無人機避障技術的必要性及其坑點在哪裡？未來發展如何？

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隨著新一輪娛樂類無人機的發布，避障再一次成為熱點。無人機為什麼要避障，怎麼避障，有什麼技術和坑點？

這個問題挺好的，不過愛范兒不止想按照題主的疑惑做出相應解答，也會做一點小小的延伸。

無人機是如何實現避障的？

最初的無人機，能透過陀螺儀和加速器，感知無人機的平穩程度，透過控制四個電機的輸出，穩定自身的飛行和懸停形態。然後，無人機引入 GPS 和氣壓計感器，結合陀螺儀和加速器定位；GPS 判斷自身的平面位置，氣壓計判斷自身的垂直高度，再透過控制電機輸出，把無人機保持在同一平面和垂直點。

雖然，無人機已經能成功找到三維的「絕對定位」（GPS 平面坐、氣壓垂直高度），但如何在四邊不靠的空中，感知四周環境，知道無人機與鄰近事物的「相對定位」（與周遭四事的距離），成為了業界的最大課題。誠然，最新的一批無人機的避障技術，其實骨子裡就也就是：以感測器判斷周遭事物與自身的距離，然後透過控制電機輸出，停止繼續接近障礙、甚至是繞過障礙。

最初，無人機常用的測距方式為「飛行時間 (Time of Flight, TOF) 」，無人機透過發射激光／紅外線／超聲波，然後計算電波反射到感測器的時差，估算障礙與自己的距離；但這種方法感知範圍狹窄、距離也不夠遠。愛范兒曾報道，2016 年的新一批無人機，主要建基於計算機視覺：改用透過雙目攝影機或結構光的造成的視差 (Parallax)（上圖），進行即時的三維建模，判定障礙物與無人機之間的距離。

有什麼坑點？

看起來，無人機避障似乎是個偽命題。因為避障之所以重要，是因為障礙物的存在；沒有障礙物，也就不需要避障。

無人機除了是一台機器人，它更是一台會飛的機器人；要拍機器人飛上天，為的也是要躲開各種地表的障礙，以取得更直接的移動路線、或是更廣闊而無遮擋的視野。簡言之，避障是要用來迴避障礙，但無人機飛得愈高，障礙物就愈少，對避障的需求就愈來愈低。

為什麼消費級無人機的自動避障技術，最後就火不了？也就是因為「避障／飛行」的矛盾 ── 目前消費級無人機仍然以航拍為主。用戶為了拍攝「上帝視角」，需要把無人機飛往高空；但在高空里卻沒有太多的障礙要躲，航拍無人機飛行愈高，景色愈壯觀，愈壯觀的景色，愈與避障無關（上圖）。

雖然如此，無人機的自動避障技術在航拍上用處不大，但它在行業無人機里仍然十分重要。

舉例說，植保無人機針對的是地面環境，一般在農作物的 1 – 2 米上空噴洒，無人機飛高了，就難以集中的噴洒農藥；不會自動避障的話，很容易就撞到樹了。同樣地，專業電影無人機針對的也是地面的拍攝場景，飛得太高的話，什麼俊男美女也變成小豆一顆；但飛得太低，明星們都身嬌肉貴，不個不小心削到臉皮，誰來負責？其餘像經常穿梭災場的救災無人機、或是巡邏監察的安防無人機，更不在話下了。

所以，無人機避障絕非沒用，只是在消費級無人機上，火不了起來而已。

消費級無人機，真的不需要避障嗎？不是的。航拍無人機在起飛、降落和和斷線後的自動回航的情況下，仍然需要一定程度的避障能力；何況消費級無人機的用戶，不少都是新手、是無人機的小白，更需要自動避障保護。正如愛范兒指出，不少新手在操控無人機的時候，最常犯的錯誤就搞錯操作方向，簡單來說就是「推前走左、推右走後」，然後撞牆（上圖）。

然而，由於「視覺避障」對計算能力要求極高，超出消費級無人機所能負擔的程度。即使是高端如 Yuneec Typhoon H、大疆 Phantom 4 或 Mavic Pro，在成本和續航力限制下，只能提供單向的雙目避障能力（直至大疆年底推出的 Phantom 4 Pro，才提供左右兩側的紅外線避障能力，然而作用仍有限）。即使前向避障也許能防止失控回航時的撞牆意外，但一般新手仍然經常因為操作失誤，從側向或後面撞上障礙，然後炸機。

