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大疆spark无人机避障

这是一个非常经典的问题,因为Spark作为大疆早期的“口袋无人机”,其避障技术在当时有其先进性,但与现在的最新机型相比,也存在明显的局限性。

大疆spark无人机避障-图1
(图片来源网络,侵删)

核心结论先行

大疆Spark的避障系统不是全方位的,它主要依靠单一的前向红外传感器,这意味着:

  • 能避什么? 正前方和侧前方一定范围内的障碍物。
  • 不能避什么? 正后方、正下方、头顶和远处的障碍物。
  • 在什么情况下容易失败? 光线不足、表面光滑或透明的障碍物、高速飞行或急转弯时。

Spark避障系统的工作原理

Spark的避障系统主要由以下几个部分组成:

  1. 核心传感器:前向红外传感器

    • 位置: 位于无人机机头的两个“眼睛”之间。
    • 工作原理: 它发射人眼不可见的红外光,通过接收反射的红外光来构建前方的深度信息,从而感知距离。
    • 功能: 这是Spark唯一的主动避障传感器,它的主要作用是:
      • 智能跟随: 在跟随模式下,识别并保持与前方目标(如人)的距离。
      • 姿态模式悬停: 在无GPS信号(如室内)时,利用这个传感器感知前方地面,帮助无人机保持悬停稳定。
      • 前方避障: 当检测到正前方的障碍物时,Spark会自动减速或停止前进,尝试悬停或绕行。
  2. 辅助传感器:视觉系统

    大疆spark无人机避障-图2
    (图片来源网络,侵删)
    • 位置: 位于机身底部,包含一个下视摄像头和红外传感器。
    • 主要功能: 这个系统不用于前向避障,而是更重要的精准悬停,它通过识别地面纹理和特征,实现无GPS信号环境下的精准定位和悬停(即视觉定位系统,VPS)。
  3. 其他传感器:IMU、指南针、气压计等

    这些是所有无人机都有的基础传感器,负责维持飞行姿态、确定方向和高度,但不具备“感知”障碍物的能力。


避障能力详解(一张图看懂)

飞行方向 避障能力 详细说明
正前方 ✅ 有 主要工作区域,红外传感器能有效检测前方5米内的障碍物,在智能跟随、普通飞行中,遇到墙壁、树木会停下或绕开。
侧前方 ⚠️ 部分有 红外传感器的视野有一定的广角,能覆盖一部分侧前方区域,但效果和距离会打折扣。
正后方 ❌ 无 最大的盲区,Spark完全无法感知后方的障碍物,后退飞行时,必须完全依赖飞手手动操作。
正下方 ❌ 无 由下视VPS负责悬停,但不用于避障,如果下方有电线、树枝等低空障碍物,在降落或低空飞行时无法主动规避。
头顶 ❌ 无 无法感知上方的障碍物,如桥梁、天花板、高压线等。
远处 ❌ 无 红外传感器有效距离有限,对远处的障碍物(如远处的电线杆)无法提前预警。

避障系统的局限性(何时会失效?)

  1. 环境光线问题

    • 过强环境光: 在正午强烈的阳光下,红外传感器可能受到干扰,导致性能下降或失效。
    • 过暗环境: 在黄昏、夜晚或室内光线不足的环境中,红外传感器无法有效工作,避障功能会完全关闭。
  2. 障碍物表面特性

    大疆spark无人机避障-图3
    (图片来源网络,侵删)
    • 透明/光滑表面: 玻璃、水面、光滑的金属板等表面会红外光线穿透或反射异常,导致传感器无法正确判断距离,容易发生碰撞,这是所有红外避障系统的通病。
    • 纹理复杂/无纹理表面: 过于杂乱(如茂密灌木丛)或过于单一(如纯白墙壁)的表面,也可能影响传感器识别的准确性。
  3. 飞行状态

    • 高速飞行: Spark的避障系统反应速度是有限的,当无人机高速撞向障碍物时,系统可能来不及做出反应。
    • 急转弯: 在转弯过程中,传感器可能无法瞬间覆盖到新的飞行路径上的障碍物。

安全飞行建议(非常重要!)

鉴于Spark避障能力的局限性,永远不能100%依赖它,请遵循以下安全准则:

  1. 保持视距内飞行: 这是最基本也是最重要的原则,时刻让你的眼睛和无人机之间没有遮挡物。
  2. 手动飞行为主,避障为辅: 将Spark的避障功能看作一个“安全冗余”或“辅助工具”,而不是可以让你放心“甩手”的智能系统,尤其是在复杂环境中,一定要手动操控。
  3. 远离复杂环境: 在室内、树林间、有电线的区域等复杂场景飞行时,要格外小心,保持安全距离,并尽量降低飞行速度。
  4. 注意起飞和降落: 起飞前确保上方和周围没有障碍物,降落时,手动观察地面情况,选择平坦、无障碍物的区域,不要完全依赖自动降落。
  5. 了解盲区: 牢记Spark后方、下方、头顶是绝对的盲区,在这些方向进行操作时(如后退飞行),要加倍小心。
  6. 定期检查传感器: 飞行前,检查机头红外传感器窗口和底部VPS摄像头是否干净、无遮挡,污渍会严重影响其性能。

大疆Spark的避障系统是其在发布时一个重要的创新点,特别是对于其小巧的体积和较低的价格来说,具备前向避障能力非常实用,但它是一个早期且不完善的系统,与Phantom 4系列之后普及的双目视觉+红外多向避障系统,以及Mavic Air 2之后机型上更先进的全向避障系统相比,差距巨大。

对于Spark用户来说,正确的态度是:善用其前向避障能力作为辅助,但永远将飞手的手动操作和 situational awareness(环境感知能力)作为安全保障的第一道防线。

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