无人机飞行避障技术的发展前景如何?斑斓航空
无人机日益增长的市场需求推动了无人机的快速发展,无人机的技术也在不断提高。其中,无人机的避障技术是无人机实现自动化和智能化的关键环节。完善的自主避障系统将大大降低因操作失误造成的无人机损毁和人身伤害及建筑物的事故率。从无人机的发展需求来看,避障技术已经成为中高端市场无人机的标配。
1.无人机避障技术:障碍物感知
在无人机发展初期,无人机的使用一般是在空旷的场地飞行,需要尽量避开周围大量的人群,避免不小心的操作失误,或者在周围有高大障碍物的情况下启动一键(低电压、失控)返航。严重时,无人机只能眼睁睁地看着它撞上如此明显的障碍物。为了避免和降低碰撞的发生率,无人机初始避障技术应运而生,主要是测量无人机与障碍物的距离。如果无人机可以测量到潜在障碍物的距离,就可以在撞到障碍物之前停下来,从而避免碰撞。这个思路虽然简单,但还是有一定效果的。目前,障碍物检测方法有很多种,包括:
1)超声波测距
这种方法的优点是技术成熟,成本低。但缺点是作用距离短(普通低端超声波传感器作用距离小于10m),对反射面有一定要求。因此,通常使用超声波测距传感器来测量无人机与地面的距离,而固定翼无人机由于飞得太高太快,无法使用超声波传感器。
2)红外/激光TOF
飞行时间传感器的基本原理是传感器发射一定频率的红外和激光信号,然后根据反射信号与原始信号的相位差计算出信号的飞行时间,从而换算出与障碍物的距离。这种方法技术成熟,作用距离比超声波更远(几米到几百米),高级TOF传感器可以获得障碍物的深度图像,但缺点是成本高,抗干扰能力差(激光TOF略好)。
3)双目视觉
应用人眼估计距离的原理,即同一物体在两个镜头图片中的坐标略有不同,通过转换可以得到障碍物的距离,也可以通过双目视觉的方法得到障碍物的深度图像。这种方法的缺点是技术难度大,距离估计的误差随着距离的增加呈指数增长。即便如此,这个劣势在无人机避障中也是微不足道的。
4)电子地图
借助细粒度的数字高程图和城市3D建筑图,不仅可以规避无人机对重要建筑的影响(即禁飞区功能),而且在很多情况下还可以规避无人机的障碍物。事实上,舰艇巡航导弹的远程飞行在很大程度上也依赖于数字高程图。
2.无人机避障技术:绕过障碍物
随着对无人机性能要求的不断提高,人们已经不满足于在遇到障碍物后等待无人机,尤其是固定翼。因此,需要设计无人机安全高效地绕过障碍物,继续完成预定飞行的策略。如果避障传感器是普通的超声波,无人机只能知道前方有障碍物,而无法知道障碍物的边缘。对于可以获得深度图像的TOF测距和双目视觉测距方法,只要障碍物不是满视野的,总能找到障碍物的边缘。
3.无人机避障技术:场景建模与路径搜索。
无人机可以通过已知的飞行感知结果模拟场景模型。
与传统的机器人避障技术研究相比,目前的无人机避障还处于非常初级的阶段。但由于无人机市场的火爆,无人机的技术也越来越高。可以预见,在未来的避障时代,无人机避障会有各种现在很难想到的方法。在这些技术的辅助下,无人机的操作将变得更加安全和简单。