Documento técnico: como usar radares de segurança terrestres em sistemas de perímetro

Vantagens tecnológicas de radares e melhores práticas para desempenho ideal

Introdução

Desde o auge da segunda Guerra Mundial, a tecnologia de Detecção e Distanciometria por Rádio (Radio Detection And Ranging, Radar) tem influenciado significativamente os conflitos militares em todo o mundo. Apresentada pela primeira vez nos Estados Unidos em 1934, esta tecnologia de detecção e rastreamento baseada em rádio — que usa micro-ondas para determinar o alcance, ângulo e velocidade de objetos — também evoluiu independentemente em várias nações durante meados da década de 1930, culminando nos sistemas de radar baseados em navios e terrestres totalmente integrados que definiram conflitos após o fim da guerra. Desde então, radares têm sido usado em uma ampla gama de setores devido à sua capacidade de mapear dinamicamente o movimento humano e de veículos e entregar avisos antecipados de atividade de intrusos. Nos últimos anos, sua integração em sistemas de segurança física melhorou a proteção de ativos em locais de infraestrutura essencial.

Os sistemas de detecção de invasão de perímetro (Perimeter intrusion detection systems, PIDS) normalmente empregam soluções baseadas em câmera para monitorar perímetros ou outras áreas de importância, mas condições adversas ambientais e de imagem podem impedir o desempenho dos sensores de câmera tradicionais. O radar lida com esses desafios, detectando intrusos 24 horas por dia, 7 dias por semana, mesmo em condições climáticas severas e situações com pouca luz ou sem luz. Ao integrar um radar comercial terrestre — Teledyne FLIR Elara^™ R-series—como outro sensor essencial dentro de um PIDS para complementar câmeras visíveis e termográficas, os gerentes de segurança maximizam a cobertura de detecção, recebem avisos antecipados de ameaças e ganham inteligência de posição de ameaças para uma solução de segurança completa pronta para uso.

Aspectos práticos de radares

A operação básica de um sistema de radar envolve a transmissão de um sinal eletromagnético de alta frequência em direção à localização de um alvo esperado e depois medir a radiação de suas reflexões. Essas medições incluem o atraso entre a energia transmitida e a recebida proporcional à variação e a mudança de frequência entre a transmissão e a recepção (TX e RX, respectivamente) proporcional à velocidade relativa, bem como o ângulo e a taxa de ângulo disponíveis através das medições da antena e do estabilizador para determinar a localização de objetos estranhos.

Em outras palavras, como um radar tira uma foto da área, ele descobre o ambiente fixo. Depois que várias varreduras são gravadas, o radar compara a imagem mais recente com o ambiente fixo e constata o que está diferente. Na próxima revolução, ele mede qualquer mudança na localização de qualquer anormalidade e, se a diferença atender a um ou mais dos critérios para um intruso, dá origem a um alarme.

Quando integrado com um software de gestão sofisticado, o radar exibe esses dados em um mapa dinâmico, fornecendo informações em tempo real para qualquer pessoal de segurança que monitora o dispositivo; em seguida, ele envia coordenadas para câmeras integradas e inicia a funcionalidade de “slew-to-cue” (Girar para o ponto), usando as câmeras para avaliação visual de intrusos. Essa sobreposição de sensores de detecção de intrusão permite redundância e evita alarmes falsos, verificando eventos de intrusão com dois pontos de dados; também prioriza vários alvos para fornecer câmeras com movimento panorâmico, de inclinação e de aproximação de imagem (Pan/Tilt/Zoom, PTZ) com lógica, como “seguir o mais próximo” ou “seguir o mais distante,” tirando o operador da equação e permitindo que o pessoal concentre seu tempo nos esforços de resposta.

As câmeras PTZ, como a FLIR Triton PT-Series, são cruciais para a proteção de perímetro. No entanto, a adição do radar garante a cobertura total da área em condições ambientais desafiadoras.

De militar a comercial

Durante anos, radares foram utilizados principalmente como tecnologia militar distribuída pelo governo para vigilância terrestre, controle de mísseis, controle de incêndio, controle de tráfego aéreo (air traffic control, ATC), indicação de alvo móvel (moving target indication, MTI), localização de armas e busca de veículos. A unidade de soluções para governo e defesa da Teledyne FLIR desenvolveu a linha Ranger de radares de curto, médio e longo alcance para o setor de defesa. Este poderoso conjunto de sistemas de radar inclui dispositivos que têm cobertura vertical, baixa velocidade de detecção mínima e algoritmos para monitorar uma área de cobertura até quatro vezes por segundo — 24 horas por dia, sete dias por semana —, bem como detectar e rastrear até 512 ameaças aéreas e terrestres simultaneamente em praticamente qualquer clima, dia e noite. Esses radares robustos e confiáveis são desenvolvidos para atender a qualquer necessidade concebível de vigilância de perímetro de nível militar.

