Совре­мен­ные сен­со­ры спо­соб­ны постав­лять на мони­тор опе­ра­то­ра сель­хоз­ма­ши­ны не про­сто гра­фи­че­скую инфор­ма­цию, а пол­но­цен­ную кар­тин­ку про­ис­хо­дя­ще­го вокруг. Разъ­яс­ним, как рабо­та­ют систе­мы, поз­во­ля­ю­щие видеть незримое.

Видеодатчики на сельхозтехнике

Опера­то­ры кор­мо­убо­роч­ных ком­бай­нов зна­ют, как непро­сто вести акку­рат­ный и чистый под­бор ско­шен­ной мас­сы, при этом не упус­кать из виду потен­ци­аль­но опас­ные пре­пят­ствия и одно­вре­мен­но при­цеп, для рав­но­мер­ной загруз­ки кото­ро­го важ­но пра­виль­но рас­по­ло­жить и дер­жать силосопровод.

Ком­па­нии Claas и New Holland уже более деся­ти лет пред­ла­га­ют авто­ма­ти­че­ские систе­мы управ­ле­ния выгруз­ным рука­вом. Такие систе­мы рас­по­зна­ют, в какой части кузо­ва еще име­ет­ся потен­ци­ал для раз­ме­ще­ния измель­чен­ной мас­сы, а где ее загру­же­но уже слиш­ком мно­го, в зави­си­мо­сти от «кар­ти­ны мира» регу­ли­ру­ет­ся даль­ней­шая выгрузка.

Так что сен­со­ры в сель­хоз­тех­ни­ке дав­но уже не пред­став­ля­ют собой нечто неви­дан­ное. На совре­мен­ных кор­мо­убо­роч­ных ком­бай­нах и круп­ных сель­хоз­ма­ши­нах их чис­ло дости­га­ет почти 90 еди­ниц. На при­ме­ре этой тех­ни­ки мы и объ­яс­ним прин­ци­пы интел­лек­ту­аль­ной обра­бот­ки гра­фи­че­ской информации.

Стереовидение

Асси­стент опе­ра­то­ра с 3D-функ­ци­ей Visionary-B был раз­ра­бо­тан спе­ци­аль­но для веде­ния работ в непро­стых поле­вых усло­ви­ях. Две син­хро­ни­зи­ро­ван­ные видео­ка­ме­ры фик­си­ру­ют изоб­ра­же­ния под раз­ны­ми угла­ми (такой под­ход назы­ва­ет­ся сте­рео­ви­де­ни­ем) и созда­ют трех­мер­ное изоб­ра­же­ние окру­жа­ю­щей обста­нов­ки. Исполь­зу­е­мый здесь прин­цип зна­ком всем нам по про­смот­ру изоб­ра­же­ний в фор­ма­те 3D с исполь­зо­ва­ни­ем спе­ци­аль­ных крас­но-зеле­ных очков, при­ме­ня­ет­ся он и в совре­мен­ных кино­ка­ме­рах. Видео­ка­ме­ра реги­стри­ру­ет не толь­ко пол­ное изоб­ра­же­ние «под­кон­троль­ной зоны», но и опре­де­ля­ет рас­сто­я­ние до объ­ек­тов в этой зоне. Самым замет­ным досто­ин­ством дан­но­го мето­да, кро­ме про­чих, явля­ет­ся пере­да­ча пол­но­го и чет­ко­го изоб­ра­же­ния дви­жу­щих­ся объ­ек­тов, обес­пе­чи­ва­е­мая ско­ро­стью съем­ки и высо­ким раз­ре­ше­ни­ем трех­мер­но­го изоб­ра­же­ния, кото­рое при необ­хо­ди­мо­сти слу­жит для точ­ной иден­ти­фи­ка­ции объ­ек­та в поле зре­ния. Бла­го­да­ря это­му кор­мо­убо­роч­ный ком­байн может рабо­тать чисто по краю поля и одно­вре­мен­но пре­ду­пре­ждать опе­ра­то­ра о воз­мож­ных поме­хах и препятствиях.

Систе­ма выво­дит на мони­тор в кабине опо­знан­ные объ­ек­ты и в слу­чае опас­но­сти столк­но­ве­ния выда­ет сооб­ще­ние об ава­рий­ной ситу­а­ции, что важ­но во избе­жа­ние наез­дов и столк­но­ве­ний при манев­ри­ро­ва­нии в сле­пой зоне и дви­же­нии зад­ним ходом. На каче­ство работ линз каме­ры асси­стен­та не вли­я­ют даже силь­ное сол­неч­ное излу­че­ние или дождь, види­мость при­бо­ров сохра­ня­ет­ся завидная.

