Регистрация / Вход
Прислать материал

14.579.21.0122

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.579.21.0122
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
Общество с ограниченной ответственностью "Когнитивные технологии"
Название доклада
Разработка технологии автономного управления наземной сельскохозяйственной техникой на базе технологий компьютерного зрения
Докладчик
Леонид Владимирович Гладких
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Разработка и изготовление экспериментального образца программно-аппаратного комплекса автоматического управления траекторией и скоростью движения комбайна, реализующего технологию автономного управления наземной сельскохозяйственной техникой на базе компьютерного зрения и экспериментального образца комбайна с электронным управлением.
Создание на базе технологии автономного управления движением новых видов машиностроительной продукции — сельскохозяйственной техники ООО «КЗ «Ростсельмаш», предназначенной для повышения эффективности уборки зерновых культур.
Актуальность и новизна исследования
Разрабатываемая технология – дальнейшее развитие и адаптация алгоритмов компьютерного зрения и систем принятия решения: диагностика встречных объектов (статических, динамических), управление автономным транспортным средством, траектория движения которого задана выполнением конкретной задачи (уборкой зерновых культур с оптимальным расчетом движения по полю в зависимости от конфигурации поля, схемы уборки, количества комбайнов, работающих в поле, погодных условий и пр.), прогноз, определение и оперативное принятие решения при возникновении опасных ситуаций при движении комбайна (возгорание, наличие посторонних объектов на уборочном поле – законсервированные скважины, фрагменты техники и пр.).
Описание исследования

В рамках ПНИЭР проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИЭР - не менее 15 научно-информационных источников за период 2005 – 2015 гг.

Проведены патентные исследования в соответствии ГОСТ Р 15.011-96.

Проведены обоснование и выбор оптимального варианта направления исследований и разработок.

Выполняются видеосъемка и разметка видеопоследовательностей для исследования разрабатываемых алгоритмов.

Разработаны исходные данные (требования): по управлению скоростным режимом, по прокладыванию оптимальной траектории управляемого комбайна с безусловным приоритетом безопасности движения в зависимости от режима работы.

Разработаны следующие алгоритмы:

Обнаружение и отслеживание границ между убранной и неубранной частями поля (кромки поля, границ валка) вдоль траектории движения.

Обнаружение динамических и статических объектов.

Мониторинг и прогноз положения обнаруженных динамических объектов.

Обнаружение неровностей и повреждений рельефа.

Анализ сцены уборки и прокладывания оптимальной траектории движения.

Управление скоростным режимом.

Определение и прогноз опасных ситуаций с учетом возможной экстренной остановки.

Интеграция со вспомогательными сенсорами.

На их основе разработаны программные компоненты.

Разработан формат импорта информации о динамических и статических объектах, картографических данных и управляющих сигналов от внешних информационных систем.

Разработана 3D модель аппаратной составляющей экспериментального образца программно-аппаратного комплекса (ЭО ПАК).

В рамках выполнения работ будет

разработана программа и методики исследовательских испытаний программных компонент, ЭО ПАК;

проведены исследовательские испытания программных компонент;

разработана рабочая конструкторская документация аппаратной составляющей ЭО ПАК;

изготовлен ЭО ПАК;

проведена доработка прототипа комбайна для проведения исследовательских испытаний ЭО ПАК;

проведена подготовка ЭО ПАК к проведению исследовательских испытаний: установка ЭО ПАК на прототип комбайна;

проведены исследовательские испытания ЭО ПАК. Исследовательские испытания ЭО ПАК должны быть натурными и включать проверку работоспособности ЭО ПАК при совместной работе с прототипом комбайна, оснащенным электроуправляемой тормозной системой, системой хода и рулевым управлением.

Будет выполнено обобщение и оценка результатов ПНИЭР.

Результаты исследования

ЭО ПАК должен обеспечить достижение следующих показателей:

а) обнаружение границы между убранными и неубранными частями поля (время обработки изображения с разрешением 1920х1080 пикселей - не более 0,7 сек).

