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如何正確使用激光雷達(dá)
2022-02-24 18:13:04· 來源：奚少華 九章智駕
2. 正確使用激光雷達(dá)的方法
總結(jié)完激光雷達(dá)存在的5個(gè)方面的問題，接下來筆者想分享一下，如何正確使用激光雷達(dá)？并且在使用過程中，需要注意哪些關(guān)鍵因素？
1）選擇合適的產(chǎn)品和激光雷達(dá)廠商
正確使用激光雷達(dá)的第一步，筆者認(rèn)為是先要選對(duì)產(chǎn)品和激光雷達(dá)廠商，比如產(chǎn)品是否符合車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)并且是否是未來主流的技術(shù)路線、激光雷達(dá)廠商是否有一定的技術(shù)實(shí)力和服務(wù)體系等等。具體來看：
第一，選擇主流技術(shù)路線且能過車規(guī)的產(chǎn)品。
某L4自動(dòng)駕駛企業(yè)產(chǎn)品經(jīng)理說道：“最關(guān)注兩方面：一方面，該產(chǎn)品是否是當(dāng)前主流的技術(shù)路線，比如混合固態(tài)的MEMS、固態(tài)的1550nm以及禾賽的收發(fā)芯片化，這幾種都是未來的一些主流方向，會(huì)成為整套解決方案的亮點(diǎn)；另一方面，是該產(chǎn)品能否過車規(guī)，因?yàn)檐囈?guī)級(jí)是對(duì)產(chǎn)品可靠性和穩(wěn)定性的保證，并且在工藝上也能有一定的保障?！?
第二，選擇多個(gè)激光雷達(dá)廠商。
筆者認(rèn)為，首先，每一家都有自己的研發(fā)技術(shù)方向，哪種技術(shù)路線是最終的方向，市場(chǎng)目前也沒有給出確切的答案，每個(gè)激光雷達(dá)的客戶都需要盡可能地防止自己錯(cuò)失正確的技術(shù)路線方向；
其次，對(duì)于大部分的自動(dòng)駕駛初創(chuàng)企業(yè)來說，前期可能只是Demo階段，這對(duì)于激光雷達(dá)廠商來說，即使這些初創(chuàng)企業(yè)后期有一些可落地的項(xiàng)目，但是吸引力必然還是會(huì)小于主機(jī)廠的訂單。那對(duì)于這些企業(yè)來說，將得不到很好的支持。同時(shí)，因?yàn)榇蟛糠殖鮿?chuàng)企業(yè)還是場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)型為主，不同場(chǎng)景下，需要對(duì)傳感器做大量的可靠性認(rèn)證，才可能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的項(xiàng)目落地。
某位自動(dòng)駕駛細(xì)分場(chǎng)景行業(yè)的專家說道：“我們不會(huì)把自己捆綁在一家激光雷達(dá)廠商身上?！?
這一點(diǎn)對(duì)于主機(jī)廠前裝量產(chǎn)的項(xiàng)目來說也是如此，考慮到產(chǎn)品供應(yīng)鏈的安全性，選擇多家激光雷達(dá)廠商還是有必要的。
第三，選擇可靠且具備完善的售后服務(wù)體系的激光雷達(dá)廠商。
客戶在選擇激光雷達(dá)廠商前，也會(huì)需要做一個(gè)詳細(xì)的盡調(diào)，包括公司的專利、技術(shù)研發(fā)實(shí)力、產(chǎn)能狀況、產(chǎn)品的可靠性、服務(wù)體系等等。無論是初創(chuàng)的自動(dòng)駕駛公司還是已然成熟的主機(jī)廠，在保證產(chǎn)品具備可靠性的基礎(chǔ)上，都應(yīng)選擇能提供優(yōu)質(zhì)售后服務(wù)的激光雷達(dá)供應(yīng)商。對(duì)于初創(chuàng)企業(yè)來說，大部分都是細(xì)分場(chǎng)景解決方案企業(yè)，他們也會(huì)面對(duì)自己的客戶，如果激光雷達(dá)出現(xiàn)故障而沒有及時(shí)得到技術(shù)支持，必然會(huì)影響他們的品牌形象。對(duì)于主機(jī)廠來說，若已出售車輛上的激光雷達(dá)一旦出現(xiàn)問題，就可能面臨車輛召回的風(fēng)險(xiǎn)，這種傷害會(huì)更大。
2）選擇合適的安裝位置與數(shù)量
目前，激光雷達(dá)上裝的具體位置存在很大的差異，比如車頂上方、車前燈兩側(cè)、車尾等。那具體裝在哪個(gè)位置合適以及裝多少顆？如何做設(shè)備的后期維護(hù)？這些問題都是要考量的。
