無人駕駛技術(shù)在環(huán)衛(wèi)行業(yè)的應(yīng)用

陳凱

石家莊煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司 河北石家莊 050000

1 無人駕駛汽車基本概念

無人駕駛汽車是一種智能汽車，也可以稱之為輪式機(jī)器人，主要依靠車內(nèi)的以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為主的智能駕駛儀來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛。無人駕駛汽車是通過車載傳感器感知道路環(huán)境，自動(dòng)規(guī)劃行車路線并控制車輛到達(dá)目的地的智能車輛。自動(dòng)駕駛汽車通過自身傳感器來感知周圍環(huán)境，并根據(jù)感知所獲得的車輛、道路信息、障礙信息，控制車輛行駛方向及速度，從而使車輛在道路上安全、可靠地行駛。自動(dòng)駕駛汽車集自動(dòng)控制、體系結(jié)構(gòu)、人工智能、視覺計(jì)算等眾多技術(shù)于一體，是計(jì)算機(jī)科學(xué)、模式識(shí)別和智能控制技術(shù)高度發(fā)展的產(chǎn)物，也是衡量一個(gè)國家科研實(shí)力和工業(yè)水平的重要標(biāo)志，在國防和國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。

2 無人駕駛發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)的百度、長安等企業(yè)以及國防科技大學(xué)、軍事交通學(xué)院等軍事院校的無人駕駛汽車走在研發(fā)的前列。例如長安汽車創(chuàng)造了無人駕駛汽車從重慶出發(fā)一路北上到達(dá)北京的國內(nèi)無人駕駛汽車長途駕駛記錄。百度汽車同樣在北京進(jìn)行了初次無人駕駛汽車道路試驗(yàn)，并且取得了成功。

國內(nèi)無人駕駛技術(shù)得到了不斷的發(fā)展并且取得了長足的進(jìn)步，無人駕駛汽車已經(jīng)得到了公眾的認(rèn)可，但是要實(shí)現(xiàn)無人駕駛汽車的普及仍然有很長的路要走。國內(nèi)無人駕駛技術(shù)依然存在關(guān)鍵技術(shù)水平不高，零部件非國產(chǎn)化嚴(yán)重、政策法規(guī)空洞等問題，所以依然需要汽車人的不斷努力。

3 環(huán)衛(wèi)領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)無人駕駛汽車技術(shù)一直處于試驗(yàn)階段，無法做到真實(shí)落地。然而，在環(huán)衛(wèi)行業(yè)，無人駕駛技術(shù)有了新的應(yīng)用領(lǐng)域。環(huán)衛(wèi)工人一直都是高危職業(yè)，我國每年遭遇交通事故的環(huán)衛(wèi)工人有數(shù)百人，幾乎每天都有環(huán)衛(wèi)工人因交通事故受傷，尤其夜間作業(yè)危險(xiǎn)性極高。使用無人駕駛環(huán)衛(wèi)車則可以有效降低人員安全風(fēng)險(xiǎn)，讓機(jī)器替代人在高危、惡劣的環(huán)境中進(jìn)行環(huán)衛(wèi)作業(yè)，將環(huán)衛(wèi)工人從這些時(shí)段和場(chǎng)景中解放出來。除此之外，無人駕駛環(huán)衛(wèi)車還能緩解環(huán)衛(wèi)服務(wù)行業(yè)用工難、管理難、人力成本高等難題。在環(huán)衛(wèi)具體場(chǎng)景中，道路清掃是最適合于無人環(huán)衛(wèi)車應(yīng)用的，其行駛速度低、硬件要求低、行駛路線重復(fù)固定、不需過分考慮車輛舒適度、人機(jī)交互相對(duì)簡單。不管是市政道路、背街小巷，還是封閉、半封閉園區(qū)內(nèi)道路，都可以將自動(dòng)駕駛功能搭載于車輛上實(shí)現(xiàn)無人化。

