CN111399535A - 一种无人机避障方法、装置、无人机及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种无人机避障方法、装置、无人机及存储介质，该方法通过在无人机飞行过程中，获取雷达的探测数据以及相机的视觉数据；根据探测数据和/或所述视觉数据确定无人机航线上预定范围的空域内存在障碍物的情况下，使无人机进行紧急暂停；获取无人机的上方探测数据，根据上方探测数据确定所述无人机执行的避障模式，所述避障模式包括如下的至少一种：上升避障模式、偏航避障模式、降落避障模式。本申请在无需对现有无人机进行硬件改造的前提下，结合雷达和相机检测技术，提出了无人机综合避障方法，该方法极大的提高了无人机飞行的自主能力，实施成本低，安全性高，且适用范围广，极大的拓展了无人机的使用场景。

Description

一种无人机避障方法、装置、无人机及存储介质

技术领域

本申请涉及无人机技术领域，具体涉及一种无人机避障方法、装置、无人机及存储介质。

背景技术

随着电子商务的飞速发展，货物运输成为民用生活的一个重要方面，采用无人机进行外卖或快递的配送能够节约大量人力，并显著提高配送效率。但是，无人机在复杂场景下，沿着既定路线高速飞行时，会受到许多不确定因素的影响，如障碍物，现有的无人机普遍缺乏有效的避障机制，在遇到障碍物时，往往只能采取降落或者申请接管的策略，这极大的限制了无人机的使用。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本申请以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种无人机避障方法、装置、无人机及存储介质。

依据本申请的一个方面，提供了一种无人机避障方法，该方法包括：

在无人机飞行过程中，获取雷达的探测数据以及相机的视觉数据；

在根据探测数据和/或视觉数据确定无人机航线上预定范围的空域内存在障碍物的情况下，使无人机进行紧急暂停；

获取无人机的上方探测数据，根据上方探测数据确定无人机执行的避障模式，避障模式包括如下的至少一种：上升避障模式、偏航避障模式、降落避障模式。

可选的，在上述方法中，无人机航线上预定范围的空域是通过如下方式确定的：

由雷达的视场角确定雷达的视锥，由相机的视场角确定相机的视锥；

根据雷达的安装信息以及相机的安装信息，确定雷达的视锥与相机的视锥的公共区域中预设距离范围内的空域，作为所述无人机航线上预定范围的空域。

可选的，在上述方法中，雷达的安装信息包括雷达探测方向与无人机水平面的第一夹角，相机的安装信息包括相机的拍摄方向与无人机水平面的第二夹角；第一夹角和第二夹角均根据无人机飞行时的倾角确定。

可选的，在上述方法中，根据上方探测数据确定无人机执行的避障模式包括：

在根据上方探测数据确定无人机上方不存在障碍物的情况下，确定无人机执行的避障模式为上升避障模式；

上升避障模式包括：若无人机航线上预定范围的空域内的障碍物消失，则退出上升避障模式以恢复飞行。

可选的，在上述方法中，退出上升避障模式以恢复飞行包括：

规划通过无人机航线上预定范围的空域的抛物线飞行路径，使无人机沿所述抛物线飞行路径加速飞行至预定速度。

可选的，在上述方法中，根据上方探测数据确定无人机执行的避障模式包括：

在根据上方探测数据确定无人机上方存在障碍物的情况下，确定无人机执行的避障模式为偏航避障模式；所述偏航避障模式包括：沿垂直于地面方向旋转，若无人机航线上预定范围的空域内的障碍物消失，则退出偏航避障模式以恢复飞行。

可选的，在上述方法中，根据上方探测数据确定无人机执行的避障模式还包括：

若无人机沿垂直于地面方向旋转的时间和/或角度达到预设值，则退出偏航避障模式并切换至降落避障模式。

可选的，在上述方法中，上方探测数据包括如下的至少一种：所述雷达在上方探测的数据，所述相机在上方探测的数据。

依据本申请的另一方面，提供了一种无人机避障装置，该装置包括：

获取单元，用于在无人机飞行过程中，获取雷达的探测数据以及相机的视觉数据；

执行单元，用于在根据探测数据和/或视觉数据确定无人机航线上预定范围的空域内存在障碍物的情况下，使无人机进行紧急暂停；

获取单元，还用于获取无人机的上方探测数据；

执行单元，还用于根据上方探测数据确定无人机执行的避障模式，避障模式包括如下的至少一种：上升避障模式、偏航避障模式、降落避障模式。

可选的，在上述装置中，执行单元，用于由雷达的视场角确定雷达的视锥，由相机的视场角确定相机的视锥；以及用于根据雷达的安装信息以及相机的安装信息，确定雷达的视锥与相机的视锥的公共区域中预设距离范围内的空域，作为所述无人机航线上预定范围的空域。

