Mengapa Kamera AI Melampaui Anggaran Energi Surya yang Dirancang untuk Kamera IP Tradisional

Sebuah trailer pengawasan tenaga surya beroperasi selama tiga musim di tempat penyimpanan material tanpa pernah mengalami pemadaman listrik. Dua panel di atap, satu bank baterai LiFePO4 24V di dalam kotak di bawahnya, dan empat kamera tetap di tiang.

Seseorang mengganti keempat kamera tersebut dengan model yang lebih baru yang memiliki deteksi AI terintegrasi. Pabrikan yang sama, sakelar PoE yang sama, panel yang sama, baterai yang sama.

Trailer tersebut gagal tayang pada hari keempat.

Tidak ada yang gagal. Bank baterai dalam kondisi baik, panel surya bersih, pengontrol pengisian daya bekerja persis seperti yang dirancang. Beban telah berubah dengan cara yang tidak dapat diprediksi oleh perhitungan ukuran awal.

Ini bukan kesalahan instalasi. Ini adalah masalah aritmatika, dan cukup sering muncul sehingga perlu dijelaskan secara detail.

Nomor-nomor yang berhenti berfungsi

Jika Anda pernah menentukan spesifikasi sistem kamera off-grid sebelumnya, Anda pasti membawa beberapa angka penting.

Kamera 4MP tetap yang menjalankan H.265 membutuhkan daya 5 hingga 7 watt. Nyalakan iluminator IR dan dayanya naik menjadi 9 atau 11 watt. Tambahkan switch PoE kecil dan router seluler, dan trailer dengan empat kamera akan membutuhkan daya sekitar 35 watt di siang hari, dan 50 watt di malam hari.

Angka-angka tersebut bertahan selama satu dekade karena pekerjaan di baliknya tidak pernah berubah. Kamera IP tradisional membaca sensor, mengirimkan gambar melalui prosesor fungsi tetap, dan mengirimkan aliran yang dikodekan ke jaringan. Ketiga pekerjaan tersebut berjalan pada silikon khusus yang dibangun untuk melakukan satu hal dengan murah. Konsumsi dayanya hampir datar.

Kamera yang melakukan deteksi onboard menjalankan beban kerja inferensi neural di atas semua itu. Tiga properti dari beban kerja tersebut penting untuk konsumsi daya:

Kamera ini beroperasi terus menerus. Kamera tidak menunggu pemicu gerakan lalu berpikir. Kamera memproses bingkai secara konstan, karena itulah cara kamera menentukan apakah sesuatu itu adalah orang, kendaraan, atau kantong plastik.

Hal ini meningkatkan kecepatan bingkai dan resolusi. Deteksi menurun pada kecepatan bingkai rendah dan objek kecil membutuhkan piksel, sehingga kamera yang dulunya melakukan streaming 10fps pada 4MP sekarang berjalan pada 20 atau 30fps pada 8MP. Sensor, encoder, dan mesin inferensi diskalakan bersama.

Kamera ini melacak apa yang terjadi di lokasi kejadian. Lahan yang tenang pada pukul 3 pagi dan lahan berangin yang penuh dengan ranting yang bergerak menghasilkan angka daya yang berbeda dari kamera yang sama pada dudukan yang sama.

Pada lembar data, semua ini muncul sebagai satu baris. Kamera tersebut beralih dari PoE Kelas 3 ke Kelas 4.

Peak tidak memberikan informasi berguna apa pun di sini.

Kelas 3 menghasilkan daya hingga 12.95W pada perangkat yang diberi daya. Kelas 4 menghasilkan daya hingga 25.5W. Jadi angka di lembar kerja berlipat ganda, dan sangat menggoda untuk menggandakan angka di spreadsheet dan melanjutkan.

Penentuan ukuran panel surya tidak didasarkan pada daya puncak dalam watt. Penentuan ukuran didasarkan pada watt-jam per hari, dan selisih antara daya puncak dan rata-rata berbeda untuk kedua jenis kamera tersebut.

Kamera tetap dengan IR memiliki rasio puncak terhadap rata-rata sekitar 1.2. Nilainya berada di dekat nilai rata-rata hampir sepanjang waktu.

Kamera yang menjalankan inferensi berkelanjutan akan menghasilkan nilai mendekati 1.5 atau 2.0, karena mesin inferensi akan melambat seiring dengan aktivitas adegan.

