無人駕駛垃圾清掃車的設(shè)計(jì)與北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)應(yīng)用

尹韜儒

（內(nèi)蒙古包鋼一中，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

無人駕駛垃圾清掃車的設(shè)計(jì)與北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)應(yīng)用

尹韜儒

（內(nèi)蒙古包鋼一中，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

隨著智能化水平的不斷提高，無人駕駛垃圾清掃車將屢見不鮮，其原理與汽車智能駕駛無異。相較于普通的智能汽車駕駛，無人駕駛清掃車主要包括以下幾大系統(tǒng)：智能決策系統(tǒng)、環(huán)境感知系統(tǒng)、高精度導(dǎo)航系統(tǒng)、修正線控系統(tǒng)、動(dòng)力鋰電池組及管理系統(tǒng)等。其中，智能決策系統(tǒng)對行車進(jìn)行引導(dǎo)，避免障礙物和錯(cuò)誤的行車指令。環(huán)境感知系統(tǒng)能夠充分應(yīng)用感知系統(tǒng)的作用綜合處理多樣化數(shù)據(jù)和因素。高精度導(dǎo)航系統(tǒng)能夠提供精準(zhǔn)定位和方向指引，確保駕駛速度的穩(wěn)定性和方向的正確性。修正線控系統(tǒng)主要是為整個(gè)行車速度和行車方向提供數(shù)據(jù)依據(jù)和參考。動(dòng)力鋰電池組及管理系統(tǒng)主要為垃圾清掃車提供足夠的動(dòng)力。無人駕駛垃圾清掃車之所以成為今后發(fā)展的必然趨勢，主要是基于傳統(tǒng)清掃車所不具備的優(yōu)勢和特點(diǎn)。首先，無人駕駛垃圾清掃車主要采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，并能夠協(xié)調(diào)智能控制系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、感知系統(tǒng)等，確保整個(gè)作業(yè)過程的低噪音、無污染、零排放，保證作業(yè)過程的安全性、智能化、無污染，并滿足時(shí)代的發(fā)展要求，降低人力成本損耗，全程實(shí)地監(jiān)控，順利完成指定任務(wù)。

垃圾清掃車無人駕駛；車載北斗導(dǎo)航系統(tǒng)；環(huán)境感知；智能化

無人駕駛清掃車主要包括智能決策系統(tǒng)、環(huán)境感知系統(tǒng)、修正線控系統(tǒng)、實(shí)時(shí)定位數(shù)據(jù)、高精度導(dǎo)航系統(tǒng)、動(dòng)力鋰電池成組及管理系統(tǒng)，馬路行駛和清掃作業(yè)無須人工駕駛，也避免了道路擁擠，極大地降低了人工成本的損耗，并能夠充分實(shí)現(xiàn)作業(yè)操作的智能化、高效率，是未來垃圾清掃的必然發(fā)展趨勢，在智能化應(yīng)用逐步廣泛的今天，必將得到更為快速的發(fā)展。接下來，就對無人駕駛清掃車的五大系統(tǒng)進(jìn)行深入分析探討，以明確無人駕駛垃圾清掃車的各大系統(tǒng)構(gòu)成。

1.環(huán)境感知系統(tǒng)

環(huán)境感知系統(tǒng)是無人駕駛垃圾清掃車的重要組成部分，也是智能化行駛的關(guān)鍵因素。環(huán)境感知因素能夠充分發(fā)揮設(shè)備潛能，實(shí)時(shí)搜索并采集路面相關(guān)信息狀況，形成數(shù)據(jù)信息參考，簡而言之，就是對環(huán)境進(jìn)行感知，并形成數(shù)據(jù)信息符號。在無人駕駛垃圾清掃車的行駛過程中，路面可能會(huì)出現(xiàn)各種各樣的情況和障礙，例如：路過的行人、穿梭的動(dòng)物、并列的車輛等，都是路面障礙的一種，此外，路面破損形成的坑、凹陷等也會(huì)對垃圾掃車的行駛產(chǎn)生影響。環(huán)境感知系統(tǒng)的存在，能夠?qū)@些路面障礙進(jìn)行提前感知，以指導(dǎo)車輛及時(shí)采取剎車、前進(jìn)、倒退等動(dòng)作行為，避免垃圾清掃車遇到不必要的路面障礙影響工作。由于環(huán)境感知系統(tǒng)智能化水平較高，敏感度強(qiáng)，對路面信息的采集也會(huì)比較迅速，準(zhǔn)確度高，可參考性強(qiáng)，能夠避免垃圾清掃車在快速的行駛過程被迫停止產(chǎn)生交通意外。無人駕駛垃圾清掃車在作業(yè)過程中，交通標(biāo)志所占比重較高。由于交通標(biāo)志的類型繁多，種類各異，不同的交通標(biāo)志傳達(dá)不同的交通指令，無人駕駛垃圾清掃車必須能夠準(zhǔn)確判定交通標(biāo)志的含義，并迅速做出反應(yīng)，才能夠提高駕駛的順利和安全性，避免意外事件的發(fā)生。在實(shí)時(shí)信息搜集方面，無人駕駛垃圾清掃車充分利用攝像機(jī)的跟蹤拍攝和激光雷達(dá)的實(shí)時(shí)感應(yīng)功能，以及時(shí)捕捉路面信息，不僅能夠有效地把控垃圾清掃車的行駛方向，而且能夠提高信息獲取的即時(shí)性和準(zhǔn)確性。攝像頭的設(shè)置充分結(jié)合實(shí)際操作應(yīng)用要求，將其安裝在關(guān)鍵部位，并能夠根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)用性更強(qiáng)。

