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因此,国家政策、行业发展也亟需形成统一的规范性分级,促进行业的进一步发展。
在自动化驾驶的5级标准中,L3级标准下的ADAS高级辅助驾驶市场与L4、L5级标准下的无人驾驶市场都对激光雷达技术产品拥有着较高的需求,随着中国自动驾驶领域的政策和规范的不断成熟,激光雷达行业将迎来广阔的发展空间。
根据Velodyne预测,2022年激光雷达市场规模将达到119亿美元,其中约72亿美元来自汽车领域的应用,占比约60%。
在自动汽车领域中,机械式和固态式激光雷达的技术发展方向之争也将在未来深刻的影响着激光雷达市场的发展走向。
因此,本文希望从激光雷达的发展历程入手,对激光雷达市场当前的发展现状与发展脉络进行梳理,并对当前机械式与固态式激光雷达并存的市场格局的发展走向进行分析,最后对产业链上下游环节的公司进行详细梳理。
二、思考一:
刨根问底,激光雷达将迎来自动驾驶汽车发展新机遇?
(一)先看历史:
诞生于1960年,2000年后逐步应用于无人驾驶领域
激光雷达的发展历史已有数十年。
从1960年激光器诞生后不久,激光便被应用于各种测量场景,科技界迅速将激光应用在测距仪和激光雷达当中,早在1971年,激光雷达便跟随阿波罗15号进行了月面测绘。
但一直以来,受制于各类激光设备的技术难度,激光雷达成本较高,商业化场景较少。
但这一局面在21世纪得以改变,包括DARPA、Velodyne等政界、军界、商界重要成员合力推动激光雷达发展,2005年,Velodyne首次将64线激光雷达应用于DARPA挑战赛,2007年Velodyne生产出首台商用3D动态扫描激光雷达,成为该行业的重要时刻。
此后,Ibeo、Valeo、Luminar等公司相继推出各自的激光雷达产品,技术上各有优势,机械式产品逐渐转变为固态产品,产品成本逐渐降低,到2020年,Velodyne的新款固态激光雷达售价已达到100美元(公司官网),可以说正式进入实用区间。
(二)剖析概念:
激光雷达由激光发射、接收、信息处理、扫描四大基础系统构成
激光雷达(LightDetectionAndRanging,简称"
LiDAR"
)即光探测与测量,是一种集激光、全球定位系统(GPS)和IMU(InertialMeasurementUnit,惯性测量装臵)三种技术于一身的系统,用于获得数据并生成精确的DEM(数字高程模型)。
这三种技术的结合,可以高度准确地定位激光束打在物体上的光斑,测距精度可达厘米级,激光雷达最大的优势就是"
精准"
和"
快速、高效作业"
。
激光雷达当前被广泛用于无人驾驶汽车和机器人领域,被誉为广义机器人的“眼睛”,是一种通过发射激光来测量物体与传感器之间精确距离的主动测量装臵。
激光雷达通过激光器和探测器组成的收发阵列,结合光束扫描,可以对广义机器人所处环境进行实时感知,获取周围物体的精确距离及轮廓信息,以实现避障功能;
同时,结合预先采集的高精地图,机器人在环境中通过激光雷达的定位精度可达厘米量级,以实现自主导航。
(三)再看分类:
机械式与固态式是汽车领域激光雷达的主要类别
激光雷达由于其应用范围的广泛与技术结构的复杂性,在实际应用中有着多种分类方式,按照功能用途、工作体制、载荷平台、工作介质、探测技术等分类方式均可得到不同的结果。
在载荷平台方面,地基激光雷达,通常用于单一目标或者小尺度精细三维数据的采集;
机载激光雷达以飞行器为搭载平台,通常用于区域尺度三维信息数据的快速获取;
星载激光雷达以卫星平台为依托进行大尺度三维信息数据的获取。
本文对激光雷达的讨论分析重点集中在车载平台上的应用的车规级激光雷达。
其中,考虑到激光雷达主要市场集中在无人驾驶领域,因此当前行业主要根据与无人驾驶技术相关的测距方法和技术架构作为分类的主流依据。
1、测距方法分类:
ToF法更为成熟,FMCW具有更高的抗干扰性
激光雷达按照测距方法可以分为飞行时间(TimeofFlight,ToF)测距法、基于相干探测的FMCW测距法、以及三角测距法等,其中ToF与FMCW能够实现室外阳光下较远的测程(100~250m),是车载激光雷达的优选方案。
ToF是目前市场车载中长距激光雷达的主流方案,未来随着FMCW激光雷达整机和上游产业链的成熟,ToF和FMCW激光雷达将在市场上并存。
2、技术架构分类:
机械式技术趋近成熟,固态式预计将成为未来主流
按照技术架构可以分为整体旋转的机械式激光雷达、收发模块静止的半固态激光雷达以及固态式激光雷达。
(四)分析优势:
激光雷达探测精度高、探测范围最高可达360°
一开始激光雷达只是在军事方面应用,后来才应用在生活中,其中无人驾驶领域使用最为广泛。
目前谷歌、XX、奥迪、福特、宝马等企业都在逐渐使用激光雷达的感知解决方案,已经成为了无人驾驶技术中的最基本的配臵。
目前自动驾驶的传感器主要有LiDAR系统、毫米波雷达、视觉(照相机)系统等。
