背景介紹

近日，中共中央、國務(wù)院印發(fā)了《國家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》，并發(fā)出通知，要求各地區(qū)各部門結(jié)合實際認(rèn)真貫徹落實。文件中特別指出，要提升智慧發(fā)展水平。推動智能網(wǎng)聯(lián)汽車與智慧城市協(xié)同發(fā)展，建設(shè)城市道路、建筑、公共設(shè)施融合感知體系，打造基于城市信息模型平臺、集城市動態(tài)靜態(tài)數(shù)據(jù)于一體的智慧出行平臺。

車路協(xié)同系統(tǒng)是通過無線通訊設(shè)備實現(xiàn)車、路信息交互和共享的系統(tǒng)，更是推動智能網(wǎng)聯(lián)汽車行業(yè)的核心技術(shù)之一。在國家利好政策和5G商用的驅(qū)動下，中國車路協(xié)同行業(yè)市場規(guī)模將于2024年達(dá)到1841.1億元人民幣。專家表示中國車路協(xié)同行業(yè)將于2021-2022年迎來爆發(fā)式增長，屆時中國車路協(xié)同行業(yè)將步入大規(guī)模商業(yè)化階段，進而推動中國自動駕駛和智慧交通邁入新階段。

中國車路協(xié)同行業(yè)市場規(guī)模將于2024年達(dá)到1841.1億元人民幣，預(yù)計2020至2024年中國車路協(xié)同行業(yè)市場規(guī)模年復(fù)合增長率將達(dá)到67.9%

圖 2020-2024中國車路協(xié)同行業(yè)規(guī)模（按產(chǎn)值計算） 預(yù)測 隨著車路協(xié)同技術(shù)的逐漸普及，北京、上海、重慶和浙江等地區(qū)迅速出擊，頒布相應(yīng)的地方性政策，根據(jù)城市特色建立智能網(wǎng)聯(lián)汽車試點示范區(qū)。 表 國內(nèi)熱點產(chǎn)業(yè)集群資源梳理

車路協(xié)同，最終需要提高的是車和路的“智能化水平”，以達(dá)到安全自動行駛的目的，也可以說，車路協(xié)同的智能化是無人駕駛實現(xiàn)的另一種進程。激光雷達(dá)是車端無人駕駛的核心感知傳感器，是路端的路側(cè)傳感器，也就是我們經(jīng)常說的路側(cè)單元RSU，通過5G和其他通信方式，為車輛提供交通環(huán)境信息。那么激光雷達(dá)需要如何做，才能完成路端的使命呢？

圖1 車路協(xié)同系統(tǒng)配合示意圖

一

激光雷達(dá)的使命

安全智能行駛，對于車和路來說，都是繞不開的話題。車路協(xié)同中，激光雷達(dá)不僅要完整、準(zhǔn)確感知交通環(huán)境的各種車輛、人員、基礎(chǔ)設(shè)施的狀態(tài)，還需要足夠的安全冗余，應(yīng)對各種“長尾效應(yīng)”帶來的問題。其實，真正的車路協(xié)同并不比自動駕駛門檻低。

圖2 北醒Horn系列激光雷達(dá)探測十字路口點云效果

二

為什么是激光雷達(dá)

攝像頭的缺陷主要來自于光線，在光線較差或強光干擾下，誤判率高。探測距離受到光線影響變短，精度變低等。采用單一攝像頭在路端計算需要極強的算力，信號傳輸和處理會有帶寬和實時性的影響等。毫米波的缺陷主要在于對完全靜止的物體幾乎沒有什么回波，而處于某些金屬干擾的環(huán)境下，容易產(chǎn)生誤報。激光雷達(dá)本身對環(huán)境光不依賴，24h全天時工作，因此大大增強了感知的適應(yīng)性，對目標(biāo)物的三維探測能力增強了探測的準(zhǔn)確性，無論是靜態(tài)或動態(tài)物體，均可捕捉。 路端的場景十分復(fù)雜，以在流量較大的十字路口為典型。事實上，僅僅依靠一種技術(shù)手段，誤報、漏報都將成為安全隱患，無法對路況信息實現(xiàn)穩(wěn)定的智能檢測。如果將激光雷達(dá)與攝像頭融合，一次性獲得物體的位置、距離、尺寸、速度、方向、顏色等信息。

圖3 北醒Horn系列激光雷達(dá)識別十字路口車輛及行人 1. 極強的數(shù)據(jù)采集能力1.1 探測距離遠(yuǎn) 機械旋轉(zhuǎn)雷達(dá)一般有效測距為150到200米，采用1550nm人眼安全的北醒Horn系列激光雷達(dá)，探測距離可以超過300米，300米意味著在路端布線時，可以減少硬件成本，降低施工壓力。 1.2分辨率高 市場上常見的激光雷達(dá)以16線、32線、64線為主，線束對應(yīng)的參數(shù)是分辨率。圖像級激光雷達(dá)還是數(shù)字激光雷達(dá)，都是將線束做到非常高，從而后期算法要求降低了難度，降低感知層面的難度。北醒和一些激光雷達(dá)廠商為了解決遠(yuǎn)距離小目標(biāo)物探測能力，已經(jīng)將分辨率做到了300-600線。針對車路協(xié)同應(yīng)用，路面目標(biāo)物種類多、數(shù)量多的特點，分辨率越高越能快速識別出來。