環(huán)衛(wèi)車輛本身作業(yè)行駛速度低，行駛道路相對(duì)固定，周圍環(huán)境復(fù)雜程度相對(duì)較低。隨著低速無人駕駛技術(shù)在環(huán)衛(wèi)行業(yè)的落地時(shí)機(jī)日益成熟，無人駕駛清潔產(chǎn)品線正式涉足環(huán)衛(wèi)領(lǐng)域。現(xiàn)階段無人環(huán)衛(wèi)項(xiàng)目、車輛多由環(huán)衛(wèi)服務(wù)公司和自動(dòng)駕駛科技公司合作研發(fā)及運(yùn)營，老牌環(huán)衛(wèi)服務(wù)公司如北京環(huán)衛(wèi)、龍馬環(huán)衛(wèi)、盈峰環(huán)境等都已經(jīng)積極開展無人環(huán)衛(wèi)的相關(guān)探索。在無人環(huán)衛(wèi)技術(shù)研發(fā)和實(shí)際運(yùn)營中，科技公司占據(jù)非常重要的位置。

2018 年4月24日，酷哇機(jī)器人聯(lián)合環(huán)衛(wèi)工程機(jī)械行業(yè)龍頭企業(yè)中聯(lián)環(huán)境共同發(fā)布了全球首臺(tái)具備全路況清掃、智能路徑規(guī)劃的無人駕駛掃地車；煙臺(tái)海德環(huán)衛(wèi)車聯(lián)合北京智行者科技以及百度地圖發(fā)布無人駕駛掃路機(jī)；2018年，北京環(huán)衛(wèi)集團(tuán)聯(lián)合百度發(fā)布多款無人駕駛掃路車[1]；2020年9月15日，于萬智駕和龍馬環(huán)衛(wèi)在廈門集美大學(xué)召開無人駕駛園區(qū)運(yùn)營項(xiàng)目發(fā)布會(huì)并簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，雙方合作開發(fā)的無人駕駛掃路機(jī)，具備厘米級(jí)精確定位、路沿石邊緣檢測(cè)并貼邊清掃、遇障礙物停車或繞行、遙控作業(yè)、智能語音交互等功能，可根據(jù)實(shí)際需求提供智能輔助駕駛模式、智能跟隨模式、無人駕駛模式、遠(yuǎn)程接管控制模式，有效解決了環(huán)衛(wèi)行業(yè)用工難、效率低、環(huán)境差等問題，提高作業(yè)效率，降低運(yùn)營成本，使清掃更加規(guī)范高效，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)環(huán)衛(wèi)服務(wù)精細(xì)化、智慧化管理。

目前，已經(jīng)有無人駕駛環(huán)衛(wèi)車輛在公園、廣場(chǎng)、園區(qū)等封閉道路環(huán)境下實(shí)際應(yīng)用，低速無人駕駛環(huán)衛(wèi)車是目前無人駕駛技術(shù)落地的最佳途徑（見圖1、圖2）。

圖1 無人駕駛掃路機(jī)器人

圖2 無人駕駛掃路車

4 無人駕駛環(huán)衛(wèi)車系統(tǒng)組成

在無人駕駛環(huán)衛(wèi)車系統(tǒng)上（見圖3～圖4），主要包括三部分組成：環(huán)衛(wèi)車主機(jī)，通過加裝激光雷達(dá)、景深攝像頭、毫米波雷達(dá)、超聲波等傳感器及行走電氣控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知和作業(yè)行走控制；無人駕駛解決方案系統(tǒng)，包括智能識(shí)別系統(tǒng)、決策規(guī)劃系統(tǒng)，通過軟件平臺(tái)算法構(gòu)建作業(yè)環(huán)境場(chǎng)景，規(guī)劃作業(yè)路徑，控制車輛行走及避障；百度地圖、高德地圖，配合GPS及北斗定位系統(tǒng)提供高精度地圖和定位技術(shù)，為車輛提供實(shí)時(shí)位置信息。

