无人机的自主避障技术研究

创新应用Ｉ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉ。ｎｓ　

无人机的避障技术及其应用　

张西忱　（宁夏大学，宁夏７５００２１）　

摘要：无人机避障技术就是无人机自主躲避障碍物的智能技术。无人机自动避障系统能够及时地　避开飞行路径中的障碍物。极大地减少因为操作失误而带来的各项损失。避障技术在减少撞机事　故次数的同时，还能给无人机新手极大的帮助。　

关键词：集成电路应用；无人机；避障技术；视觉定位　中图分类号：Ｖ２４９文献标识码：Ａ　文章编号：１　６７４—２５８３（２０１　７）０２—００６６－０３　

ＤＯＩ：１　０．１　９３３９￣．ｉｓｓｎ．１　６７４－２５８３．２０１　７．０２．０１　８　中文引用格式：张西忱．无人机的避障技术及其应用［Ｊ】．集成电路应用，２０１７，３４（２）：６６－６８　

Ｏｂｓｔａｃｌｅ　Ａｖｏｉｄａｎｃｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　

Ｉｔｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ＵＡＶ　

ＺＨＡＮＧ　Ｘｉｃｈｅｎ　（Ｎｉｎｇｘｉａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎｉｎｇｘｉａ　７５００２１，Ｃｈｉｎａ．）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｎｍａｎｎｅｄ　ａｅｒｉａＩ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｏｂｓｔａｃｌｅ　ａｖｏｉｄａｎｃｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉＳ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｏｂｓｔａｃｌｅ　ａｖｏｉｄａｎｃｅ　ｔｅｃｈ　ｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ　ＵＡＶ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｏｂｓｔａｃｌｅ　ａｖｏｉｄａｎｃｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃａｎ　ａｖｏｉｄ　ｔｈｅ　ｏｂｓｔａｃｌｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｌｉｇｈｔ　ｐａｔｈ　ｉｎ　ｔｉｍｅ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｇｒｅａｔｌｙ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｌｏｓｓ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｅｒｒｏｒｓ．Ｏｂｓｔａｃｌｅ　ａｖｏｉｄａｎｃｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｃａｎ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｎｕｍｂｅｒ　ｏｆ　ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ　ａｃｃｉｄｅｎｔｓ，ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｇｒｅａｔ　ｈｅｌｐ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｕｓｅｒｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＵＡＶ．　

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浅析无人机自主避障技术

作者：曾干敏 唐文琦 明蕊

来源：《科技风》2019年第12期

摘 要：无人机在物流、巡航、航拍等领域有着极大的应用价值。传统的无人机仍然是由人进行手动控制，但是考虑到人力成本和无人机数量增大等问题，无人机的自主飞行成为了当下研究的热点。在无人机的自主飞行技术中，避障技术又是一项十分关键的技术。无人机避障技术涉及障碍物识别和路线规划，障碍识别通常采用传感器实现，而路线规划则通过决策算法实现。本文阐述了基于激光雷达、超声波、单目色摄像头的避障系统，简要说明了各个系统信息采集的原理和避障功能的实现。在无人机飞行高度较高的情况下，可以采用地图导航避障，这种方案可以极大地节省电池消耗。在实际应用，无人机的避障系统会采用多个传感器。

关键词：避障系统；传感器；地图导航

1 激光雷达避障系统

激光雷达向四周发射激光束，激光束遇到障碍物后被反射，雷达的接受系统接收反射回来的信号，通过信号处理系统的分析后得到与障碍物的距离、方位以及相对速度的信息。激光雷达通过对四周环境的快速扫描测量，可以建立起完整的环境模型。开源激光雷达 SLAM 算法有使用了RBP和 Hector算法，[1]可以构建出精确的三维地图。

在实际的应用中，无人机的避障系统根据构建后的环境地图，对比自身的GPS位置和四周障碍物的信息，调整自身的飞行速度和方向，寻找可行的路径，选择合适的路径规避障碍物。在成功规避障碍物后，再次构建环境三维地图，并进行替换，然后再次调整飞行状态进行避障飞行。重复操作，直到无人机到达目标位置。激光雷达精度高、灵敏度好，配合较好的算法可以构建出高精度的三维地图模型，同时它的体积和重量都很轻，因此激光雷达特别适合搭载在小型的旋翼无人机上。

