خلفية تقنية LiDAR للسيارات
أصدرت الدولة خلال الفترة من 2015 إلى 2020 العديد من السياسات ذات الصلة، والتي تركز على "المركبات المتصلة الذكية' و 'المركبات ذاتية القيادةفي بداية عام 2020، أصدرت الدولة خطتين: استراتيجية ابتكار وتطوير المركبات الذكية وتصنيف أتمتة قيادة السيارات، وذلك لتوضيح الموقف الاستراتيجي واتجاه التطوير المستقبلي للقيادة الذاتية.
نشرت شركة Yole Development، وهي شركة استشارية عالمية، تقريرًا بحثيًا صناعيًا مرتبطًا بـ "تقنية الليدار لتطبيقات السيارات والتطبيقات الصناعية"، وذكرت أن سوق تقنية الليدار في مجال السيارات يمكن أن يصل إلى 5.7 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2026، ومن المتوقع أن يتوسع معدل النمو السنوي المركب إلى أكثر من 21٪ في السنوات الخمس المقبلة.
ما هو نظام LiDAR للسيارات؟
تقنية LiDAR، اختصارًا لـ "الكشف الضوئي وتحديد المدى"، هي تقنية ثورية أحدثت نقلة نوعية في صناعة السيارات، لا سيما في مجال المركبات ذاتية القيادة. تعمل هذه التقنية عن طريق إرسال نبضات ضوئية - عادةً من الليزر - باتجاه الهدف، وقياس الزمن الذي يستغرقه الضوء للعودة إلى المستشعر. تُستخدم هذه البيانات بعد ذلك لإنشاء خرائط ثلاثية الأبعاد مفصلة للبيئة المحيطة بالمركبة.
تُعرف أنظمة الليدار بدقتها العالية وقدرتها الفائقة على رصد الأجسام بدقة متناهية، مما يجعلها أداة لا غنى عنها في القيادة الذاتية. على عكس الكاميرات التي تعتمد على الضوء المرئي والتي قد تواجه صعوبة في ظروف معينة كالإضاءة الخافتة أو أشعة الشمس المباشرة، توفر مستشعرات الليدار بيانات موثوقة في مختلف ظروف الإضاءة والطقس. علاوة على ذلك، تُمكّن قدرة الليدار على قياس المسافات بدقة من رصد الأجسام، وتحديد أحجامها، وحتى سرعاتها، وهو أمر بالغ الأهمية للتنقل في سيناريوهات القيادة المعقدة.
مخطط انسيابي لمبدأ عمل تقنية الليدار
تطبيقات تقنية الليدار في مجال الأتمتة:
تركز تقنية LiDAR (الكشف الضوئي وتحديد المدى) في صناعة السيارات بشكل أساسي على تعزيز سلامة القيادة وتطوير تقنيات القيادة الذاتية. وتتمثل تقنيتها الأساسية فيزمن الرحلة (ToF)تعمل هذه التقنية عن طريق إطلاق نبضات ليزرية وحساب الزمن اللازم لانعكاس هذه النبضات عن العوائق. تُنتج هذه الطريقة بيانات "سحابة النقاط" عالية الدقة، والتي تُتيح إنشاء خرائط ثلاثية الأبعاد مفصلة للبيئة المحيطة بالمركبة بدقة تصل إلى مستوى السنتيمتر، مما يوفر قدرة استثنائية على التعرف المكاني للسيارات.
يتركز تطبيق تقنية LiDAR في قطاع السيارات بشكل أساسي في المجالات التالية:
أنظمة القيادة الذاتية:تُعد تقنية LiDAR إحدى التقنيات الرئيسية لتحقيق مستويات متقدمة من القيادة الذاتية. فهي تستشعر بدقة البيئة المحيطة بالمركبة، بما في ذلك المركبات الأخرى والمشاة وإشارات المرور وحالة الطريق، مما يساعد أنظمة القيادة الذاتية على اتخاذ قرارات سريعة ودقيقة.
أنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS):في مجال مساعدة السائق، يتم استخدام تقنية LiDAR لتحسين ميزات سلامة المركبة، بما في ذلك التحكم التكيفي في السرعة، والفرملة الطارئة، واكتشاف المشاة، ووظائف تجنب العوائق.
نظام الملاحة وتحديد المواقع في المركبات:يمكن للخرائط ثلاثية الأبعاد عالية الدقة التي يتم إنشاؤها بواسطة تقنية LiDAR أن تعزز بشكل كبير دقة تحديد مواقع المركبات، خاصة في البيئات الحضرية حيث تكون إشارات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) محدودة.
