Sensore laser LiDAR nell'applicazione nel campo della sicurezza

LiDARSensore laser emette attivamente luce laser e può ottenere informazioni quali distanza, orientamento, velocità e contorno di un bersaglio intruso con alta precisione e alta risoluzione. È stato ampiamente utilizzato in campi come la sicurezza urbana e la sicurezza industriale. Questo articolo presenta brevemente i principali produttori di lidar di sicurezza nazionali ed esteri e le specifiche tecniche dei loro prodotti. Combinando le esigenze di diverse applicazioni di sicurezza, i principi, le caratteristiche e la situazione attuale del lidar in diversi sistemi tecnici vengono discussi da tre aspetti: schema di misurazione, metodo di scansione e selezione della sorgente luminosa. Infine, vengono riassunte e prospettate le tendenze applicative e le prospettive di sviluppo del lidar di sicurezza. Al fine di soddisfare le esigenze delle applicazioni di sicurezza dei consumatori, il lidar di sicurezza si svilupperà ulteriormente nella direzione del basso costo, delle alte prestazioni, della serializzazione, della miniaturizzazione, dello stato solido, della chipizzazione e dell'integrazione multi-sorgente.

Con lo sviluppo della scienza e della tecnologia e il miglioramento della consapevolezza della sicurezza, sempre di piùTecnologie di rilevamento dei sensori laservengono utilizzati nel mercato della sicurezza. I metodi di sicurezza tradizionali utilizzano sensori attivi e passivi per il rilevamento per realizzare applicazioni quali monitoraggio del suono, videosorveglianza, allarme a infrarossi e identificazione del controllo degli accessi. LiDAR (Light Detection and Ranging, LiDAR) è un sensore intelligente per la percezione attiva dell'ambiente. Rispetto alle telecamere tradizionali e alla tecnologia di rilevamento a infrarossi passivi, non è limitato da condizioni quali l'ambiente di illuminazione e le caratteristiche del target e ha una forte anti-interferenza. Rispetto alla tecnologia del raggio laser può fornire informazioni come la posizione dinamica del bersaglio, ha funzioni di posizionamento e tracciamento ed è altamente flessibile; rispetto alle tecnologie radar tradizionali come il radar a onde millimetriche e a microonde, la sua lunghezza d'onda operativa è più breve e può ottenere con precisione informazioni come la distanza e la velocità del bersaglio. ,Alta risoluzione. Si può vedere che il lidar presenta evidenti vantaggi nel campo della sicurezza, ha una vasta gamma di scenari applicativi e svolge un ruolo importante nella sicurezza urbana e industriale. Il lidar tradizionale a livello di rilevamento è solitamente ingombrante e costoso, il che ne limita la promozione e l’applicazione su larga scala nel campo della sicurezza. La domanda del mercato per lidar leggeri e a basso costo è in aumento. Inoltre, la particolarità del campo della sicurezza prevede alcuni requisiti speciali per la progettazione dell'hardware lidar, degli indicatori di prestazione e degli algoritmi software: la protezione perimetrale delle aree sensibili richiede un alto tasso di rilevamento e un basso tasso di falsi allarmi; monitoraggio dell'ambiente per la protezione del bersaglio. La sua sorgente luminosa deve essere nascosta e sicura per gli occhi umani; la protezione dell'edificio in condizioni difficili richiede che sia stabile e affidabile con un elevato livello di protezione.

Per soddisfare le esigenze specifiche nel campo della sicurezza, la ricerca sulle principali tecnologie Lidar continua ad approfondirsi. Le principali differenze tra i LiDAR di diversi sistemi tecnici risiedono nello schema di misurazione, nel metodo di scansione e nella selezione della sorgente luminosa. Questi tre aspetti determinano direttamente i parametri fondamentali come la sicurezza dell'occhio umano, le prestazioni di rilevamento e il campo visivo di scansione. Sono la chiave per ottenere un basso consumo energetico e la miniaturizzazione. La chiave per la produzione di massa a basso costo di lidar di sicurezza di livello consumer. Il trend di sviluppo futuro del settore della sicurezza sarà quello di "identificazione intelligente, allarme rapido intelligente, elaborazione in tempo reale" a tutto tondo e per tutte le condizioni atmosferiche, che richiede che il sistema sia più intelligente e integrato pur avendo prestazioni elevate. La combinazione della tecnologia lidar con tecnologie come l’intelligenza artificiale e l’Internet mobile può consentire uno sviluppo diversificato di tecnologie e prodotti di sicurezza.

