Для чего новые технологии нужны в сельском хозяйстве
Точное земледелие основано на одной главной технологии - автономного управления машинами с помощью спутниковой навигации. Без малого двадцать лет назад военные технологии геолокации (GPS) стали доступными для гражданского использования: не только туристы и автолюбители получили уникальную технология, фермеры во всем мире задумались о новых возможностях. На первых этапах в агросфере использовались простые устройства - навигаторы, позволяющие определить границы поля или более точно проводить агротехнические мероприятия. Однако, полностью полагаться на технику было рано, в связи с чем не редко возникали ошибки и даже аварии. Технологические решения, применяемые в те годы, хорошо подходили для идеальных, изображенных на экранах компьютеров полей, но в реальности встречались и овраги, а еще деревья, камни и опоры ЛЭП, которые, как правило, не учитывались системами навигации прошлого. Кроме того, некоторые территории были плохо покрыты спутниками, сигнал там мог быть не точный или слабый. Поэтому современные решения предполагают использование искусственного интеллекта в сочетании с привычной спутниковой навигацией. Когда мы говорим об автоматизации в сельском хозяйстве, то многие считают, что уже сейчас механизатору не нужно ничем управлять, а трактор или комбайн сам едет по сложному маршруту, полностью полагаясь на автоматику. К сожалению, такой подход приводит к трагедиям, например, к печально известным случаям с помощником вождения в автомобилях тесла, который некоторые восприняли как автопилот, полностью заменяющий водителя. На самом же деле управление автомобилем, трактором или комбайном, все еще сложный процесс, который не может оставаться без участия человека.
Нужно признать, что раньше для управления комбайном было нужно задействовать не менее двух человек, теперь достаточно всего одного, но для повышения качества уборки ассистент не помешает, пусть хотя бы в виде робота.
В России качество уборки урожая очень важный этап, в отличии от других стран, почти весь агробизнес находится в зоне рискованного земледелия, кроме того, за сезон выращивается только один урожай зерна, нашего главного экспортного агропродукта. Не секрет, что агросроки уборочных работ небольшие – две недели, в течение которых могут пойти дожди и тогда фермеру придется выбирать между качеством и количеством убранного урожая, потери от непогоды в период уборки могут достигать десяти и более процентов. Другими причинами простоя могут быть нехватка механизаторов, поломка техники и прочие сложности аграрного бизнеса.
Подсчитано, что 90% времени при уборке урожая механизатор тратит на то, чтобы убедиться, что комбайн двигался ровно и не оставлял пропуски. Тем не менее из-за усталости и напряжения в конце смены механизаторы оставляют по краям полей неубранные участки, это приводит к увеличению времени на уборочные работы еще на 25%. Нейросети в будущем возьмут на себя все сложности с управлением и движением, оставив механизатору только контроль за качеством уборки. Добавив к этому дефицит профессиональных кадров на селе мы получим, что нейросети единственный способ повышения качества уборки и устойчивости агробизнеса в непростых экономических и климатических условиях нашей страны.
История развития телемеханики в России и путь к искусственному интеллекту
Как и во многих отраслях поводом для развития телемеханики стала война. В годы Великой Отечественной в нашей стране велись разработки, позволяющие экономить самый главный и невосполнимый ресурс – людей. Обученные специалисты ценятся в любое время, но война особый случай, например, гораздо проще и быстрее сделать новый танк, чем обучить новый экипаж. Понимая это, наши конструкторы предложили необычное решение: быстрее всего подбитый танк может покинуть тот экипаж, которого в нем нет! Удивительно, но и такое возможно если ваш танк управляется по радиосигналу. В прошлом веке такие машины называли «телетанками», они управлялись по радио и изготавливались на базе серийных образцов легких танков, например, Т-18 и Т-26. Тяги и рычаги танка приводились в действие пневматикой. Процессом управляли электромеханические реле, включавшиеся радиокомандами. Приемопередающее оборудование позволяло управлять шестнадцатью параметрами. Оператор работал либо со стационарной точки, либо из другого танка, следовавшего на безопасном расстоянии. Телетанки были способны устанавливать дымовую завесу, доставлять взрывчатку к месту подрыва, стрелять из пулемета и огнемета, поражая противника. При этом живучесть таких танков была гораздо выше обычных, кроме того, оператор всегда был в безопасности даже в случае уничтожения телетанка.
