追光者

苏小张2021-03-13 12:24

经济观察报 苏小张/文

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光可以完成一次15厘米的折返跑。人可以做什么?

李远和他的团队做的事情是,如何在这段时间内,控制光,解读它带回的信息,并作出反应。

控制装置是一个黑盒子,平面只有A4纸的八分之一大,还要抗震、抗高温、抗低温,通过各种各样的环境测试,“最重要的,”李远变了一个声调,沮丧又带着疲惫,“还要便宜。”

黑盒子叫激光雷达。虽然早在1886年德国物理学家海因里希·赫兹就发现了它的基本原理,但直到2021年,它才做好准备走进人们的寻常生活。2021年被称为“自动驾驶元年”。它找到了更好的载体。

这是一场不亚于个人电脑所带来的信息科技革命,美国和中国是走在前列的两个国家。传统汽车巨头、不断崛起的造车新势力、头部科技互联网公司,纷纷入局,正展开一场看不见的“军备竞赛”,努力尽快让人的双手离开方向盘。

激光雷达是自动驾驶的眼睛,自动驾驶能够进化到何种阶段,取决于人类在控制时间这项技术上的极限。李远说,“你能多精确地控制光,你的技术优势就有多强。”

对于光的控制技术,李远并不陌生。他在北京交通大学的本科、硕士、博士读的都是光电子专业,硕士更是师从中国发光学奠基人之一的徐叙榕院士。2008年,李远进入美国维克森林大学(WakeForestUniversity)读博士,毕业后在美国一所大学担任高级科学家(SeniorResearchScientist),但内心对把科研成果变成产品的野望让他无法安分。2014年前后,一股机器人、无人机、自动驾驶的创业热潮,在美国和中国几乎同时兴起,这让他觉得,他对激光雷达的技术积累到了大展身手的时候。2015年,李远回国创立北醒。这家公司是目前中国最顶尖的激光雷达厂商之一。

北醒成立的那段时间,全球最顶尖的激光雷达供应商美国VelodyneLi-dar刚刚独立,目前,它服务全球300多家客户,一度拿下市场80%的订单。2020年9月,VelodyneLidar登陆纳斯达克,成为全球激光雷达第一股。两个多月后,来自硅谷的激光雷达新锐Luminar也登陆纳斯达克,市值一度超百亿美元,其创始人仅26岁。同时,中国的商业激光雷达公司也开始走上前台。

当资本和市场都在关注无人机、机器人、自动驾驶的风口时,一场围绕激光雷达的竞赛业已开始。

李远走了一段不长不短的弯路后,才让北醒走上目前的赛道:轨道交通。它包括:高铁、城轨、货运铁路以及各种铁路专用线。他说,“轨道交通自动驾驶是目前验证自动驾驶路线的第一个落地场景,这也是公司当下为自动驾驶汽车做的布局。”

不过,在2014年前后,很多东西李远并没看懂,只是觉得,激光雷达要动起来了。但当时目标也很明确,就专注于激光雷达,别的什么都不做。

激光雷达的本质是通过测距和测角实现3D感知的功能,前者只需要进行距离的精准反馈,主要应用场景在工厂,比如自动化生产、搬运等,成本低,技术含量也低;后者对应的才是自动驾驶、无人机、机器人等更具爆点的应用场景,但对技术、成本控制的要求都比较高。李远据此划分了包含了测距测角的3D激光雷达和测距模组两类产品。

北醒成立后的第一个订单来自一家国内的无人机公司,但李远后来发现,在无人机、机器人领域,技术和成本的矛盾让公司很难在短时间内跑通商业闭环。他说,“创新是有成本的,自动驾驶其实一个很贵的技术。”

如果是单辆车、单架无人机的智能,直接买单的是个体消费者,但对于大交通的智能,直接买单的是政府,它需要社会运力的大幅提升和跃迁,投资与运营主体一致。在商业模式上,一个是小账的闭环,一个是大账的闭环。

北醒调整了“轨道”。中国每年大幅增加的交通路网投资为其提供了足够广阔的蓝海。

李远形容轨道交通雷达是一个“明珠级”的技术领域。它要求,一列火车在以时速200公里甚至300公里以上的高速行驶时,能将厘米级的障碍物探测出来,传回列车上的中央控制系统,并自动发出采取规避指令,而这个过程要在高速行驶的列车碰到障碍物之前完成。

2021年3月初,中国发布的《国家综合立体交通网规划纲要》称,至2035年,铁路网总规模将达到20万公里,此外还要推进100个综合立体交通枢纽,以及80个邮政快递枢纽建设等。国家高速公路网规模规划则预计未来将达到16万公里左右。

政府对交通基建的大规模投资,既是为了拓展运力的边界,也是为了提升跨域辐射的效率。

在交通领域,人们经常会遇到“幽灵堵车”现象。比如,即便是在北京少有出口的一段环路上,人们同样会遇到莫名其妙的堵车。

麻省理工学院的数学家们试图通过模型找到了“幽灵堵车”的原因:环路上的司机都无法得知其他车辆区域的情况,相应地便做出不同的降速反应,堵车也就产生了。

李远说,“这说明,在交通中,让每个人每辆车都分别做决策,反而会导致运载效率的降低。解决方案是,交给一个智能的中央计算系统来处理。就像工厂里的传送带。”他要做的是,让世界上跑得最快的光来侦查路况,通过雷达装置来控制光,计算并做决策,从而提升每一辆车的运载效率。

