האינטרנט של הדברים שבשטח
שתי חברות ישראליות פיתחו בתמיכת רשות החדשנות טכנולוגיות המבוססות על עולם האפשרויות שה-IoT פותח ומציעות פתרונות מתוחכמים וחסכוניים לבעיות עולמיות בשני מרחבים שונים – ניהול חכם של מערכת התחבורה ובקרה שוטפת על שדות חקלאיים בלי לצאת מפתח הבית
"1.2 מיליון בני אדם מתים בעולם מדי שנה מתאונות דרכים", מכריז טל קרייזלר, מנכ"ל NoTraffic. "במקביל, יש עלייה של 12% בשנה בכמות הפקקים בערים גדולות. מעבר לצער ולכאב יש לזה משמעויות כבדות מבחינה כלכלית. בישראל מדברים על הפסד של מיליארדי שקלים בשנה למשק כתוצאה מהפקקים וכן אומדן עלות של כ-6 מיליון שקלים לכל הרוג בתאונת דרכים בארץ. זאת בנוסף להשלכות הרסניות אחרות, כמו זיהום אוויר גובר כתוצאה משהות ממושכת יותר על הכביש, יותר חשיפה למחלות הנגרמות כתוצאה מכך ועוד. כדי לפתור את הבעיות האלה צריך להתמודד עם עולם ניהול התנועה".
NoTraffic הוקמה בשנת 2016 על ידי שלושה שותפים: טל קרייזלר, אור סלע ואוריאל כץ. החברה עוסקת מתחילתה בפיתוח מערכת מתקדמת ופשוטה להתקנה שמבצעת אופטימיזציה של תזמוני הרמזורים בצמתים. הסיבה לבחירה בצמתים כמקום הפעולה, מסביר קרייזלר, נובעת מהחשיבות שיש להם במערכת התנועה הכללית: "תפקיד הרמזור הוא בטיחות וניהול תנועה. צומת מרומזר הוא נקודת קונפליקט וחיכוך בין נהגים לנהגים ובין נהגים להולכי רגל. כ-40% מהתאונות מתרחשות בצמתים וגם לא מעט מעומסי התנועה נגרמים בגלל צווארי בקבוק ונקודות חיכוך בצמתים.
רמזור הוא הרבה יותר מאדום וירוק
קרייזלר מתאר מה מתרחש בעולם התחבורה המוכר לנו: "האקו-סיסטם הקלאסי מחולק בצורה גסה לשניים: מצד אחד - עולם הרכבים, ומצד שני - התשתית, הכוללת את כל מה שמסביב ומאפשרת לתנועה להתקיים.
"לצערי, עולם התשתית תקוע עדיין הרבה שנים מאחור. עד היום שני הצדדים התקיימו בשני קווים מקבילים ואחת ההשלכות היה חוסר קורלציה בין התנועה לבין התשתית, שנבע מתזמוני רמזורים קבועים מראש, וגרם לפקקים ואף תאונות. התנועה בדרכים דינמית, היא מושפעת מנסיבות ומשתנה בין היתר בעקבות חסימות, הצפות, תאונות אירועים ועוד. מרבית מערכות הרמזורים כיום הן סטטיות, ופועלת על בסיס תוכניות שהוגדרו מראש ולכן אינן בנויות להתמודד ולהתאים את עצמן לנסיבות משתנות.
"בעולם תשתיות התחבורה מושקעים אומנם סכומי כסף אדירים, אבל הוא פועל בצורה מאוד ארכאית. עד היום מרבית מערכות ניהול התנועה בעולם מתבססות על פתרונות שפותחו לפני עשרות שנים. אחד מהם הוא חיישן הלולאה, או כמו שרבים מכנים אותו בטעות 'חיישן משקל' שאמור לשלוח מידע לרמזור כאשר יש כלי רכב שעומד מעליו. במציאות לא מדובר בחיישן משקל אלא במעין גלאי מתכות שאמור לזהות באמצעות השראה מגנטית שיש משהו מתכתי מעליו. זאת הסיבה שאופנוע לא בהכרח יפעיל את החיישן – מכיוון שלעתים אין לו את כמות המתכת הנדרשת. חיישן הלולאה הוא כיום 'סוס העבודה' של התחום. ועל אף שהוא מותקן, צריך עדיין לבצע בנוסף ספירות תנועה מדי כמה שנים, שעולות לא מעט כסף.
