Автомобили, которые ездят сами, без водителя или оператора - это уже не мечты о будущем, а настоящая реальность. Беспилотный транспорт активно развивается и внедряется в повседневную жизнь. А мы расскажем о том, как лидары помогают машинам перемещаться самостоятельно.

Что такое лидар

Лидар - это локатор с лазерным лучом, который позволяет определять расстояния с помощью света. Строго говоря, лидар - это аббревиатура от "Light Detection and Ranging", что в переводе на русский означает "световое обнаружение и определение дальности".

В 1960 году был изобретен лазер и почти сразу же его начали использовать для определения дальности. Так, уже в 1969 году с помощью лазерного дальномера были измерено расстояние от Земли до Луны. Луч распространяется со скоростью света, отражается от объекта, а затем возвращается к своему источнику. Зная скорость света и время, которое луч потратил на путь, вычисляется расстояние между объектом и источником.

Зачем лидары нужны на беспилотном транспорте

Беспилотный транспорт сам определяет траекторию и другие параметры своего движения. Каждый отрезок времени он корректирует параметры, куда и с какой скоростью ехать, а также измеряет расстояния до объектов вокруг. Если мы говорим об автомобилях, то для корректного участия в дорожном движении еще нужно различать сигналы светофоров, разметку, указатели и т.д.

Сейчас для решения этой задачи в беспилотных автомобилях используются камеры, радары и лидары. Камера считывает сигналы светофора, разметку, указатели и т.д. Радары помогают получить данные о расстояниях до других объектов и их скоростях. Но у радаров есть существенные ограничения. Приходится расставлять приоритеты: либо большое расстояние, но маленькая область; либо широкая область, но короткое расстояние.

В отличие от них лидары в режиме реального времени создают картинку с охватом 360 градусов, совершая несколько оборотов в секунду. На одном лидаре от 16 до 128 излучателей лазерных лучей, а выпускает он их от 50 до 100 в секунду. Плюс лазер считывает информацию об объектах в радиусе 60 метров от камеры. Таким образом, лидары - это инструменты, которые крайне необходимы для формирования траектории движения беспилотного транспорта.

На основе данных от сенсоров лидары обрабатывают информацию в три этапа. Сначала лидар улавливает контуры объектов вокруг, затем их уточняет и наконец моделирует и прогнозирует их дальнейшие движения.

В итоге лидар создает трехмерную карту, на которой отображаются все объекты вокруг. И на основе этой карты бортовой компьютер может программировать движения и маневры беспилотного автомобиля. Лидары способны предоставлять детальную информацию об окружающей действительности, определять расстояние до объектов и их скорость на большом расстоянии, быстро работают и могут выполнять свои задачи даже в плохую погоду или ночью.

Достоинства и недостатки лидаров

К главным преимуществам лидаров относят:

• Большой объем предоставляемой информации. Лидары создают трехмерную карту в режиме реального времени, которая позволяет планировать маневры и безопасно перемещаться
  
• Высокую точность и быстроту. Изменение обстановки считывается лидаром буквально за доли секунды. И в этом плане лидар даже более надежен, чем профессиональный водитель.
  
• Возможность работать в любых условиях. Лидар может работать ночью, в туман или дождь. Ему не мешают солнечный свет и свет от фар встречных машин.
  
• Оптимизацию вычислительных ресурсов. Лидары предоставляют максимально точную информацию из возможных, поэтому для обработки данных нужно меньше вычислительных мощностей.

Среди недостатков лидаров эксперты отмечают:

• Ограниченное восприятие. Лидар не умеет различать дорожные знаки, номера автомобилей, цвета светофора.
  
• Высокие технические требования. Чтобы лидар работал идеально, важно, чтобы соблюдались температурные условия, не было помех для сигнала.
  
• Специфический внешний вид. Точнее, внешний вид транспорта, на который установлен лидар. Часто лидар нарушает дизайн-концепт автомобиля, выглядит не слишком органично.

