上期給大家分享了一個(gè)無(wú)人機(jī)躲避障礙物并自行規(guī)劃飛行路線的視頻。

在視頻中，無(wú)人機(jī)可以自動(dòng)檢測(cè)障礙物并且自動(dòng)躲避以防止事故發(fā)生。

既然都說(shuō)了這期展開(kāi)講講，那填坑這種事兒，這次一定！

這種技術(shù)，就是無(wú)人機(jī)“自動(dòng)避障”系統(tǒng)（Obstacle Avoidance）。

無(wú)人機(jī)在自動(dòng)飛行的過(guò)程中遇到障礙物時(shí)，通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)量的方式自動(dòng)識(shí)別、有效規(guī)避障礙物，來(lái)保障安全飛行。

它最直接的好處就是，能夠很大程度上減少因?yàn)槿藶槭韬龌蛲獠扛蓴_造成的炸機(jī)事故。

既避開(kāi)了飛行途中的障礙物，也避開(kāi)了不必要的麻煩。

倘若無(wú)人機(jī)在飛行中撞上了障礙物，那么這將會(huì)是一場(chǎng)代價(jià)昂貴的教訓(xùn)。（別問(wèn)我怎么知道）

自動(dòng)避障的實(shí)現(xiàn)路徑

無(wú)人機(jī)自動(dòng)避障系統(tǒng)的運(yùn)行可分為三個(gè)階段。

一是感知障礙物；二是繞過(guò)障礙物；三是路徑搜索。

也就是無(wú)人機(jī)從發(fā)現(xiàn)障礙物，到可以自動(dòng)繞開(kāi)障礙物，再到自動(dòng)規(guī)劃飛行路線的過(guò)程。

第一階段，無(wú)人機(jī)感知到障礙物，快速地識(shí)別后并懸停下來(lái)，等待下一步指令。

第二階段，無(wú)人機(jī)通過(guò)傳感器精確感知到障礙物的具體輪廓，然后自主繞開(kāi)障礙物。

第三階段，無(wú)人機(jī)通過(guò)獲取的環(huán)境信息，利用算法自動(dòng)規(guī)劃出飛行線路，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)自動(dòng)避障的功能。

感知障礙物

作為自動(dòng)避障系統(tǒng)的第一階段，快速的對(duì)環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，并獲取場(chǎng)景中障礙物的信息至關(guān)重要。

當(dāng)前用得較多的感知障礙物的檢測(cè)方法主要有：

超聲波技術(shù)

這個(gè)方法的原理類似蝙蝠識(shí)別障礙物，是最簡(jiǎn)單的測(cè)距系統(tǒng)。

因?yàn)榧夹g(shù)成本低，操作方便，目前很多無(wú)人機(jī)的避障技術(shù)都來(lái)源于它，在無(wú)人機(jī)上加裝定向的超聲波發(fā)射和接收器，然后將其接入飛控系統(tǒng)。

一般來(lái)說(shuō)，超聲波的有效距離是5m，對(duì)反射物體的材質(zhì)也有限制。

如果物體表面反射超聲波的能力不足， 避障系統(tǒng)的有效距離也會(huì)降低。

紅外/激光TOF

TOF是Time of flight的簡(jiǎn)寫，直譯為飛行時(shí)間。

基本原理就是傳感器發(fā)射一定頻率的紅外/激光信號(hào)，然后根據(jù)反射信號(hào)與原信號(hào)來(lái)計(jì)算出障礙物有多遠(yuǎn)。

TOF系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)，會(huì)受到太陽(yáng)光的干擾。一般情況下，TOF測(cè)量距離最大可以到10m，如果有強(qiáng)光干擾只能到5m。

零度公司的Xplorer 2無(wú)人機(jī)，采用的就是TOF測(cè)距方案。 （無(wú)人機(jī)上的“蘑菇頭”就是自動(dòng)避障模塊）

雙目視覺(jué)

