Interoperabilità delle telecamere digitali in agricoltura

Le fotocamere analogiche di un tempo stanno cedendo il passo a sistemi di fotocamere digitali avanzati. In agricoltura, con l'evoluzione delle esigenze degli agricoltori, le fotocamere di qualità superiore sono diventate sempre più diffuse.

"A un certo punto, il mondo è diventato digitale", ha affermato David Smart, consulente John Deere e responsabile del team presso l'Agricultural Industry Electronics Foundation (AEF). "Quindi, si è affermata l'aspettativa di telecamere migliori, di una qualità superiore e di una migliore generazione di immagini".

Il boom della tecnologia dell'agricoltura di precisione sta consentendo agli agricoltori di prendere decisioni basate sui dati. Grazie all'uso di fotocamere digitali e dei relativi sistemi, gli agricoltori possono ottenere informazioni su fattori come le condizioni del terreno, le esigenze di irrigazione e la salute delle colture. Le applicazioni più diffuse includono oggi soluzioni sofisticate come robot agricoli, droni e veicoli di grandi dimensioni per l'agricoltura automatica.

Le fotocamere digitali si sono evolute per offrire un'alta risoluzione e possono ruotare l'inquadratura, ingrandire l'area di interesse, trasmettere in streaming in diversi formati e modificare risoluzione e frame rate. Possono essere dotate di illuminazione a LED o visione notturna; sono configurabili.

Si prevede che questa tendenza dell'agricoltura di precisione continuerà, con gli agricoltori che cercano di aumentare la produttività e la redditività. Secondo Verified Market Reports, il mercato delle telecamere e dei sistemi di monitoraggio per l'agricoltura ha raggiunto i 100 miliardi di dollari nel 2023 e si prevede che raggiungerà i 194,87 miliardi di dollari entro il 2030, con un tasso di crescita annuo composto (CAGR) dell'8,71% nel periodo previsto dal 2024 al 2030.

"Le fotocamere digitali svolgono un ruolo molto importante nel settore agricolo, ma non hanno ancora il livello di compatibilità tra i marchi di cui il settore ha bisogno", ha affermato Smart.

Complicazioni di connessione

Collegare una telecamera standard a un trattore, indipendentemente dal produttore, e visualizzarla sul display in cabina è attualmente un'impresa titanica. Sebbene gli agricoltori dovrebbero essere in grado di collegare facilmente qualsiasi telecamera a qualsiasi trattore, al momento non è possibile.

"Se si desidera integrare la fotocamera di un altro OEM, non sarà possibile farlo da subito. Sarà necessario modificare l'applicazione software installata sul display, e di solito ci vogliono almeno sei mesi per integrare un nuovo arrivato", ha affermato Dennis Schäfer, responsabile del gruppo software di Motek GmbH e vice responsabile del team di progetto AEF Digital Camera Systems (DCS).

Sebbene esistano diversi standard video che consentono il trasferimento di dati video e standard che consentono la configurazione della telecamera, non esiste uno standard che consenta un sistema plug-and-play senza necessità di configurazione.

La maggior parte dei sistemi di telecamere utilizzati tramite un terminale all'interno di un trattore si basa su telecamere analogiche, in cui ogni telecamera è in genere cablata con un cavo separato per inviare l'immagine alla cabina dell'operatore e visualizzarla. Spesso, gli operatori desiderano visualizzare più telecamere contemporaneamente, il che può aumentare la complessità del sistema.

"Attualmente, anche se un agricoltore ha un sistema di telecamere analogico o digitale sul suo trattore, potrebbe dover acquistare un terminale aggiuntivo per un nuovo sistema di telecamere per attrezzi perché ha un tipo di connettore diverso o la telecamera utilizza un protocollo diverso", ha affermato Smart. "Esiste uno standard per le telecamere, ma è completamente inadeguato per l'aspettativa plug-and-play che ogni telecamera funzioni ugualmente bene con il terminale".

Spina dorsale HSI

Presentato originariamente 23 anni fa, ISOBUS si riferisce allo standard ISO 11783 "sistema nervoso" delle attrezzature agricole che collega in modo fluido i trattori agli attrezzi e alle opzioni aftermarket come display, joystick, ecc. Con ISOBUS, le macchine lavorano insieme come un sistema meglio di quanto ogni componente possa lavorare singolarmente.

