激光雷達在車路協(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”，實現(xiàn)安全自動駕駛的目標。也可以說，車路協(xié)同的智能化是無人駕駛的另一個過程。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備和算法的升級，其中最重要的就是傳感器。

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

一、激光雷達的使命

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

二、為什么是激光雷達？

相機的缺陷主要來源于光線，在弱光或強光的干擾下，誤判率高。由于光的影響，檢測距離變短，并且精度變低。在路端使用單個攝像頭進行計算需要極強的計算能力，信號的傳輸和處理會有帶寬和實時性等影響。毫米波的缺陷主要在于對完全靜止的物體幾乎沒有回波，但在某些金屬干擾環(huán)境下容易產生虛警。激光雷達雖然采用光學原理，但與環(huán)境光無關，全天24小時工作，因此大大增強了感知的適應性，目標物體的三維探測能力增強了探測的準確性，既能捕捉靜態(tài)物體，也能捕捉動態(tài)物體。

路的盡頭場景很復雜，車流量大的路口比較典型。事實上，僅僅依靠一種技術手段，假陽性、假陰性都會成為安全隱患，不可能實現(xiàn)道路信息的穩(wěn)定、智能檢測。如果將激光雷達與攝像頭集成，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.強大的數(shù)據(jù)采集能力

①檢測距離遠。

機械雷達的有效射程一般為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，探測距離可達300米。300米意味著在路端布線時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主要有16線、32線、64線，線束對應的參數(shù)是分辨率。像級激光雷達或數(shù)字激光雷達都使得線束非常高，所以后期算法要求降低了難度和感知級別的難度。北星和一些激光雷達廠商為了解決遠距離小目標的探測能力，已經實現(xiàn)了300-600線的分辨率。鑒于車路協(xié)同的特點，路面目標種類和數(shù)量較多，分辨率越高，識別速度越快。

由于小物體體積小，很難接收激光雷達發(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，可以檢測到目標的點越多，檢測清晰度越高，小目標的點越多。如下圖所示，垂直間距小，點云數(shù)量多。

在垂直角分辨率方面，北星激光雷達的垂直角分辨率可以精確到0.05°，是64線激光雷達的9.4倍。它能遠距離精確探測小目標，對行人的實際探測識別能力可達115米，而64線Lidar的線束太低，實際探測識別能力僅在12米以內。

③視角寬。

安裝在路口的攝像頭覆蓋面積一般只有10個左右，視野狹窄。毫無疑問，30°機械旋轉雷達視野更廣，但由于其內部的旋轉結構，其使用壽命始終存疑。North Wake Horn系列激光雷達不采用機械同軸旋轉結構，具有橫向90°視場角。探測范圍比相機大很多，單個激光雷達可以覆蓋300米* 300米的大場景。因此，要檢測同一個路口，安裝的激光雷達數(shù)量將遠遠少于攝像頭數(shù)量。與單攝像頭方案相比，激光雷達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)機械雷達提供的點云非常稀疏，特別是路測后采集的有效點少，很難與其他傳感器融合。

北尾流激光雷達每秒可提供280多萬個點，最高點云輸出1800*600，便于與相機進行圖像融合。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到避障、減速、繞行的目的。這無疑是自動駕駛和輔助駕駛的新機遇。

3.部署方案簡單

①支持客戶部署計劃

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

②安裝和部署

路試安裝的激光雷達，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，北興號角系列激光雷達探測距離長，視場角大，因此一臺激光雷達可以同時探測雙向道路不同車道的物體。對于視場角較小的雷達，應至少安裝兩臺激光雷達。

4.易于集成和大規(guī)模生產

30機械旋轉雷達，由于機械旋轉激光雷達的整個光學和電子器件模塊在工作過程中不斷旋轉，部件容易磨損，在裝配雷達的過程中，每個發(fā)射器和接收光子探測器的視場角需要一一對應，需要人工調整，不利于自動化生產，難以批量生產。

32線激光雷達比較成熟，市場表現(xiàn)不錯，幾千臺出貨時報價4萬美元。北星激光雷達采用光學一體化設計，實現(xiàn)產品小型化、輕量化，并通過布局整個大交通領域逐步實現(xiàn)量產，大大降低了成本。在車路協(xié)同的應用中，通過考慮布局數(shù)量和軟件能力，可以更快地降低整體成本。