Technische Daten

Wie ein Sentinel-Adapter funktioniert und mit einer Wildkamera interagiert

Der Sentinel wurde entwickelt als ein benutzerfreundliches Modul, das an handelsübliche Wildkameras angeschlossen wird, um sie mit Datenverarbeitungs- und Übertragungsfunktionen aufzurüsten, ohne die Notwendigkeit, die Wildkamera zu modifizieren. Sentinel-Geräte enthalten eine kundenspezifische Leiterplatte (PCB) mit einem energieeffizienten System, das von einem Mikrocontroller SAM D21E (MCU) (Microchip Technology, Chandler, AZ, USA) und einem hochleistungsfähigen Google Coral System-on-Module (Coral SoM) mit integriertem Tensor Processing Unit (TPU) betrieben wird (Abbildung 1.1a) und in einem wetterfesten Kunststoffgehäuse untergebracht ist (Abbildung 1.1b). Die Leiterplatte kann optional mehrere Kommunikationsmodule enthalten, darunter Mobilfunk (Blues Wireless Modul; Blues Inc., Boston, USA), LoRa (Notecard für LoRa; Blues Inc., Boston, USA) und Satellit (Swarm-Modul; Hawthorne - Kalifornien, USA) zusätzlich zu WiFi. In den hier präsentierten Leistungsdaten konzentrieren wir uns auf eine Hardwareversion, die nur das Mobilfunkmodul enthält. Ähnlich wie das Nvidia Jetson Nano ist das Coral SoM ein Einplatinencomputer mit einem spezialisierten neuronalen Netzwerkchip (in diesem Fall einer Tensor Processing Unit - TPU), der in der Lage ist, Wildkamerabilder mit neuronalen Netzwerkmodellen zu verarbeiten. Das Coral SoM läuft unter einem Linux-Betriebssystem (Mendel, eine Debian-Variante), das das TensorFlow Lite-Framework unterstützt. Darüber hinaus enthält die Leiterplatte kundenspezifische Energieverwaltungsbauteile, einen Schaltkreis zur Erkennung des Auslösers der Wildkamera, Verbindungen zwischen Kommunikations- und Datenverarbeitungsmodulen sowie einen microSD-Steckplatz zur Speicherung erfasster Bilder. Der Sentinel wird von 2+5 wiederaufladbaren 18650-Lithium-Ionen-Akkus mit Strom versorgt und bietet die Möglichkeit, über ein externes Solarpanel betrieben zu werden. Eine Reihe von LED-Leuchten ermöglicht es Benutzern, die richtige Funktion des Geräts im Feld nachzuverfolgen und zu überprüfen.

Der Sentinel wird direkt über ein USB-zu-SD-Kabel mit dem SD-Kartensteckplatz der Wildkamera verbunden (Spypoint, Victoriaville, Kanada; Abbildung 1.1b). Das Kabel verbindet sich über den Mini-USB-Anschluss mit der Sentinel-Leiterplatte und ersetzt die normale SD-Karte in der Wildkamera. Diese Architektur ermöglicht grundlegende Kamerafunktionen wie Auslösegeschwindigkeit, Bildqualität und Batterielebensdauer unverändert und eliminiert die Notwendigkeit, die Wildkamera zu manipulieren. Die Kompatibilität wurde mit den meisten großen Marken von Wildkameras getestet, einschließlich verschiedener Modelle von Browning, Bushnell und Reconyx. Verbindungsprobleme hängen meist mit der korrekten Positionierung der SD-Karte im Steckplatz oder damit zusammen, dass das Kabel die Karte beim Schließen der Kameratür herauszieht.

Abbildung 1.1: Sentinel-Hardwarekomponenten und -montage. (a) Vorder- und Rückseite der kundenspezifischen Leiterplatte mit allen Hauptkomponenten nummeriert. (b) Zusammengesetzter Sentinel mit Wildkamera. Sentinel und Wildkamera werden aufgrund des Spypoint-Kabels, das sie verbindet, in unmittelbarer Nähe zueinander installiert. (c) Installierter Sentinel und Wildkamera.

