Die Entwicklung auf der ‘grünen Wiese’ bedeutet, dass ein System ohne weitere Anforderungen an Technologie oder Integration erstellt wird. Für Data Scientists ist dies der Inbegriff für Freiheit.

In diesem Blog Post stelle ich eine Sicherheitslösung in einem Fahrstuhl vor, um Vandalismus in dem Aufzug und die Verursacher möglichst schnell zu erkennen. Es ist eine massgeschneiderte Lösung auf der grünen Wiese. Folgende Anforderungen muss das System abdecken:

  • Die gesamte Hardware muss auf dem Kabinendach des Fahrstuhls installiert werden können.
  • Die Kamera soll im Sekundentakt Bilder machen.
  • Die Bilder sollen mehrere Wochen gespeichert werden können.
  • Externer Zugriff soll möglich sein.
  • Das System soll regelmäßig einen Status schicken.
  • Das System soll auch funktionieren, wenn das Internet mal nicht verfügbar ist.
  • Günstig soll das System natürlich auch sein.

Bei vielen solchen Projekten bietet sich die Entwicklung über eine Cloud an. Die Cloud ist zuverlässig, bietet viele Optionen und zuletzt durch pay-as-you-go auch noch günstig. Die Nutzung der Cloud wird jedoch komplizierter, wenn keine zuverlässige Internetverbindung zur Verfügung steht, da aus dem Fahrstuhlschacht die Verbindung über GSM oder WLAN nicht ausreichend gut ist. So reizvoll die nutzungsabhängigen Kosten sind, kann bei Bildern im Sekundentakt einiges an Volumen und damit Kosten anfallen. Diese Faktoren waren entscheidend, dass ich die Lösung komplett mit Open Source Software erstellt habe. Vielleicht war es nur einfach mal wieder schön, alles selbst zu programmieren.

Hardware

Um die Kosten und den Platzbedarf gering zu halten, läuft alles auf einem Raspberry Pi 4. Ich empfehle ein passendes Case für den Raspberry zu kaufen. Als Alternative kann man auch ein Case selber drucken und direkt so designen, dass alle weitere Komponenten und Kabel Platz darin finden. Statt einer speziellen Überachungskamera mit eigenem WLAN verwende ich eine einfache USB-Kamera, wie man sie auch für Online Meetings verwendet.

Aufnahme im Fahrstuhl am Tag

In einer Version des Aufbaus hatte ich ebenfalls eine weitere Festplatte angeschlossen, so dass die Bilder länger, in besserer Auflöung oder in höherer Frequenz gespeichert werden können. In der aktuellen Version nutze ich als Speicher die eingebaute SD-Karte, auf der auch das Betriebssystem installiert ist. Im Test schien die magnetische Festplatte auch nicht robust genug für den hochfrequenten Schreibzugriff auf einem sich bewegenden Fahrstuhl.

Nachtsicht

Als kleines Extra kann man die USB-Kamera durch eine Nachtsichtkamera ersetzen. Die Bilder bei normalem Licht sind weiterhin sehr klar und zusätzlich ist es möglich, in der Nacht gute Aufnahmen zu erhalten. Eine solche Kamera ist unwesentlich teurer und einige Modelle bieten zusätzliche stabilere Gehäuse an. Die Stromversorgung läuft weiterhin über die USB-Schnittstelle des Raspberry Pi.

Aufnahme im Fahrstuhl mit Nachtsichtkamera

Externe Anbindung und Statusnachricht

Das System soll über über das Internet erreichbar sein, damit Vanadalismus schneller erkannt werden kann. Hierfür ist auf dem Raspberry ein VNC-Client installiert, der den Zugriff über das Internet erlaubt. Die Internetverbindung wird über ein WLAN-Modem mit einer SIM-Karte erreicht. Das Modem fährt direkt auf dem Kabinendach mit, aber selbst in den unteren Etagen war das System stabil erreichbar.

Das System verschickt zusätzlich eine Statusnachricht per Email über ein Python Skript, das über Cron gestartet wird. Die Email enthält das letzte Foto aus der Fahrstuhlkabine und zeigt an, wieviel Speicherplatz noch verfügbar ist. Twilio war in einer früheren Version des Systems angebunden, so dass auch Nachrichten über WhatsApp geschickt wurden. Der Service kostet allerdings einen kleinen Betrag pro Nachricht und bietet keinen großen Vorteil gegenüber Emails.

Statusnachricht per Email

Personenerkennung

Als weiteres Extra ist eine Personenerkennung über OpenCV eingebaut. Das Modell erkennt, dass eine Person in der Kabine ist, aber ordnet die Person nicht zu. Bilder mit Personen werden separat gepeichert und niemals per Email verschickt. So werden die Persönlichkeitsrechte geschützt.

Zusammenfassung

Auf dem Markt gibt es unzählige Überwachungssysteme mit unterschiedlichen Vor- und Nachteilen. Nicht jeder wird die Möglichkeit haben, ein stabiles System auf Basis von Open Source zu entwickeln, das für jeden spezifischen Einsatz optimal ist. Ich hoffe, dass dieses Projekt den Einstieg für die eigene Lösung erleichtert und stelle deswegen den gesamten Code als Open Source auf GitHub zur Verfügung.