激光雷達(dá)，英文全稱為LightDetectionAndRanging，簡稱LiDAR，即光探測與測量，是一種集激光，全球定位系統(tǒng)（GPS）和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）三種技術(shù)于一身的系統(tǒng)，用于獲得數(shù)據(jù)并生成精確的DEM（數(shù)字高程模型）。這三種技術(shù)的結(jié)合，可以高度準(zhǔn)確地定位激光束打在物體上的光斑，測距精度可達(dá)厘米級(jí)，激光雷達(dá)最大的優(yōu)勢就是“精準(zhǔn)”和“快速、高效作業(yè)”。
激光雷達(dá)運(yùn)作時(shí)，只需進(jìn)行非接觸掃描可以在短時(shí)間內(nèi)獲取物體和環(huán)境空間點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)和信息，由于收集的數(shù)據(jù)是以點(diǎn)的形式組成，所以這些數(shù)據(jù)被稱作點(diǎn)云數(shù)據(jù)，其最大的特點(diǎn)是可以進(jìn)行后期的處理，依靠獲取的數(shù)據(jù)便能夠建立完整的三維立體模型，而如今隨著商用GPS及IMU（慣性測量單元）的發(fā)展，通過LIDAR從移動(dòng)平臺(tái)上（比如在機(jī)器人、飛機(jī)上）獲得高精度的數(shù)據(jù)已經(jīng)成為可能并被廣泛應(yīng)用。
起源于軍事需要
激光雷達(dá)最初起源于軍事需要，作為目標(biāo)探測和跟蹤系統(tǒng)被認(rèn)為是更難被敵軍干擾和探測到的裝置，憑借激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)高清晰度的成像以收集足夠的細(xì)節(jié)來識(shí)別目標(biāo)，如坦克、飛機(jī)或步行中的人，這也促使機(jī)載激光雷達(dá)比地面激光雷達(dá)更具優(yōu)勢，應(yīng)用場景更為豐富。
事實(shí)上，激光雷達(dá)在20世紀(jì)70年代發(fā)才真正展起來，當(dāng)時(shí)在航天方面主要用于測量火箭初始飛行階段的彈道軌跡，近兩年最為大眾稱道的是用于無人駕駛汽車導(dǎo)航和制導(dǎo)的激光雷達(dá)，特別是它可以使無人機(jī)和無人駕駛汽車自行避開障礙物。
激光雷達(dá)恰恰是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制車速的ACC（主動(dòng)巡航控制系統(tǒng)）以及未來無人駕駛汽車必須用到的核心技術(shù)，谷歌無人駕駛汽車使用的就是美國車用激光雷達(dá)探測器巨頭護(hù)航(Escort)公司的產(chǎn)品和技術(shù)，Escort公司在美國已有35年歷史，該企業(yè)研發(fā)的雷達(dá)產(chǎn)品在美國占有50%以上市場份額，它已經(jīng)實(shí)現(xiàn)一套完整的感應(yīng)系統(tǒng)，可以對(duì)周圍環(huán)境360度無死角關(guān)注，加上無人駕駛系統(tǒng)的“心臟”，就是位于汽車頂部的激光雷達(dá)探測儀，有利于三維識(shí)別周邊環(huán)境的3D地圖，即使汽車在高速路上時(shí)，雷達(dá)也可以讓汽車“看”得更遠(yuǎn)。此外，由于谷歌無人駕駛汽車還配有獨(dú)立的GPS裝置，配合激光雷達(dá)，與地圖信息對(duì)照，便可以實(shí)時(shí)更新當(dāng)前所在位置。
除了谷歌之外，包括大眾、日產(chǎn)、豐田等公司都在研發(fā)和測試無人駕駛汽車技術(shù)，自然也要用到激光雷達(dá)，豐田公司已經(jīng)獨(dú)自研制了一套激光雷達(dá)系統(tǒng)。但目前來看，各公司開展的自動(dòng)駕駛實(shí)驗(yàn)大多使用美國Velodyne公司制造的激光雷達(dá)，因?yàn)閂elodyne的產(chǎn)品便宜，它已經(jīng)發(fā)布了針對(duì)大眾市場自動(dòng)駕駛車型研發(fā)的小體積、低價(jià)格的激光雷達(dá)系統(tǒng)，不過仍然需要約4.9萬元人民幣，Velodyne希望借此促進(jìn)激光雷達(dá)在小型化設(shè)備上的發(fā)展，幫助更多汽車廠商構(gòu)建自己的自動(dòng)或半自動(dòng)駕駛汽車。在可以預(yù)見的未來，無人駕駛汽車的發(fā)展必將引發(fā)激光雷達(dá)的一次大爆發(fā)。
