Dlaczego kamery AI przekraczają budżety na energię słoneczną, zaprojektowane dla tradycyjnych kamer IP

Przyczepa z systemem monitoringu słonecznego działała przez trzy sezony na placu składowym bez przerwy. Dwa panele na dachu, bateria LiFePO4 24 V w skrzynce pod spodem, cztery kamery stacjonarne na maszcie.

Ktoś wymienił cztery kamery na nowsze modele z wbudowaną detekcją AI. Ten sam producent, ten sam przełącznik PoE, te same panele, ta sama bateria.

Przyczepa zepsuła się czwartego dnia.

Nic nie uległo awarii. Bank był sprawny, panele czyste, a regulator ładowania działał dokładnie tak, jak powinien. Obciążenie zmieniło się w sposób, którego pierwotne obliczenia nie były w stanie przewidzieć.

To nie jest błąd instalacji. To problem arytmetyczny, który pojawia się na tyle często, że warto go dokładnie omówić.

Liczby, które przestały działać

Jeśli wcześniej zdecydowałeś się na systemy kamer poza siecią, nosisz przy sobie kilka figurek.

Stała kamera 4 MP z kodekiem H.265 pobiera od 5 do 7 watów. Po włączeniu oświetlaczy podczerwieni moc wzrasta do 9 lub 11 watów. Dodaj mały przełącznik PoE i router komórkowy, a przyczepa z czterema kamerami będzie miała około 35 watów w dzień i 50 watów w nocy.

Te liczby utrzymywały się przez dekadę, ponieważ stojąca za nimi praca nie uległa zmianie. Tradycyjna kamera IP odczytuje dane z czujnika, przesyła obraz przez procesor o stałej funkcji i przekazuje zakodowany strumień do sieci. Wszystkie trzy zadania są realizowane na dedykowanym układzie scalonym, zbudowanym z myślą o jednym, tanim zadaniu. Pobór mocy jest bliski zeru.

Kamera realizująca detekcję pokładową uruchamia dodatkowo obciążenie wnioskowania neuronowego. Trzy właściwości tego obciążenia mają znaczenie dla mocy:

Działa nieprzerwanie. Kamera nie czeka na sygnał ruchu i nie myśli. Przetwarza klatki w sposób ciągły, ponieważ w ten sposób decyduje, czy obiekt jest człowiekiem, pojazdem, czy plastikową torbą.

Zwiększa liczbę klatek na sekundę i rozdzielczość. Detekcja pogarsza się przy niskiej liczbie klatek na sekundę, a małe obiekty wymagają pikseli, więc kamera, która wcześniej przesyłała obraz z prędkością 10 kl./s przy rozdzielczości 4 MP, teraz obsługuje 20 lub 30 kl./s przy rozdzielczości 8 MP. Czujnik, enkoder i moduł wnioskowania skalują się razem.

Jego losowanie śledzi to, co dzieje się na scenie. Cichy teren o 3 nad ranem i wietrzny teren pełen poruszających się gałęzi dają różne wyniki pomiaru mocy z tej samej kamery na tym samym uchwycie.

W karcie katalogowej wszystko to jest wpisane w jedną linię. Kamera została przeniesiona z PoE klasy 3 do klasy 4.

Peak nie mówi ci tu nic przydatnego

Klasa 3 dostarcza do 12.95 W mocy zasilanego urządzenia. Klasa 4 dostarcza do 25.5 W. W rezultacie liczba na arkuszu się podwoiła i kuszące jest podwojenie tej wartości w arkuszu kalkulacyjnym i przejście dalej.

Dobór wielkości paneli słonecznych nie opiera się na mocy szczytowej. Opiera się na liczbie watogodzin na dzień, a różnica między mocą szczytową a średnią jest różna dla obu typów kamer.

Kamera stacjonarna z funkcją podczerwieni ma stosunek szczytu do średniej na poziomie około 1.2. Prawie zawsze utrzymuje się on w pobliżu średniej.

Kamera przeprowadzająca ciągłe wnioskowanie osiąga wartości bliższe 1.5 lub 2.0, ponieważ silnik wnioskowania ogranicza się wraz z aktywnością sceny.