Дат­чик трех­мер­ной систе­мы мони­то­рин­га окру­жа­ю­щей обста­нов­ки Visionary-S исполь­зу­ет выше­опи­сан­ный эффект сте­рео­ви­де­ния при под­держ­ке актив­но­го струк­ту­ри­ро­ван­но­го осве­ще­ния, поэто­му видео­ка­ме­ра функ­ци­о­ни­ру­ет и в усло­ви­ях пол­ной тем­но­ты. Она постав­ля­ет до 30 цвет­ных изоб­ра­же­ний в секун­ду, каж­дое с раз­ре­ше­ни­ем менее одно­го мил­ли­мет­ра. Это пред­опре­де­ля­ет воз­мож­ность исполь­зо­ва­ния дан­ной тех­но­ло­гии в кон­струк­ци­ях, напри­мер, убо­роч­ных робо­тов буду­ще­го, трак­то­рах, при­ме­ня­е­мых в вино­гра­дар­стве и садо­вод­стве, поле­вых опрыс­ки­ва­те­лях или мобиль­ных сор­ти­ру­ю­щих станциях.

Чувствительный луч

Дат­чик трех­мер­ной систе­мы мони­то­рин­га окру­жа­ю­щей обста­нов­ки Visionary-T гене­ри­ру­ет свои 3D-изоб­ра­же­ния не за счет опти­че­ско­го рас­по­зна­ва­ния объ­ек­тов – он опре­де­ля­ет рас­сто­я­ние меж­ду дат­чи­ком и объ­ек­том в резуль­та­те мно­го­крат­но­го (несколь­ко тысяч раз в секун­ду) изме­ре­ния интер­ва­ла вре­ме­ни с момен­та излу­че­ния све­то­во­го импуль­са до при­е­ма его отра­же­ния от объ­ек­та. Дат­чик рабо­та­ет на рас­сто­я­нии до 60 м.

Эта тех­но­ло­гия исполь­зу­ет­ся в лазер­ных ска­не­рах или лазер­ных лока­то­рах (лида­рах). В отли­чие от рада­ра, рабо­та­ю­ще­го на радио­вол­нах, здесь при­ме­ня­ют­ся лазер­ные лучи. Каж­дая изме­рен­ная таким обра­зом точ­ка со сво­и­ми коор­ди­на­та­ми вно­сит­ся в память, в резуль­та­те чего быст­ро созда­ет­ся «точеч­ное обла­ко», кото­рое отоб­ра­жа­ет окру­жа­ю­щую обста­нов­ку. Важ­ное пре­иму­ще­ство таких при­бо­ров состо­ит в том, что харак­тер поверх­но­сти объ­ек­та на резуль­та­ты изме­ре­ния вли­я­ет совсем незначительно.

Систе­ма при­ме­ня­ет­ся в каче­стве постав­щи­ка дан­ных для нави­га­ции в поле авто­ном­ных убо­роч­ных и сель­ско­хо­зяй­ствен­ных машин, а так­же для исполь­зо­ва­ния робо­ти­зи­ро­ван­ной тех­ни­ки при пере­ра­бот­ке и скла­ди­ро­ва­нии сель­ско­хо­зяй­ствен­ной про­дук­ции. Важ­ным досто­ин­ством таких дат­чи­ков при их исполь­зо­ва­нии на мобиль­ных еди­ни­цах сель­ско­хо­зяй­ствен­ной и убо­роч­ной тех­ни­ки явля­ет­ся высо­кая сте­пень надеж­но­сти, обу­слов­лен­ная отсут­стви­ем подвиж­ных элементов.

«Я вижу ориентир»

Рабо­та устройств для обес­пе­че­ния без­опас­но­сти в поле так­же бази­ру­ет­ся на лидар­ной тех­но­ло­гии: дат­чик, ска­ни­руя окру­жа­ю­щее про­стран­ство в четы­рех уров­нях, про­во­дит 165 тысяч изме­ре­ний в секун­ду. Слои изме­ре­ний рас­по­ло­же­ны гори­зон­таль­но друг над дру­гом и рас­хо­дят­ся вее­ром от дат­чи­ка. На рас­сто­я­нии 20 м зона виде­ния циф­ро­во­го ока дости­га­ет, напри­мер, высо­ты 2,70 м. Тем самым в рабо­чем диа­па­зоне до 64 м охва­ты­ва­ют­ся все зоны вокруг сель­хоз­ма­ши­ны, даже такие, кото­рые опе­ра­тор ком­бай­на видеть и кон­тро­ли­ро­вать не может априори.

