Испытания дронов
на вертикальных фермах iFarm

Совместно с компанией Azoft мы продолжаем тестовые полеты автопилотируемых дронов, которые с помощью компьютерного зрения следят за посадками салатов и пряных трав на вертикальных фермах по технологиям iFarm.
Настоящее и будущее:
дроны в Agrotech
Роботы, которые ездят, бегают, прыгают и даже танцуют, в общем, всячески опираются на землю, развиваются очень быстро. Их способность автономно решать всевозможные задачи внедряется в разных областях человеческой деятельности, включая беспилотное управление автомобилями. Но, по факту, это жизнь на плоскости 2D. В то время, как в 3D находится большая часть свободного и неосвоенного пространства.

Индустрию автономных летающих дронов (UAV) двигают вперед сотни компаний, среди которых Walmart, Amazon, Sentera, Airwood, XAG, DroneAg и т.д. В области AgroTech использование беспилотников уже давно доказало свою эффективность. С их помощью мониторят сельскохозяйственные угодья, прогнозируют посадки, обрабатывают поля средствами защиты, чем значительно облегчают работу фермеров на земле. iFarm совместно с разработчиками из Azoft решают все те же задачи, вот только беспилотники летают не под открытым небом, а внутри закрытого пространства вертикальных ферм, между стеллажами с растущей зеленью.
Важная задача технологии iFarm — это максимальная эффективность использования пространства и необходимых для выращивания ресурсов, как природных, так и человеческих. Очень важно все делать вовремя: доставить свежий продукт прямо на стол; своевременно обнаружить отклонения в росте культур — до того, как это станет критическим для всего урожая; увидеть, что развитие посадок не соответствует технологической карте этих культур и полностью обследовать каждое растение, «не срезая углы» и не рискуя здоровьем персонала, который должен взбираться по лесенке, чтобы осмотреть верхние ярусы вертикальной фермы. Сейчас эти работы занимают у сотрудников фермы площадью выращивания 1000 м² от 150 до 800 часов в месяц — в зависимости от частоты осмотра.
Дрон, тесты которого проходят на промышленном салатном производстве по технологиям iFarm, состоит из карбоновой рамы, полетного контроллера, магнитных бесщеточных моторов, контроллера оборотов моторов, пропеллеров, батареи и проводов, соединяющих все это вместе. Также есть навесное оборудование, которое включает в себя лидары (определяют расстояние до препятствия в заданном направлении), optic flow (фиксирует положение в пространстве по кадру), датчики тока, остатка заряда батареи.
Для управления прикладными задачами, необходимыми для мониторинга и навигации по маркерам, используются и тестируются несколько различных микрокомпьютеров (Raspberry PI, Nvidia Jetson Nano, ROCK Pi). Такие микрокомпьютеры работают в паре с набором различных камер, смотрящих в разных направлениях. На них выполняется код, который обрабатывает изображение с камер и формирует управляющие сигналы для полетного контроллера. На таких микрокомпьютерах как раз и отлаживаются алгоритмы, нейронные сети и другой необходимый прикладной код.
Перспективы indoor-навигации
Компания Azoft давно и успешно занимается автоматизацией производств различной степени сложности. Сотрудничество с iFarm предоставило возможность с пользой применить для решения задач Agrotech исследования и разработки Azoft в области автономных летающих дронов, компьютерного зрения, нейронных сетей и машинного обучения.

«Нас очень привлекает перспектива использования беспилотных технологий в двух направлениях. Первое — это быстрая доставка свежей продукции, выращенной на вертикальных фермах по технологиям iFarm, прямо на стол потребителю в условиях умных городов (smartcity), минуя склады, без обработки урожаев для увеличения срока хранения и других сложностей, свойственных традиционным способам доставки продуктов растениеводства. Второе — это применение технологий автономного мониторинга (surveillance) для таких сложных объектов, как вертикальные фермы, которые могут иметь неограниченную высоту», — прокомментировал основатель и директор по стратегическому развитию Azoft Иван Ожиганов.
Дроны, работающие на доставку — вполне заурядная задача, считают в Azoft. Их только нужно чуть доработать до грузового формата и создать вокруг этого классическую инфраструктуру доставки (автоматические подзарядные станции на пустых крышах городских зданий, место для парковки и техконтроля дронов, а также мобильные оконные приемники грузов). А вот навигация беспилотного устройства в закрытом пространстве вертикальной фермы — задача менее ординарная, поскольку нельзя использовать GPS или ГЛОНАСС.