2 超声波避障系统

2.1 系统的信息采集

分析Technology AnalysisDIGITCW技术

106DIGITCW2019.05由于电力技术特别是特高压技术的突破，以及人工智能和大数据等先进技术的不断发展，使得智能电网的建设和发展不断前进，取得了大量的成果，为社会经济的高速发展提供了清洁的能源和动力。电力系统的稳定和高效运行，需要电力设备运维部门投入大量的资源和人力进行电网维护，电力巡检是设备运维单位日常的工作，无人机技术由于其独特优势，在电力巡检中得到的广泛的应用。1 无人机电力巡检用途一个国家要想不断的发展就需要强大的电力系统作为后盾[1]。近几年的电力事业的发展更是突飞猛进，已经逐步成为国家、社会和经济发展的保障和关键。特高压、超高压等输电技术的成熟和推广，输电线路送电距离可达上千公里，给电力巡检工作带来更大的挑战。同时，由于输电线路所处位置经常在高山大岭、地势险峻、路途坎坷等野外环境，也给电力巡检工作增加了难度，增大了巡检人员的人身安全风险。无人机应用刚开始是在军事方面，现如今科技不断发展，无人机技术不断的走向各个领域，在电力巡检中引入无人机作业，通过无人机搭载的摄影设备，能够进行电网设备的影像捕捉，使得巡检人员不需通过有人身安全隐患的地方就可以完成巡检任务。通过无人机电力巡检技术的应用，能有效解决电力巡检遇到的很多问题，特别是在自然灾害或重大灾害发生之后，由于市政基础设施的损坏或不健全，致使相关巡检和抢修人员不能够及时进入现场，而在人员无法到达的情况下，可以充分利用无人机系统部署灵活的特点，利用无人机对整片区域进行电力巡检，为抢修工作提供第一手的影像资料，提高决策效率、缩短抢修时间。因为其不会受到地面因素和地形限制的影响，在很大的程度上提高了工作效率，保证了人员的安全。但由于无人机在巡检作业时，可能遇到复杂的空中环境障碍，所以需要在无人机智能避障技术等方面进行深入的分析，提出有关确实可行的解决方案。通过对技术方案的不断优化和相关方面经验的不断累积，可以在一定程度上不断提升无人机电力巡检的智能化和可靠性。2 无人机避障技术的研究在无人机实际运用的领域其关键的研究就是对于在机器视觉基础上的避障系统有关分析[2]。通过避障含义的初步认识，就可以了解到无人机在具体的飞行过程中会遇到各种复杂的情况，这就需要建立一个智能的规避系统来完成相关工作。其技术的分类主要有一下几点：2.1 自动避障自动避障，顾名思义就是依据自身预先设定的条件进行规避，它是利用有关探测设备的搭建，进行障碍信息的传递，用其在实际过程中实时反馈的数据进行积极的搜集和总结。无人机上装有的超声波发送和接受的仪器，通过不断的信号传递来实时的对于其实际的位置和状况进行分析与反馈。在中、大型无人机上配有雷达装置，可以很好的达到预期的效果，辅以相应的自动化操控系统，能够实现自动避障。然而在小、微型无人机的中，由于雷达本身成本的昂贵和装载难度大，可以用结构光相关的光学原理的方式，辅以相应的自动化操控系统，使其能够实现自动避障。结构光多半实践在测绘方面，结构光在进行测量距离的时候，能够有效的避免电磁波的影响，然而在实际的运用中，会有很多强光对其产生一定程度上的影响，导致其测量数值的不准确性。2.2 间接避障间接避障最主要的方式就是避障场景数据的收集分析。其具体实现方式是给无人机安装视觉传感器，使其具有视觉的功能，可以间接的模仿人类的“眼睛”，通过相关设备进行一定程度的模拟。现如今，在这一方面的运用主要利用的是三角测量的原理，通过相关位置之间的相关关系进行对应的计算，最终得出结果。由于这种方式在成本方面比较经济划算，在小型和微型无人机的使用中具有非常重要的意义。2.3 综合避障在自动避障和间接避障的实际应用当中，就需要充分考虑到各自的长短，及时的做出相应的技术上的优化，要尽可能的结合这两者之间的对应特点，设计出可以有综合性能的解决方案。在以往的研究分析中，也充分的考虑到二者彼此之间的关系和对应特点，也在一定程度上完成了有关领域的突破，在这个研究成果的基础上，就需要我们结合现有的技术和经验，不断的进行有关技术上的创新。在实践的过程当中，不但需要深入的了解二者存在的相关联系，制定出最适宜的方式，使其不断的发展。3 视觉避障技术分析通过对视觉避障技术的分析，能够发现重点是对电力巡检中的特殊情况进行相关的分析讨论，因为现在野外工作的特殊性，就致使其在一定范围内就具有相当的复杂性和一定艰难程度，需要通过这种实际情景的引进，不断总结有关的经验，不断去分析和解决在发展当中遇到的问题。无人机在具体实际巡检的过程中，需要同时考虑到巡检作业对象本身的巡检差异，如砼杆、铁塔、钢管杆、导地线之间巡检方式的差异，以及外界条件的制约因素，如气温差异、地理差异等不同的外部条件，其具体的算法也需要适应这不同的应用场景，这就使得其在设计和有关避障技术的解决方面需要综合性的考量，以求达到最佳的效果。4 结束语本文通过对无人机电力巡检用途的有关阐述，使得读者可以进一步对其进行深入的了解，也从无人机电力巡检的有关避障技术方面的分析，得出在对应的自动避障、间接避障、综合避障的解决方案的具体实施的过程中，需要结合实际的情况，不断的总结相关的经验，在前人总结的有关经验的基础上，不断的进行有关技术难题上的创新，紧跟时代的步伐，努力寻找出无人机电力巡检避障技术在今后发展上的新道路。参考文献[1] 邴丽媛，刘智，蒋余成.基于模糊神经网络的电力巡线无人机避障技术研究[J].长春理工大学学报（自然科学版），2017，40（3）：98-102.无人机电力巡检视觉避障技术研究鲁　杰，侯力枫，宋新利（国网冀北电力有限公司承德供电公司，承德 067000）摘要：随着技术的不断创新和发展，无人机电力巡检已经变得日益便捷和智能，通过视觉避障技术的在无人机电力巡检上的应用与实践，能够达到自动巡检的效果。下面就无人机电力巡检的相关用途，以及采用的有关避障技术进行了深入的分析。关键词：无人机；电力巡检；避障；研究doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2019.05.082中图分类号：TM755 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2019）05-0106-01

