Sreda, 21. 3. 2018, 5.30
6 let, 9 mesecev
Kaj je lidar?
Čudežna naprava, ki spreminja svet avtomobilov #video
Termometer prikazuje, kako vroč je članek.
Termometer prikaže, kako vroč je članek.
4,17
6
Preden bo avtonomna tehnologija vozil pripravljena na množično uporabo, bo potrebovala natančen in zanesljiv pregled okolice. Ključen premik v razvoju tehnologije bo omogočil laserski čitalnik, ki ni občutljiv na vreme in lahko z veliko natančnostjo riše svet okoli avtomobila.
Svet mobilnosti se s hitrim razvojem tehnologij spreminja s svetlobno hitrostjo. Poleg električnih avtomobilov na naša vrata trkajo tudi avtonomna vozila, ki jih ne razvijajo le avtomobilski proizvajalci. V tekmo so se podali računalniški velikani in druga tehnološka podjetja, ki prej niso delovala v avtomobilski industriji. Vsak izmed njih ima svojo vizijo in svoj način razvoja, a vse bolj se zdi, da bodo avtonomna vozila odvisna predvsem od majhne škatlice, ki s pomočjo laserjev skenira in preučuje okolico avtomobila. Lidar je angleška beseda, sestavljena iz besed light in radar.
Kako deluje lidar?
Princip delovanja je pravzaprav zelo preprost. Z majhnim laserskim žarkom posvetimo na površino in izmerimo, koliko časa je potrebno, da se vrne na začetek. Podobno se zgodi, ko s svetilko posvetimo na določen predmet. To, kar vidimo, je odboj svetlobe, saj se ta odbije do naše zenice. Ker svetloba potuje zelo hitro, približno 300 tisoč kilometrov na sekundo oziroma 0,3 metra na nanosekundo, prižig svetilke vidimo v trenutku. Zaradi izjemno hitrega potovanja svetlobe mora strojna oprema dobljene podatke procesirati izredno hitro. Razvoj lidarja je bil mogoč šele zdaj, ko so računalniška tehnologija in napredne računske tehnologije na dovolj visoki ravni, da v realnem času preračunavajo pridobljene podatke.
Avtonomno prototipno vozilo podjetja Uber je nedavno povzročilo nesrečo, kjer je umrla peška. Na neoznačenem in neosvetljenem prehodu za pešce je stopila pred avtonomno vozilo, ki jo je zbilo. Kljub temu, da je to prva nesreča takšnega vozila in so do sedaj avtonomna vozila prevozila že več milijon kilometrov je to jasen znak, da mora tehnologija še dozoreti.
Cena za lidar se je na začetku razvoja gibala pri 70 tisoč dolarjih, do konca desetletja pa bo padla na nekaj sto dolarjev. Prav tako sta z vsakim leto manjši masa sistema in velikost.
Vrtljivi laserski bralnik deluje v sožitju z radarjem, kamerami in preostalimi senzorji, vgrajenimi v vozilo.
Današnji sistemi lidar, ki so nameščeni na prototipe, so ogromni, težki in dragi. Vse to se bo v prihodnjih letih drastično spremenilo.
Razdalja = (hitrost svetlobe krat čas potovanja svetlobe)/2
Lidar iz avtomobila pošilja številne in predvsem hitre laserske žarke. Nekateri najbolj izpopolnjeni sistemi so zmožni na vsako sekundo posvetiti kar s 150 tisoč žarki. Senzor v samem instrumentu meri, koliko časa je vsak žarek potreboval, da se je vrnil do senzorja. Ker se premika z ustaljeno in znano hitrostjo, lahko lidar preprosto izračuna razdaljo med avtomobilom in zunanjimi elementi. S ponavljajočim dejanjem in ogromnim številom izstreljenih laserskih žarkov ter ogromno procesorsko močjo sistem ustvari kompleksen zemljevid zunanjosti.