Hal ini membuat label harga salah dalam kedua arah. Ukuran berdasarkan peringkat Kelas 4 berarti Anda membangun susunan yang berlebihan. Ukuran berdasarkan rata-rata lama berarti Anda membangun bank yang kurang memadai. Kedua angka tersebut tidak menjawab satu-satunya pertanyaan yang penting, yaitu berapa watt jam yang dikonsumsi kamera selama 24 jam di lokasi sebenarnya tempat kamera tersebut akan berada.

Muatan itu bergerak ke dalam kegelapan.

Desain sistem off-grid bertumpu pada asumsi yang nyaman: pembangkitan listrik di siang hari mencukupi kebutuhan daya di siang hari dengan surplus yang tersisa, dan baterai hanya perlu mencukupi kebutuhan di malam hari.

Sekarang, pikirkan kapan beban kerja deteksi paling sibuk.

Lokasi pengamanan relatif tenang selama jam kerja dan aktif setelahnya. Kendaraan tiba pukul 2 pagi. Angin, lampu depan, dan hewan memicu pengklasifikasi antara tengah malam dan pukul 5 pagi. Illuminator IR bekerja dengan beban penuh sepanjang waktu.

Jadi, periode konsumsi terberat berada di dalam jendela dengan input nol. Sisi malam dari anggaran tumbuh lebih cepat daripada sisi siang, yang berarti lebih banyak beban per siklus bahkan sebelum Anda memperhitungkan total harian yang lebih tinggi. Sebuah pembangunan dapat keluar dari peningkatan dengan beban malam 30% di atas beban siang, di lokasi di mana keduanya sebelumnya hampir sama.

Cuaca meningkatkan permintaan dan mengurangi pasokan pada saat yang bersamaan.

Inilah mengapa trailer bisa bertahan di bulan Juli dan gagal di bulan November.

Hujan, salju, kabut, dan puing-puing yang beterbangan memberikan gerakan pada bingkai gambar. Sebuah pengklasifikasi yang mengamati salju yang turun bekerja jauh lebih keras daripada yang mengamati lahan berkerikil kosong, sehingga siklus kerja inferensi meningkat dan penggambaran pun ikut meningkat.

Cuaca yang sama mengurangi hasil panen Anda hingga hanya sebagian kecil dari hasil panen saat cuaca cerah.

Permintaan dan penawaran bergerak berlawanan arah, pada waktu yang sama, karena alasan yang sama. Perhitungan cadangan tidak menangkap hal ini karena memperlakukan beban sebagai konstanta dan pembangkitan sebagai variabel. Begitu beban berkorelasi dengan tutupan awan, perhitungan di bawah angka otonomi lima hari tidak lagi berlaku.

Siklus yang lebih dalam, jangka waktu bank yang lebih pendek

Pertahankan baterai yang ada dan sistem tetap berfungsi. Hanya saja siklus pengisian dayanya semakin dalam setiap harinya.

LiFePO4 Masa pakai siklus sangat terkait dengan kedalaman pembuangan, dan kerugian akibat peningkatan dari 30% menjadi 60% bukanlah hal kecil. Tangki yang dirancang untuk lima tahun pada siklus dangkal dapat berubah menjadi tangki dua atau tiga tahun pada siklus yang lebih dalam. Truk tangki tetap beroperasi, pelanggan tetap puas, dan tagihan penggantian tiba bertahun-tahun sebelum diperkirakan siapa pun.

Trailer yang sama, dua generasi kamera.

Lokasi yang sama, arsitektur 24V yang sama. Hanya kamera dan komputernya yang berubah. Angka-angka di bawah ini berasal dari Coram. Trailer pengawasan tenaga surya Ini adalah rancangan dan titik referensi, bukan spesifikasi pasti, karena setiap lokasi memiliki harga yang berbeda.

Versi lama

Dua belas jam perjalanan pulang pergi: 1,056 Wh per hari

Pembuatan kamera AI

Dua belas jam perjalanan pulang pergi: 1,800 Wh per hari

Itu 1.7x, dan itu memindahkan semuanya ke hilir. Ukuran untuk otonomi empat hari pada kedalaman pembuangan yang dapat digunakan sebesar 80%:

Baris terakhir adalah yang paling sulit. Susunan panel surya musim dingin bertambah dari dua panel menjadi lima, pada sasis yang dapat ditarik di mana sekarang Anda harus mengatasi beban angin, jarak bebas tiang, dan berat beban pada bagian depan sasis. Ditambah lagi kotak baterai yang harus menampung hampir dua kali lipat kapasitasnya.