這個(gè)方法運(yùn)用了人眼估計(jì)距離的原理，即同一個(gè)物體在兩個(gè)鏡頭畫面中的坐標(biāo)稍有不同，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換即可得到障礙物的距離

通過(guò)雙目視覺(jué)方法可以獲得障礙物的信息圖像，在光照條件較差的環(huán)境下也能精準(zhǔn)識(shí)別，準(zhǔn)確度可以達(dá)到厘米級(jí)。

大疆的精靈4 就采用了雙目避障，能夠識(shí)別最近0.7m、最遠(yuǎn)15m的障礙物。

最新發(fā)布的御3采用的則是全向雙目視覺(jué)系統(tǒng)，以機(jī)身底部的紅外傳感作為輔助。

各個(gè)方向上有效感知障礙物的范圍從0.5m到25m不等。

與前兩種方式相比，雖然雙目視覺(jué)也對(duì)光線有要求，但是對(duì)于反射物的要求要低很多，也不會(huì)互相干擾，普適性更強(qiáng)。

而且雙目視覺(jué)可以在小體積、低功耗的前提下，獲得眼前場(chǎng)景高分辨率的深度圖。

這就讓避障功能有了更多的發(fā)展空間，比如避障之后的智能飛行、路徑規(guī)劃等。

規(guī)劃路徑繞過(guò)障礙物

既然發(fā)現(xiàn)了障礙物，那下一步，顯然是要安全高效的繞過(guò)去。

前面我們已經(jīng)提過(guò)，通過(guò)TOF測(cè)距和雙目視覺(jué)測(cè)距方式，可以感知獲取到障礙物的場(chǎng)景信息。

接下來(lái)就需要讓無(wú)人機(jī)繞過(guò)障礙物，繼續(xù)完成預(yù)定飛行計(jì)劃。

通過(guò)已知場(chǎng)景路徑，用層出不窮的算法去搜索優(yōu)化避障路徑，正是進(jìn)一步研究自動(dòng)避障的關(guān)鍵所在。

由于方法過(guò)多、過(guò)于復(fù)雜，這里就不再展開(kāi)，有興趣的小伙伴自行查閱資料。

圖片來(lái)源 × 知網(wǎng)

自動(dòng)避障的必要性

在如今大家常見(jiàn)的消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)中，“自動(dòng)避障”技術(shù)已經(jīng)成為了標(biāo)配的功能。

有些人覺(jué)得既然把無(wú)人機(jī)飛到高空，那自動(dòng)避障豈不是很沒(méi)有必要。

對(duì)于消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)而言，在飛友手中的用途主要以航拍為主。

飛手拍攝 “上帝視角”時(shí)，無(wú)人機(jī)飛得越高，障礙物越少，自動(dòng)避障的用處好像并不是很大。

但在行業(yè)內(nèi)，無(wú)人機(jī)除了用于航拍外，更多的還是用于測(cè)繪勘探、應(yīng)急救援、農(nóng)業(yè)植保等復(fù)雜場(chǎng)景。

在這些應(yīng)用場(chǎng)景中，有的已經(jīng)開(kāi)始利用地面站集中管理，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的自動(dòng)化自動(dòng)噴灑或監(jiān)察任務(wù)。

因此，對(duì)“自動(dòng)避障”的要求就變得更高，有時(shí)差之毫厘，就可能與預(yù)期差之千里。

相信隨著無(wú)人機(jī)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展， “自動(dòng)避障”的黑科技可以更加智能、應(yīng)用的更加廣泛，為無(wú)人機(jī)提供技術(shù)保障，減少發(fā)生意外事故的風(fēng)險(xiǎn)。

那等到這種技術(shù)普及了，就可以跟炸機(jī)說(shuō)再見(jiàn)了嘛？我看不見(jiàn)得。

炸機(jī)風(fēng)險(xiǎn)一直都在，選擇一份無(wú)人機(jī)安全風(fēng)險(xiǎn)保障也很重要。