"מכיוון שהרמזורים פועלים כרשת, יש קשר הדוק בין כל צומת לבין מה שקורה בצמתים הסמוכים לו. אבל כשמנסים להתגבר על חסימה בצומת באמצעות שוטר שמציבים בו הוא לא יודע מה קורה בצומת הבא ושם מתחיל הבלגאן. זה קורה כיום בדיוק כמו לפני עשרות שנים.
"חשוב להבין שרמזור הוא הרבה יותר מאדום וירוק", מסביר קרייזלר, "רמזור הוא למעשה כלי עירוני לניהול תנועה. כל עיר מנהלת את התנועה בשטחה באמצעות הרמזורים - אשר מתרגמים את מדיניות ניהול התנועה של העיר לשטח. כלומר, בעזרת מערכת הרמזורים העיר בוחרת האם לתעדף צירי תנועה מסוימים, או לתעדף כלי רכב מסוימים כגון תחבורה ציבורית או רכבי חירום. העיר יכולה ליצור למשל גל ירוק להגברת מהירות הנסיעה ממוצעת או גל אדום להורדת מהירות הנסיעה הממוצעת באזורים בהם ישנם גני ילדים לדוגמה.
"מכיוון שערים שואפות לספק שירותי תנועה טובים יותר, חלקן הקימו מרכזי שליטה בעלויות של מיליוני דולרים. הבעיה היא, שלרוב יכולת השליטה של המרכזים האלה היא ברמה של שינוי תוכניות בלבד - ומאפשרת להחליף ביו תוכניות קבועות מראש כאשר עין אנושית במרכז הבקרה מזהה עומס בצומת.
"בשנים האחרונות מתרחשים כמה תהליכים שבעקבותיהם מבשילה הקרקע למציאת פתרון שישפר את המצב הקיים. התהליך הראשון הוא התקדמות טכנולוגית אגרסיבית בעולם החומרה והתוכנה, שמאפשרת לעשות דברים שהיו מעבר ליכולתנו בעבר, בעלויות נמוכות, כמו שימוש בבינה מלאכותית, עיבוד תמונה ושימוש בסט כלים שלא היה זמין עד לפני עשר שנים.
"התהליך השני קשור בעולם התשתיות. זה עולם שהתאפיין עד לאחרונה בגישה שמרנית מאוד, בין היתר בגלל שהאנשים בתחום מגיעים לרוב מרקע פחות טכנולוגי. בשנים האחרונות ניכרת מגמת כניסה של אנשים בעלי הבנה טכנולוגית לתחום, אשר שואפים לעשות בו יותר ולשפר את המצב הקיים בעזרת טכנולוגיה.
"תהליך שלישי הוא התפתחות הרכב האוטונומי והמחובר – רכב שיכול 'לתקשר' עם הסביבה. אבל הרכב מתפתח מהר יחסית - בעוד התשתית מתפתחת לאט. יצרני הרכבים פונים למדינות ולערים ומבקשים לערוך שילוב שלהם בעולם התנועה הקיים. במקרה הזה אין מי שיעמוד בתווך שבין הרכב לבין התשתית, יגן על מדיניות העיר מבחינת ניהול תנועה וייצג את האינטרסים של העיר.
"הטכנולוגיה המתפתחת, המרכיב האנושי, התפתחות הרכב האוטונומי והרצון של חברות הרכב לשבור מעגל ו'לדבר' עם התשתית חברו יחדיו ופותחים היום אפשרויות והזדמנויות להציע פתרון שיאפשר גם להעלות על הכביש העירוני רכבים אוטונומיים וגם להשאיר בידי העיר את היכולת לנהל את התנועה. הפועל היוצא של שילוב המערכות צריך להיות הורדת התאונות והורדת הפקקים בצורה משמעותית גם יחד".
מלכת הצומת
מערכת NoTraffic יכולה להיפרס על פני כל צומת וכוללת:
1. יחידת חישה בעלת מגוון חיישנים, האוספת מידע על כלל משתמשי הדרך בסביבת הצומת על סוגיהם השונים ומנתחת את המידע ביחידת הקצה. המידע נאסף באמצעות תקשורת עם כלי הרכב ובאמצעות אלגוריתמים מתקדמים של ראייה ממוחשבת, למידת מכונה ועוד.
