中國農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)發(fā)展已有10年，卻一直囿于成本高昂、智能程度低、避障功能缺失等因素，難以打開潛在市場，實現(xiàn)突破性的進(jìn)展。尤其是避障需求，已經(jīng)成為市場的痛點。目前無人機(jī)農(nóng)業(yè)植保通常采用聲學(xué)雷達(dá)（如超聲波雷達(dá)）和光學(xué)雷達(dá)（如激光雷達(dá)）等避障方式，卻存在精度低、功耗大、易被干擾等缺陷。直到“雙目立體視覺”技術(shù)的出現(xiàn)，為植保無人機(jī)避障指出了新的方向。但由于“雙目”技術(shù)具有較高的技術(shù)壁壘，在當(dāng)前行業(yè)普及率和認(rèn)知度有限，加之市場上陸續(xù)出現(xiàn)了各種各樣的“雙目”，讓人一時難以辨別，容易混淆。宇辰網(wǎng)特撰此文，逐一分析。

      避障已成植保領(lǐng)域剛需

      調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，美國農(nóng)業(yè)航空作業(yè)占總耕地面積近50%，其中88%為有人駕駛固定翼飛機(jī)。日本農(nóng)業(yè)航空作業(yè)占總耕地面積的54%，其中無人機(jī)作業(yè)占航空作業(yè)的38%。中國作為農(nóng)業(yè)大國，有18億畝基本農(nóng)田，而中國農(nóng)業(yè)航空作業(yè)占總耕地面積不足2%。我國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)o人機(jī)需求日益旺盛，農(nóng)業(yè)航空發(fā)展空間巨大。 無人機(jī)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)植保作業(yè)中，在安全高效、降低用工成本、保障農(nóng)作物產(chǎn)量方面較傳統(tǒng)植保方式具備很大優(yōu)勢，但也遇到了一些現(xiàn)實困難。

據(jù)一些飛防隊透露，當(dāng)前無人機(jī)植保作業(yè)主要有兩大困難：

       一是復(fù)雜的田間環(huán)境：中國農(nóng)田周邊環(huán)境普遍復(fù)雜，無人機(jī)植保作業(yè)時，高壓線、低壓線、水塘、瓜架、田埂等是很常見的，高度在1米以上的草，樹木，灌木等惡劣的作業(yè)環(huán)境也經(jīng)常遇到。植保無人機(jī)在作業(yè)時，一般是在農(nóng)作物1~2米上空噴灑，飛高了難以集中噴灑農(nóng)藥。這時如果無人機(jī)不會自動避障，“上樹”“炸機(jī)”是分分鐘的事。

      二是地形問題。無人機(jī)一旦遠(yuǎn)距離飛行作業(yè)，就會發(fā)現(xiàn)農(nóng)田并不是水平的，而是分隔成一個個的小水池。這是由海拔高度不同導(dǎo)致的，飛遠(yuǎn)了之后，由于目視有誤差，1米~1.5米的高度靠人工很難控制。而農(nóng)業(yè)噴灑的效果則要求很精確的高度，所以仿地形飛行對于農(nóng)業(yè)植保來說是非常迫切的功能。即根據(jù)地面和農(nóng)作物高度的不同，無人機(jī)做到自動調(diào)節(jié)。

      當(dāng)前無人機(jī)農(nóng)業(yè)植保通常采用雷達(dá)進(jìn)行避障。超聲波這類的聲學(xué)雷達(dá)進(jìn)行測距其實是一種比較成熟的測距技術(shù)，且成本相對較低，其測量距離較近，對反射面有著一定的要求，常被用來測量無人機(jī)與地面之間的距離，而非與障礙物之間的距離。但是超聲波這類的聲學(xué)雷達(dá)的主要問題是波束很寬，容易受作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境噪音和無人機(jī)作業(yè)自身噪音的影響，從而對測距精度造成影響。激光這類的光學(xué)雷達(dá)的主要問題是，光束成點狀，有效感知范圍極窄，仿地飛行的時候極易將光打在植物的莖、葉、地面等不同的反射面上，從而影響測距的精度，而對于自動避障和仿地飛行來講，測距的精度是先決條件也是必要條件，沒有穩(wěn)定可靠的測距精度，避障與仿地飛行根本就無從談起。