Эта тех­но­ло­гия исполь­зу­ет­ся в орга­ни­за­ции дви­же­ния авто­ном­ных еди­ниц тех­ни­ки в поле (напри­мер, авто­но­му­сов кон­цер­на CNH). Марш­рут отоб­ра­жа­ет­ся в трех­мер­ном про­стран­стве, поэто­му воз­мож­на успеш­ная реа­ли­за­ция работ в авто­ма­ти­че­ском режи­ме на посе­вах про­паш­ных куль­тур. Ору­дия для меж­ду­ряд­ной обра­бот­ки бла­го­да­ря дат­чи­кам рас­по­зна­ют место­на­хож­де­ние ряд­ков с рас­те­ни­я­ми и иден­ти­фи­ци­ру­ют зону, кото­рую необ­хо­ди­мо обра­бо­тать. Созда­ние точеч­ных обла­ков помо­га­ет рас­по­зна­вать так­же вино­град­ные лозы или ство­лы дере­вьев, опре­де­лять рас­сто­я­ние меж­ду участ­ка­ми с сель­ско­хо­зяй­ствен­ной куль­ту­рой и посто­рон­ней рас­ти­тель­но­стью. Исполь­зуя уви­ден­ную инфор­ма­цию как ори­ен­ти­ры, маши­на может состав­лять свои марш­ру­ты сле­до­ва­ния или уста­нав­ли­вать гра­ни­цы рабо­ты агре­га­ти­ро­ван­ных ору­дий. Дат­чик спо­со­бен так­же обна­ру­жи­вать воз­ни­ка­ю­щие на пути сле­до­ва­ния пре­пят­ствия, после чего маши­на может спо­кой­но их объехать.

Что­бы дождь, пыль, снег и дру­гие поме­хи не иска­зи­ли точеч­ное обла­ко, дат­чик отсор­ти­ро­вы­ва­ет их с помо­щью спе­ци­аль­ных эхо­филь­тров. Для это­го све­то­вой луч очень быст­ро направ­ля­ет­ся три­жды в одну и ту же точ­ку. Если зна­че­ние изме­ре­ния оста­ет­ся неиз­мен­ным, то сло­жив­ши­е­ся усло­вия веде­ния рабо­ты ста­биль­ны. Если в зна­че­ни­ях наблю­да­ет­ся раз­ни­ца, то дело в одном из ука­зан­ных выше источ­ни­ков помех.

Оптимальный «подкат»

Лазер­ные тех­но­ло­гии исполь­зо­ва­ла и ком­па­ния Sick для раз­ра­бот­ки сво­ей систе­мы рас­по­зна­ва­ния вал­ков WGS (Windrow Guidance System). Дан­ный помощ­ник опе­ра­то­ра пред­на­зна­чен для трак­то­ров, рабо­та­ю­щих с пресс-под­бор­щи­ка­ми, и кор­мо­убо­роч­ных ком­бай­нов. Дат­чик уста­нав­ли­ва­ет­ся на кры­ше каби­ны трак­то­ра или ком­бай­на, после чего начи­на­ет ска­ни­ро­вать поверх­ность поч­вы на рас­сто­я­нии око­ло 10 м от маши­ны попе­рек направ­ле­ния ее дви­же­ния с часто­той 15 заме­ров в секун­ду. И в этом слу­чае созда­ет­ся точеч­ное обла­ко, соот­вет­ству­ю­щее релье­фу поч­вы. Исполь­зуя полу­чен­ные дан­ные, систе­ма рас­по­зна­ет линии вал­ка, опре­де­ля­ет его поло­же­ние и рас­счи­ты­ва­ет пло­щадь попе­реч­но­го сече­ния. Вме­сте со ско­ро­стью дви­же­ния маши­ны оце­ни­ва­ет­ся объ­ем вал­ка, после чего дат­чик рас­счи­ты­ва­ет иде­аль­ную тра­ек­то­рию подъ­ез­да к нему. Реа­ли­за­ция на прак­ти­ке воз­мож­на через CAN-шину руле­вой систе­мы, в резуль­та­те маши­на все­гда пози­ци­о­ни­ру­ет­ся для под­бо­ра мате­ри­а­ла оптимально.

Рас­счи­тан­ный объ­ем вал­ка одно­вре­мен­но явля­ет­ся бази­сом для авто­ма­ти­че­ско­го регу­ли­ро­ва­ния ско­ро­сти дви­же­ния тех­ни­ки на под­бо­ре мас­сы и про­цес­са ее измель­че­ния, что и явля­ет­ся зало­гом рабо­ты пресс-под­бор­щи­ка или кор­мо­убо­роч­но­го ком­бай­на в опти­маль­ных диа­па­зо­нах ско­ро­сти и про­из­во­ди­тель­но­сти без угро­зы заби­ва­ния и в то же вре­мя с сохра­не­ни­ем каче­ства измель­че­ния массы.

Обра­бот­ка всех дан­ных, полу­чен­ных в резуль­та­те изме­ре­ний, а так­же харак­те­ри­стик рабо­ты маши­ны про­из­во­дит­ся непо­сред­ствен­но в самом дат­чи­ке, поэто­му резуль­та­ты сра­зу пере­да­ют­ся на асси­стент меха­ни­за­то­ра без задей­ство­ва­ния допол­ни­тель­но­го ком­пью­те­ра-посред­ни­ка. Сле­ду­ет заме­тить, что систе­мы Sick – не кон­цеп­ту­аль­ные про­то­ти­пы, а завер­шен­ный про­дукт, гото­вый к запус­ку в серий­ное про­из­вод­ство. Так что оста­ет­ся счи­тать дни до того момен­та, когда маши­ны, обо­ру­до­ван­ные таки­ми сен­со­ра­ми, появит­ся на полях.