自动驾驶激光雷达中常说的“线”是个啥？

[首发于智驾最前沿微信公众号]在自动驾驶领域，激光雷达（LiDAR）常被贴上“16线”、“32线”、“64线”乃至“128线”的标签，这里的“线”并不是公路上的车道线，而是指传感器在一次完整旋转中所发射并接收的激光束组数，也可直观地理解为垂直方向上的扫描层数。每一“线”代表一束激光，它们在安装于旋转头部的发射阵列上按照不同的垂直仰角分布，当传感器旋转时，这些激光束按预定轨迹在空间中绘制出多层次的测距线。雷达收到回波后，通过计算光脉冲往返时间来获取目标距离，结合旋转角度和垂直角度参数，就能拼接出一幅三维的点云图。线数越多，同一时间内对目标环境进行采样的垂直层数就越丰富，点云在竖直方向上的分辨能力也就越高，这直接影响了自动驾驶系统对障碍物、路缘、标志物等细节特征的识别与定位效果。

线数的提升不仅会增加垂直方向的采样层面，也可以带动整体点云数量的飞跃。以常见的64线激光雷达为例，如果它每秒旋转20圈，每圈产生的水平方向回波点与角度分辨率均为1°，那么单秒数据量便可超过64×360×20≈460 800个测距点；而16线设备在相同条件下仅有四分之一的数据量。更多的点意味着在渲染道路三维模型时能更清晰地勾勒出低矮护栏、积水坑洼、道路坑洞等细微变化，也能更准确地捕捉行人、骑行者等小目标的轮廓。对于需要精确感知例如上下坡道、立交桥下以及雨雪覆盖的复杂路面地形等高低差的场景，高线数激光雷达能够提供更丰富的垂直细节，从而帮助规划模块生成更加安全、平顺的行驶路径。

当然，线数并不是衡量一款激光雷达性能的全部指标，还要结合垂直视场（Vertical Field of View，VFOV）来看。线数决定了垂直层数，而VFOV则决定了这些层数在空间中覆盖的角度范围。低线数雷达通常VFOV较窄，可能仅在±10°范围内，而高线数雷达则可扩展至±25°甚至±40°，这意味着在俯仰变化较大的高速匝道或多层立体停车库中，高线数加宽VFOV的组合能让传感器兼顾地面和高处结构的感知。此外，激光束的垂直角度分布是否均匀，也会决定同样线数的雷达在不同仰俯角区域的感知密度是否一致。因此，在选择激光雷达时，除关注线数，还应查看具体的VFOV参数与激光束排列方式，才能确保在所需场景下获得理想的覆盖效果。

线数提升必然带来更高的成本和更大的功耗。多通道光学发射接收单元、复杂的光学元件设计以及更强的信号处理能力，都让高线数激光雷达在硬件层面需要付出更高代价。对于整车厂而言，部署高线数雷达意味着不仅要承担传感器本身的采购成本，还要在车体设计、电源管理、热管理等方面进行额外投入。多通道同时工作的雷达也要消耗更多电量，同时系统还要确保采集后的海量点云能够被车载计算平台实时处理，这对算力与散热设计提出了更高要求。因此，在不同级别的自动驾驶解决方案中，厂商往往会根据性能需求和成本预算，在16线到128线之间做出平衡，高速公路场景倾向于使用64线以上，而城市低速或泊车辅助场景则用32线或更低线数即可满足。

大量点云数据的产生，也对感知算法和车载计算平台提出了挑战。点云预处理（如去除噪声点、下采样）、特征提取、目标检测、跟踪与分类等算法，都需要在毫秒级的时间窗口内完成。高线数点云虽然能提供更精细的三维信息，但也意味着更大的数据吞吐量和更高的存储带宽需求。为此，现代自动驾驶系统通常在硬件层面配备FPGA、GPU或专用AI芯片，对点云进行并行化处理、稀疏化压缩和特征编码，并结合深度学习模型来提取障碍物与路面特征。在算法设计上，还会针对不同线数的点云数据训练专用模型：低线数模型侧重于补偿稀疏性、高线数模型则更关注如何从稠密点云中提取微小目标，使得不同配置的自动驾驶系统都能达到可靠的环境感知。

在多传感器融合的架构中，激光雷达的线数选择也影响整体感知策略。自动驾驶系统通常会将LiDAR与毫米波雷达、摄像头、超声波和惯性测量单元（IMU）等多种传感器数据进行融合，摄像头负责识别交通标志、车道线及颜色信息；毫米波雷达在雨雪雾等恶劣天气中保持稳定的距离测量；激光雷达则凭借三维点云提供精准的空间轮廓。若采用低线数LiDAR，则需更依赖毫米波雷达在远距或不良天气下的补偿；而高线数LiDAR可在多数常见场景中独立完成对静态与动态目标的高精度检测，但也会带来更大的数据流量和融合算法复杂度。因此，实际项目中往往根据级别需求及预算，在不同车系或功能域（高速巡航、城市接驳、自动泊车）之间采用多线数并存的混合方案，以兼顾性能与成本。

其实固态激光雷达正逐渐成为行业趋势，为实现更高线数、更宽VFOV、更小体积、更低成本的目标提供了新思路。固态设计取消了旋转部件，靠光学相控阵或微机电系统（MEMS）进行电子扫描，既提升了可靠性，也为高线数集成提供了可能。虽然目前固态产品在通道数和扫描频率上仍略低于机械旋转式雷达，但随着芯片与光学设计的进步，32线、64线固态LiDAR将很快实现量产并向更高线数演进。届时，自动驾驶系统将能在更紧凑的车身空间内部署多台固态高线数雷达，通过覆盖不同方位和高度，实现对环境的全方位、实时感知，为L4、L5级别的完全自动驾驶打下坚实基础。

总之，“多少多少线”是衡量激光雷达采样密度与感知能力的重要指标，但并非孤立存在。除了线数，还要综合考量VFOV、扫描频率、算法适配、系统成本与功耗，以及多传感器融合策略等多方面因素。只有将激光雷达的线数选择纳入整体自动驾驶系统设计中，才能在保证环境感知精度的同时，实现整车的经济可行与规模化落地。随着固态雷达、AI加速器与算法优化技术的持续推进，未来高线数激光雷达将更普及，也将推动自动驾驶向更高等级的安全与智能迈进。

审核编辑 黄宇