Grundfunktion

Der Sentinel registriert das Auslösen der Kamerafalle. Wenn die Anzahl der Kameraauslösungen einen bestimmten Schwellenwert überschreitet oder wenn ein gesetzter Zeitfensterschwellenwert verstrichen ist, 'wacht er auf': Im Fall der Mobilfunkkommunikation, auf die wir für diese kurze Beschreibung eingehen, aktiviert der Sentinel-Mikrocontroller (MCU) zunächst das Mobilfunkmodul, das versucht, sich mit einem 4G-LTE-Sendemast zu verbinden. Wird kein 4G-Signal gefunden, versucht das Mobilfunkmodul auf 2G (GSM) zurückzufallen. Dieser Prozess verbraucht etwa 72 mA und dauert typischerweise 60 s, obwohl längere Zeiträume je nach Umgebung, z. B. dichtem Regenwald, eingestellt werden können. Die MCU schaltet dann das Coral SoM ein, das die verkabelte SD-Karte (in der Wildkamera) einbindet, alle Bilder von der SD auf die Sentinel-microSD überträgt, bevor es die SD löscht und aushängt (~860 mA). Das Coral SoM führt dann Inferenz auf allen übertragenen Bildern durch (~965 mA), bevor es die Klassifizierungsergebnisse zusammen mit zusätzlichen Informationen zu Insights komprimiert. Ein Insight enthält typischerweise das Artenlabel, einen Bildausschnitt, die Klassifizierungssicherheit und einen Zeitstempel. Komprimierte Insights werden zusammen mit Gerätedaten wie Anzahl verarbeiteter Bilder, Batteriestand und verbleibendem Speicherplatz auf der microSD zur Mobilfunkübertragung in die Warteschlange gestellt (~860 mA). Nach Abschluss der Mobilfunkübertragung werden das Coral SoM und alle Kommunikationsmodule heruntergefahren und das System kehrt in den Tiefschlaf zurück (~1 mA).

Sobald Mobilfunkdaten empfangen wurden, werden Insights dekomprimiert und in einer Cloud-SQL-Datenbank gespeichert, von der sie an verschiedene Endpunkte ausgeliefert werden, wie das benutzerdefinierte Dashboard (https://mysentinel.info/) oder die EarthRanger-Plattform (www.earthranger.com).

Elektronik

• Google Coral SoM (System-on-Module)

  • NXP i.MX 8M SoC (Quad Cortex-A53, Cortex-M4F)

  • Google Edge TPU Coprozessor (4 TOPS (int8); 2 TOPS pro Watt)

  • 8GB eMMC Flash-Speicher

• Microchip SAM D21E Mikrocontroller

• Spypoint Cell-Link-Kabel

  • 512MB SD-zu-USB-Schnittstelle

• Kommunikationsoptionen

  • Wi-Fi (802.11b/g/n/ac 2,4/5 GHz)

  • Satellit (optional, SpaceX Swarm M138)

  • Mobilfunk (optional, Blues Wireless Cellular Notecard mit externem SIM-Slot)

  • LoRaWAN (optional, Blues Wireless LoRa Notecard)

• Stromversorgungsoptionen

  • (bevorzugt) 2x 18650 wiederaufladbare Lithium-Ionen-Akkus

  • (optional) 5x 18650 wiederaufladbare Lithium-Ionen-Akkus

  • (optional) Externes solarbetriebenes Batteriepacks (Hinweis: dies ersetzt alle 18650-Akkus)

  • JST-Stecker

  • Micro-USB

Sonstiges

Leistung

• Vom Benutzer definierte Fotoverarbeitungsperioden

  • Erreichte Bildanzahl (alle 10 Fotos, 30 Fotos usw.)

  • Eingestellter Zeitraum (alle 6 Stunden, 24 Stunden, 3 Tage usw.)

• Batterielebensdauer

  • Sentinel kann mit 7 Batterien (maximale Kapazität) etwa 800 Zyklen pro Ladung verarbeiten

• Modellunterstützung

  • YOLOv5 (einschließlich MegaDetector v5)

  • EfficientDet

  • MobileNet

  • ResNet

  • FOMO (Edge Impulse)

• Kamerunterstützung

  • Die meisten handelsüblichen Kamerafallen mit Standard-SD-Karten-Steckplatz

• Externer Speichersupport

  • MicroSD (bis zu 1 TB)

  • USB (bis zu 1 TB)

• Stromverbrauch

  • Schlaf: <1 mA

  • Bildverarbeitung: 600 mA–1 A

  • Spitze (für Mikrosekunden): 3 A

Stromverbrauch während aktiver Zustände