Искусственный интеллект в русском поле

Первый серийный отечественный беспилотник убирал пшеницу в Томской области, в районе деревни Карбышево. За экспериментом наблюдали губернатор области Сергей Жвачкин, полпред президента в Сибирском федеральном округе Сергей Меняйло и глава компании-разработчика Cognitive Technologies Ольга Ускова.

«Это прорыв не на бумаге, не в мультфильме, а в поле. Это новое слово в робототехнике, новое слово в культуре уборки урожая, новый уровень качества жизни на земле. Работа комбайнера тяжелая, найти комбайнера довольно трудно. А ведь каждый час и каждая минута на счету. Если не убрал, то осыпалось», — говорит Ольга Ускова.

В ходе демонстрационной работы комбайн Acros 585 производства «Ростсельмаша» убирал яровую пшеницу на поле площадью 120 га в реальных условиях уборочной кампании. Техники в кабине наблюдали за процессом, но не вмешивались в него. Управляла машиной система Cognitive Agro Pilot с элементами искусственного интеллекта от Cognitive Technologies. Уникальность ее в том, что она работает без связи со спутником, используя только видеокамеру и машинное зрение. Распознает все препятствия, людей и животных и одновременно с уборкой урожая производит оцифровку поля.

«Сейчас это одна из самых перспективных и инвестируемых технологий в мире. Но сделать правильно, так, чтобы фермер был доволен, — сложно. В мире уже несколько лет внедряют беспилотные решения в сфере агротехнологий, но до сих пор все они базировались на спутниковом геопозиционировании: техника ездит точно по заданным параметрам, но не “видит” поля. Отсюда риск поломки от наезда на камень, бревно. Cognitive Technologies совершила прорыв. Мы первые сделали автопилот, который видит и понимает», — пояснила Ольга Ускова.

Речь идет об искусственном интеллекте на основе технологий нейронных сетей глубокого обучения, которому в поле не нужно ничего, кроме камеры. Сам искусственный мозг, который назвали Cognitive Agrodroid C2-A2 (по аналогии со знаменитым R2-D2 из киноэпопеи «Звездные войны»), работает по принципу кредла, то есть его можно ставить на любую технику.

«Что делает человек, когда он направляет комбайн на пшеницу? Ему нужно держать край, он видит кромку и едет по этой кромке, — рассказывает руководитель томского департамента Cognitive Technologies Андрей Гельцер. — То же самое делает и наша система: она видит край кромки и ведет комбайн в автоматическом режиме. Агродроид может делать это круглосуточно, днем и ночью, в свете фар, без использования каких-то дополнительных приборов. Ему не нужны линии связи, все происходит непосредственно в этом “мозгу”, который мы устанавливаем на комбайн».

Основу решения Cognitive Agro Pilot для беспилотной сельхозтехники составляют искусственный мозг Агродроид, видеокамера и монитор

Cognitive Technologies

Способный ученик

Сначала нейронную сеть Агродроида необходимо обучить на примерах. В течение нескольких лет специалисты Cognitive Technologies накапливали данные о разметке полей. Это большая кропотливая работа, которую десятки человек делали тысячи часов.

«Мы формируем архитектуру сети и потом ее обучаем. У нас есть поле, которое мы разметили, и мы говорим: этот объект является тем-то, а другой — вот этим, и система учится, — рассказывает Андрей Гельцер. — А потом даем ей другие реальные данные, она их обрабатывает. И чем больше таких данных, чем больше вариативности в климатических зонах, в регионах и так далее, тем более полным будет процесс обучения. Это как с человеком: чем больше он видел, чем в большем количестве ситуаций побывал, тем лучше он начинает воспринимать и понимать. И вот именно в процессе обучения решаются все проблемы, находятся ноу-хау, подходы и решения».

В Cognitive Technologies также создали подсистему, которая в процессе работы оценивает качество зерна: процент сбитого, есть ли примеси, каков процент этих примесей. Ведь от правильности настроек комбайнов, от жатки до процесса сепарации и обмолота, зависит качество собираемого зерна, его сорт и, в конце концов, стоимость.

«Если зерно сильно побито и загрязнено, его стоимость низкая. Тут есть человеческий фактор, потому что иногда можно просто ошибиться с настройками. Но система сигнализирует о том, что конкретно мы сейчас собираем, какого оно качества. Если оно в допустимых рамках, то все прекрасно, а если есть какие-то проблемы, поступает сигнал, что произошло нарушение технологии», — поясняет Андрей Гельцер.

Нейронная сеть способна выделять основные классы объектов на поле, что позволяет обеспечить безопасную и эффективную работу умного комбайна

Cognitive Technologies

Выигрышная экономика

Экономическая эффективность прихода ИИ в поля заключается не в уменьшении количества работников, а в оптимизации и интенсификации всего процесса. Например, при сборе урожая комбайнер в состоянии непрерывно работать пять-шесть часов. При этом порой он может отвлекаться, не соблюдать скоростной режим, не оптимизировать высоту жатки и так далее. При традиционной уборке потери в среднем составляют от 4 до 10% зерна на гектар (это данные самих фермеров). А беспилотный комбайн полностью сосредоточен на управлении сбором урожая.

«Машина не устает, ей не хочется поддать газу, чтобы побыстрее проехать поле и выполнить норму. Ведь если двигаться быстрее, зерно начинает высыпаться, не все обмолачивается», — говорит Андрей Гельцер.

Во время работы комбайн составляет карту урожайности, его координаты фиксируются в каждый момент времени. Агрономы получают данные о том, сколько зерна поступило с каждого, условно говоря, квадратного метра и какого это зерно качества. «Это поможет выявлять множество проблемных участков: где-то низина, а где-то удобрения вымываются, — рассказывает г-н Гельцер. — Машины прошли, триста гектаров убрали, все в кучу ссыпали, посчитали, поделили одно на другое, получили результат, при этом подробности без таких технологий увидеть нельзя».

В отличие от аналогичных зарубежных разработок в системе применяется только одна видеокамера, и это позволяет в три-четыре раза снизить стоимость установки. В результате она существенно дешевле зарубежных аналогов и способна окупиться всего за один-два сезона. Система универсальна, ее можно устанавливать и на другую сельхозтехнику, что особенно важно — ведь продукт уже готов к серийному производству.

В Томской области в качестве эксперимента до 2021 года такие же комбайны будут работать на полях еще трех агропромышленных комплексов.

«Пилотный проект в Томской области предусматривает пошаговое внедрение новых технологических элементов на разных стадиях процесса обработки земли, культур и уборки урожая. Мы будем шаг за шагом добавлять опции, расширять функционал, но аппаратный блок останется тот же. На первой стадии операция вождения комбайна будет доведена до полной автономности: механизатор в ручном режиме включает блок, подъезжает к кромке поля, производит захват, и работа пошла».

На Агродроид уже есть предзаказы из Аргентины и США, идут переговоры с Китаем. Всего набралось около полутора тысяч заявок из-за рубежа. Еще одно соглашение на использование беспилотных систем Cognitive Technologies недавно заключила с «Русагро», одним из крупнейших отечественных агрохолдингов, и сейчас работает над тем, чтобы распространить этот опыт на всю Россию. Специалисты надеются на качественный прорыв, но говорят, что без помощи государства фермерам при переходе на новый технологический уклад работы будет сложно.