智慧高速"升級(jí)"勢(shì)在必行，激光雷達(dá)正在激活百億新市場(chǎng)

導(dǎo)讀：對(duì)智慧高速的終極期許是，將道路上有關(guān)行駛的信息數(shù)字化、針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景提升信息的準(zhǔn)確度，以服務(wù)更高效的交通。

智慧化改造滬杭甬高速、杭州灣跨海大橋，實(shí)現(xiàn)灣區(qū)全域高速公路智慧化，把大數(shù)據(jù)、人工智能、5G及自動(dòng)駕駛等一系列新技術(shù)應(yīng)用到高速公路上，近期支持車路協(xié)同，遠(yuǎn)期支持自動(dòng)駕駛等新技術(shù)。智慧高速離我們?cè)絹碓浇恕?/p>

4月17日，一個(gè)跨度30年、投資超10萬億元的浙江大交通建設(shè)計(jì)劃出爐，包括但不限于滬杭超級(jí)磁浮、沿海高鐵、環(huán)杭州灣智慧高速公路、蕭山機(jī)場(chǎng)綜合樞紐…

杭州灣智慧高速公路是從前些年浙江首創(chuàng)的超級(jí)高速概念發(fā)展而來的，亮點(diǎn)是把大數(shù)據(jù)、人工智能、5G及自動(dòng)駕駛等一系列新技術(shù)應(yīng)用到高速公路上，將新建和改造杭紹甬、滬杭甬、杭州繞城等一批環(huán)杭州灣的高速公路網(wǎng)絡(luò)。

新建杭紹甬智慧高速公路，智慧化改造滬杭甬高速、杭州灣跨海大橋，實(shí)現(xiàn)灣區(qū)全域高速公路智慧化；近期支持車路協(xié)同，遠(yuǎn)期支持自動(dòng)駕駛等新技術(shù)。

杭紹甬初步確定將進(jìn)行包括構(gòu)建高精定位系統(tǒng)、車路協(xié)同通行系統(tǒng)、5G通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、新能源及無線充電系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛路測(cè)系統(tǒng)、自由流收費(fèi)系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智慧云控平臺(tái)、自動(dòng)駕駛及貨車編隊(duì)系統(tǒng)、全新的出行體驗(yàn)系統(tǒng)、打造自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)系統(tǒng)等十方面的改造。

智慧高速，是對(duì)高速道路基礎(chǔ)設(shè)施的改造升級(jí)，其中包括2019年如火如荼的ETC系統(tǒng)，以及正在試驗(yàn)測(cè)試中的V2X車路協(xié)同系統(tǒng)。

將道路上有關(guān)行駛的信息首先進(jìn)行數(shù)字化，然后針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景提升信息的致密度，準(zhǔn)確度，服務(wù)更高效的交通，甚至于提供相關(guān)的決策力。這是對(duì)智慧高速的終極期許。

一、智慧高速在升級(jí)

智慧高速的建設(shè)以及目標(biāo)將會(huì)是分階段，分目標(biāo)完成的，比如，智慧高速上的攝像頭將更加密集，從現(xiàn)在的2公里一個(gè)，加密到1公里一個(gè)；每隔一定距離將設(shè)置卡口，可識(shí)別經(jīng)過的每輛車車牌，實(shí)現(xiàn)跟蹤感知違規(guī)行駛行為、實(shí)時(shí)反映路況等功能。

這其中，關(guān)鍵的感知監(jiān)控方案，有不少講究的地方。視頻方案的問題是比較清楚的，局限于相機(jī)自身的缺陷，如易受環(huán)境影響，在光線較差或較強(qiáng)的環(huán)境下，誤判率高；探測(cè)精度低；探測(cè)距離短等。同時(shí)在路端計(jì)算需要非常強(qiáng)的算力， 在云端又會(huì)有帶寬和實(shí)時(shí)性的影響等。

因此，在車或人流量大的路口，僅僅依靠視頻方案極易出現(xiàn)安全誤報(bào)、錯(cuò)報(bào)等問題，無法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、安全的智慧道路目標(biāo)。

而激光雷達(dá)本身是對(duì)光線不敏感，無論白天黑夜都不影響其感知效果，因此大大增強(qiáng)了感知的適應(yīng)性和準(zhǔn)確性。同時(shí)，視頻方案在弱光，逆光以及強(qiáng)光環(huán)境中的探測(cè)效果容易出現(xiàn)圖片模糊，甚至看不清的狀況，特別在夜晚環(huán)境中，視頻方案基本失去作用。

而對(duì)于激光雷達(dá)來說，并不受光線條件的限制，在弱光，逆光以及強(qiáng)光環(huán)境下，甚至黑夜，其點(diǎn)云效果均可以保持正常狀態(tài)。

