Инновационные Edge-решения для периферийной видеоаналитики

Внедрение цифровых технологий – основной вектор развития для многих отраслей: промышленности, транспорта, сельского хозяйства, ритейла и многих других. Наибольшее внимание уделяется видеоаналитике, которая доказала свою эффективность и стала неотъемлемой частью таких систем, как событийное видеонаблюдение, автоматизированный контроль качества продукции и подсчет пассажиропотока.

Современная видеоаналитика с централизованной топологией очень требовательна к каналам связи, необходимым для отправки большого потока данных, но не во всех случаях возможно обеспечить достаточную пропускную способность. В связи с этим растет спрос на устройства, предназначенные для обработки данных в непосредственной близости к источникам информации, – на Edge-решения.

Выбор платформы

На старте развития интеллектуального видеонаблюдения пионеры–интеграторы распределенных вычислений в качестве Edge-систем использовали оборудование бытового класса из-за отсутствия доступных альтернатив. Такой опыт новаторов помог сформировать рынку набор определенных критериев для Edge-решениий. Выявленные на практике критерии, преимущественно повторяющие требования к промышленным встраиваемым системам, способствовали появлению специализированных решений для периферийной видеоаналитики.

Многие разработчики все еще сталкиваются с проблемами выбора целевой платформы. Компания "Ниеншанц-Автоматика", эксперт по встраиваемым решениям, работая с заказчиками из разных отраслей, определила подход, способный помочь выбрать аппаратную платформу для задач периферийной видеоаналитики.

6 ключевых требований

Подход компании базируется на соответствии оборудования ключевым требованиям:

1. Высокая надежность. Важный показатель независимо от сферы применения, особенно когда к смонтированной системе ограничен доступ ввиду непрерывности производственных процессов.
2. Оптимальная производительность. Запас по мощности оставляет разработчикам ПО возможность для расширения функционала в будущем, но при этом бюджет проекта должен использоваться эффективно.
3. Устойчивость к негативным факторам окружающей среды. Непредусмотренные особенности условий эксплуатации, например нестабильное питающее напряжение, могут вывести оборудование из строя и повлечь дополнительные расходы.
4. Компактные габариты. В сравнении с офисными ПК, а тем более с решениями для 19" стойки, у встраиваемых решений гораздо больший потенциал. Компактную систему можно без проблем установить в технологическую нишу или зафиксировать на DIN-рейке.
5. Серийность/применимость для массового внедрения. Собрать небольшую серию устройств возможно из комплектующих, продающихся в розницу. Но при расширении проекта такой метод неприемлем, так как не обеспечивает однотипность изделий в серии, что влечет срыв сроков и переработку задачи.
6. Продолжительный цикл жизни устройства. Долгосрочные проекты, как правило, требуют повторяемости конфигураций на протяжении всего срока проекта. Изменение конфигурации при каждой следующей поставке недопустимо, потому как требует новой серии испытаний перед апробацией.

Благодаря этому подходу и успешной работе с проектами заказчиков инженеры "Ниеншанц-Автоматики" выделили наиболее оптимальные на текущий момент и, как следствие, ставшие наиболее востребованными Edge-решения для задач видеоаналитики. Рассмотрим их более подробно через призму методики выбора.

Большой выбор модулей – это то, что надо для пилотной стадии проекта. Мы работаем с самыми нетривиальными задачами, что зачастую требует проверки разных подходов как с ПО, так и с железом.

Дмитрий Новиков, руководитель отдела инноваций "Ниеншанц-Автоматика"

Cincoze GM-1000 – одно из самых производительных и надежных Edge-решений

Компьютер GM-1000 – это встраиваемый компьютер с экстремальной производительностью и модульной архитектурой, разработанный для суровых условий эксплуатации.

Высокая надежность

1. Компонентная база промышленного класса имеет высокий уровень отказоустойчивости.
2. Проработанный дизайн материнской платы без кабельных соединений.
3. Ряд систем защиты по линии питания.
4. Рабочий диапазон -40...+70°С.

Оптимальная производительность

1. Поддержка современных процессоров: от Intel Celeron G4900T до Intel Xeon E-2278GE.
2. Возможность установки до 64 Гбайт DDR4.
3. Возможность установки дискретного графического процессора формата MXM, включая NVIDIA Quadro RTX 3000 с архитектурой Turing.

