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激光雷达,解决不了低空飞行器的安全隐忧

2024-05-20 20:30
雷科技
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激光雷达的价值绝不止智驾。

以直升机为代表的低空飞行器备受社会上层人士青睐,其优势在于在低空(一般指150米以下的高度)中拥有着灵活的避障特性和较快的移动速度(一般地速为300km/h左右),简单来说可以有效避开地面拥堵的道路交通快速将乘客从A点转移到B点,对那些时间宝贵的“大人物”来说意义非凡。

然而,直升机等低空飞行器的安全表现却令人担忧,尤其是过去曾发生不少直升机失事事故,带来了惨烈的后果。2020年1月,当时已经退役的NBA球星科比·布莱恩特因直升机失事去世惊动全球;5月20日上午,伊朗总统易卜拉欣·莱西乘坐的直升飞机疑似故障需要“硬着陆”,随后撞向山体。北京时间上午10点左右,伊朗官方确认直升飞机上的一行人全部遇难,引起全球性的舆论哗然。

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固定翼飞机还有极低的事故率作为其安全性的支撑,但直升飞机却被认为是事故率最高的民用飞行器。根据全球直升机安全小组(IHST)的数据,2005年全球直升机事故率是10万小时9.4次事故,他们曾计划到2016年底将事故率降低80%,但实际上仅下降了40%。

回到事故原因,新京报旗下账号援引专家观点认为事发当时的大雾天气是主要原因,很可能是驾驶员丢失视野进而以较快速度撞向山坡,所以伊朗当局在早期报道时才会用“硬着陆”这一用语。而实际上,为了规避低空环境中的各类障碍物(如建筑物、电线杆和高压线)部分直升飞机会配备防碰撞系统,而同为低空飞行器的飞行汽车更是号称加入了环境感知系统,并借助智驾能力帮助驾驶员规避障碍物,理论上在这些设备的帮助下,飞行员应该能够规避致命事故。

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但事实说明,当下针对低空飞行器的主动安全系统仍有不足,尤其是对有意涉足低空飞行器、推出飞行汽车的企业来说,这次事故又一次为他们敲响了警钟。

防碰撞系统不是万能

现代民用直升飞机毕竟是社会名流的主流交通工具,在安全性能上总不可能是一张白纸。查阅资料可知,现代民用直升飞机配备了多项主被动安全技术,其中也包含应对低空障碍物、恶劣天气环境的防撞系统,能够在一些场景中保证飞行的安全稳定。

直升飞机的防撞系统设计一般针对特定的场景而定,针对飞机与飞机相撞的场景有TCAS,该系统能够检测附近的飞机并向驾驶员发出警示,进而引导驾驶员规避危险;针对另一个杀手场景——高压线缆,直升飞机配备了专用的检测系统,而部分机型则配备了线缆切割系统,在紧急关头保障飞机的飞行安全。

对于大多数的障碍物检测,部分直升飞机还配备了所谓的防碰撞系统,配合专用的防撞雷达能够扫描一些细小的障碍物并生成3D点云,再通过机载计算机的计算分析,从而规避撞机风险。

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直升飞机的防撞系统在原理上和新能源车的“主动安全”能力其实比较类似,元器件的组成大家看名字可能也比较熟悉——毫米波防撞雷达和激光防撞雷达。应用在直升飞机上这两种元器件处于互补作用,毫米波雷达虽然能全天候工作、扫描范围较大,但生成的图像分辨率不高,无法感知电线等细小障碍物,存在盲区;激光防撞雷达的探测距离在400米以上,图像分辨率较高,除了在一些场景中可能无法工作(比如大雾天气)外,基本能满足主动安全的要求。

只不过,伊朗总统易卜拉欣·莱西所乘坐的贝尔212型直升机毕竟是1968年推出的产品,暂未得知当时该机型是不是安装有比较先进的机载防撞系统。另一方面,熟悉智驾系统的我们都知道,基于各种雷达实现的主动安全系统并非全天候工作,尤其是在大雾、大雨等环境下传感器很容易无法工作,从而导致系统失效。

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总体来说,直升机安全性表现不佳已经是行业共识,除了相关的主动安全技术不足外,本身复杂、危险的工作环境也意味着直升机要面临更多的挑战。由此引申开去的是飞行汽车等同类低空飞行器的安全问题,年底就会有飞行汽车正式上市,届时企业们又该用什么样的技术手段,说服消费者认可他们的安全能力?

智驾防撞有妙招?

