為什麼人工智慧攝影機會超出傳統IP攝影機設計的太陽能供電預算？

一輛太陽能監控拖車在材料堆場連續運行了三個季度，從未出現過斷電情況。車頂裝有兩塊太陽能板，車底箱內裝有24V磷酸鐵鋰電池組，桅杆上固定安裝了四個攝影機。

有人把四台相機換成了AI檢測功能的新款。同一廠商，同一台PoE交換機，同一塊面板，同一塊電池。

拖車在第四天就報廢了。

一切正常。電池組運作良好，太陽能板也很乾淨，充電控制器也完全按照設計運作。只是負載發生了變化，而最初的容量計算無法預見這一點。

這不是安裝錯誤，而是算術問題。這個問題出現的頻率很高，值得仔細檢視。

那些停止運作的數字

如果您之前曾指定過離網攝影系統，您就會掌握一些相關數據。

一台固定的 4MP 相機運行 H.265 編碼，功耗為 5 到 7 瓦。打開紅外線照明器後，功耗會增加到 9 到 11 瓦。再加上一個小型 PoE 交換器和一個蜂窩路由器，一個配備四個攝影機的拖車白天功耗接近 35 瓦，晚上接近 50 瓦。

這些數據十年來一直保持不變，是因為背後的工作原理從未改變。傳統的IP相機讀取感測器數據，將影像輸入固定功能的處理器，然後將編碼後的視訊串流傳送到網路。這三項工作都在專用的晶片上運行，這些晶片的設計初衷就是為了低成本地完成一項單一任務。因此，市場競爭幾乎停滯不前。

一台進行機載偵測的攝像頭，除了上述所有操作之外，還要運行一個神經網路推理工作負載。此工作負載的三個特性對功耗至關重要：

它持續運行。攝影機不會等待運動觸發後再進行判斷。它會不斷處理幀，因為它正是以這種方式來判斷物體是人、車輛還是塑膠袋。

它會同時提升幀速率和解析度。低幀速率會降低偵測效能，而小物體需要更大的像素，因此以前以 4MP 解析度 10fps 傳輸資料的相機現在可以以 8MP 解析度 20 或 30fps 運行。感測器、編碼器和推理引擎會同步擴展。

它的功耗會隨著場景的變化而改變。凌晨三點的靜謐空地和狂風呼嘯、樹枝搖曳的空地，即使是同一台攝影機安裝在同一個支架上，產生的功耗資料也會有所不同。

在數據手冊中，所有這些資訊都顯示為一行。攝影機從 PoE 3 級升級到了 4 級。

Peak 在這裡並沒有提供任何有用的信息。

3 類電源可為被供電設備提供最高 12.95W 的功率。 4 類電源供應器可為被供電設備提供最高 25.5W 的功率。因此，表格中的數字翻了一番，人們很容易就想把表格中的數字也翻倍，然後繼續計算下去。

太陽能發電系統的尺寸計算並非基於峰值瓦數，而是基於每日瓦時數，而且兩種相機類型的峰值瓦數和平均瓦數之間的差距也不同。

紅外線功能的固定攝影機的峰值與平均值之比約為 1.2。它幾乎一直處於平均值附近。

運行連續推理的攝影機的數值更接近 1.5 或 2.0，因為推理引擎會隨著場景活動而降低效能。

這使得銘牌上的數據在兩個方向上都存在問題。如果按照 4 級額定值來計算，陣列就會過大；如果按照之前的平均值來計算，則電池組就會過小。這兩個數字都無法回答唯一重要的問題，那就是攝影機在實際運作場景中 24 小時的功耗是多少瓦時。

貨物被移入黑暗中。

離網設計依賴一個合理的假設：白天發電量足以滿足白天的用電需求，而且還有剩餘，電池只需要滿足夜間的用電需求。

現在想想檢測工作負載最繁忙的時候是什麼時候。

安保區域在工作時間內安靜，下班後則繁忙起來。車輛凌晨2點才抵達。午夜至凌晨5點之間，風、車燈和動物都會觸發警報器。紅外線照明器在此期間始終處於滿載運轉狀態。

因此，用電高峰期恰好出現在零輸入視窗內。預算中夜間部分的成長速度快於白天部分，這意味著即使不考慮更高的每日總用電量，每個週期也會承受更大的壓力。在原本夜間和白天用電量幾乎相等的情況下，升級後的網站夜間負載可能比白天負載高出 30%。

