【原创】浅谈智慧物流重要元件——激光雷达

来源:物流产品网 | 2022-09-23 11:34 | 作者:科技物语

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  图片来源:网络激光雷达,在智能汽车与智慧物流领域应用颇广,是自动驾驶的重要元件,也是物流无人配送车的重要元件,随着L3、L4级自动驾驶的逐步落地,激光雷达的市场或将超过百亿规模,本文就激光雷达谈几点看法,不妥之处,敬请指正。

  一、自动驾驶里的爱恨情仇LIDAR——激光雷达,是一种传感器,被誉为“机器人的眼睛”,是一种集激光、GPS定位和惯性测量装置为一体的重要传感器,简单地说,就是一种通过发射激光并检测返回所需时间的方法来测量距离,原理类似于雷达,只是使用激光代替无线电波。

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  自动驾驶核心技术体系可简单概括为“感知、决策、执行”,而在其最重要的第一步——感知层面,目前则分为“两大门派”:纯视觉派和雷达派。两者主要区别是导航系统的不同,更具体地说,是收集路况数据的传感器不一样,前者唯一“眼睛”是摄像头为主的视觉系统,后者则以激光雷达为主。因此,对于激光雷达产业本身来说,自动驾驶的应用,一半是火焰,一半是海水。我国新能源制造厂家,集体站在了特斯拉的对立面,坚持走以激光雷达为主,融合视觉的导航路线,都是激光雷达导航的衷心拥护者,而特斯拉选择了纯视觉路线,竭力反对激光雷达,马斯克曾说,激光雷达是一个傻子的事……任何依赖激光雷达的人注定要失败。在去年和今年上市的车型中,小鹏P5、蔚来ET7、理想L9、威马M7、宝马iX等车企都纷纷配置了激光雷达。上汽集团旗下的智己汽车就配备激光雷达融合智驾硬件系统;6月中旬,蔚来的新款SUV ES7搭载由InnoVusion提供的1550nm激光雷达“猎鹰 ”;6月21日,理想新款SUV理想L9也搭载着激光雷达亮相。7月16日,极狐阿尔法S全新HI版批量交付,其上装载有三颗激光雷达。此外,飞凡、哪吒等品牌都推出了搭载激光雷达的车型,还有,国外Uber-优步,谷歌旗下Waymo和丰田Toyota都使用的是激光雷达,无疑,在自动驾驶产业链中,激光雷达是无可争议的主场。激光雷达与视觉导航,其实是各有优劣。激光雷达的优势在于精度较高,在检测高达毫米的物体方面极其精确;探测距离远,可以在一些极端天气下和夜间做到比摄像头更高的精准度,提升安全的冗余度;但是,对于移动的物体,检测起来较困难。激光雷达的落地难点是:成本较高、而视觉导航,或称视觉方案,是人工智能的一个领域,利用计算机理解视觉世界,有轻硬件、重软件的特性,成本优势明显。视觉导航在硬件要求降低的背景下,其对软件的要求明显提高,需要依靠强大的算法才能保证图像处理效率,具备软件和算法基因的厂商才有条件完全采用视觉方案。马斯克的满满信心,来源于特斯拉强大的软件算法。

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  但视觉深度学习算法的认知范围来源于数据集的广度和丰富性,而数据集中永远是有限的,因此深度学习算法肯定会出现漏检。在物流其它领域,以及工业、服务等行业同样存在着激光导航与视觉导航之争,其实二者各有所长,各有所短,而应用,则应是用其所长,避其所短,可以肯定地说,两者都是未来导航技术的主角,最优的选择可能是激光导航与视觉传感器融合的方案应用。二、国产替代下的星辰大海激光雷达的国产化,不仅是为了实现国产替代,技术自主,以防西方国家卡脖子,还有一个重要因素是降低成本。

