2019年CES國際消費電子展上，激光雷達“中國造”炫目而搶眼。
重量只有568克車規(guī)級激光雷達、高精度激光測量車、探測距離大于200米無人機雷達系統……同樣，在此前于我國浙江省湖州市德清縣召開的聯合國世界地理信息大會上，北京北科天繪科技有限公司（以下簡稱“北科天繪”）自主研制的激光雷達系列產品，以更小、更輕、更高的性能價格比而贏得贊譽，成為全球激光雷達行業(yè)強勁的競爭者。
“作為我們的民族品牌，作為業(yè)界的隱形冠軍，北科天匯向世界證明激光雷達‘中國造’的實力，在高精度傳感器和測繪裝備領域填補了我國多個空白，助推了國產激光雷達產業(yè)化發(fā)展。”中國測繪學會理事長宋超智、北斗導航系統副總設計師、中科院院士楊元喜、中國工程院院士劉先林等業(yè)界專家學者都對北科天繪生產的激光雷達給于了高度評價。
那么，激光雷達技術難在哪？作為“中國硅谷”中關村的國家高科技企業(yè)，“深藏”13年的北科天繪制造的激光雷達為何后來居上，比肩國際巨頭，有何過人之處？近日，記者來到位于北京海淀區(qū)永豐產業(yè)園的北科天繪公司，為您一探究竟。
打破國外壟斷
如果大家對谷歌無人駕駛汽車有所了解的話，一定注意到其車頂上加裝的“大殼帽”，帽子上類似報警器一樣的柱狀體，就是激光雷達，它相當于“眼睛”，讓無人駕駛汽車能“看清世界”。
激光雷達作為現階段應用于無人駕駛最重要的傳感器。如果沒有激光雷達，就無法讓汽車感知周圍環(huán)境，也無法對環(huán)境變化做出相應反應。激光雷達已經成為更多無人駕駛汽車的“標配”，巨頭爭相在此布局。
數據顯示，目前，激光雷達市場正處于高速發(fā)展之中，市場規(guī)模可達數萬億美元，2020年全球激光雷達市場規(guī)模將達到120億元。最早為無人車提供激光雷達的美國公司Velodyne占據絕對優(yōu)勢，另外還有100余家入局該領域的新銳，角逐激光雷達市場。
價格高、體型大、量產難，一直以來困擾和阻礙著激光雷達的發(fā)展。一套激光雷達7萬美金，這個錢足以再去購買一輛豪車。除了導航避障，高精度測繪級激光雷達更昂貴，10年前，一輛激光雷達移動測量車動輒要上千萬元。即便如此，產品滿足客戶需求且有能力供貨的企業(yè)則少之又少，甚至“一家獨大”。用北科天繪總經理張智武的話說，眼下激光雷達還屬于“稀缺資源和奢侈品”，是無人駕駛商業(yè)化推廣的制約因素之一。
敢于比肩國際巨頭者來了，以北科天繪為代表的國產激光雷達企業(yè)奮起直追。成立于2005年的北科天繪，13年專注于激光雷達研發(fā)和生產，在該領域以深厚的技術底蘊和積累，成為國內激光雷達領域的領軍企業(yè)，成為我國實現高端激光雷達裝備自主研發(fā)和量產的高新技術企業(yè)，還是全球為數不多的具備測量型和導航避障型兩大類激光雷達研制能力的企業(yè)。北科天繪通過自主創(chuàng)新，目前已經掌握了激光雷達及信號處理芯片的核心技術。
記者了解到，2015年之前，北科天繪主要為國土勘測、電力巡線、鐵路檢測等研制測繪型激光雷達，在該領域多次填補國內空白，打破國外壟斷。2016年5月，北科天繪率先在國內發(fā)布16線束R-Fan導航避障激光雷達，將科研開發(fā)延伸至無人駕駛和機器人領域應用。
↑北科天繪CTO張珂殊（左）正在進行激光雷達產品的測試。 經濟日報——中國經濟網記者徐紅攝
自主技術是王道
想要飛翔，就必須掌握飛翔的風力原理。同理，要想在激光雷達有所展獲，就要率先突破技術桎梏，掌握主動權。