國內(nèi)激光雷達(dá)市場現(xiàn)狀
事實(shí)上，激光雷達(dá)除了用于軍事和商業(yè)領(lǐng)域，已經(jīng)把觸角伸向了民用領(lǐng)域。在國外，激光雷達(dá)已經(jīng)成為民用領(lǐng)域的“寵兒”，但市場份額大多被諸如瑞士Leica、加拿大Optech、奧地利Riegl、美國Trimble等老牌測繪企業(yè)占據(jù)。然而隨著激光雷達(dá)不斷深入到國計(jì)民生的各個(gè)方面，在國內(nèi)也不乏一些在激光雷達(dá)領(lǐng)域探索的創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)，涉及的產(chǎn)業(yè)鏈也頗為豐富，各種工具、后期處理軟件、定制服務(wù)層出不窮。
數(shù)字綠土科技就是一家致力于激光雷達(dá)技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用的國內(nèi)初創(chuàng)企業(yè)，創(chuàng)始人郭慶華是“青年千人計(jì)劃”創(chuàng)業(yè)的典型代表，該公司已自主開發(fā)了激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)管理、分析和建模的平臺(tái)軟件以及基于激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的林業(yè)應(yīng)用等專業(yè)軟件。數(shù)字綠土副總經(jīng)理葉偉強(qiáng)介紹說，他們想要實(shí)現(xiàn)的是為客戶提供數(shù)據(jù)采集、點(diǎn)云數(shù)據(jù)后處理的一站式解決方案，其中已經(jīng)成型的產(chǎn)品有Li-Air無人機(jī)激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)、Li-Mobile車載激光雷達(dá)系統(tǒng)以及Lidar360點(diǎn)云處理軟件。
值得一提的是，其自主研發(fā)的第一款硬件產(chǎn)品無人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)Li-Air，已經(jīng)完成了第一次破冰之旅，在擊敗了眾多歐美競爭對(duì)手的情況下，獲得了香港地政署的采購合同。
葉偉強(qiáng)說，數(shù)字綠土也在獨(dú)立開發(fā)無人機(jī)，搭配自家的激光雷達(dá)系統(tǒng)和點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理軟件，以實(shí)現(xiàn)為客戶提供一站式定制化服務(wù)。那么這樣會(huì)不會(huì)與風(fēng)頭正勁的無人機(jī)廠商構(gòu)成競爭？
葉偉強(qiáng)的回答是：No。在他看來，當(dāng)下的無人機(jī)更像是一個(gè)玩物，做的是大眾市場，而數(shù)字綠土專注的是包括數(shù)字三維森林、數(shù)字三維地形、數(shù)字城市建設(shè)、災(zāi)害預(yù)警評(píng)估和地籍調(diào)查服務(wù)等方面的解決方案，不但不會(huì)與無人機(jī)廠商構(gòu)成競爭，反而有機(jī)會(huì)合作。
這與億航Ghost無人機(jī)聯(lián)合創(chuàng)始人熊逸放的想法不謀而合。熊逸放表示，激光雷達(dá)和無人機(jī)組合不失為一種合作的避障解決方案，未來不排除合作的可能，但他明確指出目前的激光雷達(dá)技術(shù)并不是很成熟，使用過程中存在很多不確定性，至于激光雷達(dá)技術(shù)公司是否研制無人機(jī)，則表示無所謂。
