基于BDS的无人驾驶垃圾运输车设计及关键技术研究

来源:用户上传      作者:

　　【摘 要】随着国民人均消费水平的增加，垃圾产量在逐年上升，合理有效地处理垃圾成为亟待解决的难题。尤其在夜晚作业时，随着可见度的下降与天气状况的改变，作业难度随之增加，降低作业效率的同时增加了人工成本。针对现代生活中垃圾处理的现状、夜晚运输垃圾存在的困难以及夜晚作业的特点，结合北斗卫星导航系统发展现状，提出了基于BDS的无人驾驶垃圾运输车实现了垃圾运输车自动导航驾驶、精确定位以及在恶劣环境中进行作业。本文给出了系统组成与整体技术路线，实现了定时、定点自动清理垃圾，减轻了工作人员在夜晚作业的负担，并为城市智能化发展提供了可能。
　　【关键词】BDS；垃圾运输车；夜晚作业；无人驾驶
　　1引言
　　随着我国现代化进程的推进，经济快速发展与国民消费水平的提高产生了大量垃圾，尤其是城市人口密集区域及其周边地区的垃圾堆积问题尤为突出。经调查，每个垃圾中转站需要管理员、驾驶员、操作工、清洁工等共6人，尤其在夜晚作业时，可见度的下降与恶劣的工作环境，降低了工作效率并增加了市政开支。我国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是我国自行研制的全球卫星导航系统，能在其覆盖范围内提供足够精确的定位信息。本文提出一种基于BDS的无人驾驶垃圾运输车，1-2个操作人员即可解决全城的垃圾运输问题，工作效率约为人工清理时的90-120倍。
　　2现状分析
　　2.1作业时间
　　据初步统计，工作日期间，80%的城市居民的工作时间在8点到18点之间。考虑到白天道路路况的复杂性，因此，城市垃圾运送系统在该时段属于非活跃状态；相应地，每日23：00-次日8：00时段，城市垃圾运送系统处于活跃状态，尤其是凌晨1：00-3：00，属一天中路况最为优良的时段，行驶条件优良，且由于垃圾的味道刺鼻，这一时段运输垃圾对居民的影响也最小。
　　2.2作业次数
　　垃圾产出量随区域的变化呈现不同的特点。以泰安市泰山景区为例，人员活动情况呈现较为明显的季节性变化：旅游淡季垃圾产出量较少，垃圾运输车日均工作一次即可完成任务；相应地，旅游旺季垃圾产出量较多，尤其是国家法定节假日期间，垃圾产出量将倍增，据报道，2018年五一节假日期间，游客人数达到13万人次，是平时的几倍甚至几十倍，日均工作2-3次方可完成任务。具体工作数还应根据各区域的实际情况而定。
　　3总体设计
　　基于BDS的无人驾驶垃圾运输车主要由自主导航系统、实时动态定位系统、车辆视觉系统、交通标志识别系统、动态避障系统组成。
　　3.1系统组成
　　自主导航系统主要指垃圾运输车的夜晚精准导航，能够帮助车辆在陌生的环境中准确驾驶。根据已经设定好的路线与定位的垃圾中转站位置，实现无人驾驶情况下的垃圾运输。由于作业时间的特殊性，夜晚行人较少，其他车辆车速较快，无人驾驶垃圾运输车应靠近道路边缘并以为25Km/h的时速行驶，以减少交通事故的发生率；利用BDS实现定位与自动导航，自动到达垃圾中转站清理垃圾；结合红绿灯识别技术、避障技术、雷达传感器等保证运输过程的可靠性和稳定性。
　　3.2系统工作流程
　　总体工作流程示意图如下所示：
　　3.3路径规划
　　路径规划是无人驾驶垃圾运输车实现准确躲避障碍物、安全稳定驾驶的基础，路径规划的目的是为无人驾驶垃圾运输车提供最优路径[9]。路径规划可以从两方面来建立：全局规划与局部规划。全局规划是从行驶路线的全局着眼，利用已有的数字地图，无需考虑约束条件，人为规划可行区域以及全局最优路径。由于垃圾运输车的作业时间为凌晨，此时路况良好，无需考虑障碍物、路径宽度、路径曲率等信息，但也不可避免地存在突发状况，此时则需要局部规划路径，因此采用全局规划为主、局部规划为辅共同作用于无人驾驶垃圾运输车，规划处一条最优的行驶期望路径。
　　4.关键技术
　　4.1 定位技术
　　基于RTK的定位方法：RTK是利用载波相位差分进行实时动态相对定位的技术。黄永帅等人在武汉、重庆两地分别对千寻北斗地基增强网络的RTK定位服务进行了性能测试。结果表明，其定位性能能够达到实时RTK厘米级。
　　4.2信号传输
　　信号传输主要包括运输车（垃圾运输车的简称，下同）与中转站之间的信号传输、运输车与操控室之间的信号传输、操控室与中转站之间的信号传输。
　　无人驾驶垃圾运输车系统的信号传输[4]示意图如下所示：
　　结语
　　本文综述了基于BDS的无人驾驶垃圾运输车的研究，规划了无人驾驶垃圾运输车的组成，包括定位系统、导航系统、识别系统、避障系统以及信号传输模块。在消费水平日益提高的今天，垃圾处理成为城市智能化发展的关键一环，合理地解决垃圾处理与运输问题是发展的必然趋势。无人驾驶垃圾运输车的出现，一方面降低了人力成本损耗，提高了工作效率，减轻了环卫人员在恶劣环境中的工作负担；另一方面，减少了市政建设的投资，在维护良好环境的同时，推动了智慧城市的建设与发展。
　　参考文献：
　　[1]周学胜，张树友，尚德磊.科学构架建筑垃圾全链条闭合管理体系——北京市建筑垃圾治理经验介绍[J].城市管理与科技，2018，20（05）：44-47
　　[2]许洋，赵壮林，刘振斌.基于线性规划的农村垃圾处理问题[J].青岛农业大学学报（自然科学版），2018，35（03）：236-238.
　　[3]蒋婷.无人驾驶传感器系统的发展现状及未来展望[J].中国设备工程，2018（21）：180-181.
　　[4]申翔，吴培仁.基于北斗卫星导航系统的海上应急搜救系统[J].指挥控制与仿真，2018，40（06）：43-49.
　　[5]尹韜儒.无人驾驶垃圾清扫车的设计与北斗导航定位系统应用[J].中国新技术新产品，2016（16）：19-20.
　　[6]张梦巍. 智能无人驾驶车辆路径跟踪及底层控制方法研究[D].沈阳理工大学，2018.
　　（作者单位：山东科技大学）
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14741892.htm