激光雷達是以發射激光束探測目標的位置、速度等特征量的雷達系統。從工作原理上講，與微波雷達沒有根本的區別：向目標發射探測信號（激光束），然后將接收到的從目標反射回來的信號（目標回波）與發射信號進行比較，作適當處理后，就可獲得目標的有關信息，如目標距離、方位、高度、速度、姿態、甚至形狀等參數，從而對飛機、導彈等目標進行探測、跟蹤和識別。

但本文并不講什么飛機導彈，本文主要介紹的是在汽車上的激光雷達，俗稱車載激光雷達，而車載激光雷達又稱車載三維激光掃描儀，是一種移動型三維激光掃描系統，是目前城市建模的最有效的工具之一。

什么是三維激光掃描儀？

三維激光掃描儀是利用激光的傳播速度快，直線型好的特點將激光發射出去，并接收返回的信息來描述被測量物理的表面形態的。由于被測物體的反射率不同接收到的返回信息也有強弱之分。所謂的三維既是利用掃描儀的水平轉動來覆蓋一整片區域。這個過程很類似民間的360度全景攝影。區別就是我們得到的“底片”不是圖像而是成千上萬個點組成的表面形態，在測量術語中叫做點云。請見右圖的船體，看似是一副圖片，其實是由無數個激光點組成的。不同的顏色就是激光返回不同的反射率的表現。

車載/船載激光雷達

不論是車載還是船載甚至是機載的激光雷達，其原理都是將三維激光掃描儀加上POS系統裝載車上。目的就是為了能在更長，更遠的范圍內建立DTM模型。GPS的的應用目的就是為了讓車子“知道”自己在任何時刻的位置，以方便擬合。。

在任何移動測量的系統中，做為賦予點云和影像的地理坐標的來源——導航系統，都是其關鍵的部件。導航系統一般都會使用GPS和慣導單元。但是，地面上復雜的狀況，例如：樹木。建筑物和立交橋等往往會阻斷GPS信號。因此，一套先進的導航系統必須包括其他輔助的傳感器和完善的數據處理方法，以使得在GPS丟失信號的同時其航線的精度也能夠得到保障。

車載激光雷達的應用

道路和高速公路方面的應用

1.公路測量，維護和勘察

2.公路資產清查（交通標志，隔音障，護欄，下水道口，排水溝等）

3.公路檢測（車轍，道路表面，道路變形）

4.公路幾何模型（橫向和縱向的剖面分析）

5.結構分析（立交橋）

6.淹水評估分析

7.在 GIS系統中的疊加分析

8.滑坡分析，危害評估（滑坡變形測量與危害分析，滑石和流水分析）

9.交通流量分析，安全評估和環境污染評估

10. 土石方量分析

11. 駕駛視野和安全分析

激光雷達的缺點

激光雷達的缺點是在大雨大雪等惡劣天氣中使用效果會受到影響，比如谷歌無人駕駛汽車從未在大雨大雪等惡劣條件下測試。激光雷達能夠獲得周邊環境的點云數據模型，現在多用于在測量中有一定精度要求的領域，或需要測量自身與人體距離的智能裝備，在測量與人的距離方面這一功能上尚無完美替代方案。

另外，激光雷達也存在著價格昂貴等劣勢。在車載激光雷達設備中，其主要成本是花在 GPS/IMU 和 2D 激光掃描儀，約占總成本的 80%。

1）車載激光雷達系統的優劣主要取決于 2D 激光掃描儀的性能。激光發射器線束的越多，每秒采集的云點就越多。然而線束越多也就代表著激光雷達的造價就更加昂貴，以Velodyne 的產品為例，64 線束的激光雷達價格是16 線束的10 倍。

2）對于較高要求標準的 IMU，是基于光纖陀螺的技術制造的。其價格昂貴，大約在 150 萬元左右。對于較低要求的 IMU，有許多廠家的設備可以選擇，價格根據型號變化，在 10 萬元到 50 萬元之間。

3）Velodyne 的車載激光雷達目前看來并沒有加入IMU 部件。

目前行業對是否使用激光雷達仍然抱有爭議，特斯拉的總裁Elon Musk 就公開表示無人駕駛并不需要激光雷達，將現有的傳感器發揮的極致也能實現無人駕駛，而德爾福、豐田均已開始和激光雷達企業合作。激光雷達是否運用極大程度上取決于成本和效果，目前尚難以判斷激光雷達未來的市場滲透率。如果低成本的激光雷達方案如能達到同樣效果，將極大的推動無人駕駛進度，滲透率也會直線上升。麥肯錫認為無人駕駛解決方案成本達到2 萬美金時，無人駕駛汽車將具備極大的商業價值。我們做一個大膽的假設： 2025 年，2000 美金的激光雷達被普遍認可，全球有5%左右的汽車成為無人駕駛或高度自動駕駛汽車，那么激光雷達的市場需求將達到110 億美金。

未來的發展趨勢

目前，車載激光雷達的產品及生產廠商主要集中于國外，包括美國Velodyne公司、美國Quanegy公司以及德國IBEO公司等。國內的激光雷達產品主要以2D激光雷達為主，多用于地形測繪、建筑測量、家用服務機器人等領域。不過，國內以鐳神智能、思嵐科技等創業公司以及巨星科技、大族激光等上市公司為代表的企業也開始嘗試逐步進入車用激光雷達行業。同時，由于目前昂貴的價格成為車用激光雷達市場推廣的最大障礙，因此低成本化是其未來最主要的發展趨勢。

國內與國外比起來，在多線激光雷達上有較大差距，但是應用于服務機器人、掃地機器人的激光雷達并沒有太大差別。國內的激光雷達產品多用于服務機器人、地形測繪、建筑測量等領域，尚未研制出可用于ADAS及無人駕駛系統的3D激光雷達產品。不過，隨著智能汽車的浪潮從國外涌向國內，以鐳神智能、思嵐、巨星等為代表的多家國內企業也開始嘗試進入車用激光雷達這個新興行業。