無人駕駛技術(shù)在環(huán)衛(wèi)車領(lǐng)域中的應(yīng)用研究

摘要：無人駕駛技術(shù)作為智能交通和智慧城市的重要組成部分，正在不斷改變傳統(tǒng)環(huán)衛(wèi)作業(yè)方式。隨著城市化進(jìn)程的加速，垃圾產(chǎn)生量不斷增加，迫切需要高效、精準(zhǔn)的清掃和收集解決方案。無人駕駛環(huán)衛(wèi)車憑借其良好的作業(yè)效果、充滿科技感的外觀和環(huán)境友好性，逐漸受到公眾的歡迎?；诖耍敿?xì)分析了無人駕駛技術(shù)在環(huán)衛(wèi)車領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀、面臨的技術(shù)難點(diǎn)以及未來發(fā)展展望。

關(guān)鍵詞：無人駕駛；融合感知；強(qiáng)化學(xué)習(xí)；商業(yè)模式創(chuàng)新

中圖分類號(hào)：U461收稿日期：2024-10-20

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2025.01.021

1前言

近年來，隨著人工智能（AI）、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和大數(shù)據(jù)等技術(shù)的飛速發(fā)展，無人駕駛技術(shù)逐漸成為各領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。在環(huán)衛(wèi)行業(yè)中，傳統(tǒng)的人工清掃和垃圾收集方式已經(jīng)與城市的現(xiàn)代化進(jìn)程不相匹配，無人駕駛技術(shù)則為這一問題提供了新的解決方案。無人環(huán)衛(wèi)的發(fā)展可以分為四個(gè)主要階段，如表1所示。

由表1可知，無人環(huán)衛(wèi)的發(fā)展經(jīng)歷了從技術(shù)研究到產(chǎn)品落地，再到商業(yè)化運(yùn)營(yíng)及政策支持的完整過程，各階段之間相輔相成，彼此依托，不僅促進(jìn)了技術(shù)與市場(chǎng)的逐步成熟，也為實(shí)現(xiàn)智慧城市目標(biāo)提供了堅(jiān)實(shí)保障。

2應(yīng)用現(xiàn)狀

2015年，特斯拉推出了全球首款商業(yè)化輔助駕駛系統(tǒng)Autopilot[1]，標(biāo)志著無人駕駛技術(shù)正式進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。2024年7月1日，工信部等五部門聯(lián)合公布智能網(wǎng)聯(lián)汽車“車路云一體化”應(yīng)用試點(diǎn)城市名單，各試點(diǎn)城市要按照試點(diǎn)工作方案扎實(shí)推進(jìn)建設(shè)任務(wù)；國(guó)內(nèi)環(huán)衛(wèi)無人駕駛產(chǎn)業(yè)進(jìn)入發(fā)展的快車道。

環(huán)衛(wèi)車行駛速度低，作業(yè)排班路線相對(duì)固定、惡劣天氣不需要作業(yè)，因此可有效避免無人駕駛因感應(yīng)不準(zhǔn)確、剎車不及時(shí)等因素導(dǎo)致的行駛安全隱患。根據(jù)低速無人駕駛產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟數(shù)據(jù)，2023年各細(xì)分功能場(chǎng)景的銷售規(guī)模和銷售數(shù)量，無人駕駛清潔環(huán)衛(wèi)的占比最高，銷售數(shù)量約占總體的57%[2]?；诹己玫陌l(fā)展前景，多城市在公園、廣場(chǎng)、非機(jī)動(dòng)車道等半封閉場(chǎng)景已落地示范應(yīng)用，各方都在積極探索技術(shù)的優(yōu)化與法律法規(guī)的完善。

2.1自動(dòng)駕駛環(huán)衛(wèi)車的部署情況

深圳市作為科創(chuàng)龍頭，已開始批量部署無人駕駛環(huán)衛(wèi)車：深圳《關(guān)于進(jìn)一步推進(jìn)環(huán)衛(wèi)作業(yè)機(jī)械化、智能化的通知》要求，至2023年12月底前，全市每個(gè)街道開展至少1個(gè)無人智能清掃應(yīng)用場(chǎng)景試點(diǎn)。這些車輛配備激光雷達(dá)、攝像頭和GNSS等多種傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)自主導(dǎo)航與避障，采用先進(jìn)的控制算法，確保在動(dòng)態(tài)環(huán)境中安全穩(wěn)定地完成作業(yè)。蘇州、上海等地也紛紛投入資源，推動(dòng)無人駕駛環(huán)衛(wèi)車商業(yè)化應(yīng)用。根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè)，未來5年全球無人駕駛環(huán)衛(wèi)車市場(chǎng)預(yù)計(jì)將以30%的速度增長(zhǎng)。