更諷刺的是，自拍無人機飛得更矮，更需要自動避障吧？但偏偏是飛行高度最小、最接近地面、需要面對最多障礙物、最需要自動避障能力的自拍無人機，更受限於體積、成本和續航力，更難以引入自動避障功能。也許某程度上，自拍無人機缺少自動避障功能，阻礙了它的普及；而自拍無人機沒能普及，也使消費者對自動避障更提不起勁。

為什麼廠商要研發自動避障？

如是者，為什麼無人機公司要如此積極研發自動避障技術？因為它是未來。

正確一點來說，Odin 說的「未來」不是指自動避障技術，而是「計算機視覺」和「自動化操作」，避障只是它們的「應用場景」。「計算機視覺」和「自動化操作」，均為未來機械人學及人工智慧範疇的顯學，而自動避障則是當中的應用方式。舉例說，Mobileye 就把計算機視覺用於在輔助駕駛，透過自動避障技術，讓汽車在若干程度上能自主行走。

但相比起無人駕駛汽車來說，無人機對「自動避障」的需求更大、難度也更低。舉例說，我們要一人一台、手動遙控一定數量的無人機，並進行長時間的飛行任務，絕非易事；故此，像植保或安防等行業無人機，已經開始利用地面站集中管理，進行長時間的自動化自動噴洒或監察任務（上圖）。因此，行業無人機必須擁有可靠的自動避障能力，來讓無人機自己運作。

即使自動避障能力沒能在消費級無人機發揮很大效果，但背後的計算機視覺原理，也在降低消費級無人機的操作難度。

例如是大疆的雙目下視鏡頭，採用立體的視覺里程計 (Visual Odometry) 技術，使無人機的定高能力更精準；而其 FlightAutonomy 五向感知技術，大幅提升無人機的室內定位能力，也有雙目視覺和側向紅外線側距的功勞，讓無人機更穩定 ── 何況是基於計算機視覺的各種視覺跟隨和指點飛行功能（動圖：http://ifanr-cdn.b0.upaiyun.com/wp-content/uploads/2016/11/draw.gif），把無人機的操作變得更簡單？

自動避障的未來

總體來說，Odin 並不否認消費級無人機的自動避障能力，目前還是雞肋，食之無肉，棄之有味。但儘管目前消費者對自動避障興趣不大，但由於目前計算機技術計算仍然有很大潛力，未來在消費級市場上還有什麼的發展空間，仍然很不好說。