無人駕駛系統(tǒng)的核心可以概述為三個(gè)部分：感知層、規(guī)劃層和控制層。感知是指無人駕駛系統(tǒng)從環(huán)境中收集信息并從中提取相關(guān)知識(shí)的能力。其中，環(huán)境感知特指對(duì)于環(huán)境的場(chǎng)景理解能力，例如障礙物的位置，道路標(biāo)志/標(biāo)記的檢測(cè)，行人車輛的檢測(cè)等數(shù)據(jù)的語義分類。 一般來說，定位也是感知的一部分，定位是無人車確定其相對(duì)于環(huán)境位置的能力。

規(guī)劃是無人車為了某一目標(biāo)而作出一些有目的性決策的過程，對(duì)于無人駕駛車輛而言，這個(gè)目標(biāo)通常是指從出發(fā)地到達(dá)目的地，同時(shí)避免障礙物，并且不斷優(yōu)化駕駛軌跡和行為以保證乘客的安全舒適。規(guī)劃層相當(dāng)于人類駕駛員的大腦，對(duì)感知層的信息進(jìn)行分析計(jì)算，得到如何對(duì)無人車進(jìn)行控制的輸出。規(guī)劃層通常又被細(xì)分為任務(wù)規(guī)劃、行為規(guī)劃和動(dòng)作規(guī)劃三層。規(guī)劃層首先要做的是任務(wù)規(guī)劃，它解決的是沿什么路徑行駛的問題，任務(wù)規(guī)劃根據(jù)設(shè)定的起始點(diǎn)和終點(diǎn)，采用算法規(guī)劃出由起點(diǎn)到終點(diǎn)的路徑，用于導(dǎo)引無人車行駛。行為規(guī)劃的作用是對(duì)無人車在執(zhí)行任務(wù)時(shí)的各種行為進(jìn)行規(guī)劃。運(yùn)動(dòng)規(guī)劃是對(duì)行為規(guī)劃出來的行為的實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行規(guī)劃，無人車需要規(guī)劃出一系列的動(dòng)作，來實(shí)現(xiàn)行為規(guī)劃的結(jié)果。

最后，控制層則是無人車精準(zhǔn)地執(zhí)行規(guī)劃好的動(dòng)作的能力，這些動(dòng)作來源于更高的層。控制層相當(dāng)于人類駕駛員的手和腳，用來直接控制線控的無人車，它解決的是規(guī)劃層輸出的期望值如何實(shí)現(xiàn)的問題。

圖3 無人駕駛環(huán)衛(wèi)車系統(tǒng)示意圖

圖4 無人駕駛控制系統(tǒng)示意圖

無人駕駛掃路車的硬件配置融合了激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭、超聲波雷達(dá)等多種傳感器組合，來全時(shí)偵測(cè)障礙物[2]。另外，還有一整套穩(wěn)健的底盤運(yùn)動(dòng)執(zhí)行策略來跨越或繞過障礙。激光雷達(dá)是一類使用激光進(jìn)行探測(cè)和測(cè)距的設(shè)備，它能夠每秒鐘向環(huán)境發(fā)送數(shù)百萬光脈沖，它的內(nèi)部是一種旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，這使得激光雷達(dá)能夠?qū)崟r(shí)地建立起周圍環(huán)境的三維地圖。掃路車使用激光雷達(dá)技術(shù)，以攝像頭視覺為主做雙目識(shí)別，激光雷達(dá)為輔，配合超聲波等傳感器避障，最終實(shí)現(xiàn)的效果是，掃地車可以全自動(dòng)完成受限區(qū)域的清掃任務(wù)，比如馬路牙子識(shí)別、沿路邊清掃、S形清掃和避障繞障等。無人駕駛掃地車通過感知跟環(huán)境建立熟悉的過程，然后根據(jù)感知提取結(jié)構(gòu)化特征，將圖像分割和歸類，最后進(jìn)行存儲(chǔ)和記憶，形成駕駛場(chǎng)景數(shù)據(jù)模型。無人駕駛掃路車可以實(shí)現(xiàn)園區(qū)內(nèi)自動(dòng)避障、自主循跡、定點(diǎn)起停、自主掃地等智能功能，并通過WEB端，展示無人駕駛掃路機(jī)全局地圖及行駛路徑，操作人員在值班室可對(duì)無人駕駛掃路機(jī)進(jìn)行安全監(jiān)控，真正實(shí)現(xiàn)環(huán)衛(wèi)行業(yè)的無人化、智能化發(fā)展。

