自动驾驶技术中激光雷达关键专利技术分析

王海峰 孙敏

摘 要：自动驾驶技术原理来讲，其主要包括视频摄像头、激光雷达、雷达传感器等多个硬件，以便于掌握周围交通状况，激光雷达作为自动驾驶中的重要器件，其激光雷达技术主要包括机械式激光雷达、混合固态激光雷达、全固态激光雷达等，本文基于激光雷达中的关键技术，从专利分析的角度对激光雷达技术进行分析。

关键词：专利技术;自动驾驶;激光雷达

1 概述

汽车自动驾驶又称无人驾驶、电脑驾驶，这种功能的实现整合了多种先进技术，全面发挥其优势，同时可以保障汽车行驶的安全性。其中在当前 5G 技术的支撑下，我国部分汽车企业已经实现了自动驾驶这一功能，如比较常见的自动泊车、危险急停等相关功能。与此同时，自动驾驶的研发思路主要来源于安全性，自动驾驶汽车配备的驾驶员，而且在实际开展设备研发的过程中，能够全面落实好每一环节工作，促使其能够安全解除巡航控制，并轻松的接管汽车。再加上在实际训练的过程中，自动驾驶可以避开行驶过程中所面临的危险，并且能够更加高效处理风险，保障汽车自动驾驶的安全性。除此之外，自动驾驶还秉承能源消耗的理念，有效减少能源的消耗，避免受能源而影响城市的发展。而针对自动驾驶技术原理来讲，其主要包括视频摄像头、激光雷达、雷达传感器等多个硬件，以便于掌握周围交通状况，并通过详细的地图对前方道路进行导航，通常多种数据的搜集都是运用谷歌数据中心得以实现，处理与汽车行驶周围相关的信息，提高汽车行驶的效率。

激光雷达（LiDAR）作为激光探测及测距系统的简称，其主要是由发射系统、接收系统及信号处理系统所组成，能够有效发挥自身的作用，并广泛的应用到各个领域。其中激光器、扫描器及光学组件等是激光雷达系统的重要组件，而且多种组件的整合能够提供高分辨率的图像。激光雷达的工作原理是飞行时间法，并根据激光遇到障碍物进行折返，计算目标与自己的距离，而且激光光束可以准确衡量现场物理情况，并根据实际情况绘制 3D 环境地图，其精确度可以准确到厘米甚至毫米[1]。

激光雷达技术主要包括机械式激光雷达、混合固态激光雷达、全固态激光雷达等，我国正大力支持发展新能源汽车，自动驾驶汽车作为新能源汽车的佼佼者，发展激光雷达设计制造技术，可以推动汽车传感行业的稳定发展，实现产业的升级。与此同时，针对自动驾驶汽车传感器技术的研发来讲，需要重点围绕激光雷达等产品的研发工作，突破研发难点，做好全面分析与调查，并适当的开展试验仿真及转件计算等配套技术。本文基于激光雷达中的关键技术，从专利分析的角度对激光雷达技术进行分析。

2 激光雷达专利分析

除了摄像头和雷达，第三种传感器——激光雷达（LiDAR）愈发受欢迎。如同雷达技术一样，LiDAR 利用激光来测定物体的距离，并且像摄像头和雷达图像一样，它可以使用卷积神经网络（CNN）来检测道路上的物体。不同的是，在LiDAR中，传感器生成的3D点云数据（空间中的一组数据点）存在数千个点，因此，它的准确性和精度更为优异。此外，LiDAR的利用还可以确保整个ADAS/自动驾驶（AD）系统的冗余性。例如，在摄像头可能因太阳光或迎面而来的汽车前照灯反射而错过某个特定物体的情况下，LiDAR可以消除反射率，并且能够探测到道路中间的行人。

经过对激光雷达技术在中国专利数据库中进行检索和清理，筛选出了截止到目前，申请日在2000年1月1日后的专利文献数量20 075件，其中发明申请12 874件，发明授权2 623件，实用新型4 181件，外观设计397件，其中，检索截止日期为2021年4月1日。

对激光雷达技术的专利文献进行分析后发现，其主要涉及的IPC为排在前五位的是G01S、G05D、G01C、G06T、G08G，其中G01S的占比高，涉及G01S的激光雷达技术的专利文献几乎占据了总文献的一半，可见我国在激光雷达专利技术中主要是针对测距技术进行研究。

图1 为激光雷达技术领域主要申请人申请量排名，对激光雷达技术的专利文献进行分析后发现，排名靠前的申请人分别为罗伯特博世（包括Robert Bosch GMBH，Bosch GMBH Robert等），Ford Global Technologies L.L.C.，GM Global Technology Operations，Waymo L.L.C.，深圳市速腾聚创科技有限公司，上海禾赛光电科技有限公司，深圳市镭神智能系统有限公司，Daimler AG。在靠前的10位申请人中，中国申请人占据4席，在中国的企业中，深圳市速腾聚创科技有限公司以357件，上海禾赛光电科技有限公司和深圳市镭神智能系统有限公司则分别为264件和230件位居第二、三位。综上，通过统计申请人排名可以看到激光雷达技术领域中的各申请人的技术实力分布，并能够在各分支中清楚地找到各申請人的技术布局。

图2为激光雷达技术领域技术功效图，基于激光雷达的专利技术，从技术的角度出发，对激光雷达领域从复杂性降低、精度提高、效率提高、成本降低、准确性提高、安全提高、自动化提高、便利性提高、速度提高、稳定性提高等多个角度对专利文献进行了分析，可以发现激光雷达技术领域主要的研发涉及对激光雷达技术的复杂性、精度、效率等方面的研究较多，其主要解决这些技术问题，而对于稳定性、速度提高等问题研究则相对较小。

此外，对主要的几个中国申请人（深圳市速腾聚创科技有限公司，上海禾赛光电科技有限公司，深圳市镭神智能系统有限公司）进行分析发现，其作为中国激光雷达领域的重点企业，它们都从2015年才开始申请专利，可见中国在激光雷达领域还相对落后，发展较国际还比较落后。

3 结语

通过分析发现，我国激光雷达发展技术还处于快速发展的阶段，相对于国外企业还较落后，国内主要研究激光雷达技术的企业还在发展，但是随着我国新能源汽车发展以及无人驾驶技术的成熟，以及华为、小米等科技强企进入新能源汽车领域，相信中国企业会结合自身技术特点快速的发展。此外，各个国家对于中国的专利部署已经在对国内企业造成较高的风险，产品未动，专利先行，如果不先做好充分的准备，在未来的市场争夺中必然被束缚手脚。传统汽车技术正在萎缩，新兴的无人驾驶技术支倍受追捧，新旧技术交替之际，尚未出现绝对垄断专利申请的企业，也正给了国内企业更多争取技术优势的机会。同时，国内也可参考其他国家的布局思路，进一步扩大在国外市场进行专利申请布局，并结合自身技术特点，调研未来市场所在地区，并积极进行专利部署。

参考文献：

[1]袁秀珍.基于自动驾驶汽车传感器技术产业分析[J]. 电子技术与软件工程，2020（14）：100-101.

[2]赛灵思公司.实现“三重视觉”——面向安全驾驶的激光雷达技术.AI汽车制造业·设计与开发，2020-09.