LiDAR (Light-Detection-and-Ranging) eine neue Technik für hohe Sicherheitsansprüche
Entmystifizierung von LiDAR
Ein Überblick über die LiDAR-Technologie
LiDAR ist das neueste Schlüsselwort in der Welt der „Sicherheitstechnik“
Aber wie genau funktioniert die Technologie? Wie viele Typen gibt es?
Und warum sollte man LiDAR statt anderer Sensoren einsetzen?
Was ist LiDAR ?
LiDAR steht für Light Detection and Ranging und ist eine beliebte Methode zur Umfelderfassung.
Dabei wird Licht in Form eines gepulsten Lasers eingesetzt, um Objekte zu erkennen und zu kategorisieren.
LiDAR-Sensoren erzeugen präzise, dreidimensionale Informationen über die Form und Oberflächeneigenschaften der umgebenden Objekte.
Die Technologie verwendet Laserstrahlen im augensicheren Bereich, um eine 3D-Darstellung der erfassten Umgebung zu erstellen.
Typische LiDAR-Anwendungen umfassen Vermessung, Geographie, Atmosphärenphysik und Archäologie.
Heute wird die Technologie zudem vermehrt in hochmodernen Anwendungen sowie in der Robotik, in autonomen Fahrzeugen und der Sicherheitstechnik eingesetzt.
Kernkomponenten von LiDAR
Ein LiDAR-Sensor, der die Umgebung abtastet und in einem virtuellen 3D-Format abbildet, besteht in erster Linie aus einer Laserquelle,
die Laserpulse aussendet, einem Scanner, der das Licht auf die Szene ablenkt, und einem Detektor, der das reflektierte Licht wieder aufnimmt.
Wie funktioniert die Technologie?
Ein typischer LiDAR-Sensor folgt einem einfachen Prinzip, das auch als Laufzeit-Prinzip bekannt ist.
Er sendet gepulste Lichtwellen in die Umgebung aus, die von umgebenden Objekten reflektiert werden und zum Detektor des Sensors zurückkehren.
Die Zeit, die jeder Impuls bis zur Rückkehr benötigt, wird zur Berechnung der zurückgelegten Strecke verwendet.
LIDAR-basierte Sicherheitssysteme - Anwendungsbeispiele
- Zonenüberwachung
- Einbruchserkennung
- Fassadenüberwachung
- Objekt-Tracking
Zonenüberwachung
Teure Ausrüstungen zu schützen, beispielsweise eine mehrere Millionen Dollar teure Turbine auf einer Bohrinsel oder einen Sportwagen, der auf dem Parkplatz eines Showrooms steht, kann sich schwierig und teuer gestalten.
Sicherheit bedeutet in einem solchen Fall auch die präventive Erkennung von Bedrohungen, um so das Risiko einer Beschädigung
des Eigentums möglichst gering zu halten. Hier können sich LiDAR-Sensoren als äußerst hilfreich erweisen,
weil sie die Objekterkennung und Überwachung eines Objektes in einem spezifischen Bereich mit hoher Genauigkeit und in Echtzeit ermöglichen,
wodurch Falschalarme minimiert werden.
Und so funktioniert es:
Um das Objekt, beispielsweise ein Sportwagen oder in unserem Fall eine Turbine, lässt sich ein Schutzbereich aufbauen, der als „No-Go-Zone“ fungiert. Wenn Objekte innerhalb dieses definierten Bereichs erkannt werden, wird ein Alarm im Sicherheitssystem ausgelöst.
Es kann jedoch auch eine ergänzende Sicherheitsvorrichtung aktiviert werden,
die der ersten Abschreckung von Eindringlingen dient.
Beispiele hierfür sind Kameras, Scheinwerfer oder Alarme. Zudem wird das Sicherheitsteam alarmiert und die Intervention kann eingeleitet werden.
LiDAR ist auch aus Datenschutzperspektive die offensichtliche Wahl:
LiDAR 3D-Daten sammeln anonymisierte Informationen, die keine Identifizierung von Personen zulässt.
Betritt eine Person eine gesicherte Zone, schalten sich Kameras ein, die rund um die Uhr die Sicherheit gewährleisten,
doch der LiDAR-Sensor erfasst keine personenbezogenen Daten.
Einbruchserkennung
Es gibt zahlreiche Gebäude und Anlagen, deren Grundstücksgrenzen gesichert und überwacht werden müssen.
Wenn es sich dabei um ein großes Areal handelt, kann die Absicherung sehr kostspielig werden und dennoch möglicherweise Schwachstellen aufweisen.
Ein weiteres massives Problem dieser so genannten Perimetersicherheit sind die Kosten infolge von Falschalarmen, da es aktuellen Sicherheitssystemen oftmals an Genauigkeit fehlt.
Die LiDAR-basierte Einbruchserkennung ist in Fällen hilfreich, in denen Eingang und Ausgang kontrolliert und überwacht werden müssen. Anwendungsbereiche sind beispielsweise Außenwände von Bankgebäuden oder Zäune um Firmengelände, bis hin zur Überwachung von Ein- und Ausgängen von Militäranlagen, Häfen oder Flughäfen.
Und so funktioniert es:
Parallel zum realen Zaun oder der realen Wand wird ein virtueller Zaun/eine virtuelle Wand mit Hilfe von 3D-Daten errichtet.
Dabei deckt ein einzelner LiDAR-Sensor Entfernungen bis zu 80 m ab.