Questo diagramma mostra un'"architettura di riferimento" per i sistemi HSI immaginari e la relativa connettività. L'ISOBUS (ISO11783) attuale non è destinato a scomparire, sebbene il diagramma si concentri principalmente sull'HSI. Viene rappresentata la connettività con attrezzi anteriori e posteriori, telecamere, dispositivi aftermarket (ADEV1), kit aftermarket (AKIT) e persino con altre macchine nelle vicinanze che utilizzano la tecnologia Wireless Infield Communications (WIC). (Illustrazione: Agricultural Industry Electronics Foundation)

L'AEF, un'organizzazione globale no-profit fondata per migliorare la compatibilità tra produttori di attrezzature agricole, ha presentato per la prima volta la nuova generazione di ISOBUS, nota come High Speed ISOBUS (HSI), al suo Plugfest nordamericano nel 2022. Con una maggiore larghezza di banda e una velocità di connessione più elevata, circa 4.000 volte superiore rispetto alla tecnologia originale, HSI aprirà nuove opportunità di innovazione, ora e in futuro, poiché sono richieste prestazioni e automazione ancora maggiori.

L'AEF, in stretta collaborazione con il Comitato tecnico ISO 127, il sottocomitato 3 e il gruppo di lavoro congiunto 16, responsabili sia dell'HSI di nuova generazione sia dell'attuale standard per le telecamere, sta lavorando per aggiornare l'attuale standard per le telecamere con nuovi requisiti che si concentreranno sulla realizzazione di telecamere e monitor completamente plug-and-play.

"Oltre alla missione originale del team HSI di creare la tecnologia per un comando e controllo degli attrezzi con prestazioni molto più elevate, le telecamere digitali sono state il primo [nuovo] caso d'uso basato su HSI sull'infrastruttura HSI, seguito dalla comunicazione wireless sul campo per utilizzare tali telecamere. Quindi, tutti questi aspetti sono interconnessi grazie ai vantaggi che queste telecamere offrono al settore", ha affermato Ryan Milligan, vicedirettore comunicazione e marketing di AEF.

"Gli aspetti fondamentali dell'HSI devono essere presenti affinché le telecamere abbiano un punto in cui collegarsi. Altrimenti, si torna a creare un'altra rete privata", ha affermato Smart.

Team di fotocamere digitali

L'AEF ha creato un team di progetto sui sistemi di fotocamere digitali (DCS), riunendo oltre 20 esperti di fotocamere digitali provenienti da aziende associate all'AEF provenienti da Stati Uniti, Sud America, Europa e Asia, per migliorare l'interoperabilità e l'integrazione tra i marchi delle fotocamere digitali.

Il nuovo standard consentirà agli agricoltori di scegliere una telecamera e un monitor conformi allo standard HSI che meglio soddisfano le loro esigenze. Ad esempio, potrebbero desiderare un monitor più piccolo (o più grande) rispetto a quello standard, e allo stesso modo potranno scegliere una telecamera in base alle sue funzionalità (ad esempio, risoluzione, capacità diurna/crepuscolare/notturna, ecc.). L'integrazione di telecamere e monitor in un sistema HSI, in modo standardizzato, consentirà l'utilizzo di qualsiasi telecamera conforme allo standard HSI che soddisfi un minimo di requisiti; è sufficiente collegarla e sarà subito operativa.

"Nel mondo analogico, se hai 15 telecamere sul tuo attrezzo e vuoi mostrarle tutte sulla tua macchina, devi aggiungere hardware specializzato e costoso che mixa il video in un singolo flusso per un cavo oppure devi far passare 15 cavi dall'attrezzo alla macchina perché la linea dati ISOBUS esistente non è compatibile con la comunicazione video analogica e non è in grado di supportare l'elevata velocità di trasmissione dati che sarebbe necessaria per trasmettere flussi video digitali", ha affermato Niklas Niebrügge, ANEDO GmbH, uno sviluppatore di software esperto in soluzioni di sistemi video digitali e leader del team di progetto AEF DCS.

