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【原創】淺談智慧物流重要元件——激光雷達

來源:物流產品網 | 2022-09-23 11:34 | 作者:科技物語

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  圖片來源:網絡激光雷達,在智能汽車與智慧物流領域應用頗廣,是自動駕駛的重要元件,也是物流無人配送車的重要元件,隨著L3、L4級自動駕駛的逐步落地,激光雷達的市場或將超過百億規模,本文就激光雷達談幾點看法,不妥之處,敬請指正。

  一、自動駕駛里的愛恨情仇LIDAR——激光雷達,是一種傳感器,被譽為“機器人的眼睛”,是一種集激光、GPS定位和慣性測量裝置為一體的重要傳感器,簡單地說,就是一種通過發射激光并檢測返回所需時間的方法來測量距離,原理類似于雷達,只是使用激光代替無線電波。

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  自動駕駛核心技術體系可簡單概括為“感知、決策、執行”,而在其最重要的第一步——感知層面,目前則分為“兩大門派”:純視覺派和雷達派。兩者主要區別是導航系統的不同,更具體地說,是收集路況數據的傳感器不一樣,前者唯一“眼睛”是攝像頭為主的視覺系統,后者則以激光雷達為主。因此,對于激光雷達產業本身來說,自動駕駛的應用,一半是火焰,一半是海水。我國新能源制造廠家,集體站在了特斯拉的對立面,堅持走以激光雷達為主,融合視覺的導航路線,都是激光雷達導航的衷心擁護者,而特斯拉選擇了純視覺路線,竭力反對激光雷達,馬斯克曾說,激光雷達是一個傻子的事……任何依賴激光雷達的人注定要失敗。在去年和今年上市的車型中,小鵬P5、蔚來ET7、理想L9、威馬M7、寶馬iX等車企都紛紛配置了激光雷達。上汽集團旗下的智己汽車就配備激光雷達融合智駕硬件系統;6月中旬,蔚來的新款SUV ES7搭載由InnoVusion提供的1550nm激光雷達“獵鷹 ”;6月21日,理想新款SUV理想L9也搭載著激光雷達亮相。7月16日,極狐阿爾法S全新HI版批量交付,其上裝載有三顆激光雷達。此外,飛凡、哪吒等品牌都推出了搭載激光雷達的車型,還有,國外Uber-優步,谷歌旗下Waymo和豐田Toyota都使用的是激光雷達,無疑,在自動駕駛產業鏈中,激光雷達是無可爭議的主場。激光雷達與視覺導航,其實是各有優劣。激光雷達的優勢在于精度較高,在檢測高達毫米的物體方面極其精確;探測距離遠,可以在一些極端天氣下和夜間做到比攝像頭更高的精準度,提升安全的冗余度;但是,對于移動的物體,檢測起來較困難。激光雷達的落地難點是:成本較高、而視覺導航,或稱視覺方案,是人工智能的一個領域,利用計算機理解視覺世界,有輕硬件、重軟件的特性,成本優勢明顯。視覺導航在硬件要求降低的背景下,其對軟件的要求明顯提高,需要依靠強大的算法才能保證圖像處理效率,具備軟件和算法基因的廠商才有條件完全采用視覺方案。馬斯克的滿滿信心,來源于特斯拉強大的軟件算法。

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  但視覺深度學習算法的認知范圍來源于數據集的廣度和豐富性,而數據集中永遠是有限的,因此深度學習算法肯定會出現漏檢。在物流其它領域,以及工業、服務等行業同樣存在著激光導航與視覺導航之爭,其實二者各有所長,各有所短,而應用,則應是用其所長,避其所短,可以肯定地說,兩者都是未來導航技術的主角,最優的選擇可能是激光導航與視覺傳感器融合的方案應用。二、國產替代下的星辰大海激光雷達的國產化,不僅是為了實現國產替代,技術自主,以防西方國家卡脖子,還有一個重要因素是降低成本。