第一，一定程度上保證整體美觀度。美觀的整體外形設(shè)計(jì)與產(chǎn)品自身的造型是首要的考慮因素。
激光雷達(dá)前裝量產(chǎn)的首要條件，一定是要保證車輛的外觀設(shè)計(jì)。某L4自動(dòng)駕駛企業(yè)產(chǎn)品經(jīng)理憑借其多年在主機(jī)廠的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)說道：“主機(jī)廠地位很強(qiáng)勢(shì)，對(duì)造型的要求也很高，激光雷達(dá)安裝的位置是由設(shè)計(jì)部和研發(fā)部協(xié)商的結(jié)果。”
除了保證車輛的整體外觀設(shè)計(jì)外，由于每款激光雷達(dá)產(chǎn)品的造型不同，致使可供安裝的位置也有不同。這位產(chǎn)品經(jīng)理繼續(xù)說道：“每家激光雷達(dá)廠商的產(chǎn)品形狀、大小都是不同的，比如速騰的M1安裝在前擋風(fēng)玻璃上方會(huì)更好。但如果前擋風(fēng)玻璃上方?jīng)]有相應(yīng)的域控制器的話，那這個(gè)位置也不允許安裝，或許會(huì)安放在車前燈下方兩側(cè)?！?
從現(xiàn)存的激光雷達(dá)上裝情況來看，安裝在車頂上方的激光雷達(dá)，其形狀普遍具備長而扁的特征，這類形狀更適合安裝在車前擋上方，比如Luminar Iris這款產(chǎn)品體積足夠小，更易于集成在車前擋上方。安裝在車前燈兩側(cè)或者保險(xiǎn)杠中部的激光雷達(dá)，體積相對(duì)較大（尤其是高度較高），比如大疆的HAP，若是安裝在車前擋上方，容易破壞車輛整體的美觀度，所以更適合安裝在車前燈兩側(cè)。
表：部分激光雷達(dá)的代表車型和安裝位置
第二，不同位置實(shí)現(xiàn)不同功能。從功能的角度來說，安裝在車前擋上方位置可以兼做感知和定位，而車前燈下方兩側(cè)的位置則更適合感知功能。
智加科技中國首席科學(xué)家崔迪瀟解釋道：“裝在什么位置，具體是看做什么功能。如果是要做感知，放在車前燈下方兩側(cè)位置更合適。如果是做定位，放在車前擋最上面會(huì)更好。放在最上面的激光雷達(dá)會(huì)看得更高更遠(yuǎn)，但這是一個(gè)相對(duì)的概念，取決于算法的需求。例如感知算法通常更關(guān)注路面上的動(dòng)態(tài)交通參與者，某些定位算法更關(guān)注路面之外的建筑物，兩類算法的要求可以通過激光的不同安裝來分別滿足。”
探維科技品牌總監(jiān)張立辰繼續(xù)補(bǔ)充道：“激光雷達(dá)安裝在車前燈下方的位置，主要功能是補(bǔ)充或輔助性避障，但下方的位置存在無法避免的盲區(qū)問題。而上方的位置可以是感知功能也可以是定位功能，但定位功能需要360°的信息，單顆半固態(tài)激光雷達(dá)必然不能實(shí)現(xiàn)定位功能。”
結(jié)合兩位專家的觀點(diǎn)，筆者認(rèn)為，激光雷達(dá)放在下方的話，兩顆激光雷達(dá)覆蓋的感知范圍也較大，其感知功能相對(duì)較強(qiáng)，可以更適合多變、復(fù)雜的城區(qū)場(chǎng)景；而放在上方的話，普遍是單顆激光雷達(dá)，市場(chǎng)上的普遍水平視場(chǎng)角在120°，可覆蓋的感知范圍必然不會(huì)比下方廣，但上方的激光雷達(dá)產(chǎn)品主要是1550nm的遠(yuǎn)距離產(chǎn)品（比如Luminar的Iris或者圖達(dá)通的獵鷹），視線能看得更遠(yuǎn)，更適合高速場(chǎng)景。
第三，場(chǎng)景需求決定安裝數(shù)量。安裝激光雷達(dá)的數(shù)量取決于需要滿足的感知范圍和場(chǎng)景功能。
越來越多的車輛開始上裝激光雷達(dá)，有些車輛甚至多達(dá)4顆，那一輛自動(dòng)駕駛車輛上到底需要安裝多少顆激光雷達(dá)？對(duì)此，智加科技中國首席科學(xué)家崔迪瀟解釋道：“因?yàn)榧す饫走_(dá)自身的原理特性，所以導(dǎo)致了它無法做到所有的功能。那么單個(gè)激光雷達(dá)在使用過程中無法實(shí)現(xiàn)多個(gè)功能，只有通過多個(gè)激光雷達(dá)才可以把自動(dòng)駕駛車輛需要的功能全部覆蓋。這也就是為什么高階的自動(dòng)駕駛功能需要裝這么多的激光雷達(dá)，甚至有些堆了四個(gè)激光雷達(dá)?！?