可选的，在上述装置中，雷达的安装信息包括雷达探测方向与无人机水平面的第一夹角，相机的安装信息包括相机的拍摄方向与无人机水平面的第二夹角；第一夹角和第二夹角均根据无人机飞行时的倾角确定。

可选的，在上述装置中，执行单元，用于在根据上方探测数据确定无人机上方不存在障碍物的情况下，确定无人机执行的避障模式为上升避障模式；其中，上升避障模式包括：若无人机航线上预定范围的空域内的障碍物消失，则退出上升避障模式以恢复飞行。

可选的，在上述装置中，执行单元，用于规划通过无人机航线上预定范围的空域的抛物线飞行路径，使无人机沿所述抛物线飞行路径加速飞行至预定速度。

可选的，在上述装置中，执行单元，用于在根据上方探测数据确定无人机上方存在障碍物的情况下，确定无人机执行的避障模式为偏航避障模式；所述偏航避障模式包括：沿垂直于地面方向旋转，若无人机航线上预定范围的空域内的障碍物消失，则退出偏航避障模式以恢复飞行。

可选的，在上述装置中，执行单元，用于在无人机沿垂直于地面方向旋转的时间和/或角度达到预设值时，则退出偏航避障模式并切换至降落避障模式。

可选的，在上述装置中，上方探测数据包括如下的至少一种：所述雷达在上方探测的数据，所述相机在上方探测的数据。

依据本申请的又一方面，提供了一种无人机，其中，该无人机包括：处理器；以及被安排成存储计算机可执行指令的存储器，可执行指令在被执行时使处理器执行如上任一的方法。

依据本申请的再一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其中，计算机可读存储介质存储一个或多个程序，一个或多个程序当被处理器执行时，实现如上任一的方法。

由上述可知，本申请的技术方案，通过在无人机飞行过程中，获取雷达的探测数据以及相机的视觉数据；在根据探测数据和/或视觉数据确定无人机航线上预定范围的空域内存在障碍物的情况下，使无人机进行紧急暂停；获取无人机的上方探测数据，根据上方探测数据确定所述无人机执行的避障模式，避障模式包括如下的至少一种：上升避障模式、偏航避障模式、降落避障模式。本申请的有益效果在于：在无需对现有无人机进行硬件改造的前提下，结合雷达和相机检测技术，提出了无人机综合避障方法，该方法极大的提高了无人机飞行的自主能力，实施成本低，安全性高，且适用范围广，极大的拓展了无人机的使用场景。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本申请一个实施例的无人机避障方法的流程示意图；

图2示出了根据本申请一个实施例的无人机加速飞行时的飞行轨迹示意图；

图3示出了根据本申请另一个实施例的无人机避障方法的流程示意图；

图4示出了根据本申请一个实施例的无人机避障装置的结构示意图；

图5示出了根据本申请一个实施例的无人机的结构示意图；

图6示出了根据本申请一个实施例的计算机可读存储介质的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施例。虽然附图中显示了本申请的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1示出了根据本申请一个实施例的无人机避障方法的流程示意图，该方法包括：

步骤S110：在无人机飞行过程中，获取雷达的探测数据以及相机的视觉数据。

无人机越来越多的应用到货物运输的场景中，不仅局限于货仓内的货物分拣，还应用于户外的复杂场景，如外卖配送等，在复杂场景下，无人机的飞行有时会遇到不确定的障碍物的干扰，使得无人机无法完成配送任务，有时甚至造成无人机的损坏。这对这种情况，本实施例提供了一种无人机综合自主避障方法。

雷达(Radar)也称“无线电定位”，是利用电磁波探测目标的无人机，雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，以得到探测目标的信息，是最常见的探测手段。本申请对雷达的频率不做限制，毫米波雷达是工作在毫米波波段探测的雷达，兼具微波雷达和光电雷达的优点，具有小天线口径、窄波束、大带宽、高多普勒频率、良好的抗隐身性能等优点，可以作为优选方案，采用毫米波雷达获得的数据作为雷达的探测数据。

自然界中，金属物体对电磁波具有良好的反射性，但是非金属物体例如树枝，木板等对电磁波反射较弱，因此雷达对非金属物体的检测性能相对较差。因此结合了相机测量技术，以克服上述缺点。

照相测量是指利用图像处理技术处理所得到的数字图像，以获得被测物体的信息。目前的照相测量有：双目立体相机测量方法、利用能输出深度信息的单目相机测量，如结构光、TOF(Time of flight，飞行时间测距)等、使用多幅不同视角的图像，通过视差来求解，如多摄像头技术，以及借助机器学习训练一个估计图像深度的模型，如高斯马尔可夫随机场模型。照相测量的优点在于功能强大、容易操作、精度高、智能化且易于携带和移动；抗震性能好，非接触式操作，并且可以进行高度自动化评价和动态测量；具有计算机辅助设计和分析软件的界面，快速出结果；受温度影响小，适用于在温度变化较大的环境中，对具有复杂外形的产品进行测量。本申请对照相测量方法不做限定，推荐使用双目立体相机测量方法，采用相机获得的数据为视觉数据。