Co sprawia, że ​​tabliczka znamionowa jest błędna w obu kierunkach. Rozmiar zgodny z klasą 4 i przebudowa matrycy. Rozmiar zgodny ze starą średnią i niedobudowa banku. Żadna z tych wartości nie odpowiada na jedyne istotne pytanie, czyli ile watogodzin zużywa kamera w ciągu 24 godzin w scenie, w której faktycznie będzie przebywać.

Ładunek przesunął się w ciemność

Projekty niezależne od sieci opierają się na wygodnym założeniu: dzienne wytwarzanie energii pokrywa dzienne zapotrzebowanie i pozostawia nadwyżkę, a akumulator musi zasilać jedynie noc.

Teraz zastanów się, kiedy obciążenie pracą w zakresie wykrywania jest największe.

W punktach ochrony panuje cisza w godzinach pracy, a po nich aktywność wzrasta. Pojazdy przyjeżdżają o 2:00 w nocy. Wiatr, światła reflektorów i zwierzęta powodują zakłócenia w pracy klasyfikatora między północą a 5:00 rano. Oświetlacze podczerwieni pracują pełną mocą przez cały czas.

Zatem okres największego zużycia mieści się w oknie bez żadnych danych wejściowych. Nocna część budżetu rośnie szybciej niż dzienna, co oznacza większe obciążenie w cyklu, jeszcze zanim uwzględni się wyższą dzienną sumę. Modernizacja może zakończyć się budową z obciążeniem nocnym o 30% wyższym niż dzienne, na terenie, gdzie oba obciążenia były niemal równe.

Pogoda zwiększa popyt i jednocześnie zmniejsza podaż

Dlatego przyczepy przetrwają lipiec, a w listopadzie zawiodą.

Deszcz, śnieg, mgła i unoszące się szczątki wprawiają kadr w ruch. Klasyfikator obserwujący padający śnieg pracuje znacznie intensywniej niż ten obserwujący pusty żwirowy plac, więc cykl wnioskowania i rysowania rosną wraz z nim.

Ta sama pogoda sprawia, że ​​Twoje zbiory stanowią zaledwie ułamek tego, co przy czystym niebie.

Popyt i podaż poruszają się w przeciwnych kierunkach, jednocześnie, z tego samego powodu. Obliczenia rezerw nie uwzględniają tego, ponieważ traktują obciążenie jako stałą, a wytwarzanie jako zmienną. Gdy obciążenie jest skorelowane z zachmurzeniem, arytmetyka pięciodniowej autonomii przestaje obowiązywać.

Głębsze cykle, krótszy bank

Zachowaj istniejącą baterię, a system nadal będzie działał. Po prostu każdego dnia będzie się rozładowywał coraz głębiej.

LifePo4 Cykl życia jest ściśle powiązany z głębokością rozładowania, a kara za spadek z 30% do 60% nie jest mała. Bank na pięć lat przy płytkich cyklach rozładowania może zamienić się w bank na dwa lub trzy lata przy głębszych. Przyczepa działa, klient jest zadowolony, a faktura za wymianę przychodzi lata wcześniej, niż ktokolwiek by to przewidział.

Ten sam zwiastun, dwie generacje kamer

Ta sama lokalizacja, ta sama architektura 24 V. Zmieniają się tylko kamery i komputer. Poniższe dane pochodzą z Coram's Przyczepa do monitoringu słonecznego buduje i stanowi punkt odniesienia, a nie specyfikację, ponieważ każda witryna ma inne ceny.

Wersja legacy

Dwanaście godzin w każdą stronę: 27 000 Wh dziennie

Budowa kamery AI

Dwanaście godzin w każdą stronę: 27 000 Wh dziennie

To 1.7x i wszystko przesuwa się w dół rzeki. Obliczenia na cztery dni autonomii przy 80% użytecznej głębokości rozładowania:

Ostatni rząd jest tym, który boli. Zimowy układ zmienia się z dwóch paneli na pięć, na holowanym podwoziu, gdzie trzeba uwzględnić obciążenie wiatrem, prześwit masztu i nacisk na dyszel. Do tego dochodzi jeszcze pojemnik na akumulator, który musi pomieścić prawie dwukrotnie większą pojemność.