所以，無人機公司如果單純為了航拍市場用不上自動避障、或是因為自拍無人機不溫不火而放棄計算機視覺，那就實在太短視了。

答案作者：愛范兒主筆 Odin

原文鏈接：無人機避障技術，無人機公司避不開的「障礙」

https://zhuanlan.zhihu.com/p/20517605
無人機避障的三重境界。

其實那個啥···我想說，好的飛手，壁障系統裝在腦子裡。

今天來八一八這些技術和坑點。
無人機本來在高空穿梭，不知障礙為何物。可是多旋翼的普及改變了一切。植保，運貨，勘測，穿越，娛樂，拍照等等低空應用成為常態。於是地面各種障礙物變得突兀起來，變得值錢，能夠炒作了。於是大大小小的無人機無論是否必須，都開始談論避障。
什麼是避障？簡單的說就是躲避航線或飛行中遇到的物體，避免雙方損傷，注意是雙方。怎麼避障？要解決三個問題:
1，有哪些類型的障礙。
2，怎麼定位障礙。
3，怎麼躲避。
簡單的說障礙物有三種類型:大障礙，小障礙，動障礙。大障礙是不可逾越的比如牆，樓，山等等。小障礙是電線杆，樹木等等可以躲避的障礙。動障礙就是人畜鳥，有人說飛過來一塊石頭，好吧，也算是。
對於大障礙，只能停止或返航，因為無人機不可能知道到底有多大，電力夠不夠越過。而對於後兩種障礙，理論上可以躲避，但是大部分廠家卻對具體細節含糊其辭，因為真正做到避障，知道有無障礙，還要知道它的位置;要躲避障礙，還要知道往哪躲。並不是探測就繞開說起來這麼簡單，需要一系列感測器和演算法配合。
無人機真的需要避障么？我們看看動障礙都是在娛樂過程中才會出現，因為周圍存在人和動物，或者車輛等移動物體。但是工業無人機作業大多在野外，遇到的基本都是不動的小障礙，那麼為什麼不能用航線勘測的方法避開呢？工業無人機的任務很多都是反覆使用的固定航線，只要勘測好障礙的位置，他很少變化。所以定期勘測，刪除和添加障礙點，是可以作為日常工作的來進行的。
樹是死的人是活的啊！
樹是死的人是活的啊！
樹是死的人是活的啊！
重要的事情說三遍。
所以機載感測器再加複雜演算法的自主避障真的必須么？有人說作業過程也有鳥啊，那你想想有人機更需要避障，它們為什麼不做？道理很簡單，規避動作有可能遇到新的障礙，導致新的控制問題。工業無人機不是玩具，往往帶有昂貴的設備，不能為躲避已知危險而陷入未知危險，只能提高飛機抗撞性能來解決。只有娛樂無人機需要自主避障，因為飛機自己不值錢，撞上人和建築損失更大些。
再說說避障感測器技術。
避障用的感測器是現在宣傳中最大的坑點！所謂避障感測器是不存在的，因為感測器只能探測不能躲避。這就像能寫文章的都叫作家一樣扯淡。感測器只能測障，規避是飛控才能做的事情。目前相關感測器只有距離感測器，掃描感測器，雙目視覺三種可以使用在避障方面，卻各有問題。
距離感測器指的是超聲波，無線電測距(被宣傳為雷達)，激光測距(被宣傳為激光雷達)。他們都是主動發射聲波，電磁波或激光到前方材質，當然別的波束類型也有，測量回波時間差來確定距離，所以他們適合大障礙的探測，對於小障礙和動障礙只能探測有無，不能知道具體位置，如果障礙物太小甚至距離也不準，而且對不平整材質(植被)和非固體材質(水面)都有可能有問題。所以這些本應該用于飛行定高的感測器用於避障是有問題的。
掃描類感測器就是在測距感測器上加裝旋轉裝置，通過旋轉不斷探測各個方向的障礙物。常見就是激光掃描測距，有平面和三維，他的最大問題是機械部件壽命和成本高昂。
再有就是雙目視覺，這種在實驗室趴了很多年的設備終於在今年走上檯面，效果有待檢測。通過雙目視頻的差異計算每個點的距離，跟人眼距離感原理相同。雖然演算法比較複雜，但是只要做好圖像處理，從成本分攤特性，可靠性和實用來講這才是最佳的設備。現在就是處理器性能和演算法的瓶頸。
有人說還有一種完美的設備，相控陣雷達或者超聲波。天，他的尺寸重量和成本恐怕只有軍品能夠企及，我們就不討論了。
最後我們來說說避障方法。
探測到障礙物以後，無人機有三種常見的避障處理方法:
1，暫停或結束飛行，比如懸停等指令，返航或降落。
2，規劃繞障，根據預先存儲的航線繞開
3，自主繞障，飛控根據障礙自主修改航線
暫停或結束飛行是最基本的處理方式，比較簡單安全，而遇到大障礙時也必須這麼做。規劃繞障適用於小障礙，這種方法經濟簡單而且可靠性高，需要人參與日常勘測。自主繞障則需要飛機有規避演算法，在機上重新生成航線，還要面臨新的問題，我看只有娛樂無人機有這個必要，因為它面對的障礙價值遠遠大于飛機。
結論:避障需要進行，但是自主避障不是必須。要看飛行環境和飛機價值來確定。

補藥自來

必要性

首先我們看看必要性，無人機避障樸素的看是一種安全需求，誰都不想被自己或別人的無人機撞到，毫無疑問一個只能飛到無障礙（或極少）的空間中依靠人工控制的方式規避障礙的無人機，不是好drone。當然你一可以說這個不是一個必要條件，不能躲避障礙的無人機也可以使用，但是很遺憾人類是不斷追求更好的體驗的的動物，否則人類現在還在樹上生活。
一個能自動躲避障礙，並伴隨自己左右的無人機跟班無疑是很有吸引力的。