在本实施例将雷达探测和照相测量结合起来，能够克服雷达对非金属物体不敏感的缺陷，在确定了雷达和相机的相关参数后，雷达和相机可探测到的空间即为确定的，可以将二者可探测到区域合并，也可以取二者可探测到区域的公共部分作为无人机的无人机航线上预定范围的空域。为了检测无人机的飞行路线上是否存在障碍物，需要在无人机飞行过程中，实时获取雷达的探测数据以及相机的视觉数据。

雷达的发射机通过天线把电磁波能量射向空间某一方向，处在此方向上的物体反射碰到的电磁波；雷达天线接收此反射波，送至接收设备进行处理，提取有关该物体的某些信息，雷达的探测数据包括不限于目标物体至雷达的距离，距离变化率或径向速度、方位、高度等。

相机通过一台或多台高分辨率的数字相机对被测物摄影，采用回光反射标志得到物体的数字影像，经计算机图像处理后可以得到反射标志点精确的笛卡尔坐标；通过不同位置的相机对多个目标同时测量，从而可以解算出相机间的位置和姿态关系，以及目标点的三维坐标，以获得被测物体曲面结构、外形尺寸和相对位置等信息。

步骤S120：在根据探测数据和/或视觉数据确定无人机航线上预定范围的空域内存在障碍物的情况下，使无人机进行紧急暂停。

本申请中无人机航线上预定范围的空域可根据雷达和相机所能探测到的空间范围确定，其是相对于无人机自身保持不变的一个空间，同时也随无人机姿态变化而相对于整体空间发生位置的改变，在这个空间区域内，一旦出现物体，会干扰或者阻碍无人机的正常飞行，无人机需要进行紧急避障。

承上所述，通过雷达探测和照相测量技术可以获得无人机既定飞行路线上外部物体的信息，如到无人机的距离、方位、高度等。若该物体落入无人机的无人机航线上预定范围的空域内，则判断该物体为障碍物，这时，无人机采取紧急制动，如快速降低速度，然后悬停在空中。

对于障碍物是否落入无人机航线上预定范围的空域内有多种判断方法，如可预先设定某一安全距离，获取无人机与障碍物的距离，比较无人机与障碍物的距离与预设的安全距离的大小，如果无人机与障碍物的距离大于安全距离，则判断障碍物没有落入无人机航线上预定范围的空域；如果无人机与障碍物的距离小于或等于安全距离，则判断障碍物落入无人机航线上预定范围的空域。对于安全距离的设定可根据无人机的大小、无人机的结构、无人机在飞行时可能涉及到的飞行姿态等确定。

步骤S130：获取无人机的上方探测数据，根据上方探测数据确定所述无人机执行的避障模式，避障模式包括如下的至少一种：上升避障模式、偏航避障模式、降落避障模式。

无人机在悬停后，要采用一定避障措施，以绕过障碍物，继续向目的地飞行。在本申请的一个实施例中，上方探测数据包括如下的至少一种：上视传感器探测的数据，所述雷达在上方探测的数据，所述相机在上方探测的数据。

本申请中，无人机的上方探测数据可采用其专门安装的上视传感器获得，也可以利用雷达和/或相机在无人机上方探测的数据。其中，无人机的上方不仅包括无人机的正上方，也包括无人机的斜上方。

在复用雷达和/或相机的情况下，可以减少传感器数量，减轻飞机重量，从而降低飞机成本。

在获得障碍物无人机上方的信息后，通过对障碍物信息的分析，采取一定的避障模式以绕开障碍物，其中，避障模式包括如下的至少一种：上升避障模式，偏航避障模式，降落避障模式。

上升避障模式，指在前方具有障碍物的情况下，而无人机的上方没有障碍物，此时，无人机采取向上升高策略，在当升高的高度继续高于障碍物的最高点后，继续向前飞行，其中，向前飞行是指向与预定路线一致的方向飞行，或者是向着预定目的地方向飞行。

偏航避障模式，指在前方具有障碍物的情况下，无人机向着与原来飞行方向偏离某一角度的方向飞行，从障碍物的侧面绕过障碍物。

降落避障模式，指在遇到障碍物的情况下，无人机降落到地面或者指定定点，停止飞行，以躲避障碍物。

由图1所述的方法可以看出，在无需对现有无人机进行硬件改造的前提下，结合雷达和相机检测技术，提出了无人机综合避障方法，该方法极大的提高了无人机飞行的自主能力，实施成本低，安全性高，且适用范围广，极大的拓展了无人机的使用场景，如外卖配送业务、快递投放业务等。