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  物美價廉是一個繞不開的話題,然而,激光雷達價格卻不低,在汽車上安裝單個激光雷達設備的成本約為10,000美元。激光雷達,成本昂貴一直是其揮之不去的陰影,特別是更高級的激光雷達方案,最大的受制因素主要還是成本;激光雷達被業界認為是一種昂貴的技術,特斯拉直言不諱地批評激光雷達成本高昂。激光雷達制造企業一直在尋求降低成本,隨著技術的發展,它們的理想逐漸成為現實。第二代智能可變焦激光雷達,不僅性能優越,成本相對于第一代也下降了三分之二,而且體積較小。據業界預測,到 2025 年,國外先進激光雷達系統的平均價格可能會達到每個大約 700 美元。激光雷達產業,目前的發展脈絡是,技術水平一天比一天成熟,國產化漸行漸近。激光雷達的國產化,經歷了這樣幾個階段,先是國外企業的天下,后來,國內企業起步,加碼,現在,主導權漸漸向國內企業靠攏。近年來興起自動駕駛浪潮,使本土激光雷達廠商逐步入局,國產工業級激光雷達產品已漸成氣候,在國內智能電動車上,本土激光雷達公司已陸續登場。據資料,目前國產雷達企業應該有二三十家,如速騰聚創、禾賽科技、北科天繪、鐳神智能等,還有大疆、華為等電子硬件巨頭及傳統汽車零部件巨頭。

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  目前,禾賽、大疆、速騰聚創等中國廠商推出的激光雷達產品價格優勢明顯,打破了美國等發達國家在該領域的領先地位。還有炬光科技、大族激光、光庫科技、洛微科技、禾賽科技、中際旭創、空維激光、巨星科技等企業也重視激光雷達產品創新研發,利用光模塊領域積累的技術、工藝和制造經驗推進激光雷達的創新。目前可分為兩個流派,一類研發機械式激光雷達,另一類則直接鎖定固態激光雷達產品。在高速自動駕駛領域,禾賽市場占有率較高;而在低速自動駕駛領域,速騰聚創則是主要廠家。如果從整個產業鏈的上下游來看,我國已培育了一批有實力的企業,形成基本完整的產業鏈。國產雷達企業經過多年的堅持投入和經驗積累,在各自的細分市場深度耕耘,呈現出百花齊放的市場格局。量產,是成熟的一個重要指標,隨著進入量產,價格也在大幅下降,大疆在2020年8月就宣布實現了車用自動駕駛激光雷達量產供應,并且價格降到千元級別;而華為,2016年進行激光雷達的技術預研,2017年做原型驗證,2020年實現量產。和進口雷達相比,國內企業在供貨及時性、功能定制化、服務配合度及渠道合理性等方面都有優勢。

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  進口激光雷達采購成本較高,因此,國產激光雷達低成本化,是其占領市場的抓手,也是國產替代的重要動力,當然,成本下降空間、量產成熟度等諸多現實問題仍然擺在國內企業面前,依然需要面對很多挑戰。激光雷達產業自誕生以來,呈現出了技術水平高的突出特點。激光雷達技術作為近年來高熱度的新興技術,其實有很大的技術壁壘。技術,不僅對于想入場的企業是挑戰,就是對于浸潤其中多年的企業,也是挑戰。目前,對國產替代來說,由于激光雷達芯片,特別是信號處理所需的元器件主要依賴進口,這在一定程度上抬高了國內激光雷達的生產成本,不過,大家都知道,芯片是我國的卡脖子工程,正在全力以赴攻關中。

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  國產雷達企業,除了其本身的技術因素外,還需要培養綜合能力,包括技術研發體系、穩定的供應鏈與量產能力,尤其是售后質保能力。在《中國制造2025》的契機下,國內廠商近年來奮起直追,取得了許多突破性的進展。目前,國產化正處于機遇和挑戰格外分明的時期,是激光雷達進口替代打基礎階段。三、落地應用才是硬道理毫不夸張地說,激光雷達應用迎來上升期,主營業務主要來自四大市場,分別是工業自動化、智能基礎設施、機器人和汽車。