2.2自動(dòng)駕駛環(huán)衛(wèi)車實(shí)際運(yùn)行中的初步反饋

2022年9月，廣州首個(gè)開放道路下的無人駕駛環(huán)衛(wèi)車項(xiàng)目在黃埔區(qū)啟動(dòng)試運(yùn)營(yíng)。黃埔區(qū)城管部門有關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，目前生物島內(nèi)的無人駕駛純電動(dòng)環(huán)衛(wèi)車，每日從零時(shí)開始作業(yè)，至19時(shí)結(jié)束，每周7天開展環(huán)衛(wèi)作業(yè)。車輛可在需要清潔的路段全自動(dòng)進(jìn)行環(huán)衛(wèi)作業(yè)，完成道路清掃、灑水降塵、噴灑消殺等保潔任務(wù)，還可自動(dòng)充電、排污、加水和停車。環(huán)衛(wèi)作業(yè)更多時(shí)候是在夜晚進(jìn)行，一輛傳統(tǒng)環(huán)衛(wèi)車需要多個(gè)司機(jī)，通常是“兩班倒”工作機(jī)制。相較于傳統(tǒng)環(huán)衛(wèi)車，無人駕駛環(huán)衛(wèi)車不但節(jié)省了人力，還提高了環(huán)衛(wèi)工作保潔效率。

2024年8月，某公司在寶安轄區(qū)多個(gè)點(diǎn)投入了15臺(tái)智能環(huán)衛(wèi)設(shè)備，采用排班制管理，每臺(tái)機(jī)器每天工作8h，避開高峰時(shí)段作業(yè)。這些設(shè)備能40min內(nèi)完成8000m2的清掃工作，作業(yè)效率是傳統(tǒng)人工作業(yè)的3～5倍。智能無人駕駛環(huán)衛(wèi)車的落地，讓一線環(huán)衛(wèi)作業(yè)從體力勞動(dòng)向智能化操作轉(zhuǎn)變，環(huán)衛(wèi)工人的工作內(nèi)容更加多樣化，也讓他們的職業(yè)幸福感愈發(fā)增強(qiáng)。

2.3自動(dòng)駕駛環(huán)衛(wèi)車現(xiàn)階段社會(huì)價(jià)值

自動(dòng)駕駛環(huán)衛(wèi)車通過自主完成清掃任務(wù)，可以減少對(duì)環(huán)衛(wèi)工人的依賴，從而有效降低人力成本。同時(shí)，自動(dòng)化設(shè)備能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，不受疲勞、天氣或其他外部因素影響，有助于緩解環(huán)衛(wèi)行業(yè)招工難、勞動(dòng)強(qiáng)度大的問題。

自動(dòng)駕駛環(huán)衛(wèi)車具備智能調(diào)度系統(tǒng)，可以根據(jù)實(shí)時(shí)路況、垃圾量等數(shù)據(jù)調(diào)整作業(yè)路線，優(yōu)化清掃任務(wù)。這種高效的作業(yè)方式不僅可以覆蓋更大的區(qū)域，還能針對(duì)高流量區(qū)域進(jìn)行集中清掃，避免資源浪費(fèi)。此外，車輛還能實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè)，減少傳統(tǒng)車輛需要頻繁停靠、人手交替等低效流程，實(shí)現(xiàn)全天候、高效、精確的運(yùn)營(yíng)，大幅提升工作效率。

以合肥市高新區(qū)某社區(qū)非機(jī)動(dòng)車道+人行道作業(yè)面積100萬㎡為例，采用無人化設(shè)備，清掃保潔成本降低了28.5%（表2）。

3自動(dòng)駕駛環(huán)衛(wèi)車技術(shù)難點(diǎn)及解決辦法

3.1感知與識(shí)別能力

無人駕駛車輛對(duì)周圍環(huán)境的感知依賴于多種傳感器組合，包括激光雷達(dá)、攝像頭和超聲波傳感器等。然而，在復(fù)雜的城市環(huán)境中，非機(jī)動(dòng)車輛、行人、高大建筑物遮擋等因素都會(huì)影響感知效果[3]。特別是在惡劣天氣或夜間行駛時(shí)，如何提高感知系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與魯棒性，是當(dāng)前亟待解決的挑戰(zhàn)。

