Информационное агентство "Светич". Сайт о сельском хозяйстве. 16+

«Деметра»: общий универсальный комплекс «Роботизированные цифровые агрохозяйства»

«Деметра»: общий универсальный комплекс «Роботизированные цифровые агрохозяйства»
Журнал «Нивы России» продолжает рассказывать об автоматизации сельского хозяйства, в частности, сельскохозяйственной техники. В сентябрьском номере читатели познакомились с беспилотным трактором, который автоматически выполняет команды оператора и действует по заданной программе. О нём рассказал кандидат технических наук Казанского федерального университета, заместитель директора института вычислительной математики и информационных технологий (ИВМиИТ-ВМК) Антон Егорчев. Сегодня молодой учёный продолжает эту интересную для аграрного производства тему. И, как доказывает в своём интервью учёный, сегодня это уже доступные технологии, которые не только помогут автоматизировать трудоёмкие процессы, но и облегчат труд механизатора. Хотя человек всё же остаётся главенствующим во всей цепочке автоматизированной системы. Сегодня мы познакомим читателей с проектом «Деметра», информация о котором впервые публикуется в СМИ.

– Антон Александрович, цифровизация активно внедряется в агропромышленный комплекс. Какими разработками сегодня занимаются учёные вашего института?

– Да, цифровизация добралась и до сферы АПК. В условиях исчерпания запасов плодородных земель, мировой агропромышленный комплекс переживает значительную технологическую трансформацию, превращаясь из традиционной в высокотехнологическую отрасль. Сегодня в России это востребованная область, которая активно развивается, и в последние десятилетия есть успехи в этом направлении. 

В Казанском федеральном университете, по инициативе института вычислительной математики и информационных технологий (ИВМиИТ-ВМК), разработан проект «Деметра» или «Роботизированные цифровые агрохозяйства». 

Выбранные нами ключевые направления технологического развития АПК – это создание ресурсных карт агрохозяйств, решение задач точного земледелия, автоматизация и роботизация с/х техники и основных технологических операций. Объем существующей и производимой техники, требующей роботизации и автоматизации, исчисляется десятками тысяч единиц. Для России решение задач по автоматизации и роботизации сельского хозяйства особенно актуально в силу значительных площадей плодородных земель, ведь 10% площадей мировых с/х угодий находятся в нашей стране. 


 



Поэтому, в помощь сельскому хозяйству должны прийти цифровизация и роботизация сельскохозяйственной техники. При внедрении современных технологий автоматизации, возможно повышение урожайности различных типов культур в 2,5-3 раза.

Первое направление – это автоматизация и роботизация с/х техники и основных технологических операций. В предыдущем номере мы рассказали о беспилотном тракторе, который роботизирован учеными института в рамках программы «Приоритет-2030», но это малая доля проекта. Речь идёт об автоматизации всей техники – тракторов, комбайнов, грузовиков, самосвалов, поливочных станций. Это не просто беспилотная техника, а общие технологии по цифровизации самого хозяйства для его автономной работы. 

Функционал – автопилотирование и автоуправление сельхозтехникой – это обработка земли, кошение травы, распознавание типов культур, оптимизация опрыскивания, посадка культур, транспортировка грузов и урожая. И многое другое, всё, что можно и нужно автоматизировать, чтобы постепенно к этому двигаться. 


– И какие могут быть значимые эффекты?

– Повышение до 25% общей производительности техники за счет снижения простоев из-за обеденных и ночных перерывов, пересменок, исключение ошибок механизаторов (из-за усталости, недостаточного опыта, тяжелых климатических условий и пр.). С этим техника может справиться.

Повышение ритмичности и общего качества работ – благодаря использованию цифровых ресурсных карт агрохозяйств и автоматизации процессов проверки.

Это сокращение издержек при производстве сельхозпродукции, связанных с необходимостью рабочего персонала для каждой единицы сельхозтехники, сокращение издержек на севоматериале и ГСМ. И самое главное – снижение опасности для здоровья механизаторов при продолжительных работах в ряде направлений, в том числе, при внесении химических удобрений.

Второе направление– это «Сверхточное» земледелие, для реализации которого привлекаются учёные не только института, но и университета. Оно направлено на разработку новых методик агрохимического обследования, выбора метода интерполяции, построение интерполированных картограмм обеспеченности элементами питания, построение интерполированных картограмм до внесения удобрений, построение карт-заданий для используемой техники, уточнение и мониторинг карт с использованием дронов для повышения эффективности сверхточного земледелия.

И, как результат – увеличение урожайности на 10% за счет улучшения условий уборки урожая, снижение затрат на минеральные удобрения. Данная цифровизация направлена не на беспилотную технику, а на повышение производительности труда, урожайности и земледелие. 

И третье направление проекта – это цифровизация агропредприятий: цифровые технологии для сохранения почвы от неблагоприятных процессов и повышения ее плодородия.


– Каким образом обеспечивается цифровизация агропредприятий?

– Внедряется за счёт карты развития современной овражной сети и ее динамики (ДДЗЗ, ГИС-технологии). Это мультимасштабная количественная оценка эрозионных потерь почвы с разработкой смарт-технологии поддержания и восстановления плодородия почвы (за счёт встроенной цифровой платформы в технику, обрабатывающую пашню, для точечного внесения удобрений на каждом элементарном участке поля).

Также в это направление входят построение планов внутрихозяйственного землеустройства для сохранения плодородия пахотных почв, пространственное размещение культур севооборотов для предотвращения деградации почвы и технологические способы ее обработки. Это построение динамики развития посевов, оценка отклика посевов на агротехнические мероприятия, выделение площадей с угнетенной растительностью, прогнозирование урожая.