在本申请的一个实施例中，在上述方法中，无人机航线上预定范围的空域是通过如下方式确定的：由雷达的视场角确定雷达的视锥，由相机的视场角确定相机的视锥；根据雷达的安装信息以及相机的安装信息，确定雷达的视锥与相机的视锥的公共区域中预设距离范围内的空域，作为所述无人机航线上预定范围的空域。

视场(Field of View，FOV)通常以视场角来描述，在实际中也有以FOV代指视场角的情况。在光学仪器中，以光学仪器的镜头为顶点，以被测目标的物像可通过镜头的最大范围的两条边缘构成的夹角，称为视场角。视场角的大小决定了光学仪器的视野范围，视场角越大，视野就越大，光学倍率就越小。通俗地说，目标物体超过这个角就不会被收在镜头里。

本实施例中，视场角即雷达的和相机的参数，在不损坏、更换零件的情况下，雷达和相机的视场角通常是确定不变的。

根据视场角可确定雷达的视锥，视场角为通过镜头的最大范围的两条边缘构成的夹角，视锥为圆锥形的空间体积，视场角的大小即为沿圆锥一条母线抛开的剖面的顶角的大小。且雷达的视锥的透视投影的话是截头椎体(frustum)，靠近雷达一侧的截面称为近剪切平面(near clipping plane)，远离雷达一侧的截面称为远剪切平面(far clippingplane)，所有于雷达的距离小于近剪切平面的距离或者大于远剪切平面的距离的物体都不会被获取。

同理，可获得相机的视锥，其通常也为一个锥体空间区域。

在得到雷达和相机的视锥后，根据雷达的安装信息以及相机的安装信息，确定雷达的视锥与相机的视锥的公共区域，进一步地，确定预设距离范围内的雷达的视锥与相机的视锥的公共区域为无人机航线上预定范围的空域。其中，预设距离的设定可以是通过实验、无人机机动性能、统计、经验值等方式确定的。安装信息包括但不限于雷达和相机的相对位置，以及二者的相对角度或二者相对于某一参照物的角度等，继而可获得雷达的视锥与相机的视锥的相交叉的区域，即为二者的公共区域。

由于视场角根据雷达和相机的参数得来，在需要更高的精度或广度时，可调整参数，以满足要求，如对相机更换广角摄像头。

本实施例选取在预设距离范围内的雷达和相机的视锥的公共区域，作为无人机航线上预定范围的空域，更进一步提高的障碍物监测的精度。在本申请的一个实施例中，在上述方法中，雷达的安装信息包括雷达探测方向与无人机水平面的第一夹角，相机的安装信息包括相机的拍摄方向与无人机水平面的第二夹角；第一夹角和第二夹角均根据无人机飞行时的倾角确定。

无人机在飞行的过程中，尤其是高速飞行的过程中，具有某一飞行倾角，为了保障无人机获得的障碍物信息均为其飞行时正前方的、范围尽可能大的空间内的信息，本实施例中，设置雷达探测方向和相机的拍摄方向与无人机水平面保持某一夹角，分别记为第一夹角和第二夹角，第一夹角和第二夹角的大小可相同，也可不同。在无人机安装时，为达到该目的，可将雷达和相机安装时与无人机水平面保持某一夹角，也可将雷达和相机传感器安装时与无人机水平面保持某一夹角，如图2所示，图中标记1为无人机的传感器，其与无人机水平面保持夹角α，该夹角大小可根据无人机飞行时的倾角确定，如无人机与水平方向夹角为20-30°，那么可设置该夹角为25°。

在本申请的一个实施例中，在上述方法中，根据上方探测数据确定无人机执行的避障模式包括：在根据上方探测数据确定无人机上方不存在障碍物的情况下，确定无人机执行的避障模式为上升避障模式；上升避障模式包括：若无人机航线上预定范围的空域内的障碍物消失，则退出上升避障模式以恢复飞行。

在无人机的无人机航线上预定范围的空域内出现障碍物时，无人机进行紧急避障，然后采取避障模式，其避障路线有多种，本实施例中优先选择上升避障模式。无人机进行紧急避障后，启动上视传感器，所谓上视传感器即可获取无人机上方信息的传感器。在根据上方探测数据确定无人机上方不存在障碍物的情况下，无人机执行上升避障模式，即无人机相对于地面，沿垂直于地面方面上升至某一高度，在上升的过程中，同时检测无人机的无人机航线上预定范围的空域内的障碍物是否还存在，如果障碍物消失，则退出上升避障模式以恢复飞行。

