Шлагбаум или ворота, которые будут автоматически открываться для своих, — весьма популярная задача. Решений на рынке много, но все они имеют те или иные недостатки. Чаще всего требуется облако, то есть удаленный сервер, который отвечает за вычисления. Картинка передается на сервер, он распознает номер, после чего принимает решение: пустить или нет.

Поэтому нас весьма заинтересовало решение, которое разработал интегратор BARY в Воронеже, — локальная автоматизация ворот и шлагбаума. За последние годы производительность чипов значительно возросла, теперь ее достаточно и для задач распознавания. Особенно если взять чип, который специализирован под нейронные вычисления.

Ниже мы про него подробно расскажем.

На шлагбаум установлены две камеры 
На шлагбаум установлены две камеры 
Дополнительные фото
Автоматика пропускает автомобили только из белого списка
Автоматика пропускает автомобили только из белого списка

Как устроена автоматика?

Интегратор выбрал одноплатный компьютер Khadas VIM3 Pro на чипе Amlogic A311D с четырьмя ядрами Arm Cortex-A73 и двумя Cortex A53. Чип обеспечивает производительность ИИ 5,0 TOPS NPU и поддерживает Tensorflow, Caffe и другие среды глубокого обучения. Нейронная сеть, выбранная для распознавания номеров, отлично на нем работает.

В качестве камер выбрали Reolink, так как они могут фиксировать движение и отдавать текущий кадр в виде картинки через API. В противном случае пришлось бы брать кадры из видеопотока и конвертировать их в картинки, что существенно снизило бы производительность.

В щит также установлен модуль реле WBIO-DO-R10R-4, который хорошо подходит для управления воротами/шлагбаумом, — из-за наличия сдвоенных реле, в которых единовременно замкнут только один выход на открытие или закрытие. Для  контроля за состоянием ворот использовано необычное решение — вольтметр WB-MAP3EV, который измеряет напряжение на обмотках электродвигателя ворот и по его величине определяет, в каком направлении ворота движутся. За счет того, что конденсатор между прямой и обратной обмоткой поворачивает фазу на 90 градусов, напряжение на незадействованной обмотке будет подниматься примерно до 280 В. По этому признаку можно определить, на какую обмотку подано питание.

Решение подходит не для всех типов двигателей, но если нет концевиков, то это единственный способ контролировать направление. Если концевики есть, то используется модуль дискретных входов WBIO-DI-WD14.

Щит автоматизации. Справа вверху — одноплатный компьютер Khadas VIM3 Pro. Ниже расположены модули Wiren Board
Щит автоматизации. Справа вверху — одноплатный компьютер Khadas VIM3 Pro. Ниже расположены модули Wiren Board
Дополнительные фото
А вот и сам одноплатный компьютер Khadas VIM3 Pro
А вот и сам одноплатный компьютер Khadas VIM3 Pro

Программное решение

На микрокомпьютер установлен софт BARY СКУД. Модуль СКУД конфигурируется довольно просто. У плагина Reolink есть опции по сохранению картинок с заданной периодичностью, а также только по наличию движения. Эти опции у камер активированы на въезд и выезд, указаны отдельные папки для каждой. У плагина СКУД указаны те же папки для каждой камеры, а также сами камеры для создания событий, там же указаны исполнительное и контролирующее устройства.

Когда автоматику запустили, то столкнулись с проблемой: вахтер может нажать кнопку по своей инициативе, хотя автоматика уже начала работать, а вахтер этого не заметил. В таком случае кнопка распознается как повторный сигнал и ворота переключаются на закрытие. Поэтому при срабатывании автоматики кнопку вахтера нужно отключать. Для этого предусмотрели перемычку, которая подключена к реле. Сделана соответствующая настройка: блокируем кнопку, если работает автоматика.

На воротах стоят фотоэлементы с обеих сторон, чтобы не допустить недоразумений в виде застрявшего на переезде автомобиля, например. Фотоэлементы подключены через WBIO-DI-WD14. Никакие правила создавать не нужно, СКУД управляет воротами автоматически.