北科天繪研發(fā)中心測試室里，一臺精巧的激光雷達正在接受測試。測試人員有意在它的前方晃動，激光雷達都“盡收眼底”。記者看到，激光雷達信息回傳到一臺電腦后，屏幕出現了密布的光影線條，并將映射到機器上的“虛擬人”嚴嚴實實地包裹起來。
這種光與影、動與靜相交融的科技感，不僅僅是觸動心靈。“通過這些線，就可以對圖像上的物體進行三維空間的精準量測，還可以遠程量身高、量車體的長度等。”張智武告訴經濟日報—中國經濟網的記者，由于激光雷達發(fā)射的每一束光，都帶有相對位置信息，形成空間三維數據，再結合算法，就可以在實時定位的同時，生成汽車周圍環(huán)境的高清數字地圖，從而進行目標跟蹤和識別。
“激光雷達是高技術壁壘產業(yè)，只有掌握核心技術、推出高性價比的產品，才能真正經得起市場考驗。”北科天繪CTO張珂殊認為，激光雷達成本高的原因，很大一部分來自生產中的人工成本。
張珂殊介紹說，目前，大部分激光雷達生產企業(yè)是采用“多線+多個電路板”的多次對準線圈工藝，這種工藝耗時、低效、產品體積大，需要手工將每對激光發(fā)射線和接收電路板進行一對一微米級對準，難度極高，而激光雷達硬件設備尺寸也一定會隨著線數增多同比例增大，這也是技術難點所在。
北科天繪獨辟蹊徑，走出了一條自己獨立的技術體系，選擇的技術路線是——半導體封裝工藝。這解決了精密光機裝調與大尺寸機械誤差間跨數量級尺度差異，實現激光收發(fā)一體化，機器自動對準，加上自主的芯片設計和核心模塊的高度集成化，在極大減少了激光收發(fā)裝置裝調時間的同時，實現產品輕小化，使傳統生產中，一個工人需要兩周完成的工作，現在可壓縮到2個小時，若4個人為一組，2個小時就能裝調好一臺設備。
值得一提的是，北科天繪這一自主創(chuàng)新的工藝，避免了今后知識產權糾紛。“輕裝上陣”的北科天繪在技術上不斷精雕細琢，其高精度傳感器和測繪裝備領域填補了我國多項空白，先后三次獲得國家省部級科技進步一、二等獎。同時，得到了資本加持，先后獲得聯想等千萬元投資和云暉資本領投的過億元A+輪融資。
有可能實現領跑
激光雷達作為一種新型的車載傳感器，目前在無人駕駛領域的應用仍在探索和驗證階段。國內外激光雷達企業(yè)共同站上了這條賽道。
↑568克——這是目前世界上最輕的車規(guī)級激光雷達。 經濟日報——中國經濟網記者徐紅攝
在CES展上，北科天繪展示的新一代激光雷達產品，重量只有538克。讓“大塊頭”激光雷達“轉”出了小身板的北科天繪，吸引了智能汽車玩家的關注，紛紛與之邀約，簽訂車規(guī)級定制開發(fā)合同，進行無人駕駛汽車激光雷達的測試。
此時，北科天繪意識到，激光雷達市場大門即將打開，其在激光雷達半導體元器件和信號處理等領域積累的大量技術和資源儲備，將有著更大的拓展機會，特別是隨著今后激光雷達線數（目前達到128線,正在進行256和512線的攻關）越來越高，自主研發(fā)的激光雷達芯片和半導體工藝就越能在體積、重量和價格方面體現優(yōu)勢。
自2009年開始芯片設計的北科天繪技術團隊，經過多年優(yōu)化調整，如今已經完美地將激光雷達信號處理芯片組應用到導航避障型激光雷達上，通過半導體工藝實現多組激光收發(fā)裝置同步自動化封裝和組裝。這一次，站上跑道的北科天繪有可能實現領跑。
值得一提的是，在2019年CES展上，北科天繪驚訝地發(fā)現，2018年，自家對外發(fā)布的C-Fans—128線固態(tài)前裝激光雷達，其首創(chuàng)的Semi-Flash技術路徑，已經被加拿大一家激光雷達企業(yè)接受并采用。可見，我國在該領域已經有了一定的技術前瞻性。