本实施例中采取上升避障模式，是最快最便捷的避障路线，在不改变既定飞行路线的情况下，能够以最快的速度绕过障碍物恢复飞行。

在本申请的一个实施例中，在上述方法中，退出上升避障模式以恢复飞行包括：规划通过无人机航线上预定范围的空域的抛物线飞行路径，使无人机沿抛物线飞行路径加速飞行至预定速度。

无人机退出上升避障模式后，悬停在空中，从悬停到高速的加速过程中，飞机的运动需要受传感器的视场角变化而动态约束，如果以中心为可信区域，那么无人机的加速过程理想情况下应该类似为一个类抛物线运动，且无人机的加速过程中的飞行路径规划应该在无人机航线上预定范围的空域内进行，即在预定距离范围内的雷达和相机的传感器的公共视场角内，因此整个加速期是一个动态的抛物线过程。如图2所述，图中标记2为无人机在加速过程中的飞行轨迹，从图中可以看出，无人机的飞行轨迹为一抛物线状。因此，在无人机紧急避障后，可先规划通过无人机航线上预定范围的空域的抛物线飞行路径，然后无人机沿抛物线飞行路径加速飞行至预定速度，预定速度可设置为无人机在正常情况下高速飞行的速度。

在本申请的一个实施例中，在上述方法中，根据上方探测数据确定无人机执行的避障模式包括：在根据上方探测数据确定无人机上方存在障碍物的情况下，确定无人机执行的避障模式偏航避障；偏航避障模式包括：沿垂直于地面方向旋转，若无人机航线上预定范围的空域内的障碍物消失，则退出偏航避障模式以恢复飞行。

本实施例中，无人机采取了偏航避障方法，在无人机前方有障碍物存在的条件下，经过探测，发现在无人机的上方存在障碍物，不能够采取上升避障方法，这时，无人机可沿垂直于地面方向旋转，直至无人机航线上预定范围的空域内的障碍物消失，此时，停止旋转，即退出偏航避障模式，然后加速至预定速度，以恢复飞行。由于避障后，无人机飞行方向与原预设路线产生一定角度，在障碍物消失后，可调整飞行姿态或者飞行角度重新回到预设路线。

本实施中的偏航避障方法尤其适合复杂情况下，无人机自主避障，显著拓宽了无人机配送的应用场景。

在本申请的一个实施例中，在上述方法中，根据上方探测数据确定无人机执行的避障模式还包括：若无人机沿垂直于地面方向旋转的时间和/或角度达到预设值，则退出偏航避障模式并切换至降落避障模式。

在场景不满足无人机上升情况下，无人机可采取偏航模式进行避障，但有时场景复杂，在无人机的侧面也可能存在障碍物影响无人机飞行，这时，可预设无人机沿垂直于地面方向旋转的时间和/或角度，当无人机旋转的程度达到这个预设值，在无人机航线上预定范围的空域内仍然存在障碍物，则说明场景复杂，无人机难以跳出危险区，为避免无人机的损坏，此时，停止旋转，即退出偏航避障模式，并切换至降落避障模式，降落避障模式即以一定速度，沿垂直与地面方向下降至地面。旋转的时间和/或角度的设置可根据旋转的角速度以及最终想要达到的旋转程度而定，如，预设旋转的角度为90°。

以上实施例可单独实施，也可以结合实施，图3示出了根据本申请另一个实施例的无人机避障方法的流程示意图。

首先根据雷达和相机的参数以及二者的安装信息，确定与无人机的无人机航线上预定范围的空域，在无人机飞行的过程中，通过雷达和相机和雷达的传感器实时获取无人机航线上预定范围的空域中是否出现障碍物，如果出现障碍物，获取障碍物的信息，包含障碍物到无人机的距离，判断障碍物到无人机的距离与预设的安全距离的大小，如果障碍物到无人机的距离大于预设的安全距离，则无需任何动作，仍实时获取无人机航线上预定范围的空域中是否出现障碍物即可。如障碍物到无人机的距离小于等预设的安全距离，此时，障碍物就会干扰到无人机的飞行，无人机进入紧急避障暂态，悬停在空中。

下一步，启动上视传感器，获取无人机上方的空间信息，检测无人机上方是否有障碍物出现，若没有，则执行上升避障模式，在无人机上升的过程中，检测无人机的无人机航线上预定范围的空域中的障碍物是否消失，若没有消失，则继续上升，若消失，则退出上升避障模式，沿着规划的抛物线飞行路径加速至预设速度以恢复飞行。

若无人机上方有障碍物出现，则执行偏航模式，即沿着垂直于地面方向旋转，同时坚持无人机航线上预定范围的空域中的障碍物是否消失，若消失，则退出偏航避障模式，沿着规划的抛物线飞行路径加速至预设速度以恢复飞行。

