自動駕駛技術中激光雷達關鍵專利技術分析

王海峰 孫敏

摘 要：自動駕駛技術原理來講，其主要包括視頻攝像頭、激光雷達、雷達傳感器等多個硬件，以便于掌握周圍交通狀況，激光雷達作為自動駕駛中的重要器件，其激光雷達技術主要包括機械式激光雷達、混合固態激光雷達、全固態激光雷達等，本文基于激光雷達中的關鍵技術，從專利分析的角度對激光雷達技術進行分析。

關鍵詞：專利技術;自動駕駛;激光雷達

1 概述

汽車自動駕駛又稱無人駕駛、電腦駕駛，這種功能的實現整合了多種先進技術，全面發揮其優勢，同時可以保障汽車行駛的安全性。其中在當前 5G 技術的支撐下，我國部分汽車企業已經實現了自動駕駛這一功能，如比較常見的自動泊車、危險急停等相關功能。與此同時，自動駕駛的研發思路主要來源于安全性，自動駕駛汽車配備的駕駛員，而且在實際開展設備研發的過程中，能夠全面落實好每一環節工作，促使其能夠安全解除巡航控制，并輕松的接管汽車。再加上在實際訓練的過程中，自動駕駛可以避開行駛過程中所面臨的危險，并且能夠更加高效處理風險，保障汽車自動駕駛的安全性。除此之外，自動駕駛還秉承能源消耗的理念，有效減少能源的消耗，避免受能源而影響城市的發展。而針對自動駕駛技術原理來講，其主要包括視頻攝像頭、激光雷達、雷達傳感器等多個硬件，以便于掌握周圍交通狀況，并通過詳細的地圖對前方道路進行導航，通常多種數據的搜集都是運用谷歌數據中心得以實現，處理與汽車行駛周圍相關的信息，提高汽車行駛的效率。

激光雷達（LiDAR）作為激光探測及測距系統的簡稱，其主要是由發射系統、接收系統及信號處理系統所組成，能夠有效發揮自身的作用，并廣泛的應用到各個領域。其中激光器、掃描器及光學組件等是激光雷達系統的重要組件，而且多種組件的整合能夠提供高分辨率的圖像。激光雷達的工作原理是飛行時間法，并根據激光遇到障礙物進行折返，計算目標與自己的距離，而且激光光束可以準確衡量現場物理情況，并根據實際情況繪制 3D 環境地圖，其精確度可以準確到厘米甚至毫米[1]。

激光雷達技術主要包括機械式激光雷達、混合固態激光雷達、全固態激光雷達等，我國正大力支持發展新能源汽車，自動駕駛汽車作為新能源汽車的佼佼者，發展激光雷達設計制造技術，可以推動汽車傳感行業的穩定發展，實現產業的升級。與此同時，針對自動駕駛汽車傳感器技術的研發來講，需要重點圍繞激光雷達等產品的研發工作，突破研發難點，做好全面分析與調查，并適當的開展試驗仿真及轉件計算等配套技術。本文基于激光雷達中的關鍵技術，從專利分析的角度對激光雷達技術進行分析。

2 激光雷達專利分析

除了攝像頭和雷達，第三種傳感器——激光雷達（LiDAR）愈發受歡迎。如同雷達技術一樣，LiDAR 利用激光來測定物體的距離，并且像攝像頭和雷達圖像一樣，它可以使用卷積神經網絡（CNN）來檢測道路上的物體。不同的是，在LiDAR中，傳感器生成的3D點云數據（空間中的一組數據點）存在數千個點，因此，它的準確性和精度更為優異。此外，LiDAR的利用還可以確保整個ADAS/自動駕駛（AD）系統的冗余性。例如，在攝像頭可能因太陽光或迎面而來的汽車前照燈反射而錯過某個特定物體的情況下，LiDAR可以消除反射率，并且能夠探測到道路中間的行人。

經過對激光雷達技術在中國專利數據庫中進行檢索和清理，篩選出了截止到目前，申請日在2000年1月1日后的專利文獻數量20 075件，其中發明申請12 874件，發明授權2 623件，實用新型4 181件，外觀設計397件，其中，檢索截止日期為2021年4月1日。

對激光雷達技術的專利文獻進行分析后發現，其主要涉及的IPC為排在前五位的是G01S、G05D、G01C、G06T、G08G，其中G01S的占比高，涉及G01S的激光雷達技術的專利文獻幾乎占據了總文獻的一半，可見我國在激光雷達專利技術中主要是針對測距技術進行研究。

圖1 為激光雷達技術領域主要申請人申請量排名，對激光雷達技術的專利文獻進行分析后發現，排名靠前的申請人分別為羅伯特博世（包括Robert Bosch GMBH，Bosch GMBH Robert等），Ford Global Technologies L.L.C.，GM Global Technology Operations，Waymo L.L.C.，深圳市速騰聚創科技有限公司，上海禾賽光電科技有限公司，深圳市鐳神智能系統有限公司，Daimler AG。在靠前的10位申請人中，中國申請人占據4席，在中國的企業中，深圳市速騰聚創科技有限公司以357件，上海禾賽光電科技有限公司和深圳市鐳神智能系統有限公司則分別為264件和230件位居第二、三位。綜上，通過統計申請人排名可以看到激光雷達技術領域中的各申請人的技術實力分布，并能夠在各分支中清楚地找到各申請人的技術布局。

圖2為激光雷達技術領域技術功效圖，基于激光雷達的專利技術，從技術的角度出發，對激光雷達領域從復雜性降低、精度提高、效率提高、成本降低、準確性提高、安全提高、自動化提高、便利性提高、速度提高、穩定性提高等多個角度對專利文獻進行了分析，可以發現激光雷達技術領域主要的研發涉及對激光雷達技術的復雜性、精度、效率等方面的研究較多，其主要解決這些技術問題，而對于穩定性、速度提高等問題研究則相對較小。

此外，對主要的幾個中國申請人（深圳市速騰聚創科技有限公司，上海禾賽光電科技有限公司，深圳市鐳神智能系統有限公司）進行分析發現，其作為中國激光雷達領域的重點企業，它們都從2015年才開始申請專利，可見中國在激光雷達領域還相對落后，發展較國際還比較落后。

3 結語

通過分析發現，我國激光雷達發展技術還處于快速發展的階段，相對于國外企業還較落后，國內主要研究激光雷達技術的企業還在發展，但是隨著我國新能源汽車發展以及無人駕駛技術的成熟，以及華為、小米等科技強企進入新能源汽車領域，相信中國企業會結合自身技術特點快速的發展。此外，各個國家對于中國的專利部署已經在對國內企業造成較高的風險，產品未動，專利先行，如果不先做好充分的準備，在未來的市場爭奪中必然被束縛手腳。傳統汽車技術正在萎縮，新興的無人駕駛技術支倍受追捧，新舊技術交替之際，尚未出現絕對壟斷專利申請的企業，也正給了國內企業更多爭取技術優勢的機會。同時，國內也可參考其他國家的布局思路，進一步擴大在國外市場進行專利申請布局，并結合自身技術特點，調研未來市場所在地區，并積極進行專利部署。

參考文獻：

[1]袁秀珍.基于自動駕駛汽車傳感器技術產業分析[J]. 電子技術與軟件工程，2020（14）：100-101.

[2]賽靈思公司.實現“三重視覺”——面向安全駕駛的激光雷達技術.AI汽車制造業·設計與開發，2020-09.