АГРОБИО ТЕХНИКА - растениевъдство, животновъдство, биоенергетикагодина VI, брой 7, 2018

Трактори без шофьори Бъдещето на земеделието

Трактори без шофьори Бъдещето на земеделието

Тракторът без шофьор е автономно селскостопанско превозно средство, което осигурява голяма теглителна сила (или въртящ момент) при ниски скорости за целите на обработката на земята и други селскостопански задачи. Той се счита без водач, тъй като работи без присъствието на човек в самия трактор.
Различните трактори без шофьор се разделят на такива с напълно автономна технология и контролирана автономия. Идеята за трактор без шофьор се появява още през 1940г., но реално се е осъществила през последните няколко години. Тракторите използват GPS и други безжични технологии при обработката на земеделска земя без нужда от шофьор. Те работят само с помощта на оператор, наблюдаващ напредъка от контролна станция или с водещ управляван трактор в полето.


Идеята за трактор без шофьор е възникнала през 1940г., когато Франк У. Андрю е реализирал своя прототип. За да направлява своя трактор без шофьор, в средата на полето е трябвало да се постави цилиндър или фиксирано колело и около него се е навивал кабел, прикрепен към кормилното рамо отпред на трактора. През 1950 Ford разработва трактор без шофьор, който те наричат „The Sniffer“, но той никога не е бил произведен, тъй като не е могъл да се управлява без подземен проводник през полето. До 1994г. не е имало голям напредък в технологиите за трактори без шофьор, когато инженерите в изследователския институт Silsoh Research са разработили система за анализ на изображения, която е била използвана за направляване на малък трактор без водач, предназначен за зеленчукови и кореноплодни култури. Този нов трактор дори е могъл да се справи със заобикалянето на малки синори.

Текущите технологии за тракторите без водачи се основават на последните постижения в безпилотните автомобили и селскостопанските технологии. Тракторът се определя като мощно моторно превозно средство с големи, тежки вериги, използван за теглене на селскостопанска техника и други превозни средства. Най-често терминът се използва, за да се опише земеделско превозно средство, което осигурява мощността и теглителната сила за механизиране на селскостопанските задачи. Прецизното земеделие прави големи промени в областта на технологиите, които се появяват през 1980г. Резултатът е бил трактори, които селскостопанските производители са управлявали с помощта на GPS устройства и бордови компютри. Прецизното земеделие се съсредоточава върху максимизиране на възвръщаемостта при използване на минимални ресурси. С помощта на GPS устройства и компютри фермерите могат да използват тракторите по-ефективно.

След това инженерите са започнали работа по разработката на полуавтоматизирани трактори. Тези трактори са имали шофьори, но водачите е трябвало само да ги насочат в края на всеки ред. В последствие през 2011г. и 2012г. се появява идеята за трактор без шофьор.

Първоначално тракторите без водач са били създадени да следват основен трактор (с шофьор). По този начин един водач е могъл да свърши два пъти повече работа, използвайки технологията „follow me“ (следвай ме). Но сега тези технологии вече преминават към автономия или независимо функциониране.

Тракторът без шофьор е част от напредъка за увеличаване на автоматизацията в областта на земеделието. Други такива автономни технологии, които понастоящем се използват в селското стопанство, включват автоматичното доене и автоматичните берачи на ягоди. Разработването на такава технология е трудно. За да бъде успешен, тракторът трябва да може да следва детерминиращи задачи (задача, която е определена преди да започне, като например път, който трябва да се следва в полето), да има реактивно поведение (способността да реагира на неизвестна ситуация като препятствия по пътя) и да има рефлексивни реакции (вземане на решение без колебание или отнемащи време изчисления като промяна на ъгъла на направляване, ако е необходимо). В крайна сметка, тракторът трябва да имитира човек в способността му да наблюдава пространствената позиция и да взема решения, като например големината на скоростта. Сега има няколко различни подхода за изграждане и програмиране на тракторите.

Пълна автономия
Понастоящем по-голямата част от напълно автономните трактори се движат с помощта на лазери, които отразяват сигнали от няколко мобилни транспондера, разположени около полето. Тези лазери са придружени от радиостанции с обхват 150MHz, за да се справят с проблемите на зрителното поле. Вместо шофьори, тракторите имат диспечери, които контролират тракторите, без да са в тях. Тези диспечери могат да наблюдават няколко трактора, на няколко полета, от едно място.

Друга напълно автономна технология за трактори включва използването на електрическата система (или CAN) на трактора или селскостопанското оборудване за изпращане на команди. Използвайки GPS позициониране и радиовръзка, софтуерът за автоматизация управлява пътя на трактора и контролира селскостопанските инструменти. Подобреният радиоприемник и бордовият компютър обикновено се използват за получаване на команди от станцията за дистанционно управление и за преобразуване в команди на превозното средство, като например управление, ускорение, спиране, предаване и контрол на прикачения инвентар. Технологиите на сензорите като LiDAR (Light Detection and Ranging - електронно-оптична дистанционна технология за определяне на разстояния до обекти с използване на насочен сноп светлина) подобряват безопасността, като откриват и реагират на непредвидени препятствия.