從這一點(diǎn)上，筆者也在思考：是不是裝的越多越好？而在這種趨勢(shì)下，會(huì)不會(huì)引起激光雷達(dá)數(shù)量的軍備競(jìng)賽？均勝電子副總裁郭繼舜解釋道：“在成本允許的前提下，安裝激光雷達(dá)必然能夠提升系統(tǒng)穩(wěn)定性和自動(dòng)駕駛的安全性，至于裝多少顆，主要取決于需要增加的具體功能。至于軍備競(jìng)賽的說法，現(xiàn)階段遠(yuǎn)遠(yuǎn)還沒有來臨。哪怕軍備競(jìng)賽真的到來，規(guī)?；矔?huì)帶來成本的下降。”
總的來說，一款激光雷達(dá)無論裝在車前后四角還是車頂，單顆激光雷達(dá)都無法滿足車輛安全行駛的要求。出于這點(diǎn)考慮，市場(chǎng)上大部分中短距離激光雷達(dá)都是安裝2個(gè)及以上，以求獲得更廣的視野范圍，并且主要是前向方向。
對(duì)此，某L4自動(dòng)駕駛公司資深從業(yè)者解釋道：“大家都在做前裝量產(chǎn)，所以才盡可能拋棄機(jī)械式激光雷達(dá)，而做一些內(nèi)嵌式的激光雷達(dá)。但是內(nèi)嵌式的激光雷達(dá)水平視場(chǎng)角必然不會(huì)達(dá)到360°，比如大疆的HAP和速騰的M1，水平視場(chǎng)角都為120°，相對(duì)機(jī)械式的激光雷達(dá)來說，它們的視場(chǎng)角很小，所以使得車輛需要裝多個(gè)激光雷達(dá)。”
第四，做好后期維護(hù)。從后期的維護(hù)角度來說，安裝在不同位置實(shí)現(xiàn)清洗、防撞、熱管理等功能的難易度不同。
安裝在上方，好處是易清洗、防撞，但不易做熱管理。裝在車燈下方的位置的話，最大的缺點(diǎn)是容易被撞，一旦被撞設(shè)備幾乎無法維修，而更換的成本會(huì)很高。也有一些車企選擇裝在車燈附近的進(jìn)氣格柵內(nèi)，總體來看，這是最不理想的位置，容易被撞，還不容易清洗。
圖：部分車型中進(jìn)氣格柵的安裝位置
（圖片來源：公開信息）
3）優(yōu)化工作時(shí)間、降低功耗，提升設(shè)備耐久性
上文中也提到了激光雷達(dá)的耐久性問題比較突出，但可以從優(yōu)化工作時(shí)間與降低功耗兩個(gè)角度，提升激光雷達(dá)的耐久性，減少維修和更換的成本。
首先，對(duì)于乘用車來說，可以在非工作時(shí)間內(nèi)讓設(shè)備“休息”，提升設(shè)備的耐久性。
某自動(dòng)駕駛初創(chuàng)企業(yè)產(chǎn)品經(jīng)理說道：“商用車的激光雷達(dá)使用壽命相對(duì)乘用車來說會(huì)更短，因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)長的原因，激光雷達(dá)需要始終保持運(yùn)行狀態(tài)。但乘用車并不需要24小時(shí)全天候的工作，可以有效地降低激光雷達(dá)使用時(shí)間，在某個(gè)不需要激光雷達(dá)場(chǎng)景的條件下，可以適當(dāng)?shù)年P(guān)閉激光雷達(dá)，通過電源管理的方式，實(shí)現(xiàn)使用時(shí)間的優(yōu)化?！?
