دراسة اكتشاف الدخان والدخان الأسود على RK3588 مع إنذار MCP2221A

ملخص الدراسة

سلّمت Beijing Winge Technology Co., Ltd. نظاماً أحادي القناة لمراقبة الدخان الصناعي على حاسوب طرفي RK3588 يعمل بنظام Ubuntu. يقيّم نموذج MobileNetV3-Small بصيغة ONNX ثلاثة إطارات لتحديد وجود الدخان أولاً، ثم يصنّف في النهار الدخان الأسود أو غير الأسود أو اللون غير المؤكد. وعند استمرار شرط الدخان الأسود مدة التأكيد، يخرج GPIO عبر MCP2221A مستوى الإنذار المضبوط.

شمل التسليم النموذج، وربط RTSP، ولوحة ويب، واختبارات الصور والفيديو، ونشر systemd/Nginx، وربط GPIO، وحزمة ARM64، ونسخة تراجع، وبصمات تحقق، وسجلات فحص الجهاز. مصطلح «الدخان الأسود» هنا تسمية لونية داخل المشروع، وليس درجة رينغلمان أو قياس تركيز ملوثات أو حكماً تنظيمياً للانبعاثات.

خلفية المشروع

احتاج العميل إلى ربط كاميرا صناعية واحدة بجهاز RK3588 داخل شبكة محلية محكومة، مع عرض مستمر وتقييم محلي للدخان. كما طُلب إخراج مستوى منطقي مرتفع أو منخفض من GP0-GP3 في MCP2221A للربط مع PLC أو مرحّل أو منارة أو صفارة.

لذلك شمل النطاق فك الفيديو، ونشر ARM64، والتشغيل التلقائي، وإعداد المتصفح، ومعالجة الأخطاء، وعزل خرج الاختبار، ومواد التثبيت، والتراجع. كانت البيئة RK3588 وUbuntu 22.04 ARM64 وNginx وGunicorn وOpenCV DNN وONNX.

نطاق التسليم

المكوّن	المحتوى
مرحلة الدخان	تصنيف MobileNetV3-Small ONNX بثلاثة إطارات
مرحلة اللون	أسود أو غير أسود أو غير مؤكد في النهار
الفيديو	RTSP أو HTTP أو ملف محلي مع عرض MJPEG
لوحة الويب	عنوان التدفق والخوارزمية وعتبة اللون ودبوس GPIO والمستوى الفعال
اختبارات الوسائط	صور وفيديو مع ربط اختياري بخرج MCP2221A
الإنذار	اختيار GP0-GP3 مع فعالية بالمستوى المرتفع أو المنخفض
التشغيل	Nginx وGunicorn وsystemd وudev وفحص الصحة وIP ثابت والتراجع
الملفات	حزمة ARM64 ونماذج وبرامج اختبار ووثائق وSHA-256

البنية التقنية

مسار المعالجة: كاميرا أو وسائط مرفوعة ← فك OpenCV/FFmpeg ← تصنيف دخان زمني بثلاثة إطارات ← حواجز للمشهد الثابت والإطار غير الطبيعي ← تصنيف اللون نهاراً ← تأكيد مستمر ← GPIO MCP2221A ← حالة الويب والسجلات.

يحمّل RK3588 نموذج ONNX عبر OpenCV DNN ولا يحتاج إلى PyTorch. يقدّم Nginx خدمة HTTP داخل LAN، بينما يستمع Gunicorn فقط على 127.0.0.1:8000. توجد الملفات في /opt/smoke-control، والإعدادات في /var/lib/smoke-control/config.json، ويدير smoke-control.service التشغيل التلقائي.

قرار بمرحلتين وسياسة الإنذار

تقيّم المرحلة الأولى ثلاثة إطارات متتالية. لا تعمل مرحلة اللون إلا بعد اكتشاف الدخان. في النهار تعيد black_smoke أو غير أسود أو غير مؤكد. في الليل يستمر اكتشاف الدخان، لكن اللون يكون unknown_night ولا يصدر إنذار دخان أسود.

يتطلب الإنذار وجود الدخان، ولوناً أسود، وثقة تتجاوز العتبة، واستمراراً لمدة التأكيد. استخدم خط الأساس ثانيتين. يمكن عزل اختبارات الرفع عن GPIO، وعند تفعيل الربط صراحةً يُحفظ مستوى الاختبار ثم تعود السيطرة التلقائية.

مشكلات الموقع والإصلاحات

تضمن المشهد الثابت أثاثاً داكناً، وانعكاسات زجاج، ومشاهد مظلمة ساكنة، وإطارات سوداء، ورسومات ثنائية، وضجيجاً وتدرجات. أضيفت حواجز للخلفية المتحققة، والمشهد الساكن المقيد بنيوياً، والإطار الأسود، والرسم الثنائي، والتدفق الساكن، والظلام العام.

لا تعمل قاعدة الظلام العام إلا عندما يكون متوسط الرمادي ≤ 24 والمئين 99 ≤ 50. أعطى الفحص العكسي لـ 1,760 صورة 0 تطابق. كانت أغمق عينة دخان أسود إيجابية بمتوسط 19.32، لكن المئين 99 بلغ 62، لذلك لم تُرفض.

