中國農業植保無人機發展已有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，實現突破性的進展。尤其是避障需求，已經成為市場的痛點。目前無人機農業植保通常采用聲學雷達（如超聲波雷達）和光學雷達（如激光雷達）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”技術的出現，為植保無人機避障指出了新的方向。但由于“雙目”技術具有較高的技術壁壘，在當前行業普及率和認知度有限，加之市場上陸續出現了各種各樣的“雙目”，讓人一時難以辨別，容易混淆。宇辰網特撰此文，逐一分析。

      避障已成植保領域剛需

      調查數據顯示，美國農業航空作業占總耕地面積近50%，其中88%為有人駕駛固定翼飛機。日本農業航空作業占總耕地面積的54%，其中無人機作業占航空作業的38%。中國作為農業大國，有18億畝基本農田，而中國農業航空作業占總耕地面積不足2%。我國農業領域對無人機需求日益旺盛，農業航空發展空間巨大。 無人機應用于農業植保作業中，在安全高效、降低用工成本、保障農作物產量方面較傳統植保方式具備很大優勢，但也遇到了一些現實困難。

據一些飛防隊透露，當前無人機植保作業主要有兩大困難：

       一是復雜的田間環境：中國農田周邊環境普遍復雜，無人機植保作業時，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，灌木等惡劣的作業環境也經常遇到。植保無人機在作業時，一般是在農作物1~2米上空噴灑，飛高了難以集中噴灑農藥。這時如果無人機不會自動避障，“上樹”“炸機”是分分鐘的事。

      二是地形問題。無人機一旦遠距離飛行作業，就會發現農田并不是水平的，而是分隔成一個個的小水池。這是由海拔高度不同導致的，飛遠了之后，由于目視有誤差，1米~1.5米的高度靠人工很難控制。而農業噴灑的效果則要求很精確的高度，所以仿地形飛行對于農業植保來說是非常迫切的功能。即根據地面和農作物高度的不同，無人機做到自動調節。

      當前無人機農業植保通常采用雷達進行避障。超聲波這類的聲學雷達進行測距其實是一種比較成熟的測距技術，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雷達的主要問題是波束很寬，容易受作業現場環境噪音和無人機作業自身噪音的影響，從而對測距精度造成影響。激光這類的光學雷達的主要問題是，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來說，高效的避障和地形跟隨系統是不可或缺的左膀右臂，直接決定了作業效果的好壞。

      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避障解決方案？宇辰網記者在采訪時發現，越來越多的業內人士肯定了“雙目立體視覺功能”在植保機避障方面的功效。

雙目立體視覺(Binocular Stereo Vision)是機器視覺的一種重要形式，是計算機視覺的關鍵技術之一。它是基于視差原理并利用成像設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，建立特征間的對應關系，將同一空間物理點在不同圖像中的映像點對應起來。簡單點說，就是利用兩個攝像頭來模擬出人的雙眼效果，從而判斷出目標三維信息，達到有效避障的目的。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，來自動調整行動路線，這就叫做“自動避障”。

      目前，市面上涌現出一些采用RTK技術來實現航線避障的無人機，這些無人機也自稱“自主避障”“自動避障”，但其本質是通過RTK級的航跡規劃來避開航跡內的障礙物，即事先規劃好一條航跡路線，不管有沒有突發因素，無人機都按照這條路線來飛。所以從根本上來說，這是航跡規劃，而非避障。真正的雙目避障應當是自覺主動的避障，是對障礙物進行識別后的判斷和反應。從根本上看，即便當前的RTK技術可以達到厘米級定位，但在實際應用中，農田環境錯綜復雜，規劃出來的航跡未必能避過作業環境內的所有障礙，難免會有所疏漏。對于缺乏主動避障系統的無人機來說，直接面臨的就是“炸機”的風險。 此外，相較于傳統的避障解決方案，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。可以說，由于雙目視覺功能可以使智能設備具備對環境的深度感知能力，因此在無人機、智能機器人等領域的應用前景更為廣泛。其中無人機對 “自動避障”的需求更大，在植保行業，單靠飛手一人一臺，手動遙控一定數量的無人機，并進行長時間作業，有很大難度；因此目前植保領域已開始使用地面站的集中管理模式，可使無人機進行長時間的自動化飛行與噴灑，這就要求植保無人機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，隨著無人系統領域產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”旗號的產品也層出不窮的涌現出來。宇辰網記者留意到目前市場上的“雙目”，大體分為以下幾種技術方案：

       一是ARM方案。采用串行計算的方法，缺陷是計算速度慢，經常有丟幀丟包的現象發生，對測距的穩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，缺陷是受環境光影響較大，強光、弱光條件下都不能正常使用，幾乎無法進行室外作業。

       三是FPGA方案，具備實時性、穩定性、低功耗、全天候等優勢，是真正適合農業植保作業的雙目解決方案。

      專家指出，雙目視覺模塊想要達到工程應用標準，首要解決的就是實時性和可靠性問題。當前植保無人機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；二是圖像傳輸的實時性要好；三是要能夠適應各類光照條件下的作業環境，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布會上發布了一套雙目自主避障和仿地飛行系統。據宇辰網記者了解，這套系統在植保領域的應用優勢體現在兩個方面：

      （1）針對田間作業的復雜環境量身定制： 1~2米的作業范圍內存在著人眼難以識別的細小障礙物，給植保無人機帶來重大安全隱患。

      （2）針對夜間植保作業場景量身定制：植保無人機受到飛手夜視能力和農田夜視環境的限制，很難實現夜間作業。針對這一痛點，無距首次發布了利用雙目傳感器自動感知障礙物、自動精準測量對障礙物和對地的距離，并擁有可靠的夜間作業能力，徹底解決農業無人機自主避障和仿地飛行的安全問題，讓無人機全天候作業成為可能。這無疑將促進植保無人機的作業效率實現質的飛躍。

      在談及“雙目+仿地形飛行”技術會對企業造成的附加成本時，無距方面對宇辰網記者表示，“作為植保無人機飛控制造企業，生產飛得安全、高智能化、易于操控、質量可靠、性價比高的植保無人機飛控才是我們的使命，如果一味只強調降低成本，忽視一些與安全相關的重要功能的創新，靠所謂的快速維修來保證使用和不誤農時，才真的有可能會誤導消費者。” 對于我國航空植保現狀來說，雙目自主避障和仿地形飛行技術意義非凡：它解決了“繞不開的障礙物”“測不準的障礙距離”以及“難以實現的夜間作業”幾大痛點，極大提升了無人機植保作業的安全性與高效性，代表著行業前進的方向。預計在未來的植保無人機市場，“雙目+仿地形飛行”技術將成為剛需和標配，越來越多的得到應用和普及。