“如今，在測繪領域，如果競爭對手想跟我們搶市場，唯一的辦法就是打價格戰(zhàn)。同類產品，競爭對手的價格如果比我們低，有可能中標；但報價如果不相上下，則未必能中標。”可以看出，張智武對自家的技術實力和產品性能信心滿滿。
她用兩個80%來說明國產激光雷達對產業(yè)的推動：國產激光雷達上市后的幾年時間，國際產品價格已經降了80%；而我們產品的重量比同行輕了80%，體積越小的激光雷達，越容易“藏”在車里，“裝”入機器人身體中，“掛”在無人機機腹，這是未來發(fā)展趨勢。
“在價格上國產激光雷達優(yōu)勢自不必多言，比如我們的R-Fans-32是世界上真正可以實現量產的最小的32線激光雷達，成本卻不到競爭對手的一半。”張智武舉例說，2013年一套臺進口的電力巡檢設備，價格高達1400萬元，2018年北科天繪電力巡檢設備在電網的中標價為223萬元，2019年剛剛公示的中標單價185萬元。而且，在價格大幅走低的同時，需求量在穩(wěn)步上漲，目前國內激光雷達電力巡檢系統配備量已超過20臺套。
截至目前，北科天繪已研發(fā)出R和C兩個系列混合固態(tài)激光雷達產品，拉開了激光雷達民用化的大幕，包括京東物流在內的主流無人物流車都可見其身影。同時，來自意大利、俄羅斯、美國、法國、新加坡等發(fā)達國家的激光雷達產品訂單也在不斷上升。2017年北科天繪海外訂單已占公司銷量的10%以上。
追求核心技術快人一步的北科天繪，又在謀定而動，向固態(tài)激光雷達方向邁進。計劃今年將推出基于3D Flash路線的全固態(tài)激光雷達。在這條賽道上，北科天繪立志以國產激光雷達全自主、輕小化、低成本實現超越和引領的目標，正在一步步接近。
重量只有568克車規(guī)級激光雷達、高精度激光測量車、探測距離大于200米無人機雷達系統……同樣，在此前于我國浙江省湖州市德清縣召開的聯合國世界地理信息大會上，北京北科天繪科技有限公司（以下簡稱“北科天繪”）自主研制的激光雷達系列產品，以更小、更輕、更高的性能價格比而贏得贊譽，成為全球激光雷達行業(yè)強勁的競爭者。
“作為我們的民族品牌，作為業(yè)界的隱形冠軍，北科天匯向世界證明激光雷達‘中國造’的實力，在高精度傳感器和測繪裝備領域填補了我國多個空白，助推了國產激光雷達產業(yè)化發(fā)展。”中國測繪學會理事長宋超智、北斗導航系統副總設計師、中科院院士楊元喜、中國工程院院士劉先林等業(yè)界專家學者都對北科天繪生產的激光雷達給于了高度評價。
那么，激光雷達技術難在哪？作為“中國硅谷”中關村的國家高科技企業(yè)，“深藏”13年的北科天繪制造的激光雷達為何后來居上，比肩國際巨頭，有何過人之處？近日，記者來到位于北京海淀區(qū)永豐產業(yè)園的北科天繪公司，為您一探究竟。
打破國外壟斷
如果大家對谷歌無人駕駛汽車有所了解的話，一定注意到其車頂上加裝的“大殼帽”，帽子上類似報警器一樣的柱狀體，就是激光雷達，它相當于“眼睛”，讓無人駕駛汽車能“看清世界”。
激光雷達作為現階段應用于無人駕駛最重要的傳感器。如果沒有激光雷達，就無法讓汽車感知周圍環(huán)境，也無法對環(huán)境變化做出相應反應。激光雷達已經成為更多無人駕駛汽車的“標配”，巨頭爭相在此布局。
數據顯示，目前，激光雷達市場正處于高速發(fā)展之中，市場規(guī)模可達數萬億美元，2020年全球激光雷達市場規(guī)模將達到120億元。最早為無人車提供激光雷達的美國公司Velodyne占據絕對優(yōu)勢，另外還有100余家入局該領域的新銳，角逐激光雷達市場。