Penggantian kamera memakan waktu dua jam. Dampaknya terasa hingga ke sasis.

Nomor musim dingin adalah nomor desain.

Rata-rata tahunan tidak berguna di sini. Sistem Anda ditentukan oleh bulan terburuknya.

Di bagian utara Amerika Serikat, itu berarti akhir November hingga Januari, ketika jam sinar matahari puncak turun menjadi 2 atau 2.5 jam, cuaca mendung terus-menerus, dan hari-hari yang pendek membuat iluminator IR menyala selama 15 jam alih-alih 12 jam.

Lakukan perhitungan untuk bulan tersebut, lalu lakukan lagi dengan menambahkan satu minggu awan di atasnya. Jika Anda berhasil melewati keduanya, sisa tahun akan berjalan dengan sendirinya.

Perangkap pengisian dingin

Ada dua hal yang terjadi ketika suhu turun, dan keduanya saling bertentangan.

Kapasitas yang dapat digunakan menurun. Baterai LiFePO4 pada suhu 0°C memberikan kapasitas yang jauh lebih rendah daripada yang tertera pada spesifikasinya, sehingga cadangan daya selama empat hari tiba-tiba berkurang menjadi tiga hari.

Yang lebih penting lagi, sel LiFePO4 standar tidak boleh diisi daya di bawah titik beku, dan baterai yang dibuat dengan benar BMS akan memblokir arus pengisian untuk melindunginya. Artinya, pada pagi hari yang dingin dan cerah, Anda bisa memiliki susunan panel surya penuh, sinar matahari terang, pengontrol yang berfungsi, tetapi tidak ada pengisian daya sama sekali. Hal ini seringkali membingungkan orang karena setiap indikator tampak benar.

Ada dua cara untuk mengatasinya. Pertama, tambahkan pemanas, yang menghabiskan watt jam dari anggaran yang sudah Anda batasi, biasanya 10 hingga 15% dari total harian. Kedua, tentukan baterai yang dirancang untuk pengisian daya suhu rendah, yang biayanya lebih mahal di awal tetapi menghemat beban pemanas dan titik kegagalan tambahan. Pada sistem yang sudah menanggung beban jauh lebih berat daripada pendahulunya, opsi kedua seringkali lebih murah dalam jangka panjang.

Opsi ketiga tidak ada yang menghitung biayanya.

Ada cara untuk menambahkan deteksi tanpa menyentuh beban kamera sama sekali: biarkan kamera berdaya rendah tetap terpasang di tiang dan jalankan inferensi pada satu perangkat di hilir.

Sistem yang diterapkan adalah beban tetap 24 jam, menggantikan beban variabel yang tersebar di empat kamera. Apakah sistem ini akan berhasil atau tidak, sepenuhnya bergantung pada berapa banyak daya yang dibutuhkan oleh alat tersebut.

Titik impas berada di sekitar 31W. Peralatan yang menggunakan daya lebih dari itu pada empat saluran akan mengembalikan seluruh keuntungan, jadi ini adalah perhitungan yang harus dijalankan, bukan asumsi yang harus dipertahankan. Pada konfigurasi empat kamera, jalur peralatan biasanya lebih unggul. Marginnya menyempit seiring bertambahnya jumlah saluran.

Empat hal yang perlu dipertimbangkan sebagai kekurangannya:

Biaya dekode meningkat seiring dengan jumlah saluran dan resolusi. Perangkat harus mendekode setiap aliran data sebelum dapat memprosesnya, sehingga keuntungannya berkurang seiring bertambahnya jumlah kamera di lokasi tersebut. Pada delapan atau dua belas kamera, keuntungan tersebut bahkan bisa hilang.

Ini adalah titik kegagalan tunggal. Jika satu kamera hilang, Anda kehilangan satu tampilan. Jika perangkat hilang, Anda kehilangan deteksi di mana-mana.

Kamera lama tidak dirancang untuk memberi input pada model. Kecepatan bingkai lebih rendah, sensor cahaya rendah lebih lemah, lebih banyak artefak kompresi. Kualitas deteksi dari kamera berusia lima tahun bisa lebih buruk daripada dari kamera yang dirancang khusus, dan tidak ada jumlah komputasi hilir yang dapat memperbaiki aliran 10fps yang bising.