因此對于植保無人機(jī)來說，高效的避障和地形跟隨系統(tǒng)是不可或缺的左膀右臂，直接決定了作業(yè)效果的好壞。

      為何一定要“自動避障”？

      目前到底有沒有一種較為理想的植保無人機(jī)避障解決方案？宇辰網(wǎng)記者在采訪時發(fā)現(xiàn)，越來越多的業(yè)內(nèi)人士肯定了“雙目立體視覺功能”在植保機(jī)避障方面的功效。

雙目立體視覺(Binocular Stereo Vision)是機(jī)器視覺的一種重要形式，是計算機(jī)視覺的關(guān)鍵技術(shù)之一。它是基于視差原理并利用成像設(shè)備從不同的位置獲取被測物體的兩幅圖像，通過計算圖像對應(yīng)點間的位置偏差，來獲取物體三維幾何信息的方法。融合兩只眼睛獲得的圖像并觀察它們之間的差別（視差圖像），使我們獲得明顯的深度感，建立特征間的對應(yīng)關(guān)系，將同一空間物理點在不同圖像中的映像點對應(yīng)起來。簡單點說，就是利用兩個攝像頭來模擬出人的雙眼效果，從而判斷出目標(biāo)三維信息，達(dá)到有效避障的目的。舉個通俗易懂的例子，視力正常的人走在大街上，對面開過來一輛車，人會根據(jù)雙眼獲得的視覺信息來主動避讓車輛，而不是直接撞上去。并且人會隨著車輛行駛速度的快慢，來自動調(diào)整行動路線，這就叫做“自動避障”。

      目前，市面上涌現(xiàn)出一些采用RTK技術(shù)來實現(xiàn)航線避障的無人機(jī)，這些無人機(jī)也自稱“自主避障”“自動避障”，但其本質(zhì)是通過RTK級的航跡規(guī)劃來避開航跡內(nèi)的障礙物，即事先規(guī)劃好一條航跡路線，不管有沒有突發(fā)因素，無人機(jī)都按照這條路線來飛。所以從根本上來說，這是航跡規(guī)劃，而非避障。真正的雙目避障應(yīng)當(dāng)是自覺主動的避障，是對障礙物進(jìn)行識別后的判斷和反應(yīng)。從根本上看，即便當(dāng)前的RTK技術(shù)可以達(dá)到厘米級定位，但在實際應(yīng)用中，農(nóng)田環(huán)境錯綜復(fù)雜，規(guī)劃出來的航跡未必能避過作業(yè)環(huán)境內(nèi)的所有障礙，難免會有所疏漏。對于缺乏主動避障系統(tǒng)的無人機(jī)來說，直接面臨的就是“炸機(jī)”的風(fēng)險。 此外，相較于傳統(tǒng)的避障解決方案，雙目視覺與人眼視覺類似，分辨率高且不易受干擾，是較好的選擇。在對運動物體（包括動物和人體形體）測量中，由于圖像獲取是在瞬間完成的，因此立體視覺方法是一種更有效的測量方法?？梢哉f，由于雙目視覺功能可以使智能設(shè)備具備對環(huán)境的深度感知能力，因此在無人機(jī)、智能機(jī)器人等領(lǐng)域的應(yīng)用前景更為廣泛。其中無人機(jī)對 “自動避障”的需求更大，在植保行業(yè)，單靠飛手一人一臺，手動遙控一定數(shù)量的無人機(jī)，并進(jìn)行長時間作業(yè)，有很大難度；因此目前植保領(lǐng)域已開始使用地面站的集中管理模式，可使無人機(jī)進(jìn)行長時間的自動化飛行與噴灑，這就要求植保無人機(jī)必須擁有可靠的自動避障能力，不用依靠飛手便可自己運作。