"La nostra missione è quella di fornire una nuova funzionalità AEF per abilitare soluzioni video plug-and-play e pronte all'uso che offrano interoperabilità dei componenti del sistema di visione e facile integrazione per produttori e addetti alle vendite aftermarket nel contesto dell'infrastruttura HSI", ha affermato.

"Grazie alla digitalizzazione tramite l'infrastruttura HSI e alla standardizzazione delle interfacce delle telecamere, è possibile gestire più flussi video tramite un unico cavo, riducendo la complessità e i costi del cablaggio", ha spiegato Niebrügge. "Questo, in combinazione con il sistema plug-and-play, rappresenterà uno strumento incredibile e un grande passo avanti per l'intero settore".

Una volta completato il lavoro di base per il semplice monitoraggio dei processi e l'interoperabilità dei componenti plug-and-play, si apre la porta ad altri casi d'uso e anche alla collaborazione con diverse funzionalità AEF per l'agricoltura di precisione. Questo aspetto è fondamentale, ad esempio, per la comunicazione wireless sul campo e la capacità di rilevare diversi oggetti e distribuire queste informazioni alla macchina, aprendo così la strada a un futuro completamente interoperabile.

Guardando lungo la strada

Sebbene alcuni casi d'uso non siano ancora stati immaginati, uno degli obiettivi principali del team HSI è quello di gettare le basi per un nuovo standard di comunicazione industriale che possa essere scalabile per molti anni a venire.

Per garantire tale scalabilità, ogni caso d'uso e i requisiti derivati vengono analizzati singolarmente per valutare come tali requisiti potrebbero evolversi in sistemi ancora più futuristici. Il team HSI traduce quindi questo lavoro composito in un'architettura che supporta importanti progressi, ben oltre le nostre attuali conoscenze.

Il nuovo standard consentirà agli agricoltori di scegliere la telecamera e il monitor conformi allo standard HSI più adatti alle loro esigenze. (Foto: KHL Staff)

"Certo, sapere ciò che ancora non sappiamo non è una sfida da poco", ha affermato Smart.

"Uno dei nostri compiti principali è quello di estendere e migliorare lo standard ISO 17215 (Veicoli stradali — Interfaccia di comunicazione video per telecamere) per renderlo utilizzabile per le complesse combinazioni di trattori e attrezzi della flotta mista che abbiamo nel settore agricolo", ha affermato Niebrügge.

Secondo Niebrügge, ciò lo rende adatto anche per l'industria dei camion e dei rimorchi, delle macchine edili e movimento terra e per l'industria mineraria.

"Penso che si diffonderà ad altri settori... in futuro, perché non si tratta di un problema nuovo. Probabilmente anche tutti i settori applicativi fissi e non in movimento utilizzeranno questo standard", ha affermato Schaefer.

"Le telecamere digitali Ethernet sono piuttosto nuove sui veicoli, ma le usiamo da anni per la sorveglianza di sicurezza locale e domestica. Tuttavia, non esiste uno standard che consenta di collegare una telecamera a una rete", ha continuato. "Alla fine, la telecamera apparirà sul vostro computer, a meno che non abbiate il software del produttore e la telecamera dello stesso produttore.

Quindi, probabilmente anche le applicazioni fisse utilizzeranno questo standard. La necessità di un sistema di telecamere plug-and-play può estendersi ben oltre i soli settori di cui stiamo attualmente parlando.

Semplicemente geniale

Si dice che Albert Einstein abbia affermato: "Qualsiasi sciocco intelligente può rendere le cose più grandi e complesse... Ci vuole un tocco di genio e molto coraggio per andare nella direzione opposta".

I team di progetto AEF HSI e DCS stanno sviluppando una tecnologia complessa con l'obiettivo di semplificarla, sia per il cliente che per l'utente finale.

"Quando il team DCS avrà completato il suo lavoro, qualsiasi telecamera conforme allo standard HSI sarà compatibile con ogni monitor/display conforme allo standard HSI", ha affermato Smart.

Il team stima che il nuovo standard ISO sarà disponibile a livello globale entro il 2027.

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