À medida que o uso de radares se expandiu para outras aplicações, como infraestrutura comercial, industrial, de viagens, civil e essencial, a Teledyne FLIR viu a necessidade de adicionar uma solução econômica e de alto desempenho ao seu vasto portfólio de soluções de segurança física.

Esses radares comerciais oferecem aos usuários finais uma vantagem estratégica inestimável: um sistema do tamanho certo desenvolvido para fornecer desempenho técnico de alto nível, aumentando a acessibilidade a uma gama mais ampla de aplicações comerciais. As principais diferenças entre os radares FLIR Ranger e Elara R-Series incluem cobertura, classificação e, mais notavelmente, o uso do Elara R-Series de uma saída de potência de sinal e frequência mais baixa. Isso simplifica o processo de integração, tornando-o uma opção atraente para clientes que desenvolvem sistemas de monitoramento de perímetro civil.

Aplicações ideais

A tecnologia de radares tem recebido maior atenção dos setores comercial e de segurança, especialmente em infraestrutura essencial. Para ajudar a entender as aplicações em que radares teriam um bom desempenho, veja estes quatro exemplos de casos de uso em que o radar fornece valor agregado para proteção de perímetro.

• Subestações: conforme relatado pela CIGRE, 88% das subestações experimentam pelo menos uma invasão por ano. Para concessionárias de energia elétrica, cujas subestações rurais muitas vezes não têm pessoal de segurança em tempo integral no local, a detecção precoce de intrusão é fundamental para a prevenção de crimes. Radares podem detectar um intruso muito antes de ele chegar na cerca, permitindo que um agente de segurança remoto revise rapidamente os alarmes, verifique as ameaças revisando a filmagem de vídeo e despache a polícia antes que a situação se agrave e o equipamento seja sabotado.
• Centros de dados: de acordo com o State of the Data Center Report de 2020, 50% dos entrevistados disseram que a maior preocupação de segurança incluía “ameaças humanas externas.” Em geral, para locais de data centers de grandes empresas, vários data centers são construídos dentro de um único perímetro em um ambiente remoto. A integração do radar em um PIDS garante que todas as áreas críticas sejam monitoradas para que nenhuma ameaça passe despercebida.
• Aeroportos: para aeroportos grandes, cujos perímetros se estendem por vários quilômetros, os gerentes de segurança podem implantar o radar e experimentar o benefício combinado de alcance de detecção robusto e ampla cobertura de área. Para aeroportos muito grandes para o olho humano ou digital vigiar, ou onde há atividade 24 horas por dia, sete dias por semana, o radar oferece uma vantagem estratégica em sua capacidade de monitorar o perímetro e a asfalto 24 horas por dia.
• Unidades correcionais: um desafio importante que muitas prisões enfrentam é a facilidade com que um indivíduo pode se aproximar de uma cerca e jogar pacotes de contrabando no terreno da prisão. No entanto, um radar pode monitorar um perímetro continuamente, notificando o pessoal de segurança de qualquer indivíduo que se aproxima da cerca para resposta em tempo real.

Benefícios tecnológicos

À medida que observamos uma maior adoção em vários setores de radares de segurança, é importante considerar por que um radar poderia beneficiar sua aplicação específica.

Monitoramento de área ampla

Com um campo de visão (field of view, FOV) amplo e detecção de longo alcance, um radar fornece proteção verdadeira de área ampla e reconhecimento situacional muito além da cerca. O radar foi desenvolvido para monitorar de forma eficiente grandes áreas abertas. Em situações nas quais várias câmeras precisariam ser instaladas para cobrir um campo de visão de 90 graus, instalar apenas um radar de segurança junto com câmeras termográficas e visíveis poderia oferecer a mesma cobertura com um alcance de detecção muito além daquele de qualquer câmera visual ou termográfica sozinha. No caso da nova Elara R-Series, o modelo R-290 detecta veículos a até 400 metros e humanos a até 200 metros de distância, enquanto os modelos R-190 detectam veículos a até 300 metros e humanos a até 125 metros de distância.

A FLIR Elara R-Series montada acima de uma câmera termográfica FLIR Elara DX Multispectral PTZ. A unidade de radar pode detectar veículos a até 400 metros e humanos a até 200 metros de distância (modelo R-290).