      撥開迷霧辨真金

      近來，隨著無人系統(tǒng)領(lǐng)域產(chǎn)品智能化程度的提高，越來越多的市場需求明確指向了能夠及時感知障礙物并做到有效避障的雙目功能，打著“雙目”旗號的產(chǎn)品也層出不窮的涌現(xiàn)出來。宇辰網(wǎng)記者留意到目前市場上的“雙目”，大體分為以下幾種技術(shù)方案：

       一是ARM方案。采用串行計算的方法，缺陷是計算速度慢，經(jīng)常有丟幀丟包的現(xiàn)象發(fā)生，對測距的穩(wěn)定性和實時性無法保障，安全隱患較高。

      二是Realsense的激光編碼方案，缺陷是受環(huán)境光影響較大，強(qiáng)光、弱光條件下都不能正常使用，幾乎無法進(jìn)行室外作業(yè)。

       三是FPGA方案，具備實時性、穩(wěn)定性、低功耗、全天候等優(yōu)勢，是真正適合農(nóng)業(yè)植保作業(yè)的雙目解決方案。

      專家指出，雙目視覺模塊想要達(dá)到工程應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，首要解決的就是實時性和可靠性問題。當(dāng)前植保無人機(jī)需求的理想雙目視覺模塊，需要具備以下幾點特征：一是避障的精度要高，需要具備障礙物檢測、智能跟隨、位姿估計等功能；二是圖像傳輸?shù)膶崟r性要好；三是要能夠適應(yīng)各類光照條件下的作業(yè)環(huán)境，具備高可靠性和低功耗等特點。

      值得一提的是，日前無距科技在沈陽的新品發(fā)布會上發(fā)布了一套雙目自主避障和仿地飛行系統(tǒng)。據(jù)宇辰網(wǎng)記者了解，這套系統(tǒng)在植保領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢體現(xiàn)在兩個方面：

      （1）針對田間作業(yè)的復(fù)雜環(huán)境量身定制： 1~2米的作業(yè)范圍內(nèi)存在著人眼難以識別的細(xì)小障礙物，給植保無人機(jī)帶來重大安全隱患。

      （2）針對夜間植保作業(yè)場景量身定制：植保無人機(jī)受到飛手夜視能力和農(nóng)田夜視環(huán)境的限制，很難實現(xiàn)夜間作業(yè)。針對這一痛點，無距首次發(fā)布了利用雙目傳感器自動感知障礙物、自動精準(zhǔn)測量對障礙物和對地的距離，并擁有可靠的夜間作業(yè)能力，徹底解決農(nóng)業(yè)無人機(jī)自主避障和仿地飛行的安全問題，讓無人機(jī)全天候作業(yè)成為可能。這無疑將促進(jìn)植保無人機(jī)的作業(yè)效率實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

      在談及“雙目+仿地形飛行”技術(shù)會對企業(yè)造成的附加成本時，無距方面對宇辰網(wǎng)記者表示，“作為植保無人機(jī)飛控制造企業(yè)，生產(chǎn)飛得安全、高智能化、易于操控、質(zhì)量可靠、性價比高的植保無人機(jī)飛控才是我們的使命，如果一味只強(qiáng)調(diào)降低成本，忽視一些與安全相關(guān)的重要功能的創(chuàng)新，靠所謂的快速維修來保證使用和不誤農(nóng)時，才真的有可能會誤導(dǎo)消費者?！?對于我國航空植保現(xiàn)狀來說，雙目自主避障和仿地形飛行技術(shù)意義非凡：它解決了“繞不開的障礙物”“測不準(zhǔn)的障礙距離”以及“難以實現(xiàn)的夜間作業(yè)”幾大痛點，極大提升了無人機(jī)植保作業(yè)的安全性與高效性，代表著行業(yè)前進(jìn)的方向。預(yù)計在未來的植保無人機(jī)市場，“雙目+仿地形飛行”技術(shù)將成為剛需和標(biāo)配，越來越多的得到應(yīng)用和普及。