Устойчивость к негативным факторам окружающей среды

Помимо экстремальных температур и нестабильного питающего напряжения, GM-1000 благодаря высококлассной инженерной проработке способен работать при постоянных вибрациях. Требование устойчивости к вибрации зачастую предъявляется заказчиками из промышленной и транспортной сферы.

Компактные габариты

При проектировании системы инженерами изначально заложена плотная компоновка компонентов. Такой подход не требует проектирования воздуховодных каналов внутри корпуса устройства. Отвод и рассеивание тепла от компонентов происходят с помощью радиатора, являющегося частью корпуса.

Применимость для массового внедрения

За счет ряда строгих требований гарантируется соответствие компьютера заявленной спецификации на протяжении всего срока производства, что крайне важно при переходе от прототипа до массового внедрения и чего невозможно достичь с комплектующими бытового класса.

Продолжительный цикл жизни устройства

Гарантированный цикл жизни промышленного устройства составляет 5 лет и в зависимости от уровня спроса может достигать 20 лет. Учитывая это, заказчики могут уверенно планировать срок доступности своих изделий.

Модульная архитектура

Важной отличительной чертой GM-1000 является модульная архитектура, позволяющая добавлять к базовой модели дополнительные порты ввода/вывода, например COM, USB, GbE с опциональным PoE и даже в исполнении M12. Этот функционал делает GM-1000 невероятно гибким и экономически эффективным устройством.

Проверка в деле

GM-1000 уже нашел применение в составе комплекса фотофиксации нарушений ПДД, разрабатываемого заказчиком "Ниеншанц-Автоматики". Комплекс обрабатывает огромные объемы информации в режиме 24/7/365 без права на отпуск.

C переходом на GM-1000, который может работать при -40 °С, разработчик смог удешевить комплекс, так как пропала необходимость в дополнительном обогреве коммуникационного шкафа. Оборудование успешно прошло испытания в условиях теплого времени года, впереди – зимний период.

Компьютер GM-1000 является передовым Edgeрешением с уникальным набором характеристик, соответствующих самым требовательным проектам, что высоко ценится как инженерами "Ниеншанц-Автоматики", так и заказчиками.

Эксперты компании "Ниеншанц-Автоматика" могут подготовить конфигурации GM-1000 с разным уровнем интеграции, от платформы для самостоятельной сборки до полностью готовой к внедрению системы с предустановленной ОС и набором интерфейсных модулей. Сборка и тестирование собранных компьютеров происходит на собственных производственных мощностях "Ниеншанц-Автоматики", соответствующих всем современным требованиям.

Появление готовых к внедрениям систем на с Jetson на борту – хорошая тенденция, которая значительно повлияет на уровень качества конечных систем. Разработчики же получают еще одну опцию для оптимизации расходов и сроков вывода решения на рынок

Герман Дудецкий, менеджер проектов "Ниеншанц-Автоматика"

В поиске альтернатив Developer Kit

На заре распределенных вычислений наблюдался дефицит Edge-систем, и компаниям-интеграторам приходилось проводить многие часы за разработкой оригинальных решений и рассчитывать их экономическую эффективность.

Ситуация кардинально изменилась с популяризацией NVIDIA Jetson. Наборы для разработчиков (Developer Kit) с модулями семейства Jetson заняли прочную позицию среди энтузиастов и профессионалов. Однако Developer Kit не предназначены для массовой интеграции и работы в суровых условиях эксплуатации.

Для создания полноценного решения необходимо было найти как минимум корпус и несущую плату для модуля Jetson серийной версии. Такие компоненты можно подобрать у участников экосистемы Jetson, если в технических требованиях отсутствуют редкие интерфейсы и нужен корпус стандартного исполнения. Это экономит ресурсы вашей команды, так как не требует разработки платы и корпуса с нуля. Однако такой подход несет определенные риски и неудобства: тестирование компонентов на совместимость на старте и при смене ревизий, работа с несколькими поставщиками и, как следствие, отсутствие единого окна технической поддержки/гарантийного обслуживания и зачастую наличие минимальной партии для заказа.

К счастью, на сегодняшний день появились предложения на базе модулей Jetson в виде готовых к интеграции решений. Одним из них является компьютер, входящий в широкий модельный ряд устройств тайваньской компании Axiomtek. Это AIE100-FL-NX с идеальным соотношением "цена/производительность".