Para obter monitoramento de uma área ampla, alguns clientes de segurança optam por aumentar o número de câmeras de campo de visão largas instaladas no local. Isso apresenta os próprios desafios. Câmeras com lentes de grande angular têm alcance muito menor, reduzindo os prazos de alarme subsequentes. Em contraste, câmeras com campo de visão estreito oferecem melhor alcance de detecção, mas produzem menos cobertura. Por esses motivos, um radar capaz de varrer um campo de visão completo até 10 vezes por segundo para uma detecção de alvo mais rápida é uma opção eficaz. O resultado são custos de infraestrutura reduzidos e avisos com antecedência de ameaças se aproximando para os operadores de segurança.

O radar também é desenvolvido para melhorar a precisão de detecção e superar as limitações de outros sensores. Por exemplo, chuva, neblina pesada, neve e fumaça podem diminuir de forma significativa o desempenho das câmeras, resultando em imagens de baixo contraste que diminuem o desempenho analítico do vídeo. No entanto, o radar é desenvolvido para funcionar em todas as condições climáticas e não é afetado por sombras e reflexos de luz que disparam alertas falsos em sistemas somente visuais. Quando os operadores de segurança implantam o radar para aumentar a precisão da detecção, eles são capacitados com percepções em tempo real que permitem que mantenham suas instalações, equipamentos e pessoas seguras.

Rastreamento de Alvos

Quando os invasores estão se aproximando de um perímetro a partir de várias direções, a detecção tardia ou a perda de imagens pode limitar gravemente a capacidade de um operador de interceptar ameaças potenciais antes que violem o perímetro. O radar foi desenvolvido especificamente para detectar, rastrear e mapear o movimento humano ou de veículos para rastreamento superior de ameaças. Oferece rastreamento contínuo do alvo com precisão da distância até o alvo dentro de 1%. Além disso, o tempo desde a primeira detecção até a interceptação da intrusão é drasticamente melhorado com um radar, permitindo uma resposta mais rápida e mais eficiente. Em alguns casos, a detecção de um ser humano por um radar em dia de neblina ocorre até 60 segundos mais rápido do que seria necessário uma câmera termográfica para ver o intruso em sua linha de visão.

Um sistema PIDS que depende exclusivamente de câmeras PTZ para rastreamento de alvos muitas vezes requer múltiplas transferências para seguir um alvo de forma eficiente em uma grande área. No entanto, a capacidade de um radar localizar a geolocalização de intrusos com extrema precisão melhora toda a capacidade de resposta do PIDS. O radar informa a cada câmera PTZ integrada exatamente onde mirar, garantindo menos transferências de um sensor de rastreamento de alvo para outro e eliminando a chance de uma imagem perdida do alvo. Ao usar um radar como o Elara R-Series, os gerentes de segurança podem rastrear 32 alvos simultaneamente e visualizar um mapa de vista aérea com zonas de mascaramento sobrepostas, áreas de alarme, alvos, alcance e faixas de alvo para maior reconhecimento situacional. Usuários finais que sobrepõem vários campos de visão de radar ganham cobertura ininterrupta. A alocação CHIRP inteligente com data e hora de GPS garante que os radares Elara R-Series não interfiram uns nos outros. O recurso de consolidação de alvo ajuda a eliminar a confusão e alarmes múltiplos indesejados, pois um alvo na área de cobertura de feixes de radar sobrepostos só será mostrado como um único alvo.

Redundância

A integração do radar com várias câmeras PTZ ajuda a criar uma solução à prova de falhas. Por exemplo, se uma câmera perdesse um alvo devido à obstrução visual ou interferência de iluminação ruim, mau tempo, luz solar ofuscante, sombras, reflexos de luz, etc., um radar continuaria a rastrear e entregar uma geolocalização de intrusos para as outras câmeras PTZ. Em outras palavras, ao integrar o radar em seu PIDS, o sistema fica muito menos propenso a perder a localização dos alvos.

Considerações sobre localização e instalação

Quando se trata de instalação, a altura, a localização e a inclinação do radar podem afetar consideravelmente a eficácia de um radar em um PIDS. É importante que os integradores de sistemas e usuários finais estejam cientes das melhores práticas de instalação para otimizar o desempenho do radar. A obtenção da localização precisa e constante de múltiplas ameaças em intervalos ideais em todas as condições climáticas e de luz se resume a considerar todas as situações possíveis que podem limitar os sensores da câmera e os sistemas de radar. Aqui estão algumas armadilhas de instalação a serem evitadas, bem como estratégias de implantação a serem adotadas:

Interferência no radar

A interferência no radar refere-se a ecos ou reflexos não importantes para uma função de radar que afeta sua sensibilidade e desempenho. Exemplos incluem objetos metálicos grandes ou próximos, como caminhões, edifícios e cercas de tela de arame. Árvores e mato também podem absorver a energia do radar, diminuindo seu alcance e eficácia.