其次，從軟硬件兩個(gè)角度，降低激光雷達(dá)的功耗問題。
從硬件的角度來看，探維科技品牌總監(jiān)張立辰告訴《九章智駕》：“后裝市場(chǎng)的話，通過改善外殼材質(zhì)、顏色、體積、或加裝排熱風(fēng)扇的方式，改善功耗問題；前裝市場(chǎng)的話，主要依靠主機(jī)廠或者tier 1去設(shè)計(jì)激光雷達(dá)產(chǎn)品的體積和安裝位置，從而改善功耗問題?！?
從軟件的角度來看，某傳感器行業(yè)專家提道：“可以通過優(yōu)化芯片架構(gòu)、優(yōu)化算法的方式降低功耗?！?
優(yōu)化工作時(shí)間和降低功耗是提升激光雷達(dá)耐久性的最基礎(chǔ)的方式，除此以外，熱管理功能也會(huì)是提升功耗的一種方式，但熱管理主要是針對(duì)極端環(huán)境而言，并不是一個(gè)共性問題。
4）提高不同場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)采集效率
提高激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)采集效率，減少重復(fù)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)采集工作，關(guān)注更有價(jià)值的數(shù)據(jù)。
某自動(dòng)駕駛初創(chuàng)企業(yè)產(chǎn)品經(jīng)理說道：“如果車輛一直在某一個(gè)相同區(qū)域內(nèi)行駛，數(shù)據(jù)的重復(fù)度會(huì)比較高，無用的數(shù)據(jù)就會(huì)過多，最終只能得到重復(fù)累加的數(shù)據(jù)。相對(duì)于此，更應(yīng)該搜集算法遇到問題時(shí)候的數(shù)據(jù)，比如在這前后十分鐘或者五分鐘的數(shù)據(jù)，這類稀缺的數(shù)據(jù)是對(duì)算法訓(xùn)練最有價(jià)值的數(shù)據(jù)?！?
筆者認(rèn)為能做到高效的數(shù)據(jù)采集，首先是場(chǎng)景的選擇，比如高速場(chǎng)景下采用ROI功能，動(dòng)態(tài)調(diào)整激光雷達(dá)的角分辨率，將感知區(qū)域集中在車輛前方，增加前方重點(diǎn)區(qū)域的點(diǎn)云密度；其次是激光雷達(dá)自身算法的優(yōu)化，通過不斷地?cái)?shù)據(jù)積累，過濾掉工況下的重復(fù)信息。
5） 配合短距激光雷達(dá)會(huì)更好
筆者發(fā)現(xiàn)當(dāng)前市場(chǎng)上新推出了多款短距激光雷達(dá)，從市場(chǎng)上現(xiàn)已公布的一些產(chǎn)品數(shù)據(jù)來看，短距激光雷達(dá)覆蓋了各種不同的掃描技術(shù)路線，包括MMT、Flash、機(jī)械式，主要的特點(diǎn)是測(cè)距相對(duì)較短，一般為50米范圍以內(nèi)。
這不禁讓筆者產(chǎn)生了一個(gè)思考，為何需要短距激光雷達(dá)？在如此短的距離內(nèi)，短距激光雷達(dá)的主要優(yōu)勢(shì)是什么？
表：部分短距激光雷達(dá)產(chǎn)品信息整理
圖：QT128探測(cè)動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)的乒乓球
(圖片來源：https://mp.weixin.qq.com/s/ciV0BqYNgKahEfdXtQjHeA)
智加科技中國首席科學(xué)家崔迪瀟介紹說：“短距激光雷達(dá)的使用與場(chǎng)景有一定相關(guān)性，主要是用于相對(duì)低速的環(huán)境下。要實(shí)現(xiàn)高階的自動(dòng)駕駛功能，就必須依靠更多種類的激光雷達(dá)。有些場(chǎng)景下可能只有兩層冗余，這必然不能滿足高階自動(dòng)駕駛的冗余需求，所以才會(huì)有了短距激光雷達(dá)。從功能上來說，短距激光雷達(dá)有效覆蓋范圍只有50米，所以它對(duì)定位不一定有用，只有補(bǔ)盲作用。”
除了激光雷達(dá)主要的探距功能外，短距激光雷達(dá)主要是起到了補(bǔ)盲雷達(dá)的作用，通常安裝在車頭、車前后四角、左右兩側(cè)等位置。
但如果只是補(bǔ)盲的話，為何不直接采用攝像頭或者毫米波雷達(dá)？