б) возврат информации о границе между убранными и неубранными частями поля вдоль траектории движения комбайна в различных погодных условиях, кроме случаев недостаточной видимости;

в) обнаружение находящихся на траектории движения динамических и статических объектов в различных погодных условиях, кроме случаев недостаточной видимости;

г) обнаружение динамических и статических объектов независимо от их ракурса и при частичном заслонении (площадь заслонения не более 10%);

д) обнаружение динамических объектов, включая сельскохозяйственную технику, людей, животных (с видимыми размерами по высоте не менее 1 м и по ширине не менее 0,5 метров) с качеством не менее 90% на расстоянии не менее 7 метров;

е) обнаружение статических объектов c качеством не менее 90% (с видимыми размерами по высоте не менее 1 м и по ширине не менее 0,5 метров) на расстоянии не менее 7 метров;

ж) детектирование объектов (время обработки изображения с разрешением 1920х1080 пикселей - не более 0,7 сек). Время работы не должно зависеть от количества одновременно обнаруживаемых объектов (при общем их количестве не более 20 объектов).

з) межкадровый трекинг обнаруженных объектов;

и) уточнение параметров траектории (для динамических объектов) или местоположения (для статических объектов) методом Калмановской фильтрации;

к) экстраполяцию траекторий обнаруженных динамических единиц сельскохозяйственной техники;

л) возможность одновременного сопровождения до 20 динамических и статических объектов;

м) прогноз траектории пространственно близких по отношению к комбайну динамических объектов не менее, чем на 0,5 сек вперед, на основе данных траекторий их предшествующего движения;

н) обнаружение, классификацию и оценку геометрических характеристик различных типов неровностей и повреждений рельефа (с видимыми размерами по ширине и длине не менее 1 м);

п) обнаружение, классификацию и оценку геометрических характеристик (время обработки изображения с разрешением 1920х1080 пикселей - не более 0,7 сек);

р) дальность детектирования - 7 м, не менее;

с) анализ совокупности обнаруженных объектов, включающий прогноз пересечения их траекторий (для динамических) и местоположений (для статических) с траекторией управляемого комбайна;

т) интерпретацию данных, полученных от вспомогательных сенсоров;

у) управление траекторией движения комбайна с безусловным приоритетом безопасности движения по заданным требованиям к режимам работы;

ф) управление скоростным режимом с безусловным приоритетом безопасности движения по заданным критериям;

х) прогноз возможного столкновения с динамическими и статическими объектами;

ц) прогноз аварийных ситуаций не связанных со столкновениями на основе обнаруженных неровностей и повреждений рельефа;

ч) возможность приема, интерпретации и использования информации, полученной от датчиков (глобального позиционирования, определения положения, скорости и геометрических параметров окружающих объектов, реконструкции трехмерной карты рельефа, фиксирования колебаний);

ш) обнаружение потока зерновой массы при выгрузке(площадь заслонения не более 10%);

щ) обнаружение границ кузова сельскохозяйственной техники, в которую осуществляется выгрузка зерна (площадь заслонения не более 10%), и наполненности кузова.

Практическая значимость исследования
Разрабатываемая технология автономного управления наземной сельскохозяйственной техникой предусматривает штатную установку в кабине комбайна с электронной системой управления разрабатываемого ООО «КЗ «Ростсельмаш».
Комбайн с электронной системой управления — полноценная зерноуборочная машина, выполняющая все стандартные функции, включая уборку – срезание стеблей, подачу растительной массы к молотильному аппарату и обмолот, высвобождение бункера и взаимодействие со вспомогательным грузовым транспортом, при этом осуществляющая автономное беспилотное перемещение по сельскохозяйственной территории (полю), ориентирование на обрабатываемой территории, выбор оптимальной траектории движения и схемы уборки для конкретного поля и при существующих внешних параметрах (геометрия поля, время суток, обрабатываемая сельскохозяйственная культура, расстояние между комбайном и вспомогательным грузовым транспортным средством и пр.), автоматическое торможение при возникновении экстренной ситуации (возгорание, наличие непреодолимого препятствия и пр.).
Технология автономного управления рассматривается также для оснащения иных транспортных средств, которые будут использоваться в сельскохозяйственной сфере для полива сельскохозяйственных угодий, внесения удобрений и для обработки полей инсектицидными средствами.