ホワイトペーパー：地上ベースのセキュリティレーダーを境界システムに適用する

最適なパフォーマンスのためのレーダーとベストプラクティスの技術的利点

はじめに

第二次世界大戦以来、無線検出と測位（レーダー）技術は世界中の軍事紛争に極めて大きく影響してきました。1934年に米国で初めて導入されたこの無線ベースの検出および追跡技術は、マイクロ波を使用して、対象物の範囲、角度、および速度を判別しますが、1930年代半ばにいくつかの国で独自に進化し、終戦後には衝突を定義する、船舶および地上ベースのレーダーシステムに完全に統合されて集約されました。それ以来、レーダーは、人や車両の動きを動的にマッピングし、侵入者の活動に関する早期警告を配信するその能力によって、幅広い業界で使用されてきています。近年では、物理的なセキュリティシステムに統合され、重要なインフラストラクチャ施設での資産の保護を向上させました。

境界侵入検知システム（PIDS）は、通常、カメラベースのソリューションを使用して、境界などの重要な領域を監視しますが、環境や画像処理の条件が悪いと従来のカメラセンサーの性能を妨げることがあります。レーダーはこのような課題に対処し、悪天候や暗所、たとえ照明のない状況でさえも、侵入者を24時間365日検知します。地上ベースの商用レーダー、例えば、Teledyne FLIR Elara^™ R-シリーズをPIDS内のもう1つの重要なセンサーとして統合することで、可視カメラやサーマルカメラを補完し、セキュリティ管理者は検知範囲を最大化し、脅威の早期警告を受信し、脅威の位置インテリジェンスを得て、ターンキーのエンド・ツー・エンド型セキュリティ・ソリューションを実現します。

レーダーのナットとボルト

レーダーシステムの基本的な動作には、高周波の電磁信号を、予想されるターゲットの位置に向けて送信し、そこからの反射信号を測定することがあります。この測定には、範囲に比例する送受信エネルギー間の遅延、相対速度に比例する送受信（それぞれTXとRX）間の周波数シフト、並びに異物の位置を判定するアンテナ測定とジンバル測定によって利用可能な角度と角度速度が含まれます。

つまり、レーダーがその領域のスナップショットを撮影することで、その固定環境を学習していきます。スキャンが数回記録されると、レーダーは最新のピクチャーを固定環境と比較し、何が違うかを確認します。次の周回で、レーダーは異常のある位置の変化を測定し、その差が侵入者と判断する基準を1つ以上満たす場合にアラームを発生します。

レーダーを高度な管理ソフトウェアと統合すると、このデータを動的マップに表示し、デバイスを監視するセキュリティ担当者にリアルタイムの洞察を提供します。次に、統合されたカメラに座標を送信し、侵入者の視覚的評価のためにカメラを使用してスルー・ツー・キュー機能を開始します。侵入検知センサーの階層化は、2つのデータポイントで侵入イベントを検証することにより冗長性を確保し、誤検知を防止することを可能にします。また、複数のターゲットに優先順位を付け、パン・チルト・ズーム（PTZ）カメラに、「最も近いものを追跡」や「最も遠いものを追跡」等のロジックを提供し、オペレーターの負担を軽減することで、スタッフは対応作業に集中できるようになります。

FLIR Triton PTシリーズなどのパン・チルト・ズームカメラは、周囲防護に不可欠なものです。しかし、レーダーを追加することによって、厳しい環境条件でも全エリアをカバーすることができます。

軍用から商用にいたるまで

長年にわたり、レーダーは、主に地上監視、ミサイル制御、消防制御、航空管制（ATC）、移動標示（MTI）、武器の位置、車両捜索などのために政府発の軍事技術として利用されてきました。Teledyne FLIRの政府および軍事部門は、防衛業界向けの短距離、中距離、長距離レーダーであるRangerラインを開発しました。このパワフルなレーダーシステム・スイートには、垂直方向の対象範囲、低い最小検出伝播速度、1秒あたり最大4回24時間365日監視するアルゴリズムを備えたデバイスが含まれており、実質的にあらゆる気候、昼夜を問わず、同時に地上および空中において、最大で512もの脅威を検出および追跡します。堅牢かつ信頼性の高いこれらのレーダーは、軍用グレードの境界監視の考えられるあらゆるニーズに対応すべく構築されています。

