Control de tráfico mediante LiDAR

El lidar tiene una amplia gama de aplicaciones; un uso es en el control del tráfico y, en particular, en el control de los límites de velocidad , donde se ha vuelto cada vez más común desde la década de 1990 con el lanzamiento del Laser Technology Inc. 20-20. ^{[ 1 ]} Los sistemas modernos basados ​​en lidar pueden automatizar la detección de velocidad, la identificación de vehículos y la documentación probatoria, aunque la identificación del conductor no se automatiza con tanta frecuencia. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

Jeremy Dunn (Laser Technology Inc.) desarrolló un dispositivo lidar para la policía en 1989, ^{[ 4 ]} y en 2004 el 10% de las ventas en EE. UU. de dispositivos de control de tráfico eran lidar, cifra que aumentó al 30% en 2006, ^{[ 1 ]} y todavía se venden unidades de radar sofisticadas. ^{[ 5 ]}

Las unidades actuales combinan cinco operaciones: detección de velocidad; visualización por parte del operador, incluso en condiciones adversas; captura de imágenes sincronizada con la detección de velocidad; adquisición de pruebas listas para juicio; descarga de pruebas a un dispositivo externo. Pueden operar en modo automático, con o sin supervisión. ^{[ 6 ]}

El radar tiene una amplia divergencia de haz de señal , ^{[ 4 ]} por lo que no se puede apuntar a un vehículo individual, lo que requiere una habilidad, capacitación y certificación significativas por parte del operador para estimar visualmente la velocidad y así localizar a un infractor en un flujo de tráfico, y los infractores pueden usar la defensa de que otro vehículo fue el infractor. El radar registrará la velocidad de cualquier objeto en su campo, por ejemplo, un árbol que se balancea o un avión que pasa por encima. ^{[ 1 ]}

La mayoría de los dispositivos lidar tienen un haz estrecho y apuntan fácilmente a vehículos individuales, eliminando así la necesidad de estimación visual. ^{[ 4 ] [ 1 ]} Algunos modelos pueden registrar una imagen de la matrícula al mismo tiempo que registran la infracción de velocidad junto con información como la ubicación y la hora. La estimación de la velocidad suele tardar un tercio de segundo, lo que, junto con el haz estrecho y dirigido, hace que los vehículos infractores tengan poca advertencia incluso cuando utilizan un dispositivo de evasión. Ciertos dispositivos lidar pueden medir la distancia entre vehículos para detectar infracciones por "demasiado cerca" (pegado al vehículo de delante). La velocidad de un vehículo ocluido por (oculto detrás de) otro vehículo no se puede medir. Este problema de oclusión no se aplica a los dispositivos fijos de control de velocidad que se pueden montar en postes o pórticos de hasta 5-6 metros (16-20 pies) de altura utilizando radar como método de detección. 

La Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en Carreteras (NHTSA) del Departamento de Transporte de los Estados Unidos ha emitido especificaciones para dispositivos lidar, ^{[ 7 ]} una lista de productos conformes, ^{[ 8 ]} y directrices sobre la implementación de la aplicación de la ley de tráfico. ^{[ 9 ]}

Un dispositivo típico aprobado por la NHTSA ^{[ 8 ]} pesa menos de 2 kilogramos, funciona con batería, tiene una precisión de detección de velocidad de +2  km/h y -3  km/h, una precisión de distancia de +- 0,3 metros a 90 metros y una capacidad mínima de medición de largo alcance de 300 metros. Los dispositivos deben ser capaces de cumplir con estos estándares de precisión mientras están expuestos a temperaturas ambiente entre -30  °C y 60  °C, humedad relativa del 90 % a 37  °C y radiación electromagnética ambiental normal de carreteras urbanas. El rango de velocidades que se requiere detectar con precisión es de 16  km/h a 320  km/h. En algunas jurisdicciones, las infracciones por exceso de velocidad deben ser documentadas por el dispositivo con una imagen grabada que muestre la matrícula, la ubicación, la velocidad, la fecha, la hora y la identificación del operador; algunas unidades identifican al conductor por imagen y registran la dirección de viaje. ^{[ 2 ]} La luz emitida debe estar en el rango infrarrojo, cumplir con los estándares de seguridad ocular y tener una repetición de pulsos menor a un kHz con una divergencia de haz menor a 5 milirradianes .

