雷达与激光雷达在“技术对决”中各自的优势
据麦姆斯咨询报道，现如今雷达（radar）和激光雷达（lidar）技术在自动驾驶汽车领域获得了巨大的市场需求，随着其技术的进步，周界监视领域所受到的影响也非常明显，在该领域中，这两种技术作为周界探测的可行性替代方案或增强方案得到了迅猛发展。为了进一步地了解这两种技术及其应用，securitydealer & integrator（sd&i）杂志社专门采访了安全领域技术大师steve surfaro和magos systems 美国区总经理yaron zussman，阐述了该两种技术在“技术对决”中各自的优势。哪一款更适合您客户的需求，由您来决定！
技术定义
radar源于radio detection and ranging的缩写，意思为“无线电探测和测距”，也就是利用射频波来探测目标。雷达的核心是物体探测传感器，利用无线电波来确定物体的距离、高度、方向和速度等。“这意味着雷达可以探测到大到降落机场航站楼的飞机，小到靠近发电站警戒线的人的任何情况。”zussman说，“地面雷达解决方案可为任何受保护的场所提供一周7天，一天24小时，360度的全面覆盖，从而在各种天气和照明条件下实现经济高效而又大面积的周界保护。”lidar（light detection and ranging）使用脉冲激光以与雷达类似的方式测量距离。“激光雷达发射激光束，通过测量光线打到物体或表面再反射回来所需要的时间，来计算激光雷达到目标点的距离并形成数据点，”surfaro说道，“获得的数百万个数据点，称为‘点云’，通过处理，几秒钟内就可呈现出精确的三维立体可视图像，而这些运行过程完全没有用到视频监控摄像头。与雷达或声波不同，激光雷达发射的激光在传输回其扫描仪时不会消散。”一般而言，激光雷达的成本高于普通地面雷达系统。这两种技术都可以轻松地安装到现有结构上，无需挖掘沟槽或铺设多余的布线。同时，雷达也可以是低功耗设备，甚至有些还可以用太阳能供电。
远程探测
正如zussman阐述的那样，单个地面雷达可以达到100度的方位角和30度的仰角。这种扩展的方位角和仰角能力可以使单个雷达在无其它额外设备的情况下，覆盖整个具有地形变化的区域。“在需要12台固定监视摄像头来保护工业设施的地方，同样的覆盖范围，现在可以通过使用单个雷达单元来实现。”zussman说，“天气和环境条件，如雨、雪或雾，这些通常困扰视频监控系统的状况，并不会影响雷达运行。”雷达技术的另一明显特征是其远程探测能力，即可以进行早期探测和警报。当将雷达部署在设施周边时，则可以自动探测到靠近的嫌疑人，随后远在他们到达警戒线之前，安保人员就会收到警报。“商用雷达已经开始渗透到安防市场，提供了超过半英里的强大目标探测能力。”zussman说。由于雷达的无线电波在接触物体时比激光雷达的光波吸收更少，这意味着他们可以在更远的距离运行，因此常用于飞机和战舰中以探测隐藏在雾、雨、雪和扬尘等恶劣天气状况下的潜在威胁。事实上，zusmman说，激光雷达和雷达之间最大的区别，在恶劣天气条件下进行野外部署时表现得最明显。“激光雷达很容易受到雾、雨、甚至扬尘的影响。”zussman说，“激光雷达光波的波长很短，确切地说，不到百万分之一米，这意味着他们很容易被空气中的水滴吸收。而另一方面，无线电波的波长高达约5厘米，这意味着他们可以轻松穿过雾、雨、雪，甚至沙尘中的水滴。”surfaro说，在可能出现水滴问题的情况下，激光雷达应该与其它辅助传感器一起使用，如摄像头和超声波传感器等。
集成 vs. 独立
为了创建有效的周界入侵探测解决方案，雷达通常与视频监控系统相结合。“雷达的主要优势在于他可以与其他安全和传感技术无缝对接，创建缩短响应时间的全周界解决方案。”zussman说，“通过将雷达与视频监控系统相结合，雷达可以自动将ptz（pan/tilt/zoom）摄像头定位到入侵者的位置，提供该入侵者的直观可视化验证，并允许安保人员在其移动时进行跟踪监视。随后，vms视频管理平台可以将入侵者的行动轨迹呈现在区域平面图上，从而提供更高的态势感知能力。将这两者结合在一起，安保人员可以实时监视和跟踪入侵者，并能够及时进行干预。”surfaro同意并补充说道，使用雷达来引导ptz摄像机系统可以减少监控站点所需的相机数量，从而显著降低安防成本。他说：“这种方法也覆盖了大面积区域，在多数情况下消除了视频分析软件的许可成本。”另一方面，激光雷达传感器系统则不需要监控摄像头来识别物体以及他们面对的方向和他们的轨迹。“因为雷达只会呈现一个点或极少不易识别的‘斑点’及其移动方向，所以需要视频监控摄像头确认物体的类型。”surfaro说。
