隨著物質(zhì)生活水平的逐漸提高，越來越多先進(jìn)的科技產(chǎn)品變成了人們的玩具?；叵霃那?，我們手里的玩具是紙飛機(jī)、彈珠玻璃，有錢的小孩可能會(huì)買得起氣彈槍；而一轉(zhuǎn)眼15、20年過去了，長大成人的我們，手里的玩物變成了手腕上的小型計(jì)算機(jī)，或者只有巴掌大小卻能錄制高幀率4K視頻的GoPro運(yùn)動(dòng)攝像機(jī)。

在所有的“玩物”中，無人機(jī)恐怕是最為昂貴、最不像玩具的一類。它們由電驅(qū)動(dòng)，通過多旋翼獲得升力飛行，機(jī)載了高清攝像頭可以用于航拍、地理測(cè)繪等多種用途。可以說，無人機(jī)因其便捷的使用方式和強(qiáng)大的功能，已經(jīng)從玩具升格，成為一款多用途的科技產(chǎn)品。

但是與此同時(shí)，無人機(jī)卻總是因?yàn)榘踩詥栴}，不合時(shí)宜地出現(xiàn)在各種社會(huì)新聞里。幾個(gè)月前，一架大疆無人機(jī)墜毀在美國總統(tǒng)居住地白宮的草坪上，引起了人們對(duì)于無人機(jī)安全操作的廣泛關(guān)注。美國空管機(jī)構(gòu)FAA也在過去一直因?yàn)橄嚓P(guān)問題，對(duì)于無人機(jī)的商業(yè)化使用進(jìn)行嚴(yán)格的管控，直到幾天前（2015年7月19號(hào)）才有第一個(gè)FAA允許的商用無人機(jī)快遞成功送出。

無人機(jī)想要繼續(xù)發(fā)展，除了續(xù)航、功能進(jìn)步之外，安全性也是不可小覷的方面。時(shí)間進(jìn)入2015年，世界上主要的消費(fèi)級(jí)、商業(yè)級(jí)無人機(jī)制造商都開始將“避障系統(tǒng)”（Obstacle Avoidance）當(dāng)做產(chǎn)品重點(diǎn)來提。今天，就來給大家介紹一下，目前市面上主流的無人機(jī)，比如大疆、Parrot等都分別采用了什么樣的自動(dòng)避障系統(tǒng)。

經(jīng)過走訪問詢，我們發(fā)現(xiàn)主流的電動(dòng)多旋翼無人機(jī)避障系統(tǒng)主要有三種，分別是超聲波、TOF，以及相對(duì)更復(fù)雜的，由多種測(cè)距方法和視覺圖像處理組成的復(fù)合型方法。

超聲波：一個(gè)比較形象的比喻就是蝙蝠。這種飛行類哺乳動(dòng)物，通過口腔中喉部的特殊構(gòu)造來發(fā)出超聲波，當(dāng)超聲波遇到獵物或者障礙的時(shí)候就會(huì)反射回來，蝙蝠可以用特殊的聽覺系統(tǒng)來接收反射回來的信號(hào)，從而探測(cè)目標(biāo)的距離，確定飛行路線。

超聲波是最簡(jiǎn)單的測(cè)距系統(tǒng)，絕大部分生活中遇到的測(cè)距系統(tǒng)都是使用的這種技術(shù)，最常見的就是汽車的倒車?yán)走_(dá)。在無人機(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)即可。

但是，超聲波在無人機(jī)避障系統(tǒng)的應(yīng)用中也有比較明顯的干擾問題。深圳零度無人機(jī)的CEO楊建軍指出，雖然超聲波避障系統(tǒng)不會(huì)受到光線、粉塵、煙霧，但在部分場(chǎng)景下也會(huì)受到聲波的干擾。其次，如果物體表面反射超聲波的能力不足，避障系統(tǒng)的有效距離就會(huì)降低，安全隱患會(huì)顯著提高。一般來說，超聲波的有效距離是5米，對(duì)應(yīng)的反射物體材質(zhì)是水泥地板，如果材質(zhì)不是平面光滑的固體物，比如說地毯，那么超聲波的反射和接收就會(huì)出問題。

對(duì)于無人機(jī)來說，這種超聲波系統(tǒng)應(yīng)該放在多個(gè)方向，比如放在前后左右四個(gè)方向，可以在懸停和飛行的時(shí)候?qū)χ車３直O(jiān)控；而放在機(jī)身下方和上方，則可以在起飛、下降以及降落的時(shí)候避免速度太快碰到障礙物或者地面。

TOF：通俗一點(diǎn)講，就是把前面的超聲波換成光。檢測(cè)方法有兩種一種是光的時(shí)間，另一種是光的相位。但是總的來說，都是把光打出去，然后檢測(cè)反射回來的光，進(jìn)而判斷無人機(jī)的周圍是否有障礙物，距離幾何等等。

零度最近展示的無人機(jī)TOF避障系統(tǒng)，使用的就是光相位檢測(cè)。和超聲波同樣，光波也會(huì)受到干擾，而目前城市環(huán)境下樓宇間的光污染，給TOF避障系統(tǒng)帶來了難題，系統(tǒng)發(fā)出的光，必須避開太陽光的主要能量波段，從而避免太陽光的直射、反射等對(duì)避障系統(tǒng)造成干擾。

至于TOF系統(tǒng)的有效距離，“目前，TOF在室內(nèi)測(cè)量距離最大可以到10米，室外強(qiáng)光干擾的話，5米左右吧。”楊建軍介紹稱。

