馬慧　陳云程　侯志賢

【摘 要】隨著國民人均消費水平的增加，垃圾產(chǎn)量在逐年上升，合理有效地處理垃圾成為亟待解決的難題。尤其在夜晚作業(yè)時，隨著可見度的下降與天氣狀況的改變，作業(yè)難度隨之增加，降低作業(yè)效率的同時增加了人工成本。針對現(xiàn)代生活中垃圾處理的現(xiàn)狀、夜晚運輸垃圾存在的困難以及夜晚作業(yè)的特點，結(jié)合北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀，提出了基于BDS的無人駕駛垃圾運輸車實現(xiàn)了垃圾運輸車自動導(dǎo)航駕駛、精確定位以及在惡劣環(huán)境中進行作業(yè)。本文給出了系統(tǒng)組成與整體技術(shù)路線，實現(xiàn)了定時、定點自動清理垃圾，減輕了工作人員在夜晚作業(yè)的負擔，并為城市智能化發(fā)展提供了可能。

【關(guān)鍵詞】BDS；垃圾運輸車；夜晚作業(yè)；無人駕駛

1引言

隨著我國現(xiàn)代化進程的推進，經(jīng)濟快速發(fā)展與國民消費水平的提高產(chǎn)生了大量垃圾，尤其是城市人口密集區(qū)域及其周邊地區(qū)的垃圾堆積問題尤為突出。經(jīng)調(diào)查，每個垃圾中轉(zhuǎn)站需要管理員、駕駛員、操作工、清潔工等共6人，尤其在夜晚作業(yè)時，可見度的下降與惡劣的工作環(huán)境，降低了工作效率并增加了市政開支。我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是我國自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，能在其覆蓋范圍內(nèi)提供足夠精確的定位信息。本文提出一種基于BDS的無人駕駛垃圾運輸車，1-2個操作人員即可解決全城的垃圾運輸問題，工作效率約為人工清理時的90-120倍。

2現(xiàn)狀分析

2.1作業(yè)時間

據(jù)初步統(tǒng)計，工作日期間，80%的城市居民的工作時間在8點到18點之間?？紤]到白天道路路況的復(fù)雜性，因此，城市垃圾運送系統(tǒng)在該時段屬于非活躍狀態(tài)；相應(yīng)地，每日23：00-次日8：00時段，城市垃圾運送系統(tǒng)處于活躍狀態(tài)，尤其是凌晨1：00-3：00，屬一天中路況最為優(yōu)良的時段，行駛條件優(yōu)良，且由于垃圾的味道刺鼻，這一時段運輸垃圾對居民的影響也最小。

2.2作業(yè)次數(shù)

垃圾產(chǎn)出量隨區(qū)域的變化呈現(xiàn)不同的特點。以泰安市泰山景區(qū)為例，人員活動情況呈現(xiàn)較為明顯的季節(jié)性變化：旅游淡季垃圾產(chǎn)出量較少，垃圾運輸車日均工作一次即可完成任務(wù)；相應(yīng)地，旅游旺季垃圾產(chǎn)出量較多，尤其是國家法定節(jié)假日期間，垃圾產(chǎn)出量將倍增，據(jù)報道，2018年五一節(jié)假日期間，游客人數(shù)達到13萬人次，是平時的幾倍甚至幾十倍，日均工作2-3次方可完成任務(wù)。具體工作數(shù)還應(yīng)根據(jù)各區(qū)域的實際情況而定。

3總體設(shè)計

基于BDS的無人駕駛垃圾運輸車主要由自主導(dǎo)航系統(tǒng)、實時動態(tài)定位系統(tǒng)、車輛視覺系統(tǒng)、交通標志識別系統(tǒng)、動態(tài)避障系統(tǒng)組成。

3.1系統(tǒng)組成

自主導(dǎo)航系統(tǒng)主要指垃圾運輸車的夜晚精準導(dǎo)航，能夠幫助車輛在陌生的環(huán)境中準確駕駛。根據(jù)已經(jīng)設(shè)定好的路線與定位的垃圾中轉(zhuǎn)站位置，實現(xiàn)無人駕駛情況下的垃圾運輸。由于作業(yè)時間的特殊性，夜晚行人較少，其他車輛車速較快，無人駕駛垃圾運輸車應(yīng)靠近道路邊緣并以為25Km/h的時速行駛，以減少交通事故的發(fā)生率；利用BDS實現(xiàn)定位與自動導(dǎo)航，自動到達垃圾中轉(zhuǎn)站清理垃圾；結(jié)合紅綠燈識別技術(shù)、避障技術(shù)、雷達傳感器等保證運輸過程的可靠性和穩(wěn)定性。

