Что такое LiDAR и для чего он нужен?

Лидар (транслитерация LIDAR или LiDAR — англ. Light Detection and Ranging) - это «обнаружение и определение объектов на расстоянии с помощью света»).

Лидар состоит из набора вращающихся зеркал, которые направляют лазерные лучи. Обычно устройство устанавливают на крыше автомобиля, обеспечивая полный обзор в 360 градусов. Современные лучшие лидары способны обнаруживать объекты размером всего несколько сантиметров на расстоянии до ста метров. Для сравнения, погрешность GPS два метра.

Являясь одним из основных датчиков систем помощи водителю и автопилота, LiDAR обеспечивает высокоточное трехмерное восприятие окружающей среды путем излучения лазерных лучей и приема отраженных сигналов.

Его применение в автоиндустрии значительно улучшило способность автомобиля воспринимать окружающую среду и точно позиционировать автомобиль в пространстве. LiDAR стал ключевой составляющей для автономного вождения высокого уровня автопилотов (L4/L5).

1. Высокоточное трехмерное восприятие окружающей среды

Основным преимуществом LiDAR является его способность генерировать высокоточные данные облака точек и строить трехмерную модель среды вокруг автомобиля в режиме реального времени. По сравнению с камерами и радарами миллиметрового диапазона, лидар может с точностью до сантиметра определить форму, расстояние и положение препятствий, таких как автомобили, пешеходы, бордюры, и т. д. Эта возможность особенно важна в сложных дорожных ситуациях (например, на больших перекрестках и развязках), поскольку она позволяет эффективно избегать ложных срабатываний систем помощи, а также повышать безопасность автономного вождения.

2. Компенсация ограничений других датчиков

Системы помощи водителю обычно используют решения на основе данных нескольких датчиков, а лидар может компенсировать недостатки камер и радаров миллиметрового диапазона:

• работа LiDar не зависит от окружающего освещения: камеры могут плохо работать ночью, при резком свете или в туннелях, в то время как LiDAR использует активное лазерное излучение и не зависит от окружающего света;
• в LiDAR высокое разрешение: радар миллиметрового диапазона чувствителен к металлическим объектам, но имеет низкое разрешение для неметаллических объектов (таких как пластиковые заграждения, шина и пешеходы), в то время как лидар может четко их идентифицировать;
• больше данных - выше безопасность: данные LiDAR могут перекрестно проверяться с помощью камер и радаров миллиметрового диапазона, чтобы снизить риск ошибок и повысить надежность системы.

3. Высокоточное позиционирование и сопоставление с картой

LiDAR играет ключевую роль в позиционировании автономного вождения:

• сопоставление высокоточных карт в режиме реального времени: сканируя окружающую среду и сопоставляя ее с предварительно собранными высокоточными картами, лидар может обеспечить позиционирование автомобиля на дороге с точностью до сантиметра (например, технология SLAM компании Waymo);
• альтернативное решение при сбоях GPS: в районах со слабым сигналом GPS, таких как подземные парковки, лидар может помочь инерциальной навигации поддерживать точное позиционирование.

4. Поддержка принятия решений в сложных сценариях

LiDAR может определять небольшие объекты (например, дорожные блоки, лежачие полицейские) и низкие препятствия (бордюры), которые камеры часто пропускают. Кроме того, с помощью многокадрового анализа облака точек, лидар может прогнозировать динамические траектории движения пешеходов и транспортных средств, а также оптимизировать планирование пути и стратегии обхода препятствий на автопилоте.

5. Тенденции развития

LiDAR стал стандартным дополнением для разных уровней автопилота и широко используется в роботакси (таких как Waymo, Cruise) и других беспилотниках. С началом массового производства полутвердотельных и твердотельных лидаров (таких как Hesai AT128) их стоимость снизилась с десятков тысяч долларов до сотен долларов, и они постепенно вышли на рынок легковых электромобилей (такие как NIO, Xpeng, LiXiang, Leapmotor, AITO и другие).

Итог

LiDAR стал ключевой технологией для современного автономного вождения благодаря высокоточному трехмерному восприятию, возможности работы в любых погодных условиях и мощным возможностям моделирования окружающей среды. Несмотря на такие проблемы, как стоимость и экстремальные погодные условия, по мере развития технологий, лидар будет играть незаменимую роль в широкомасштабном внедрении автономного вождения. В будущем, сочетание лидара, мультисенсорного слияния и алгоритмов искусственного интеллекта еще больше повысит безопасность и надежность автономного вождения.