在懸停狀態(tài)下，TOF系統(tǒng)會(huì)一直保持快速旋轉(zhuǎn)，每秒鐘旋轉(zhuǎn)2-5圈。這是因?yàn)?，在旋轉(zhuǎn)的過程中系統(tǒng)就可以完成對(duì)周圍有效半徑內(nèi)的360°范圍進(jìn)行快速掃描，從而用較快的速度發(fā)現(xiàn)障礙，然后對(duì)飛控系統(tǒng)發(fā)出調(diào)整位置的指令，避免對(duì)周圍的人或財(cái)物造成傷害；當(dāng)在飛行的過程中，TOF系統(tǒng)則會(huì)停止旋轉(zhuǎn)，只把光發(fā)射到前進(jìn)的方向上。固定方向的時(shí)候，在室外的有效距離可以增加到8-10米?！皩?duì)于一般無人機(jī)來說，美妙的飛行距離也就是10米左右，檢測(cè)到障礙物之后1秒的反應(yīng)時(shí)間，無人機(jī)可以用一個(gè)較大的加速度來停止前進(jìn)，這就足夠了，”楊建軍解釋道。

復(fù)合型、機(jī)器視覺避障系統(tǒng)：像大疆這樣全球知名度更高的無人機(jī)技術(shù)公司，在避障系統(tǒng)的選用上則更加先進(jìn)。大疆在2015年6月初推出了一個(gè)全新的官方智能避障系統(tǒng)“Guidance”，配套一個(gè)全新的可開發(fā)無人機(jī)平臺(tái)“經(jīng)緯”系列（Matrice 100）使用。

DJI Guidance

這套Guidance系統(tǒng)同樣可以在前、后、左、右和下，一共5個(gè)方向上進(jìn)行障礙識(shí)別，而識(shí)別的機(jī)制分為兩個(gè)部分，分比為是超聲波和機(jī)器視覺。也就是說，除了常規(guī)的超聲波模塊以外，5個(gè)方向上還專門放置了攝像頭用于獲取視覺圖像，然后直接傳輸?shù)綑C(jī)載的英特爾凌動(dòng)（Atom）Bay Trail處理器進(jìn)行計(jì)算處理。另外，進(jìn)入消費(fèi)級(jí)無人機(jī)市場(chǎng)時(shí)間較早的Parrot，也在跟英偉達(dá)（Nvidia）進(jìn)行避障方面的合作，同樣采用了包含機(jī)器視覺的復(fù)合型避障系統(tǒng)。

這種復(fù)合型避障系統(tǒng)，相對(duì)前兩種提到的模式來說技術(shù)含量更高一些。當(dāng)然在工作效率上也有一定的優(yōu)勢(shì)。Guidance系統(tǒng)配合大疆的Matrice 100無人機(jī)開發(fā)平臺(tái)使用，可以為更多與物聯(lián)網(wǎng)有關(guān)的商業(yè)化使用場(chǎng)景帶來幫助，比如停車場(chǎng)管理。在室內(nèi)GPS用于定位基本可以免談了，在地下停車場(chǎng)中光照條件一般不太好，而超聲波與機(jī)器視覺加起來，幾乎可以在任何照度下對(duì)多種材質(zhì)進(jìn)行較好的識(shí)別，從而對(duì)無人機(jī)在地下停車場(chǎng)封閉環(huán)境中的飛行提供更好的指導(dǎo)，識(shí)別的有效范圍可以顯著提升，準(zhǔn)確度往往可以達(dá)到厘米級(jí)。

盡管在本文中，我們看到了各種各樣技術(shù)先進(jìn)，頗有前景的避障系統(tǒng)。但截至目前為止，絕大多數(shù)市面上主流的消費(fèi)級(jí)無人機(jī)，比如大疆銷售量暴高的精靈（Phantom）系列，因?yàn)槌杀尽⒘慨a(chǎn)難度等方面的原因，目前仍然沒有官方推出的可用的避障系統(tǒng)。這時(shí)候，全世界的創(chuàng)客都坐不住了。

一家名為Panoptes的初創(chuàng)公司，為購買了大疆Phantom，又希望能夠用避障系統(tǒng)武裝自己的無人機(jī)的用戶提供了一套解決方案：eBumper4。這個(gè)產(chǎn)品已經(jīng)適配了Phantom系列無人機(jī)，以及3D Robotics公司的Iris無人機(jī)。它其實(shí)是給這些無人機(jī)更換了一個(gè)包含避障識(shí)別功能的機(jī)殼，把原裝的機(jī)殼換下來，再把eBumper4換上，經(jīng)過簡(jiǎn)單的調(diào)試，就可以為無人機(jī)加上避障功能。

還有更多個(gè)人身份的創(chuàng)客希望打造出普適性更高，價(jià)格更低廉的避障系統(tǒng)。早在2013年，就有幾位女性開發(fā)者使用夏普的紅外攝像頭、Arduino開發(fā)板，以及Parrot推出的SDK自己開發(fā)出了一個(gè)簡(jiǎn)易的避障系統(tǒng)。

目前，無論是企業(yè)級(jí)服務(wù)商提供的產(chǎn)品，如英特爾的RealSense實(shí)感攝像頭，還是個(gè)人創(chuàng)客用廉價(jià)的零件組裝出一套解決方案，避障系統(tǒng)進(jìn)入消費(fèi)級(jí)無人機(jī)的條件都已經(jīng)得到了滿足。如果生產(chǎn)廠商真的希望無人機(jī)能夠從硬核愛好者的玩物，變成能夠進(jìn)入千家萬戶的大眾商品，加入先進(jìn)的、商業(yè)級(jí)的避障系統(tǒng)肯定是接下來民用消費(fèi)級(jí)無人機(jī)的重要發(fā)展趨勢(shì)——重要性遠(yuǎn)高于更長的續(xù)航時(shí)間和更多的功能。

文章作者：光譜

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