[首發(fā)于智駕最前沿微信公眾號(hào)]自動(dòng)駕駛依賴激光雷達(dá)（LiDAR）技術(shù)已成為行業(yè)內(nèi)的主流選擇之一。激光雷達(dá)通過(guò)發(fā)射和接收激光脈沖，繪制周圍環(huán)境的三維點(diǎn)云，為車輛提供精確的空間感知能力。之前和大家聊過(guò)，如果僅使用純視覺(jué)可能會(huì)導(dǎo)致的問(wèn)題。但如果僅依靠激光雷達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，那一定也會(huì)存在一系列不容忽視的弊端，今天智駕最前沿就和大家來(lái)聊聊這個(gè)話題。

我們首先要了解激光雷達(dá)的基本工作原理。激光雷達(dá)通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)或固態(tài)陣列發(fā)射成千上萬(wàn)束激光脈沖，測(cè)量它們?cè)谟龅轿矬w后反射回傳所需的時(shí)間（Time-of-Flight），并以此計(jì)算出物體與傳感器之間的距離。通過(guò)不斷掃描周圍環(huán)境，LiDAR能夠生成高精度的三維點(diǎn)云地圖，為定位、避障和路徑規(guī)劃提供核心數(shù)據(jù)支持。這種點(diǎn)云數(shù)據(jù)本身存在一定的稀疏性和盲區(qū)，尤其在垂直分辨率和檢測(cè)低反射率物體等方面，難以與人眼或高分辨率相機(jī)系統(tǒng)相比。

從成本角度來(lái)看，高性能激光雷達(dá)的價(jià)格普遍高于其他傳感器。傳統(tǒng)機(jī)械旋轉(zhuǎn)式LiDAR每臺(tái)售價(jià)可達(dá)數(shù)萬(wàn)元人民幣，而即便是固態(tài)LiDAR，隨著量產(chǎn)和技術(shù)進(jìn)步，價(jià)格雖有下降趨勢(shì)，但要做到與攝像頭同價(jià)仍需時(shí)日。對(duì)于大規(guī)模量產(chǎn)和消費(fèi)者級(jí)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)而言，高昂的傳感器成本將直接轉(zhuǎn)嫁到整車售價(jià)上，無(wú)疑會(huì)增加購(gòu)買門檻。此外，LiDAR的制造過(guò)程包括精密光學(xué)元件和復(fù)雜微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）加工，供應(yīng)鏈穩(wěn)定性和良品率也會(huì)影響最終成本和交付周期。

環(huán)境適應(yīng)性也是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，激光雷達(dá)在雨、霧、雪、塵埃等復(fù)雜天氣條件下容易受到干擾。雨滴或雪花在激光路徑上產(chǎn)生大量無(wú)意義的散射點(diǎn)云，導(dǎo)致系統(tǒng)誤判或干擾真實(shí)目標(biāo)識(shí)別。霧霾天氣中，激光自身的衰減效應(yīng)會(huì)顯著降低最大探測(cè)距離和點(diǎn)云密度，使得遠(yuǎn)距離障礙物難以準(zhǔn)確感知。此外，地面揚(yáng)起的塵土、泥水飛濺等環(huán)境噪聲，也可能在短時(shí)間內(nèi)淹沒(méi)部分LiDAR數(shù)據(jù)，影響車輛的實(shí)時(shí)決策。

激光雷達(dá)也對(duì)低反射率或高反射光表面存在檢測(cè)盲區(qū)。有些常見(jiàn)路面材質(zhì)（如深灰色瀝青）或無(wú)色透明材料（如玻璃窗、塑料包裝）的激光回波極其微弱，導(dǎo)致LiDAR難以捕捉到這些物體的點(diǎn)云；而高反射材料（如金屬或鏡面）會(huì)產(chǎn)生飽和脈沖、偽影或多次反射，干擾真實(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在復(fù)雜城市環(huán)境中，這類盲區(qū)往往對(duì)應(yīng)行人身穿深色衣物、玻璃幕墻建筑、工地圍擋等，使得僅靠LiDAR的感知系統(tǒng)在安全性上存在較大隱患。