レーダーの使用が商業、産業、旅行、土木インフラ、重要なインフラなどの他の用途にまで拡がるにつれ、Teledyne FLIRは、高性能かつコスト効率の高いソリューションを、同社の広範な物理的セキュリティ・ソリューションのポートフォリオに追加する必要があると考えました。

これらの商用レーダーは、エンドユーザーに極めて貴重な戦略的利点を提供します。すなわち、ハイエンドの技術的性能を提供すると同時に、より広範な商用アプリケーションへのアクセスを可能にするために構築された、適切なサイズのシステムです。FLIR RangerとElara Rシリーズのレーダーとの主な違いは、受信範囲、分類、そして特に、Elara Rシリーズは低周波数と信号パワー出力を使用していることです。これにより統合プロセスが合理化され、民間の境界監視システムを構築している顧客に対して魅力的なオプションとなります。

最適なアプリケーション

レーダー技術は、特に重要なインフラストラクチャにおいて、商業とセキュリティ業界に渡り注目されつつあります。レーダーがうまく機能するアプリケーションを理解するために、レーダーが周囲防護に付加価値を提供している4つのユースケースの例をご覧ください。

• 変電所：CIGREの報告によると、変電所の88%で毎年少なくとも1件の侵入があるとされています。地方の変電所にはフルタイムの警備員が現場にいないことが多い電力事業者にとっては、早期侵入検知は犯罪防止に不可欠です。レーダーは、侵入者がフェンスラインに到達するかなり前に侵入者を検出できるため、リモートセキュリティ担当者は、アラームを素早くレビューし、ビデオ映像を確認して脅威を検証し、状況がエスカレートして機器が妨害される前に警察に通報することができます。
• データセンター：2020年のState of the Data Center Reportによると、回答者の50%が、セキュリティに関する最大の懸念として、「外部の人間の脅威」があると回答しています。通常、大規模なエンタープライズ・データセンター施設では、ひとつのリモート環境の単一境界内に複数のデータセンターが構築されています。レーダーをPIDSに統合することで、すべての重要なエリアを監視し、脅威を確実に見逃さないようにします。
• 空港：数マイルにわたって境界が広がっているような大規模な空港では、セキュリティ管理者はレーダーを導入することで、堅牢な検出範囲と広域範囲という、二つの組み合わせのメリットを体験することができます。人やデジタルの目ではカバーしきれないほど大きな空港、あるいは24時間365日営業している空港に対しては、レーダーは、24時間体制で周囲や駐機場を監視できるという戦略的な優位性を提供します。
• 更生施設：多くの刑務所で直面している主な課題に、誰かがフェンスラインに近づき、簡単に刑務所の敷地内に禁制品を投げ込むということがあります。しかし、レーダーは境界を継続的に監視し、セキュリティ担当者に、フェンスの境界線に接近する人がいたら通知し、リアルタイムの応答を求めることができます。

• ---

技術的な利点

セキュリティ用レーダーはさまざまな業界で普及しており、レーダーがお客様のアプリケーションになぜ利点をもたらすのかについてしっかり検討することが重要です。

広域モニタリング

レーダーは広い視野（FOV）と長距離検出機能を持ち、フェンスラインをはるかに超える真の広域保護と状況認識を提供します。レーダーは、オープンな広いエリアを効率的に監視するように設計されています。90度のFOVをカバーするために複数のカメラを設置する必要がある場合、1台のセキュリティレーダーにサーマルカメラと可視カメラを共に設置するだけで、同じ対象範囲で、可視カメラやサーマルカメラ単体でカバーできるよりもはるかに広い検出範囲を実現することができます。新しいElara Rシリーズの場合、R-290モデルは最大400メートルまでにある車両と200メートルまでにいる人間を、R-190モデルは最大で300メートルまでにある車両と125メートルまでにいる人間を、それぞれ検知します。

FLIR Elara Rシリーズは、FLIR Elara DX Multispectral PTZサーマルカメラの上に取り付けられます。レーダーユニットは、最大400メートルまでの車両と最大200メートル離れた所にいる人間を検知できます（R-290モデル）。

