無(wú)人駕駛技術(shù)是多個(gè)技術(shù)的集成，如圖1所示，一個(gè)無(wú)人駕駛系統(tǒng)包含了多個(gè)傳感器，包括長(zhǎng)距雷達(dá)、激光雷達(dá)、短距雷達(dá)、車載攝像頭、超聲波、 GPS、 陀螺儀等。每個(gè)傳感器在運(yùn)行時(shí)都不斷產(chǎn)生數(shù)據(jù)，而且系統(tǒng)對(duì)每個(gè)傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)都有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)處理要求。比如攝像頭需要達(dá)到60 FPS的幀率，意味著留給每幀的處理時(shí)間只有16毫秒。但當(dāng)數(shù)據(jù)量增大了之后，分配系統(tǒng)資源便成了一個(gè)難題。例如，當(dāng)大量的激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)入系統(tǒng)，占滿CPU資源，就很可能令攝像頭的數(shù)據(jù)不能得到及時(shí)的處理，導(dǎo)致無(wú)人駕駛系統(tǒng)錯(cuò)過(guò)交通燈的識(shí)別，造成嚴(yán)重后果。因此，合理地選擇計(jì)算平臺(tái)完成實(shí)時(shí)的大規(guī)模傳感數(shù)據(jù)處理，進(jìn)行實(shí)時(shí)的駕駛預(yù)警與決策，對(duì)無(wú)人駕駛的安全性、可靠性、持續(xù)性至關(guān)重要。在提供高性能的數(shù)據(jù)處理支持的同時(shí)，計(jì)算平臺(tái)還需要兼顧功耗、散熱、硬件體積等問(wèn)題，這對(duì)于持續(xù)的安全行駛同樣重要。因此，在現(xiàn)有無(wú)人車計(jì)算平臺(tái)中，各種硬件模塊都有相關(guān)集成解決方案。不同的計(jì)算單元通過(guò)Switch或PCIe Switch相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，完成協(xié)同運(yùn)算。無(wú)人駕駛中除了需要對(duì)智能駕駛相關(guān)的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算與決策，還需要傳統(tǒng)汽車中各個(gè)機(jī)械部件進(jìn)行配合控制，完成駕駛操作的執(zhí)行與轉(zhuǎn)換。這就需要控制平臺(tái)：ECU與通信總線的協(xié)助。ECU從用途上講是汽車專用微機(jī)控制器，它使用一套以精確計(jì)算和大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的固定程序，不斷地比較和計(jì)算各個(gè)機(jī)械部件傳感器的數(shù)據(jù)，然后發(fā)出指令，完成機(jī)械控制。通信總線如CAN、USB3.0、LIN等則是在這個(gè)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)汽車數(shù)據(jù)共享以及指令的有效傳達(dá)。

　　圖1 無(wú)人駕駛硬件平臺(tái)范例

　　傳感器平臺(tái)

　　目前現(xiàn)有的車載傳感器包括超聲波雷達(dá)、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、車載攝像頭、紅外探頭等。目前主流的無(wú)人駕駛傳感平臺(tái)以激光雷達(dá)和車載攝像頭為主，并呈現(xiàn)多傳感器融合發(fā)展的趨勢(shì)。基于測(cè)量能力和環(huán)境適應(yīng)性，預(yù)計(jì)激光雷達(dá)和車載攝像頭會(huì)持續(xù)傳感器平臺(tái)霸主的地位，并不斷與多種傳感器融合，發(fā)展出多種組合版本。完備的無(wú)人駕駛系統(tǒng)應(yīng)該如圖2所示，各個(gè)傳感器之間借助各自所長(zhǎng)相互融合、功能互補(bǔ)、互為備份、互為輔助。

　　圖2 各種傳感器在無(wú)人駕駛中的應(yīng)用激光雷達(dá)

　　激光雷達(dá)的工作原理是利用可見(jiàn)和近紅外光波（多為950nm波段附近的紅外光）發(fā)射、反射和接收來(lái)探測(cè)物體。激光雷達(dá)可以探測(cè)白天或黑夜下的特定物體與車之間的距離。由于反射度的不同，也可以區(qū)分開(kāi)車道線和路面，但是無(wú)法探測(cè)被遮擋的物體、光束無(wú)法達(dá)到的物體，在雨雪霧天氣下性能較差。

　　激光雷達(dá)在無(wú)人駕駛運(yùn)用中擁有兩個(gè)核心作用。3D建模進(jìn)行環(huán)境感知。通過(guò)雷射掃描可以得到汽車周圍環(huán)境的3D模型，運(yùn)用相關(guān)算法比對(duì)上一幀和下一幀環(huán)境的變化可以較為容易的探測(cè)出周圍的車輛和行人。

　　SLAM加強(qiáng)定位。3D雷射雷達(dá)另一大特性是同步建圖（SLAM），實(shí)時(shí)得到的全局地圖通過(guò)和高精度地圖中特征物的比對(duì)，可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航及加強(qiáng)車輛的定位精度。

　　激光雷達(dá)分類與產(chǎn)品

　　LIDAR以單線/多線及距離兩大因素為標(biāo)準(zhǔn)，價(jià)格從幾百美金到幾萬(wàn)美金不等。單線激光雷達(dá)的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)已經(jīng)相對(duì)較廣，像掃地機(jī)器人使用的便是單線激光雷達(dá)。單線激光雷達(dá)可以獲取2D數(shù)據(jù)，但無(wú)法識(shí)別目標(biāo)的高度信息。而多線激光雷達(dá)則可以識(shí)別2.5D甚至是3D數(shù)據(jù)，在精度上會(huì)比單線雷達(dá)高很多。目前在國(guó)際市場(chǎng)上推出的主要有4線、8線、16線、32線和64線。隨著線數(shù)的提升，其識(shí)別的數(shù)據(jù)點(diǎn)也隨之增加，所要處理的數(shù)據(jù)量也非常巨大。比如，Velodyne的HDL-32E 傳感器每秒能掃描70萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，而百度無(wú)人車和Google無(wú)人車配備的Velodyne HDL-64E通過(guò)64束的雷射束進(jìn)行垂直范圍26.8度，水平360度的掃描，每秒能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)點(diǎn)則高達(dá)130萬(wàn)。Velodyne HDL-64E的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3，主要由上下兩部分組成。每部分都發(fā)射32束的雷射束，由兩塊16束的雷射發(fā)射器組成，背部是包括信號(hào)處理器和穩(wěn)定裝置。

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