这需要做到车路协同。“眼睛”不仅要长在车身上,还要长在路上;不仅车要变得聪明,路也要变得聪明。

一个聪明的道路智能系统应该做到三点:让整个道路充满了没有死角的感知系统;让所有的被感知信号能够传到计算端;计算端的数据能足够迅速和敏捷地反馈给车辆。一辆智能的车,也是如此。这需要的硬件是感知器、传输器、计算器,它们被分别安装在车和路的身上。3个硬件系统、2个物理载体,所有的智能驾驶技术,都需要在这5个要素组成的6个单元格内,在成本和商业化的控制下,寻找最优方案。

李远找出一张照片,是人们乘坐火车时会看到的最稀松平常的场景。在一个隧道出入口,上方用一张大铁丝网或尼龙网拉起来,然后被水泥钢筋固定在隧道上方的山体上。

每年,会有无数人乘坐火车时会遇到大风或雨雪天气,但也有极少数运气糟糕的人会在火车经过隧道口时,遇到山顶坠石。这是铁路系统和乘客最担心的突发状况,因此想尽办法进行“边坡预警”。通常,路段管理部门采取的是固定人工巡检的方式来排除这些隐患,但谁知道那块要命的石头会在什么时候掉落呢?

一个比人工更先进的解决办法是,在隧道口架设激光雷达,一旦出现状况,马上排查解决,让车顺利通行。那些昏暗的隧道内的情况也同样需要雷达。

这些原理说起来容易,但要再兼顾成本和技术,从无到有做出来标准化的产品就是另一回事了。

激光雷达的基本原理是把一束束激光打到周围物体上,然后反射回来进行识别。一束激光打出去再反回来,其实是一条线,线束越多意味着勾画出的物体轮廓越清晰。如果只看参数,激光雷达分传统的机械式和目前的固态或混合固态式,前者通常是几十线,最多到100多线,而后者起点就是300线,甚至600线。在探测距离上,前者是几十米到一百多米,后者是两百到四百米。前者使用寿命是5000-10000小时,而后者的技术架构设计,上来就是按照几万小时、几十万小时去设计,更适合车辆的复杂情况。

由于技术本身限制,体积庞大、成本高,传统机械式雷达很难在量产车上使用。因此固态式激光雷达会成为资本和市场最期待的突破方向。

而在轨道交通领域,由于车速更高,因此要求激光雷达不仅看得更远,看得更清楚,还需要更灵敏的反应。目前,激光雷达的技术也还在快速演进。

北醒目前能够量产级别的最先进的激光雷达参数是:黑色物体、300米、600线、一秒钟探测100万次。300米是探测距离,600线意味着清晰度。目前全世界真正能够拿出这个参数级别的雷达售卖的,还有一家国外公司。

为什么是黑色物体?因为按照雷达的原理,如果遇到的是黑色,有可能光反不回来,而雷达厂商要确保所有的光都能返回来,因此用黑色作为基准。

一秒钟探测100万次,是激光雷达的快速侦测能力的体现。这意味着完成一次探测时间只有1微秒,同时也意味着一微秒的时间内,雷达系统要完成从信号采集到计算处理再到系统反馈的全过程,而且最终处理的代码还要非常干净。

李远拿出了一张由北醒的雷达绘制出的路况图,它看起来非常炫,五颜六色,勾勒出了街道、绿化带、甚至旁边写字楼上窗户的轮廓。“很炫吧?很酷吧?但是它太占计算量了,而且很多信息对于自动驾驶来说是没有意义的干扰信息”,李远说。

接着,他展示了经过计算处理后的雷达图,五颜六色的图像少了很多,更像是简笔画。

李远说,“红色的是车,蓝色的是路边道,白色的都是和行驶没关系的。但是更突显出了对车、对道路的识别信息。当然,还可以更简洁一些,不要颜色了,直接写编号,比如这辆编号写成45342的,代表是货车。它传输的是结果数据,不再是图像数据。”

类似这样的数据处理,都需要在车辆的行驶中完成,对于轨道交通更是如此。如果把所有数据全部都传回中央系统计算,就太复杂、太慢了。因此需要雷达系统快速进行“边缘计算”。“中央计算”通常需要做更复杂的信息协调,更高阶的控制。比如,这辆车正常行驶,但雷达看见前面有人突然出现,那就需要减速。而“中央计算”对5G、物联网等基础设施配套,提出了更高要求。

