激光雷達(dá)在車路協(xié)同上的使命

車路協(xié)同最終需要提高車輛和道路的“智能水平”，實(shí)現(xiàn)安全自動(dòng)駕駛的目標(biāo)。也可以說，車路協(xié)同的智能化是無人駕駛的另一個(gè)過程。智能化的過程具體來說就是拆分，即覆蓋汽車和道路的智能設(shè)備和算法的升級(jí)，其中最重要的就是傳感器。

激光雷達(dá)是車輛側(cè)無人駕駛的核心傳感器，也是道路側(cè)的路側(cè)傳感器，也被稱為路側(cè)單元RSU。它通過5G等通信方式為車輛提供交通環(huán)境信息。那么激光雷達(dá)需要做些什么來完成路邊的任務(wù)呢？

一、激光雷達(dá)的使命

智能駕駛是汽車和道路不可回避的話題。在車路協(xié)同中，激光雷達(dá)不僅要全面、準(zhǔn)確地感知交通環(huán)境中各種車輛、人員和基礎(chǔ)設(shè)施的狀態(tài)，還需要足夠的安全冗余來應(yīng)對(duì)各種“長尾效應(yīng)”帶來的問題。其實(shí)真正的車路協(xié)同并不低于自動(dòng)駕駛的門檻。

二、為什么是激光雷達(dá)？

相機(jī)的缺陷主要來源于光線，在弱光或強(qiáng)光的干擾下，誤判率高。由于光的影響，檢測距離變短，并且精度變低。在路端使用單個(gè)攝像頭進(jìn)行計(jì)算需要極強(qiáng)的計(jì)算能力，信號(hào)的傳輸和處理會(huì)有帶寬和實(shí)時(shí)性等影響。毫米波的缺陷主要在于對(duì)完全靜止的物體幾乎沒有回波，但在某些金屬干擾環(huán)境下容易產(chǎn)生虛警。激光雷達(dá)雖然采用光學(xué)原理，但與環(huán)境光無關(guān)，全天24小時(shí)工作，因此大大增強(qiáng)了感知的適應(yīng)性，目標(biāo)物體的三維探測能力增強(qiáng)了探測的準(zhǔn)確性，既能捕捉靜態(tài)物體，也能捕捉動(dòng)態(tài)物體。

路的盡頭場景很復(fù)雜，車流量大的路口比較典型。事實(shí)上，僅僅依靠一種技術(shù)手段，假陽性、假陰性都會(huì)成為安全隱患，不可能實(shí)現(xiàn)道路信息的穩(wěn)定、智能檢測。如果將激光雷達(dá)與攝像頭集成，可以一次獲取物體的位置、距離、大小、速度、方向、顏色等信息。

1.強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集能力

①檢測距離遠(yuǎn)。

機(jī)械雷達(dá)的有效射程一般為150至200米，使用人眼安全的1550納米北威克霍恩系列激光雷達(dá)，探測距離可達(dá)300米。300米意味著在路端布線時(shí)可以降低硬件成本和施工壓力。

②高分辨率。

市場上常見的激光雷達(dá)主要有16線、32線、64線，線束對(duì)應(yīng)的參數(shù)是分辨率。像級(jí)激光雷達(dá)或數(shù)字激光雷達(dá)都使得線束非常高，所以后期算法要求降低了難度和感知級(jí)別的難度。北星和一些激光雷達(dá)廠商為了解決遠(yuǎn)距離小目標(biāo)的探測能力，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了300-600線的分辨率。鑒于車路協(xié)同的特點(diǎn)，路面目標(biāo)種類和數(shù)量較多，分辨率越高，識(shí)別速度越快。

由于小物體體積小，很難接收激光雷達(dá)發(fā)出的光。的分辨率主要由垂直角分辨率決定。垂直角度分辨率的值越小，可以檢測到目標(biāo)的點(diǎn)越多，檢測清晰度越高，小目標(biāo)的點(diǎn)越多。如下圖所示，垂直間距小，點(diǎn)云數(shù)量多。

