Цифровизация сельхозтехники: от курсоуказателя до автопилота

Многие хозяйства региона используют не просто современную и высокопроизводительную технику, а агромашины, оснащённые электронными системами. О том, как цифровые инструменты помогают аграриям, «Эксперту ЮГ» рассказал директор департамента маркетинга компании Ростсельмаш Андрей Рябов.

Зачем цифровизация сельскому хозяйству

Во многом качество будущих всходов, удобство и полнота обработки вегетирующих растений, затраты времени в страду и уровень потерь урожая, а также расход топлива, то есть итоговый заработок хозяйства, зависит от точности прохода сельскохозяйственной техники по полю.

Но каким бы опытным, внимательным, ответственным ни был механизатор, он физически не в состоянии вести машину по идеальной траектории. А при агрегатировании машины с широкозахватными орудиями и (или) при работе в условиях плохой видимости проблема недостаточно прямолинейного хода, перекрытий и пропусков обостряется.

Возможно, если бы результирующие потери были невелики, сельхозпроизводители по-прежнему мирились бы с ними. Но популяция человечества растёт прогрессирующими темпами. А землю, как метко заметил классик, уже не производят.

Поэтому борьба за урожай развернулась в плоскости интенсификации сельского хозяйства. Одно из направлений — технологии точного земледелия, которые невозможно реализовать без систем автоуправления для сельхозмашин.

Космос и земля

На помощь АПК пришли космические и информационные технологии, а также наработки, давно использующиеся в судовождении и авиации. Их работа базируется на данных о местоположении машины в каждый момент времени. Эти данные безвозмездно раздаются спутниковыми навигационными системами GPS/ГЛОНАСС. Но точность бесплатного сигнала составляет несколько метров, чего совершенно недостаточно для работы агромашин.

Для повышения точности позиционирования, а следовательно, и точности прохода агромашины от гона к гону применяют кинематический режим определения координат в реальном времени (RTK). По большей части эти поправки — платная услуга. Зато они позволяют увеличить точность позиционирования сельхозмашины до 2,5 см. Кстати, RTK-сигнал в системах Ростсельмаш раздаётся бесплатно.

Минусы технологии:

• необходимость установки контрольно-корректирующих станций (или станции) ГЛОНАСС и (или) GPS и комплектация машины GSM модемом;
• не везде есть хорошее покрытие GPS/ГЛОНАСС;
• сложный рельеф может не позволить принимать сигнал RTK-станции ни в одном из доступных вариантов.

Поэтому огромный интерес сейчас вызывают технологии машинного зрения, на базе которых ведутся работы по созданию самостоятельных и гибридных (GPS/ГЛОНАСС навигация + машинное зрение) систем.

Главное преимущество машинного зрения — возможность обойтись без спутникового сигнала. Техника при этом может самостоятельно идти «по кромке, по рядку, по валку». Эта технология уже реализована в системе РСМ Агротроник Пилот 2.0.

Однако технологию движения по рядку для пропашных культур можно реализовать без машинного зрения. Например, в системе РСМ Агротроник Пилот 2.1 использованы датчики касания. Но именно машинное зрение позволит перевести помощь в вождении агромашины в автопилотирование.

Системы автоуправления движением сельхозтехники

Эволюцию автоматизации процессов управления движением агромашин можно представить коротким списком:

• курсоуказатели,
• системы параллельного вождения,
• системы автоуправления.

Заметим, что существует некоторое разночтение терминов, которые необходимо разъяснить.

Курсоуказатель

Это самая простая самостоятельная система. Первые курсоуказатели появились в судовождении, позднее — в авиации. И только относительно недавно их начали использовать в АПК. Задача устройства — показать механизатору, идёт ли он по заданной прямой или отклонился.

Механизатор перед началом работы указывает ширину захвата оборудования. При входе в загонку отмечает точку входа А, в конце гона (при въезде на разворотную полосу) отмечает точку выхода Б, начало и конец разворотной полосы. Блок обработки информации прокладывает параллельные линии вдоль первой линии АБ, созданной механизатором.

С развитием технологии курсоуказатели получили функции формирования адаптивных и идентичных кривых, шаблоны полей, возможность выгрузки информации о работе и др.

Бортовое оборудование включает антенну (приёмник сигнала), кабели, блок вычислителя и монитор. Повторимся: курсоуказатель может использоваться (и используется) как самостоятельная система.

Прокладка параллельных прямых дала повод к тому, что курсоуказатели в обиходе стали называть системами параллельного вождения. К сожалению, некоторые специалисты сами используют этот не совсем корректный термин.

Фото: пресс-служба Ростсельмаша

Система параллельного вождения

Более сложный вариант, который требует обязательного наличия двух подсистем: курсоуказателя и подруливающего устройства. Подруливающие устройства (в просторечии «подрульки») могут быть электрическими и гидравлическими.