圖4 北醒Horn系列激光雷達(dá)探測的斑馬線 小目標(biāo)物由于體積很小，因此激光雷達(dá)發(fā)射出去的光很難被接收回來。分辨率的高低主要由垂直角分辨率決定。垂直角分辨率的數(shù)值越小，代表則能探測到目標(biāo)物的點越多，探測的清晰度越高，對于小目標(biāo)物的點獲取越多。如下圖所示，垂直方向的間隔小，點云數(shù)量多。

圖5 同等距離下，垂直分辨率0.05°和0.1°的行人點云對比圖 在垂直方向角分辨率上，北醒激光雷達(dá)的垂直角分辨率可精確到0.05°，是64線激光雷達(dá)的9.4倍，可以對遠(yuǎn)距離小目標(biāo)物精準(zhǔn)探測，對行人實際可探測與識別能力達(dá)到115米，而64線激光雷達(dá)線束過低，實際可探測與識別能力僅為12米以內(nèi)。 表1 激光雷達(dá)等同線數(shù)與可識別小物體（0.1m）的最遠(yuǎn)距離關(guān)系

1.3 視場角廣 路口安裝的攝像頭的覆蓋區(qū)域一般只有10°左右，視野范圍較窄。360°機械旋轉(zhuǎn)雷達(dá)無疑擁有更多的視野，但是內(nèi)部旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)讓其使用壽命一直存疑。北醒Horn系列激光雷達(dá)不采取機械同軸旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，具有橫向90°的視場角度，探測范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于攝像頭，單臺可以覆蓋300m*300m的大場景。因此，檢測相同路口，安裝激光雷達(dá)的數(shù)量將遠(yuǎn)少于攝像頭的數(shù)量。激光雷達(dá)方案比單一攝像頭方案更利于檢測大視野的闖紅燈區(qū)域。 2. 融合的數(shù)據(jù)的能力2.1 集成攝像頭等傳感器 單一的攝像頭方案只能提供二維信息，在強光或逆光時，拍攝及探測效果容易失效。特別在夜晚無環(huán)境光的情況下，攝像頭方案基本失去作用。傳統(tǒng)機械式雷達(dá)提供的點云非常稀疏，特別是掛在路測后，搜集到的有效點很少，很難與其它傳感器融合。 北醒激光雷達(dá)可以提供每秒超過280萬個點，最高1800*600的點云輸出，易于與攝像頭進行圖像融合。這樣的結(jié)合無論是汽車還是其他交通工具，均可以通過追蹤像素，達(dá)到避障、減速、繞行的目的。這無疑是為自動駕駛及輔助駕駛帶來新契機。

圖6 點云+攝像頭融合數(shù)據(jù)（左）和點云數(shù)據(jù)（右） 3. 部署方案簡單3.1 支持客戶部署方案 在車路協(xié)同應(yīng)用中，為完美呈現(xiàn)Horn系列激光雷達(dá)的點云感知功能，北醒還將為客戶提供支持，輔助客戶基于北醒三維點云進行分析，各種傳輸協(xié)議，輔助客戶項目快速落地和交付，實現(xiàn)對行人闖紅燈報警、車輛碰撞預(yù)警、違法行為抓拍等功能。

圖7 基于北醒激光雷達(dá)實現(xiàn)的車輛識別 3.2 安裝部署 對于路測安裝的激光雷達(dá)來說，一般會選取高度在6-7米的電線桿或電警桿橫桿上。安裝位置一般靠近道路中央，如圖8所示，北醒Horn系列激光雷達(dá)探測距離遠(yuǎn)且視場角寬，一臺即可同時檢測道路往返雙通道中不同車道上的目標(biāo)物。對于視場角較小的雷達(dá)，至少需要安裝2臺以上激光雷達(dá)。

圖8 北醒Horn系列激光雷達(dá)路側(cè)安裝方式 4. 易集成量產(chǎn) 360°機械旋轉(zhuǎn)雷達(dá)由于機械旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)在工作過程中整體光學(xué)和電子器件模組不斷旋轉(zhuǎn)，部件容易損耗，并且組裝雷達(dá)過程中需要每個發(fā)射器和接收光子探測器的視場角度一一對應(yīng)，需要人工調(diào)教，不利于自動化生產(chǎn)，量產(chǎn)較難。 市場上相對成熟、性能較好的是 32 線激光雷達(dá)，出貨幾千套的情況下報價為 4 萬美元一個。北醒激光雷達(dá)采取光學(xué)一體化設(shè)計，實現(xiàn)產(chǎn)品小型化、輕量化，通過布局整個大交通領(lǐng)域來逐步實現(xiàn)量產(chǎn)，將成本大大降低。在車路協(xié)同應(yīng)用中，綜合考慮布置數(shù)量和軟件能力，更快的降低總成本。

圖9 北醒Horn-X2激光雷達(dá)實拍圖

三

典型功能

城市道路 ETC高速公路 人車安全預(yù)警 觸發(fā)抓拍 交通違章檢測 車輛信息檢測 車流量統(tǒng)計 異常事件預(yù)警 交通綜合監(jiān)控和指揮管理 交通監(jiān)控和管理

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