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  物美价廉是一个绕不开的话题,然而,激光雷达价格却不低,在汽车上安装单个激光雷达设备的成本约为10,000美元。激光雷达,成本昂贵一直是其挥之不去的阴影,特别是更高级的激光雷达方案,最大的受制因素主要还是成本;激光雷达被业界认为是一种昂贵的技术,特斯拉直言不讳地批评激光雷达成本高昂。激光雷达制造企业一直在寻求降低成本,随着技术的发展,它们的理想逐渐成为现实。第二代智能可变焦激光雷达,不仅性能优越,成本相对于第一代也下降了三分之二,而且体积较小。据业界预测,到 2025 年,国外先进激光雷达系统的平均价格可能会达到每个大约 700 美元。激光雷达产业,目前的发展脉络是,技术水平一天比一天成熟,国产化渐行渐近。激光雷达的国产化,经历了这样几个阶段,先是国外企业的天下,后来,国内企业起步,加码,现在,主导权渐渐向国内企业靠拢。近年来兴起自动驾驶浪潮,使本土激光雷达厂商逐步入局,国产工业级激光雷达产品已渐成气候,在国内智能电动车上,本土激光雷达公司已陆续登场。据资料,目前国产雷达企业应该有二三十家,如速腾聚创、禾赛科技、北科天绘、镭神智能等,还有大疆、华为等电子硬件巨头及传统汽车零部件巨头。

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  目前,禾赛、大疆、速腾聚创等中国厂商推出的激光雷达产品价格优势明显,打破了美国等发达国家在该领域的领先地位。还有炬光科技、大族激光、光库科技、洛微科技、禾赛科技、中际旭创、空维激光、巨星科技等企业也重视激光雷达产品创新研发,利用光模块领域积累的技术、工艺和制造经验推进激光雷达的创新。目前可分为两个流派,一类研发机械式激光雷达,另一类则直接锁定固态激光雷达产品。在高速自动驾驶领域,禾赛市场占有率较高;而在低速自动驾驶领域,速腾聚创则是主要厂家。如果从整个产业链的上下游来看,我国已培育了一批有实力的企业,形成基本完整的产业链。国产雷达企业经过多年的坚持投入和经验积累,在各自的细分市场深度耕耘,呈现出百花齐放的市场格局。量产,是成熟的一个重要指标,随着进入量产,价格也在大幅下降,大疆在2020年8月就宣布实现了车用自动驾驶激光雷达量产供应,并且价格降到千元级别;而华为,2016年进行激光雷达的技术预研,2017年做原型验证,2020年实现量产。和进口雷达相比,国内企业在供货及时性、功能定制化、服务配合度及渠道合理性等方面都有优势。

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  进口激光雷达采购成本较高,因此,国产激光雷达低成本化,是其占领市场的抓手,也是国产替代的重要动力,当然,成本下降空间、量产成熟度等诸多现实问题仍然摆在国内企业面前,依然需要面对很多挑战。激光雷达产业自诞生以来,呈现出了技术水平高的突出特点。激光雷达技术作为近年来高热度的新兴技术,其实有很大的技术壁垒。技术,不仅对于想入场的企业是挑战,就是对于浸润其中多年的企业,也是挑战。目前,对国产替代来说,由于激光雷达芯片,特别是信号处理所需的元器件主要依赖进口,这在一定程度上抬高了国内激光雷达的生产成本,不过,大家都知道,芯片是我国的卡脖子工程,正在全力以赴攻关中。

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  国产雷达企业,除了其本身的技术因素外,还需要培养综合能力,包括技术研发体系、稳定的供应链与量产能力,尤其是售后质保能力。在《中国制造2025》的契机下,国内厂商近年来奋起直追,取得了许多突破性的进展。目前,国产化正处于机遇和挑战格外分明的时期,是激光雷达进口替代打基础阶段。三、落地应用才是硬道理毫不夸张地说,激光雷达应用迎来上升期,主营业务主要来自四大市场,分别是工业自动化、智能基础设施、机器人和汽车。