3.2系統(tǒng)工作流程

總體工作流程示意圖如下所示：

3.3路徑規(guī)劃

路徑規(guī)劃是無人駕駛垃圾運輸車實現(xiàn)準確躲避障礙物、安全穩(wěn)定駕駛的基礎(chǔ)，路徑規(guī)劃的目的是為無人駕駛垃圾運輸車提供最優(yōu)路徑[9]。路徑規(guī)劃可以從兩方面來建立：全局規(guī)劃與局部規(guī)劃。全局規(guī)劃是從行駛路線的全局著眼，利用已有的數(shù)字地圖，無需考慮約束條件，人為規(guī)劃可行區(qū)域以及全局最優(yōu)路徑。由于垃圾運輸車的作業(yè)時間為凌晨，此時路況良好，無需考慮障礙物、路徑寬度、路徑曲率等信息，但也不可避免地存在突發(fā)狀況，此時則需要局部規(guī)劃路徑，因此采用全局規(guī)劃為主、局部規(guī)劃為輔共同作用于無人駕駛垃圾運輸車，規(guī)劃處一條最優(yōu)的行駛期望路徑。

4.關(guān)鍵技術(shù)

4.1 定位技術(shù)

基于RTK的定位方法：RTK是利用載波相位差分進行實時動態(tài)相對定位的技術(shù)。黃永帥等人在武漢、重慶兩地分別對千尋北斗地基增強網(wǎng)絡(luò)的RTK定位服務(wù)進行了性能測試。結(jié)果表明，其定位性能能夠達到實時RTK厘米級。

4.2信號傳輸

信號傳輸主要包括運輸車（垃圾運輸車的簡稱，下同）與中轉(zhuǎn)站之間的信號傳輸、運輸車與操控室之間的信號傳輸、操控室與中轉(zhuǎn)站之間的信號傳輸。

無人駕駛垃圾運輸車系統(tǒng)的信號傳輸[4]示意圖如下所示：

結(jié)語

本文綜述了基于BDS的無人駕駛垃圾運輸車的研究，規(guī)劃了無人駕駛垃圾運輸車的組成，包括定位系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、識別系統(tǒng)、避障系統(tǒng)以及信號傳輸模塊。在消費水平日益提高的今天，垃圾處理成為城市智能化發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)，合理地解決垃圾處理與運輸問題是發(fā)展的必然趨勢。無人駕駛垃圾運輸車的出現(xiàn)，一方面降低了人力成本損耗，提高了工作效率，減輕了環(huán)衛(wèi)人員在惡劣環(huán)境中的工作負擔；另一方面，減少了市政建設(shè)的投資，在維護良好環(huán)境的同時，推動了智慧城市的建設(shè)與發(fā)展。

參考文獻：

[1]周學(xué)勝，張樹友，尚德磊.科學(xué)構(gòu)架建筑垃圾全鏈條閉合管理體系——北京市建筑垃圾治理經(jīng)驗介紹[J].城市管理與科技，2018，20（05）：44-47

[2]許洋，趙壯林，劉振斌.基于線性規(guī)劃的農(nóng)村垃圾處理問題[J].青島農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2018，35（03）：236-238.

[3]蔣婷.無人駕駛傳感器系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及未來展望[J].中國設(shè)備工程，2018（21）：180-181.

[4]申翔，吳培仁.基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的海上應(yīng)急搜救系統(tǒng)[J].指揮控制與仿真，2018，40（06）：43-49.

[5]尹韜儒.無人駕駛垃圾清掃車的設(shè)計與北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2016（16）：19-20.

[6]張夢巍. 智能無人駕駛車輛路徑跟蹤及底層控制方法研究[D].沈陽理工大學(xué)，2018.

（作者單位：山東科技大學(xué)）