激光探测器（LiDAR）用于交通环境感知的专利分析

激光探测器（LiDAR）用于交通环境感知的专利分析

王胜

国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心  天津  300000

摘要：环境感知设备是车辆的“眼睛”，汽车在行驶过程中不断获取感知环境信息是车辆进行运动控制的前提，环境感知的全面准确性是无人驾驶车辆必要技术保障，本文对于车辆环境感知需要的传感器尤其激光探测器（LiDAR）设备进行介绍，简要介绍车载激光探测器环境感知的关键技术，对车载激光探测器设备环境感知的专利申请进行了检索统计，分析了该领域专利的申请量年度分布和重要申请人。

关键词：LiDAR；环境感知；专利分析

1概述

驾驶系统主要包含感知，决策和控制这三个模块，这三个模块对应生物系统的眼睛，大脑和四肢。感知系统负责获取周围障碍物和道路的信息，通过在车辆上设置的传感器（包括摄像头/激光雷达/毫米波雷达）感知车辆周围环境信息，获取周围障碍物和道路的信息，决策系统根据获取的环境信息决策下一步系统的动作，控制系统负责根据决策执行动作，使车辆采取相应动作实现自动驾驶。环境感知通过传感器感知车辆周边的障碍物包括路人、其他车辆、道路上交通装置，以及车辆可行驶区域、交通信号等，这其中需要采用各种传感器包括激光雷达、摄像头、毫米波雷达。无人驾驶车辆需要根据环境感知得到的信息来确定车辆所处环境，因此环境感知设备对于交通环境感知具有重要作用。

2激光雷达介绍

本文主要关注激光探测器用于交通环境感知的应用，其中环境感知设备主要包括激光探测器，摄像头和毫米波雷达这三种主要的环境感知设备，不同类型的传感器采用不同感知方式，适用于不同感知环境，这里对激光探测器进行介绍。

激光探测器（LiDAR）是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号（激光束），然后将接收到的从目标反射回来的信号（目标回波）与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。激光探测器可以精确的感知物体的距离和形状，适用于近距离的目标检测，其测距精度高、实时性好、抗干扰能力强。

20世纪60年代起，激光探测器技术开始逐渐发展，激光探测器可以用于获取环境三维信息，在目标定位、地形测绘、环境感知领域逐渐引发关注。无人驾驶车辆对空间环境的感知十分依赖于环境感知设备，进行环境信息的采集。各种信息数据的分析与处理共同实现车辆周围环境数据的获取，并利用各种算法处理数据进行环境目标的识别，从而进行无人驾驶车辆的环境感知。这其中激光探测器设备属于最为常用的环境感知设备，激光探测器在各种车辆上配置以进行环境感知也逐渐成为判断车辆是否具有优秀感知能力的标准，具有激光探测器设备的车辆具有更强的环境感知能力逐步成为行业共识。本田在1998年的申请US19980134522A请求保护一种无人驾驶控制系统，在道路环境中的无人驾驶控制系统中，执行车辆的自动转向，基于障碍物检测信号、车辆位置信号、道路数据和用于无人驾驶的交通信息信号来确定行驶命令和行驶路线；整体计划ECU首先基于来自激光探测器的关于位于车辆前方的障碍物的信息和来自通信装置的车辆前方预定距离中的道路信息或交通信息，通过行驶指示处理来决定诸如车道的车道保持或车道变换的行驶命令。后续随着无人驾驶技术的不断发展，各个公司均开展了对于无人驾驶车辆中涉及激光探测器设备的专利申请。在此，对于涉及激光探测器设备的专利申请进行检索分析。

3专利申请量趋势分析

经充分检索发现，2008年前关于激光探测器交通环境感知专利申请数量较少，选择2009-2023年间公开的专利进行分析，图1为激光探测器交通环境感知方面申请量趋势图， 2018年前专利申请公开数量始终不高，随着无人驾驶技术的不断发展，激光探测器在无人驾驶车辆上的应用也得到广泛研究，与此同时激光探测器与无人驾驶结合的专利申请数量也有长足的增长。无人驾驶车辆的研究上国内起步较晚，但随着国内对于无人驾驶车辆的研究逐渐深入，对于激光探测器的研究也逐步得到重视。这点也可以从国内车辆逐渐配置激光探测器进行环境感知的流行上得到印证，在2022年申请数量达到734，其中专利申请方向包括激光探测器在车辆感知的具体应用、激光雷达数据处理、激光雷达与其他环境感知设备的融合，相应技术提高了激光探测器用于无人驾驶车辆环境感知的全面与准确性。

图1 激光探测器设备专利申请趋势

图2 车载激光探测器设备专利申请来源国

图2是全球车载激光探测器设备专利的主要申请国，经过近期申请数量的不断增长，目前中国申请专利数量以1143件位居首位，这也是国内申请量在近几年不断增长后的结果，美国专利申请量位居第二，欧洲、韩国、日本申请量也位居前列，图中可以看出对于无人驾驶激光探测器设备美、日、韩等国家均已经有一定的研究及专利申请。

图3国内车载激光探测器设备申请人类型分布

下面重点关注国内相应专利数据，图2反映了国内自动驾驶激光探测器设备申请人的主要类型，这其中企业专利申请量占比达到了79%，占据首位，大专院校、科研单位、个人申请人占比分别为15%、5%、1%，能够看出目前自动驾驶激光探测器设备的研究仍以企业为主体，大专院校、科研单位的相应研究仍需进一步深入。

4重要申请人及相关专利分析

图4为激光探测器设备专利申请的重要申请人。根据申请数量排名前十位的分别是慧摩（美）、百度、因美纳（美）、OPSYS（以）、华为、速腾、通用（美）、Uber（美）、禾赛科技、ARGO（美），申请主体全部为公司，且均为市面上常见激光雷达或车辆技术相关公司，可见专利申请情况与市场分布情况基本相近。前十名申请人中，包括4个国内申请人，5个美国公司。

总体看来，国外申请人对于激光雷达设备专利申请较早，在激光探测器设备构成、数据处理技术拥有一定专利规模，国内申请人对于激光探测器设备专利申请起步较晚，现阶段自动驾驶激光探测器设备的专利集中于激光探测器数据处理，这也是目前百度、华为等国内公司重点申请方向，在未来一段时间内激光雷达设备环境感知技术仍将处于高速发展阶段，希望国内申请人保持对于激光雷达设备环境感知技术的投入，突破激光探测器设备相关技术的专利壁垒。

图4 全球重要申请人申请量

图5 全球重要申请人专利申请量趋势

图5为无人驾驶激光探测器技术全球申请人申请趋势分布。从图可以看出，排名靠前的申请人整体上申请量也呈现出稳定增长的趋势，从2018年开始，专利申请量出现比较明显的提升，这是由于无人驾驶技术的研究逐步深入，激光探测器设备的应用有着较大需求。整体上看，2015年前全球申请以国外申请人为主，这是由于国外车辆发展较早，自动驾驶技术研发起步早，促进了相关感知技术的研发。2015年后，中国申请人进入市场并取得了巨大进步，专利申请量大幅提升，已经成为无人驾驶激光探测器设备行业的巨大支撑，但国外申请人仍保有较大数量的专利。

5总结

本篇文章采用近10年专利申请数据为样本，经检索获取数据后简要分析了车载激光探测器设备环境感知技术的申请趋势以及重要申请人。希望上述分析有助于本领域技术人员对激光探测器用于交通环境感知的专利情况的了解，为相应领域从事人员提供一定指导。