مراقبة وإدارة حركة المرور:يمكن استخدام تقنية LiDAR لمراقبة وتحليل تدفق حركة المرور، مما يساعد أنظمة المرور في المدينة على تحسين التحكم في الإشارات وتقليل الازدحام.
للاستشعار عن بعد، وتحديد المدى، والأتمتة، وأنظمة النقل الرقمية، وما إلى ذلك.
هل تحتاج إلى استشارة مجانية؟
الاتجاهات نحو تقنية الليدار في السيارات
1. تصغير حجم تقنية الليدار
ترى صناعة السيارات تقليديًا أن المركبات ذاتية القيادة يجب ألا تختلف في مظهرها عن السيارات التقليدية للحفاظ على متعة القيادة وكفاءة الديناميكا الهوائية. وقد دفع هذا المنظور باتجاه تصغير أنظمة الليدار. يتمثل الهدف المستقبلي في أن يكون نظام الليدار صغيرًا بما يكفي لدمجه بسلاسة في هيكل السيارة. وهذا يعني تقليل أو حتى إزالة الأجزاء الميكانيكية الدوارة، وهو تحول يتماشى مع توجه الصناعة التدريجي نحو حلول الليدار ذات الحالة الصلبة، بدلًا من هياكل الليزر الحالية. يوفر نظام الليدار ذو الحالة الصلبة، الخالي من الأجزاء المتحركة، حلًا صغير الحجم وموثوقًا ومتينًا، يتناسب تمامًا مع المتطلبات الجمالية والوظيفية للمركبات الحديثة.
2. حلول LiDAR المدمجة
مع تطور تقنيات القيادة الذاتية في السنوات الأخيرة، بدأ بعض مصنعي أجهزة الليدار بالتعاون مع موردي قطع غيار السيارات لتطوير حلول تدمج هذه الأجهزة في أجزاء من المركبة، كالمصابيح الأمامية. لا يقتصر دور هذا الدمج على إخفاء أنظمة الليدار والحفاظ على المظهر الجمالي للمركبة، بل يستفيد أيضًا من الموقع الاستراتيجي لتحسين مجال رؤية الليدار ووظائفه. ففي سيارات الركاب، تتطلب بعض وظائف أنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS) تركيز الليدار على زوايا محددة بدلًا من توفير رؤية شاملة بزاوية 360 درجة. أما في مستويات القيادة الذاتية الأعلى، كالمستوى الرابع، فتستلزم اعتبارات السلامة مجال رؤية أفقيًا بزاوية 360 درجة. ومن المتوقع أن يؤدي ذلك إلى تكوينات متعددة النقاط تضمن تغطية كاملة حول المركبة.
3.خفض التكاليف
مع نضوج تقنية الليدار وتوسع نطاق إنتاجها، تتراجع التكاليف، مما يجعل دمج هذه الأنظمة في مجموعة أوسع من المركبات، بما في ذلك الطرازات متوسطة المدى، أمراً ممكناً. ومن المتوقع أن يُسهم هذا الانتشار الواسع لتقنية الليدار في تسريع تبني ميزات السلامة المتقدمة والقيادة الذاتية في سوق السيارات.
معظم أجهزة الليدار الموجودة في السوق اليوم هي أجهزة ليدار 905 نانومتر و1550 نانومتر/1535 نانومتر، ولكن من حيث التكلفة، فإن 905 نانومتر لها الأفضلية.
· تقنية LiDAR بطول موجي 905 نانومتربشكل عام، تُعد أنظمة LiDAR ذات الطول الموجي 905 نانومتر أقل تكلفةً نظرًا لتوافر مكوناتها على نطاق واسع وعمليات التصنيع المتطورة المرتبطة بهذا الطول الموجي. هذه الميزة السعرية تجعل أنظمة LiDAR ذات الطول الموجي 905 نانومتر جذابة للتطبيقات التي لا تُعتبر فيها المسافة وسلامة العين من العوامل الحاسمة.
· ليدار 1550/1535 نانومترتميل مكونات أنظمة 1550/1535 نانومتر، مثل الليزر وأجهزة الكشف، إلى أن تكون أغلى ثمناً، ويعود ذلك جزئياً إلى قلة انتشار هذه التقنية وتعقيد مكوناتها. مع ذلك، قد تبرر مزايا السلامة والأداء ارتفاع التكلفة في بعض التطبيقات، لا سيما في القيادة الذاتية حيث يُعدّ الكشف بعيد المدى والسلامة أمراً بالغ الأهمية.