في فيديو الدخان الأسود على خلفية ساطعة، كانت القاعدة القديمة تتطلب 14% من البكسلات الداكنة، بينما قاس فيديو العميل لمدة 37 ثانية 9.03%–11.38%. تُستخدم عتبة 8% فقط عندما يكون P90 للخلفية ≥ 250؛ ولا تطبق على المشاهد الداكنة العادية.

نتائج التحقق

الأرقام التالية من سجلات مشروع داخلية بتاريخ 26–29 يوليو 2026، وتنطبق فقط على الإصدارات والنماذج والعينات والجهاز والطريقة المذكورة؛ وليست ادعاء دقة عامة لكل موقع.

البند	النتيجة والشرط
فيديو العميل	37 ثانية، 1024×540، 30 FPS، 1,110 إطاراً، 74 عينة كل 0.5 ثانية
نتيجة الجهاز	دخان 74/74، مرشحو دخان أسود 73/74، تحقق شرط الإنذار المحاكى
حد الخرج	استخدم القبول `output_isolated=true` ولم يُشغّل GPIO
انحدار v1.9.4	TP 57 وFN 8 وFP 2 وTN 83؛ دون FP إضافي
اختبارات v2.0.3	نجح 70 اختباراً و18 اختباراً فرعياً
صور داكنة	13 نوعاً أسود وقريباً من الأسود وضجيجياً ومتدرجاً وJPEG وPNG بقيت «لا دخان»
الفحص العكسي	تطابقت القاعدة الجديدة مع 0/1,760 صورة
اختبارات جهاز العميل	ثلاث صور ضجيج/تدرج لم تفعّل الخرج المرتبط
إيجابي دخان أسود	ثقة الدخان 98.53% واللون 99.99% مع الحفاظ على الإيجابي
الحالة النهائية	ست عينات: التدفق متصل، لا دخان، لا إنذار، GP0 منخفض
سلامة النشر	تطابقت SHA-256 لأربعة ملفات؛ الخدمة active/enabled

نتيجة المشروع

اكتمل المسار من RTSP واستدلال ARM64 إلى القرار بمرحلتين وخرج GPIO.
إدارة التدفق والخوارزمية والعتبة والدبوس والمستوى من لوحة الويب.
فصل واضح بين اختبار الوسائط والمراقبة الحية والخرج المادي.
حواجز قابلة للانحدار للمشاهد الداكنة والإطارات السوداء والرسومات والضجيج والتدرج والخلفية الساطعة.
حزم ونماذج وبرامج نشر واختبارات ووثائق وبصمات ونقاط تراجع.

سيناريوهات مناسبة

نماذج أولية وتحقق هندسي لمراقبة الدخان من زاوية ثابتة في المنشآت الصناعية.
رؤية طرفية وتحكم LAN على أجهزة RK3588 ARM64.
تحويل قرار بصري إلى دخل PLC أو مرحّل أو منارة أو صفارة.
مراقبة محلية لقناة واحدة لتقليل رفع الفيديو الخام.

حدود التسليم والمخاطر

النظام ليس أداة قانونية لقياس الانبعاثات. لا ينتج درجة رينغلمان أو تركيز ملوثات ولا يستبدل اختباراً بيئياً أو شهادة أو قرار جهة رقابية. تؤثر الإضاءة وتوازن الأبيض والضغط والطقس والخلفية والزاوية والمسافة في اللون.

يوفر MCP2221A مستوى منطقياً فقط ولا يقود حملاً عالي التيار مباشرة. يحتاج PLC أو المرحّل أو الضوء أو الصفارة إلى مشغل أو عزل ضوئي حسب الجهد والتيار والعزل والأمان عند الفشل، ثم قبول كهربائي ميداني.

اللوحة الأساسية مخصصة لشبكة LAN محكومة. يتطلب الوصول العام مصادقة وتحكم وصول وHTTPS وحماية بيانات الكاميرا وتنقيح السجلات. قبل الإنتاج يجب تجميد مجموعة الموقع ومعايير Precision وRecall والإنذارات الكاذبة والفقد والاسترداد والتشغيل الطويل وإعادة التشغيل.

الأسئلة الشائعة

كيف يقرر النظام أن الدخان أسود؟

يكتشف الدخان من ثلاثة إطارات ثم يصنف اللون نهاراً. يجب تحقق الدخان واللون الأسود وعتبة الثقة ومدة التأكيد معاً.

هل يصنف الدخان الأسود ليلاً؟

يكتشف خط الأساس الدخان فقط ليلاً ويعيد unknown_night للون. يتطلب تصنيف الليل بيانات ومعايير قبول مستقلة.

هل يعادل مراقبة رينغلمان؟

لا. الدخان الأسود تسمية لونية بصرية؛ ولا يخرج النظام درجة رينغلمان أو تركيز جسيمات أو نتيجة انبعاث قانونية.

هل يمكن ربط كاميرا وPLC قائمين؟

يتم تقييم RTSP/HTTP والترميز والدقة وFPS والشبكة والمواصفات الكهربائية لمدخل PLC. يحتاج خرج MCP2221A إلى تشغيل وعزل مناسبين.

هل يحتاج جهاز RK3588 آخر إلى تحقق جديد؟

نعم. قد تغير أنظمة التشغيل وOpenCV/FFmpeg والتدفق والشبكة والحرارة والحمل والزاوية النتيجة. تُعاد اختبارات البناء والوظيفة والإنذار الكاذب والفقد والخرج والتحمل.