中國(guó)農(nóng)業(yè)植保無(wú)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(kāi)潛在市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)突破性的進(jìn)展。尤其是避障需求，已經(jīng)成為市場(chǎng)的痛點(diǎn)。目前無(wú)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(jué)”技術(shù)的出現(xiàn)，為植保無(wú)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(chǎng)上陸續(xù)出現(xiàn)了各種各樣的“雙目”，讓人一時(shí)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(guó)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(wú)人機(jī)作業(yè)占航空作業(yè)的38%。中國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，有18億畝基本農(nóng)田，而中國(guó)農(nóng)業(yè)航空作業(yè)占總耕地面積不足2%。我國(guó)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)o(wú)人機(jī)需求日益旺盛，農(nóng)業(yè)航空發(fā)展空間巨大。 無(wú)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(shì)，但也遇到了一些現(xiàn)實(shí)困難。

據(jù)一些飛防隊(duì)透露，當(dāng)前無(wú)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(guó)農(nóng)田周邊環(huán)境普遍復(fù)雜，無(wú)人機(jī)植保作業(yè)時(shí)，高壓線、低壓線、水塘、瓜架、田埂等是很常見(jiàn)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(wú)人機(jī)在作業(yè)時(shí)，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(shí)如果無(wú)人機(jī)不會(huì)自動(dòng)避障，“上樹”“炸機(jī)”是分分鐘的事。

      二是地形問(wèn)題。無(wú)人機(jī)一旦遠(yuǎn)距離飛行作業(yè)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)農(nóng)田并不是水平的，而是分隔成一個(gè)個(gè)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(duì)于農(nóng)業(yè)植保來(lái)說(shuō)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(wú)人機(jī)做到自動(dòng)調(diào)節(jié)。

      當(dāng)前無(wú)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(cè)距其實(shí)是一種比較成熟的測(cè)距技術(shù)，且成本相對(duì)較低，其測(cè)量距離較近，對(duì)反射面有著一定的要求，常被用來(lái)測(cè)量無(wú)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(wèn)題是波束很寬，容易受作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境噪音和無(wú)人機(jī)作業(yè)自身噪音的影響，從而對(duì)測(cè)距精度造成影響。激光這類的光學(xué)雷達(dá)的主要問(wèn)題是，光束成點(diǎn)狀，有效感知范圍極窄，仿地飛行的時(shí)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(cè)距的精度，而對(duì)于自動(dòng)避障和仿地飛行來(lái)講，測(cè)距的精度是先決條件也是必要條件，沒(méi)有穩(wěn)定可靠的測(cè)距精度，避障與仿地飛行根本就無(wú)從談起。

因此對(duì)于植保無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，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(dòng)避障”？

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

雙目立體視覺(jué)(Binocular Stereo Vision)是機(jī)器視覺(jué)的一種重要形式，是計(jì)算機(jī)視覺(jué)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(cè)物體的兩幅圖像，通過(guò)計(jì)算圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)間的位置偏差，來(lái)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(duì)應(yīng)關(guān)系，將同一空間物理點(diǎn)在不同圖像中的映像點(diǎn)對(duì)應(yīng)起來(lái)。簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，就是利用兩個(gè)攝像頭來(lái)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(gè)通俗易懂的例子，視力正常的人走在大街上，對(duì)面開(kāi)過(guò)來(lái)一輛車，人會(huì)根據(jù)雙眼獲得的視覺(jué)信息來(lái)主動(dòng)避讓車輛，而不是直接撞上去。并且人會(huì)隨著車輛行駛速度的快慢，來(lái)自動(dòng)調(diào)整行動(dòng)路線，這就叫做“自動(dòng)避障”。