若无人机沿着垂直于地面方向旋转至预设程度，如与原来方向夹角为90°，无人机航线上预定范围的空域中的障碍物仍没有消失，判断偏航模式失败，执行降落避障模式。

图4示出了根据本申请一个实施例的无人机避障装置的结构示意图，该无人机避障装置400包括：

获取单元410：用于在无人机飞行过程中，获取雷达的探测数据以及相机的视觉数据。

无人机越来越多的应用到货物运输的场景中，不仅局限于货仓内的货物分拣，还应用于户外的复杂场景，如外卖配送等，在复杂场景下，无人机的飞行有时会遇到不确定的障碍物的干扰，使得无人机无法完成配送任务，有时甚至造成无人机的损坏。这对这种情况，本实施例提供了一种无人机综合自主避障方法。

雷达(Radar)也称“无线电定位”，是利用电磁波探测目标的无人机，雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，以得到探测目标的信息，是最常见的探测手段。本申请对雷达的频率不做限制，毫米波雷达是工作在毫米波波段探测的雷达，兼具微波雷达和光电雷达的优点，具有小天线口径、窄波束、大带宽、高多普勒频率、良好的抗隐身性能等优点，可以作为优选方案，采用毫米波雷达获得的数据作为雷达的探测数据。

自然界中，金属物体对电磁波具有良好的反射性，但是非金属物体例如树枝，木板等对电磁波反射较弱，因此雷达对非金属物体的检测性能相对较差。因此结合了相机测量技术，以克服上述缺点。

照相测量是指利用图像处理技术处理所得到的数字图像，以获得被测物体的信息。目前的照相测量有：双目立体相机测量方法、利用能输出深度信息的单目相机测量，如结构光、TOF(Time of flight，飞行时间测距)等、使用多幅不同视角的图像，通过视差来求解，如多摄像头技术，以及借助机器学习训练一个估计图像深度的模型，如高斯马尔可夫随机场模型。照相测量的优点在于功能强大、容易操作、精度高、智能化且易于携带和移动；抗震性能好，非接触式操作，并且可以进行高度自动化评价和动态测量；具有计算机辅助设计和分析软件的界面，快速出结果；受温度影响小，适用于在温度变化较大的环境中，对具有复杂外形的产品进行测量。本申请对照相测量方法不做限定，推荐使用双目立体相机测量方法，采用相机获得的数据称为视觉数据。

在本实施例将雷达探测和照相测量结合起来，能够克服雷达对非金属物体不敏感的缺陷，在确定了雷达和相机的相关参数后，雷达和相机可探测到的空间即为确定的，可以将二者可探测到区域合并，也可以取二者可探测到区域的公共部分作为无人机的无人机航线上预定范围的空域。

为了检测无人机的飞行路线上是否存在障碍物，需要在无人机飞行过程中，实时获取雷达的探测数据以及相机的视觉数据。

雷达的发射机通过天线把电磁波能量射向空间某一方向，处在此方向上的物体反射碰到的电磁波；雷达天线接收此反射波，送至接收设备进行处理，提取有关该物体的某些信息，雷达的探测数据包括不限于目标物体至雷达的距离，距离变化率或径向速度、方位、高度等。

相机通过一台或多台高分辨率的数字相机对被测物摄影，采用回光反射标志得到物体的数字影像，经计算机图像处理后可以得到反射标志点精确的笛卡尔坐标；通过不同位置的相机对多个目标同时测量，从而可以解算出相机间的位置和姿态关系，以及目标点的三维坐标，以获得被测物体曲面结构、外形尺寸和相对位置等信息。

执行单元420：用于在根据探测数据和/或视觉数据确定无人机航线上预定范围的空域内存在障碍物的情况下，使无人机进行紧急暂停。

本申请中无人机航线上预定范围的空域可根据雷达和相机所能探测到的空间范围确定，其是相对于无人机自身保持不变的一个空间，同时也随无人机姿态变化而相对于整体空间发生位置的改变，在这个空间区域内，一旦出现物体，会干扰或者阻碍无人机的正常飞行，无人机需要进行紧急避障。

承上所述，通过雷达探测和照相测量技术可以获得无人机既定飞行路线上外部物体的信息，如到无人机的距离、方位、高度等。若该物体落入无人机的无人机航线上预定范围的空域内，则判断该物体为障碍物，这时，无人机采取紧急制动，如快速降低速度，然后悬停在空中。

对于障碍物是否落入无人机航线上预定范围的空域内有多种判断方法，如可预先设定某一安全距离，获取无人机与障碍物的距离，比较无人机与障碍物的距离与预设的安全距离的大小，如果无人机与障碍物的距离大于安全距离，则判断障碍物没有落入无人机航线上预定范围的空域；如果无人机与障碍物的距离小于或等于安全距离，则判断障碍物落入无人机航线上预定范围的空域。对于安全距离的设定可根据无人机的大小、无人机的结构、无人机在飞行时可能涉及到的飞行姿态等确定。