5 無人駕駛環(huán)衛(wèi)車應(yīng)用前景

無人駕駛技術(shù)的發(fā)展不斷加快，商業(yè)化步伐日益臨近。目前，業(yè)內(nèi)普遍將貨運(yùn)與客運(yùn)兩大場(chǎng)景視為無人駕駛車輛規(guī)?；占暗穆淠_點(diǎn)，無人駕駛貨車和無人駕駛出租車因此受到了多方關(guān)注。不過，在現(xiàn)有技術(shù)及法律條件下，應(yīng)用于封閉式場(chǎng)景的無人駕駛環(huán)衛(wèi)車、無人駕駛擺渡車或許更值得期待。加之近年來，隨著全球氣候變暖、環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，各國對(duì)于環(huán)保問題都愈加重視，我國自然也不例外。為了不斷推進(jìn)環(huán)保事業(yè)發(fā)展，保護(hù)人類生存環(huán)境，促進(jìn)環(huán)保產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、引導(dǎo)環(huán)保領(lǐng)域與科技領(lǐng)域深入融合就成為重要渠道。具體到環(huán)衛(wèi)領(lǐng)域而言，傳統(tǒng)的環(huán)衛(wèi)設(shè)備及作業(yè)方式亟需變革，而無人駕駛技術(shù)的巨大優(yōu)勢(shì)無疑值得利用。

同其他無人駕駛車輛類似，無人駕駛環(huán)衛(wèi)車一樣依賴于人工智能系統(tǒng)，需要借助圖像識(shí)別、機(jī)器視覺等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊事物的感知和識(shí)別。因而，無人駕駛環(huán)衛(wèi)車的基礎(chǔ)安全性能較為可靠，能夠承擔(dān)在一些場(chǎng)景的環(huán)衛(wèi)工職責(zé)。從應(yīng)用范圍來看，無人駕駛環(huán)衛(wèi)車將主要用于公園、小區(qū)、辦公園區(qū)、廣場(chǎng)、步行街、高鐵站和機(jī)場(chǎng)等封閉式或半封閉式場(chǎng)景當(dāng)中。無人駕駛環(huán)衛(wèi)車的應(yīng)用，顯然將推動(dòng)傳統(tǒng)環(huán)衛(wèi)領(lǐng)域加速變革，不僅能提高安全性、便捷性，也能減少人力成本投入。 使用無人駕駛環(huán)衛(wèi)車可以有效降低人員安全風(fēng)險(xiǎn)，讓機(jī)器替代人在高危、惡劣的環(huán)境中進(jìn)行環(huán)衛(wèi)作業(yè)，將環(huán)衛(wèi)工人從這些時(shí)段和場(chǎng)景中解放出來。除此之外，無人駕駛環(huán)衛(wèi)車還能緩解環(huán)衛(wèi)服務(wù)行業(yè)用工難、管理難、人力成本高等難題。

隨著5G技術(shù)的商用及無人駕駛環(huán)衛(wèi)車等智能環(huán)衛(wèi)設(shè)備的發(fā)展，無人駕駛產(chǎn)業(yè)及整個(gè)環(huán)衛(wèi)產(chǎn)業(yè)都將迎來積極影響。而人工智能熱潮的繼續(xù)深入推進(jìn)，將促使這一趨勢(shì)更為顯著。未來無人駕駛環(huán)衛(wèi)車將成為環(huán)衛(wèi)作業(yè)中的重要助手，無人駕駛商業(yè)化形勢(shì)也將呈現(xiàn)嶄新局面。