一文讀懂無人機避障技術

無人機   自動避障技術

近年來，隨著多旋翼消費級無人機市場的飛速增長，其相關技術也正在發(fā)生日新月異的變革，以往多用于特種行業(yè)甚至軍用產(chǎn)品上的技術（如飛行控制、圖像傳輸、目標識別和跟蹤等）也越來越多地用于消費級無人機，使其越來越接近于自動化甚至智能化飛行機器人的概念。

在消費級無人機技術的諸多趨勢中，避障能力是實現(xiàn)自動化乃至智能化的關鍵環(huán)節(jié)，完善的自主避障系統(tǒng)將能夠在很大程度上減少因操作失誤造成的無人機損壞和傷及人身和建筑物的事故發(fā)生率，而從各消費級無人機廠商的新品和技術發(fā)展方向看，避障技術也將在未來幾年趨于完善并成為中高端消費級無人機的標配系統(tǒng)。

避障技術，顧名思義就是無人機自主躲避障礙物的智能技術。很多玩過無人機的小伙伴們都知道，有避障功能的無人機和沒有避障功能的無人機，可以說體驗是大不相同的！無人機自動避障系統(tǒng)能夠及時地避開飛行路徑中的障礙物，極大地減少因為操作失誤而帶來的各項損失。在減少炸機事故次數(shù)的同時，還能給無人機新手極大的幫助！

無人機避障技術的發(fā)展階段

根據(jù)目前無人機避障技術的發(fā)展以及其未來的研究態(tài)勢，無人機避障技術可分為三個階段，一是感知障礙物階段；二是繞過障礙物階段；三是場景建模 和路徑搜索階段。這三個階段其實是無人機避障技術的作用過程。從無人機發(fā)現(xiàn)障礙物，到可以自動繞開障礙物，再達到自我規(guī)劃路徑的過程。

第一階段，無人機只能是簡單地感知障礙物。當無人機遇到障礙物時，能快速地識別，并且懸停下來，等待無人機駕駛者的下一步指令！

第二階段，無人機能夠獲取障礙物的深度圖象，并由此精確感知障礙物的具體輪廓，然后自主繞開障礙物！這個階段是擺脫飛手操作，實現(xiàn)無人機自主駕駛的階段！

第三階段，無人機能夠?qū)︼w行區(qū)域建立地圖模型然后規(guī)劃合理線路！這個地圖不能僅僅是機械平面模型，而應該是一個能夠?qū)崟r更新的三維立體地圖！這將是目前無人機避障技術的最高階段！

感知障礙物

在前避障時代，消費級無人機的使用說明上都會標明必須在開闊場地飛行，而且應當盡量避免周圍有大量人群（當然，這也與當前技術和市場環(huán)境使得消費級無人機產(chǎn)品的可靠性較差有很大關系），因為一不小心操作失誤，或者在周圍有高大障礙物時啟動一鍵（低電壓、失控）返航，則有可能眼睜睜看著無人機傻傻地撞向那么明顯的障礙物，這是何等的回天乏力。為了降低這種事故的發(fā)生率，各廠商也都在卯足勁研發(fā)避障技術，而在實現(xiàn)方式上，大家的著眼點也都放在了一個方向——測量無人機到障礙物的距離。

我們可以很容易地想到，只要無人機能夠測量出與潛在障礙物之間的距離，就可以在撞向障礙物之前停止前進（雖然固定翼無人機表示不同意），于是一場讓人感覺回天乏力的事故被輕描淡寫地避免了，這種思路簡單粗暴，但還是有一定作用的。而當前運用較多的障礙物檢測方法主要有：

超聲波測距：這個方法很多人都熟悉，家用汽車的倒車雷達就是利用超聲波檢測障礙物，該方法的優(yōu)點就是技術成熟，成本很低；但缺點在于作用距離近（常用的中低端超聲波傳感器作用距離不超過10m），且對反射面有一定要求。因此超聲波測距傳感器常用來測量無人機與地面的距離（固定翼無人機表示自己飛的太高太快，超聲波傳感器用不上）。

紅外/激光TOF：即飛行時間傳感器，基本原理就是傳感器發(fā)射一定頻率的紅外/激光信號，然后根據(jù)反射信號與原信號的相位差計算信號的飛行時間，即可換算出距離障礙物的距離。該方法技術比較成熟，作用距離較超聲波更遠（數(shù)米到數(shù)百米），而且高等級的TOF傳感器可以獲得障礙物的深度圖像（這一項能力在下文會有應用說明），但缺點在于成本高，抗干擾能力較差（激光TOF稍好）。因此該方案在當前市場上產(chǎn)品或樣機中有一定規(guī)模的應用。