一部のセキュリティ関連の顧客は、広域領域の監視を実現するために、現場で設置する広域 FOV カメラの数を増やしています。これは、一連の独自の課題を示しています。広角レンズを持つカメラは、範囲が著しく狭く、その後に続くアラームのリードタイムが短縮されます。対照的に、狭域 FOV カメラでは、検出範囲が広くなりますが、カバレッジは少なくなります。これらの理由から、ターゲット検出を高速化するために、1秒あたり最大10回まで完全なFOVをスキャンできるレーダーというものが、有効なオプションとなります。その結果、インフラストラクチャ・コストの削減と、セキュリティ・オペレーターに対する脅威への早期の警告が実現します。

また、レーダーは検出精度を高め、他のセンサーの限界を克服するためにも構築されています。例えば、雨、濃い霧、雪、煙などはすべて、カメラのパフォーマンスを大幅に低下させ、ビデオ分析のパフォーマンスを低下させる低いコントラスト画像になってしまいます。しかし、レーダーはあらゆる気象条件で動作するように設計されており、視覚システムのみでは誤警報をトリガーするような影や光の反射の影響を受けません。セキュリティ事業者が、検知精度を高めるためにレーダーを導入する場合、施設、機器、および人員を安全に保つことを可能にするリアルタイムの洞察を得ることができます。

ターゲット追跡

侵入者が複数の方向から境界に接近している場合は、検知の遅延や視覚の喪失によって、潜在的な脅威を境界侵入前に遮断する能力が大幅に制限されることがあります。レーダーは、人または車両の動きを検知、追跡、マッピングして、脅威の優れた追跡を可能にするために設計されています。連続的なターゲットの追跡を、ターゲットまでの距離を1%以内の精度で実現します。さらに、最初の検知から侵入の傍受までの時間はレーダーによって大幅に改善され、より迅速で効率的な応答が可能になります。場合によっては、霧のある日にレーダーが人間を検知するのは、サーマルカメラが侵入者を視界で捉えるよりも60秒も速く行えます。

PIDSシステムは、ターゲットの追跡をPTZカメラのみに依存しており、広いエリアにわたってターゲットを効果的に追従するには、複数のハンドオフが必要になることがよくあります。しかし、レーダーが侵入者のジオロケーションを極めて正確に特定する能力によって、応答するPIDS能力全体を改善します。レーダーは、すべての統合されたPTZに正確に目標位置を知らせ、1つのターゲットの追跡センサーから別のターゲットの追跡センサーへのハンドオフを少なくし、ターゲット上の視覚的な損失の可能性を排除します。Elara Rシリーズなどのレーダーを使用すると、セキュリティ管理者は、32のターゲットを同時に追跡し、マスキング・ゾーン、アラーム・エリア、ターゲット、範囲、ターゲットの追跡を重ねた鳥瞰図を表示して、状況認識を強化できます。複数のレーダーFOVをオーバーラップするエンドユーザーは、絶え間ない対象範囲が得られます。インテリジェントなGPSタイムスタンプ付きCHIRPスロットにより、Elara Rシリーズのレーダーが互いに干渉しないようにします。ターゲット統合機能は、重複するレーダービームの対象範囲領域内のターゲットが単一のターゲットとしてのみ表示されるため、混乱や望ましくない複数のアラームを排除するのに役立ちます。

冗長性

レーダーと複数のPTZカメラを統合することで、失敗防止ソリューションを構築することができます。例えば、カメラが、視界の障害物、または不良な照明、悪天候、日光、影、反射光などによる干渉によってターゲットを失った場合、レーダーは、追跡し続けて、侵入者のジオロケーションをその他のPTZカメラに配信し続けます。つまり、レーダーをPIDSに統合することで、システムがターゲットの位置を失う可能性がはるかに低くなります。

場所と設置に関する考慮事項

設置に関しては、レーダーの高さ、位置、傾斜はすべて、PIDS内のレーダーの効果に大きな影響を与える可能性があります。システムインテグレーターとエンドユーザーは、レーダーのパフォーマンスを最適化するための設置に関するベストプラクティスを知っておくことが重要です。あらゆる天候や光の条件において、最適な範囲で複数の脅威を正確かつ持続的に特定することは、カメラセンサーとレーダーシステムの両方を制限する可能性のある、あらゆるシナリオを考慮に入れることにつながります。ではここで、導入の落とし穴と導入戦略について説明します。