天氣變化導致需求增加，同時供應減少。

這就是為什麼預告片能在7月生存下來，卻在11月失敗的原因。

雨、雪、霧和飛揚的碎石都會為畫面帶來運動感。一個觀察飄雪的分類器比觀察空曠的礫石停車場的分類器工作量要大得多，因此推理佔空比會提高，繪圖量也會隨之增加。

同樣的天氣，晴天時的產量會大幅下降。

需求和供應同時朝著相反的方向變化，原因也相同。備用容量計算無法反映這一點，因為它將負載視為常數，將發電量視為變數。一旦負荷與雲端量相關，基於五天自主運行時間的計算就不再成立了。

更深的周期，更短的銀行存量

保留現有電池，系統仍可正常運作。只是每天的循環深度會更深。

磷酸鐵鋰 循環壽命與放電深度有密切關係，放電深度從30%增加到60%的代價不小。淺放電循環下可使用五年的電池組，在深放電循環下可能只能使用兩到三年。拖車繼續運行，客戶依然滿意，而更換電池的帳單卻比任何人預想的都要早幾年才到賬。

同一輛拖車，兩代攝影機。

相同的場地，相同的 24V 架構。只有攝影機和計算設備有所變化。以下數據來自 Coram 的 太陽能監控拖車 這些建築只是一個參考點，而不是一個規格，因為每個建築的定價都不同。

舊版

單程十二小時： 每天 1,056 瓦時

AI相機建構

單程十二小時： 每天 1,800 瓦時

這相當於1.7倍，並且會將所有流量轉移到下游。以下是根據80%可用排放深度，滿足四天自主運作的需求量計算得出的參數：

最後一行最棘手。冬季的太陽能板陣列從兩塊增加到五塊，安裝在可拖掛的底盤上，現在需要考慮風荷載、桅杆間隙和拖車舌重等因素。此外，電池箱的容量也幾乎翻了一番。

更換攝影機花了兩個小時。其後果影響了底盤。

冬季編號即設計編號

在這裡，年平均值毫無意義。你的系統是由其最差月份的表現來定義的。

在美國北部，這意味著從 11 月下旬到 1 月，此時日照高峰時間降至 2 或 2.5 小時，陰天持續不斷，白天時間短，導致紅外線照明器每天工作 15 小時而不是 12 小時。

先計算當月的情況，然後再計算一次，這次再加上一週的陰天。兩次都撐過來了，剩下的日子就迎刃而解了。

冷充電陷阱

氣溫下降時會發生兩件事，而且這兩件事相互抵消。

可用容量下降。磷酸鐵鋰電池在0℃下的實際可用容量明顯低於標稱容量，因此原本四天的備用容量會悄悄變成三天。

更重要的是，標準的磷酸鋰電池不應在冰點以下充電，而且必須使用結構良好的電池。 BMS 會阻斷充電電流以保護組件。這意味著，即使在寒冷晴朗的早晨，即使陣列完整、陽光明媚、控制器正常工作，組件也不會充電。這一點很容易誤判，因為所有指示燈看起來都正常。

有兩種解決辦法。一是加裝加熱器，但這會消耗你原本就捉襟見肘的預算中的瓦時，通常佔每日總耗電量的 10% 到 15%。二是選用低溫充電電池，雖然前期投入較高，但可以省去加熱器的負載，並減少一個故障點。對於負載遠高於前代產品的系統而言，第二種方案通常在整個部署過程中更經濟。

