Die intelligente Steuerung von Straßenbeleuchtungssystemen gewinnt immer mehr an Bedeutung. Dabei spielt die Wahl der richtigen Sensortechnologie eine entscheidende Rolle. Während traditionelle Bewegungsmelder wie PIR-Sensoren oder Kamerasysteme ihre Stärken haben, bietet die Radartechnologie eine Reihe von Vorteilen, die sie zur idealen Lösung für viele Anwendungen machen. Welche Technologien gibt es und was sind ihre Vor- und Nachteile?
- PIR-Sensoren (Passiver Infrarot Sensor): Diese kostengünstigen, wärmeempfindlichen Sensoren reagieren empfindlich auf Umwelteinflüsse und haben eine begrenzte Reichweite. Um eine zuverlässige Messung zu gewährleisten, ist ein Temperaturunterschied von 2 bis 4°C zwischen dem zu messenden Objekt und der Umgebung erforderlich.
Funktionsweise: PIR-Sensoren detektieren Veränderungen in der Infrarotstrahlung, die von warmen Körpern abgegeben wird. Wenn sich ein warmes Objekt (wie ein Mensch) durch das Sichtfeld des Sensors bewegt, verändert sich die auf das Element auftreffende Infrarotstrahlung. Diese Veränderung wird vom Sensor als Bewegung interpretiert.
Einschränkungen: Die Detektion von Wärmestrahlung ist auf eine begrenzte Distanz beschränkt, was den Erfassungsbereich von PIR-Sensoren einschränkt. Typischerweise verfügen PIR-Sensoren über einen Erfassungswinkel von 120° und eine Reichweite von bis zu 10 Metern. Zudem können Faktoren wie Luftzug, direkte Sonneneinstrahlung oder extreme Temperaturen dazu führen, dass Objekte nicht erkannt werden.
- Radarsensoren: Radar-Sensoren bieten eine hohe Zuverlässigkeit und eine große Reichweite, unabhängig von Lichtverhältnissen und Temperaturen. Sie ermöglichen die Erfassung von Fahrzeugen und Fußgängern sowie eine präzise Bewegungserkennung.
Funktionsweise: Durch die Aussendung von Mikrowellen und die Analyse der reflektierten Signale können Radar-Sensoren Bewegungen detektieren. Treffen die ausgesendeten Mikrowellen auf ein Objekt, werden sie reflektiert und vom Empfängermodul des Radars aufgefangen. Veränderungen in der Frequenz oder der Amplitude der reflektierten Wellen deuten auf eine Bewegung hin. Komplexe Algorithmen werten diese Daten aus und ermöglichen so eine präzise Bewegungserkennung.
Einschränkungen: Obwohl Radar-Sensoren viele Vorteile bieten, gibt es auch Einschränkungen. So können Wetterbedingungen wie starker Wind, Regen oder Schneefall zu Fehlalarmen führen, da sie fälschlicherweise als Bewegung interpretiert werden.
- Kamerasysteme: Für die Überwachung von Zugängen und die Kennzeichenerkennung sind Kamerasysteme gut geeignet. Für die reine Lichtsteuerung sind sie jedoch oft zu komplex und kostenintensiv. Hinzu kommen Konflikte mit der DSGVO, der Datenschutz-Grundverordnung.
- Ultraschallsensoren: Diese Sensoren messen Entfernungen präzise, sind aber auf eine sehr kurze Reichweite beschränkt. Außerdem werden sie durch Temperatur, Luftfeuchtigkeit oder Hindernisse beeinflusst.
- Induktionsschleifen: Diese im Boden verlegten Schleifen detektieren Fahrzeuge, sind jedoch auf metallische Objekte beschränkt und erfordern einen hohen Installations- und Wartungsaufwand.
Die Vorteile von Radar-Sensoren im Überblick
Ein großer Vorteil von Radarsensoren liegt in ihrer Reichweite: Sie können zuverlässig Bewegungen über größere Distanzen erfassen. Der lixtec Radarsensor lix.one beispielsweise kann PKWs auf bis zu 70 Meter und LKWs auf bis zu 100 Meter Entfernung detektieren.