激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)量巨大，對(duì)計(jì)算和傳輸能力提出了極高要求。激光雷達(dá)每秒會(huì)生成百萬(wàn)級(jí)以上的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，需要強(qiáng)大的車載計(jì)算平臺(tái)對(duì)其進(jìn)行濾波、去噪、聚類和目標(biāo)跟蹤等處理。為了保證實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)必須配備高性能GPU或?qū)Ｓ玫狞c(diǎn)云處理ASIC，否則就會(huì)出現(xiàn)感知延遲，影響自動(dòng)駕駛決策的及時(shí)性。同時(shí)，傳感器與主控單元之間的以太網(wǎng)或CAN總線也需具備足夠帶寬，否則當(dāng)多臺(tái)LiDAR同時(shí)工作時(shí)，會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)擁堵或丟包風(fēng)險(xiǎn)。

從系統(tǒng)可靠性和冗余設(shè)計(jì)角度考量，“單一LiDAR方案”在面對(duì)傳感器故障或誤報(bào)時(shí)，缺乏足夠的備援機(jī)制。一旦LiDAR出現(xiàn)失效、偏移或遮擋，車輛將失去核心的三維感知能力，極易導(dǎo)致對(duì)周圍環(huán)境盲區(qū)增多。相比之下，多傳感器融合方案（Camera、Radar、Ultrasonic等協(xié)同工作）在單一傳感器失效時(shí)，仍可通過(guò)其他傳感器維持最低水平的環(huán)境認(rèn)知，從而提高行車安全性。

LiDAR自身的物理特點(diǎn)也對(duì)安裝和設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)。機(jī)械旋轉(zhuǎn)式LiDAR通常需要凸出的安裝位置，這在車輛上將影響整車空氣動(dòng)力學(xué)和美觀；而固態(tài)LiDAR雖可更好地集成于車身前臉，但其視角和探測(cè)距離往往受限，需要部署多個(gè)單元才能覆蓋全車周壁，這無(wú)疑又增加了成本和設(shè)計(jì)復(fù)雜度。如果雨滴、泥土附著在激光雷達(dá)上，也將對(duì)感知精度造成影響，此時(shí)LiDAR就需要額外的清潔和防護(hù)措施，否則就會(huì)出現(xiàn)盲掃區(qū)域。

激光雷達(dá)在高精度地圖配合使用時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)厘米級(jí)定位和導(dǎo)航。但建立和維護(hù)高精度地圖本身，是一項(xiàng)巨大的工程。地圖采集需要專業(yè)測(cè)繪車輛、激光雷達(dá)掃描、GPS/INS同步定位等設(shè)備配合，并進(jìn)行大量后處理和數(shù)據(jù)校正。隨著道路環(huán)境更新，建筑物改造或路面標(biāo)線變化，高精地圖需頻繁維護(hù)和分發(fā)，否則車輛在地圖與現(xiàn)實(shí)差異過(guò)大時(shí)，可能出現(xiàn)定位漂移或路徑規(guī)劃失敗。對(duì)于完全依賴LiDAR的自動(dòng)駕駛方案，這種對(duì)高精地圖的過(guò)度依賴，也加大了系統(tǒng)的復(fù)雜性與運(yùn)營(yíng)成本。

LiDAR對(duì)光照變化并不敏感，這是其相對(duì)于攝像頭的優(yōu)勢(shì)之一，但在強(qiáng)烈陽(yáng)光直射、夕陽(yáng)逆光等極端光照角度下，激光接收模塊也可能受到陽(yáng)光干擾，產(chǎn)生虛假回波或降低信噪比。此外，一些高光澤或半透明物體在特定角度下會(huì)將激光束偏折或吸收，導(dǎo)致點(diǎn)云數(shù)據(jù)出現(xiàn)斷層。這些邊緣案例在高速公路或城市隧道中尤為突出，需要額外的軟件算法對(duì)異常點(diǎn)進(jìn)行剔除或修復(fù)。

