Auswahlunterstützung des am Besten geeigneten Solid-State LiDAR für E-Mautsysteme


Flash Solid-State LiDARs (Flash SSL) sind eine leistungsstarke Sensorlösung für fortschrittliche elektronische Mautsysteme (Electronic Toll Collection/ETC) Anwendungen. Zu den Hauptvorteilen von Flash-SSLs gehören die besseren Funktionen zur Fahrzeugerkennung und -profilerstellung, eine höhere Klassifizierungsraten, höhere Zuverlässigkeit und Genauigkeit sowie geringere Betriebskosten. LeddarTech bietet für E-Tolling-Anwendungen zwei verschiedene Flash-LiDAR-Produkte an. Den Leddar T16 Traffic Sensor und das Leddar M16-LSR-Modul. Im Folgenden werden die wichtigsten Elemente erklärt, die bei der Auswahl eines Flash Lidars für elektronische Mautsysteme zu berücksichtigen sind:

Die Leistungsstarke, handelsübliche LEDDAR-Lösung für elektronische Mautsysteme

Der LEDDAR T16 Verkehrssensor:

Der leistungsstarke Leddar T16-Sensor erfüllt die hohen Anforderungen für Hochgeschwindigkeitsanwendungen für automatische Straßenmautsysteme (FreeFlow oder auch ORT), bei denen ein Sensor mit einer Frequenz/Auffrischrate von 200 Hz für eine effektive Fahrzeugklassifizierung bei Geschwindigkeiten zwischen 180 km/h und 250 km/h erforderlich ist. Mit 8 LEDs, die eine leistungsstarke 80W Ausgangsleistung bieten und den gesamten Sichtbereich des Sensors (FoV) ausleuchten, erfasst der Leddar T16 gleichzeitig 16 unabhängige Segmente und ermöglicht sowohl die Entfernungs- als auch die Winkelpositionierung.

Eine kostengünstige Lösung für Anwendungen mit niedrigerer Geschwindigkeit

Das Leddar M16 LSR Modul:

Abhängig vom Umfang und den Anforderungen eines Mautprojektes, ist ein Hochleistungssensor, wie z.B. der Leddar T16 nicht immer notwendig. Bestimmende Faktoren sind die durchschnittliche Fahrzeuggeschwindigkeit und die Anzahl der für die Anwendung erforderlichen Profilklassen. So kann beispielsweise für Mautstationen und andere langsam laufende Anlagen ein mittlerer Leistungssensor ausreicht, um die Anforderungen zu erfüllen. Ein zusätzlicher Vorteil ist der niedrige Anschaffungspreis. Die Leddar M16-LSR ist eine kostengünstigere laserbasierte 16-Segment-Flash-SSL mit verschiedenen Strahloptionen für optimiertes FoV. Dieser zeichnet sich durch eine schnelle Datenerfassung und Aktualisierungsrate aus, einstellbar bis zu 100 Hz.

Weitere wichtige Eigenschaften des Leddar T16 sind:

  • Feste hohe Datenrate von 200 Hz
  • 5 cm Messgenauigkeit
  • Verschiedene horizontale FoV-Optionen von 9 ° bis 48 °
  • IP67 wasserdichtes Gehäuse
  • Vollständig IP-adressierbar
  • Ethernet-Kommunikation mit Unterstützung von Power over Ethernet (PoE)

Die Hauptmerkmale des Moduls sind:

  • Einstellbare Datenrate bis zu 100 Hz
  • 5 cm Messgenauigkeit
  • Verschiedene horizontale FoV-Optionen von 19 ° bis 99 °
  • Kompakte Form für nahtlose Integration
  • Kommunikationsprotokolle USB, RS-485, CAN und UART

Was spricht für den Leddar T16?

Der Leddar T16 Verkehrssensor bietet eine vollständigere und bereitere Lösung, da er bereits mechanisch, optisch und elektrisch integriert ist. Der Sensor ist in einem wasserdichten Gehäuse verpackt und betriebsbereit, sobald die Kommunikationsintegration durchgeführt wurde.

Was spricht für den M16-LSR?

Um eine voll industrialisierte Lösung zu erhalten, erfordert das Leddar M16-LSR Modul eine Weiterentwicklung. Die Module werden nicht mit einem Gehäuse geliefert. Diese Nicht-Integration bietet jedoch oft ein Potenzial an Mehrwert und mehr Flexibilität, um das Modul in ein anderes Gerätegehäuse zu integrieren um so Platz und Materialkosten zu sparen.

Verstehen und vergleichen von Key Flash SSL-Spezifikationen

Die Leistung der Fahrzeugerkennung eines Flash SSL hängt im Wesentlichen von den folgenden Eigenschaften des Sensors ab: Messrate, Emissionsleistung, laterale Auflösung und Leuchtdichte. Die Auswahl des richtigen Sensormodells sollte entsprechend den spezifischen Anforderungen des Projekts erfolgen. Dieser Abschnitt dient als Leitfaden für die Sensorauswahl, und erläutert die Spezifikationsunterschiede zwischen den Sensoren und die Auswirkungen dieser Faktoren auf die Profilerstellung.

1.) Messrate und Emissionsleistung

Die Messrate ist die Geschwindigkeit, mit der der Sensor Entfernungsmessungen ausgibt. Diese Spezifikation wird in Hertz (Hz) angegeben und entspricht der Anzahl der pro Sekunde ausgegebenen Daten für das gesamte Detektionssegment. Die Sendeleistung eines Sensors entspricht der Stärke des Sendesignals. Diese Spezifikation wird in Watt (W) angegeben.