基于激光雷达的无人机避障技术

近年来，无人机技术的快速发展为人们的生活带来了许多便利和创新。然而，无人机在飞行过程中遇到障碍物的问题一直困扰着工程师们。其中，基于激光雷达的无人机避障技术正逐渐成为解决这一问题的重要手段。

激光雷达是一种技术先进的遥感设备，利用激光脉冲进行扫描和探测，能够准确测量和获取周围环境的三维空间信息。在无人机中，激光雷达主要用于实现对周围环境的感知和避障。下面将从三个方面介绍基于激光雷达的无人机避障技术。

首先，激光雷达可以快速且准确地测量距离。传统的无人机避障方法通常使用摄像头来获取环境信息，但在光线不足或者复杂环境中，很容易受到干扰导致误判。激光雷达则不受光线的限制，能够在各种环境下准确测量物体与无人机的距离，并通过实时数据分析算法，为无人机提供安全的飞行路径。

其次，激光雷达可以提供高精度的三维空间信息。激光雷达每秒钟可以进行数以万计的测距，虽然无人机飞行速度较快，但激光雷达能够快速并准确地获取飞行路径上的周围物体信息。利用这些三维空间信息，无人机可以根据飞行目标制定更合理的飞行轨迹，避免与障碍物发生碰撞。

最后，基于激光雷达的无人机避障技术还可以实现运动规划和实时决策。通过对激光雷达获取的环境信息进行分析和处理，无人机可以自主感知并理解周围环境的动态变化，根据需要做出相应的决策。例如，当无人机接近障碍物时，激光雷达可以及时发现并传输相关信息给无人机的控制系统，从而使其调整飞行轨迹或避开障碍物。

基于激光雷达的无人机避障技术不仅可以提高飞行安全性，而且还对无人机应用领域的拓展起到了重要作用。目前，基于激光雷达的无人机避障技术已广泛应用于航拍、物流运输、农业植保等领域。例如，在航拍中，无人机可以根据激光雷达感知的地形变化和障碍物信息，自动调整飞行高度和路径，实现更加精确的航拍成果。

总之，基于激光雷达的无人机避障技术在无人机行业中发挥着重要的作用。激光雷达的高精度测量能力、三维空间信息提供和实时决策等特点，使得无人机能够在复杂、多变的环境中安全、高效地飞行。随着技术的不断进步和应用的不断拓展，基于激光雷达的无人机避障技术有望在未来实现更加精确、智能和自主的避障功能，为人们的生活带来更多便利。