2. יחידת ניהול המתחברת לבקר של הרמזור בצומת ומשתמשת במידע המעובד שנשלח מיחידות החישה בזמן אמת, על מנת למקסם את זרימת התעבורה ולשפר את הבטיחות בצומת.
קרייזלר מסביר על אופן הפעולה של המערכת: "ניהול התנועה מתבסס על קבלת מידע בזמן אמת לגבי הזהות, הכמות והמהירות של כלל האובייקטים השונים שבכביש בפילוח לסוגים שונים. את המידע הזה אנחנו אוספים באמצעות חיישנים שמותקנים בצמתים מרומזרים. מה שמעניין אותנו בעיקר זה מה שקורה 250 מטר לפני קו העצירה, זה המידע שצריך כדי לנהל את התנועה בצורה מיטבית.
"כאן אנחנו נכנסים לתמונה ופורסים את המערכת שלנו בצורת Plug and Play בצמתים מרומזרים. היחידות מתחברות באמצעות חשמל בלבד ולא זקוקות לתשתיות יקרות משום שכל העיבוד מתבצע על כל יחידה בפני עצמה בנקודת הקצה. עד היום היה צורך לפרוס תשתיות יקרות שהיו כרוכות בעלויות גבוהות וזה הפך את הפתרונות השונים לפחות אטרקטיביים ומעשיים.
יחידות החישה אוספות מידע משני ערוצי מידע:
- מידע שמתקבל מכלי רכב לא מחוברים, הולכי רגל ואופניים - כל מה שלא יכול לתקשר עם הסביבה. אנחנו משתמשים באלגוריתמים מתקדמים של עיבוד תמונה וחיישנים נוספים. אלה ממפים ומזהים כל אובייקט במרחב ברמת עין אנושית, ומאפשרים למערכת לדעת מי נמצא בו כרגע. ההבחנה איכותית עד כדי כך שהיא יודעת להבדיל בין מונית לבין רכב רגיל. ברגע שהמערכת מזהה את האובייקט היא מחשבת את הכיוון, מהירות ההתקדמות שלו ואת זמן ההגעה המשוער לצומת.
- מידע שמתקבל כתוצאה מתקשורת ישירה עם כלי רכב מחוברים. כל הרכבים המחוברים "ידברו" באחת משתי הטכנולוגיות העיקריות: תקשורת סלולרית LTE או DSRC – תקשורת ייעודית לטווח קצר, מודל נפוץ בין כלי רכב לתשתית. שתיהן מאפשרות ליצור תקשורת עם כלי הרכב.
"עוד לפני שהרכב מגיע לצומת, היחידות מקבלות ממנו את המידע לגבי מיקומו, סוג וכיוון ההתקדמות, ואז מחשבות את זמן ההגעה המשוער שלו לצומת. זהו מעין מגדל פיקוח שבעזרת אלגוריתמים מתקדמים יודע לקבל את אותו המידע גם מרכבים מחוברים, גם מרכבים לא-מחוברים וגם מרכבים אוטונומיים.
"בזכות יכולת לזהות ולעקוב אחר כל אובייקט המערכת יכולה לזהות גם אנומליות – הולכי רגל שנמצאים מאחורי רכב חונה, למשל, או מתי רכב מגביר מהירות כשהוא מתקרב לרמזור אדום והולך 'לגנוב' אותו. זה אחד הפתרונות האידיאליים להתנהלות בסביבה היברידית.
"המערכת יודעת להעריך את כיוון ההתקדמות של האובייקטים ומזהה כאשר שני אובייקטים נמצאים במסלול התנגשות – כלומר, אנחנו יודעים שעומדת להתרחש תאונה ויכולים להתריע. המערכת יודעת לשלוח לרכבים או לנהגים שנמצאים בסיכון התרעה על כך שהם במסלול מסוכן שמוביל להתנגשות. אנחנו יודעים לשלוח מידע למערכות המותקנת ברכב או לסמארטפונים.