價格高、體型大、量產難，一直以來困擾和阻礙著激光雷達的發(fā)展。一套激光雷達7萬美金，這個錢足以再去購買一輛豪車。除了導航避障，高精度測繪級激光雷達更昂貴，10年前，一輛激光雷達移動測量車動輒要上千萬元。即便如此，產品滿足客戶需求且有能力供貨的企業(yè)則少之又少，甚至“一家獨大”。用北科天繪總經理張智武的話說，眼下激光雷達還屬于“稀缺資源和奢侈品”，是無人駕駛商業(yè)化推廣的制約因素之一。
敢于比肩國際巨頭者來了，以北科天繪為代表的國產激光雷達企業(yè)奮起直追。成立于2005年的北科天繪，13年專注于激光雷達研發(fā)和生產，在該領域以深厚的技術底蘊和積累，成為國內激光雷達領域的領軍企業(yè)，成為我國實現高端激光雷達裝備自主研發(fā)和量產的高新技術企業(yè)，還是全球為數不多的具備測量型和導航避障型兩大類激光雷達研制能力的企業(yè)。北科天繪通過自主創(chuàng)新，目前已經掌握了激光雷達及信號處理芯片的核心技術。
記者了解到，2015年之前，北科天繪主要為國土勘測、電力巡線、鐵路檢測等研制測繪型激光雷達，在該領域多次填補國內空白，打破國外壟斷。2016年5月，北科天繪率先在國內發(fā)布16線束R-Fan導航避障激光雷達，將科研開發(fā)延伸至無人駕駛和機器人領域應用。
↑北科天繪CTO張珂殊（左）正在進行激光雷達產品的測試。 經濟日報——中國經濟網記者徐紅攝
自主技術是王道
想要飛翔，就必須掌握飛翔的風力原理。同理，要想在激光雷達有所展獲，就要率先突破技術桎梏，掌握主動權。
北科天繪研發(fā)中心測試室里，一臺精巧的激光雷達正在接受測試。測試人員有意在它的前方晃動，激光雷達都“盡收眼底”。記者看到，激光雷達信息回傳到一臺電腦后，屏幕出現了密布的光影線條，并將映射到機器上的“虛擬人”嚴嚴實實地包裹起來。
這種光與影、動與靜相交融的科技感，不僅僅是觸動心靈。“通過這些線，就可以對圖像上的物體進行三維空間的精準量測，還可以遠程量身高、量車體的長度等。”張智武告訴經濟日報—中國經濟網的記者，由于激光雷達發(fā)射的每一束光，都帶有相對位置信息，形成空間三維數據，再結合算法，就可以在實時定位的同時，生成汽車周圍環(huán)境的高清數字地圖，從而進行目標跟蹤和識別。
“激光雷達是高技術壁壘產業(yè)，只有掌握核心技術、推出高性價比的產品，才能真正經得起市場考驗。”北科天繪CTO張珂殊認為，激光雷達成本高的原因，很大一部分來自生產中的人工成本。
張珂殊介紹說，目前，大部分激光雷達生產企業(yè)是采用“多線+多個電路板”的多次對準線圈工藝，這種工藝耗時、低效、產品體積大，需要手工將每對激光發(fā)射線和接收電路板進行一對一微米級對準，難度極高，而激光雷達硬件設備尺寸也一定會隨著線數增多同比例增大，這也是技術難點所在。
北科天繪獨辟蹊徑，走出了一條自己獨立的技術體系，選擇的技術路線是——半導體封裝工藝。這解決了精密光機裝調與大尺寸機械誤差間跨數量級尺度差異，實現激光收發(fā)一體化，機器自動對準，加上自主的芯片設計和核心模塊的高度集成化，在極大減少了激光收發(fā)裝置裝調時間的同時，實現產品輕小化，使傳統生產中，一個工人需要兩周完成的工作，現在可壓縮到2個小時，若4個人為一組，2個小時就能裝調好一臺設備。
值得一提的是，北科天繪這一自主創(chuàng)新的工藝，避免了今后知識產權糾紛。“輕裝上陣”的北科天繪在技術上不斷精雕細琢，其高精度傳感器和測繪裝備領域填補了我國多項空白，先后三次獲得國家省部級科技進步一、二等獎。同時，得到了資本加持，先后獲得聯想等千萬元投資和云暉資本領投的過億元A+輪融資。
