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小鹏、蔚来抢跑,大疆、华为竞争,五分钟看懂激光雷达

之前,小鹏汽车宣布与大疆孵化的Livox览沃科技达成合作,将在年内推出搭载激光雷达的全新量产车型P5,还是挺期待的。P5的定位是纯电紧凑型轿车,层次上还是低于P7,但这款车的亮点在于――Livox为小鹏定制的车规级激光雷达。

蔚来也早在1月份发布的ET7上,为激光雷达造了一波势,只不过这款车要到一年后才能交付。坚决不造车的华为,也与北汽极狐一起推出了激光雷达量产车计划,目前在紧锣密鼓的筹备当中。

与往年的续航口号不同,2021年,激光雷达接力成为智能汽车企业的新宠儿,搞智能汽车的,没有激光雷达就像没了车展的入场券一样尴尬。那激光雷达究竟是个什么玩意?

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普通雷达与激光雷达,区别在哪?

我不是军事迷,但有个常识大家都知道,那就是――隐形战机并非真的隐身,而是很难被雷达探测到。要弄清楚激光雷达,就得先搞懂雷达到底是个啥。

二战期间,因空战需要,雷达被用来搜寻空中敌方飞机,因此得到广泛应用。雷达的工作原理很简单,就像蝙蝠通过声波定位一样,雷达通过发射电磁波对目标进行照射并接收其回波,由此获取雷达与目标的精确距离等相关信息。也因为这个特性,雷达被应用于各个领域进行探测工作。

雷达根据频段可分为超视距雷达、微波雷达、毫米波雷达以及激光雷达。虽然只差了两个字,但激光雷达与普通雷达完全不一样。一般认为,雷达发射出去的是一个锥状的电磁波波束,电磁波在自然界中容易被干扰,具有一定的不稳定性,而激光雷达发射的是一条直线的光束,光速为每秒30万公里,且隐蔽性强,很难受到干扰,这个特性使得激光雷达的稳定性与精确度大大提升。

比如我们所熟知的地球与月亮的距离,就是通过激光测距技术实现的:激光从发射到月面反射光到达地球的时间,乘以光速再除以二,就是地月距离了。看着很简单?但这只是激光雷达最基本的“技能”。除此之外,激光雷达就像人的眼睛一样,能够获取目标物体的二维及三维位置信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、形状等参数,从而对目标进行探测、跟踪和识别。

从线到面,从面到空间,激光雷达的三维探测能力,才是它备受推崇的关键所在。激光雷达凭借更高的分辨率及更远的探测距离,除了在机器人、无人驾驶等热门领域的应用,在军事、海洋探测、气象探测等方面也得到广泛应用。

例如目前比较火热的自动驾驶,基本原理就是通过各类硬件传感器捕捉车辆的位置信息以及外部环境信息,系统经过一定处理,执行相应的信号指令,从而使汽车进行一定程度的自动操作。

而要精确测量外部环境,就必须用到各种常见的硬件传感器,包括摄像头、毫米波雷达和激光雷达。这些传感器主导了当前自动驾驶车辆感知外部环境的两条路线:纯视觉路线和激光雷达路线。

由于各种传感器各有所长,现在市面上为自动驾驶车辆配备的视觉解决方案,大多以多种传感器融合为主。其中,特斯拉的Autopilot采用的是视觉主导路线,通过搭载多个摄像头、超声波传感器和毫米波雷达来实现智能驾驶功能。

马斯克甚至毫不掩饰他对激光雷达的厌恶,公开吐槽“激光雷达就像人身上长了一堆阑尾”,“任何依赖激光雷达的公司都可能无疾而终”。与之针锋相对的是小鹏汽车,面对马斯克的吐槽,何小鹏强势表态要用包含激光雷达的下一代自动驾驶架构,“将特斯拉打得找不到东”。