Ruído também pode apresentar um problema potencial. O sinal total que compete com o retorno alvo — sejam as condições ambientais eletrônicas, externas, ou ambos — é interferência mais ruído. A relação sinal-ruído, então, compara o nível de sinal desejado com o nível de ruído de fundo, de modo que uma relação superior a 1:1 (maior que 0 dB) indica mais sinal do que ruído. Instalar um radar em um local onde essa relação garante mais sinal do que ruído é a premissa básica dessa melhor prática.

Um local de instalação ideal para qualquer sistema de radar é baseado na linha de visão da área sob vigilância. Uma linha de visão de radares pode ser interrompida pela presença de edifícios, caminhões, aeronaves ou outros objetos metálicos grandes; áreas descobertas devido a elevações do solo; árvores e mato, que em alguns casos são considerados um fator sazonal; e altura e densidade da grama. Assim, a solução para esses problemas envolve estratégias de instalação que levam em conta cada circunstância. Para recomendações específicas, consulte o representante de vendas local da Teledyne FLIR. Uma equipe de engenheiros de pré-vendas fornece assistência em pesquisa de local e projeto de local para garantir que seu sistema funcione bem quando comissionado.

Áreas com ondulação

Diferenças na elevação do solo é uma das armadilhas mais comuns que os radares enfrentam. Se o solo for ondulado, inclinado ou desigual — mesmo se um feixe de radar se estender por uma determinada área — não é garantido que seu feixe cobrirá todas as zonas nessa área. Uma combinação de altura estratégica de radar, inclinação e sobreposição pode mitigar essas condições minimizando qualquer efeito de interferência do solo e cobrindo pontos cegos sob o radar.

Colocar um radar muito alto, por exemplo, detectará alvos altos, enquanto deixa a zona mais próxima do chão descoberta. Inclinar um radar incorretamente também reduzirá a sensibilidade dele, criando interferência de retorno do solo, onde o feixe rebate na terra. Assim, a altura e inclinação perfeitas levam em consideração a inclinação da área coberta, bem como a altura e a localização da área de detecção desejada.

Integração de radares

Outra estratégia importante que não deixa nenhuma zona descoberta envolve uma abordagem multicamadas, em que vários feixes de radar são sobrepostos usando alturas diferentes, ou inclinações, se necessário, a fim de fornecer um sistema de gestão de vídeo (video management system, VMS) uma variedade de dados de sensor cobrindo cada zona da mesma área. Planejar uma instalação usando um ângulo de pastagem baixo, por exemplo, com um radar e um ângulo mais alto ou inclinado para cima com outro proporcionará cobertura máxima da mesma área. Os integradores de sistemas também podem especificar a altura de um radar para maximizar a detecção de diferentes tipos de intrusos. A altura recomendada para aplicações de segurança é de três a cinco metros, o que ajuda a reduzir o risco de obstrução, produzindo assim mais alcance e diminuindo os níveis de interferência.

Compatibilidade do VMS

Por fim, quando se trata de implantar o radar para instalações de segurança, é fundamental escolher um radar que se integre com seu VMS preferido para facilitar o uso e ter controle total. Sem uma integração total, os operadores de segurança não poderão acessar ou aproveitar todos os benefícios do radar, como o mapeamento dinâmico de alvos simultaneamente. O rastreamento de alvos baseado em lógica, a transferência, a cobertura sobreposta via modo de fusão e a visualização de dados exigem um radar trabalhando em conjunto com seu componente de VMS.

Principais conclusões

Com desempenho confiável em todas as condições climáticas, rastreamento simultâneo de vários alvos e capacidade de geolocalização, os radares de segurança terrestres adicionam uma camada crítica de detecção de intrusão aos sistemas de perímetro. Os radares emparelhados com câmeras PTZ podem ativar alarmes e guiar essas câmeras para rastreamento simplificado de alvos, verificação visual de ameaças e tempo de reação mais rápido. Ao implementar as melhores práticas de instalação, o radar entregará resultados consistentes com manutenção mínima para um retorno ideal sobre o investimento.