Похожие разработки велись и в других странах, однако дальше экспериментов дело не пошло. Наши телетанки успели поучаствовать в боевых действиях, а после войны эти технологии успешно применялись в космических программах на советских луноходах.
Однако, сделать машину на радиоуправлении даже такую большую как танк или луноход было только половиной дела: с начала 70-х годов прошлого века в Институте системных исследований РАН, проводились разработки искусственного интеллекта (ИИ). Шахматная программа Kaissa получила звание чемпиона мира по компьютерным шахматам обыграв конкурентов. Два десятилетия спустя в ходе распада страны ученые были вынуждены использовать свои разработки в иностранных проектах компаний HP, Samsungи др, которые разрабатывали программы для машинного распознавания текста и символов. Это позволило сохранить коллектив, а через некоторое время привлечь специалистов в области нейросетей.
Искусственный интеллект нам в помощь
Сегодня существуют отечественные решения, позволяющие объединить обработку видео с камер и геолокацию. Специалисты считают, что через пять лет все зерноуборочные комбайны в России будут оснащены автопилотом на основе компьютерного зрения, способным контролировать все аспекты уборки урожая.
Нейросети идентифицируют посевы, убранные участки, статические и движущиеся препятствия, такие как люди или транспортные средства.
Способ управления комбайном с помощью искусственного интеллекта аналогичен тому, как это делает механизатор. То есть, ИИ способен видеть и понимать ситуацию в поле так же, как это сделал бы человек. Если говорить о экономической составляющей, то один комбайн под управлением человека может убрать около 20 гектаров урожая за смену. Когда ИИ ведет машину нагрузка на операторов значительно снижается: они не устают, могут делать меньше остановок и перерывов. На практике это увеличивает площадь уборки до 25-30 га за смену. Для владельца бизнеса это означает, что два комбайна, оснащенные новой российской разработкой, обеспечивают производительность трех комбайнов без нее.
Пока комбайн движется сам оператор может вносить изменения в систему уборки урожая, чтобы добиться максимальной скорости и эффективности.
Технически принцип действия выглядит так: на комбайне установлена камера, которая передает цифровой сигнал в блок управления, который в свою очередь с помощью гидравлики управляет основными органами комбайна, примерно так же, как это происходило в телетанках во время Войны. Однако наличие ИИ позволяет оператору эффективно вести уборку хлеба, кукурузы, подсолнечника. Использование в качестве ассистента ИИ позволяет механизатору оставаться на рабочем месте на 10 -15 процентов времени дольше. Это может показаться незначительным, но это означает, что у комбайнера есть три дополнительных дня для уборки урожая. Следовательно, если в период уборки идет дождь вероятность сохранения высокого урожая намного выше. А поскольку операторы комбайнов получают зарплату в соответствии с объемом собранного урожая, использование новой системы поможет им зарабатывать больше.
Все это кажется нереальным, но первый шаг уже сделан, как стало известно, в самом начале октября 2021 года Петербургский тракторный завод (ПТЗ) и разработчик систем искусственного интеллекта для роботизированной сельхозтехники Cognitive Pilot заключили соглашение о реализации совместного проекта. По условиям договора, крупнейший российский производитель тракторов будет поставлять технику, управляемую ИИ-автопилотом. Это будет первый отечественный серийный трактор под управлением автопилота, предполагаемая цена умной машины составит от 8 до 12 млн рублей, что более чем в два раза выгоднее по сравнению с менее функциональными решениями зарубежных конкурентов, стоимость которых лежит в диапазоне от 35 до 50 млн рублей. Роботрактор уже сегодня умеет двигаться с контролем оптимальной скорости, параметров передач, останавливаться перед препятствиями, работать в условиях недостаточной видимости. Новые возможности будут появляться при обновлении программного обеспечения. Первая партия отправится на российские поля в 2021 году, а через год ПТЗ планирует выйти на серийное производство.
Тракторы и комбайны, работающие без механизаторов, контроль агропроцессов, точный прогноз погоды и контроль технологических процессов, big data на всех уровнях сельскохозяйственного процесса, анализ состояния почвы и сельхозкультур, дифференцированное внесение средств защиты растений и удобрений, дроны и беспилотная авиация – все это уже не чудеса из мира фантастики, а реальность нашего сельского хозяйства. И нельзя верить, что российские аграрии и признанные во всем мире IT специалисты не достигнут в будущем величайшего успеха.