2.北斗高精度導(dǎo)航系統(tǒng)

北斗高精度導(dǎo)航系統(tǒng)在無人駕駛垃圾清掃車的實(shí)際操作中也極為重要，不僅能夠進(jìn)行路線規(guī)劃，還能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)導(dǎo)航，以達(dá)到高效作業(yè)的最終目的。利用北斗高精度導(dǎo)航系統(tǒng)，主要是基于定位的準(zhǔn)確性，采用精準(zhǔn)的衛(wèi)星定位和導(dǎo)航功能，及時(shí)獲取地面信號信息，進(jìn)而利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)解析和處理，對無人駕駛垃圾清掃車提供必要的參考依據(jù)和數(shù)據(jù)指示，讓無人駕駛垃圾清掃車在行駛的過程中能夠詳細(xì)獲知經(jīng)過的地理位置。

3.修正線控系統(tǒng)

修正線控系統(tǒng)也是無人駕駛垃圾清掃車作業(yè)中不可或缺的組成部分，主要是為了存儲相關(guān)數(shù)據(jù)信息，對涉及的路面信息進(jìn)行記錄和保存。無人駕駛垃圾清掃車在具體的行駛過程中，會(huì)接觸到大量的路面信息，修正線控系統(tǒng)就是對這些信息進(jìn)行采集，以確保信息有一定的停留時(shí)間和存儲空間，滿足無人駕駛垃圾清掃車的實(shí)際需要，因此，就對存儲空間提出了一定的要求，存儲路面即時(shí)數(shù)據(jù)信息就成為必要的重要的工作內(nèi)容。修正線控系統(tǒng)不僅能夠大量采集路面即時(shí)信息，而且能夠?qū)π畔⑦M(jìn)行整理和篩選，因?yàn)槁访婕磿r(shí)信息很多，但是可用的有限，只需要將有用的、對行駛車輛有價(jià)值的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行保存輸出即可，因此判斷與修正的過程極為重要。修正線控系統(tǒng)能夠?qū)o關(guān)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行及時(shí)刪除，對一些暫時(shí)無用后續(xù)可能會(huì)用的信息進(jìn)行有效的存儲，保證信息來源和存儲價(jià)值。在判定數(shù)據(jù)信息是否有價(jià)值的方面，修正線控系統(tǒng)的準(zhǔn)確性較高，需要從時(shí)間、空間等維度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并以科學(xué)的運(yùn)算得出結(jié)論，判斷一些數(shù)據(jù)信息是否有效，一旦存儲空間不足，修正線控系統(tǒng)還能夠根據(jù)信息的時(shí)間來判斷，刪除最初的沒用到的數(shù)據(jù)信息，確保新的數(shù)據(jù)信息能夠得到有效存儲。

4.智能決策系統(tǒng)

智能決策系統(tǒng)是無人駕駛垃圾清掃車行駛過程的重要一環(huán)。通過對路面信息進(jìn)行搜集和整理，會(huì)存儲大量的數(shù)據(jù)信息資源，但是資源和信息的利用還需要借助轉(zhuǎn)換系統(tǒng)才能夠應(yīng)用于車輛行駛，否則將毫無利用價(jià)值。智能決策系統(tǒng)的出現(xiàn)很好地解決了這一問題，能夠?qū)z像機(jī)、雷達(dá)等設(shè)備收集到的路面信息進(jìn)行智能化處理，這些虛擬信號可以通過智能化的處理形成數(shù)字信號和數(shù)字符號語言，可以為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所識別，通過對這些數(shù)據(jù)信息資源進(jìn)行運(yùn)算處理，就可以對行駛的車輛發(fā)號指令，做出正確的指導(dǎo)。

