無人機是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機，目前，無人機廣泛應用于航拍、農業、植保、微型自拍等領域。在今年的疫情中無人機集中地展現了它的應用優勢，讓大家看到了無人機的價值。

在疫情來襲之際，無人機成為了戰“疫”利器。無人機在醫院和疾控中心間穿梭，實施疫情防控急救藥品和標本的自動化轉運;無人機在公路上盤旋，代替人工進行空中指揮的工作;“莊稼衛士”變身“消防能手”，無人機成為全國各地廣大農村乃至城區防疫消殺工作的“超級神器”;隔空中喊話宣傳勸導，無人機成為宣傳小能手……

在科技的更新和技術的進步，無人機的研究變得越來越深入，無人機要實現低空尤其是近地面的自主飛行，除了要知道無人機當前的海拔高度夕卜，還需知道無人機相對于地面的高度。無人機的海拔高度信息一般通過氣壓計、GPS等測量得到，無人機相對于地面高度，可以使用聲納測距、激光測距、微波雷達測距、以及機器視覺測量方法等方式得到。

目前，超聲波具有指向性強、能量消耗緩慢、傳播距離遠等優點，并且硬件電路簡單、計算處理容易，所以隨著科學技術的蓬勃發展，測距裝置中廣泛采用超聲波的方式。超聲波測距的原理通常為利用聲波的發射和接收，根據超聲波在介質中傳播的時間來計算出距離。用于無人機測距最為合適。

在無人機中利用超聲波傳感器可以準確的判斷無人機與障礙物之間的距離。我們都知道大多數無人機中還有懸停和地面跟蹤模式，主要用于捕捉連續鏡頭和陸地導航，其中超聲波傳感器有助于將無人機保持在高于地面的恒定高度。

無人機的飛行任務主要有三大要求：

其一，是飛行姿態的穩定性要求。空中機器人(即無人機)在執行任務過程中必須保持飛行軌跡平滑，高度基本不變，這也是對飛行器的基礎要求;

其二，是對障礙物的精準識別及規避;

其三，要求無人機完成規避后恢復預定軌跡。

無人機避障技術可簡單分為三個階段：

一是感知障礙物并停止階段;

二是獲取障礙物深度圖像自主繞開階段;

三是建立區域地圖合理規劃路徑階段。

作為一個無人機的感官系統，實時性要求更高也是硬需求，考慮到未來無人機在飛行執行任務的過程中需要保持好的飛行狀態，就需要極高的安全性和穩定性，這對傳感器收集到的信號信息以及同時所涉及到的應用能夠做實時處理的能力是一個關鍵點。這三個避障技術對應到幾種傳感器有：超聲波、毫米波、激光紅外、雙目視覺、電子地圖等。這幾種避障方式技術原理不同，因此適用的場景也會因需而議。

蘇黎世大學的研究人員使用新型攝像機演示了一種飛行機器人，該機器人可以檢測并避開快速移動的物體。為實現無人機在惡劣環境下的更快飛行提供了一個解決方案。

“對于搜索和救援應用(例如地震后)，時間非常關鍵，因此我們需要能夠盡可能快地導航的無人機，以便在其有限的電池壽命內完成更多任務，” 蘇黎世大學的感知小組以及NCCR機器人技術搜救大挑戰負責機器人技術的Davide Scaramuzza解釋說。“但是，通過快速導航的無人機，也更容易碰到障礙物，如果障礙物在移動，甚至會更多。我們意識到，一種名為事件攝像機(Event Camera)的新型攝像機非常適合此目的。”

傳統的攝像機(例如每個智能手機中的攝像機)都通過定期拍攝整個場景的快照來工作。這是通過同時曝光所有圖像像素來完成的。但是，這種方式只能在車載計算機分析完所有像素之后才能檢測到運動物體。另一方面，事件攝像機具有彼此獨立工作的智能像素。未檢測到變化的像素時保持沉默，而看到光強度變化的像素立即發送信息。這意味著車載計算機僅需要處理圖像中所有像素的一小部分，從而大大加快了計算速度。

事件攝像機是一項最新的創新，現有的無人機對象檢測算法不能很好地與它們配合使用。因此，研究人員必須發明自己的算法，該算法可以在很短的時間內收集攝像機記錄的所有事件，然后減去無人機自身運動的影響-這通常是攝像機看到的大部分變化的原因。

僅3.5毫秒即可檢測到傳入的對象

Scaramuzza和他的團隊首先單獨測試了相機和算法。他們將各種形狀和大小的物體扔向相機，并測量了算法檢測物體的效率。成功率在81%到97%之間變化，具體取決于對象的大小和投擲的距離，并且該系統僅用3.5毫秒即可檢測到傳入的對象。

然后最嚴峻的測試開始了：將攝像機放在實際的無人機上，在室內和室外飛行，然后直接向其投擲物體。無人機能夠避開90%以上的物體(包括從三米遠處拋出并以每秒10米的速度行進的球)。當無人機提前“知道” 物體的大小時，一臺攝像機就足夠了。相反，當它不得不面對大小不同的物體時，使用了兩個攝像頭為其提供立體視覺。

根據Scaramuzza的說法，這些結果表明，事件攝像機可以將無人機導航的速度提高多達十倍，從而擴展了其可能的應用范圍。他說：“無人機已經用于各種各樣的應用中，例如貨物交付，人員運輸，航空攝影術，當然還有搜救。但是，使機器人能夠更快地感知和做出決策，對于其他領域來說，也是一個游戲的改變者，在這些領域，可靠地檢測進入的障礙物是至關重要的功能，例如汽車、運輸、采礦和機器人的遠程檢查等。”

幾乎與飛行員一樣可靠

未來，該團隊將在更加敏捷的四旋翼飛機上測試該系統。“我們的最終目標是未來有一天無人駕駛無人機能夠像人類無人機飛行員一樣導航。目前，在涉及無人機的所有搜索和救援應用中，人類實際上都處于控制之下。如果我們能夠讓無人機像人類無人機一樣可靠地導航飛行員，我們便能夠將它們用于視線范圍之外或遠程控制范圍之外的任務。” Scaramuzza的博士生Davide Falanga這樣說。