Wymiana kamery zajęła dwie godziny. Konsekwencje sięgają podwozia.

Numer zimowy jest numerem projektowym

Średnia roczna jest tu bezużyteczna. Twój system jest definiowany na podstawie najgorszego miesiąca.

W północnej połowie Stanów Zjednoczonych oznacza to okres od końca listopada do stycznia. Wtedy też szczytowe godziny słoneczne spadają do 2 lub 2.5, zachmurzenie utrzymuje się przez cały czas, a krótkie dni powodują, że oświetlacze podczerwieni działają przez 15 godzin zamiast 12.

Wykonaj obliczenia dla tego miesiąca, a następnie powtórz je z tygodniem zachmurzenia. Przetrwaj oba, a reszta roku ułoży się sama.

Pułapka ładowania na zimno

Kiedy temperatura spada, dzieją się dwa zjawiska, które ze sobą kolidują.

Pojemność użytkowa spada. Bateria LiFePO4 w temperaturze 0°C zapewnia zauważalnie mniej niż wynosi jej wartość nominalna, więc cztery dni rezerwy stają się po cichu trzema.

Co ważniejsze, standardowych ogniw LiFePO4 nie należy ładować w temperaturze poniżej zera, a prawidłowo zbudowane ogniwa BMS Zablokuje prąd ładowania, aby je chronić. Oznacza to, że w zimny, pogodny poranek możesz mieć pełny zestaw baterii, jasne słońce, działający kontroler i w ogóle nie ładować. Ta opcja przyciąga uwagę, ponieważ wszystkie wskaźniki wyglądają prawidłowo.

Dwa wyjścia. Dodaj grzałkę, która zużywa watogodziny z budżetu, który już i tak wykorzystujesz, zazwyczaj 10–15% dziennej mocy. Możesz też wybrać ogniwa przeznaczone do ładowania w niskiej temperaturze, co kosztuje więcej z góry i pozwala zaoszczędzić na obciążeniu grzałką oraz uniknąć dodatkowego punktu awarii. W przypadku instalacji, która i tak jest znacznie bardziej obciążona niż jej poprzedniczka, druga opcja często okazuje się tańsza w całym wdrożeniu.

Trzecia opcja, której nikt nie wycenia

Istnieje sposób na dodanie funkcji wykrywania bez konieczności ingerencji w obciążenie kamer: należy pozostawić kamery o niskim poborze mocy na maszcie i uruchomić wnioskowanie na jednym urządzeniu znajdującym się dalej.

Transakcja polega na stałym obciążeniu 24-godzinnym zamiast zmiennego, rozłożonego na cztery kamery. To, czy to się powiedzie, zależy wyłącznie od tego, ile pobiera urządzenie.

Próg rentowności wynosi około 31 W. Urządzenie pobierające więcej na czterech kanałach zwraca całą przewagę, więc jest to raczej kalkulacja do wykonania niż założenie do przyjęcia. W przypadku konstrukcji z czterema kamerami rozwiązanie z wykorzystaniem urządzenia zazwyczaj wychodzi na prowadzenie. Margines zmniejsza się wraz ze wzrostem liczby kanałów.

Cztery rzeczy, których należy się trzymać z daleka:

Koszt dekodowania zależy od kanałów i rozdzielczości. Urządzenie musi zdekodować każdy strumień, zanim będzie mogło go odczytać, więc przewaga maleje wraz ze wzrostem lokalizacji. Przy ośmiu lub dwunastu kamerach może zniknąć.

To pojedynczy punkt awarii. Utrata kamery oznacza utratę jednego widoku. Utrata urządzenia oznacza utratę detekcji wszędzie.

Starszy aparat nie został stworzony do obsługi modelu. Niższa liczba klatek na sekundę, słabszy czujnik słabego oświetlenia, więcej artefaktów kompresji. Jakość detekcji w pięcioletnim aparacie może być gorsza niż w aparacie specjalnie zaprojektowanym, a żadne obliczenia downstream nie naprawią zaszumionego strumienia 10 kl./s.