Las placas de matrícula son una parte importante del control del tráfico y, en la mayoría de las jurisdicciones, el gobierno tiene el monopolio de su fabricación, aunque esta puede subcontratarse. Normalmente, es ilegal que los ciudadanos privados modifiquen, fabriquen y coloquen sus propias placas, ya que esto equivale a falsificar un documento oficial. Las placas de California deben tener 6  pulgadas de alto y 12  pulgadas de ancho, un estándar habitual, y tienen una superficie reflectante particularmente sensible a la luz infrarroja, ^{[ 10 ]} lo que permite su visualización nocturna , posibilita el reconocimiento automático de matrículas , permite que los dispositivos LIDAR reciban una señal reflectante fuerte y tienen marcas a prueba de manipulaciones.

En algunas jurisdicciones no se exige la matrícula delantera en los automóviles, y en muchas otras no se exige en ciertos vehículos, como las motocicletas. La policía generalmente prefiere detectar las infracciones desde el frente mientras observa el tráfico que viene de frente, lo que también permite indicarle al infractor que se detenga y evitar los riesgos de las altas velocidades necesarias para alcanzar al vehículo.

Varias jurisdicciones prohíben cualquier método para eludir el cumplimiento de los límites de velocidad . Los dispositivos lidar actuales tienen un ancho de haz horizontal de aproximadamente un metro a 300 metros, en comparación con el ancho de la matrícula de 30  cm, lo que garantiza que se disperse poca señal a los vehículos que circulan detrás. Detectar la señal lidar con antelación es difícil, ya que el haz estrecho, la corta duración de la señal y la focalización en vehículos individuales minimizan la dispersión de la señal lidar a los vehículos que circulan detrás o adyacentes. Modificar el vehículo para desviar, absorber o distorsionar la señal es difícil, ya que normalmente se apunta a la matrícula. Modificar la matrícula se detecta fácilmente y puede ser ilegal. Emitir una señal falsa separada será detectado por los modelos lidar policiales actuales y puede ser ilegal, dependiendo de la jurisdicción.

Un dispositivo lidar típico aprobado por la NHTSA ^{[ 8 ]} emite pulsos de luz láser de 30 ns con una longitud de onda de 905 nm y una potencia de 50 milivatios , con una divergencia de haz de 3 milirradianes . La potencia es suficientemente baja como para garantizar que no se produzcan daños oculares. A longitudes de onda de 905 nm, la norma IEC 60825-1 Edición 2.0 permite una energía máxima por pulso de 0,5 µJ. 

La luz viaja aproximadamente 30  cm por ns, por lo que cada pulso tiene una longitud de unos nueve metros. A una distancia objetivo de 300 metros, los pulsos de luz tardan 2000 ns en completar el viaje de ida y vuelta. El intervalo de tiempo entre pulsos es de al menos un millón de ns, lo que permite estimar la distancia a partir de cada pulso. Se toman hasta varios cientos de lecturas de pulsos en un período inferior a medio segundo y se utilizan para estimar el cambio de distancia a lo largo del tiempo, calculando así la velocidad del vehículo. La luz reflejada se filtra para excluir la luz que no se encuentra en el rango de longitud de onda de 899  nm a 909  nm. Un algoritmo interno patentado rechaza las lecturas inexactas; los métodos de evasión de detección suelen intentar sobrecargar el filtro y persuadir al algoritmo de rechazo de errores para que rechace incorrectamente una lectura.

Un operador experto utilizará la capacidad de visualización para seleccionar a un posible infractor antes de la detección de velocidad. Este método tiene la ventaja de que se dispersa una señal mínima para alertar a los vehículos que circulan detrás, equipados con dispositivos de detección de señal lidar, pero esta cualidad no es tan importante en carreteras con poco tráfico, donde se puede utilizar un dispositivo lidar de menor capacidad. Una vez detectado un posible infractor y apuntando a la matrícula, el operador activa la detección de velocidad. Este proceso incluye la adquisición de pruebas, y un tono audible indica una buena señal de retorno. Para obtener una lectura precisa, el operador debe enfocar el pulso en un solo punto durante toda la lectura. A larga distancia, esto se logra mediante el uso de un trípode fijo que estabiliza el objetivo. Para la detección de velocidad, se puede apuntar a cualquier parte del vehículo, aunque se prefiere apuntar a la matrícula.