"בכל צומת מרומזר יש מחשב שמנהל את האורות ונקרא בקר הרמזור. המערכת שלנו מתחברת אליו, כך שכל המידע שנאסף ביחידות החישה נשלח ליחידה שמחוברת לבקר. היחידה הזאת יכולה לשלוט ברמזור - במטרה לשמור על בטיחות תוך כדי מקסום זרימת התנועה. אנחנו עובדים במגבלות הבטיחות הקיימות, ולכן רק מתאימים את התזמונים למה שקורה בשטח, מבלי לשנות את הגדרות הבטיחות. יחידת הבקר מעבירה את המידע לענן ומשם הוא מגיע ליתר הצמתים. כך נוצרת רשת שבה כל הצמתים יודעים איזה וכמה כלי רכב צפויים בכל מקום.
"כל זה נשלח למשתמש הקצה – מחלקת התנועה בעיר - על ידי לוח בקרה בענן וזאת המשמעות האפקטיבית האמיתית של smart city. המערכת מאפשר לעיר לדעת בזמן אמת מה קורה בכבישים, לרבות כמות רכבים, התפלגויות, תאונות, אירועים חריגים, רכב שנתקע וכו'. לרוב הערים כיום אין מרכז בקרה ולרובן המכריע אין ניתוח אוטומטי של מידע. המערכת שלנו מקנה לעיר ניתוח בזמן אמת והתרעות על אירועים שמצריכים תגובה וכן מאפשרת הטמעה פשוטה של מדיניות התנועה של העיר – למשל, תיעדוף של אוטובוסים בנתיב מסוים בשעות מסוימות - בצורה מאוד פשוטה שנותנת הרבה כוח לערים ולתחבורה הציבורית.
שלב הניסוי וההצלחה
"כיום יש לנו צבר פיילוטים ביותר מעשר ערים ברחבי ארצות הברית", מספר קרייזלר. "לאחרונה ביצענו בהצלחה ניסוי מהראשונים מסוגו בעולם שהדגים בזמן אמת את היכולות שטמונות בתקשורת בין כלי רכב לבין תשתית חכמה.
"בניסוי שיתפנו פעולה עם עיריית אשדוד ועם חברה נוספת, שמייצרת מערכת חיישנים לרכב. לצורך הניסוי נסגר צומת מרומזר באזור התעשייה הצפוני בעיר והדגמנו בו שני תרחישים שמבוססים על תאונות שמתרחשות לא מעט באזורים אורבניים: האחד - זיהוי רכב ש'גונב' רמזור אדום ושידור מידע לרכב אחר שנמצא בזווית של תשעים מעלות ממנו. השני - הולך רגל שקופץ לכביש באזור שבו הראייה של הרכב חסומה.
"בשני התרחישים שבדקנו הצליחו המערכות לזהות את הסיכון לפגיעה ולהתריע בפני הנהגים בצורה מלאה. צריך לזכור שבעולם אוטונומי האזורים האורבניים הם הכי קשים למידול מכיוון שקיימים המון הפרעות ואירועים לא צפויים. המערכת שלנו מספקת תמונה משלימה ומאפשרת לבנות בסיס לעולם אוטונומי עם פתרון שכבר היום נותן ערך מאוד גבוה.
"לעומת רוב המערכות הקיימות כיום, יש לטכנולוגיה שלנו שלושה יתרונות מרכזיים: ריכוז של מספר פתרונות במערכת אחת שמתורגם לחיסכון משמעותי, מהירות גבוהה של התקנה ופריסה בשטח ומתן סט כלים שמגשרים על הפער הטכנולוגי בין עולם הרכב לעולם התשתית. אנחנו מעריכים כי שימוש במערכת שלנו יכול לחסוך עד 70% מהעלויות הקיימות לערים. אין ספק שמדובר בהתקדמות חשובה מאוד לקראת יצירת תשתית תנועה שתאפשר לרכבים רגילים ומחוברים לנסוע בעולם יעיל ובטוח יותר".
>>>
השדה כתב שהוא רוצה עוד מים
"מגוון היישומים לחיישנים חכמים רחב", מסביר צחי שנרך, מנהל המערך הטכנולוגי של רשות החדשנות. "הרשות תומכת בטכנולוגיות הנותנות מענה לאתגרים שהם נחלת הכלל, כמו התמודדות עם הבעיה הגוברת של עומסי התנועה. במקביל תומכת הרשות בטכנולוגיות ייחודיות המציעות פתרונות חכמים בחקלאות באמצעות חיישנים המאפשרים איסוף נתונים וניתוח מידע רציף".