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  在自動駕駛領域勢頭很強,車載激光雷達市場將受益于高級別自動駕駛滲透,維持高速增長。諸多車企采用了激光雷達方案,邁出了通向L3級、L4級水平自動駕駛的第一步。2022年正成為 L2向L3/L4跨越窗口期,激光雷達作為自動駕駛技術的核心關鍵傳感器,近年在相關領域扮演著愈來愈重要的角色,預計2023年起,車載激光雷達賽道將進入持續高速成長期。證券研報顯示,2022年中國乘用車激光雷達安裝量將超8萬顆,預計我國乘用車領域激光雷達市場空間在2025年將達到261億元,到2030年將達到980億元。車載激光雷達進入需求爆發期,市場前景十分廣闊。無人化是近年來的趨勢,而無人化離不開智慧的眼睛——導航系統。激光導航在技術和產品落地上都相對成熟,并且測距精準,在多數環境下都能穩定運行,尤其在漆黑的夜里也能保持精準探知,是目前最穩定,最主流的定位導航方式。總之,從應用上說,激光導航原理簡單,技術成熟。無人化,已深入到建筑、采礦、排險、服務、農業、太空探測以及軍事應用等領域,激光雷達已成為該環境下常用的導航手段。從2019年開始,越來越多的國產雷達在客戶的實際項目中應用起來,而不是只在車間進行樣機測試。2019年,對于國產激光雷達企業而言,是一個至關重要的分水嶺,市場應用逐漸進入到實際的項目案例中,拓展更為廣闊的應用場景和范圍,尋求多元化市場,成為企業共同的選擇。激光雷達應用逐步廣泛,無人駕駛行業、服務機器人行業、車聯網行業、智能交通、智慧城市領域都有其應用,激光雷達與無人機配合,還可繪制海洋、冰蓋和森林的地圖。無人化是智慧物流最重要特征,智慧物流的運輸和配送環節,將會大量應用無人化技術——移動物流機器人和無人快遞車,其主要核心元件就是激光雷達。在智慧物流領域,激光雷達應用范圍也是與日俱增,不管是從搬運到倉儲還是到物流,激光雷達都能夠全面覆蓋,并推廣到智能港口,智能交通,智慧安防,智慧服務、城市智慧治理等領域。

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  在港口等物流場景,激光雷達能保證貨物抓取的準確性,降低人員操作難度。在交通方面,激光雷達可以助力高速收費站口檢測,保障通行車輛符合要求。在安防方面,激光雷達可以成為各種安全監控設備的眼睛。在工業制造領域,激光雷達價值在不斷凸顯,在生產線上,其能釋放物料監視作用,保障自動化運行。激光雷達(激光探測及測距)是一項光學遙感技術,正日益成為替代傳統測量技術(如攝影測量)的具有成本效益的新技術。近年來激光雷達與無人機常常以組合拳的姿態出現在各種應用領域,往往產生1+1>2的效應。激光雷達其技術路線都在不斷完善之中,沒有一種通用的激光雷達架構能夠滿足所有不同應用的需求,許多不同的應用都有不同的外形體積、視場、距離分辨率、功耗以及成本要求。激光雷達有其優勢,但怎樣把優勢以最大化發揮出來,需要技術的支持,智能可變焦激光雷達,可以構造出三維立體圖像,完美解決視線逆光、不規則物體的識別難等極端場景。隨著技術的發展,激光雷達將會在許多我們意想不到的應用領域施展手腳,給我們帶來更多別樣的驚喜。

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  在今天成本為王的年代,高價雷達從來不是主流市場的選擇,尤其在L3自動駕駛的應用上,國外雷達高成本依然是其落地最大障礙,國產雷達實現進口替代勢在必行。激光雷達一直以來都是新興技術發展及應用的代表,技術成熟與否,關系到落地應用,量產推廣。技術成熟不只是可用,還要符合經濟成本、適應不同場景,以及足夠安全。經過數年的技術積累,激光雷達新產品不斷落地,隨著技術的進步,其應用也日益廣闊。應用場景也在不斷增加,有些產品已遠銷歐美主要市場。當然,激光雷達企業還面臨如下風險:需求量存在不確定性、采用者量產規模化需要較長的爬坡時間、作為供應商,激光雷達要產生實際收入還需要更長的時間。在激光雷達領域已有多年積累的國內企業都將在各自的細分市場深度耕耘,但要想占領更多的市場份額,就要結合自身的技術積累,深挖核心技術,在研發,提高產品質量及穩定性上下功夫。

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  結語:激光雷達技術的發展,是一個不斷試錯的過程,只要從芯片化架構、混合固態激光雷這兩大方向出發,結合企業的規模,多年的積累,走適宜于自己的技術路線,才是王道。


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