坑點

之後再來看看所謂的坑點，我理解這個所謂的坑點既是技術難點，簡單分析一下無人機躲避障礙需要具備什麼要素：
a、需要能識別，障礙物。
b、要在撞到障礙物之前進行規避動作。
a要素要求無人機具備進一步感知周圍環境的能力，無論是通過光學成像進行判斷，還是使用聲波定位，總之是需要對周圍環境進行感知，並判斷。
b要素是對無人機感知的處理速度的要求，無人機僅僅能處理還不行，還需要快速處理，並進行規避動作。
要達到以上要求，那麼就需要一個強大的感測器，就目前來講還沒有這麼強大的感測器。要獲得這種快速處理多個複雜圖像的感測器，需要具備，圖像採集，圖像測距與定位，圖像運動軌跡預測（障礙物為活動體時），圖像辨別，計算運動軌跡。而這一系列繁重的運算需要在秒級運算完畢，這種情況對現階段數據處理來說是個很大的挑戰，需要應用到眾多技術，如大數據、雲計算、圖像處理等。

發展

那麼如果這個感測器能辨別障礙物，那麼能不能識別出人類呢？能不能識別出建築、數目？能不能識別敵我呢？
這個想像空間就很大了，如果這個感測器強大到可以很智能的識別，並達到較快的判別速度，那麼將其移至到武器上呢？

所以我認為無人機規避障礙物只是第一步，但卻是向人工智慧邁出了更大一步，想像空間很大，風投應該很喜歡。

最後補上幾張圖，看看感測器這個科技樹點亮之後我們將獲得什麼
輻射中的無人機槍炮塔

幽靈戰士里的戰鬥無人機

半條命2里的政府無人機

什麼這都不夠強？好吧，鐵衛毀滅者來了

夠高。

必要性不言而喻，避障這個功能可以大大降低使用無人機的門檻，讓哪怕是黃髮垂髫之人也可以不加學習使用無人機瞎拍，而不至於擔心無人機受損或者使其他東西受損。退一步講，降低門檻本身可以擴大目標人群，使得無人機市場更為壯大。
困難的地方也很明顯。首先，你打算使用什麼感測器來獲取周圍的障礙物信息呢？紅外感測有時候極為不靠譜，碰到玻璃和鏡面反射容易瞎。超聲波這種東西太遠就沒用了，而且在現在的複雜環境中超聲波受干擾的可能性太大。假如用兩個攝像頭來測量的話，以現在的建模演算法，計算量會是很驚人的。
還有就是計算量的問題。因為無人機需要很低的延遲來確保操控的可靠，所以雲計算的可以去死了。而避障是一個新功能，無人機必須在原有的功能之上增加這個功能，這就對無人機飛控系統本身的計算能力有著極大的考驗。更何況本身把感測器的數據翻譯成周圍環境的建模本身也需要驚人的計算量。紅外和超聲波可能會好點，但是假如是用攝像頭作感測器的話，以現有的演算法來看，怕是要在無人機上插一塊Phi才能做到基本的可用。
而且避障本身是一個新功能，它需要做到什麼程度還是需要探索的。比如對於移動的障礙物，需不需要預先估計未來幾秒的位置？比如是否需要補償風速？地效？亂流？它帶來的一些法律後果是否有相應的處理措施？這些都是要時間來探索的。
所以避障這個功能雖然很難實現，但是很大可能是會實現的。至於這個實現能實現到什麼程度，就拭目以待了。

作為男生，天生對這些比較有興趣。就有一個比較接近現在現實的問題。如果在一個人的肩膀上（比較方便，當然也可以在別的地方）裝一個信號發射器。無人機通過接收信號，經過系統計算，是否可以更方便的讓無人機在信號發射器（人）周圍固定的三維位置來飛行。。直白點講，就是跟著人一起走，甚至做到邊走邊圍著人飛。。。。這個是不是叼叼的趕腳。。當然，這個樣子你就得確保你不要距離周圍的障礙物太近。。這個要有意識的鍛煉下。。