Видеонаблюдение
Видеонаблюдение
Дополнительные фото
Временный пропуск
Временный пропуск
Список событий
Список событий
Список допущенных автомобилей
Список допущенных автомобилей
Управление воротами
Управление воротами

Алгоритм работы

Система дважды в секунду опрашивает обе камеры на наличие движения. Если движение обнаружено, то плагин начинает с интервалом в секунду сохранять текущую картинку с камеры (также он может обрезать картинку по заданной области).

Плагин СКУД при этом постоянно анализирует содержимое папок с картинками и при обнаружении новых картинок запускает нейронную сеть, которая распознает переданные ей картинки и результат обработки передается в плагин СКУД, который проверяет наличие автомобиля в белом списке.

Если автомобиль из белого списка был обнаружен, то кнопка вахтера блокируется (если необходимо) и ворота открываются.

Если ворота начали открываться под внешним воздействием (например, с кнопки вахтера до ее блокировки), то повторно команда не отправляется.

Если ворота были в процессе закрытия, то команда на закрытие отменяется и ворота открываются.

После того, как автомобиль проедет, СКУД анализирует наличие движения на любой из камер, и если его нет, закрывает ворота. Также можно закрывать ворота автоматически по таймауту после срабатывания фотоэлементов.

Факт проезда автомобиля добавляется в журнал событий, в котором цветом показано, есть ли автомобиль в белом списке (система фиксирует все проезжающие автомобили), его номер и кадры с камеры. Все обработанные изображения могут перемещаться в архив с изменением разрешения.

Максимальный размер хранилища задается в настройках, и старые кадры удаляются автоматически.

Что доступно жильцам?

Автоматические ворота стоят в коттеджном поселке «Северная Гардарика» под Воронежем. Для управления жильцам достаточно поставить приложение BARY на мобильное устройство (поддерживаются iOS и Android), но также есть доступ через веб-интерфейс.

В приложении жильцы могут редактировать список допущенных автомобилей и создавать временные пропуски. Они могут вручную открыть/закрыть ворота с помощью смартфона. Решение умное, и если в зоне ворот находятся машины или люди, то закрытия не произойдет. Если ворота уже открыты, то команда «открыть» будет проигнорирована системой.

Жильцы имеют доступ к журналу проезжающих автомобилей, они также могут следить за происходящим на КПП с помощью камер видеонаблюдения. Но права доступа ограничены: можно смотреть только свой журнал и управлять своим белым списком.

Наконец, интегратор добавил поддержку Siri через CarPlay, ее тоже можно использовать для управления воротами.

Так наш заезд на территорию выглядел на экране смартфона жильца
Так наш заезд на территорию выглядел на экране смартфона жильца

Заключение

Задачу автоматизации ворот или шлагбаума вполне можно решить локальными вычислениями без обращения в облако. Нас приятно порадовали возможности современных SoC, которые предлагают высокую производительность вычислений ИИ. К одноплатному компьютеру Khadas VIM3 были добавлены реле, счетчики и дискретные входы Wiren Board, запрограммирована логика и написан софт.

Систему автоматизации изначально развернули в коттеджном поселке под Воронежем, она показала себя хорошо. Такую систему вполне по силам собрать самостоятельно и написать код. Но можно обратиться и к интегратору, который сделает все за вас.

Проект оказался весьма успешным, позднее интегратор BARY автоматизировал еще один коттеджный поселок с несколькими воротами и шлагбаумами, десятью камерами и тремя одноплатными компьютерами, между которыми распределяется нагрузка. В сутки в закрытую зону проезжают больше 2 тысяч автомобилей, так что решение вполне хорошо масштабируется.

А что вы думаете о рассмотренном в статье решении? Можно ли его улучшить? Возможно, у вас есть своя система автоматизации ворот и шлагбаума, которой вы хотите поделиться с читателями? Пишите в комментариях.

Комментарии (80)


  1. Yuriy_krd
    06.06.2024 07:07

    А зачем тут ИИ? Для красного словца и хайпа? С поставленной задачей вполне себе справляется комп средней руки (I5 8-го поколения и оперативки 16Gb). Я делал подобную систему и сейчас администрирую - связка сигур (для управления и проверки прав доступа) + трассир (распознавание) - работают без проблем. Так что за статью - минус.