レーダーのクラッタリング

レーダーのクラッタリングとは、レーダーの感度と性能に影響を与える、レーダーの機能にとって重要ではないエコーや反射のことを指します。例としては、トラック、建物、チェーンリンクのフェンスなど、大型の近隣にある金属の物体が挙げられます。また、樹木やブラシはレーダーのエネルギーを吸収し、その範囲と効果を低下させます。

ノイズも潜在的な問題を引き起こす可能性があります。電子的なもの、外部環境のもの、あるいはその両方など、ターゲットの応答に競合する信号全体がクラッターノイズです。シグナル・ノイズ比は、望ましい信号のレベルとバックグラウンド・ノイズのレベルを比較したものですが、これが1:1（0 dB を超える）より高い比率だとノイズよりも信号が多いことを示しています。この比率がノイズよりも多くの信号を保証する場所にレーダーを設置することが、このベストプラクティスの基本的な前提です。

レーダーシステムの最適な設置場所は、監視下にあるエリアへの見通しに基づきます。レーダーの見通し線は、建物、トラック、航空機、またはその他の大きな金属物体の存在、地上高による露出エリア、季節要因と見なされる場合のある木やブラシ、芝生の高さや密度によって遮断される可能性があります。したがって、この問題に対するソリューションには、各状況を考慮した設置の戦略が含まれます。具体的な推奨事項については、現地のTeledyne FLIR営業担当者にお問い合わせください。同社のプリセールス・エンジニアたちのチームは、サイトの調査とサイト設計を支援し、稼働時にシステムが正常に機能することを保証します。

起伏のあるエリア

地面の高低差は、レーダーが直面する最も多い落とし穴の一つです。地面に起伏があったり、傾斜があったり、不均等であれば、たとえレーダービームが所定の領域にわたって伸びていたとしても、ビームがその領域内のすべてのゾーンをカバーすることを保証するものではありません。戦略的なレーダーの高さ、傾斜、層状化の組み合わせにより、地面からのクラッター効果を最小限に抑え、レーダーの死角をカバーすることで、これらの状態を軽減することができます。

例えば、レーダーが高すぎると、標高の高いターゲットを検知し、地面に最も近いゾーンをカバーしません。また、レーダーを誤って傾けてしまうと、ビームが地面から跳ね返る接地リターン干渉が生じ、レーダーの感度が低下します。したがって、完璧な高さと傾斜は、カバーされた領域の傾斜ならびに必要な検知領域の高さおよび位置を考慮します。

レーダーの統合

また、複数のレーダービームを、必要に応じて高さや傾きを変えて重ね合わせ、同一エリア内のすべてのゾーンをカバーするさまざまなセンサーデータをビデオ管理システム（VMS）に提供するという、多層的なアプローチも重要な戦略です。例えば、あるレーダーでは低い放物線を描き、別のレーダーでは高い角度や上向きの角度を描くように設置を計画すると、同じエリアを最大限にカバーすることができます。また、システムインテグレーターは、レーダーの高さを指定して、さまざまな種類の侵入者の検知を最大化することもできます。セキュリティ用途での推奨高さは3～5メートルで、障害物のリスクを減らすことができるため、より多くの範囲をカバーすることができると同時に、混乱を減らすことができます。

VMS互換性

最後に、セキュリティ・インストール用のレーダーを導入する場合、使いやすい完全な制御を実現するには、使用するVMSと統合するレーダーを選択することが重要です。緊密な統合なしでは、セキュリティ・オペレーターは、ターゲットを同時に動的マッピングするなど、レーダーのフルメリットにアクセスしたり、活用したりすることはできません。ロジックベースのターゲットの追跡、ハンドオフ、フュージョンモードによるオーバーラップ対象範囲、およびデータ可視化はすべて、VMSコンポーネントと連動して機能するレーダーを必要とします。

重要なポイント

あらゆる気象条件における信頼性の高いパフォーマンス、複数のターゲットの同時追跡、ジオロケーション機能により、地上ベースのセキュリティレーダーは、侵入検知という重要なレイヤーを境界システムに追加します。PTZカメラとペアリングしたレーダーは、アラームを起動し、これらのカメラをガイドして、合理化されたターゲットの追跡、脅威の視覚的検証、およびより速い応答時間を可能にします。設置のベストプラクティスを導入することで、最小限のメンテナンスで最適な投資収益率を達成し、一貫した結果をもたらします。

関連記事：暗視カメラとは？赤外線カメラとの違いや活用シーンの紹介記事はこちら