第三種選擇是無人承擔成本。

有一種方法可以在完全不影響攝影機負載的情況下添加偵測功能：將低功耗攝影機留在桅杆上，並在下游的一個裝置上運行推理。

這項交易是用固定的24小時負載取代分散在四個攝影機上的可變負載。最終結果如何，完全取決於設備的功耗。

損益平衡點在 31W 左右。如果設備在四個通道上功耗超過這個值，就會完全抵消掉設備帶來的優勢，因此這需要實際計算，而不是想當然地認為一定能達到。在四攝影機系統中，使用設備通常是較划算的方案。但隨著通道數量的增加，這種優勢會逐漸縮小。

有四點要注意：

解碼成本隨通道數和解析度的增加而增加。設備必須先解碼每個視訊串流才能進行分析，因此隨著站點規模的擴大，其優勢會逐漸消失。當相機數量達到八到十二個時，這種優勢甚至可能完全消失。

這是一個單點故障。攝影機損壞，就無法監控一個區域。設備損壞，所有區域的監控都會失效。

老舊攝影機並非為模型訓練而設計。幀速率低、低光照感測器性能差、壓縮偽影更多。五年前的攝影機擷取的偵測品質可能不如專用攝影機，而且無論後續進行多少計算，都無法修復雜訊較大的 10fps 資料流。

該設備需要在密封外殼內留出散熱空間。有時這意味著需要一個風扇，但這會增加功耗並增加一個運動部件。

不要以為行動運算資源就代表移動了電力。

下一個合理的問題是：為什麼不把所有資料都傳送到雲端處理呢？

有時正確，但往往不正確，原因在於數據機。

空閒的蜂巢式調變解調器耗電量極低。而持續進行上行鏈路連接的數據機耗電量則要高得多，且耗電量與其維持連接的強度成正比。在訊號只有兩格的遠端站點，僅發射功率就可能與推理引擎的耗電量不相上下。

邊緣處理的部分作用在於，它可以發送元資料和短視訊片段，而不是連續的視訊串流。這樣可以節省頻寬，而且在電池供電的情況下，通常也能節省電力。

值得一提的是：使用定向天線對準正確的訊號塔，不僅可以優化連接，還能優化功率輸出。更好的訊號意味著更低的發射功率，也就是更少的瓦時。

需要改變什麼

測量，不要具體說明。 將相機放在工作台上，對準一個有真實活動場景的地點，記錄24小時內的瓦時數。這步驟就能發現大多數尺寸誤差。

建構兩個負載曲線。 安靜的場地和繁忙的場地。繁忙場地的尺寸更大。安靜場地的尺寸則能告訴你真正的空間餘裕。

將白天和黑夜分別建模為獨立的模組。 不要取平均值，而是使用成績最差的月份的小時來分配資料。

根據使用壽命目標設計放電深度 不只是你的自主目標。五年銀行週期意味著更淺的周期和更大的容量。

調整檢測區域以增強功率，而不僅僅是為了避免不必要的警報。 在幀邊緣遮蔽繁忙的道路可以降低推理佔空比。大多數人這樣做是為了減少誤報，卻從未註意到它還能節省電力。這是最經濟有效的方法，也是經營資源緊張的網站首先應該檢查的內容。

使用MPPT。 隨著負載增加，PWM 的收成差距會擴大，在寒冷、光線較弱的條件下（也就是收成最差的月份），這種差距尤其顯著。

明確地將收音機和暖氣設備列入預算。 兩者經常被遺漏在電子表格中，而它們加起來可以占到每日消耗量的五分之一。

兩件事千萬別做。不要因為拖車還能用就重複使用舊電池組，因為循環次數是原來的兩倍，會更快損壞。也不要為了增加電池容量而增加太陽能電池板：增加太陽能電池板數量在晴天確實有幫助，但在連續五天陰天的情況下毫無作用，因為續航里程取決於電池容量。

備忘單

底線

從固定相機升級到內建偵測功能的相機看似只是簡單的更換。但從功耗角度來看，這完全是另一種負載：平均功耗更高，會隨場景活動而變化，在無陽光照射的時段功耗更高，並且與導致發電量減少的天氣狀況密切相關。

每日瓦時數的 1.5 倍到 2 倍之間是比較合理的起點。然後進行測量，因為對於你的相機和拍攝場景而言，只有這個倍數才真正重要。