    1. 2mik
      06.06.2024 07:07
      +2

      "при обнаружении новых картинок запускает нейронную сеть, которая распознает переданные ей картинки"


      1. Yuriy_krd
        06.06.2024 07:07
        +4

        А зачем распознавать новые картинки? Номера вполне себе стандартизированы и новизна тут бывает раз во много лет.


        1. vvzvlad
          06.06.2024 07:07
          +3

          Ахахаха. Если даже оставить вопрос о стандартизации номеров(а это не так), то золотой стандарт для распознавание текстов и чисел в условиях непонятной меняющейся освещенности — нейросети уже несколько лет как.


    1. garageman
      06.06.2024 07:07
      +1

      А этот комп - он в щите стоит или в стойке?


      1. Yuriy_krd
        06.06.2024 07:07

        В офисе. К воротам идет просто оптический кабель (кроме ворот этот комп управляет еще и полноростовым турникетом).


    1. augap
      06.06.2024 07:07
      +1

      1. Выбранный модуль распознавания лицензируется по разным ценам для х86 (800 евро) и ARM (40 евро). Справедливости ради стоит отметить, что на х86 он работает в разы лучше (там используются другие модели).

      2. Khadas имеет размеры условной малинки (у нас есть объект где СКУД стоит практически в чистом поле на столбе) и при этом на нем можно спокойно распознавать до 25 fps.


      1. nitro80
        06.06.2024 07:07
        +1

        Khadas и электричества потребляет в разы меньше наверно.


  1. Avenit
    06.06.2024 07:07
    +1

    Есть камеры которые сами распознают номер


    1. garageman
      06.06.2024 07:07
      +2

      Поделитесь ссылкой пожалуйста, прямо интереснно.


      1. AVarik
        06.06.2024 07:07

        1. garageman
          06.06.2024 07:07

          Ого! Ну нет, платка+софт и пара камер - будут дешевле.


          1. AVarik
            06.06.2024 07:07

            ну я чуть ли не самое первое попавшееся скинул ) думаю есть и дешевле


      1. Yumado
        06.06.2024 07:07

        Конечно же трассир. Софт в камерах решает все. У них софт на 555++

        хики по софту унылое *


        1. Maximuzz
          06.06.2024 07:07

          трасссир еще тот доставщик головной боли)


          1. Yumado
            06.06.2024 07:07
            +2

            Я не за трассир как рекламщик

            Просто могу делать вывод. У меня их в сети наверное тыщ 3 камер. региков наверно 200.

            нет с ними проблем.


            1. Daar
              06.06.2024 07:07

              Везет, а у меня их пара штук, и вечно какие-то проблемы, то картинки нет с камеры, то записи нет, то еще какой-то гимор с плагинами... и поддержка думает по неделе-две. Все железо их.


        1. Buzzzzer
          06.06.2024 07:07
          +1

          Dahua же есть

          И бренд звучит как-то по родному !


    1. augap
      06.06.2024 07:07
      +1

      Задача была сделать за копейки. Первый КП автоматизировали за свой счет и больше для себя.


  1. NotebookKiller
    06.06.2024 07:07
    +2

    А WB8 с 4 ядрами A53 тут не справится?


    1. augap
      06.06.2024 07:07
      +1

      Справится, только скорость распознавания будет ниже. Жильцы во всех поселках, где установлен наш СКУД избалованы и лишнюю секунду стоять не хотят.


    1. augap
      06.06.2024 07:07

      В описанном решении важна производительность NPU, а не частота и тип процессора


      1. NotebookKiller
        06.06.2024 07:07

        Так NPU - это часть чипа? Просто из фразы "Чип обеспечивает производительность ИИ 5,0 TOPS NPU и поддерживает Tensorflow, Caffe и другие среды глубокого обучения" кажется, что это кортексы обеспечивают такую производительность. Нипаняааатна


        1. augap
          06.06.2024 07:07

          Да, часть чипа и аппаратно всякие тенсорфлоу итп поддерживает


  1. chason
    06.06.2024 07:07
    +1

    какая получилась цена всего оборудования (без учета шлагбаума)? Какая стоимость данного ПО?