Perangkat tersebut membutuhkan ruang termal dalam wadah tertutup. Terkadang itu berarti kipas, yang membutuhkan lebih banyak watt dan merupakan bagian bergerak lainnya.

Jangan berasumsi memindahkan komputasi berarti memindahkan daya.

Pertanyaan selanjutnya yang masuk akal: mengapa tidak mengirim semuanya ke cloud dan memprosesnya di sana?

Terkadang benar, seringkali tidak, dan alasannya adalah modem.

Modem seluler yang tidak aktif hanya mengonsumsi sedikit daya. Namun, modem yang terus menerus melakukan pengiriman data (uplink) mengonsumsi daya yang jauh lebih besar, dan konsumsi daya tersebut berbanding lurus dengan seberapa keras modem tersebut bekerja untuk mempertahankan koneksi. Di lokasi terpencil dengan sinyal dua bar, daya transmisi saja dapat menyaingi konsumsi daya mesin inferensi.

Pemrosesan tepi (edge ​​processing) ada sebagian agar Anda dapat mengirim metadata dan klip pendek alih-alih aliran data berkelanjutan. Ini menghemat bandwidth dan biasanya juga menghemat daya baterai.

Perlu ditambahkan: antena terarah yang diarahkan ke menara yang tepat adalah pengoptimalan daya, bukan hanya pengoptimalan konektivitas. Sinyal yang lebih baik berarti daya pancar yang lebih rendah, yang berarti lebih sedikit watt jam.

Apa yang perlu diubah?

Ukur, jangan tentukan. Letakkan kamera di atas sumber daya listrik, arahkan ke lokasi dengan aktivitas yang realistis, dan catat konsumsi daya (watt jam) selama 24 jam penuh. Langkah sederhana ini dapat mendeteksi sebagian besar kesalahan ukuran.

Buat dua profil beban. Lokasi yang tenang dan lokasi yang ramai. Ukuran lokasi yang ramai lebih besar. Lokasi yang tenang menunjukkan ruang kepala Anda yang sebenarnya.

Modelkan siang dan malam sebagai blok terpisah. Jangan dirata-ratakan, dan gunakan pembagian jam dari bulan terburuk Anda.

Kedalaman pembuangan yang dirancang sesuai dengan target masa pakai Anda, Bukan hanya target otonomi Anda. Bank lima tahun berarti siklus yang dangkal dan kapasitas yang lebih besar.

Sesuaikan zona deteksi untuk daya, bukan hanya untuk peringatan yang mengganggu. Menutupi jalan raya yang ramai di tepi bingkai mengurangi siklus kerja inferensi. Kebanyakan orang melakukan ini untuk mengurangi peringatan palsu dan tidak pernah menyadari penghematan daya. Ini adalah cara termurah yang tersedia dan hal pertama yang harus diperiksa pada situs yang sedang mengalami kendala kinerja.

Gunakan MPPT. Selisih panen dibandingkan PWM melebar seiring bertambahnya beban dan paling berpengaruh pada kondisi dingin dan cahaya redup yang menjadi ciri bulan terburuk Anda.

Anggaran untuk radio dan pemanas ruangan harus dicantumkan secara eksplisit. Keduanya seringkali terlewatkan dalam perhitungan, padahal jika digabungkan keduanya dapat mencakup seperlima dari konsumsi harian.

Ada dua hal yang tidak boleh dilakukan. Jangan menggunakan kembali bank baterai lama hanya karena trailer masih berfungsi, karena siklus pengisian dayanya dua kali lebih dalam dan akan cepat rusak. Dan jangan menambah panel surya sebagai pengganti kapasitas: susunan panel yang lebih banyak membantu di hari yang cerah tetapi tidak berpengaruh selama lima hari mendung, karena daya tahan baterai adalah masalah baterai.

Contekan

Bottom line

Beralih dari kamera tetap ke kamera dengan deteksi terintegrasi tampak seperti pertukaran biasa. Namun, dari segi daya, ini merupakan kelas beban yang berbeda: rata-rata lebih tinggi, bervariasi tergantung aktivitas di lokasi kejadian, lebih banyak terjadi pada jam-jam tanpa sinar matahari, dan berkorelasi dengan cuaca yang mengurangi produksi listrik.

Angka sekitar 1.5 hingga 2 kali lipat dari watt jam harian adalah titik awal yang wajar. Kemudian ukur, karena pengali untuk kamera Anda dalam adegan tersebut adalah satu-satunya angka yang penting.