在垂直角分辨率方面，北星激光雷達(dá)的垂直角分辨率可以精確到0.05°，是64線激光雷達(dá)的9.4倍。它能遠(yuǎn)距離精確探測小目標(biāo)，對(duì)行人的實(shí)際探測識(shí)別能力可達(dá)115米，而64線Lidar的線束太低，實(shí)際探測識(shí)別能力僅在12米以內(nèi)。

③視角寬。

安裝在路口的攝像頭覆蓋面積一般只有10個(gè)左右，視野狹窄。毫無疑問，30°機(jī)械旋轉(zhuǎn)雷達(dá)視野更廣，但由于其內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，其使用壽命始終存疑。North Wake Horn系列激光雷達(dá)不采用機(jī)械同軸旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，具有橫向90°視場角。探測范圍比相機(jī)大很多，單個(gè)激光雷達(dá)可以覆蓋300米* 300米的大場景。因此，要檢測同一個(gè)路口，安裝的激光雷達(dá)數(shù)量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于攝像頭數(shù)量。與單攝像頭方案相比，激光雷達(dá)方案更有利于探測大視場的闖紅燈區(qū)域。

2.融合數(shù)據(jù)的能力

①集成攝像頭和其他傳感器

單攝像頭方案只能提供二維信息，在強(qiáng)光或背光下拍攝和檢測效果容易失效。尤其是在晚上沒有環(huán)境光的情況下，攝像頭方案基本上失去了作用。傳統(tǒng)機(jī)械雷達(dá)提供的點(diǎn)云非常稀疏，特別是路測后采集的有效點(diǎn)少，很難與其他傳感器融合。

北尾流激光雷達(dá)每秒可提供280多萬個(gè)點(diǎn)，最高點(diǎn)云輸出1800*600，便于與相機(jī)進(jìn)行圖像融合。這種組合，無論是汽車還是其他交通工具，都可以通過跟蹤像素來達(dá)到避障、減速、繞行的目的。這無疑是自動(dòng)駕駛和輔助駕駛的新機(jī)遇。

3.部署方案簡單

①支持客戶部署計(jì)劃

在車路協(xié)同的應(yīng)用中，為了完美呈現(xiàn)Horn系列激光雷達(dá)的點(diǎn)云感知功能，北星還將為客戶提供支持，基于北星3D點(diǎn)云進(jìn)行分析，以各種傳輸協(xié)議輔助客戶快速落地交付項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)警示行人闖紅燈、警示車輛碰撞、抓拍違法活動(dòng)等功能。

②安裝和部署

路試安裝的激光雷達(dá)，一般選用6-7米高度的電桿或電桿。安裝位置一般靠近道路中心。如圖8所示，北興號(hào)角系列激光雷達(dá)探測距離長，視場角大，因此一臺(tái)激光雷達(dá)可以同時(shí)探測雙向道路不同車道的物體。對(duì)于視場角較小的雷達(dá)，應(yīng)至少安裝兩臺(tái)激光雷達(dá)。

4.易于集成和大規(guī)模生產(chǎn)

30機(jī)械旋轉(zhuǎn)雷達(dá)，由于機(jī)械旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)的整個(gè)光學(xué)和電子器件模塊在工作過程中不斷旋轉(zhuǎn)，部件容易磨損，在裝配雷達(dá)的過程中，每個(gè)發(fā)射器和接收光子探測器的視場角需要一一對(duì)應(yīng)，需要人工調(diào)整，不利于自動(dòng)化生產(chǎn)，難以批量生產(chǎn)。

32線激光雷達(dá)比較成熟，市場表現(xiàn)不錯(cuò)，幾千臺(tái)出貨時(shí)報(bào)價(jià)4萬美元。北星激光雷達(dá)采用光學(xué)一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品小型化、輕量化，并通過布局整個(gè)大交通領(lǐng)域逐步實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，大大降低了成本。在車路協(xié)同的應(yīng)用中，通過考慮布局?jǐn)?shù)量和軟件能力，可以更快地降低整體成本。