激光雷達是以發(fā)射激光束探測目標的位置、速度等特征量的雷達系統(tǒng)。從工作原理上講，與微波雷達沒有根本的區(qū)別：向目標發(fā)射探測信號（激光束），然后將接收到的從目標反射回來的信號（目標回波）與發(fā)射信號進行比較，作適當處理后，就可獲得目標的有關信息，如目標距離、方位、高度、速度、姿態(tài)、甚至形狀等參數(shù)，從而對飛機、導彈等目標進行探測、跟蹤和識別。

 

但本文并不講什么飛機導彈，本文主要介紹的是在汽車上的激光雷達，俗稱車載激光雷達，而車載激光雷達又稱車載三維激光掃描儀，是一種移動型三維激光掃描系統(tǒng)，是目前城市建模的最有效的工具之一。

 

三維激光掃描儀是利用激光的傳播速度快，直線型好的特點將激光發(fā)射出去，并接收返回的信息來描述被測量物理的表面形態(tài)的。由于被測物體的反射率不同接收到的返回信息也有強弱之分。所謂的三維既是利用掃描儀的水平轉動來覆蓋一整片區(qū)域。這個過程很類似民間的360度全景攝影。區(qū)別就是我們得到的“底片”不是圖像而是成千上萬個點組成的表面形態(tài)，在測量術語中叫做點云。請見右圖的船體，看似是一副圖片，其實是由無數(shù)個激光點組成的。不同的顏色就是激光返回不同的反射率的表現(xiàn)。

 

車載/船載激光雷達

 

不論是車載還是船載甚至是機載的激光雷達，其原理都是將三維激光掃描儀加上POS系統(tǒng)裝載車上。目的就是為了能在更長，更遠的范圍內(nèi)建立DTM模型。GPS的的應用目的就是為了讓車子“知道”自己在任何時刻的位置，以方便擬合。。

 

在任何移動測量的系統(tǒng)中，做為賦予點云和影像的地理坐標的來源——導航系統(tǒng)，都是其關鍵的部件。導航系統(tǒng)一般都會使用GPS和慣導單元。但是，地面上復雜的狀況，例如：樹木。建筑物和立交橋等往往會阻斷GPS信號。因此，一套先進的導航系統(tǒng)必須包括其他輔助的傳感器和完善的數(shù)據(jù)處理方法，以使得在GPS丟失信號的同時其航線的精度也能夠得到保障。

 

 

道路和高速公路方面的應用

 

1.公路測量，維護和勘察

 

2.公路資產(chǎn)清查（交通標志，隔音障，護欄，下水道口，排水溝等）

 

3.公路檢測（車轍，道路表面，道路變形）

 

4.公路幾何模型（橫向和縱向的剖面分析）

 

5.結構分析（立交橋）

 

6.淹水評估分析

 

7.在 GIS系統(tǒng)中的疊加分析

 

8.滑坡分析，危害評估（滑坡變形測量與危害分析，滑石和流水分析）

 

9.交通流量分析，安全評估和環(huán)境污染評估

 

10. 土石方量分析

 

11. 駕駛視野和安全分析

 

 

激光雷達的缺點是在大雨大雪等惡劣天氣中使用效果會受到影響，比如谷歌無人駕駛汽車從未在大雨大雪等惡劣條件下測試。激光雷達能夠獲得周邊環(huán)境的點云數(shù)據(jù)模型，現(xiàn)在多用于在測量中有一定精度要求的領域，或需要測量自身與人體距離的智能裝備，在測量與人的距離方面這一功能上尚無完美替代方案。

 

另外，激光雷達也存在著價格昂貴等劣勢。在車載激光雷達設備中，其主要成本是花在 GPS/IMU 和 2D 激光掃描儀，約占總成本的 80%。

 

1）車載激光雷達系統(tǒng)的優(yōu)劣主要取決于 2D 激光掃描儀的性能。激光發(fā)射器線束的越多，每秒采集的云點就越多。然而線束越多也就代表著激光雷達的造價就更加昂貴，以Velodyne 的產(chǎn)品為例，64 線束的激光雷達價格是16 線束的10 倍。

 

2）對于較高要求標準的 IMU，是基于光纖陀螺的技術制造的。其價格昂貴，大約在 150 萬元左右。對于較低要求的 IMU，有許多廠家的設備可以選擇，價格根據(jù)型號變化，在 10 萬元到 50 萬元之間。

 

3）Velodyne 的車載激光雷達目前看來并沒有加入IMU 部件。

 

目前行業(yè)對是否使用激光雷達仍然抱有爭議，特斯拉的總裁Elon Musk 就公開表示無人駕駛并不需要激光雷達，將現(xiàn)有的傳感器發(fā)揮的極致也能實現(xiàn)無人駕駛，而德爾福、豐田均已開始和激光雷達企業(yè)合作。激光雷達是否運用極大程度上取決于成本和效果，目前尚難以判斷激光雷達未來的市場滲透率。如果低成本的激光雷達方案如能達到同樣效果，將極大的推動無人駕駛進度，滲透率也會直線上升。麥肯錫認為無人駕駛解決方案成本達到2 萬美金時，無人駕駛汽車將具備極大的商業(yè)價值。我們做一個大膽的假設： 2025 年，2000 美金的激光雷達被普遍認可，全球有5%左右的汽車成為無人駕駛或高度自動駕駛汽車，那么激光雷達的市場需求將達到110 億美金。

 

 

目前，車載激光雷達的產(chǎn)品及生產(chǎn)廠商主要集中于國外，包括美國Velodyne公司、美國Quanegy公司以及德國IBEO公司等。國內(nèi)的激光雷達產(chǎn)品主要以2D激光雷達為主，多用于地形測繪、建筑測量、家用服務機器人等領域。不過，國內(nèi)以鐳神智能、思嵐科技等創(chuàng)業(yè)公司以及巨星科技、大族激光等上市公司為代表的企業(yè)也開始嘗試逐步進入車用激光雷達行業(yè)。同時，由于目前昂貴的價格成為車用激光雷達市場推廣的最大障礙，因此低成本化是其未來最主要的發(fā)展趨勢。

 

國內(nèi)與國外比起來，在多線激光雷達上有較大差距，但是應用于服務機器人、掃地機器人的激光雷達并沒有太大差別。國內(nèi)的激光雷達產(chǎn)品多用于服務機器人、地形測繪、建筑測量等領域，尚未研制出可用于ADAS及無人駕駛系統(tǒng)的3D激光雷達產(chǎn)品。不過，隨著智能汽車的浪潮從國外涌向國內(nèi)，以鐳神智能、思嵐、巨星等為代表的多家國內(nèi)企業(yè)也開始嘗試進入車用激光雷達這個新興行業(yè)。