嫦娥3号发射，图片来源：新华网作者丨林文杰，工程师，川陀智库高级研究员
近日，玉兔二号结束了第19月昼工作，累计行驶463.26米，自2019年1月嫦娥4号降落月背以来，我国在月球软着陆技术上已经累计了丰富的经验。
在嫦娥4号之前，2013年12月，我国在西昌卫星发射中心发射了嫦娥3号探测器，携带玉兔号月球车巡视月面。嫦娥3号和4号成功的关键在于软着陆主动避障技术的成熟。
嫦娥3号携带的玉兔号月球车，图片来源：新华网与阿波罗登月不同，嫦娥3号是无人探测器，阿波罗登月舱软着陆月面可通过宇航员肉眼识别操控。无人探测器则需要计算机自主避障，如果没有这个技术的支撑，嫦娥3号也无法降落月面。
主动避障技术不仅在航天领域的应用范围广泛，而且在民用领域也能看到它的身影，比如车辆自动驾驶、人工智能机器人、无人机投递货物等。
软着陆主动避障
在地外天体上实现自主软着陆，就离不开主动避障技术，主要技术用途是避开天体表面的高山、陨石坑等非平坦地貌。月球表面的地形复杂，美苏登月期间在月面软着陆的探测器不具备避障能力，成功率非常低，而阿波罗登月依靠肉眼避障，当然成功率就提高了很多。
好奇号上使用的天空起重机，其避障模式与嫦娥3号的避障系统不太一样，图片来源：NASA
2005年，NASA提出了自主精确着陆危险规避技术，英文简称为ALHAT，支持人员、货物和无人探测器在多类型天体表面软着陆，可在任何光照条件下进行。2012年，NASA好奇号火星车登陆火星使用了LVS着陆器视觉系统，通过比对轨道探测器拍摄的火星表面图像调整着落位置。
LVS着陆器视觉系统可拍摄航天器下方的地形，并且与机载地图进行匹配，简化了主动避障的流程，以LRO火星勘测轨道飞行器提供的高精度火星表面地图为基准，帮助好奇号火星车软着陆火星表面。
嫦娥3号和4号使用的避障技术比LVS着陆器视觉系统更为高级一些，其避障规则不需要精确的月面地图，全靠光学成像敏感期所捕捉的着陆区光学图像。嫦娥3号在国际上首次使用了接力避障模式，分为粗避障、精避障和着落功能保持。
嫦娥3号在月面软着陆过程，图片来源：新华网粗避障依靠着陆区光学图像，可识别较大的山脉和撞击坑，图像通过二维恢复筛选出安全着陆区。精避障使用高精度三维成像敏感器进行多点扫描，获取着陆区三维高程数据，进一步筛选安全着陆点。这套技术也可以在登陆火星时使用，因此我国第一个火星探测器“天问一号”就要同时实现绕、落、巡三个步骤，直接在火星表面软着陆。
火星表面
美国宇航局在2020火星车上仍然使用LVS着陆器视觉系统，更高级的安全精确着陆综合能力演进（SPLICE）项目目前仍然在研发中。SPLICE避障技术未来可以在月球、火星、小行星登陆上使用。
民用主动避障的应用
在民用领域，主动避障技术也有非常广泛的应用，比如这些年非常热门的自动驾驶汽车。
与登陆地外天体相比，自动驾驶汽车的避障技术似乎还更复杂一些，因为地外天体表面的地貌是基本固定的，唯一的变量就是光照，火星上顶多还有一些沙尘等，而自动驾驶汽车的避障需要应对路面上各种突发情况，比如突然冲出来的行人、前方变道的车辆等。嫦娥3号的避障系统在精避障阶段才使用到三维高程数据，粗避障阶段是利用月面二维图像识别较大的障碍物。
自动驾驶汽车则需要全程使用基于立体视觉的三维重建，识别移动中的障碍物，对周围环境实施感知。周围环境中，除了静态的建筑物外，还有动态的行人和汽车，针对自动驾驶汽车必然要使用立体视觉系统，对目标物体瞬态进行实时三维重建。
无人汽车与无人机的避障技术基本相似，也需要对静态和动态物体进行三维重建，但无人机有一个高度上的变化，以及飞行动态变化，需要主动视觉技术予以支持。
立体视觉技术是无人机、无人驾驶车辆最基本的避障技术，细分之后还涉及到主动视觉和被动视觉避障。被动视觉避障是基于图像传感器采集的场景数据，提取出障碍物的物理信息，比如高度、形状等。
比如使用谷歌地图上的建筑图像，建立街道场景，为无人汽车、无人机提供障碍物信息，甚至可以将车载道路场景与实时路况进行比对，提高避障导航的精确度。地外天体软着陆上大部分使用的是被动视觉避障，好奇号火星车就是经典的案例，基于火星勘测轨道飞行器的高精度地图进行避障。
但是NASA在1997年登陆火星的探测者号上使用了主动视觉避障技术，增加了激光条纹技术，这个方法与嫦娥3号激光三维成像传感器的技术应用非常相似，主动获取周围环境态势。主被动视觉避障技术结合之后，可建立动态的、立体的场景，这就是当前无人机、无人驾驶车辆自主导航技术的一个瓶颈。
主动避障技术行业的展望
一旦无人机、无人机汽车的主动避障技术能够成熟，那么其衍生的行业就更多了，比如盲人、残疾人辅助道路设备，让这些群体的出行更加方便。
无人机如果能够使用主动避障，可用无人机投递快递，加快了快递站之间货物流动的速度，那么快递到家的速度就更快了。因为我们知道国内快递主要有航空运输和陆运两种，航空运输基于货机，陆运的快递速度慢。
在市区之间，经济性最好的可能是大型无人机，交通拥堵往往会降低快递运输的速度，而大型无人机可以解决这个问题。大型无人机可借助嫦娥3号的避障系统，在建筑之间飞行，结合卫星定位可以很快找到投递站点，避开了拥堵的交通。
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