NXPP-02C

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盤點近些年 避障技術的發展

　　 要想被冠以人工智能機器的稱號，當然不能僅僅滿足于“飛起來”而已！關于未來的“人工智能 ”的構想， 通常被想象為一架飛行中的機器人。這架飛行機器人不但能夠和人交流，還能獨立完成任務或解決問題。

　　其實這些高度智能的功能已經在開發之中了，今天AOPA云小編要介紹的就是 “黑科技”中的避障技術！

　　什么是 避障技術

　　顧名思義就是 自主躲避障礙物的智能技術。很多玩過 的小伙伴們都知道，有避障功能的 和沒有避障功能的 ，可以說體驗是大不相同的！ 自動避障系統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的同時，還能給 新手極大的幫助！

　　 避障技術發展階段和趨勢

　　根據目前 避障技術的發展以及其未來的研究態勢，有資料分析認為 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 避障技術的作用過程。從 發現障礙物，到可以自動繞開障礙物，再達到自我規劃路徑的過程。

　　可能有人會問 達到 個“發現障礙物”的階段不就很容易避開障礙物了嗎這 個階段是不是有些多余！

　　其實不然， 避障的三個階段的劃分都是有技術作為依據的。其每個階段具體的技術分析如下：

　　 階段， 只能是簡單地感知障礙物。當 遇到障礙物時，能快速地識別，并且懸停下來，等待 駕駛者的下一步指令！

　　 階段， 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 自主駕駛的階段！

　　第三階段， 能夠對飛行區域建立地圖模型然后規劃合理線路！這個地圖不能僅僅是機械平面模型，而應該是一個能夠實時更新的三維立體地圖！這將是目前 避障技術的 高階段！

　　目前能夠實現 避障功能的幾大主要技術

　　拋開 避障技術發展階段不談，目前 避障技術的發展呈現的是多元發展的模式。老技術在淘汰，新技術在改良，但整體來說都是不斷地調整前進的方向！從整體來說， 避障技術目前大致有六種！

　　一、超聲波避障

　　超聲波，用一個比較形象的比喻就是蝙蝠。蝙蝠通過口腔中喉部的特殊構造來發出超聲波，當超聲波遇到獵物或者障礙的時候就會反射回來，蝙蝠可以用特殊的聽覺系統來接收反射回來的信號，從而探測目標的距離，確定飛行路線。

　　這是一項非常常見且非常成熟的技術！由于超聲波指向性強，而且能量消耗緩慢，在介質中傳播的距離較遠，因而超聲波經常用于距離的測量。而且利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業實用的要求，所以用來避障非常合適。

　　目前來說，市面上有很多家用汽車的雷達都是采用的這項技術。而在 的具體應用，基石keyshare 就采用了超聲波避障技術。

　　但是超聲波測距并非一項 的技術。雖然超聲波避障系統不會受到光線、粉塵、煙霧，但在部分場景下也會受到聲波的干擾。其次，如果物體表面反射超聲波的能力不足，避障系統的有效距離就會降低，安全隱患會顯著提高。一般來說，超聲波的有效距離是5米，對應的反射物體材質是水泥地板，如果材質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出問題。距離短、對障礙物感知能力有限，所以超聲波避障處境仍舊尷尬。這也就是市面上采用超聲波避障的 其有效避障距離非常短的原因。

　　二、紅外線或激光測距避障

　　紅外線或激光避障技術的英文名稱為“TIme of flight”，常常被縮寫成“TOF”，因此紅外線或激光避障技術又被稱為飛行時間測距法。

　　TOF 的工作原理和超聲波測距避障原理很相似， 的不同就是把超聲波換成了紅外線或者激光！該技術檢測方法有兩種：一種是光的時間，另一種是光的相位。但不管是哪種方法，其都是把光發射出去，然后檢測反射回來的光，進而判斷 的周圍是否有障礙物，從而知道障礙物距離多少。

　　零度Xplorer 2 采用的就是TOF避障系統。在零度Xplorer 2 懸停狀態下，TOF系統會保持每秒鐘旋轉2-5圈的快速旋轉狀態。這樣就可以使TOF在旋轉的過程中完成對周圍有效半徑內的360°范圍進行快速掃描，從而用較快的速度發現障礙，然后對飛控系統發出調整位置的指令，避免對周圍的人或財物造成傷害；而當 在飛行的過程中，TOF系統則會停止旋轉，只把光發射到 前進的方向上。固定方向的時候，在室外的有效距離可以增加到8-10米。對于一般 來說，每秒的飛行距離也就是10米左右，檢測到障礙物之后1秒的反應時間， 可以用一個較大的加速度來停止前進，這就足夠了。

　　但是和超聲波同樣，光波也會受到干擾。目前城市環境下樓宇間的光污染，給TOF避障系統帶來了難題，系統發出的光，必須避開酞陽光的主要能量波段，從而避免酞陽光的直射、反射等對避障系統造成干擾。從而就進一步需要非常精準的時間測量，乃至需要專用處理芯片，而目前來說，芯片價格則較為高昂。

　　三、視覺圖像復合型技術

　　視覺圖像符合型技術通過高清攝像機拍攝幀速足夠高、清晰、分辨率高的圖像，借助一顆足夠小而性能強大的處理器，分析每一幀圖像中是否存在障礙物。視覺圖像復合型技術隨著移動芯片的運算能力的飛躍而越來越成為 避障 。

　　智能避障系統“Guidance”就是典型的視覺圖像復合型技術。Guidance系統的前后左右下五個方向都有專門進行障礙識別的攝像頭，識別機制也有超聲波和圖像視覺兩種。也就是說，除了常規的超聲波模塊以外，5個方向上還專門放置了攝像頭用于獲取視覺圖像，然后直接傳輸到機載的l處理器進行計算處理。

　　進入消費級 市場時間較早的Parrot，也在跟英偉達（Nvidia）進行避障方面的合作，同樣采用了包含機器視覺的復合型避障系統。麻省理工學院計算機科學和人工智能實驗室也通過此技術探索避障技術，不過他們是通過2塊手機芯片進行實時圖像處理后，尋找出可以飛行的自由空間，而不是識別障礙物后再進行躲避。可以說是非常主動的一種方法。但是，這款 只能處理幾秒鐘內的視頻數據，而不是會生成一個完整的區域地圖，畢竟現有手機芯片的處理能力還很有限。

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