Всё, что перечислено, должно происходить в автоматизированном режиме, за счёт размещаемой на технике аппаратуры.


– Расскажите подробнее про проект «Деметра»?

– Мы не ставим цель сделать конкретно для сельхозтехники автопилот, чем сегодня заняты некоторые производители. 

Основной фишкой и главной целью автоматизации сельхозтехники является разработка ретрофит-комплексов – это универсальные комплекты автоматизации для любой с/х транспортной техники.


 



Эти модульные аппаратно-программные комплексы устанавливаются на любую сельхозтехнику, которую с небольшими наработками можно автоматизировать. Как универсальный блок, установленный на технику. Также на неё навешиваются датчики системы сенсорики, в зависимости от комплектации это могут быть видеокамеры, камеры оптического диапазона, радары, лидары. И санарные виды датчиков.


– Что из себя представляет универсальный блок?

– Такой вычислительный модуль, который принимает данные с видов сенсорики, производит вычисление выполнения заданий, обработку машинного зрения, и, соответственно, принимает решения. Цель проекта состоит в достижении научно-технологического лидерства в сфере систем искусственного интеллекта для ретрофит-комплектов и подсистем БТС в целом на колесном, гусеничном, железнодорожном и комбинированном шасси. 

Блоки универсальные, мы используем антропоморфную логику автопилотирования, что является ноу-хау.


– Антропоморфная логика автопилотирования – это?

– Она построена на базе того, как мыслит человек и делится на 3 контура. Первый – это контур высокоуровневого управления, обеспечивает стратегическую оценку и управляющие воздействия, работает аналогично сознанию человека. Второе – это контур сенсорики, соответствующий органам чувств, коре головного мозга.

Третий контур – низкоуровневого управления, обеспечивающий скоростное принятие решений, аналогично человеческому подсознанию и рефлексам. 


– Чем отличается разработанный учёными вашего института автопилот? 

– Уникальность нашей разработки – универсальность разрабатываемых технологий для колесного, гусеничного, железнодорожного и комбинированного шасси. Масштабируемая аппаратная структура ретрофит-комплекта, позволяющая подключать дополнительные сенсоры и исполнительные механизмы для решения различных типов задач. Экономически эффективная роботизация существующей техники: себестоимость ретрофит-комплекта не будет превышать 15% стоимости несущей платформы. Минимизирована стоимость последующих НИОКР, благодаря разработке единого САПР проектирования БТС и унифицированных ретрофит-комплектов БТС.

В этот универсальный комплекс ученые встраивают текущие наработки. 

Также из ноу-хау технологий – это биоинспирированная система управления, стиксельное (2,5D) представление окружающей действительности, когда быстро моделируется карта местности, определение характеристик подстилающей поверхности с использованием виброанализирующих (инерциальных) систем, системы прецизионной спутниково-инерциальной навигации без базовых станций. 


– Что это означает?

– Нами была разработана инерциальная система навигации, которая позволяет в условиях отсутствия спутниковой связи продолжить движение до 15 минут с высокой точностью. 

Это может быть проезд на закрытых территориях, в ангар, под мостом, или просто пропала спутниковая связь, а техника продолжит движение по инерциальной системе. 


– Какие ещё преимущества у универсального комплекса?

– Одним из преимуществ является то, что система масштабированная, может дополняться в зависимости от решаемых задач, позволяющая включать дополнительную сенсорику и исполнительные механизмы для решения различных видов задач. 


 



В рамках данных решений возможно исполнение под отечественные элементы со степенью локализации более 80%. И конечно, основная ориентация на отечественные контроллеры и микроэлектронные компоненты. Сегодня это особенно важно.


– Что-то уже внедрено? 

– Конкретно для с/х техники пока на этапах разработки. У команды многолетний опыт в разработке беспилотной техники всех видов – от беспилотных аппаратов до колёсных транспортных средств. У нас есть уникальные технологии искусственного интеллекта машинного зрения для автоматизации сельхозтехники.

Над автоматизацией и роботизацией сельхозтехники работала команда более 40 человек, а второе и третье направление разрабатывает большее количество специалистов, учёных, это большие проекты. 


– Такие разработки из области фантастики?

– Да, это ноу-хау, но в текущих реалиях – доступные технологии. Это современное направление хозяйств, которого не избежать. Сегодня аграрии уходят от классических схем.


– И где будет востребовано это ноу-хау?

– В первую очередь в крупных хозяйствах РФ. Мы рассчитываем на то, что в Республике Татарстан удастся сделать первое внедрение. Сейчас ведутся переговоры по развитию проекта.


– Каким Вы представляете хозяйство будущего?

– Это централизованный пункт управления, где находится оператор, который контролирует и следит за тем, как выполняются технологические операции. Смотрит по карте, как техника движется, например, вспашка, какие операции выполнены. Или автоматические операции по поливу: как машины поехали, запустились и выполнили задачу. В случае непредвиденных ситуаций оператор принимает решение. Автоматизация хозяйств не означает сокращения персонала. Он станет более квалифицированным, по-прежнему нужны будут водители, механики и другие.

«Деметра» – проект, о котором мы впервые рассказываем со страниц журнала «Нивы России». В последние десятилетия активно шла автоматизация отдельных элементов, технологических операций, но таких унифицированных блоков, которые разработала наша команда, никто не предлагал. Учёные стремятся, чтобы цифровизация в нашей стране вышла на более высокий уровень. И предлагают автоматизировать не каждый объект, а создать такой общий универсальный комплекс по автоматизации.
 

Текст: Елена ТОКАЕВА,
заместитель главного редактора журнала «Нивы России»
Фото из открытых источников
Журнал «Нивы России» №9 (208), октябрь 2022
Комментарии (0)

Нет комментариев. Ваш будет первым!

 
}