    1. augap
      06.06.2024 07:07
      +3

      85к софт, 40-50к за железо, в зависимости от ворот/шлагбаума, ежемесячный платеж 9800.


      1. chason
        06.06.2024 07:07
        +1

        хорошо, а софт вашей разработки? вообще хорошо получилось по стоимости, все что мы мониторили для нашего объекта выходило намного больше (готовые решения от топ производителей, все около 1млн и выше). свяжемся с вами для расчета нашего проекта.


        1. augap
          06.06.2024 07:07
          +2

          Да, наш. Изначально у нас платформа для умного дома, СКУД просто один из модулей для него.


        1. Oldmel
          06.06.2024 07:07

          151к на оборудке ST и это с монтажем, без абонентской


      1. PereslavlFoto
        06.06.2024 07:07
        +1

        Ежемесячный платёж в 9800 составляет от половины до трети заработной платы сторожа. То есть сторож получается дешевле.


        1. NotebookKiller
          06.06.2024 07:07

          На горизонте год - дешевле, а дальше зависит от системы и сторожа :)


          1. PereslavlFoto
            06.06.2024 07:07

            Сторожу всё равно придётся выдавать зарплату.


        1. augap
          06.06.2024 07:07

          Да и ворота можно без привода, пусть сторож открывает)


        1. tooler
          06.06.2024 07:07

          И логи будет в тетрадках вести.


          1. NotebookKiller
            06.06.2024 07:07
            +1

            Зато рабочее место создали! А потом ещё ревизора для тетрадочки


  1. ponikrf
    06.06.2024 07:07
    +1

    Вобще решение овер сайз. Начнем с того, что есть шлагбаумы которые идут сразу с платой управления. Его цеплять можно прямо по RS485 или брать дискретные сигналы прямо с платы. Соответсвенно, можно забыть про кучу автоматики внутри шлагбаума, а только получать состояние и управлять через RS485. Причем такие шлагбаумы со встроенной автоматикой сами следят за фотоэлементом и проездом машины.

    Остается только вопрос определения номера, и вот бесплатных и хороших решений для наших номеров я так и не нашел, а самому делать - времени нету. В итоге взяли решение которое условно говоря при распозновании вебхуком сообщает кто подъехал. Все остальное мелочи жизни.


    1. augap
      06.06.2024 07:07
      +2

      Работали с существующими воротами/шлагбаумом. Менять под наши возможности задач не стояло. Цена модулей WB тут чуть больше 10к.


  1. Jury_78
    06.06.2024 07:07
    +3

    Два авто с одинаковым номером пустит? :)


    1. augap
      06.06.2024 07:07
      +2

      Да. А вот номер распечатать и таскать на картонке - не пустит)


      1. NotebookKiller
        06.06.2024 07:07
        +3

        Ну номер сейчас сделать тыщу рублей стоит


      1. konst90
        06.06.2024 07:07
        +2

        номер распечатать и таскать на картонке - не пустит)

        Почему?


        1. augap
          06.06.2024 07:07

          Пробовали) Если честно, могу только догадываться почему так.


          1. Gryphon88
            06.06.2024 07:07
            +3

            Очень плохой ответ от специалиста по безопасности)


      1. fio
        06.06.2024 07:07
        +1

        Картонку на левый автомобиль прицепить


  1. gidwin
    06.06.2024 07:07
    +2

    А что будет, если распечатать на бумажке номер из белого листа приклеить к машине, то пропустит?


    1. gidwin
      06.06.2024 07:07

      А что будет, если свет отключат на вашем локальном решении?


      1. NotebookKiller
        06.06.2024 07:07
        +1

        А что будет, если молния ударит в ворота?


        1. Levitskyi
          06.06.2024 07:07
          +3

          А что будет, если приехать на мотоцикле/квадроцикле?