"ה-IoT מאפשר לקחת ולחבר המון דברים שלא היה להם חיבור לאינטרנט - וזה בדיוק מה שאנחנו עושים: מחברים את השדות החקלאיים לאינטרנט", מספר תומר צח, מנכ"ל קרופקס (CropX).
"החיבוריות הזאת מאפשרת לנו 'לתרגם' את מצב הקרקע למידע חיוני שהחקלאי יכול לקבל בעזרת אפליקציה פשוטה וידידותית לשימוש. החיישנים שלנו טמונים באדמה ומגלים מה היא צריכה. בעזרת הידע הזה אפשר לחסוך במים ודשן, לטייב את היבול ולטייב את האדמה עצמה. יש לנו לקוח שאומר 'פעם הייתי קם בארבע בבוקר ונוסע לשדות. היום אני קם, מצחצח שיניים ועד שהקפה מוכן – אני כבר יודע הכל'".
צח, טייס בחיל האוויר, עבר בין כמה תחנות לאורך הקריירה, כולל פיתוח תוכנה, ניהול חברות סטארט-אפ, עבודה בקרן הון סיכון ועוד. לקרופקס הגיע במקרה בזמן שחיפשו מנכ"ל לחברה. צח התלהב מייד מהרעיון של שימוש בטכנולוגיה בתחום החקלאות, ממוצר שמשלב חומרה ותוכנה וגם מההון האנושי: "זאת החברה השלישית שאני מנהל והיא מאוד מיוחדת גם בכוח האדם. יש לנו צוות מדהים שרובו יוצאי יחידות עילית בצבא. יש לנו מתכנתים בוגרי ממר"מ ו-8200, סיירת אוויר, אגרונומים יוצאי סיירות ועוד. כולם בעלי די.אן.איי הישגי ומיוחד".
החברה הוקמה לפני יותר מארבע שנים, כשהרעיון היה בחיתוליו. בתום תהליך יקר וממושך של פיתוח חומרה נולד המוצר הסופי. המכירות החלו לפני שנה, תחילה בארצות הברית וכעת גם במקומות נוספים בעולם. לקרופקס יש שדות ניסויים בארץ, אבל במכירות הם מתמקדים מחוץ לישראל. אחד היעדים שהחברה מציגה לעצמה הוא מכירות מוצלחות בחצי הדרומי של כדור הארץ: אוסטרליה, ניו זילנד ודרום אמריקה. "יש משמעות לעונתיות במוצר", מסביר צח, "כי מכירות בחצי הכדור הדרומי יאפשרו להרוויח עונה נוספת בשנה".
הטכנולוגיה שפיתחה קרופקס מבוססת על שילוב של חומרה ותוכנה. מדובר במערך של חיישנים ייעודיים שנטמנים בקלות רבה באדמה. החומרה היא חיישן שמקבל מידע רב ישירות מהאדמה, והתוכנה עושה על המידע הרבה ניתוחים ואנליזות של ביג דאטה בשילוב טכנולוגיות שונות. התוצאות מוצגות בצורה ברורה באפליקציה לחקלאים שמדווחת להם מה מצב הקרקע מבחינת דישון והשקיה.
"החיישן שולח מידע דרך הענן ומתחבר מכל מקום", מתאר צח. "זהו החיישן היחיד שמדבר גם דרך תקשורת לוויינים. ברגע שהמידע מגיע לשרתים התוכנה נכנסת לפעולה ועושה אנליזות על הנתונים. אנחנו מסוגלים להביא המון תועלות לחקלאי: לחסוך מים וחשמל, להפסיק מערכות השקיה, לעשות אופטימיזציה לדישון, שנחשב להוצאה הכי גדולה בשדה ועוד. חקלאי יודע שכאשר הוא צובר דשן כשהאדמה לחה הכל יישטף. בעזרת החיישנים אנחנו מסוגלים להסתכל בקרקע ולהגיד לחקלאי 'אתה לא מביא מספיק מים לשורשים ולא מדשן מספיק ומאבד יבול'.