目前，無人駕駛系統(tǒng)通過多傳感器數(shù)據(jù)融合，將激光雷達(dá)、攝像頭、毫米波雷達(dá)和超聲波傳感器等結(jié)合使用，通過感知冗余互補(bǔ)優(yōu)缺點(diǎn)；激光雷達(dá)可提供高精度3D建模，毫米波雷達(dá)在霧中表現(xiàn)更佳，攝像頭則捕捉顏色等視覺信息。針對(duì)自動(dòng)駕駛很難處理的一個(gè)東西—cornercase（極端情況，所謂長(zhǎng)尾效應(yīng)），環(huán)境是復(fù)雜多變的，比如在一些極端天氣之下，傳感器的精度大打折扣，可以通過高精地圖的輔助，來實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位[4]。此外，借助自主學(xué)習(xí)算法，車輛能夠從歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)中優(yōu)化感知模型，提升應(yīng)對(duì)復(fù)雜條件的能力。

3.2數(shù)據(jù)處理與決策算法

高效的數(shù)據(jù)處理和決策算法是無人駕駛環(huán)衛(wèi)車自主運(yùn)行的核心，環(huán)衛(wèi)車需要根據(jù)實(shí)時(shí)獲得的數(shù)據(jù)做出迅速反應(yīng)，以確保安全作業(yè)，但由于環(huán)境的動(dòng)態(tài)性，傳統(tǒng)算法難以適應(yīng)快速變化的情況，尤其是在復(fù)雜的交叉路口和擁堵的市區(qū)，如何實(shí)時(shí)判斷正確的行駛路徑與策略，依然是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。

無人駕駛環(huán)衛(wèi)車采用基于深度學(xué)習(xí)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)的算法，結(jié)合動(dòng)態(tài)規(guī)劃與局部路徑優(yōu)化，應(yīng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境中的實(shí)時(shí)決策。首先，通過多傳感器數(shù)據(jù)融合和高精地圖，確保對(duì)環(huán)境的精準(zhǔn)感知；然后，使用深度學(xué)習(xí)模型預(yù)測(cè)周圍物體的行為趨勢(shì)；同時(shí)，引入強(qiáng)化學(xué)習(xí)，讓車輛在模擬環(huán)境中不斷自我訓(xùn)練，積累經(jīng)驗(yàn)，提高適應(yīng)性。在復(fù)雜場(chǎng)景下，基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的決策模塊能迅速計(jì)算出最優(yōu)行駛路徑與策略，確保作業(yè)安全。

3.3安全性與法規(guī)

無人駕駛環(huán)衛(wèi)車的安全性是社會(huì)普遍關(guān)注的熱點(diǎn)問題。事故發(fā)生后責(zé)任的判定、法律法規(guī)的制定都亟需明確。此外，設(shè)備的故障檢測(cè)及應(yīng)急處理機(jī)制也需要進(jìn)一步完善，以確保車輛在復(fù)雜情況下的安全操作。如何建立健全的法律法規(guī)體系，為無人駕駛環(huán)衛(wèi)車的落地提供保障，是行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。

深圳、上海等地于2022年出臺(tái)了《智能網(wǎng)聯(lián)汽車管理?xiàng)l例》，圍繞智能網(wǎng)聯(lián)汽車的準(zhǔn)入、登記、使用、運(yùn)營(yíng)、質(zhì)檢等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定，有力地推動(dòng)了無人駕駛環(huán)衛(wèi)車的落地應(yīng)用。平安、人保等公司也適時(shí)地推出了三者險(xiǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量險(xiǎn)等相應(yīng)的險(xiǎn)種，降低使用方的運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。

3.4制動(dòng)駕駛技術(shù)升級(jí)方向

為徹底解決場(chǎng)景的長(zhǎng)尾效應(yīng)，未來必然是讓無人駕駛車像人一樣，通過眼睛和耳朵（傳感器）來感知，通過大腦（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）來決策，通過具有專用智能的車端大模型來代替人工駕駛。圖1給出了無人駕駛技術(shù)迭代方向。

4未來展望

4.1通過路面垃圾和清潔度的識(shí)別，指導(dǎo)環(huán)衛(wèi)車精準(zhǔn)作業(yè)

當(dāng)前，圖像識(shí)別技術(shù)已能在環(huán)衛(wèi)車端實(shí)現(xiàn)基本的路面垃圾檢測(cè)，但常用模型如YOLO軟件系統(tǒng)因?yàn)橛?jì)算量大，不適合嵌入式部署，導(dǎo)致識(shí)別準(zhǔn)備率不高，無法商業(yè)化應(yīng)用。