[وصلة:اقرأ المزيد عن المقارنة بين تقنية الليدار 905 نانومتر وتقنية الليدار 1550 نانومتر/1535 نانومتر]
4. زيادة الأمان وتحسين أنظمة مساعدة السائق المتقدمة
تُحسّن تقنية LiDAR بشكلٍ ملحوظ أداء أنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS)، مما يُزوّد المركبات بقدرات دقيقة لرسم خرائط البيئة المحيطة. وتُحسّن هذه الدقة ميزات السلامة مثل تجنّب الاصطدام، واكتشاف المشاة، ونظام تثبيت السرعة التكيفي، مما يدفع الصناعة نحو تحقيق القيادة الذاتية الكاملة.
الأسئلة الشائعة
في المركبات، تُصدر مستشعرات الليدار نبضات ضوئية ترتد عن الأجسام وتعود إلى المستشعر. ويُستخدم زمن عودة هذه النبضات لحساب المسافة إلى الأجسام. وتساعد هذه المعلومات في إنشاء خريطة ثلاثية الأبعاد مفصلة لمحيط المركبة.
يتكون نظام LIDAR النموذجي للسيارات من ليزر لإصدار نبضات ضوئية، وماسح ضوئي وبصريات لتوجيه النبضات، وكاشف ضوئي لالتقاط الضوء المنعكس، ووحدة معالجة لتحليل البيانات وإنشاء تمثيل ثلاثي الأبعاد للبيئة.
نعم، يمكن لتقنية الليدار اكتشاف الأجسام المتحركة. فمن خلال قياس تغير موقع الأجسام بمرور الوقت، تستطيع تقنية الليدار حساب سرعتها ومسارها.
يتم دمج تقنية الليدار في أنظمة سلامة المركبات لتعزيز ميزات مثل التحكم التكيفي في السرعة، وتجنب الاصطدام، واكتشاف المشاة من خلال توفير قياسات دقيقة وموثوقة للمسافة واكتشاف الأجسام.
تشمل التطورات المستمرة في تكنولوجيا الليدار للسيارات تقليل حجم وتكلفة أنظمة الليدار، وزيادة مداها ودقتها، ودمجها بسلاسة أكبر في تصميم ووظائف المركبات.
يُعدّ ليزر الألياف النبضي بطول موجي 1.5 ميكرومتر نوعًا من مصادر الليزر المستخدمة في أنظمة الليدار الخاصة بالسيارات، حيث يُصدر ضوءًا بطول موجي يبلغ 1.5 ميكرومتر. ويُنتج هذا الليزر نبضات قصيرة من ضوء الأشعة تحت الحمراء تُستخدم لقياس المسافات عن طريق ارتدادها عن الأجسام وعودتها إلى مستشعر الليدار.
يُستخدم الطول الموجي 1.5 ميكرومتر لأنه يوفر توازناً جيداً بين سلامة العين واختراق الغلاف الجوي. تُعدّ أشعة الليزر في هذا النطاق الموجي أقلّ ضرراً على العين البشرية من تلك التي تُصدر أطوالاً موجية أقصر، كما أنها تعمل بكفاءة في مختلف الظروف الجوية.
رغم أن أداء الليزر ذي الطول الموجي 1.5 ميكرومتر يتفوق على الضوء المرئي في الضباب والمطر، إلا أن قدرته على اختراق العوائق الجوية لا تزال محدودة. ويكون أداؤه في الظروف الجوية السيئة أفضل عموماً من الليزر ذي الطول الموجي الأقصر، ولكنه ليس بنفس فعالية الليزر ذي الطول الموجي الأطول.
على الرغم من أن ليزرات الألياف النبضية بطول موجة 1.5 ميكرومتر قد تزيد في البداية من تكلفة أنظمة الليدار نظرًا لتقنيتها المتطورة، إلا أنه من المتوقع أن تؤدي التطورات في التصنيع وتوفير التكاليف على نطاق واسع إلى خفض التكاليف بمرور الوقت. وتُعتبر مزاياها من حيث الأداء والسلامة مبررة للاستثمار. إن الأداء المتميز وميزات السلامة المحسّنة التي توفرها ليزرات الألياف النبضية بطول موجة 1.5 ميكرومتر تجعلها استثمارًا مجديًا لأنظمة الليدار في السيارات..