精度和定义
据surfaro称，雷达的角度精度不如激光雷达，因为如果多个探测对象彼此靠得很近，雷达在弯道上会丢失目标，从而有可能出现识别困难。“例如，雷达可能会将附近的两辆小型汽车视为一辆大型车辆，从而发出错误的接近信号。”他说。“大多数激光雷达图像都具有有意义的颜色梯度，来表明物体的高度以及三维的最高细节，这对识别目标非常有用。”surfaro补充道，“相比之下，典型的雷达图像只是将单色渲染物体呈现为相似色调的‘斑点’。”在安防领域中，系统集成商和客户通常需要负责探测或降低人们破坏周界环境并造成伤害的威胁。激光雷达不仅可以探测到在开阔地区或十字路口行走的人，还可以辨别他们正面对的方向。“激光雷达的数据呈现非常详细和准确，安全操作员能够准确地预测人员行走或车辆行驶的方向，或者无人机盘旋在周边的距离。”surfaro说，“这种高水平的（细节）让用户甚至可以看到像窃取高价值精铜库存或持有大型自动武器的人一样的细节。”surfaro补充道，在晴朗的夜晚，固定或移动的激光雷达设备，即使在相距两个足球场的距离，也可以非常精确地看到这些细节。利用这种精度，激光雷达已被用于拉斯维加斯（las vegas）最近的智慧城市测试计划中，用来帮助保护行人、司机和道路工作者的安全。当交通信号发生变化时，行人进入人行横道，或者车辆卡在十字路口中会导致所有方向的交通自动停止。“waymo的激光雷达系统不仅可以探测行人，还可以辨别他们面对的方向。”surfaro说，“因此，激光雷达使周界保护系统能够准确地预测小偷可能会在何处突破受保护的空间，或行人会往哪里行走等。”
实现人工智能
雷达和激光雷达都有助于进一步利用人工智能和对周界探测系统的深度学习。激光雷达的细节和精度使得总部位于加拿大的geo-plus公司，得以构建人工智能并将其结合到其功能中。事实上，该公司的visionlidar点云软件包括了物体识别工具，可以自动探测和识别物体的几何形状。“许多解决方案供应商已经成功地使用人工智能来‘学习’几乎任何物体，这使得激光雷达设备在许多情况下比当前使用网络摄像头的视频分析更快、更准确、成本更低。”surfaro说。surfaro补充道，激光雷达的另一重要特征是，物体可以在保持公共空间隐私的同时进行目标的可视化和识别，这是需要遵守新gdpr（通用数据保护规范）的客户所要考虑的关键因素。“考虑到视频剪辑中‘编辑’或模糊面部特征和车辆牌照的成本很高，通常需要8小时来处理一分钟的监控视频，因而激光雷达的处理成本更低。”雷达还配备了先进的人工智能和深度学习软件，可实现精确的物体分类和降低虚假警报。“当今的先进雷达系统是通过板载信号处理和分析技术构建的，他们能够使用视频监控系统来确定移动物体是威胁还仅仅只是动物。”zussman解释说，“这种识别能力大大降低了虚假警报的风险。”
3d映射
您将如何处理激光雷达捕获的上百亿个三维地理定位数据点？构建数字高程模型（dem）或数字表面模型（dsm）！这些3d模型非常受欢迎，它们是激光雷达的独特之处，现在有一些公共成像库可供需要对设施周边区域进行3d绘图的用户使用。“许多庞大校园的设施管理人员以及区域机场管理人员经常发现，他们需要折中安全设计，以利于开发‘最低需求’的安防规划。”surfaro说，“从建筑工地到绘制洪水灾区地图，激光雷达传感器可以安装在警车上，随车而来，提供3d图像。”激光雷达设备通过安装在飞机、无人机、车辆、船只甚至背包上的系统来生成测量级数据。设施周边的建筑物高度和低洼（等级）都根据物体的高度在图示中呈现并重点着色。使用这些3d地图，系统集成商可以更好地了解监视摄像头可以或应该安装在哪里。3d地图还可用于查明需要医疗护理的人员的警报信息或具体位置。
目标市场
最后，由于雷达和激光雷达都能提供类似的结果，这两个技术的目标市场几乎完全相同。潜在的监测场景包括：• 机场• 桥梁• 商业设施• 建筑• 城市交通• 防御性反导弹系统• 数据中心• 政府设施• 物流配送中心• 核电站• 住宅小区• k-12（大学前的基础教育）和高等教育周边• 无人机防护• 公用变电站
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远程探测