與數(shù)字綠土開發(fā)的數(shù)據(jù)處理軟件不同，發(fā)跡于上海的國內(nèi)創(chuàng)業(yè)公司RoboPeak則把激光雷達(dá)實(shí)踐于機(jī)器人領(lǐng)域，這支成立于2009年的團(tuán)隊(duì)，已經(jīng)在激光雷達(dá)底層技術(shù)沉淀了6年，其創(chuàng)始人是在國內(nèi)創(chuàng)客圈很有名的陳士凱，該公司致力于機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）、民用機(jī)器人平臺(tái)系統(tǒng)以及設(shè)備的設(shè)計(jì)研發(fā)，目的在于將機(jī)器人從工業(yè)層面帶入普通家庭，但是想要讓機(jī)器人進(jìn)入民用市場，首先就要突破價(jià)格高昂的關(guān)隘，所以去年RoboPeak順勢推出了低成本的激光雷達(dá)RPLidar，相比動(dòng)輒上萬元的工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，這款產(chǎn)品的價(jià)格低至千元，被控制在普通工業(yè)級(jí)激光雷達(dá)的十分之一，此款產(chǎn)品的出現(xiàn)也為以后開發(fā)消費(fèi)級(jí)機(jī)器人產(chǎn)品創(chuàng)造了可能。
為了配合RPLidar的使用，RoboPeak還同步開發(fā)了小型化機(jī)器人應(yīng)用平臺(tái)RPMini，RPmini配備了諸如加速計(jì)、陀螺儀、超聲波測距儀等多種傳感器，使用者可以使用藍(lán)牙無線控制RPmini和遠(yuǎn)程編程，不過在陳士凱的計(jì)劃里，機(jī)器人RPMini目前屬于研究和測試激光定位的載體，待以后基于底層的激光雷達(dá)技術(shù)趨于完善之時(shí)，才會(huì)考慮產(chǎn)品化，比如簡單的智能掃地機(jī)、導(dǎo)航功能的機(jī)器人等等。
面臨的困境和考驗(yàn)
不難看出，如今激光雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)滲入包括軍事、商用、民用的各個(gè)層面，未來更有望在3D打印、無人駕駛、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域開拓全新局面，事實(shí)上目前國內(nèi)的激光雷達(dá)市場已經(jīng)呈現(xiàn)迅猛增長的勢頭，但是根據(jù)鈦媒體的觀察以及與一些創(chuàng)業(yè)者聊的結(jié)果來看，國內(nèi)激光雷達(dá)市場依然混亂，“貼牌”、“山寨”廠商泛濫，缺乏連貫的產(chǎn)業(yè)鏈以及配套設(shè)備。除此之外，創(chuàng)業(yè)公司普遍缺乏成熟的底層算法，限于技術(shù)難點(diǎn)和硬件成本高，多數(shù)企業(yè)主要做的是代理和服務(wù)。
其中一位創(chuàng)業(yè)者表示，與激光雷達(dá)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，如何高精度的處理采集到的數(shù)據(jù)也是關(guān)鍵的一環(huán)。“激光雷達(dá)會(huì)采集豐富的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，信息量龐大，目前常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式不統(tǒng)一，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)存在種種不足，數(shù)據(jù)精度很難保證，如何讓硬件、軟件和終端用戶實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一，是整個(gè)激光雷達(dá)市場接下來必將面臨的難題”，他說。
雖然如今的國內(nèi)激光雷達(dá)市場看似陰云密布，但不可否認(rèn)的是市場需求的大幅增長，必然會(huì)促使大批軟、硬件廠商的涌入，伴隨著上下游產(chǎn)業(yè)鏈的形成以及更完整解決方案的推出，或許在不久之后，便可以隨處可見激光雷達(dá)的身影，迎來真正的大爆發(fā)。
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