Организовать indoor-навигацию можно несколькими способами. Например, использовать ультразвуковые датчики с картой их монтажа внутри помещений: дрон отслеживает силу сигнала и соотносит его с частотой — некое подобие GPS в замкнутом пространстве. Другой метод — маркерное позиционирование в сочетании с технологией удержания позиции (optic flow).
«В качестве первого прототипа мы выбрали маркерное решение и провели несколько удачных тестов, которые нас в целом удовлетворили, показав точность позиционирования с погрешностью 5-10 см для большой шестимоторной конфигурации, — рассказал Иван Ожиганов. — Мы сделали выводы, что эта конструкция коптера слишком большая, инертная и недостаточно мобильная. Он тяжелый, широкий и точные развороты на 90 и более градусов давались ему с трудом. Так что мы переделали конструкцию коптера на классическую квадро-модель. Это значительно увеличило точность и четкость удержания позиции. Считаем, что данную комбинацию уже можно вводить в производство. Осталось сделать ряд линейных простых изменений по требованиям iFarm, чтобы обеспечить большую безопасность для сотрудников фермы и растений, защитить пропеллеры бамперами и кожухами, собрать систему автозарядки, и наладить систему передачи отснятого в полете материала на сервер для дальнейшей обработки нейросетями и алгоритмами машинного обучения. Но это уже вполне линейные и относительно простые задачи в рамках всего комплекса работ».
На первом этапе разработчики проверяли точность маркерного позиционирования для «узких» задач мониторинга — дрону нужно автоматически попадать в проходы между стеллажами с зеленью шириной 80 см. А на борту было много дополнительного оборудования. Также тестировали компоненты дрона от разных поставщиков, пока не выбрали оптимальные.
В части системы мониторинга будут продолжены работы в направлении безмаркерного позиционирования. По словам Ивана Ожиганова, дроны должны быть настолько умными, чтобы не требовалось никаких внешних подсказок, которые могут отклеиться, сломаться или деформироваться любым другим образом. Будущее за дронами, которые в полную силу применяют весь комплекс современных технологий, носимых на собственном борту — нейронные сети, стереозрение, визуальную одометрию, машинное обучение и лидары.
В ближайших планах — доработка системы автоматической подзарядки, организация рабочего места сотрудника фермы, откуда создаются маршруты облетов и наблюдение за результатами проведенного дронами мониторинга. Также будет разработана система управления «роем» беспилотных устройств для ускорения мониторинга на больших промышленных вертикальных фермах по технологиям iFarm. Параллельно решаются задачи облегчения веса и уменьшения стоимости всех электронных компонентов с одновременным увеличением их мощности: новые решения появляются практически ежедневно — это очень динамичный и прорывной рынок.
«Данные, которые iFarm получает при помощи автономных дронов незамедлительно обрабатываются нашим искусственным интеллектом – уже сейчас в нашем распоряжении есть обученные модели нейронных сетей, которые определяют вес растения по снимку, выявляют отклонения в графике роста на ранних стадиях и классифицируют заболевания. Все это существенно сокращает трудозатраты персонала ферм и помогает нам непрерывно совершенствовать рецептуры выращивания», — отметил директор по продукту iFarm Олег Костенко.
Мы рады партнерству с Azoft. Специалисты компании зарекомендовали себя как надежная и профессиональная команда. Безусловно, мы не остановимся на достигнутом и будем всячески совершенствовать текущее решение. Мы хотим обеспечить покупателей технологий iFarm современными инструментами, которые являются эффективным звеном всей производственной цепочки, позволяют снижать себестоимость каждого килограмма произведенной продукции и соблюдать высочайшее качество урожаев.

28.05.2020
Подписаться на рассылку
Подпишитесь, чтобы первыми узнавать наши новости
Рекомендуем также прочитать