正如zussman阐述的那样，单个地面雷达可以达到100度的方位角和30度的仰角。这种扩展的方位角和仰角能力可以使单个雷达在无其它额外设备的情况下，覆盖整个具有地形变化的区域。“在需要12台固定监视摄像头来保护工业设施的地方，同样的覆盖范围，现在可以通过使用单个雷达单元来实现。”zussman说，“天气和环境条件，如雨、雪或雾，这些通常困扰视频监控系统的状况，并不会影响雷达运行。”雷达技术的另一明显特征是其远程探测能力，即可以进行早期探测和警报。当将雷达部署在设施周边时，则可以自动探测到靠近的嫌疑人，随后远在他们到达警戒线之前，安保人员就会收到警报。“商用雷达已经开始渗透到安防市场，提供了超过半英里的强大目标探测能力。”zussman说。由于雷达的无线电波在接触物体时比激光雷达的光波吸收更少，这意味着他们可以在更远的距离运行，因此常用于飞机和战舰中以探测隐藏在雾、雨、雪和扬尘等恶劣天气状况下的潜在威胁。事实上，zusmman说，激光雷达和雷达之间最大的区别，在恶劣天气条件下进行野外部署时表现得最明显。“激光雷达很容易受到雾、雨、甚至扬尘的影响。”zussman说，“激光雷达光波的波长很短，确切地说，不到百万分之一米，这意味着他们很容易被空气中的水滴吸收。而另一方面，无线电波的波长高达约5厘米，这意味着他们可以轻松穿过雾、雨、雪，甚至沙尘中的水滴。”surfaro说，在可能出现水滴问题的情况下，激光雷达应该与其它辅助传感器一起使用，如摄像头和超声波传感器等。
集成 vs. 独立
为了创建有效的周界入侵探测解决方案，雷达通常与视频监控系统相结合。“雷达的主要优势在于他可以与其他安全和传感技术无缝对接，创建缩短响应时间的全周界解决方案。”zussman说，“通过将雷达与视频监控系统相结合，雷达可以自动将ptz（pan/tilt/zoom）摄像头定位到入侵者的位置，提供该入侵者的直观可视化验证，并允许安保人员在其移动时进行跟踪监视。随后，vms视频管理平台可以将入侵者的行动轨迹呈现在区域平面图上，从而提供更高的态势感知能力。将这两者结合在一起，安保人员可以实时监视和跟踪入侵者，并能够及时进行干预。”surfaro同意并补充说道，使用雷达来引导ptz摄像机系统可以减少监控站点所需的相机数量，从而显著降低安防成本。他说：“这种方法也覆盖了大面积区域，在多数情况下消除了视频分析软件的许可成本。”另一方面，激光雷达传感器系统则不需要监控摄像头来识别物体以及他们面对的方向和他们的轨迹。“因为雷达只会呈现一个点或极少不易识别的‘斑点’及其移动方向，所以需要视频监控摄像头确认物体的类型。”surfaro说。
精度和定义
据surfaro称，雷达的角度精度不如激光雷达，因为如果多个探测对象彼此靠得很近，雷达在弯道上会丢失目标，从而有可能出现识别困难。“例如，雷达可能会将附近的两辆小型汽车视为一辆大型车辆，从而发出错误的接近信号。”他说。“大多数激光雷达图像都具有有意义的颜色梯度，来表明物体的高度以及三维的最高细节，这对识别目标非常有用。”surfaro补充道，“相比之下，典型的雷达图像只是将单色渲染物体呈现为相似色调的‘斑点’。”在安防领域中，系统集成商和客户通常需要负责探测或降低人们破坏周界环境并造成伤害的威胁。激光雷达不仅可以探测到在开阔地区或十字路口行走的人，还可以辨别他们正面对的方向。“激光雷达的数据呈现非常详细和准确，安全操作员能够准确地预测人员行走或车辆行驶的方向，或者无人机盘旋在周边的距离。”surfaro说，“这种高水平的（细节）让用户甚至可以看到像窃取高价值精铜库存或持有大型自动武器的人一样的细节。”surfaro补充道，在晴朗的夜晚，固定或移动的激光雷达设备，即使在相距两个足球场的距离，也可以非常精确地看到这些细节。利用这种精度，激光雷达已被用于拉斯维加斯（las vegas）最近的智慧城市测试计划中，用来帮助保护行人、司机和道路工作者的安全。当交通信号发生变化时，行人进入人行横道，或者车辆卡在十字路口中会导致所有方向的交通自动停止。“waymo的激光雷达系统不仅可以探测行人，还可以辨别他们面对的方向。”surfaro说，“因此，激光雷达使周界保护系统能够准确地预测小偷可能会在何处突破受保护的空间，或行人会往哪里行走等。”
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