啊，我的話可能說的太亂了，希望有人能理解。

謝邀，避障技術是一門綜合性學術問題，他可以包括人工智慧，視覺技術，計算機科學，慣性系統，信息處理，gps科學等知識領域。可以稱為是一項高度集成的先進技術，現在我們所看到的無人機避障功能只是之一。在無人駕駛汽車，機器人等區域也是研究的重要節點。

必要性：避障性的研發是很有必要的，只是現在研究的程度還很低，這裡所說的低是精度的問題，是信息識別採集能力問題，是計算機獲得數據執行能力的問題。對於汽車導航或許精度偏角零點幾度、距離厘米級可以，但對於某些精密的避障還是不行的。信息採集和執行也是很重要的性能判讀參數。

作者所謂的坑點，我不太理解，您是講現在被吹噓的走著誇張嗎？

未來發展前景很不錯，不過對行業職員要求也很高，通過上面的各項技術也能了解。

綜合來說，我還是很看好該行業的，大疆的從3m視覺到現在更大距離也能看出技術的進步，但對精靈來說他只是避障，對於未來的機器人有可能就需要通過視覺識別障礙物體屬性，採取如何的方式處理。

（一家之言，有錯勿怒）

個人認為，目前火熱的無人機避障，噱頭大、坑點很多。我來說說感測器。常用的感測器包括超聲波，紅外激光，飛行時間相機，毫米波雷達，雙目等。這些感測器各有缺點，例如某公司宣傳的基於realsense的避障技術（主動發出紅外結構光），可以肯定室外白天的用戶體驗很差（同樣的，激光類的白天室外效果都不好）；另外，一些工業級無人機宣稱用避障距離很遠的毫米波雷達，但這樣的感測器實際上對於樹的檢測效果非常不可靠。超聲波感測器非常容易受到雜訊、氣流的干擾。而雙目相對來說可靠的多，對於白天的絕大多數場景基本都能可靠檢測。

畢設做的團體項目是無人機自主飛行相關，其中有一個功能就是避障，我們使用的是超聲波感測器探測距離，該技術比較成熟，有很多現成的程序可供參考(ctrl+c)；但缺點在於可探測距離近，經常會來不及反應過來直接哐當一聲撞牆上了;而且反射面材料對回波波形影響很大，遇到窗帘會直接撞上去，每次在不同地方實驗都要換一次程序;直角型牆面會有雙回波，仍然會哐當一聲直接撞上去。

降落的時候，探測距離地面距離用的是紅外感測器，那個就比較準確了，大部分情況下都能穩穩噹噹的降落下來。

當然要避障啊，摔下來砸到人怎麼辦？砸到車了怎麼辦？掉水裡了怎麼辦？工業無人機50萬左右！什麼概念！
技術坑點嘛，看看大江、海康、大華的介紹吧，手機答的，怕不專業。
前景很好，千億市場總有吧。

關鍵是障礙物有很多種,電線杆,樹枝,鋼絲繩都算障礙物.無人機未必都能認得出來

實際使用中，環境因素肯定比想像的要複雜，避障無外乎就是感測器＋演算法，只要感測器足夠靈敏，演算法足夠設計沒有bug避障應該問題不大，我感覺限制無人機的依舊是續航

為什麼要避障？這還用問？不避障那叫碰碰車。無人機的主要功能不就是代替人類駕駛么？如果沒有避障功能，怎麼駕駛？飛不動的。而且我感覺主要難題就是避障問題，其中要用到很多學科交叉的知識。偵測障礙物得用物理學中光學知識吧，要無人機做出反映得有感測器和控制程序吧，計算障礙物的尺寸以及該用何種速度，何種形式規避障礙物得用到複雜的數學，燃料的選擇及能量供應要用到化學技術，總之就是很複雜，很高端，我們普通人了解個大概就ok了

坑點難道不是電池？電池再厲害點我們就可以坐電動飛機出行了

簡單明了，以後狗仔抓拍就會用這個東西了！

無人機避障技術用到哪種感測器啊？激光？紅外？

從無人機使用角度來看，確實如此。
但是從長遠大方向來看，自主避障是無人機智能化的必不可少的功能。