智能決策系統(tǒng)是無人駕駛垃圾清掃車的關(guān)鍵組成部分，也是核心版塊，能夠充分利用智能化處理系統(tǒng)，對環(huán)境感知系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)信息、全球定位系統(tǒng)獲取的導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)化的規(guī)劃和智能化的處理，為無人駕駛垃圾清掃車的行駛提供必要的參考依據(jù)，做出正確的行為反應(yīng)，確保無人駕駛垃圾清掃車的安全穩(wěn)定，并能夠順利完成清掃任務(wù)。

在對無人駕駛垃圾清掃車進(jìn)行智能化處理和規(guī)劃的時(shí)候，需要借助科學(xué)化的信息處理和運(yùn)算方式，以確保信息采集和存儲的高效優(yōu)質(zhì)，在此過程中，充分利用了常見的推理、總結(jié)、決策等行為習(xí)慣，并將行駛過程中可能遇到的狀況進(jìn)行歸納總結(jié)，以人類駕駛為例，對人類注意力的轉(zhuǎn)移、人類行駛過程的決策、人類駕駛的思想轉(zhuǎn)變等行為進(jìn)行概括，優(yōu)化行駛方式和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，確保無人駕駛垃圾清掃車行駛過程的安全性和穩(wěn)定性。

無人駕駛垃圾清掃車在行駛的過程中，需要注意以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

（1）高層行為決策系統(tǒng)：高層行為決策系統(tǒng)主要是對環(huán)境感知系統(tǒng)所獲取的信息數(shù)據(jù)資源進(jìn)行深度的解析和論證，對有用的信息數(shù)據(jù)資源進(jìn)行分類、整理和歸納，以形成科學(xué)化的數(shù)據(jù)資源利用，將環(huán)境感知信息條理化、導(dǎo)航意圖科學(xué)化、行駛模式穩(wěn)定化。

（2）運(yùn)動(dòng)規(guī)劃系統(tǒng)：在不同行車模式下，實(shí)現(xiàn)地理坐標(biāo)下預(yù)期生成的運(yùn)動(dòng)軌跡。

（3）底層無人駕駛車控系統(tǒng)：根據(jù)車輛當(dāng)前的實(shí)際運(yùn)動(dòng)位置與期望運(yùn)動(dòng)的位置，通過模糊推理的方式，實(shí)現(xiàn)對汽車方向盤、剎車、油門等行為的決策。

行為決策系統(tǒng)主要包括無人駕駛車輛行為模式的狀態(tài)與規(guī)劃管理，主要實(shí)現(xiàn)對無人駕駛車輛行為模式的分類。同時(shí)通過信息的預(yù)處理，給出導(dǎo)航意圖和環(huán)境感知意圖，進(jìn)一步指導(dǎo)導(dǎo)航模塊的路徑規(guī)劃，提供環(huán)境感知模塊的注意力方向。

在車輛行駛過程中，有如下行為模式：點(diǎn)火、熄火、換擋、變速（剎車與油門）、轉(zhuǎn)彎、其他（燈光、喇叭等），這些行為模式的選擇都需由決策系統(tǒng)進(jìn)行分類和規(guī)劃。

5.駕駛指令模塊

經(jīng)過對比運(yùn)算模塊處理后的數(shù)據(jù)形成指令，賦值給駕駛指令模塊，并通過駕駛指令模塊發(fā)出具體的指令給車輛的機(jī)械控制系統(tǒng)，以掌控車輛的運(yùn)行。

車輛的運(yùn)行由行為決策系統(tǒng)通過對信息的預(yù)處理，給出了導(dǎo)航意圖和環(huán)境感知意圖，并進(jìn)一步規(guī)劃了導(dǎo)航模塊的路徑，并提供環(huán)境感知模塊的注意力方向，有了這些原始動(dòng)作，就可通過駕駛指令模塊將這些指令形成具有單一屬性的不可再分的最小動(dòng)作單元。并將這些最小動(dòng)作單元形成具體的指令給車輛的機(jī)械控制系統(tǒng)，完成諸如：點(diǎn)火、熄火、加油、剎車、倒車、轉(zhuǎn)彎、提速等等具體的駕駛行為模式。

6.機(jī)械傳動(dòng)控制模塊

一輛汽車，在行駛過程中有多種駕駛模式：點(diǎn)火、熄火、方向、剎車、車速控制、倒車等多種行車模式，對于行駛中的無人駕駛車輛來說，選擇哪一種行為模式，不僅要得到駕駛指令模塊的指令，還要通過機(jī)械傳動(dòng)控制模塊的控制才能有效完成行為模式的選擇。

［1］王培.無人駕駛智能車的導(dǎo)航系統(tǒng)研究［D］.西安工業(yè)大學(xué)，2012：18-20.

［2］王晨.無人駕駛智能車控制與規(guī)劃系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.上海交通大學(xué)，2009：23-32.

［3］郭俊杰.無人駕駛車GPS自主導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.長安大學(xué)，2014：35-42.

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