不同级别的自动驾驶技术的应用对于各类传感器的数量的要求也是不同的,随着自动驾驶技术标准的提高,对于车载激光雷达所要求的数量就越高,L5级自动驾驶标准下,激光雷达的配臵数量不应少于4个。
在汽车领域,不同的传感器各有优势。
不同传感器的原理和功能各不相同。
从可靠度、行人判别、夜间模式、恶劣天气环境、细节分辨、探测距离等方面来对比,激光雷达是三种环境传感器中综合性能最好的一种,这也就决定了其是自动驾驶汽车等机器人环境感知系统中不可或缺的一部分。
在当前的自动驾驶领域,特斯拉采取的解决方案是“传统摄像头+计算机视觉技术”,由镜头采集图像后,摄像头内的感光组件电路及控制组件对图像进行处理并转化为电脑能处理的数字信号,进而通过神经算法网络进行决策。
但当前大部分的车企更看好激光雷达在自动驾驶领域的应用,激光雷达具有探测精度高、探测范围广及稳定性强等优点,在精确度方面,毫米波雷达的探测距离受到频段损耗的直接制约(想要探测的远,就必须使用高频段雷达),也无法感知行人,并且对周边所有障碍物无法进行精准的建模。
摄像头等光学成像设备属于被动式的感知设备,它的应用必须要结合视觉感知技术才能在自动驾驶应用中发挥作用,而这种技术对于大多车企存在着很高的应用门槛。
激光雷达和毫米波雷达的工作原理基本类似,都是利用回波成像来构显被探测物体的,不过激光雷达发射的电磁波是一条直线,主要以光粒子发射为主要方法,频域在100000GHz左右,波长为纳米级;
而毫米波雷达发射出去的电磁波是一个锥状的波束,这个波段的天线主要以电磁辐射为主,频域在10~200GHz之间,波长为1~10mm。
由于毫米波的波长介于厘米波和光波之间,因此毫米波兼有微波制导和光电制导的优点。
目前,车载传感器中,单颗摄像头的价格在几十到几百人民币,价格较为低廉;
毫米波雷达根据探测距离和波段等指标不同,价格在数百到上千人民币;
而激光雷达目前成本还略高,普遍处于数百到上千美元级别,虽有Velabit等低价格产品,但高端产品仍是必不可少,根据Velodyne预期2020出货量和收入,其平均售价仍达到8000美元左右。
但考虑到激光雷达行业目前整体出货量还未放开,以及产品固态化等趋势,未来随着产销量逐步上升,价格有望延续当前下降趋势,从而逐步具备成本优势。
三、思考二:
需求视角,行业规模将迎来快速扩张期?
(一)行业规模与发展趋势:
激光雷达行业迎来无人驾驶行业发展新机遇
激光雷达市场规模较大且处于快速发展期,根据Velodyne预测,2022年激光雷达总市场规模将达到119亿美元。
根据应用分类,激光雷达将分别应用于自动驾驶汽车、工业、无人机、机器人和3D绘图等终端市场之中。
其中,自动驾驶领域的市场规模占比最大,2022年将达到72亿美元,占比约为60.5%。
同时,自动驾驶领域的激光雷达市场发展迅速,Velodyne预计至2026年自动驾驶领域市场规模将增长到168亿美元,年复合增速将达到24%。
激光雷达领域的另一家国际龙头Luminar则根据不同细分领域上的需求空间和不同应用场景的速度、探测距离对激光雷达的细分市场规模进行划分。
其中适配场景运动速度快、探测距离要求高的高速公路自动驾驶市场的市场规模最大,预计2030年将达到1800亿美元。
其中商用卡车规模为600亿美元,消费级轿车规模为1200亿美元。
此外诸多专业研究咨询机构也对激光雷达市场给出了预测。
根据AlliedMarketResearch估计,2026年全球无人驾驶技术市场规模将达到5,566.7亿美元,较2019年可实现39.47%的年均复合增长率。
激光雷达是高级别无人驾驶技术实现的关键,根据沙利文的统计及预测,受无人驾驶车队规模扩张、激光雷达在高级辅助驾驶中渗透率增加、以及服务型机器人及智能交通建设等领域需求的推动,激光雷达整体市场预计将呈现高速发展态势,至2025年全球市场规模为135.4亿美元,较2019年可实现64.5%的年均复合增长率。
在非汽车领域的激光雷达市场中,工业领域的市场需求最为广阔,根据Velodyne预测,2022年工业领域总激光雷达需求量为510万台,市场规模达到28亿美元。
工业领域的需求主要来自全球市场的履带式拖拉机,倾卸机,挖掘机,平地机,非公路卡车等工程机械设备,将成为仅次于自动驾驶市场的第二大需求市场。
而就中国来看,汽车与工业等下游行业的发展,将带动国内激光雷达市场的发展。
从无人驾驶领域来看,据麦肯锡研究报告显示,中国将是全球最大的自动驾驶市场,到2030年中国自动驾驶乘用车数量将达到800万辆,自动驾驶将占到乘客总里程(PassengerKiloMetersTravelled,PKMT)的约13%,基于自动驾驶的出行服务订单金额将达2,600亿美元;
从高级辅助驾驶领域来看,中国已经成为全球最大的新车销售市场。
根据沙利文的研究报告,至2025年,中国激光雷达市场规模将达到43.1亿美元,较2019年实现63.1%的年均复合增长率,其中车载领域即无人驾驶和高级辅助驾驶是主要组成部分。
以下按照激光雷达当前激光雷达的下游应用市场进
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