          1. NotebookKiller
            06.06.2024 07:07

            Там таких не любят! Ну или задним ходом заезжать :)


          1. augap
            06.06.2024 07:07

            Мото и квадратные номера тоже распознаются


            1. Ivnika
              06.06.2024 07:07
              +2

              Вопрос не в распознавании, камера так понимаю только передние номера считывает, а у мотоцикла номер сзади


      1. garageman
        06.06.2024 07:07

        По портреблению - на сфотографированном в щитке АКБ - будет работать пару часов. А вот сам шлагбаум - в зависимости от того есть на нем свои АКБ или нет.


        1. augap
          06.06.2024 07:07

          На одном объекте при отключении света шлагбаум с аккумов автоматом поднимается.


          1. NotebookKiller
            06.06.2024 07:07

            Запишем


          1. Format-X22
            06.06.2024 07:07

            А почему не гравитационно? И аккумулятор был бы не нужен. Нужно лишь сделать так чтобы противовес был чуть тяжелее и держать защелкой/магнитом. Света нет - оно отщелкнуло и плавно поднялось силой гравитации.


      1. augap
        06.06.2024 07:07

        Если бюджет позволяет, можно солнечный инвертор, плюс аккум на 50 Ач и больше поставить, опыт имеется)


  1. Krey
    06.06.2024 07:07
    +1

    Номеров для полной автоматизации недостаточно. Должна ещё распознаваться расцветка специальных служб.


    1. Harwest
      06.06.2024 07:07
      +1

      Спецслужбы вахтер кнопкой пустит )


      1. randomsimplenumber
        06.06.2024 07:07
        +2

        Если есть вахтер с кнопкой - зачем автоматика?


        1. Harwest
          06.06.2024 07:07

          Вдруг уснул, или на обеде, или понос...


          1. NotebookKiller
            06.06.2024 07:07
            +4

            А тут скорая с пожаркой


    1. augap
      06.06.2024 07:07

      Любой житель кто их вызвал с приложения могут впустить. Я думаю если пожар то заранее поднимут вообще


  1. RangerRU
    06.06.2024 07:07

    ИИ или нейросети?

    Вы уж опеределитесь


  1. fizikdaos
    06.06.2024 07:07
    +6

    Техническое решение - это хорошо, пусть роботы работают, а не человек. Но это все игра в театр безопасности. Кому сильно надо, тот и пешком прогуляется, и за другой машиной проедет, и шлагбаум сломает, и еще кучу способов как проехать придумает.

    Предлагаю более изящное решение - ставим оптический датчик возле шлагбаума. Машина подъехала (любая) - открыли. Итого: все жители - могут заехать. Все не жители - просто не будут заезжать, что они там забыли? Все, задача решена.


    1. augap
      06.06.2024 07:07

      Точно также паровозиком заехать смогут если надо в вашем решении. Стоимость оборудования опять же. У нас не режимный объект, задачи усложнять жизнь жителям не стояло.


  1. yray_yym
    06.06.2024 07:07
    +3

    Ребят, ну честное слово - велосипед изобретаете: Hikvision iDS-TCM203, цена 50тр минус 20% ндс. Без облака, локальное распознование по выбранным странам, определение въезда/выезда, статистика, интеграция в скуд, как сухими контактами так и по протоколам и через апи. Для домашнего примения чисто режим управлеия воротами шлагбаумами. 50тр, воткнул и работет. И да как камера, вполне приличная, по онвиф тоже работает.


    1. wofs
      06.06.2024 07:07
      +1

      Вроде где-то была новость, что Hikvision ушли из РФ. Да, наверняка можно купить по серым каналам, но где гарантии, что оно так будет вечно? Все таки у людей бизнес, а его лучше строить на легально доступном оборудовании, чтобы в будущем иметь меньше проблем в обслуживании.


      1. yray_yym
        06.06.2024 07:07

        Это самое дешёвое, что я использовал, но есть аналоги от отечественного БОЛИДа, или от ДАХИ. А на счёт ухода хиквижена, у них на этот случай давно припасён бренд хайватч


    1. augap
      06.06.2024 07:07

      И приложение у каждого жителя и со своими гостями каждый сам разбирается?