Axiomtek AIE100-FL-NX – NVIDIA Jetson в промышленной оболочке

AIE100-FL-NX – встраиваемый компьютер на базе модуля NVIDIA Jetson Xavier NX, полностью совместим с NVIDIA Jetpack и подготовлен для промышленной эксплуатации.

Высокая надежность

1. Пассивная система охлаждения, никаких кулеров, требующих регулярного обслуживания.
2. Компонентная база промышленного класса, которая рассчитана на работу при экстремальных температурах -40…+85 °C.
3. Степень защиты оболочки по стандарту IP40.

Оптимальная производительность

1. Модуль Jetson Xavier NX c распаянной ОЗУ 8 Гбайт и eMMC-накопителем 16 Гбайт.
2. Возможность установки дополнительного NVMe SSD формата M.2 объемом до 2 Тбайт.

Устойчивость к негативным факторам окружающей среды

При разработке серии AIE инженеры компании Axiomtek уделили особое внимание таким характеристикам, как температура эксплуатации (-30°C...+50 °C), устойчивость к вибрациям и соответствие требованиям электрической безопасности. Последнее, к слову, часто остается вне фокуса у разработчиков кастомных решений.

Компактные габариты

Более 58% площади корпуса используется для отвода тепла от основных компонентов системы. Благодаря этому стало возможно расположить элементы с высокой плотностью и уменьшить габариты устройства.

Применимость для массового внедрения

Все элементы системы (корпус, несущая плата, наборы опций) изготавливаются одним производителем, что гарантирует высокую стабильность системы и поставки в любых количествах.

Продолжительный цикл жизни устройства

Срок доступности компьютеров AIE соответствует жизненному циклу применяемых в них модулей NVIDIA, для которых он составляет от 5 до 10 лет. Таким образом AIE100-FL-NX будет доступен до 2025 г. включительно, с возможным продлением.

Оптимизация ресурсов и бюджета

Встраиваемый компьютер AIE100-FL-NX – решение мейнстрим-уровня. Он отлично подойдет для средненагруженных, тиражируемых задач и соответствует концепции периферийных вычислений.

В работе с одним из заказчиков инженеры "Ниеншанц-Автоматики" предложили использовать подход распределенных вычислений с AIE100-FL-NX в роли локального вычислителя. Заказчику было необходимо обеспечить контроль соблюдения техники безопасности на распределенных однотипных постах в цеху. Централизованный подход требовал прокладки новых оптических линий связи от камер, установленных на посту, к серверу аналитики, что требовало существенных затрат и остановки работы всего цеха на время монтажных работ.

Подход с периферийными вычислениями и заменой сервера аналитики на группу локальных вычислителей – AIE100-FL-NX – помог оптимизировать многие этапы проекта. В первую очередь стала возможна оптимизация объема передаваемых данных, что позволило использовать существующие сети передачи данных. Для проведения монтажных работ стала возможна остановка отдельных постов. В итоге заказчик смог сократить затраты без ущерба в функционале, а инженеры "Ниеншанц-Автоматики" и специалисты компании–партнера по разработке ПО получили бесценный опыт.

Решения уровня AIE100-FL-NX отлично сочетаются с идеологией, заложенной в модули Jetson: масштабируемость, эффективность и поддержка единого стека технологий. Компания Axiomtek постоянного работает над разработкой новых устройств, учитывая в процессе свой многолетний опыт по созданию высококачественных и востребованных встраиваемых компьютеров.

Новые Edge-платформы на подходе

Видеоаналитика стала драйвером роста для множества направлений, инициировала переосмысление подходов при проектировании систем и открыла новые потенциальные применения для ряда технологий. По мнению участников рынка видеоаналитики, спрос на решения Edge-вычислений продолжит расти, дополнит централизованный подход, открыв новые возможности.

Компания "Ниеншанц-Автоматика" следует современным трендам и применяет огромный опыт своих инженеров для построения максимально эффективных решений вместе с партнерами и заказчиками.

Направление видеоаналитики имеет для компании высокий приоритет, именно поэтому мы создали "Лабораторию ИИ", сотрудники которой помогают нашим заказчикам идти в ногу со временем и внедрять новые технологии. Инженеры непрерывно тестируют новые Edge-платформы и отбирают лучшие из них, чтобы предложить клиентам в качестве основы для современного и надежного решения видеоаналитики.

Опубликовано в журнале "Системы безопасности" №5/2021