Электрические проще, дешевле, их можно установить практически на любую самоходную агромашину. Но они обеспечивают меньшую точность вождения, чем гидравлические.

Гидравлические подруливающие устройства требуют предварительной подготовки машины для интеграции её гидравлики с внешним оборудованием. Современные модели самоходной сельхозтехники готовят к возможности установки гидравлических подруливающих устройств уже в заводских условиях. А вот «старые» модели невозможно «подружить» с гидравлическими «подрульками».

Подруливающее устройство включает в себя привод (или рулевое колесо с приводом), датчик угла поворота ведущих колёс и контроллера (лучшие образцы имеют датчик угла бокового наклона и скорости его изменения). Последний получает сигнал от курсоуказателя, обрабатывает его с учётом неровностей поля и передаёт команды на привод.

Подруливающие устройства сами по себе не являются самостоятельными системами. Они могут работать только в комплексе с курсоуказателем. Впрочем, как правило, поставщики под названием «подруливающее устройство» подразумевают как раз комплект оборудования.

Большинство таких систем берут на себя руление «на эшелоне» — движение по прямой в загонке. А разворот, как правило, всё же выполняет механизатор. Однако на рынке уже появляются системы (и с гидравлическими, и с электрическими подруливающими устройствами), способные самостоятельно воспроизводить развороты. Например, РСМ Агротроник Пилот 1.0 электроруль это делать умеет.

Система автоуправления

Системы параллельного вождения часто называют «автопилотами», что не совсем корректно. Все же автопилотирование подразумевает, что автоматика берёт на себя большую часть работы по управлению движением, а не только подруливание на гоне. Настоящий сельскохозяйственный автопилот должен уметь:

• полностью самостоятельно передвигаться по полю (выполнять развороты, гоны);
• управлять орудием (как минимум, поднимать его в конце гона и опускать в начале);
• регулировать скорость движения.

Для достижения этих целей необходима синергия возможностей систем параллельного вождения, систем управления скоростью и специфических технологических систем сельскохозяйственных машин.
К примеру, системы РСМ Агротроник Пилот 1.0/2.0 работают по заранее составленной в системе РСМ Агротроник карте-заданию и могут самостоятельно разворачиваться, а также управлять скоростью движения агромашины при условии установки на неё системы РСМ Адаптивный круиз-контроль.

РСМ Агротроник Пилот 1.0 при установке на комбайны и тракторы с функцией автоматической разворотной полосы (при работе с орудиями, управляемыми электрогидравликой) самостоятельно поднимает в конце гона и опускает в начале гона орудия или адаптеры. А в системах РСМ Агротроник Пилот 2.0/2.1 эта функция предусмотрена без оговорок.

В идеале от автопилота требуется и умение опознавать препятствия, и останавливаться перед ними, а лучше — уметь их оценивать и принимать решение о дальнейших действиях (остановиться или объехать).

И работы в этом направлении уже приносят результаты. Например, уникальный в своём роде РСМ Агротроник Пилот 2.0 (та самая гибридная система) определяет препятствия (будь то дерево, столб, техника или человек) и автоматически останавливает машину на безопасном расстоянии.

Если органично подружить между собой автопилот и ещё большее число систем автоматизации технологических процессов, можно в итоге получить машину, которая по праву будет носить звание даже не автопилотируемой, а автономной. То есть способной выполнять самостоятельно все технологические процессы. Но это уже другая история. А пока пора перейти к вопросу, который вызывает, пожалуй, самый большой интерес.

Насколько выгодно применение систем автовождения

Самые современные системы автоматизированного вождения для сельхозтехники обеспечивают рост производительности порядка 20–60 % и экономию топлива порядка 10–20 % — в зависимости от типа машины и выполняемых работ.

Например, в нашей практике на уборке пшеницы урожайностью 65 ц/га комбайном TORUM 785 (9-метровая жатка) с площади в 750 га были получены следующие результаты. Рост суточной производительности — свыше 30,1% и сокращение сроков уборки на 23%; экономия горючего — свыше 2 500 л.

На посеве с трактором Ростсельмаш 2375 (12-метровая сеялка) зафиксировано сокращение длительности кампании на 31,3%, а увеличение суточной производительности — почти на 46%. Экономия топлива с площади в 1 000 га составила более 4 000 л.

Объяснение простое. Без системы автовождения машины с широкозахватными орудиями работают, как правило, с перекрытием в 0,3 м. Если система позволяет уменьшить их до 0,025 м, мы получаем сокращение количества проходов более чем на 8 %. А это — время и горючее. При уборке, например, пшеницы ускорение работ даёт дополнительную экономию и снижение потерь при самоосыпании.