Zusätzlich verfügen Radarsensoren über einen großen Erfassungswinkel. Der lixtec Radarsensor lix.pure beispielsweise ist ideal für Parkplätze, Kreuzungen und Fußwege, weil er einen elliptischen Bereich direkt unter der Leuchte ohne blinde Flecken perfekt erfasst. PIR-Sensoren hingegen haben einen typischerweise kleineren Erfassungswinkel und sind in ihrer Ausrichtung empfindlicher. Sie sind so konstruiert, dass sie am besten solche Bewegungen erkennen, die senkrecht zu ihrer Erfassungsfläche verlaufen. Objekte, die sich frontal auf den Sensor zubewegen oder in einem sehr flachen Winkel, können unter Umständen schlechter erkannt werden. Dies liegt daran, dass die PIR-Sensoren auf Veränderungen der Wärmestrahlung reagieren, die durch eine Bewegung quer durch ihre Erfassungszonen entstehen.
Die hohe Präzision von Radarsensoren hingegen ermöglicht über die reine Detektion hinaus nicht nur die genaue Bestimmung der Entfernung zu einem Objekt, sondern auch die Messung seiner Geschwindigkeit. Diese Vielseitigkeit macht Radarsensoren für eine breite Palette von Anwendungen interessant, von der einfachen Bewegungserkennung bis hin zur komplexen Steuerung von Verkehrssystemen, wie es lixtec Sensoren ermöglichen, die das Licht nur bei Annäherung eines Verkehrsteilnehmenden auf ein zuvor definiertes Niveau hochdimmen und es nach Passieren wieder auf beispielsweise 10% der Helligkeit reduzieren lassen und so ein enormes Potential für Energie-, CO2– und Kosteneinsparungen eröffnen.
Die Zukunft der Städte: Radar als Baustein für Smart City-Lösungen
Der Einsatz von Radarsensoren in der Straßenbeleuchtung ist nur der Anfang. Durch die flächendeckende Installation solcher Sensoren an Straßenlaternen entsteht ein dichtes Netz von Datenpunkten, das völlig neue Möglichkeiten für die Stadtplanung und -steuerung eröffnet.
Stellen Sie sich vor: Jede Straßenlaterne wird zu einem intelligenten Knotenpunkt, der kontinuierlich Daten über den Verkehrsfluss sammelt. Diese Daten können in Echtzeit ausgewertet werden, um ein umfassendes Bild des Verkehrsgeschehens zu erhalten. So lässt sich beispielsweise das Verkehrsaufkommen nach Fahrzeugtyp und Geschwindigkeit präzise erfassen und analysieren.
Die gewonnenen Erkenntnisse können für eine Vielzahl von Anwendungen genutzt werden:
- Intelligente Verkehrsführung: Durch die Anpassung der Ampelschaltungen an das aktuelle Verkehrsaufkommen können Staus vermieden und der Verkehrsfluss optimiert werden.
- Optimierung des öffentlichen Verkehrs: Die Fahrpläne des öffentlichen Verkehrs können an die tatsächlichen Verkehrsbedingungen angepasst werden, um eine höhere Pünktlichkeit und Effizienz zu gewährleisten.
- Planung neuer Infrastruktur: Die Verkehrsdaten dienen als Grundlage für die Planung neuer Straßen, Radwege und öffentlicher Verkehrsmittel.
- Erkennung von Verkehrsproblemen: Anhand der Daten können potenzielle Gefahrenquellen identifiziert und Maßnahmen zur Verbesserung der Verkehrssicherheit ergriffen werden.
- Entwicklung neuer Dienstleistungen: Die Daten können für die Entwicklung neuer mobilitätsbezogener Dienstleistungen genutzt werden, wie beispielsweise Carsharing-Angebote oder Navigationssysteme, die Echtzeit-Verkehrsinformationen liefern.
Die Integration von Radarsensoren in ein umfassendes IoT-System ermöglicht es, Städte intelligenter und effizienter zu gestalten. Durch die Vernetzung von verschiedenen Sensoren und Geräten können völlig neue Anwendungsmöglichkeiten entstehen. Die Möglichkeiten sind nahezu unbegrenzt. Eines ist sicher: Radar-Technologie wird eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung von Smart Cities spielen.
Weiterführende Literatur und Quellen:
2013: „Principles of Modern Radar“, William L. Melvin und James A. Scheer
2024: https://semiengineering.com/radar-vs-pir-selecting-the-right-solution/
2024: http://de.solar-led-lights.com/info/what-s-the-difference-between-radar-sensor-and-95476458.html
2021: https://radar-blog.innosent.de/duell-der-bewegungsdetektion-pir-versus-radar/