以往高速公路僅用過單線式的激光雷達(dá)，主要用途是區(qū)分車輛作交通流量調(diào)查，還有收費(fèi)站自助發(fā)卡車道的輔助車型分類，以及用作車輛長(zhǎng)寬高的判別（基于道路超限管控的需求，超過一定尺寸的車輛不允許駛?cè)敫咚?）。

智慧高速在初探階段，目前有些省份已經(jīng)不滿足于僅通過攝像機(jī)獲得道路信息，開始嘗試各種傳感器的融合，力求獲取高精度的路況信息用做提高調(diào)度指揮效率，減少事故，提升安全運(yùn)營(yíng)水平，但現(xiàn)在主要以毫米波雷達(dá)配合攝像機(jī)的方案為主。

毫米波雷達(dá)與紅外、視頻、激光等光學(xué)導(dǎo)引頭相比，毫米波導(dǎo)引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強(qiáng)，具有全天候全天時(shí)的特點(diǎn)。常用于道路車輛目標(biāo)、車速的監(jiān)測(cè)。但毫米波雷達(dá)也有自己的局限性，比如對(duì)于多目標(biāo)跟蹤監(jiān)測(cè)、靜止障礙物以及微小物體的監(jiān)測(cè)顯得性能不足。

相比較而言，高線束的激光雷達(dá)在分辨率、測(cè)試精度以及對(duì)道路環(huán)境致密信息的覆蓋上，更勝一籌，能夠滿足更高級(jí)別自動(dòng)駕駛和監(jiān)管的需求。

比如，Innovusion（圖達(dá)通）公司推出的300線圖像級(jí)激光雷達(dá)，線束可達(dá)到市面上32線激光雷達(dá)的10倍，其分辨率接近早期VGA顯示器的效果，可以獲得物體表面更多反射點(diǎn)。

在垂直方向角分辨率上，垂直角分辨率可精確到0.13° ，是32線激光雷達(dá)的4.6倍，是唯一可以分辨遠(yuǎn)距離小物體的激光雷達(dá)。對(duì)行人實(shí)際可探測(cè)與識(shí)別能力達(dá)到200米以上。多目標(biāo)跟蹤監(jiān)測(cè)、靜止障礙物以及微小物體的監(jiān)測(cè)，對(duì)于圖像級(jí)激光雷達(dá)而言，則不在話下。

線束超過百線的激光雷達(dá)，特別是圖像級(jí)激光雷達(dá)，在性能以及環(huán)境適應(yīng)性上，已經(jīng)大大優(yōu)于傳統(tǒng)的視覺以及毫米波雷達(dá)。

二、路側(cè)激光雷達(dá)，勢(shì)在必行

浙江、山東等一些省份已經(jīng)開始探索在高速公路上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，激光雷達(dá)在高速V2X項(xiàng)目中也將獲得很大的市場(chǎng)，但是高速公路這類傳統(tǒng)的領(lǐng)域?qū)τ谛屡d產(chǎn)品的需求量不會(huì)立馬爆發(fā)，需要不斷的引導(dǎo)。

目前，全國(guó)高速已配置了約2萬套激光雷達(dá)，激光分型約使用2000套，長(zhǎng)寬高檢測(cè)設(shè)備約3000套左右，主要是在2019年底全國(guó)省界收費(fèi)站取消項(xiàng)目中使用的。

智慧高速，特別是支持自動(dòng)駕駛的高速公路，路側(cè)要部署如RSU，邊緣計(jì)算機(jī)處理(Mobile EdgeComputing, MEC)，攝像頭，交換機(jī)， 5G 網(wǎng)絡(luò)，路側(cè)終端平臺(tái)，終端平臺(tái)，還要部署激光雷達(dá)等其他設(shè)備。

激光雷達(dá)是傳感器單元，通過雷達(dá)可以獲取高密度，圖像級(jí)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，包括道路靜態(tài)環(huán)境和移動(dòng)物體的三維信息。

相比傳統(tǒng)的傳感器，激光雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)在于可以從點(diǎn)云圖像中，獲取道路斑馬線以及斑馬線區(qū)域經(jīng)過的行人和車輛等，清晰的人行道區(qū)域有利于劃定電子圍欄區(qū)域。

此外，探測(cè)距離可以達(dá)到280m，利用超長(zhǎng)探視距離可以實(shí)現(xiàn)超視距探測(cè)，能為行駛的車輛提供超視距的預(yù)警信息以及道路擁堵情況。通過激光雷達(dá)收集到的包括遠(yuǎn)距離處的點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)線或光纖傳送至 MEC，可以對(duì)道路車流量以及車輛等待時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，進(jìn)而判斷道路的擁擠狀況。

