无人驾驶垃圾清扫车的设计与北斗导航定位系统应用

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摘 要：随着智能化水平的不断提高，无人驾驶垃圾清扫车将屡见不鲜，其原理与汽车智能驾驶无异。相较于普通的智能汽车驾驶，无人驾驶清扫车主要包括以下几大系统：智能决策系统、环境感知系统、高精度导航系统、修正线控系统、动力锂电池组及管理系统等。其中，智能决策系统对行车进行引导，避免障碍物和错误的行车指令。环境感知系统能够充分应用感知系统的作用综合处理多样化数据和因素。高精度导航系统能够提供精准定位和方向指引，确保驾驶速度的稳定性和方向的正确性。修正线控系统主要是为整个行车速度和行车方向提供数据依据和参考。动力锂电池组及管理系统主要为垃圾清扫车提供足够的动力。无人驾驶垃圾清扫车之所以成为今后发展的必然趋势，主要是基于传统清扫车所不具备的优势和特点。首先，无人驾驶垃圾清扫车主要采用电机驱动技术，并能够协调智能控制系统、定位系统、感知系统等，确保整个作业过程的低噪音、无污染、零排放，保证作业过程的安全性、智能化、无污染，并满足时代的发展要求，降低人力成本损耗，全程实地监控，顺利完成指定任务。

关键词：垃圾清扫车无人驾驶；车载北斗导航系统；环境感知；智能化

中图分类号：U469 文献标识码：A

无人驾驶清扫车主要包括智能决策系统、环境感知系统、修正线控系统、实时定位数据、高精度导航系统、动力锂电池成组及管理系统，马路行驶和清扫作业无须人工驾驶，也避免了道路拥挤，极大地降低了人工成本的损耗，并能够充分实现作业操作的智能化、高效率，是未来垃圾清扫的必然发展趋势，在智能化应用逐步广泛的今天，必将得到更为快速的发展。接下来，就对无人驾驶清扫车的五大系统进行深入分析探讨，以明确无人驾驶垃圾清扫车的各大系统构成。

1.环境感知系统

环境感知系统是无人驾驶垃圾清扫车的重要组成部分，也是智能化行驶的关键因素。环境感知因素能够充分发挥设备潜能，实时搜索并采集路面相关信息状况，形成数据信息参考，简而言之，就是对环境进行感知，并形成数据信息符号。在无人驾驶垃圾清扫车的行驶过程中，路面可能会出现各种各样的情况和障碍，例如：路过的行人、穿梭的动物、并列的车辆等，都是路面障碍的一种，此外，路面破损形成的坑、凹陷等也会对垃圾扫车的行驶产生影响。环境感知系统的存在，能够对这些路面障碍进行提前感知，以指导车辆及时采取刹车、前进、倒退等动作行为，避免垃圾清扫车遇到不必要的路面障碍影响工作。由于环境感知系统智能化水平较高，敏感度强，对路面信息的采集也会比较迅速，准确度高，可参考性强，能够避免垃圾清扫车在快速的行驶过程被迫停止产生交通意外。无人驾驶垃圾清扫车在作业过程中，交通标志所占比重较高。由于交通标志的类型繁多，种类各异，不同的交通标志传达不同的交通指令，无人驾驶垃圾清扫车必须能够准确判定交通标志的含义，并迅速做出反应，才能够提高驾驶的顺利和安全性，避免意外事件的发生。在实时信息搜集方面，无人驾驶垃圾清扫车充分利用摄像机的跟踪拍摄和激光雷达的实时感应功能，以及时捕捉路面信息，不仅能够有效地把控垃圾清扫车的行驶方向，而且能够提高信息获取的即时性和准确性。摄像头的设置充分结合实际操作应用要求，将其安装在关键部位，并能够根据实际需求进行实时转动，实用性更强。

2.北斗高精度导航系统

北斗高精度导航系统在无人驾驶垃圾清扫车的实际操作中也极为重要，不仅能够进行路线规划，还能够进行实时导航，以达到高效作业的最终目的。利用北斗高精度导航系统，主要是基于定位的准确性，采用精准的卫星定位和导航功能，及时获取地面信号信息，进而利用计算机进行数据解析和处理，对无人驾驶垃圾清扫车提供必要的参考依据和数据指示，让无人驾驶垃圾清扫车在行驶的过程中能够详细获知经过的地理位置。