获取单元410：还用于获取无人机的上方探测数据；执行单元420，还用于根据上方探测数据确定所述无人机执行的避障模式，避障模式包括如下的至少一种：上升避障模式、偏航避障模式、降落避障模式。

无人机在悬停后，要采用一定避障措施，以绕过障碍物，继续向目的地飞行。

本申请中，无人机的上方探测数据可采用其专门安装的上视传感器获得，也可以利用雷达和/或相机在无人机上方探测的数据。其中，无人机的上方不仅包括无人机的正上方，也包括无人机的斜上方。

在复用雷达和/或相机的情况下，可以减少传感器数量，减轻飞机重量，从而降低飞机成本。

在获得障碍物无人机上方的信息后，通过对障碍物信息的分析，采取一定的避障模式以绕开障碍物，其中，避障模式包括如下的至少一种：上升避障模式，偏航避障模式，降落避障模式。

上升避障模式，指在前方具有障碍物的情况下，而无人机的上方没有障碍物，此时，无人机采取向上升高策略，在当升高的高度继续高于障碍物的最高点后，继续向前飞行，其中，向前飞行是指向与预定路线一致的方向飞行，或者是向着预定目的地方向飞行。

偏航避障模式，指在前方具有障碍物的情况下，无人机向着与原来飞行方向偏离某一角度的方向飞行，从障碍物的侧面绕过障碍物。

降落避障模式，指在遇到障碍物的情况下，无人机降落到地面或者指定定点，停止飞行，以躲避障碍物。

由图4所述的装置可以看出，在无需对现有无人机进行硬件改造的前提下，结合雷达和相机检测技术，提出了无人机综合避障方法，该方法极大的提高了无人机飞行的自主能力，实施成本低，安全性高，且适用范围广，极大的拓展了无人机的使用场景，如外卖配送业务、快递投放业务等。

在本申请的一个实施例中，在上述装置中，执行单元420，用于由雷达的视场角确定雷达的视锥，由相机的视场角确定相机的视锥；以及用于根据雷达的安装信息以及相机的安装信息，确定雷达的视锥与相机的视锥的公共区域中预设距离范围内的空域，作为所述无人机航线上预定范围的空域。

在本申请的一个实施例中，在上述装置中，雷达的安装信息包括雷达探测方向与无人机水平面的第一夹角，相机的安装信息包括相机的拍摄方向与无人机水平面的第二夹角；第一夹角和第二夹角均根据无人机飞行时的倾角确定。

在本申请的一个实施例中，在上述装置中，执行单元420，用于在根据上方探测数据确定无人机上方不存在障碍物的情况下，确定无人机执行的避障模式为上升避障模式；其中，上升避障模式包括：若无人机航线上预定范围的空域内的障碍物消失，则退出上升避障模式以恢复飞行。

在本申请的一个实施例中，在上述装置中，执行单元420，用于规划通过无人机航线上预定范围的空域的抛物线飞行路径，使无人机沿所述抛物线飞行路径加速飞行至预定速度。

在本申请的一个实施例中，在上述装置中，执行单元420，用于在根据上方探测数据确定无人机上方存在障碍物的情况下，确定无人机执行的避障模式为偏航避障模式；所述偏航避障模式包括：沿垂直于地面方向旋转，若无人机航线上预定范围的空域内的障碍物消失，则退出偏航避障模式以恢复飞行。

在本申请的一个实施例中，在上述装置中，执行单元420，用于在无人机沿垂直于地面方向旋转的时间和/或角度达到预设值时，则退出偏航避障模式并切换至降落避障模式。

在本申请的一个实施例中，在上述装置中，上方探测数据包括如下的至少一种：上视传感器探测的数据，所述雷达在上方探测的数据，所述相机在上方探测的数据。

需要说明的是，上述实施例中的无人机避障装置可分别用于执行前述实施例中的无人机避障方法，因此不再一一进行具体的说明。

由上述可知，本申请的技术方案，通过在无人机飞行过程中，获取雷达的探测数据以及相机的视觉数据；在根据探测数据和/或视觉数据确定无人机航线上预定范围的空域内存在障碍物的情况下，使无人机进行紧急避障；获取无人机的上方探测数据，根据上方探测数据确定所述无人机执行的避障模式，避障模式包括如下的至少一种：上升避障模式、偏航避障模式、降落避障模式。本申请的有益效果在于：在无需对现有无人机进行硬件改造的前提下，结合雷达和相机检测技术，提出了无人机综合避障方法，该方法极大的提高了无人机飞行的自主能力，实施成本低，安全性高，且适用范围广，极大的拓展了无人机的使用场景。

