激光雷達(dá)在車(chē)路協(xié)同上的使命
作者: 嶺緯科技發(fā)表時(shí)間:2022-02-09 09:24:38
車(chē)路協(xié)同最終需要提高車(chē)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(shuō),車(chē)路協(xié)同的智能化是無(wú)人駕駛的另一個(gè)過(guò)程。智能化的過(guò)程具體來(lái)說(shuō)就是拆分,即覆蓋汽車(chē)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(chē)輛側(cè)無(wú)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(chēng)為路側(cè)單元RSU。它通過(guò)5G等通信方式為車(chē)輛提供交通環(huán)境信息。那么激光雷達(dá)需要做些什么來(lái)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(chē)和道路不可回避的話題。在車(chē)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(chē)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(lái)應(yīng)對(duì)各種“長(zhǎng)尾效應(yīng)”帶來(lái)的問(wèn)題。其實(shí)真正的車(chē)路協(xié)同并不低于自動(dòng)駕駛的門(mén)檻。
二、為什么是激光雷達(dá)?
相機(jī)的缺陷主要來(lái)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(cè)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(méi)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(wú)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(cè)能力增強(qiáng)了探測(cè)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(chǎng)景很復(fù)雜,車(chē)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(yáng)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(cè)。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(cè)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(cè)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(chǎng)上常見(jiàn)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(cè)能力,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了300-600線的分辨率。鑒于車(chē)路協(xié)同的特點(diǎn),路面目標(biāo)種類(lèi)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(cè)到目標(biāo)的點(diǎn)越多,檢測(cè)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(cè)小目標(biāo),對(duì)行人的實(shí)際探測(cè)識(shí)別能力可達(dá)115米,而64線Lidar的線束太低,實(shí)際探測(cè)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(wú)疑問(wèn),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(chǎng)角。探測(cè)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(chǎng)景。因此,要檢測(cè)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(cè)大視場(chǎng)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(cè)效果容易失效。尤其是在晚上沒(méi)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(cè)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(wàn)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(wú)論是汽車(chē)還是其他交通工具,都可以通過(guò)跟蹤像素來(lái)達(dá)到避障、減速、繞行的目的。這無(wú)疑是自動(dòng)駕駛和輔助駕駛的新機(jī)遇。
3.部署方案簡(jiǎn)單
①支持客戶部署計(jì)劃
在車(chē)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(chē)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(cè)距離長(zhǎng),視場(chǎng)角大,因此一臺(tái)激光雷達(dá)可以同時(shí)探測(cè)雙向道路不同車(chē)道的物體。對(duì)于視場(chǎng)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(guò)程中不斷旋轉(zhuǎn),部件容易磨損,在裝配雷達(dá)的過(guò)程中,每個(gè)發(fā)射器和接收光子探測(cè)器的視場(chǎng)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(chǎng)表現(xiàn)不錯(cuò),幾千臺(tái)出貨時(shí)報(bào)價(jià)4萬(wàn)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(guò)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(chē)路協(xié)同的應(yīng)用中,通過(guò)考慮布局?jǐn)?shù)量和軟件能力,可以更快地降低整體成本。