激光雷達(dá)的發(fā)射波長(zhǎng)通常在905nm或1550nm波段，不同波段在空氣中的衰減特性、對(duì)人體和動(dòng)物的安全性等方面也各有不同。1550nm波段雖然能提供更長(zhǎng)的探測(cè)距離和更強(qiáng)的抗太陽(yáng)干擾能力，卻需采用昂貴的激光放大器和探測(cè)器；而905nm波段成本較低，卻在強(qiáng)光環(huán)境下更易受到太陽(yáng)輻射的影響。兩者選擇的權(quán)衡也反映出僅用LiDAR的系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜度，難以一概而論。

在城市道路中，動(dòng)態(tài)目標(biāo)（如行人、自行車、車輛等）常常以群體或密集形式出現(xiàn)，LiDAR需快速識(shí)別并實(shí)時(shí)跟蹤各個(gè)目標(biāo)。但點(diǎn)云的稀疏性使得在遠(yuǎn)距離或目標(biāo)快速移動(dòng)時(shí)，點(diǎn)云樣本數(shù)量會(huì)驟減，難以準(zhǔn)確估計(jì)物體速度和方向。車輛對(duì)突發(fā)橫穿道路的行人或突然變道的車輛，可能出現(xiàn)感知滯后，影響制動(dòng)或避讓決策的準(zhǔn)確性。

激光雷達(dá)在隧道、橋下等封閉或半封閉空間內(nèi)，也會(huì)出現(xiàn)激光多次反射或穿透現(xiàn)象，形成錯(cuò)綜復(fù)雜的點(diǎn)云噪聲。尤其是在光滑混凝土或金屬支架上，激光束會(huì)發(fā)生鏡面反射，導(dǎo)致虛假目標(biāo)檢測(cè)和誤判。當(dāng)自動(dòng)駕駛車輛在工地、礦區(qū)、林區(qū)等特殊場(chǎng)景運(yùn)行時(shí)，周圍環(huán)境的凹凸地形、腳手架、樹(shù)葉和碎石等非剛性物體，會(huì)產(chǎn)生海量動(dòng)態(tài)噪聲點(diǎn)云。若缺乏圖像或毫米波雷達(dá)等其他傳感器輔助，僅用LiDAR難以區(qū)分目標(biāo)與環(huán)境雜波，容易引發(fā)頻繁誤報(bào)，影響行車舒適性和安全性。

從軟件算法層面討論，點(diǎn)云分割、聚類、目標(biāo)識(shí)別和語(yǔ)義分割等技術(shù)仍在不斷優(yōu)化。僅依靠LiDAR的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，往往需采用復(fù)雜的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行空間特征提取和場(chǎng)景理解。相比于圖像數(shù)據(jù)，點(diǎn)云在結(jié)構(gòu)化方面相對(duì)欠缺，如何高效地將其與語(yǔ)義信息融合，仍是亟需解決的問(wèn)題。大量算法研究雖能提升LiDAR感知能力，但相應(yīng)的計(jì)算負(fù)擔(dān)加重了整車系統(tǒng)的功耗和硬件要求。

LiDAR的維護(hù)成本和保養(yǎng)周期也不容小覷。傳感器外殼、防水防塵等級(jí)、抗撞擊性能、線路連接穩(wěn)定性，都需要定期檢修和校準(zhǔn)。一旦車輛在惡劣路況中小碰撞或顛簸造成LiDAR微移，整體感知性能就會(huì)下降，需要專業(yè)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整或返廠校準(zhǔn)，增加運(yùn)營(yíng)成本和停機(jī)時(shí)間。

綜上所述，激光雷達(dá)雖為自動(dòng)駕駛提供了高精度三維感知能力，但若僅依靠LiDAR而忽視其他傳感器的優(yōu)勢(shì)，將面臨成本高昂、環(huán)境適應(yīng)性差、數(shù)據(jù)處理壓力大、系統(tǒng)冗余不足及維護(hù)復(fù)雜性高等諸多弊端。自動(dòng)駕駛系統(tǒng)應(yīng)在LiDAR、攝像頭、毫米波雷達(dá)、超聲波傳感器等多源數(shù)據(jù)融合的基礎(chǔ)上，結(jié)合高精地圖與定位技術(shù)，以及先進(jìn)的軟件算法，實(shí)現(xiàn)更安全、更可靠、更經(jīng)濟(jì)的自動(dòng)駕駛解決方案。

審核編輯 黃宇