Контролирана автономия
Тракторите, които функционират с контролирана автономност (автоматизирана технология, но с наблюдаващ оператор), използват технология и комуникация между превозните средства (V2V). Между двата трактора има безжична връзка за обмен и споделяне на данни. Водещият трактор (с оператор) определя скоростта и посоката, които след това се предават на трактора без водач, за да се имитират.

Безопасност
Тракторът без водач се счита за противоречив по отношение на безопасността и общественото приемане. Създаването на технология, която остава безопасна при всички сценарии, при които може да се получи повреда, изисква много програмиране и време. По отношение на откриването на движение, тракторите имат сензори, които да ги спрат, ако открият предмети по пътя си като хора, животни, превозни средства или други големи предмети. През 2004г. изследователи от Датския кралски ветеринарен и аграрен университет са публикували доклад, в който са разгледали подробно безопасността на трактор без шофьор. С техния трактор без водач те имат едно лице, определено като оператор по сигурността. Този оператор контролира превключвател, който веднага може да изключи и да спре трактора. Също така на всеки ъгъл на трактора те са свързали четири бутона за аварийно спиране.

Безпилотният трактор има възможност да работи денонощно. Това, обаче не трябва да се случва без участието на оператора по сигурността. Тракторите няма да усетят някой или нещо на полето, затова трябва да се използва достатъчно осветление, за да се вижда 20м пред машината и да се осигури допълнителна светлина в задната част, когато работи преди изгрев или след залез слънце. Необходимо е да се поставят предупредителни знаци за автоматизирано използване на трактори в полетата и евентуално ограда за ограничаване на достъпа. Машините, които могат да работят през по-голяма част от деня, изискват по-чести прегледи и проверки за техническо обслужване.

Технологията на тракторите продължава да се променя. Компютърно контролираните трактори от днес могат скоро да бъдат изцяло автономни машини в утрешния ден. Но независимо от генерацията на тракторите, подходящо обучените и бдителни оператори, които следват безопасни практики при работа, винаги ще бъдат важни за безопасността на трактора.

Производители на трактори без шофьор
Има няколко основни производители, които активно се стремят да произвеждат продаваем трактор без шофьор и са направили крачки към реални прототипи и масово производство на своите продукти.

Компанията John Deere вече има в колекцията си нов инструмент - iTEC Pro (интелигентен контрол на оборудването). На практика това означава, че тракторът ще се насочи директно към синора и ще го заобиколи, както и автоматично ще контролира прикачения инвентар. Технологията за това е налице от известно време, но разходите по безопасността є са попречили да стане търговска реалност. Някои системи са по-сложни от други, но никой досега не е успял да интегрира автоматичен GPS контрол.

iTEC Pro първоначално ще бъде на разположение за трактори с голяма мощност от серия 8030. Технологията iTEC Pro ефективно автоматизира цялата операция при достигане на края на полето - забавяне на скоростта напред, освобождаване на заключването, повдигане на прикачения инвентар и т.н., както и насочване на трактора в следващия ред. Преди това да може да се случи, водачът трябва да картографира границите на полето, което се прави лесно чрез активиране на функцията за запис на терминала GreenStar и придвижване около границите на полето.

Операторът също така трябва да въведе подробности за всички препятствия като езера или стълбове и да определи дали те са проходими или непроходими. Сега идеята за проходими препятствия може да звучи като противоречие, но широка пръскачка може да премине през водно препятствие. Съответните дюзи обаче трябва да бъдат изключени, въпреки че няма нужда да се движите около тях, като държите редовете направо.

Компанията Fendt, част от корпорацията AGCO, също така е работила върху идеята за трактор без водач. В Хановер на шоуто на Agritechnica, Fendt представя своя модел трактор без шофьор, наречен GuideConnect. Това е трактор, програмиран да отразява движението на друг трактор. Управляваният от оператор трактор, преминава през полето или през растенията, следван от трактор без водач. Тъй като първият трактор има шофьор, той може да го управлява ръчно така, че трактора без водач да избегне препятствията. Вместо да се фокусира върху напълно независимата част от технологията, Fendt направи GuideConnect да работи заедно с машини, управлявани от оператор. GuideConnect е свързан чрез сателитна навигация и радио с управлявания трактор. Двете машини изпълняват земеделските операции като една.

Целевото засяване се отличава с използването на технологията „рояк“. Полевите роботи на компанията Fendt са мобилни и се контролират чрез облачни технологии. Като екип, те си сътрудничат напълно и автономно, ефективно и с висока точност. Основната идея е опростяване, по-малко сензори, стабилни контролни блокове и ясна хардуерна структура, които правят всеки отделен робот Xaver изключително надежден и продуктивен. Същевременно, използването на голям брой малки, идентични роботи, работещи в „рояк“, позволява гладкото протичане на задачата, дори и в случай на повреда на един от тях.

Тяхното малко тегло води до високо ниво на безопасност и незначително уплътняване на почвата. И разбира се роботите Xaver са готови денонощно за работа. Тези аспекти правят полевите роботизирани системи една много привлекателна алтернатива за фермера на бъдещето.