Лидар или компьютерное зрение

Илон Маск является противником использования лидаров в беспилотном транспорте, считая, что будущее за робо-автомобилями, обрабатывающими изображение с помощью компьютерного зрения.

В пользу этого метода выступает его цена, которая ниже, чем у современных лидаров, а также большая точность и детальность в определении внешних факторов. Так, автомобиль, оборудованный компьютерным зрением умеет различать дорожные знаки. Также камеры проще интегрируются в общую систему управления автомобилем.

Еще одним неоспоримым преимуществом компьютерного зрения является органичный дизайн камер. Они легко вписываются во внешний облик автомобиля. Например, на автомобилях марки Tesla распределенные камеры как органично смотрятся, что в итоге украшают внешний вид. К примеру, в автомобилях марки Tesla, распределенные камеры наоборот дополняют внешний вид модели, а не портят его.

Но в то же время компьютерное зрение значительно уступает лидарам по ряду параметров. Так, всепогодность лидаров не вызывает сомнений, в то время как визуальные сенсоры "сдаются" при столкновении со снегом или ярким солнечным светом. Также компьютерное зрения тесно связано с технологиями искусственного интеллекта. Ведь чтобы соотнести двухмерное изображение с камеры с реальным расположением автомобиля, нужно провести большое количество сложных манипуляций.

Лидар лидирует ив плане измерения расстояний и определения координат, даже если камеры хорошо обрабатывают визуальные данные.

На какой беспилотный транспорт устанавливают лидары

В первую очередь, лидары используются для работы беспилотных автомобилей. Кстати, сейчас лидарами комплектуются и системы помощи водителю. Человек остаётся за рулем, но страхуют его современные технологии.

В России Яндекс запустил роботакси на базе Hyundai Sonata, КамАЗ выпустил беспилотные грузовики КамАЗ-54901 и КамАЗ-54907. Японский концерн Toyota работает над проектом автоматизированного вождения Woven. Роботакси Waymo One, Zoox, Apollo Go от Baidu тестируются в Америке и Китае.

Лидары активно применяются в создании робособак. С его помощью роботы могут проводить измерительные и геодезические работы.

А компания DJI выпустила лидар для квадрокоптеров, который помогает создавать детальную карту местности. Лидар для квадрокоптеров не такой мощный и производительный как те, которые предназначены для автомобилей. Но в то же время он может получать информацию о важных объектах на местности.

Лидары в портфеле решений Orient Systems

В нашем каталоге представлены несколько лидаров, в том числе от бренда Robosense, официальным дилером которого мы являемся.

Лидар RS-LiDAR-M1 автомобильного класса, разработанный специально для серийных автомобилей. Он надежный и доступный для производства в больших объемах, а дизайн позволяет интегрировать его в дизайн авто.

Лидар RS-Ruby оснащен 128 лазерами и работает в любых погодных условиях, даже при низких температурах.

RS-Ruby Lite оснащен 80 лазерными лучами, разработан для автономных вождения на средних и высоких скоростях. Он подходит для беспилотных легковых автомобилей, спецтехники, грузовиков др.

RS-Helios разработан для роботов, автономных транспортных средств, V2R и картографических приложений.

RS-Bpearl — это лидар ближнего действия для обнаружения слепых зон. Он способен точно определять препятствия снаружи автомобиля, такие как домашние животные, дети, дорожное полотно и др.

RS-Helios-16P - это усовершенствованная модель на базе платформы RS-LiDAR-16. Здесь увеличена дальность обнаружения, уменьшен диапазон слепых зон ближнего поля а дальность обнаружения объектов с низкой отражательной способностью достигает 90м.

Линейка лидаров каталога Orient Systems позволяет подобрать решения в зависимости от целей и задач, которые решает проект: начиная от беспилотного управления транспортом и заканчивая оснащением робособаки. Наши специалисты готовы проконсультировать и подобрать максимально подходящий вариант.