Niezależność na drodze z technologią LIDAR

 To wszystko za sprawą innowacyjnej technologii LIDAR (ang. Light Detection and Ranging), która w połączeniu z zaawansowanymi systemami samochodowymi, takimi jak kamery, radary czy GPS-y, tworzy warunki, w których technologicznie jesteśmy coraz bliżej sytuacji, w której pojazd może poruszać się samodzielnie. W ten sposób spełniamy wymagania kolejnych poziomów autonomicznej jazdy – a to bez wątpienia kolejny, ogromny sukces prowadzący ku technologicznemu rozwojowi przyszłości. Jedziesz autem jako „kierowca” i czytasz książkę? Brzmi jak marzenie wielu uczestników ruchu drogowego.

Czym tak naprawdę są czujniki lidarowe i jaka jest ich rola? Są to elementy, które pomagają zwiększyć bezpieczeństwo na drodze poprzez szybsze wykrycie innych uczestników ruchu drogowego lub – dla przykładu – sytuacji wtargnięcia obiektu na jezdnię, dzięki czemu samochód ma więcej czasu na podjęcie decyzji i odpowiednią reakcję. W przeciwieństwie do radaru, LIDAR nie działa w oparciu o fale radiowe, ale o światło laserowe. To znacząca i jakościowa różnica.

Aktualnie stosowane są głównie dwie technologie. Jedna z nich polega na wykorzystaniu krótkich impulsów laserowych, gdzie może być ich generowanych nawet do 150 000 na sekundę. Zawrotna liczba, prawda? Jeśli taki impuls uderzy w przedmiot, np. w inny samochód, zostaje on odbity, a odległość od obiektu, jego pozycja oraz kształt określane są na podstawie tzw. czasu przelotu. Druga z technologii polega na emitowaniu światła w sposób ciągły. W tym przypadku analizie podlega zmiana fazy pomiędzy odebranym a wysłanym impulsem. Z racji tego, że fale świetlne w kontakcie z różnymi obiektami mają znacznie większą absorbcję niż fale radiowe, technologia LIDAR gwarantuje dużo większą rozdzielczość. Wysokiej klasy czujniki lidarowe potrafią rozpoznać szczegóły rzędu kilku centymetrów w odległości większej niż 100 metrów.

To wszystko z pewnością brzmi bardzo obiecująco, ale LIDAR – jak każda technologia – ma również wady. Co prawda nie przeważają one nad zaletami, ale trzeba zdawać sobie z nich sprawę. W końcu świadomość potencjalnych zagrożeń to główny czynnik bezpieczeństwa na drodze! Czujniki lidarowe mają bardzo określony zakres widoczności z zadaną rozdzielczością, przez co pojedynczy czujnik jest w stanie zbierać dane z otoczenia samochodu z pożądaną dokładnością dla z góry określonej odległości od pojazdu, np. do 30 metrów. Drugi czujnik będzie miał z kolei widoczność w zakresie 30-200 metrów. Kompleksowe systemy są w stanie wykluczyć wspomnianą wadę, bo w tym przypadku jeden moduł lidarowy może zawierać do kilku czujników. Czujniki lidarowe działają bardzo dobrze w każdych warunkach, ale ich wydajność może nieco zmaleć w obliczu niesprzyjających warunków pogodowych, takich jak śnieg, mgła czy deszcz, które zakłócają przepływ fal świetlnych.

Proces tworzenia oprogramowania w systemach lidarowych wygląda bardzo podobnie do tego, co wykonywane jest w przypadku systemów radarowych lub innych systemów ADAS (ang. Advanced Driver Assistance Systems). Lidary potrzebują jednak dużo większej mocy obliczeniowej, co związane jest z faktem współistnienia wielu czujników. Do przetworzenia tak dużych map punktów wymagany jest odpowiedni sprzęt, który poza mocą obliczeniową, musi również dobrze odprowadzać ciepło wytwarzane przy tak intensywnych obliczeniach, spełniając przy tym wymagania odnośnie wymiarów samego komponentu. Aby system mógł działać sprawnie, tworzone algorytmy muszą działać z określonymi ramami czasowymi tak, aby informacja o otoczeniu mogła jak najszybciej trafić do jednostki centralnej samochodu, która następnie podejmie odpowiednią decyzję, optymalną dla pojazdu i kierowcy. 

Systemy lidarowe tworzone dla rynku motoryzacyjnego muszą przejść wiele testów i zatwierdzeń, żeby móc spełnić obowiązujące normy oraz uzyskać niezbędne w tym zakresie certyfikaty. W ten sposób proces opracowywania gotowego produktu, który docelowo trafi do użytku publicznego, staje się złożony i czasochłonny, ale działa to z korzyścią dla bezpieczeństwa. Należy również mieć na uwadze fakt, że czujniki lidarowe montowane w samochodach muszą być dostosowane do każdych warunków środowiskowych, uwzględniając zarówno mocno ujemne temperatury, jakie występują np. w Finlandii, jak również bardzo gorące regiony, takie jak np. w Australii. Co ważne - takie systemy, co do zasady, powinny pracować wiele lat bez wszelkich awarii, gdyż są one związane bezpośrednio z bezpieczeństwem naszym, jak i innych uczestników ruchu. Niezawodność jest tutaj kluczowym czynnikiem.

Grupa ZF rozwija produkty mające docelowo zapewnić wspomaganie i bezpieczeństwo kierowcy podczas codziennej jazdy samochodem, tak aby przemieszczanie się za pomocą pojazdów przyszłości było łatwiejsze i przyjemniejsze. Wizja autonomicznej jazdy wymaga integracji wielu systemów, a każdego rodzaju czujnik dostarcza z osobna unikatowych danych. Dopiero połączenie wszystkich danych daje szeroki pogląd o środowisku otaczającym pojazd oraz o zmianach w czasie położenia tego pojazdu względem obiektów środowiska. Technologia LIDAR niewątpliwie pozawala na tego typu działania, a to jednoznacznie wskazuje na to, że postawiony został kolejny milowy krok w rozwoju koncepcji autonomiczności pojazdów!

Autorem tekstu jest Oskar Błaśkiewicz, Lider Projektu Oprogramowania, Dział Inżynierii Oprogramowania i Elektroniki Aktywnych Systemów Bezpieczeństwa