未來，通過更高效的模型壓縮技術(shù)與自適應(yīng)學(xué)習(xí)算法的結(jié)合，以適應(yīng)多變的城市環(huán)境。同時(shí)，結(jié)合多模態(tài)傳感器數(shù)據(jù)（如激光雷達(dá)、攝像頭），提升垃圾分類精度和清潔度評(píng)估能力，推動(dòng)無人環(huán)衛(wèi)車選擇合適的作業(yè)模式，降低能耗和作業(yè)噪音。

4.2多樣化的無人環(huán)衛(wèi)車輛聯(lián)合作業(yè)，實(shí)現(xiàn)全作業(yè)場(chǎng)景無人化覆蓋

目前，現(xiàn)有的無人環(huán)衛(wèi)車普遍依賴于較為基礎(chǔ)的圖像識(shí)別技術(shù)，難以有效區(qū)分不同類型的垃圾，主要專注于路面全覆蓋式清掃工作。雖然在提升作業(yè)效率和減少人工成本方面取得了一定成果，但仍解決不了垃圾撿拾和清運(yùn)的無人化難題。

未來，需要引入更先進(jìn)的深度學(xué)習(xí)算法與傳感器融合技術(shù)，使無人環(huán)衛(wèi)車具備高精度的垃圾分類與識(shí)別能力，以支持垃圾撿拾和轉(zhuǎn)運(yùn)等功能，實(shí)現(xiàn)無人環(huán)衛(wèi)車多樣化作業(yè)場(chǎng)景全覆蓋。同時(shí)開發(fā)智能調(diào)度系統(tǒng)，使多臺(tái)無人環(huán)衛(wèi)車能夠協(xié)同作業(yè)，根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)優(yōu)化路線，提高作業(yè)效率。此外，可以利用自動(dòng)化裝卸系統(tǒng)，解決垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)過程中需要人工干預(yù)的問題。未來的無人環(huán)衛(wèi)作業(yè)將朝著更加智能化、全面化的發(fā)展方向邁進(jìn)。

4.3多元化的無人環(huán)衛(wèi)商業(yè)模式

當(dāng)下，無人環(huán)衛(wèi)裝備作為高科技產(chǎn)品，技術(shù)門檻較高，導(dǎo)致多數(shù)傳統(tǒng)環(huán)衛(wèi)公司無法掌握其操作和維護(hù)，這使得無人環(huán)衛(wèi)的市場(chǎng)化進(jìn)程緩慢。要推動(dòng)無人環(huán)衛(wèi)快速落地，需要在商業(yè)模式上進(jìn)行創(chuàng)新。

未來，設(shè)備供應(yīng)商可提供靈活的租賃方案，降低環(huán)衛(wèi)公司的初始投資成本。同時(shí)，結(jié)合全面的技術(shù)支持和日常運(yùn)維服務(wù)，幫助環(huán)衛(wèi)公司解決操作困難的問題，使其專注于業(yè)務(wù)核心，而非設(shè)備管理。此外，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控作業(yè)數(shù)據(jù)，基于清掃面積、垃圾處理量等指標(biāo)實(shí)行動(dòng)態(tài)計(jì)費(fèi)，激勵(lì)環(huán)衛(wèi)公司優(yōu)化作業(yè)流程，提高設(shè)備利用率，同時(shí)確保設(shè)備商獲得持續(xù)盈利。通過示范項(xiàng)目的高經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，推動(dòng)政府出臺(tái)相關(guān)補(bǔ)貼或稅收優(yōu)惠政策，鼓勵(lì)環(huán)衛(wèi)公司引入無人技術(shù)。

5結(jié)語

盡管路途遙遠(yuǎn)，無人駕駛可能晚到，但絕不會(huì)缺席，無人駕駛技術(shù)在環(huán)衛(wèi)車領(lǐng)域的應(yīng)用正處于快速發(fā)展階段，其未來潛力巨大。然而，要實(shí)現(xiàn)全面推廣，仍需克服感知、決策、安全、法規(guī)等多方面的難題。在未來的發(fā)展中，結(jié)合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的建立、政府政策的支持以及社會(huì)認(rèn)可度的提升，可以預(yù)計(jì)，無人駕駛環(huán)衛(wèi)車將為現(xiàn)代城市的環(huán)境衛(wèi)生管理帶來革命性的變化。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

鄭磊，男，1978年生，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)槌商篆h(huán)衛(wèi)設(shè)備及智能化。