需要说明的是：

在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟装置或者其它设备固有相关。各种通用装置也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类装置所要求的结构是显而易见的。此外，本申请也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本申请的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本申请的最佳实施方式。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本申请的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本申请并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本申请的示例性实施例的描述中，本申请的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本申请要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本申请的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本申请的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本申请实施例的无人机避障装置中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本申请还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本申请的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

例如，图5示出了根据本申请一个实施例的无人机的结构示意图。该无人机500包括处理器510和被安排成存储计算机可执行指令(计算机可读程序代码)的存储器520。存储器520可以是诸如闪存、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、EPROM、硬盘或者ROM之类的电子存储器。存储器520具有存储用于执行上述方法中的任何方法步骤的计算机可读程序代码531的存储空间530。例如，用于存储计算机可读程序代码的存储空间530可以包括分别用于实现上面的方法中的各种步骤的各个计算机可读程序代码531。计算机可读程序代码531可以从一个或者多个计算机程序产品中读出或者写入到这一个或者多个计算机程序产品中。这些计算机程序产品包括诸如硬盘，紧致盘(CD)、存储卡或者软盘之类的程序代码载体。这样的计算机程序产品通常为例如图6所述的计算机可读存储介质。图6示出了根据本申请一个实施例的一种计算机可读存储介质的结构示意图。该计算机可读存储介质600存储有用于执行根据本申请的方法步骤的计算机可读程序代码531，可以被无人机500的处理器510读取，当计算机可读程序代码531由无人机500运行时，导致该无人机500执行上面所描述的方法中的各个步骤，具体来说，该计算机可读存储介质存储的计算机可读程序代码531可以执行上述任一实施例中示出的方法。计算机可读程序代码531可以以适当形式进行压缩。

应该注意的是上述实施例对本申请进行说明而不是对本申请进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本申请可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (11)

1.一种无人机避障方法，其特征在于，包括：

在无人机飞行过程中，获取雷达的探测数据以及相机的视觉数据；

在根据所述探测数据和/或所述视觉数据确定无人机航线上预定范围的空域内存在障碍物的情况下，使所述无人机进行紧急暂停；

获取所述无人机的上方探测数据，根据所述上方探测数据确定所述无人机执行的避障模式，所述避障模式包括如下的至少一种：上升避障模式、偏航避障模式、降落避障模式。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无人机航线上预定范围的空域是通过如下方式确定的：

由雷达的视场角确定雷达的视锥，由相机的视场角确定相机的视锥；

根据雷达的安装信息以及相机的安装信息，确定雷达的视锥与相机的视锥的公共区域中预设距离范围内的空域，作为所述无人机航线上预定范围的空域。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述雷达的安装信息包括雷达探测方向与无人机水平面的第一夹角，所述相机的安装信息包括相机的拍摄方向与无人机水平面的第二夹角；所述第一夹角和所述第二夹角均根据无人机飞行时的倾角确定。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述上方探测数据确定所述无人机执行的避障模式包括：

在根据所述上方探测数据确定无人机上方不存在障碍物的情况下，确定所述无人机执行的避障模式为上升避障模式；

所述上升避障模式包括：若无人机航线上预定范围的空域内的障碍物消失，则退出上升避障模式以恢复飞行。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述退出上升避障模式以恢复飞行包括：

规划通过无人机航线上预定范围的空域的抛物线飞行路径，使所述无人机沿所述抛物线飞行路径加速飞行至预定速度。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述上方探测数据确定所述无人机执行的避障模式包括：

在根据所述上方探测数据确定无人机上方存在障碍物的情况下，确定所述无人机执行的避障模式为偏航避障模式；所述偏航避障模式包括：沿垂直于地面方向旋转，若无人机航线上预定范围的空域内的障碍物消失，则退出偏航避障模式以恢复飞行。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述上方探测数据确定所述无人机执行的避障模式还包括：

若无人机沿垂直于地面方向旋转的时间和/或角度达到预设值，则退出偏航避障模式并切换至降落避障模式。

8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，所述上方探测数据包括如下的至少一种：所述雷达在上方探测的数据，所述相机在上方探测的数据。

9.一种无人机避障装置，其特征在于，该装置包括：

获取单元，用于在无人机飞行过程中，获取雷达的探测数据以及相机的视觉数据；

执行单元，用于在根据所述探测数据和/或所述视觉数据确定无人机航线上预定范围的空域内存在障碍物的情况下，使所述无人机进行紧急暂停；

获取单元，还用于获取所述无人机的上方探测数据；

执行单元，还用于根据所述上方探测数据确定所述无人机执行的避障模式，所述避障模式包括如下的至少一种：上升避障模式、偏航避障模式、降落避障模式。

10.一种无人机，其中，该无人机包括：处理器；以及被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述处理器执行如权利要求1-8中任一项所述的方法。

11.一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序当被处理器执行时，实现如权利要求1-8中任一项所述的方法。

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