激光雷达在交通安全领域的应用前景广阔

一、引言

在当代社会，随着交通流量的不断增加和城市化进程的加速推进，交通安全问题日益凸显。为了有效解决交通事故和交通拥堵等问题，科技界不断探索创新的解决方案。在这一背景下，激光雷达技术作为一项颇具前瞻性的技术手段，正逐渐成为改善交通安全的重要利器。

激光雷达（LiDAR）作为一种远程测量技术，利用激光束来扫描并测量周围环境，从而获取精确的三维地图信息。其原理简单而高效，通过发射激光脉冲并测量其回程时间，可以精准地测量目标的距离、速度和方位角。与传统的光学和红外线技术相比，激光雷达具有更高的测量精度和更远的探测距离，是一种主动式传感器，不受光照限制，它可以在白天、夜晚以及各种恶劣天气条件下工作，保证监测的连续性和稳定性，能够实现对复杂环境的全方位、全天候监测。

在城市交通管理方面，激光雷达技术可以用于道路状况监测、车辆检测与跟踪、交通拥堵分析、行人检测与避障以及停车场管理余位检测等方面，有效提高了交通管理的智能化水平和管理效率。同时，在高速公路和轨交场景中，激光雷达技术也展现出了其独特的优势，能够应用于异形障碍物检测、超限监管、危险路段安全监测、轨道交通障碍物侵限检测以及轨交月台防夹系统等方面，为交通安全提供了全面的保障和支持。

图1：激光雷达与其他传感器的性能对比

本文将深入探讨激光雷达在交通安全领域的应用，分析其在城市交通管理、高速公路场景和轨交场景中的具体作用和优势，同时也将探讨其在面临的挑战以及未来的发展前景。通过对激光雷达技术的全面剖析，旨在为构建更安全、高效的交通系统提供宝贵的参考和指导。

二、激光雷达在交通安全领域的应用优势

1. 超大视角，24小时安防检测

激光雷达技术在交通安全领域具有多方面的优势，使其成为现代交通管理的重要工具。近两年，随着激光雷达技术的日趋成熟，激光雷达都在往纯固态，高可靠性的方向发展，其产品种类也日趋增多，与交通管理的应用场景的适配性也日趋成熟。

目前，市场上已经出现多款纯固态Flash技术的激光雷达产品，同时具有超大视角（FOV)和超长的工作寿命，既能够实现对道路交通场景的全方位监测，又可以适应在户外的长时间工作环境，这使得交通管理部门能够全天候、全时段地监控道路状况，及时发现并解决交通安全隐患，从而提高道路交通的安全性和通行效率。而对比摄像头，激光雷达的超大的视角，又可以进一步实现感知的全覆盖，保证在同一范围内的无盲区布设。

2. 超远距离，超高精度感知，支持更加智能化的场景应用

其次，激光雷达技术具有超远距离和超高精度的感知能力。它可以精准测量目标的距离和速度，对交通工具和行人进行高精度的检测和跟踪。这种高精度的感知能力为交通管理系统的智能化发展提供了重要支持。交通管理部门可以更精准地掌握道路交通状况，实时调整交通信号灯配时、引导交通流量，以确保交通的安全畅通。同时，对交通参与者的精确感知，还可以体现在各类交通预警功能当中，从而支持更加智能化的交管应用。

3. 总体布设成本可控，极大提升综合管理能力

此外，激光雷达技术的总体布设成本可控，极大提升了交通管理的综合能力。相对于传统的监控设备，激光雷达单个产品的感知范围更大，综合部署成本较低。通过合理规划和布设激光雷达监测系统，交通管理部门可以建立更完善的交通安全监控网络，提高交通事故的预防和处置能力，保障道路交通的安全稳定运行。

三、激光雷达在各类交通安全领域的应用

1. 激光雷达在城市交通安全领域的应用

城市交通管理一直是现代社会中备受关注的重要议题，而激光雷达技术的应用在城市交通安全领域日益受到重视。作为一种高精度、全天候监测技术，激光雷达在城市交通管理中发挥着重要作用，涵盖了多个关键领域，包括交通状态监测、车辆检测与跟踪、交通拥堵分析、行人检测与避障以及停车场管理余位检测。下面将详细探讨激光雷达在这些方面的应用和优势。

1） 交通状态监测

目前市面上多款3D激光雷达的视场角分辨率都已经在0.5°以内，极高的分辨率能够保证激光雷达在路侧端提供高精细化的感知信息，例如提供精确的交通流量统计。安装在城市路口的激光雷达，不仅可以提供不同行径方向的车流量统计，还可以同时统计路口的人流量，为提高路口通行效率提供可靠的数字化支撑。