“激光雷达是有灵魂的,”李远说。

要把这个具有灵魂的方盒子在国内造出来,难度超出了李远的想象。北醒刚创立时,李远发现除了方盒子外面的塑料壳和防风镜片,里面最核心的东西都需要从零开始。

北醒做的第一台激光雷达样机,从光路设计、信号提取、运行代码、结构改进、半导体元器件的组合等等,都是李远一个人画出图纸,再去找元器件进行加工组合的。

为此,北醒专门在北京郊区设了一个研发中心,用来生产做雷达设备的设备。李远的团队按照客户的需求,设计好产品,在这个研发中心里生产出来后,拿着样品再到南方的工厂,给人家看能否造出来。

最开始,激光雷达的核心零部件半导体主要是靠进口,但自2019年以后,情况变了。

李远只能在国内寻找能提供相关产品或技术的人,北京交通大学的校友资源和光电子专业资源帮了他。那些没有任何宣传的、甚至以数字代码称呼的科研院所被他找到,他把自己的图纸给他们,告诉他们大概的技术参数和成本。在那些科研院所允许的范围内,他拿到了想要的东西。

李远说,“最后发现其实还挺便宜的,而且技术上都是完全没问题。只是虽然都在国内,但大家却不容易找到彼此。”

李远拿起一个北醒的第二代激光雷达,说,这个上面已经没有任何一个国外的半导体及配件了,全都是国产的。而第一代产品除了外壳和防护镜,全是进口的。这些年真的是有很大变化。

最大的变化,是企业的生存和发展环境。李远创立北醒半年后,自己的积蓄就被耗光了,那个时候公司距离产品量产、找到商业模式都还一头雾水。但当时,其他几个原本都有着不错工作的公司创始成员,都已经没了退路。

李远回国决定创业的第一天,先后给两个师弟郑凯、冯钰志打电话,要他们辞掉工作一起创业。郑凯是学工业工程出身,在北交大上学时,是校学生会副主席,工作后,先后登上“胡润Under30s创业领袖”“福布斯30Under30精英榜”。李远说他,“浑身都是才华。”

贺兴华,北醒COO,原本在中国银行软件中心担任架构师,学生时代就跟李远搭班,李远把他请回来,帮公司做运营。还有疏达,比李远低两级的同系师弟,公派留法的光学博士,当时在全球前三的光电器件公司担任高级工程师,也被拉入团队,负责产品开发。

祁俊云,原来在中粮集团工作,被李远喊回来负责营销。前几年,公司熬得很痛苦,每次开完会,祁俊云都会说,“办法总比困难多。”还有冯钰志,北醒联合创始人,今年29岁。冯钰志是李远带的毕业设计,也是李远创建的学生社团的队长,2019创业邦30岁以下创业新贵。

创始团队中,李远最大,1983年出生,其他人都是85后。上大学时,李远是学弟学妹眼中的风云人物,品学兼优,还是系足球队队长,爱照顾人,人缘好,是个天生的老大哥。

2014年底,李远的钱已经快烧光了,一团乱麻。有一天,另一个当时在美国留学的师弟回国,在了解了李远和公司的情况后,问他,“师兄,你需要钱吗?其实我们家还是有点钱的。”李远马上回复他,“需要。”没有丝毫犹豫。

之后,这位师弟的老爸投了200万,算是北醒的第一笔天使投资。后来李远的一个老师也投了一笔钱。

2015年年底的一天,李远遇到了当时IDG资本的管理合伙人章苏阳、俞信华和投资经理奚玉湘。李远在一个微信群里问俞信华,“我们有个项目,感不感兴趣?”后来两人在公司附近找了个地方聊了聊。之后,IDG资本、顺为资本、凯辉汽车基金、凯思博资本、泰达资本及科沃斯就先后进入了。

李远说,这几年,科技的改变是一年一个新世界。2020年下半年时,轨道交通的智能化还只是刚起步,今年就不一样了,已经有好几条线路都是正式的线路,速度远超过去我们所能想象的。

据预测,仅中国市场,到2030年,轨道交通行业激光雷达市场规模有望达到140亿元。这还不包括眼下火热的自动驾驶领域,汽车产业每年还有千万台的规模,自动驾驶的激光雷达需求量更是可期可待。

2020年下半年,创立6年的北醒首次实现盈利。李远希望,公司2021年的实际交货量,可以让北醒拿到“中国轨道交通领域第一激光雷达供应商”的名头。目前,北醒需要释放的交货量,主要是以货运铁路和城铁为主。很快,在南方一家钢厂内,装有他们激光雷达的首条无人驾驶铁路就将投入使用。李远觉得,今年的目标应该是比较好实现的,而如果成了中国轨道交通领域的第一激光雷达公司,实际上也就是世界第一了。

虽然选择了轨道交通赛道,但自动驾驶爆点的到来,还是让李远决定投身其中。其实在2020年,一些国产汽车上已经装上了北醒的辅助驾驶雷达了。2016年,在颇受汽车行业关注的奥迪自动驾驶创新大赛上,北醒拿了冠军,当时用的就是李远刚做出来的一个固态式激光雷达样机。

刚创立北醒时,李远跟团队说,“我们都像大航海时代的探险家一样,都是朝着宝藏而去,结果最后发现的是一个新大陆。”

这个新大陆,是车的智能化,还是路的智能化,还是其他?

但无论哪一路径,都需要能够在极限边缘,控制光的人。

 

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