    1. igrblkv
      06.06.2024 07:07

      Это надо две: на впуск и на выпуск?


  1. ZlodeiBaal
    06.06.2024 07:07
    +1

    Вы уверены что у вас распознавание поддерживает NPU? Скорее всего на CPU же бегает. Затаскивать на Khadas что-то отличное от простой классификации или детекции достаточно болезненно. Просто по вашему посту где скопировано "поддерживается TensorFlow, Caffe", которые уже давно никто не использует. И в коментах то же самое.
    Но это не поддержка, а экспорт. А для экспорта там ONNX используется.
    Ну и в целом разница между каким-нибудь ncnn и инференсом на NPU будет максимум раза в полтора-два. Часто в этом нет смысла, когда на плате уже CPU загружен.


  1. oleg_rico
    06.06.2024 07:07
    +1

    Очень хорошо что не используется облако. В Московском торговом центре Ривьера до известных событий система запоминала номер заехавшего на парковку автомобиля и спокойно его выпускала в бесплатный период. Но там использовались облачное решение и потом они сломались:)


  1. newz20
    06.06.2024 07:07

    Не буду ругать указанное решение. Но как минимум есть более дешевые системы распознавания номеров ПО Линия с лицензией 2900 на камеру, для распознавания с 2 камер и i3 хватит старенького. Отправка команд по http куда угодно, Ну и охранику кнопку сделать не проблема, да хоть с телефона в wifi сети. . Таким образом web реле за 5к + 5800 за 2 камеры (любые нормальные) + комп + плата gsm (если номер не распознался мне без разницы звонить или в приложение залезать). Экономически платить 9800 в месяц за облако не обосновано, за симку в 40 раз дешевле будет.


  1. Pusk1
    06.06.2024 07:07

    Вспомню, что уже на pentium 100 конце рошлого века эта задача была успешно решена. попутно ещё и скорость считывалась. Разработчики рассказывали, что windows не подходит, т.к. он не умеет в реалтайме работать, а в dos они сильно ограничены размером памяти.
    Нашёл упоминаине лишь про вторую версию. http://old.prominform.com/index.php?option=com_content&view=article&id=134&Itemid=102
    Технически стоял pentium 100 на посту ГАИ, с камеры на него шёл видеопоток. 4 полосы на такой железяке получалось распознавать только на низкой скорости до 40 км/ч. Базы МВД синхронизировались по модему.


  1. moonland
    06.06.2024 07:07
    +2

    Спасибо за статью, интересно всегда читать материалы от коллег. Скажите как происходит селекция изображений для распознавания в период срабатывания датчика движения? ведь датчик движения - это диапазон времени и стало быть поток видео из которого вы забираете кадр каждую секунду. может получиться Так, что на распознавание отправилось 7 изображений (7 секунд было движение), и номер есть только на седьмом кадре.


  1. Ffackir
    06.06.2024 07:07

    Есть такое свободное решение дипстак ищет совпадение по картинке + внедряем автоматизацию вроде редлайна или хомассистант и получаем полную автоматизацию за 5 рублей я вот обожаю такие статьи когда люди героически изобретают велосипед и потом гордо выплескивают это в сообщество... Есть куча опесорных решений . и маленькая тележка...


    1. wofs
      06.06.2024 07:07

      Здравствуйте. Поделитесь, пожалуйста, примерами коммерческих внедрений предлагаемого вами решения. Интересно посмотреть на результат и посчитать экономику.


  1. trikot
    06.06.2024 07:07

    А номер грязный? Что в нашей стране сплошь и рядом. Тут никакой ИИ не поможет. Лучше метка на лобовухе.


    1. randomsimplenumber
      06.06.2024 07:07
      +1

      Грязный номер - шлагбаум не открылся. Идеально. Значит, не нужно ему туда. Было бы нужно - нашел бы тряпку. :)


  1. Akr0n
    06.06.2024 07:07

    Подскажите открытые селфхостед решения для подобных задач (распознавание людей\объектов в потоке от камеры по RTSP).