"היתרון בחיישן שנמצא בתוך האדמה טמון בכך שהוא מאפשר למנוע תופעות שליליות עוד לפני שהן מגיעות לשלב מתקדם. שימוש בתמונות לוויין כפי שעושים כיום, למשל, מאפשר ללמוד על בעיות רק אחרי שהן כבר קרו והגיעו לצמחים עצמם ובאופן נרחב. החיישנים, לעומת זאת, יכולים לחוש ולהתריע על חוסרים באדמה עוד לפני שהם פוגעים בצמח. ההפרש בזמן משמעותי מאוד ומתבטא בהתרעה מוקדמת של שבועיים ביחס לתצלומי אוויר".
הפתרון היחיד לשדות גדולים
"השוק המרכזי שלנו הוא גידולי שדה רחבי שטח של תירס, תפוחי אדמה, חיטה וכותנה, המהווים כ-80% מהחקלאות העולמית. פיתחנו את הטכנולוגיה היחידה הרלוונטית לשטחים אלו. לטכנולוגיות הקיימות האחרות יש קשיים להתמודד עם גידולים כאלה מכמה סיבות: מדובר בשטחים אדירים והפתרונות האחרים יקרים מאוד ועל כן לא כלכליים. בעיה נוספת שאחרים לא מצאו לה מענה היא שבשדות רחבים אין קליטה סלולרית ועל כן החיישנים האחרים לא עובדים. הטכנולוגיה שלנו מצאה לבעיות אלה פתרון.
"הייחוד שלנו בא לידי ביטוי גם בקלות ההתקנה – הפתרונות האחרים דורשים התקנה של טכנאי, ואילו את החיישנים שלנו אפשר למקם בשטח בקלות רבה ללא איש מקצוע. המשמעות היא גם הורדת עלויות וגם אפשרות לפרוש את החיישנים בקלות ובמהירות יחסית על שטחים חקלאיים של 50 אלף דונם בלי בעיה. כמובן שהמערכת פועלת גם בשדות קטנים יותר.
"עוד תועלת חשובה מאוד שלנו לחקלאי היא בתחום הרגולציה. בארצות רבות שבהן מגדלים כמות גדולה של פרות חלב בשטח מסוים, מצטברת צואת פרות רבה שמחלחלת אל מי התהום. באירלנד, למשל, זה הגיע למצב שמי השתייה מזוהמים והאיחוד האירופי התערב והגביל את מספר הפרות לדונם. בניו זילנד יש בעיה דומה ותיירים לא יכולים להיכנס בחלק מהמקומות למים. עם החיישנים שלנו אפשר לומר איפה חייבים לצמצם את מספר הפרות ולאיזה שטח אפשר להעביר אותן – ובכך לפתור את בעיית זיהום המים.
"בשנתיים האחרונות אנחנו מקבלים מרשות החדשנות מימון של חברת מדען, שמאפשר לנו להתקדם והוא נפלא. אנחנו מודים מאוד לרשות על התמיכה הזאת. פגשנו בחו"ל אנג'לים שונים וכולם מבטאים הערצה לאקו-סיסטם של מדינת ישראל ולתמיכה שלה בסטארט-אפים. זה בולט במיוחד כשמשווים למצב הקיים בארצות אחרות.
"אני מקווה שהרשות תמשיך לתמוך בנו בהמשך הפיתוח. עם הזמן אנחנו מוסיפים עוד אמצעי חישה לחיישן: בהתחלה התמקדנו בהשקיה, ועכשיו מודדים גם דשן והגנה על הצומח ממזיקים. אנחנו עוסקים בפיתוח תמידי שכולל גם שיפור בחומרה ובחישה וגם שיפור באנליזה ובשימוש בדאטה. בעתיד גם נוכל לכסות שטחים גדולים יותר. יש לנו עוד המון לאן להתפתח.
"החזון שלנו הוא בדאטה. ברגע שיצרנו חיישן שאפשר לשים בקלות בכל מקום בעולם, אפשר להגיע מאוד רחוק. היעד הוא מאות אלפי חיישנים ברחבי העולם, שימדדו את כל הנתונים - סוג האדמה, איזה גידול, מתי דישנו ומה הטמפרטורה בקרקע - מדי חצי שעה. המדידה תאפשר קבלת תמונה עולמית של מיפוי ותהווה בסיס לתובנות רבות. זה ה'ביג דאטה פליי' שכולנו רודפים אחריו, וכולו קורה בזכות ה-IoT".