激光雷达在智能交通中的应用与优势

激光雷达侦测器

在2025年智能交通加速落地的背景下,激光雷达凭借其独特的技术优势,正成为构建未来交通系统的核心传感器。作为融合光机电算的高精度环境感知设备,激光雷达通过每秒数百万次的激光脉冲扫描,实时生成厘米级精度的三维点云数据。这种能力使其在自动驾驶、交通管理、道路安全等领域展现出不可替代的价值。

当前主流激光雷达波长主要是 905nm 和 1550nm 。905nm 激光雷达因接收器能用价格亲民的硅材质,成本有优势,最为常见。从测量方式来看,主要分为 ToF(Time of Flight,飞行时间)激光雷达和 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave,调频连续波)激光雷达。ToF 激光雷达通过直接测量发射激光与回波信号的时间差,依据光在空气中的传播速度得出目标物体的距离信息。这种测量方式响应速度快,探测精度高,并且技术成熟度高,成本相对较低,是目前应用最为广泛的方案。FMCW 激光雷达则是将发射激光的光频进行线性调制,通过回波信号与参考光进行相干拍频得到频率差,进而间接获得飞行时间并推出目标距离。它的优势在于可直接测量速度信息,抗干扰能力强,不过目前技术成熟度较低,尚未大规模商用。根据扫描方式,激光雷达分为机械式、半固态和全固态雷达。机械式出现早、技术成熟,靠旋转进行 360° 水平扫描和定向垂直扫描,转速稳定,但成本高、尺寸大、难达车规、易损坏、量产性差。半固态发射器和接收器固定,靠少量部件扫描,又分转镜类、MEMS 类和棱镜类。转镜类靠旋转反射镜,运动部件是电机和反射镜;MEMS 类通过振镜振动扫描,可动态调整扫描模式,但信噪低、距离短、视场窄;棱镜类用非重复扫描技术,能获取细致三维信息,但视场小、高速时有运动畸变。全固态无运动部件,利用半导体技术,分 Flash 和 OPA 固态激光雷达。

交通流量监测

在交通流量监测领域,激光雷达发挥着极为关键的作用。以安装于道路上方的激光雷达而言,其持续发射激光束,对下方道路进行扫描作业。当激光束与行驶中的车辆相遇时,便会产生反射。激光雷达依据发射与接收激光束的时间差,能够精确计算出车辆与自身的距离。同时,结合激光雷达的扫描角度,还可确定车辆在道路上的具体位置。凭借高频率的扫描,激光雷达能够实时获取道路上各个位置车辆的距离信息,并进一步转化为车辆数量、速度和间距等关键数据。在车流量较大的主干道上,激光雷达每分钟可进行数千次扫描,精准捕捉每一辆车的动态。通过对这些数据的分析,交通管理部门能够清晰掌握不同路段、不同时间段的交通流量变化态势。在工作日的早晚高峰时段,部分路段车流量显著增加,车辆间距缩小,速度下降,这些信息均能被激光雷达准确监测并反馈至管理部门。这些数据为交通规划提供了坚实的支撑,有助于合理规划道路建设、优化公交线路,提升交通资源的利用效率。

智能交通信号控制

激光雷达在智能交通信号控制领域的应用,为缓解交通拥堵提供了切实可行的解决方案。于交通路口,激光雷达持续采集车流量数据,其工作原理与交通流量监测有相似之处,但更侧重于关注路口各方向的车辆信息。它不仅能够检测车辆数量,还能精确追踪车辆的行驶轨迹及速度变化。当某一方向车流量增长时,激光雷达会迅速将该信息传输至交通信号控制系统。该系统依据激光雷达提供的数据,结合预设算法,对交通信号灯的时间进行智能化调整。在部分繁忙十字路口,传统固定时长信号灯难以适应车流量的动态变化,致使部分方向车辆长时间等待,而另一些方向道路资源处于闲置状态。引入激光雷达后,系统能够实时感知各方向交通状况,当某一方向车辆排队较长时,自动延长该方向绿灯时长,缩短车辆等待时间,实现交通信号灯的动态优化控制,提升路口通行效率,切实缓解交通拥堵。

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。