在国内市场中,小鹏应该是飞行汽车赛道最活跃的玩家,旗下的飞行汽车产品“陆地航母”将于今年年底开启预订,计划于明年第四季度启动交付。实际上,所谓的“飞行汽车”就是汽车和直升机的融合产物,在大多数的产品方案中飞行汽车都拥有一对或者多对旋桨翼,能够实现垂直起飞降落等操作。

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考虑到低空飞行器本身的危险性,小鹏从一开始就在强调其安全能力,何小鹏之前曾说要求高管亲自飞行5000公里才能把产品交到消费者手上,而产品本身的主动安全能力则基于小鹏的智驾体系打造,支持多传感器融合工作、智能算法感知环境等技术,而且还会支持高阶辅助驾驶乃至自动驾驶系统。

简单来说,小鹏飞行汽车所用的依然是新能源车上的那一套智驾能力,再配合产品设计本身的一些冗余来保障其使用安全性。如果说在汽车领域还有所谓的“纯视觉、激光雷达”的路线争论,那么当工作环境从地面来到空中,相信没有人会否认激光雷达的重要性。

不过相对来说,虽然都叫“激光雷达”,用在车辆上的和用在直升机上的还是有较大的差距。根本原因还是工作环境和对安全性的要求,机载激光防撞雷达必须要有更好的性能、更远的工作距离、更高的分辨率,因为机载激光雷达基本是针对电线识别、避障而生,而车用激光雷达就满足不了对应需求。

关键参数上,主流车用激光雷达的工作距离要求一般是150米左右(禾赛等品牌的一些高端新品可以做到200米以上),而机载激光雷达要求的工作距离最远基本在2000米水平;测距精度上,车规级激光雷达的角分辨率一般要求水平和垂直两个方向小于等于0.3°即可,直升机所用的激光雷达测距精度则可以达到惊人的0.01°。

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由此可见,未来低空飞行器如果平民化、普及化,那么主动安全系统也必须进行传感器硬件的同步升级,进一步强化其环境感知能力。虽说在汽车智驾领域存在“去激光雷达”的趋势,但未来随着低空飞行器的增多,激光雷达厂商依然有机会凭借性能更强的产品提升市场表现。就单纯从安全性的角度考虑,激光雷达依然会是交通工具中不可或缺的重要元器件。

另一方面,拥有高性能机载激光雷达的低空飞行器也绝非万无一失,关键可能在算法上。如果车企研发的高阶智驾算法能够和低空飞行器上的高性能硬件相结合,进一步强化环境感知能力和决策能力,可能会让其飞行安全性有明显提升。

雷达依然不可或缺

乘着中国新能源车崛起的东风,禾赛科技反超Innoviz、Luminar等老前辈成为了全球激光雷达市场出货量之王,并顺利在美国完成IPO,被称为“中国激光雷达第一股”。2024年初,市场排名第三的中国激光雷达厂商速腾聚创选择在港交所上市,因为其业绩和规模,也被称为“港交所激光雷达第一股”。

头部激光雷达厂商顺利上市充分说明了资本市场对该行业前景的看好,只不过也可以见到其实仅限于汽车赛道。据小通所知在机载赛道也有一些厂商如镭神智能等,而且他们也有车载激光雷达的相关布局,不过无论是业绩规模还是知名度都要比车载赛道的同行们低得多。

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或许未来低空飞行器,包括飞行汽车等产品的逐渐成熟能够给到这些“不知名雷达厂商”更多的机会,不过摆在他们面前的还是怎么才能和头部企业进行竞争,因为激光雷达行业本身也在不断内卷。

北京车展前后,禾赛、速腾聚创等知名厂商不断刷新激光雷达品类的性能、造型和价格,将产品推向低成本、小型化、高性能的竞争赛道,甚至已经出现了一些“马太效应”的苗头。另一方面,4D毫米波雷达的快速崛起也给车规级激光雷达产品带来竞争压力,虽然无法在所有场景中取代激光雷达的作用,但至少在高快智驾、AEB等功能场景中发挥出了更多的作用,同时单传感器的成本却要比激光雷达低得多。

结合外界对低空飞行器事故的关注、未来该品类的发展前景,或许提前布局超高性能激光雷达传感器对于头部厂商来说很有必要。更因为搭载在直升机上这一特殊工况,高性能激光雷达一般不需要考虑小型化和降低成本,厂商只需要将自己最强的技术实力展示出来,而且借助和智驾企业的合作经验,也有机会合作推出更好的主动安全系统,来规避更多的飞行事故。

不过大前提始终是市场规模,低空飞行器,或者说飞行汽车这一品类目前还是过于小众,而考虑到直升机本身的受众面,相信也很难为专注于机载激光雷达的厂商带来太多商业机会。或许,趁早转型转向市场前景更广阔的车载场景才是激光雷达厂商的真正出路,这个有望达到万亿级的市场,仍有庞大的增量可供探索。

    来源:雷科技

           原文标题 : 激光雷达,解决不了低空飞行器的安全隐忧

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