Die hohe Genauigkeit der von LiDAR erzeugten 3D-Daten trägt dazu bei, dass Falschalarme minimiert werden und erlaubt die individuelle Anpassung an spezifische Bedingungen für die Auslösung eines Alarms.
Der User kann beispielsweise die Schwelle für die Mindestgröße eines Objektes
vor Auslösen eines Alarms festlegen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass weder Wildtiere noch Vegetation Falschalarme auslösen.
Die Genauigkeit der 3D-Daten gewährleistet auch, dass der Alarm nur ausgelöst wird, wenn eine Person die No-Go-Zone tatsächlich betritt,
und nicht bereits, wenn sich jemand lediglich in der Nähe bewegt.
Fassadenüberwachung
Nur sehr wenige der aktuellen modernen Sicherheitsvorrichtungen bieten Schutz vor Eindringlingen, die an Wänden oder Fassaden hochklettern.
Diese Art der Überwachung ist jedoch unerlässlich, falls die Gefahr besteht, dass eine Person oder ein Objekt versuchen könnte,
an einem Gebäude hochzuklettern, um beispielsweise durch ein Fenster einzudringen. Ebenso stellen die unzähligen mit Kamera ausgerüsteten Drohnen, die nahezu überall fliegen können, eine neue Sicherheitsbedrohung dar, für die es aktuell kein Gegenmittel zu geben scheint.
Wird ein LiDAR-Sensor mit einer vertikalen Ausrichtung montiert, kann der Sensor Schutz vor einer solchen Art des Eindringens bieten
und vor Personen oder Objekten (z. B. Drohnen) warnen, die sich entlang einer Wand nach oben bewegen.
LiDAR lässt sich einfach an sicherheitskritischen Gebäuden, wie etwa Strafanstalten, Regierungsgebäuden oder Museen, montieren, sodass unerwünschte Bewegungen entlang der Fassade erkannt werden.
Und so funktioniert es:
Der LiDAR-Sensor wird vertikal in der Höhe installiert, die abgedeckt werden soll. Die Montage kann flexibel erfolgen, wodurch der zu überwachende Bereich vergrößert werden kann.
Die ermittelten 3D-Daten sind äußerst wertvoll, weil ein Betreten/Verlassen des Gebäudes durch Klettern entlang der Fassade sofort erkannt wird,
die exakt betroffene Etage also genau identifiziert werden kann.
Mit Kameras ist dies nicht möglich, da diese die dritte Dimension nicht erfassen.
Im Falle der Fassadenüberwachung können LiDAR-basierte Sicherheitssysteme hohe Wände abdecken und sogar geöffnete Fenster und Türen erkennen.
Blickfeld LiDAR kann in 3D in einem Bereich bis zu 75 m scannen.
Die Breite eines 3D-Strahls – in diesem Fall 3,5 m in einer Distanz von 4 m
ist abhängig vom Montagewinkel und den LiDAR-Einstellungen.
Objekt-Tracking
Objekt-Tracking ist besonders hilfreich für Bereiche mit großen Menschenströmen und Bewegungen, also in Bereichen,
in denen aktuelle Sicherheitssysteme individuelle Objekte nur schwer tracken können. Denken Sie beispielsweise an den belebten Eingangsbereich eines Einkaufszentrums.
Mit LiDAR kann ein Sicherheitssystem für die Überwachung jeglicher Aktivitäten im gewünschten Bereich erzeugt werden, sodass Ein- und Ausgänge zur Shopping-Mall ebenso überwacht werden können wie das Haupttor.
Die Objekt-Tracking-Fähigkeiten eines LiDAR-Sicherheitssystems ermöglichen zudem das Zählen und Tracken von Menschen und Objekten,
die einen bestimmten Bereich/ein Tor betreten oder verlassen, Diese Daten können zur Kontrolle von Menschenströmen
und für die Business-Intelligence-Erfassung genutzt werden,
beispielsweise für Einzelhandelslösungen und das Crowd Management bei Großereignisse
Und so funktioniert es:
LiDAR und die ergänzende Software nutzen Bounding-Boxes um jede Punktwolke zur Identifizierung und Trennung unterschiedlicher Objekte im Blickfeld. Diesen Boxen werden dann an bestimmte Tracking-IDs übermittelt. Mithilfe der Objektdatenbank kann ein Objekttyp schnell durch Vergleich ermittelt werden (Auto, Zweirad, Fußgänger). Dank der Distanzvektoren lassen sich Richtung und Geschwindigkeit von beweglichen Objekten ebenfalls unkompliziert ermitteln, wie etwa die Anzahl von Objekten, die den Parkplatz und das Einkaufszentrum selbst betreten und verlassen.
LiDAR ist also auch für die Generierung von Business-Intelligence-Daten und Heatmaps für Menschenströme oder Conversion-Rate-Tracking
durch Personenzählung die perfekte Lösung für ein holistisches und allumfassendes Sicherheitssystem.
Das LiDAR-basierte Objekt-Tracking lässt sich dank der Beachtung des Datenschutzes in 3D-Daten auch
für die Implementierung von sozialen Distanzierungsmaßnahmen nutzen.
LiDAR im Vergleich mit anderen Sensoren
LiDAR-Sensoren garantieren Privatsphäre, sammeln unabhängig von Lichtbedingungen zuverlässig Daten, sie punkten bei schlechten Witterungsverhältnissen gegenüber Kameras, sind preisgünstiger bei größeren Projekten, da sie den vierfachen Bereich einer typischen Kamera abdecken, und werden mit neuen technologischen Entwicklungen immer erschwinglicher.