Die folgende Tabelle zeigt den Einfluss der Messrate und der Emissionsleistung auf die Profilerstellung eines Sensors. Die hohe Messrate der Leddar T16 bedeutet eine bessere Längenauflösung, genauere Erkennung kleiner Objekte und verbesserte Differenzierung bei hohen Geschwindigkeiten. Hohe Messraten ermöglichen auch eine bessere Formdefinition. Emissionsstarke Leistung bietet höhere Erkennungsraten und ermöglicht somit eine verbesserte Erkennung von schwarzen Fahrzeugen. Hochleistungs-Emissionssensoren helfen ebenfalls, kleine Gegenstände, wie Anhängevorrichtungen oder Motorräder, besser zu erkennen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Leddar T16 eine höhere Emissionsleistung aufweist, als der Leddar M16-LSR, eine bessere Längenauflösung bietet und eine Kupplungserkennung ermöglicht.

Tabelle 1) Auswirkungen von Messraten und Emissionsleistungen auf die Leistung des Leddar Flash SSL-Sensors

Definitionen:
Emissionsleistung: Stärke des emittierten Lichts
Messrate: Die Messrate des Sensors in Hz
Längenauflösung: Abstand zwischen jeder Oberflächenerfassung während der Fahrzeugdurchfahrt
Breitenauflösung: Breite jedes Segments auf der Fahrzeughöhe
Straßenbelag: Erkennungsbreite im Bodenbereich, zur Gewährleistung einer ausreichenden Abdeckung der gesamten Fahrspur und des Überbrückungspunktes
Kupplungserkennung: Fähigkeit des Sensors, die Anhängevorrichtung zwischen einem Fahrzeug und einem Anhänger zu erkennen

2.) Winkelauflösung und Lichtdichte-Faktoren

Die Winkelauflösung eines Leddar-Sensors wird bestimmt durch die gegebene horizontale FoV, dividiert durch die Anzahl der Detektionssegmente, welche durch die Anzahl der Detektionselemente in der Sensoranordnung bestimmt wird. So ergibt beispielsweise ein 48° horizontales FoV geteilt durch 16 Segmente eine Auflösung von 3° pro Segment. Die Längenauflösung wirkt sich auch auf das Leistungsniveau der Sensoren aus, welche auf Portalen mit einer Höhe von mehr als 6 m installiert sind.

Die Leuchtdichte ist die Konzentration der Leistung auf einer bestimmten Oberfläche. Die Leuchtdichte beeinflusst die Erkennungsrate, die Fähigkeit schwarze Fahrzeuge und kleine Objekte, wie Kupplungen oder Motorräder, zu erkennen. Es gibt zwei Möglichkeiten, die Leuchtdichte zu erhöhen. Entweder durch Erhöhung der Emissionsleistung oder durch Reduzierung der FoV, für die gleiche Emissionsleistung. Die Leuchtdichte wird ausgedrückt in Leistung / Oberfläche (W/mm^2).

Die folgende Tabelle zeigt den Einfluss der Winkelauflösung auf die Leistung der Sensorprofilierung für zwei Sensoren derselben Serie mit unterschiedlichem FoV. Die Winkelauflösung beeinflusst die Breitenauflösung und damit die Fähigkeit, kleinere Details und sogar kleine Fahrzeuge wie Motorräder oder Kleinwagen zu erkennen. Sie hat auch Auswirkungen auf die Formdefinition.

Tabelle 2) Seitliche Auflösung und Auswirkungen der Leuchtdichte.

3.) Sichtfeld (FOV)

Leddar-Sensoren sind in verschiedenen Konfigurationen erhältlich, so dass Betreiber, Integratoren und Lieferanten die optimalen Spezifikationen für ihre jeweilige Anwendung auswählen können. Die folgende Tabelle listet die verfügbaren Konfigurationen für beide Leddar-Produkte auf.

Im Allgemeinen erfordern Hochleistungs- und Hochgeschwindigkeits-ETC-Projekte ein höherwertiges Flash-SSL, wie beispielsweise den Leddar T16 Sensor, der eine höhere Emissionsleistung und eine höhere Messrate bietet. Für Projekte mit geringerer Leistung und geringerer Geschwindigkeit stellt ein kostengünstigerer Sensor, wie das M16-LSR-Modul, eine perfekte Alternative dar.

Schlußfolgerung

LeddarTechs Leddar T16 Traffic Sensor und Leddar M16-LSR Modul, basierend auf Flash-SSL-Designs und der bewährten Leddar-Technologie, sind hochleistungsfähig, kostengünstig, robust und zuverlässig. Sie bieten ETC-Betreibern und -Lieferanten die Möglichkeit einen Mehrwert zu schaffen, indem sie direkt an den Rohdaten der Fahrzeugprofile arbeiten. Diese Vorteile machen sie zu idealen Sensoren für ETC-bezogene Anwendungen wie Fahrzeugerkennung, Profilerstellung und Klassifizierung. Sie bieten eine lang erwartete Alternative zu teuren, begrenzten und älteren Erkennungslösungen, wie beispielsweise induktiven Loop-Systeme und mechanischen scan LiDARs.