在德国城市索林根的一个智慧城市示范落地项目中，激光雷达被安装在路口，用以实现交通目标物实时识别，精确到不同车道的交通流统计，以及信号灯优先级与延时干预等交通管理的智能化升级。该城市作为德国重要的交通枢纽城市，拥有德国最为密集的公路网络，然而长年未经升级的交通信号管理，导致通行效率伴随车流密度增加而持续降低，给当地居民带来极大的安全隐患。在2022年，该城市政府决定通过技术升级的方式来解决这一难题。在该项目中，激光雷达很好的胜任了交通状态监测的工作，试点的多个路口道路通行效率提升了30%。

图2：来源于德国Solingen智慧交通项目的公开介绍

2）车辆检测与跟踪

安装在路侧的激光雷达，同样可以用于车辆检测与跟踪。通过其高精度的测量能力，激光雷达可以实时检测和跟踪道路上的车辆，准确获取车辆的位置、速度和方向信息。这为交通管理部门提供了重要的数据支持，有助于精准掌握交通流量信息。路侧的高精度感知除了服务于交通之外，也可以服务于汽车，通过搭载车路协同的功能，现阶段可以优先支撑车辆辅助驾驶，如通过搭配RSU和车载终端设备，可以为汽车推送交通信号灯、车流量、路况以及交通事故等信息，辅助车辆安全行驶。未来，路侧基础设施可为智能网联汽车提供更多智能化的感知、位置、计算等服务，助力更快地实现高等级自动驾驶。

3）交通拥堵分析

激光雷达技术在交通拥堵分析方面具有显著优势。它能够实时监测道路上的车流情况，快速获取交通拥堵的信息并提供精准分析报告。这为交通管理部门提供了重要参考，有助于制定合理的交通疏导方案，减少交通拥堵，提高城市交通运行效率。

4）行人检测与避障

在城市交通安全管理中，行人检测与避障是至关重要的任务之一。激光雷达技术能够准确识别和跟踪行人的位置和移动轨迹，为车辆提供避障提示，避免与行人发生碰撞事故。其高精度感知能力使得行人检测更加精准可靠，有助于保障行人的交通安全。

在韩国首尔Busan Smart City的一个智慧街区项目中，基于激光雷达的解决方案为市政官员提供了所需的数据，以了解和降低造成学校区域事故的影响因素。传感器收集了有关每个学校交叉口区域的大量数据，包括车辆交通模式、车辆速度和行人行为。该解决方案可以准确地检测到站在盲点（如站立于汽车后方）的人，这种情况经常导致行人事故。激光雷达采集的数据构成了新的、更有效的交通政策的基础，并帮助市政官员利用最好的技术做出保证行人和司机安全的决策。

图3：来源于韩国Busan Smart City项目的公开介绍

5）智慧停车场管理

随着城市化进程的加快和人们生活水平的提高，汽车数量不断增加，而停车位数量并没有相应增加，导致停车难问题日益加剧。停车问题和城市的交通效率息息相关，提供提升停车场的数字化和网联化管理，提升单个停车位的使用时长，成为眼下最具有针对性的解决方案。

通过搭载激光雷达的方案，可以实现高精度的停车场建图，对所有车位进行全天候状态监测，对于停车场内车辆乱停乱放等可以及时给出事件预警，为现场管理人员提供实时的提醒。而与此同时，车路协同在智慧泊车领域也有智慧代客泊车（AVP）功能落地。

目前不少汽车厂商在最新的车型中提供APA智能泊车功能，而该功能依然无法实现自动寻找停车位，车辆自动驾驶到停车位上。最新的AVP功能，则通过智慧停车场的改造，在场端增加激光雷达等感知传感器，让停车场可以自动下发空置停车位导航信息给到入场的车辆，让车辆得以快速行进至车位，大大减少了车辆在停车场里四处寻找车位的时间。

戴姆勒与奔驰联合开发的自主代客泊车从2018年开始在斯图加特的梅赛德斯-奔驰博物馆正式运营，成为AVP在世界上的首个落地应用，在推导了近1000种功能场景后，认定AVP技术的安全性要求要高于人泊车30%。由于使用AVP自动停车技术后，停车场安全性和技术风险相对较低，不但可以提高城市运行效率，而且可以降低安全事故发生概率，因此政府监管层愿意重点扶持，并且在制定法律规范方面也优先出台。