Ključen preboj prinaša nizka cena
Dva velikana avtomobilske industrije Continental AG in ZF Friedrichshafen že vrsto let razvijata polprevodniške sisteme lidar. Posledica razvoja in hitrega napredka tehnologije ni le hitrejša obdelava podatkov, temveč so z vsakim letom nižje tudi cene vgrajenih komponent. Če je Google za vgradnjo sistema lidar v svoja prototipna vozila plačal tudi do 75 tisoč dolarjev, se bodo cene vse bolj kompaktne napravice do konca tega desetletja znižale na le nekaj sto dolarjev.
Prvi serijski avtomobil, ki za delno avtomatizirano vožnjo uporablja lidar, je nova generacija audija A8. Lidar omogoča, da A8 okoli sebe vidi celotno dogajanje in nadzira okolje s 360-stopinjskim pogledom. Tako kot drugje tudi tukaj lidar podpira delovanje različnih senzorjev in tipal ter celotno avtonomno izkušnjo dviguje na višjo raven, saj njegovega delovanja ne zmoti ne močan dež ne sneg. Rotirajoči laserski čitalnik ima 145-stopinjsko vidno polje, kar je dovolj, da je A8 prvi serijski avtomobil, ki dosega tretjo stopnjo avtonomije.
Tako svet vidi lidar. Tridimenzionalen svet je izrisan do centimetra natančno in vidi do oddaljenosti od 60 do 70 metrov.
Hyundai je v avtonomni koncept že uspešno skril laserski čitalnik lidar, zato kljub številnim naprednim sistemom avtomobil vizualno ne izstopa iz množice.
Okolico izriše do centimetra natančno
V samovozečih avtomobilih sistem lidar deluje z roko v roki s sistemom GPS, preostalimi senzorji, sistemi inercialnega vodenja, girokompasi in navigacijskimi storitvami s shranjenimi zemljevidi. Ko se združijo vsi podatki vseh teh elementov, nastane točkovni oblak – tridimenzionalen niz meritev lidarja, ki sovpadajo s točno določenimi koordinatami GPS. Ker gre za premikajoč senzor, se ustvari več kot milijon podatkovnih točk za razdaljo šestdesetih metrov v vse smeri. Kljub precejšnji oddaljenosti in ogromni količini podatkov je slika zunanjega sveta izrisana do centimetra natančno.
Poplava podatkov je z vsakim novim varnostnim elementom večja. Procesorska moč, hiter prenos podatkov in obdelava teh podatkov so ključnega pomena za brezhibno delovanje novodobnega avtomobila. O tem, kako zelo pameten in tehnološko izpopolnjen mora biti avtonomni avtomobil, priča podatek o količini dnevno ustvarjenih podatkov.
Radar: od 10 do 100 kilobajtov na sekundo
Sonar: od 10 do 100 kilobajtov na sekundo
GPS: 50 kilobajtov na sekundo
Kamere: od 20 do 40 megabajtov na sekundo
Lidar: od 10 do 70 megabajtov na sekundo
Avtonomno vozilo: 4.000 gigabajtov podatkov na dan
Zakaj se mora lidar med delovanjem vrteti?
Najpomembnejše komponente lidarja so laser, skener in optični del, fotodetektor, sprejemna elektronika in navigacijski sistem.
Za neznanstvene aplikacije se najpogosteje uporablja od 600- do 1.000-nanometrski laser. Njegova največja prednost sta nizka cena in varnost pred zaslepitvijo oziroma to, da takšen laser zaradi nizke maksimalne moči ne poškoduje očesa. Pri večini laserskih sistemov je prvi pogoj, da ne poškodujejo oči. Med te se uvršča tudi 1.550-nanometrski laser, a ker je tehnologija za zaznavanje teh žarkov manj napredna, se takšen laser uporablja pri merjenju daljših razdalj. Največja slabost je manjša natančnost. Močnejši laser uporabljajo tudi v vojski, saj je neviden in se ga veliko uporablja za vgradnjo v očala za nočno opazovanje. Za boljšo resolucijo slike uporabljajo več kratkih pulzov, ki jih zazna lidar ter v smiselno obliko pretvori dovolj zmogljiv računalnik. Ti z vrtenjem senzorja – laserska dioda žarek usmerja v vrteča ogledala – na vse strani (360 stopinj) tipajo okolico.
6