有可能實現領跑
激光雷達作為一種新型的車載傳感器，目前在無人駕駛領域的應用仍在探索和驗證階段。國內外激光雷達企業(yè)共同站上了這條賽道。
↑568克——這是目前世界上最輕的車規(guī)級激光雷達。 經濟日報——中國經濟網記者徐紅攝
在CES展上，北科天繪展示的新一代激光雷達產品，重量只有538克。讓“大塊頭”激光雷達“轉”出了小身板的北科天繪，吸引了智能汽車玩家的關注，紛紛與之邀約，簽訂車規(guī)級定制開發(fā)合同，進行無人駕駛汽車激光雷達的測試。
此時，北科天繪意識到，激光雷達市場大門即將打開，其在激光雷達半導體元器件和信號處理等領域積累的大量技術和資源儲備，將有著更大的拓展機會，特別是隨著今后激光雷達線數（目前達到128線,正在進行256和512線的攻關）越來越高，自主研發(fā)的激光雷達芯片和半導體工藝就越能在體積、重量和價格方面體現優(yōu)勢。
自2009年開始芯片設計的北科天繪技術團隊，經過多年優(yōu)化調整，如今已經完美地將激光雷達信號處理芯片組應用到導航避障型激光雷達上，通過半導體工藝實現多組激光收發(fā)裝置同步自動化封裝和組裝。這一次，站上跑道的北科天繪有可能實現領跑。
值得一提的是，在2019年CES展上，北科天繪驚訝地發(fā)現，2018年，自家對外發(fā)布的C-Fans—128線固態(tài)前裝激光雷達，其首創(chuàng)的Semi-Flash技術路徑，已經被加拿大一家激光雷達企業(yè)接受并采用。可見，我國在該領域已經有了一定的技術前瞻性。
“如今，在測繪領域，如果競爭對手想跟我們搶市場，唯一的辦法就是打價格戰(zhàn)。同類產品，競爭對手的價格如果比我們低，有可能中標；但報價如果不相上下，則未必能中標。”可以看出，張智武對自家的技術實力和產品性能信心滿滿。
她用兩個80%來說明國產激光雷達對產業(yè)的推動：國產激光雷達上市后的幾年時間，國際產品價格已經降了80%；而我們產品的重量比同行輕了80%，體積越小的激光雷達，越容易“藏”在車里，“裝”入機器人身體中，“掛”在無人機機腹，這是未來發(fā)展趨勢。
“在價格上國產激光雷達優(yōu)勢自不必多言，比如我們的R-Fans-32是世界上真正可以實現量產的最小的32線激光雷達，成本卻不到競爭對手的一半。”張智武舉例說，2013年一套臺進口的電力巡檢設備，價格高達1400萬元，2018年北科天繪電力巡檢設備在電網的中標價為223萬元，2019年剛剛公示的中標單價185萬元。而且，在價格大幅走低的同時，需求量在穩(wěn)步上漲，目前國內激光雷達電力巡檢系統配備量已超過20臺套。
截至目前，北科天繪已研發(fā)出R和C兩個系列混合固態(tài)激光雷達產品，拉開了激光雷達民用化的大幕，包括京東物流在內的主流無人物流車都可見其身影。同時，來自意大利、俄羅斯、美國、法國、新加坡等發(fā)達國家的激光雷達產品訂單也在不斷上升。2017年北科天繪海外訂單已占公司銷量的10%以上。
追求核心技術快人一步的北科天繪，又在謀定而動，向固態(tài)激光雷達方向邁進。計劃今年將推出基于3D Flash路線的全固態(tài)激光雷達。在這條賽道上，北科天繪立志以國產激光雷達全自主、輕小化、低成本實現超越和引領的目標，正在一步步接近。
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