尹韜儒

（內(nèi)蒙古包鋼一中，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

無(wú)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(wú)人駕駛垃圾清掃車將屢見(jiàn)不鮮，其原理與汽車智能駕駛無(wú)異。相較于普通的智能汽車駕駛，無(wú)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(duì)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(wú)人駕駛垃圾清掃車之所以成為今后發(fā)展的必然趨勢(shì)，主要是基于傳統(tǒng)清掃車所不具備的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。首先，無(wú)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(guò)程的低噪音、無(wú)污染、零排放，保證作業(yè)過(guò)程的安全性、智能化、無(wú)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(wú)人駕駛；車載北斗導(dǎo)航系統(tǒng)；環(huán)境感知；智能化

無(wú)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(wú)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(lái)垃圾清掃的必然發(fā)展趨勢(shì)，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(lái)，就對(duì)無(wú)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(wú)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(wú)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(jiǎn)而言之，就是對(duì)環(huán)境進(jìn)行感知，并形成數(shù)據(jù)信息符號(hào)。在無(wú)人駕駛垃圾清掃車的行駛過(guò)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(guò)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(duì)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(duì)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(guò)程被迫停止產(chǎn)生交通意外。無(wú)人駕駛垃圾清掃車在作業(yè)過(guò)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(wú)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(wú)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(wú)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(hào)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(duì)無(wú)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(wú)人駕駛垃圾清掃車在行駛的過(guò)程中能夠詳細(xì)獲知經(jīng)過(guò)的地理位置。

3.修正線控系統(tǒng)

修正線控系統(tǒng)也是無(wú)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(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)信息，對(duì)涉及的路面信息進(jìn)行記錄和保存。無(wú)人駕駛垃圾清掃車在具體的行駛過(guò)程中，會(huì)接觸到大量的路面信息，修正線控系統(tǒng)就是對(duì)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(chǔ)空間，滿足無(wú)人駕駛垃圾清掃車的實(shí)際需要，因此，就對(duì)存儲(chǔ)空間提出了一定的要求，存儲(chǔ)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(duì)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(guò)程極為重要。修正線控系統(tǒng)能夠?qū)o(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行及時(shí)刪除，對(duì)一些暫時(shí)無(wú)用后續(xù)可能會(huì)用的信息進(jìn)行有效的存儲(chǔ)，保證信息來(lái)源和存儲(chǔ)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(chǔ)空間不足，修正線控系統(tǒng)還能夠根據(jù)信息的時(shí)間來(lái)判斷，刪除最初的沒(méi)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(chǔ)。

4.智能決策系統(tǒng)

智能決策系統(tǒng)是無(wú)人駕駛垃圾清掃車行駛過(guò)程的重要一環(huán)。通過(guò)對(duì)路面信息進(jìn)行搜集和整理，會(huì)存儲(chǔ)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(wú)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(wèn)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(hào)可以通過(guò)智能化的處理形成數(shù)字信號(hào)和數(shù)字符號(hào)語(yǔ)言，可以為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所識(shí)別，通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)信息資源進(jìn)行運(yùn)算處理，就可以對(duì)行駛的車輛發(fā)號(hào)指令，做出正確的指導(dǎo)。

智能決策系統(tǒng)是無(wú)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(duì)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(wú)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(wú)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(duì)無(wú)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(chǔ)的高效優(yōu)質(zhì)，在此過(guò)程中，充分利用了常見(jiàn)的推理、總結(jié)、決策等行為習(xí)慣，并將行駛過(guò)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(duì)人類注意力的轉(zhuǎn)移、人類行駛過(guò)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(wú)人駕駛垃圾清掃車行駛過(guò)程的安全性和穩(wěn)定性。

無(wú)人駕駛垃圾清掃車在行駛的過(guò)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(duì)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(duì)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(wú)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(guò)模糊推理的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(wú)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(duì)無(wú)人駕駛車輛行為模式的分類。同時(shí)通過(guò)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(guò)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(guò)對(duì)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(guò)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(guò)對(duì)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(guò)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(guò)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(duì)于行駛中的無(wú)人駕駛車輛來(lái)說(shuō)，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(guò)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(wú)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(wú)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(wú)人駕駛車GPS自主導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.長(zhǎng)安大學(xué)，2014：35-42.

U469

A