图4：博世斯图加特机场通过场段激光雷达实现AVP功能

我国在近年陆续出台了《 T/CSAE156—2020自主代客泊车系统总体技术要求》及其下属五个子标准，成为了国际上首个推出AVP自主代客泊车技术标准的国家。该技术标准明确规定了AVP功能场端定位精度要达到0.5m，授时精度要达到100微秒，超高的定位精度要求，并要求实现全区域的高精度感知覆盖，高精度的激光雷达感知传感器成为AVP功能的场端应用的首选。

图5：《 T/CSAE156—2020自主代客泊车系统总体技术要求》解读公开资料

2. 激光雷达在智慧高速场景的应用

智慧高速建设是指将现代信息技术与高速公路基础设施建设的各个环节相结合，利用智能化的科技手段，提高道路运营的效率和管理的规范性。其涵盖的方面十分广泛，包括对交通信号的精确控制、实现高效的车辆管理、实时监测道路状况、采取现代化的智能收费方式，以及及时有效的应急管理体系等。其目的是实现高速公路上车辆通行的高效调度和优化，减少因失误或不当操作引发的交通事故，还能进一步提升道路的通行效率，满足公众对于出行的多样化需求，提供更为优质的出行体验。目前我国已经完成了高速自动收费系统ETC系统的全面升级，眼下，多个新建的高速公路正在试点V2X智慧高速车路协同方案。为什么要在高速路段部署激光雷达系统呢？激光雷达在智慧高速场景中可以发挥诸多作用。

1） 弥补现有感知方案不足，为高速特殊场景（收费站、易拥堵路段）提供强有力的感知支撑。

目前较为普遍的高速的交管方案都以纯视频方案为主，是十分成熟的主力方案。然而纯视觉方案并非完美，其感知能力易受到环境影响，在恶劣天气下误判率高。同时，在路端计算需要非常强的算力， 在云端又会有带宽和实时性的影响等。同时，因为摄像头的探测距离短，在车或人流量大的路口，仅仅依靠视频方案极易出现安全误报、漏报等问题。

目前不少建设方已经不满足于仅通过摄像机获得道路信息，开始尝试各种传感器的融合，力求获取高精度的路况信息用做提高调度指挥效率，出现了毫米波雷达与摄像头融合一体的感知产品。毫米波雷达与纯视觉方案相比，穿透雾、烟、灰尘的能力强，可以满足全天候的车速监测。但毫米波雷达也有自己的局限性，比如对于多目标跟踪监测、静止障碍物以及微小物体的监测显得性能不足。在拥堵路段、收费站等重点监管区域，感知能力则明显不足。

最新的雷光视一体机，融合了激光雷达与摄像头产品，既有效提升了感知分辨率，能够覆盖200m以内的车辆目标物感知，对低矮、异形、小目标物的检测也有明显的优势，因为激光雷达是一种主动式传感器，通过自发射激光束并接收反射回来的光束来感知周围环境，所以及时在无光照条件下也可以正常工作，为智慧高速在特殊场景的高清感知提供了有力支撑。

2） 高速路段超限监管

近年来，随着科技的不断进步，超限超载治理的智慧化系统建设逐渐受到人们的关注，非现场执法的超限超载也逐渐成为各大城市建设的重点。通过智慧化系统，可以实现对超限超载车辆的自动识别、定位和执法，有效提高治理效率和管理水平。

国家相继出台了一系列法律法规，从2021年8月11日起正式公布的《超限运输车辆行驶公路管理规定》（交通运输部令2021年第12号）中，关于超限运输车辆的高度、宽度、长度、质量等有更加细致的标准，代表着对车辆检测有了更严格的要求。传统的治超检测设备需要人为干预，阻碍交通，而升级后的激光雷达智能超限检测设备可以实现全程自主作业，对超高、超宽、超长的车辆进行劝返，将数据快速的反映给整个系统，大大提高了执法力度和交通运行效率。

目前激光雷达治超方案有两大类型，单线激光雷达的方案已经有较多落地，多线束激光雷达的治超方案目前也在逐步升级当中。多线激光雷达可以替代多台单线激光雷达，单台多线激光雷达即可胜任高速治超，在工程实施和后期维护方面有诸多优势。

另外，单线激光雷达感知范围十分有限，只能在10m范围内探测感知目标物，而多线束激光雷达可以实现100m以上的超远距离的探测，在入口广场狭小的收费站，能够做到提前检测，及早劝导，较大程度降低收费现场安全风险，缓解车辆掉头导致的道口拥堵。另外,收费站还能根据系统推送的各项数据，对三超车辆的信息进行分类汇总和梳理分析,找出三超车辆共性,制定有针对性的入口治超策略。