某自動(dòng)駕駛資深從業(yè)者解釋道：“短距激光雷達(dá)功率相對(duì)較小，成本也會(huì)較低。比如在泊車環(huán)境下，單目攝像頭的深度信息相對(duì)較弱，但通過短距的激光雷達(dá)可以補(bǔ)充這些深度信息，能幫助車輛獲取與障礙物的距離信息，這是它的重要功能之一。”
綜合來看，短距激光雷達(dá)具備低成本、低功率、寬視場(chǎng)角等特征。相比于長距激光雷達(dá)而言，短距激光雷達(dá)需要解決的并不是更遠(yuǎn)處的場(chǎng)景，而是近處的場(chǎng)景，比如在城區(qū)環(huán)境下，車輛往往只處于低速環(huán)境下，并不需要特別關(guān)心150米甚至200米以外的環(huán)境信息。相比于其他傳感器，短距激光雷達(dá)對(duì)于近處的補(bǔ)盲效果會(huì)更好，既彌補(bǔ)了毫米波對(duì)于金屬的不夠敏感，也彌補(bǔ)了視覺對(duì)于光照的影響，同時(shí)短距雷達(dá)的位置，一般也會(huì)覆蓋攝像頭的感知范圍，可以實(shí)現(xiàn)多傳感器的融合異構(gòu)方案。
結(jié)語：
激光雷達(dá)前裝量產(chǎn)后，使用過程中暴露出的問題也慢慢浮出水面。第一，統(tǒng)一的車規(guī)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是激光雷達(dá)亟須解決的首要問題；第二，在一些特定場(chǎng)景下，如雨霧雪等氣候環(huán)境下或者重復(fù)性較高的場(chǎng)景下，激光雷達(dá)的使用效果會(huì)大打折扣；第三，激光雷達(dá)在使用層面，產(chǎn)品的耐久性和可靠性問題也很突出，無法覆蓋產(chǎn)品承諾的生命周期；第四，激光雷達(dá)廠商的售后服務(wù)體系也尚未成熟，現(xiàn)有的售后服務(wù)水平很難滿足行業(yè)后期的大規(guī)模量產(chǎn)；第五，未來的環(huán)境安全問題也值得重視，尤其是在激光相互對(duì)射的串?dāng)_與人眼安全兩方面。
此外，筆者以一個(gè)使用者的角度總結(jié)了正確使用激光雷達(dá)的方法：第一，是需要選擇合適的產(chǎn)品和激光雷達(dá)廠商，包括產(chǎn)品是否符合車規(guī)要求、激光雷達(dá)廠商是否具備完善的售后服務(wù)等；第二，選擇合適的安裝位置與數(shù)量，包括安裝在不同位置主要的影響因素、安裝數(shù)量與場(chǎng)景和需要實(shí)現(xiàn)的功能之間的聯(lián)系等；第三，通過優(yōu)化工作時(shí)間、降低功耗，從而提升產(chǎn)品耐久性，增加產(chǎn)品的生命周期；第四，通過動(dòng)態(tài)調(diào)整角分辨率的方式，實(shí)現(xiàn)ROI功能，提高某些場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)采集效率，比如高速場(chǎng)景下，可以重點(diǎn)關(guān)注車前方的行駛區(qū)域；第五，可以嘗試安裝短距激光雷達(dá)，其具備低成本、低功率、寬視場(chǎng)角等特征，同時(shí)可為車輛提供補(bǔ)盲的作用。
激光雷達(dá)使用過程中存在的問題可能不止上述5點(diǎn)，隨著滲透率的逐步提升，相關(guān)問題也會(huì)慢慢呈現(xiàn)出來。但筆者相信，國內(nèi)自動(dòng)駕駛行業(yè)正在加快發(fā)展步伐，而激光雷達(dá)已成為高階自動(dòng)駕駛車輛必不可少的關(guān)鍵傳感器之一。
參考文獻(xiàn)
【1】深度|智能駕駛：激光雷達(dá)成為L3/L4焦點(diǎn)，自動(dòng)駕駛顯現(xiàn)千億新藍(lán)海
https://mp.weixin.qq.com/s/9RdwCG3qf9hE3X5wiiy_QA
【2】golang+webgl實(shí)踐激光雷達(dá)(一)激光掃描儀基礎(chǔ)知識(shí)
https://www.cnblogs.com/laofenmao/p/12052290.html
【3】激光雷達(dá)波長：905nm VS1550nm
https://www.cmpe360.com/p/120214
【4】激光對(duì)人眼的損傷分析，李強(qiáng) 何炳陽
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