不同距離處的道路信息包括感知結(jié)果可以通過由MEC經(jīng)過RSU反饋至客戶車輛端，使得車輛可以獲取遠(yuǎn)距離處的交通狀況，從而達(dá)到交通預(yù)警的作用，防止碰撞等系列交通事故發(fā)生。

同時(shí)，這些道路信息也可以經(jīng)MEC發(fā)送至終端服務(wù)器或展示平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)道路交通狀況監(jiān)測(cè)，或者進(jìn)行數(shù)據(jù)二次開發(fā)。

車輛就可以通過這些信息對(duì)交通是否擁擠等狀況進(jìn)行判斷，實(shí)時(shí)進(jìn)行車輛運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整，選擇合適的行駛道路和有效地避免碰撞等交通事故的發(fā)生。

Innovusion圖達(dá)通的路側(cè)激光雷達(dá)產(chǎn)品，通過光脈沖可以將周圍100X40°視野范圍內(nèi)的場(chǎng)景構(gòu)建出來，包括周圍的靜態(tài)環(huán)境和道路上行駛的車輛行人。雷達(dá)每秒能輸出100萬個(gè)點(diǎn)，并且集中在水平方向100°的視野內(nèi)，可生成圖像級(jí)點(diǎn)云，更有利于物體識(shí)別。

具有致密點(diǎn)云和廣視角、遠(yuǎn)距離探測(cè)性能的激光雷達(dá)，相比毫米波雷達(dá)、攝像頭性能翻倍，因此在進(jìn)行路端布置時(shí)，可以有效的減少沿路布置數(shù)量，降低總體采購(gòu)成本，簡(jiǎn)化整個(gè)系統(tǒng)，提高系統(tǒng)可靠性。

三、從高速到普速的大市場(chǎng)

目前，在高速公路上使用高線束的激光雷達(dá)尚在初步探索，正在結(jié)合全國(guó)各地智慧高速及車路協(xié)同的試點(diǎn)推廣。

全國(guó)已通車的高速公路超過15萬公里，未來10年內(nèi)在路側(cè)每250米布設(shè)一套激光雷達(dá)，主要用于輔助無人駕駛以及替代目前的單線激光交調(diào)、事件檢測(cè)產(chǎn)品。

另外，在全國(guó)三萬多個(gè)收費(fèi)站入口治超檢測(cè)項(xiàng)目中做車輛的長(zhǎng)寬高尺寸識(shí)別。在高速公路應(yīng)用成熟后逐步進(jìn)入國(guó)省道及干線公路。不久前，山東交通運(yùn)輸系統(tǒng)發(fā)布通知，將根據(jù)《數(shù)字山東發(fā)展規(guī)劃（2018—2022年）》，全面提升信息化、數(shù)字化水平。

按照“全國(guó)領(lǐng)先、遠(yuǎn)近結(jié)合、適度超前、先進(jìn)實(shí)用、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一”的原則和“全天候通行、全路段感知、全過程管控”的目標(biāo)，加快推進(jìn)濟(jì)青中線、京臺(tái)高速公路泰安至棗莊段兩個(gè)智慧高速公路示范項(xiàng)目建設(shè)。

在全國(guó)，北京和河北有延崇、京雄、大興新機(jī)場(chǎng)；浙江有杭紹甬、滬杭甬等等；廣東有南沙大橋和廣樂；江西有寧定、昌九；吉林有琿烏；江蘇有S342無錫段、G524常熟段等等；福建、湖南、河南、山東、海南等省份也都有智慧高速示范工程。

需要強(qiáng)調(diào)的是，高速公路相對(duì)于其他行業(yè)來說有一定的行業(yè)壁壘，產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的激烈程度遠(yuǎn)不如普通民用產(chǎn)品市場(chǎng)，產(chǎn)品質(zhì)量過關(guān)并且能準(zhǔn)確把握用戶需求點(diǎn)很可能在短時(shí)間內(nèi)獲取大批量訂單。

按照高工智能汽車研究院發(fā)布的車路協(xié)同市場(chǎng)數(shù)據(jù)報(bào)告，未來五年僅國(guó)內(nèi)示范項(xiàng)目對(duì)路側(cè)（高速公路）激光雷達(dá)的需求規(guī)模就接近20億元。考慮到新基建及5G部署的較快，這塊細(xì)分市場(chǎng)的需求也將可能持續(xù)放大。

以目前各大一二線城市推動(dòng)的5G公交等等城市公共交通智能化升級(jí)，在未來五年將為交叉路口激光雷達(dá)帶來超過60億元的市場(chǎng)需求。

推進(jìn)交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化，完善各市公路網(wǎng)信息采集體系，推動(dòng)數(shù)字高速建設(shè)，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車應(yīng)用提供支撐，將成為未來智慧高速的趨勢(shì)和目標(biāo)。