      目前，市面上涌現(xiàn)出一些采用RTK技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)航線避障的無(wú)人機(jī)，這些無(wú)人機(jī)也自稱“自主避障”“自動(dòng)避障”，但其本質(zhì)是通過(guò)RTK級(jí)的航跡規(guī)劃來(lái)避開(kāi)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(méi)有突發(fā)因素，無(wú)人機(jī)都按照這條路線來(lái)飛。所以從根本上來(lái)說(shuō)，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(jué)主動(dòng)的避障，是對(duì)障礙物進(jìn)行識(shí)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(jí)定位，但在實(shí)際應(yīng)用中，農(nóng)田環(huán)境錯(cuò)綜復(fù)雜，規(guī)劃出來(lái)的航跡未必能避過(guò)作業(yè)環(huán)境內(nèi)的所有障礙，難免會(huì)有所疏漏。對(duì)于缺乏主動(dòng)避障系統(tǒng)的無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，直接面臨的就是“炸機(jī)”的風(fēng)險(xiǎn)。 此外，相較于傳統(tǒng)的避障解決方案，雙目視覺(jué)與人眼視覺(jué)類似，分辨率高且不易受干擾，是較好的選擇。在對(duì)運(yùn)動(dòng)物體（包括動(dòng)物和人體形體）測(cè)量中，由于圖像獲取是在瞬間完成的，因此立體視覺(jué)方法是一種更有效的測(cè)量方法。可以說(shuō)，由于雙目視覺(jué)功能可以使智能設(shè)備具備對(duì)環(huán)境的深度感知能力，因此在無(wú)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(wú)人機(jī)對(duì) “自動(dòng)避障”的需求更大，在植保行業(yè)，單靠飛手一人一臺(tái)，手動(dòng)遙控一定數(shù)量的無(wú)人機(jī)，并進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，有很大難度；因此目前植保領(lǐng)域已開(kāi)始使用地面站的集中管理模式，可使無(wú)人機(jī)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的自動(dòng)化飛行與噴灑，這就要求植保無(wú)人機(jī)必須擁有可靠的自動(dòng)避障能力，不用依靠飛手便可自己運(yùn)作。

      撥開(kāi)迷霧辨真金

      近來(lái)，隨著無(wú)人系統(tǒng)領(lǐng)域產(chǎn)品智能化程度的提高，越來(lái)越多的市場(chǎng)需求明確指向了能夠及時(shí)感知障礙物并做到有效避障的雙目功能，打著“雙目”旗號(hào)的產(chǎn)品也層出不窮的涌現(xiàn)出來(lái)。宇辰網(wǎng)記者留意到目前市場(chǎng)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(jì)算的方法，缺陷是計(jì)算速度慢，經(jīng)常有丟幀丟包的現(xiàn)象發(fā)生，對(duì)測(cè)距的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性無(wú)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(wú)法進(jìn)行室外作業(yè)。

       三是FPGA方案，具備實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、低功耗、全天候等優(yōu)勢(shì)，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(jué)模塊想要達(dá)到工程應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，首要解決的就是實(shí)時(shí)性和可靠性問(wèn)題。當(dāng)前植保無(wú)人機(jī)需求的理想雙目視覺(jué)模塊，需要具備以下幾點(diǎn)特征：一是避障的精度要高，需要具備障礙物檢測(cè)、智能跟隨、位姿估計(jì)等功能；二是圖像傳輸?shù)膶?shí)時(shí)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(diǎn)。

      值得一提的是，日前無(wú)距科技在沈陽(yáng)的新品發(fā)布會(huì)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(shì)體現(xiàn)在兩個(gè)方面：

      （1）針對(duì)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(shí)別的細(xì)小障礙物，給植保無(wú)人機(jī)帶來(lái)重大安全隱患。

      （2）針對(duì)夜間植保作業(yè)場(chǎng)景量身定制：植保無(wú)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(shí)現(xiàn)夜間作業(yè)。針對(duì)這一痛點(diǎn)，無(wú)距首次發(fā)布了利用雙目傳感器自動(dòng)感知障礙物、自動(dòng)精準(zhǔn)測(cè)量對(duì)障礙物和對(duì)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(wú)人機(jī)自主避障和仿地飛行的安全問(wèn)題，讓無(wú)人機(jī)全天候作業(yè)成為可能。這無(wú)疑將促進(jìn)植保無(wú)人機(jī)的作業(yè)效率實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

      在談及“雙目+仿地形飛行”技術(shù)會(huì)對(duì)企業(yè)造成的附加成本時(shí)，無(wú)距方面對(duì)宇辰網(wǎng)記者表示，“作為植保無(wú)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(jià)比高的植保無(wú)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(lái)保證使用和不誤農(nóng)時(shí)，才真的有可能會(huì)誤導(dǎo)消費(fèi)者。” 對(duì)于我國(guó)航空植保現(xiàn)狀來(lái)說(shuō)，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(kāi)的障礙物”“測(cè)不準(zhǔn)的障礙距離”以及“難以實(shí)現(xiàn)的夜間作業(yè)”幾大痛點(diǎn)，極大提升了無(wú)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(jì)在未來(lái)的植保無(wú)人機(jī)市場(chǎng)，“雙目+仿地形飛行”技術(shù)將成為剛需和標(biāo)配，越來(lái)越多的得到應(yīng)用和普及。