Las condiciones meteorológicas normales tienen un impacto mínimo en el rendimiento del dispositivo, pero pueden dificultar la capacidad del operador para apuntar a un vehículo. Esto incluye situaciones como cuando el sol está directamente detrás del vehículo, durante la noche o cuando el dispositivo se utiliza dentro de un vehículo estacionado con el parabrisas sucio, en cuyo caso la señal podría dispersarse. El mal tiempo puede reducir el alcance del dispositivo y, en particular, la niebla densa lo inutilizará. Muchos dispositivos lidar modernos cuentan con "modos meteorológicos" que aumentan el alcance mínimo para contrarrestar el reflejo de la lluvia.

Al igual que el radar, el lidar está sujeto al efecto de error del coseno .

Al realizar una lectura, si el dispositivo barre el campo magnético de forma que (sobre todo a larga distancia, donde la separación angular entre los objetivos es mínima) los pulsos regresan de más de un objetivo, se producirá una lectura errónea. El barrido lateral de un vehículo también puede provocar lecturas erróneas.

Puede producirse una lectura errónea cuando el pulso se refleja en un espejo retrovisor o golpea un objeto reflectante fijo y luego regresa para reflejarse en el espejo por segunda vez.

Un detector lidar o detector láser es un dispositivo pasivo diseñado para detectar emisiones infrarrojas , especialmente las de los dispositivos lidar de detección de velocidad de las fuerzas del orden , y advertir a los conductores de que se está midiendo su velocidad.

Una limitación del lidar es que no se puede usar mientras un coche patrulla está en movimiento, ya que requiere que el operador apunte activamente a cada vehículo, mientras que el radar tradicional se puede usar mientras el agente conduce. Otras restricciones incluyen un entorno libre de precipitaciones, ya que el láser puede producir lecturas erráticas debido a la humedad o el humo en suspensión. ^{[ 12 ]} Sin embargo, la popularidad de la detección de velocidad mediante lidar está en aumento, a medida que los costos disminuyen, la facilidad de operación se acerca a la del radar y los equipos de radar existentes llegan al final de su vida útil y se retiran del servicio.

Los detectores LiDAR suelen ser menos eficaces que los detectores de radar, ya que las emisiones que monitorizan son más breves, más concentradas y menos dispersas que las del radar. Por lo tanto, un conductor podría no tener tiempo suficiente para reaccionar ante la transmisión instantánea de un dispositivo LiDAR, o el haz estrecho podría concentrarse en una parte específica del vehículo donde el sensor no pueda detectarla.

Un inhibidor láser o inhibidor lidar es un dispositivo electrónico que los conductores utilizan para impedir que quienes usan un dispositivo lidar (o láser) obtengan lecturas de velocidad de su vehículo. Los inhibidores láser no deben confundirse con los inhibidores de radar . Muchos dispositivos lidar modernos cuentan con modos antiinterferencias que pueden neutralizar los inhibidores láser.

Para interferir con el LIDAR , los inhibidores láser primero deben detectar la luz emitida, normalmente luz infrarroja  en la longitud de onda de 904 nm. ^{[ 13 ]} Tras detectar la luz del sensor LiDAR, el inhibidor emite luz en la misma longitud de onda con mayor intensidad, lo que confunde al sensor y le impide obtener una lectura de velocidad. Los modelos más recientes de inhibidores láser pueden detectar la frecuencia de pulso (la frecuencia con la que el sensor toma mediciones de distancia, en la que se basa para calcular la velocidad) del sensor y, a continuación, emularla, lo que dificulta aún más obtener una lectura precisa del sensor.

Debido a que estos inhibidores se centran en bloquear la luz emitida por las pistolas láser, y no las ondas de radio de los radares, las leyes federales estadounidenses que prohíben el uso de inhibidores de radar no se aplican a estos dispositivos. Si bien la Comisión Federal de Comunicaciones de EE. UU. regula la transmisión de ondas de radio, la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU . regula las emisiones de luz. Sin embargo, varios estados han promulgado leyes que prohíben específicamente el uso de inhibidores láser, entre ellos: California , Colorado , Illinois , Iowa , Minnesota , Oklahoma , Carolina del Sur , Tennessee , Texas , Utah y Virginia . Washington D. C. prohíbe los dispositivos de detección e interferencia de radar, pero la regulación es anterior a la tecnología láser y no aborda explícitamente los inhibidores láser. ^{[ 14 ]} Nebraska se menciona con frecuencia como ilegal, pero su estatuto prohíbe los "dispositivos de transmisión de radar" y no aborda los inhibidores láser. ^{[ 15 ] [ 16 ]}

• Detección y medición de distancia por vídeo (VIDAR)