Тракторите без водачи, произвеждани от компанията Case IH, използват технологията „контролирана автономия“. Трактор, управляван от човек, е следван от автономна машина, която копира управлението и скоростта на първия трактор. Двете машини работят с V2V технология, която представлява комуникация между превозни средства.

Тракторът без кабина от серията Magnum маркира първото появяване на автономно концептуално превозно средство (ACV) от специалистите по селско стопанство Case IH. Задачите, извършвани от тракторите без водач, включват обработка на почвата, засяване, пръскане и прибиране на реколтата.

Тракторът съчетава авангардни технологии в управлението, телеметрията, обмена на данни и агрономическия мениджмънт без човек на борда. Той следи най-ефективната траектория за задачата, като се имат предвид типовете почви и прикачения инвентар, използва радари, технология LiDAR за определяне на разстоянието до обекти и камери за откриване на препятствия, като маневрира около тях или спира.

Операторът може дистанционно да наблюдава предварително програмираните операции, като използва интерактивен интерфейс, като при необходимост прави промени в средата.

Компанията New Holland Agriculture си партнира с E.&J. Gallo Winery, най-голямата семейна винарна в света, в пилотен проект за тестване на своята NHDrive автономна технология, приложена на тракторите T4.110F за обработка на лозя. Тази съвместна пилотна програма е съсредоточена върху събирането на обратна връзка от агрономите и операторите относно използването на тази технология в ежедневните лозарски дейности, като крайната цел е да се осигурят автономни решения, задвижвани от реалните изисквания на лозарите.

Пилотната програма е последната стъпка в програмата за автономни превозни средства на New Holland и нейното проучване за различните приложения, които могат да извлекат максимална полза от тази технология. Марката разкри автономното си решение NHDrive™ на шоуто Farm Progress и го демонстрира на серията трактори T7 Heavy Duty и T8, за да илюстрира възможните приложения за реколта. Новата пилотна програма с T4.110F демонстрира, че автономното решение на New Holland е приложимо за всички трактори, предлагани от компанията.

Технологичната компания Smart Ag отключи огромния потенциал за автоматизация в селското стопанство, като разработи първата платформа за трактори без водач, наречена AutoCart, базирана на облачни технологии. Това софтуерно приложение напълно автоматизира трактор за транспортиране на зърно, който осигурява на фермерите необходимата помощ по време на прибиране на реколтата.

AutoCart заедно с комплекта за автоматизация на тракторите, е система „включи и пусни“, която автоматизира съществуващи трактори за транспортиране на зърно и е съвместима с всяка марка. Системата позволява на оператора на комбайна да настрои местата за спиране и разтоварване в полето, да регулира скоростта, да следи местоположението и да управлява контейнера за зърно така, че да се синхронизира точно със скоростта и посоката на комбайна. След като се напълни, AutoCart автоматично се връща в точката за разтоварване на друго място в полето.

SmartHP (Smart Horse Power) е първата система „включи и пусни“ за автоматизация на машини. Използвайки набор от съвременни технологии, тази система позволява съществуващ трактор да се превърне в автономен трактор. В момента SmartHP е съвместима със серията трактори R на компанията John Deere. След като тракторът бъде оборудван със системата SmartHP, той може да бъде активиран с бутон в кабината, за да бъде управляван със софтуерните приложения на Smart Ag. Системата разчита на съществуващи GPS приемници, но използва вградена безжична технология за свързване с „облака“ и други машини на полето.

Характеристиките включват навигационна система, система за обучение на машината, двуслойна система за възприемане на препятствия, откриване на препятствия на дълги разстояния, външни радари за дълги разстояния, външни камери и антени, външен e-stop бутон, безжичен e-stop, контролери за управление и регулатори на скоростта, широколентов wifi, m2m мрежа за дълги разстояния, клетъчна свързаност, монтажен хардуер, окабеляване.

Автономният трактор Agri Robo на Kubota е революционен продукт, който благодарение на интегрираната система за дистанционно управление позволява на фермера да следи до два автономни трактора Kubota, като по този начин спестява време, пари и ресурси.

Основната цел на софтуера за управление е да се ускори автономното управление на тракторите в реално време и по този начин да се подобри и улесни работата на фермерите. Agri Robo съчетава функциите на съществуващите трактори от L-серията, осъществявайки точно предварително планираните задачи. Освен това, ниската скорост на машината и по-малкото му тегло позволяват безпроблемна работа при тежки условия.

Тракторът без шофьор включва GPS навигация и технология за картографиране на полето, за да се подобри точността и да се намалят разходите за труд. Също така тракторът е оборудван със сензори за определяне на наличието на препятствия и когато срещне нещо, той спира.

Реалността на прецизната селскостопанска технология, като тракторите без шофьори, за увеличаване на производителността вече е тук. Земеделските производители изпитват жажда за нови технологии, достъпът до които означава по-малко стрес и повече време, освободено за други важни неща. Технологията за трактори без водачи има потенциала да оптимизира операциите в стопанството и да осигури по-безопасна и по-малко стресова работна среда за земеделските работници и техните семейства.