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  在自动驾驶领域势头很强,车载激光雷达市场将受益于高级别自动驾驶渗透,维持高速增长。诸多车企采用了激光雷达方案,迈出了通向L3级、L4级水平自动驾驶的第一步。2022年正成为 L2向L3/L4跨越窗口期,激光雷达作为自动驾驶技术的核心关键传感器,近年在相关领域扮演着愈来愈重要的角色,预计2023年起,车载激光雷达赛道将进入持续高速成长期。证券研报显示,2022年中国乘用车激光雷达安装量将超8万颗,预计我国乘用车领域激光雷达市场空间在2025年将达到261亿元,到2030年将达到980亿元。车载激光雷达进入需求爆发期,市场前景十分广阔。无人化是近年来的趋势,而无人化离不开智慧的眼睛——导航系统。激光导航在技术和产品落地上都相对成熟,并且测距精准,在多数环境下都能稳定运行,尤其在漆黑的夜里也能保持精准探知,是目前最稳定,最主流的定位导航方式。总之,从应用上说,激光导航原理简单,技术成熟。无人化,已深入到建筑、采矿、排险、服务、农业、太空探测以及军事应用等领域,激光雷达已成为该环境下常用的导航手段。从2019年开始,越来越多的国产雷达在客户的实际项目中应用起来,而不是只在车间进行样机测试。2019年,对于国产激光雷达企业而言,是一个至关重要的分水岭,市场应用逐渐进入到实际的项目案例中,拓展更为广阔的应用场景和范围,寻求多元化市场,成为企业共同的选择。激光雷达应用逐步广泛,无人驾驶行业、服务机器人行业、车联网行业、智能交通、智慧城市领域都有其应用,激光雷达与无人机配合,还可绘制海洋、冰盖和森林的地图。无人化是智慧物流最重要特征,智慧物流的运输和配送环节,将会大量应用无人化技术——移动物流机器人和无人快递车,其主要核心元件就是激光雷达。在智慧物流领域,激光雷达应用范围也是与日俱增,不管是从搬运到仓储还是到物流,激光雷达都能够全面覆盖,并推广到智能港口,智能交通,智慧安防,智慧服务、城市智慧治理等领域。

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  在港口等物流场景,激光雷达能保证货物抓取的准确性,降低人员操作难度。在交通方面,激光雷达可以助力高速收费站口检测,保障通行车辆符合要求。在安防方面,激光雷达可以成为各种安全监控设备的眼睛。在工业制造领域,激光雷达价值在不断凸显,在生产线上,其能释放物料监视作用,保障自动化运行。激光雷达(激光探测及测距)是一项光学遥感技术,正日益成为替代传统测量技术(如摄影测量)的具有成本效益的新技术。近年来激光雷达与无人机常常以组合拳的姿态出现在各种应用领域,往往产生1+1>2的效应。激光雷达其技术路线都在不断完善之中,没有一种通用的激光雷达架构能够满足所有不同应用的需求,许多不同的应用都有不同的外形体积、视场、距离分辨率、功耗以及成本要求。激光雷达有其优势,但怎样把优势以最大化发挥出来,需要技术的支持,智能可变焦激光雷达,可以构造出三维立体图像,完美解决视线逆光、不规则物体的识别难等极端场景。随着技术的发展,激光雷达将会在许多我们意想不到的应用领域施展手脚,给我们带来更多别样的惊喜。

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  在今天成本为王的年代,高价雷达从来不是主流市场的选择,尤其在L3自动驾驶的应用上,国外雷达高成本依然是其落地最大障碍,国产雷达实现进口替代势在必行。激光雷达一直以来都是新兴技术发展及应用的代表,技术成熟与否,关系到落地应用,量产推广。技术成熟不只是可用,还要符合经济成本、适应不同场景,以及足够安全。经过数年的技术积累,激光雷达新产品不断落地,随着技术的进步,其应用也日益广阔。应用场景也在不断增加,有些产品已远销欧美主要市场。当然,激光雷达企业还面临如下风险:需求量存在不确定性、采用者量产规模化需要较长的爬坡时间、作为供应商,激光雷达要产生实际收入还需要更长的时间。在激光雷达领域已有多年积累的国内企业都将在各自的细分市场深度耕耘,但要想占领更多的市场份额,就要结合自身的技术积累,深挖核心技术,在研发,提高产品质量及稳定性上下功夫。

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  结语:激光雷达技术的发展,是一个不断试错的过程,只要从芯片化架构、混合固态激光雷这两大方向出发,结合企业的规模,多年的积累,走适宜于自己的技术路线,才是王道。


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