Urządzenie wymaga odpowiedniej przestrzeni termicznej w szczelnej obudowie. Czasami oznacza to wentylator o większej mocy i dodatkową ruchomą część.

Nie zakładaj, że przenoszenie komputerów przenosi moc

Następne rozsądne pytanie: dlaczego nie przesłać wszystkiego do chmury i tam tego nie przetwarzać?

Czasem tak, często nie, a przyczyną jest modem.

Bezczynny modem komórkowy pobiera bardzo mało. Modem utrzymujący ciągłe połączenie w górę pobiera znacznie więcej, a pobór mocy skaluje się wraz z intensywnością pracy włożonej w utrzymanie połączenia. W odległym miejscu z dwoma kreskami, sama moc transmisji może dorównywać mocy pobieranej przez silnik inferencyjny.

Przetwarzanie brzegowe istnieje częściowo po to, aby można było wysyłać metadane i krótkie klipy zamiast ciągłego strumienia. To oszczędza przepustowość, a przy zasilaniu bateryjnym zazwyczaj również energię.

Warto dodać: antena kierunkowa skierowana na odpowiednią wieżę to optymalizacja mocy, a nie tylko łączności. Lepszy sygnał oznacza niższą moc nadawania i mniej watogodzin.

Co zmienić

Zmierz, nie określaj. Umieść kamerę na zasilaczu, skieruj ją na scenę z realistyczną aktywnością i zarejestruj watogodziny w ciągu 24 godzin. Ten jeden krok pozwala wychwycić większość błędów w doborze rozmiaru.

Utwórz dwa profile obciążenia. Ciche i ruchliwe miejsce. Rozmiar na tym ruchliwym. Ciche miejsce pokaże Ci, ile masz miejsca.

Modeluj dzień i noc jako osobne bloki. Nie traktuj ich jako średniej, lecz wykorzystaj podział godzinowy z najgorszego miesiąca.

Zaprojektuj głębokość rozładowania w odniesieniu do docelowego okresu eksploatacji, nie tylko twój cel w zakresie autonomii. Pięcioletni bank oznacza krótkie cykle i większą pojemność.

Dostosuj strefy wykrywania do zasilania, a nie tylko do uciążliwych alertów. Ukrycie ruchliwej drogi na krawędzi kadru skraca cykl pracy wnioskowania. Większość użytkowników robi to, aby ograniczyć liczbę fałszywych alarmów i nie zauważa oszczędności energii. To najtańsza dostępna opcja i pierwsza rzecz, którą należy sprawdzić na stronie, która działa nieprawidłowo.

Użyj MPPT. Różnica w zbiorach w porównaniu do PWM zwiększa się wraz ze wzrostem obciążenia i ma największe znaczenie w warunkach zimnego i słabego oświetlenia, które charakteryzują najgorszy miesiąc.

Dokładnie zaplanuj wydatki na radio i ogrzewanie. Oba rodzaje danych są stale pomijane w arkuszach kalkulacyjnych, a razem mogą odpowiadać za jedną piątą dziennego zużycia.

Dwie rzeczy, których nie należy robić. Nie należy ponownie używać starego banku, ponieważ przyczepa nadal działa, ponieważ cykl jest dwukrotnie głębszy i szybko ulegnie awarii. I nie należy dodawać paneli zamiast zwiększać pojemności: większa liczba paneli pomaga w słoneczny dzień, ale nie ma żadnego efektu w ciągu pięciodniowego okresu zachmurzenia, ponieważ autonomia to problem z baterią.

Ściągawka

Dolna linia

Przejście z kamer stacjonarnych na kamery z detekcją pokładową wygląda jak zamiana. Pod względem mocy to inna klasa obciążenia: wyższe średnio, zmienne w zależności od aktywności sceny, obciążone godzinami bez słońca i skorelowane z pogodą, która ogranicza generację.

Gdzieś pomiędzy 1.5 a 2-krotnością dziennej liczby watogodzin to dobry punkt wyjścia. Następnie zmierz, ponieważ mnożnik dla kamery w danej scenie to jedyna liczba, która się liczy.