и комбайн начинает двигаться по заранее намеченной траектории, придерживаясь заданного маршрута с точностью до 2,5 см. А дальше — еще одно отличие от беспилотных автомобилей — начинается выполнение технологического процесса. Собственно, ради чего данная техника и существует.
За автоматизацию этого блока отвечают две группы систем: «РСМ Адаптивный круиз-контроль» и «РСМ Оптимакс 1.0». Первая берет на себя управление скоростью движения, вторая — технологическими процессами в зависимости от поступающих в систему через датчики внешних данных: влажности, урожайности, сорности, дробления и т. д.
Так, в зависимости от загрузки двигателя, наклонной камеры, домолачивающего устройства, ротора и величины потерь за ротором и очисткой система «РСМ Адаптивный круиз-контроль» автоматически регулирует оптимальную скорость уборки. Таким образом, обеспечивается стабильный поток массы на входе в МСУ, а значит — устойчивое протекание обмолота и очистки с минимальным уровнем потерь.
Система «РСМ Оптимакс» предназначена для оказания помощи в выборе оптимальных настроек комбайна в зависимости от текущих условий. И если первая версия «РСМ Оптимакс» при помощи диалоговых окон «общалась» с оператором, определяя наиболее приемлемые (базовые) настройки комбайна, а решение об изменении оставалось за человеком, то в новой версии — «РСМ Оптимакс 1.0» — процесс автоподстройки комбайна реализуется в соответствии с условиями уборки. То есть система, полагаясь на данные датчиков и сенсоров, сама выбирает оптимальные настройки в зависимости от влажности убираемой массы, урожайности, засоренности, потерь и других внешних параметров.
На данном этапе автоматизация уборочного процесса в полном смысле этого слова у машин Ростсельмаш еще не завершена, и пока еще предполагается участие агронома в выборе стратегии работы и системы настроек. На сегодняшний день в приоритете минимальные потери, минимальный расход топлива или максимальная производительность. Проще говоря, если ожидается плохая погода и надо срочно убрать урожай, невзирая ни на что, агроном выбирает «максимальную производительность» и машина подстраивает все системы в соответствии с заданием. Если же в приоритете минимизация потерь, то автонастройки будут сделаны соответствующим образом.
Кстати, машина и сама может выбрать стратегию — в «режиме баланса», то есть минимальных потерь при оптимальной производительности. А если учесть, что новые агрономические сервисы уже позволяют специалистам не выходить на поле и принимать решение удаленно, то в известном смысле инженеры вплотную приблизились к заветной «беспилотной» цели.
Уже сейчас для комбайнов разработана собственная система картирования «РСМ Карта урожайности 1.0» на основе показаний датчиков урожайности и влажности. Она обеспечивает замер намолота в каждой точке поля. Данные постоянно передаются на сервер платформы «Агротроник», где автоматически анализируются и представляются в виде карт урожайности.
Следующий блок касается заполнения бункера.Так, на основании информации от установленных в бункере сенсорных датчиков система «РСМ Контроль уровня» отображает уровень его наполнения зерном. Если бункер заполнен более чем на 25 % , то система не разрешит ему закрыться, что позволит избежать повреждений элементов крепления конструкций.
Но еще более интересные задачи решает система «РСМ Маршрутизатор» (Роутер): она выстраивает наиболее эффективный маршрут передвижения всех транспортных средств в поле и координирует логистику выгрузки. То есть для зерноуборочных комбайнов заранее формируются места выгрузки по признаку полного бункера, и эта информация передается водителям машин-перегрузчиков.
Для них разработано специальное мобильное приложение, показывающее расположение комбайнов, ожидающих выгрузки в ближайшее время. Время начала отгрузки прогнозируется на основе бункерных датчиков наподобие Google-навигатора: то есть на основе анализа динамики заполнения выдается примерное время и место расположения требующего выгрузки комбайна. Таким образом, можно существенно оптимизировать логистический процесс и сократить время простоя.
Другой вопрос — возможность идентификации машины-перегрузчика. И здесь для беспилотной работы система «РСМ Маршрутизатор» (Роутер) также дорабатывается, в том числе с учетом сценария выгрузки на ходу. По словам разработчиков, решение будет адаптировано конкретно под требования конечного клиента. В будущем система предусматривает комплексное управление группой машин, в том числе обмен данными между ними с реализацией системы распознавания по типу «свой — чужой».
Подобного набора функций на сегодня не может предложить ни одна из компаний-разработчиков, но строго «беспилотным» такой комбайн назвать нельзя: участие человека все еще предполагается. Но в целом компания очень близко подошла к заветной цели.
По сути, все действия оператора на данный момент сводятся к следующему: из кабины выбирается культура и ширина захвата (если не стоит система автоматического распознавания жатки «РСМ Девайс»), а дальше одним касанием монитора принимается задание, выбирается стратегия — и все! Можно пить чай. Правда, пока еще сидя в кабине.
А в будущем разработчики компании Ростсельмаш предполагают ввести управление целой группой комбайнов всего одним человеком. То есть оператор со своим чаем может переместиться за монитор или симулятор управления куда-нибудь в контору или вагончик на краю поля, откуда он будет осуществлять наблюдение за работой машин. А в случае внештатных ситуаций — выезжать к требующему помощи комбайну или виртуально брать управление в свои руки.
Кстати, о чае. В планы компании входит разработка специальных систем, позволяющих определять адекватность работника, вышедшего на смену, и возможность предоставления ему управления процессами. Так что — чай, и только чай...