两个狠人互怼,是软件与硬件之间的对决,在特斯拉的视觉解决方案尚存缺陷时,激光雷达是个不错的选择。

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60岁的激光雷达,前途无量

激光雷达的发展历史已有六十年。没想到吧?现在车企你争我抢的高科技,居然是个老古董!直到现在才开始慢慢普及。

1960年,美国休斯飞机公司的科学家梅曼研制出了第一台激光器,第二年世界上第一台军用激光测距仪就诞生了,接着激光雷达由最初的激光测距逐步发展成为现在的激光测速、激光跟踪和激光成像技术。1968年,美国Syracuse大学建造了世界上第一个激光海水深度测量系统。70年代末,美国国家航空航天局(NASA)成功研制出机载海洋激光雷达,并对大西洋进行了水深测定。之后机载激光雷达被应用到陆地地形勘测研究当中。

1971年,激光雷达还跟着阿波罗15号进行了月面测绘。由于激光雷达成本较高,商业化场景较少,技术难度较高,上世纪激光雷达并没有得到普及应用,直到21世纪才再次受到重视。以Ibeo、Valeo、Luminar为代表的公司相继推出各自的激光雷达产品,机械式产品逐渐转变为固态产品。加上近年来无人驾驶技术的兴起,智能汽车成为趋势,激光雷达变成了消费级大众产品。

不过,目前激光雷达还存在两大缺点:

一方面,受天气和环境的影响。

由于激光的物理特性的限制,激光传感器受环境因素影响较大,在烟雾、粉尘、雨雪、沙尘和强光环境中激光雷达容易受到干扰。

另一方面,价格太高。

由于激光雷达的研发成本很高,制造也不容易,只能靠量产去摊薄费用。不过随着技术进步和市场需求增加,激光雷达的成本也会降低到可接受的程度。

在无人驾驶领域,激光雷达的使用囊括了无人驾驶的定位、路沿/可行驶区域检测、车道标识线检测、障碍物检测、动态物体跟踪、障碍物分类识别等功能,成本也进一步降低。

2012年亮相的谷歌无人车使用的激光雷达,成本超7万美元,如今Waymo已将激光雷达的成本做到了7000美元左右。

华为提出的目标是,短期内开发出100线的激光雷达,持续降低激光雷达的成本。而大疆孵化的Livox览沃科技已经将成本控制在一万元以下,这吸引了准备推出激光雷达量产车型的小鹏汽车。

除了无人驾驶,激光雷达在很多行业得到了广泛应用:

机器人

机器人可以通过激光光束测量物体的轮廓信息,组成所谓的点云并绘制出3D环境地图。例如,欢创科技的激光雷达精度已达到亚毫米级别,更好地帮助机器人提供服务。

医疗卫生

美国国家实验室研发出了一种集成系统,可以对烧伤病人的体表组织进行三维的激光雷达定位探测,以确定损害程度。利用探测定位结果,激光可以自动除去坏死的组织以利于新组织生长。

生态监测

近年来,环境问题广受大家关注,而激光雷达已成为在测风速、水土流失、沙尘暴观测、海洋环境观测等方面的一种先进主流检测手段。

智慧城市

信息技术、传感技术、通信技术等多种技术在智慧城市建设领域有着广泛的应用。例如,可用于信号灯控制机即时感应控制、自适应控制和绿波带控制,也是未来道路协同的基础。

写在最后

在 2020 年 12 月 30 日,长城汽车召开智能驾驶战略升级发布会上就表示,在咖啡智驾(咖啡智驾是长城的自动驾驶平台)上采用的多源异构的传感器架构中,会有 3 个纯固态激光雷达。

可以看出,2021年将是激光雷达开始角逐的起点,Livox+小鹏P5,Innovusion + 蔚来 ET7,华为+极狐,再加上咖啡智驾+长城,越来越多的车企加入,激光雷达势必成为自动驾驶的标配。而依靠视觉解决方案的特斯拉,不知道还稳不稳得住。