3.修正线控系统

修正线控系统也是无人驾驶垃圾清扫车作业中不可或缺的组成部分，主要是为了存储相关数据信息，对涉及的路面信息进行记录和保存。无人驾驶垃圾清扫车在具体的行驶过程中，会接触到大量的路面信息，修正线控系统就是对这些信息进行采集，以确保信息有一定的停留时间和存储空间，满足无人驾驶垃圾清扫车的实际需要，因此，就对存储空间提出了一定的要求，存储路面即时数据信息就成为必要的重要的工作内容。修正线控系统不仅能够大量采集路面即时信息，而且能够对信息进行整理和筛选，因为路面即时信息很多，但是可用的有限，只需要将有用的、对行驶车辆有价值的数据信息进行保存输出即可，因此判断与修正的过程极为重要。修正线控系统能够将无关的数据信息进行及时删除，对一些暂时无用后续可能会用的信息进行有效的存储，保证信息来源和存储价值。在判定数据信息是否有价值的方面，修正线控系统的准确性较高，需要从时间、空间等维度进行统计，并以科学的运算得出结论，判断一些数据信息是否有效，一旦存储空间不足，修正线控系统还能够根据信息的时间来判断，删除最初的没用到的数据信息，确保新的数据信息能够得到有效存储。

4.智能决策系统

智能决策系统是无人驾驶垃圾清扫车行驶过程的重要一环。通过对路面信息进行搜集和整理，会存储大量的数据信息资源，但是资源和信息的利用还需要借助转换系统才能够应用于车辆行驶，否则将毫无利用价值。智能决策系统的出现很好地解决了这一问题，能够将摄像机、雷达等设备收集到的路面信息进行智能化处理，这些虚拟信号可以通过智能化的处理形成数字信号和数字符号语言，可以为计算机系统所识别，通过对这些数据信息资源进行运算处理，就可以对行驶的车辆发号指令，做出正确的指导。

智能决策系统是无人驾驶垃圾清扫车的关键组成部分，也是核心版块，能够充分利用智能化处理系统，对环境感知系统获取的数据信息、全球定位系统获取的导航系统进行系统化的规划和智能化的处理，为无人驾驶垃圾清扫车的行驶提供必要的参考依据，做出正确的行为反应，确保无人驾驶垃圾清扫车的安全稳定，并能够顺利完成清扫任务。

在对无人驾驶垃圾清扫车进行智能化处理和规划的时候，需要借助科学化的信息处理和运算方式，以确保信息采集和存储的高效优质，在此过程中，充分利用了常见的推理、总结、决策等行为习惯，并将行驶过程中可能遇到的状况进行归纳总结，以人类驾驶为例，对人类注意力的转移、人类行驶过程的决策、人类驾驶的思想转变等行为进行概括，优化行驶方式和运动规划，确保无人驾驶垃圾清扫车行驶过程的安全性和稳定性。

无人驾驶垃圾清扫车在行驶的过程中，需要注意以下几个方面的内容：

（1）高层行为决策系统：高层行为决策系统主要是对环境感知系统所获取的信息数据资源进行深度的解析和论证，对有用的信息数据资源进行分类、整理和归纳，以形成科学化的数据资源利用，将环境感知信息条理化、导航意图科学化、行驶模式稳定化。

（2）运动规划系统：在不同行车模式下，实现地理坐标下预期生成的运动轨迹。

（3）底层无人驾驶车控系统：根据车辆当前的实际运动位置与期望运动的位置，通过模糊推理的方式，实现对汽车方向盘、刹车、油门等行为的决策。

行为决策系统主要包括无人驾驶车辆行为模式的状态与规划管理，主要实现对无人驾驶车辆行为模式的分类。同时通过信息的预处理，给出导航意图和环境感知意图，进一步指导导航模块的路径规划，提供环境感知模块的注意力方向。

在车辆行驶过程中，有如下行为模式：点火、熄火、换挡、变速（刹车与油门）、转弯、其他（灯光、喇叭等），这些行为模式的选择都需由决策系统进行分类和规划。

5.驾驶指令模块

经过对比运算模块处理后的数据形成指令，赋值给驾驶指令模块，并通过驾驶指令模块发出具体的指令给车辆的机械控制系统，以掌控车辆的运行。

车辆的运行由行为决策系统通过对信息的预处理，给出了导航意图和环境感知意图，并进一步规划了导航模块的路径，并提供环境感知模块的注意力方向，有了这些原始动作，就可通过驾驶指令模块将这些指令形成具有单一属性的不可再分的最小动作单元。并将这些最小动作单元形成具体的指令给车辆的机械控制系统，完成诸如：点火、熄火、加油、刹车、倒车、转弯、提速等等具体的驾驶行为模式。

6.机械传动控制模块

一辆汽车，在行驶过程中有多种驾驶模式：点火、熄火、方向、刹车、车速控制、倒车等多种行车模式，对于行驶中的无人驾驶车辆来说，选择哪一种行为模式，不仅要得到驾驶指令模块的指令，还要通过机械传动控制模块的控制才能有效完成行为模式的选择。

参考文献

[1]王培.无人驾驶智能车的导航系统研究[D].西安工业大学，2012：18-20.

[2]王晨.无人驾驶智能车控制与规划系统的设计与实现[D].上海交通大学，2009：23-32.

[3]郭俊杰.无人驾驶车GPS自主导航系统设计与实现[D].长安大学，2014：35-42.