图6：来源于网络公开资料，激光雷达对车辆尺寸的精确测量

3）危险路段（隧道、桥梁)安全监测与养护

今年交通运输部最新发布的《交通运输部关于推进公路数字化转型加快智慧公路建设发展的意见》当中，明确提出要加快桥梁、隧道、交安设施等智能化检测技术装备研发。鼓励研制基于人工智能、物联网的自动化巡查、无人机巡查、长期性能跟踪、养护质量管理等软硬件系统装备，提升路况检测及养护施工自动化智能化水平，构建公路安全应急数字管控体系，推动应急管理多元数据汇聚融合，构建“公路综合风险一张图”，强化风险辨识和智能感知能力。

激光雷达高精感知在高速的危险路段的应用已经有不少案例，尤其在多山、岩体结构复杂的高速区域，对于桥梁、隧道的结构安全监测以及基础设施安全监测，激光雷达可以做到厘米级别的长期监测，监测预警系统长年无休关注结构变化，真正做到长期性能跟踪。在多桥梁隧道的高速路段，搭载激光雷达的高精度感知系统可以实现车辆跟踪率大于98%，两客一危跟踪率超过98%，事件监测准确率超过98%，同时做到“秒级”的事件响应速度。

4）全息智慧高速解决方案

今年9月，全国首条智慧高速“苏台高速S17”实现通车，双向线路里程56公里，其中，渭塘互通至湘城枢纽的单向路段为全息路段，全长6.5公里，平均每230米设置一个点位感知设备、并形成无缝衔接，全线部署了激光雷达和摄像头，沿线细分场景包括收费站、匝道、服务区等，这条车路协同高速不仅仅是为了测试自动驾驶功能而存在。它实际上发挥了车路协同本身的巨大作用：如果能够在前方监测到车流、事故或者突发事件，并通过大屏幕及时提醒后方车辆，无疑可以大幅减少追尾事故发生的可能性。

基于全息实时行驶轨迹数据，全息智慧高速解决方案可以实现事后安全分析向事前安全风险识别、事故主动预防转变，进一步提升高速公路的运营管理效率，是未来。

图7：来源于全国首条智慧高速“苏台高速S17”项目公开介绍

图8：来源于某智慧高速全息感知平台公开介绍资料

四、激光雷达在交通安全领域的挑战与未来发展

在交通安全领域，激光雷达的应用的确有助于提高道路安全、事故预防以及应急响应能力。然而，激光雷达在交通安全领域的应用仍面临一些挑战。

1.技术成本与普及程度

激光雷达产品目前已经在多款乘用车上量产，价格呈逐年下降的趋势，然而和视觉等更为成熟的传感器相比，其价格依然是限制其在交通安全领域普及的主要原因。尽管近年来激光雷达技术的成本已经有所降低，但要实现广泛应用，还需要进一步降低成本。目前不少国内的激光雷达供应商基于纯芯片技术开发的纯固态Flash激光雷达产品，其内部结构简单，使用寿命更长，其产品价格也具有一定优势，未来在交通领域将会有长足的发展空间。

2.数据处理与信息提取的难度

激光雷达生成的数据量大，处理这些数据需要强大的边缘计算能力。同时，如何从这些数据中提取有价值的信息，例如车辆、行人、道路标记等，是一项具有挑战性的任务。这就需要开发更高效、准确的数据处理和信息提取算法。目前也有不少提供激光雷达感知算法软件的企业活跃在智能交通领域。

3.与其他技术的融合与协同发展

为了更好地发挥激光雷达在交通安全领域的作用，需要将其与其他技术进行融合和协同发展，例如摄像头、雷达、GPS等。通过多传感器融合，可以提供更全面、准确的环境信息，从而提高安全性。

4. 未来发展趋势与展望

尽管面临上述挑战，但激光雷达在交通安全领域的应用前景广阔。随着技术的进步和成本的降低，预计未来激光雷达将在交通安全领域得到更广泛的应用。同时，随着数据处理和信息提取技术的进步，激光雷达生成的数据将能够得到更有效的利用。此外，随着多传感器融合技术的发展，激光雷达将能够与其他技术更好地协同工作，提高整体的安全性能。

为了推动激光雷达在交通安全领域的应用，需要继续研究和开发更高效、准确的数据处理和信息提取算法，同时也要关注降低成本和提高可靠性等问题。此外，需要加强跨学科的合作，包括计算机科学、电子工程、物理学、数学等领域的专家共同参与，以解决面临的挑战。

总的来说，虽然激光雷达在交通安全领域的应用仍面临一些挑战，但随着技术的不断进步和社会的不断发展，我们有理由相信激光雷达技术将在未来的交通安全领域中发挥越来越重要的作用，为提高道路安全性和应急响应能力做出贡献。

投稿来源：北京亮道智能汽车技术有限公司