Essendo gli "occhi" della sicurezza intelligente, la caratteristica principale del lidar di sicurezza risiede nella protezione della sicurezza. Innanzitutto è in grado di rilevare gli obiettivi delle intrusioni e allo stesso tempo fornire avvisi di sicurezza; in secondo luogo, ha un elevato livello di sicurezza e soddisfa le esigenze di sicurezza dell'occhio umano e di occultamento della sorgente luminosa; infine, ha un elevato livello di protezione e può funzionare in modo stabile e affidabile in ambienti difficili. Sulla base dei parametri fisici rilevati, come distanza, scala di grigi, velocità e angolo, il lidar di sicurezza può calcolare l'orientamento, la distanza, la larghezza e la profondità del bersaglio in tempo reale e viene utilizzato in diversi tipi di scenari di sicurezza. Ad esempio, il lidar può essere utilizzato in campi quali il rilevamento della sicurezza industriale e la protezione degli edifici per monitorare aree target e ottenere avvisi sulla distanza di sicurezza; speed lidar può essere utilizzato per monitorare i veicoli in movimento in velocità e classificare accuratamente le violazioni per garantire la sicurezza stradale. Sicurezza. Inoltre, lidar può utilizzare informazioni quali distanza, angolo e scala di grigi per ottenere l'imaging del target ed è adatto per il monitoraggio e il riconoscimento del target e altri campi. Il lidar di sicurezza è ampiamente utilizzato in aree quali la protezione perimetrale, il monitoraggio industriale, gli avvisi di intrusione e la protezione dei reperti culturali.

Fig. 1 Scenari applicativi. （a）Protezione perimetrale;（b）monitoraggio industriale;（c）avviso di intrusione;（d）protezione dei beni culturali

Negli ultimi anni, con il rapido sviluppo del lidar di sicurezza, i suoi scenari applicativi sono diventati sempre più estesi, dalla protezione di edifici interni ed esterni al controllo intelligente del traffico, all'allarme aereo anti-UAV (Unmanned Aerial Vehicle, UAV), ecc. Per gli obiettivi dell'intrusione in diversi scenari di sicurezza, il lidar di sicurezza ha un tasso di rilevamento elevato e può determinare gli attributi dell'obiettivo dell'intrusione, determinare le informazioni sulla posizione e fornire avvisi tempestivi. Gli obiettivi di rilevamento nei diversi scenari di sicurezza sono mostrati nella Tabella 1. Si può vedere che gli obiettivi di intrusione presi di mira negli scenari delle applicazioni di sicurezza sono principalmente le folle. Pertanto, in una certa misura, ciò richiede che il lidar di sicurezza soddisfi i requisiti di occultamento della sorgente luminosa e di sicurezza dell’occhio umano. Ciò consente la protezione nascosta e il monitoraggio della sicurezza degli obiettivi di rilevamento. Per far fronte a un ambiente complesso in continua evoluzione, nel campo della sicurezza, gli integratori e i clienti finali prestano maggiore attenzione alla precisione di rilevamento degli obiettivi di intrusione, come l'effetto di riconoscimento e la precisione del posizionamento, nonché al basso tasso di falsi allarmi e falsi negativi valutare. Tuttavia, il fattore chiave che influenza il tasso di falsi allarmi e il tasso di falsi allarmi del lidar di sicurezza non è la precisione della misurazione, ma la capacità anti-interferenza stabile e affidabile e la capacità di protezione del lidar di sicurezza. Come mostrato nella Figura 2, in scene forestali complesse, l’utilizzo di droni dotati di lidar per rilevare obiettivi di intrusione può portare a valutazioni errate a causa della complessità di fattori quali temperatura e umidità nell’ambiente di lavoro. Pertanto, il lidar di sicurezza dovrebbe avere le caratteristiche di un elevato livello di protezione, una forte capacità anti-interferenza e una buona adattabilità ambientale per garantire il normale utilizzo in ambienti difficili.

Fig. 2 Droni dotati di LiDAR di sicurezza per rilevare bersagli di intrusione in uno scenario forestale

Il lidar tradizionale è utilizzato principalmente in settori come il rilevamento ingegneristico di alta precisione e il rilevamento industriale. La precisione della misurazione può raggiungere il livello millimetrico, mentre la precisione della misurazione dell'angolo è generalmente 0. 001 gradi o anche meno. Adotta una struttura meccanica di cablaggio multifilo. Con la perdita delle parti mobili interne, la durata utile si riduce, i costi di manutenzione aumentano e la stabilità è scarsa, il che limita notevolmente la promozione e l'applicazione del lidar nel campo della sicurezza. Tra i principali prodotti lidar di sicurezza stranieri, Flash significa flash ad array di aree, OPA significa array a fasi ottiche e ρ è la riflettività target. Rispetto al lidar tradizionale, ha dimensioni ridotte, evidenti vantaggi in termini di costi, buona stabilità ed è facile promuovere la produzione di massa. I principali produttori di lidar di sicurezza commerciale includono la tedesca SICK e la giapponese HOKUYO. I prodotti lidar di sicurezza di queste aziende sono lidar 2D a linea singola maturi, ampiamente utilizzati nei settori industriali e occupano la parte principale del mercato della sicurezza. Il campo della sicurezza non ha requisiti elevati per la precisione di misurazione del radar laser. La precisione della misurazione è generalmente a livello centimetrico e la precisione della misurazione dell'angolo è di circa 0,1 gradi. Negli ultimi anni, il lidar a stato solido ad alte prestazioni e a basso costo lanciato da aziende come Quanergy e Ouster negli Stati Uniti è gradualmente diventato un prodotto indispensabile nel campo delle applicazioni di sicurezza intelligente lidar.

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