基于北斗导航的无人驾驶垃圾清洁车

(桂林电子科技大学信息与通信学院 广西 桂林 541004)

一、背景及意义

我国国民经济水平在不断提高，环境问题也逐渐显现。特别是到了旅游旺季，即使各个景点都雇佣了很多清洁卫生人员，但是依然不能及时清理垃圾，影响环境美观，破坏市容。而这些问题借助于北斗导航无人驾驶清洁车，可以快速有效解决。由于我国北斗导航系统的不断完善，基于北斗导航系统的无人驾驶车辆的研发也得到了国家以及相关部门的大力支持，以此来推动我国无人驾驶车辆的技术水平与国际水平相接轨，因此，可以预想随着技术成熟度的不断提高，我们可以通过这项技术生产无人驾驶清洁车，保证城市的干净美丽，减少人力劳动费用开支，有效而快速地工作。

二、总体设计方案

该产品的主要目的是在无人驾驶的条件下完成在城市环境中的道路清洁。主要通过北斗导航系统获取车辆当前位置信息、速度和航向，再由环境识别系统对周围环境进行感知，识别各种障碍和交通标识，最后通过计算机处理环境和位置信息，建立环境模型，根据一定的控制算法规划驾驶路径，再由控制系统控制车辆行动从而完成车辆的自主驾驶和道路清洁。

三、工作原理与性能分析

(一)环境感知和交通识别系统

1.环境感知系统。环境感知系统是垃圾清洁车无人驾驶的一个重要组成部分，也是实现智能化行驶的一个关键因素。环境感知因素能够在最大程度上发挥设备的潜能，实时搜索并采集路面的状况，形成数据信息参考。总的来说，就是对环境进行感知，形成数据信息。在清洁车的自主行驶过程中，会遇到各种各样的情况。路过的行人，穿梭的动物，并排的非机动车等，都是路面障碍的一种，会对清洁车的行驶产生影响。环境感知系统能够对路面障碍提前预知，以指导清洁车及时做出反应，例如刹车、倒退、避开障碍物、选择最佳可通行道路、识别打扫垃圾物等。

2.交通识别系统。交通标示识别模块主要有以下几部分：图像与视频的输入；交通标示与交通信号灯的检测与识别；识别结果的输出；实验数据库和训练样本数据库；识别结果的输出。

车道线检测与识别模块是通过对传感器进行车道线检测和提取，获取行驶道路上的车道线的位置，它是清洁车无人驾驶安全的基础。清洁车主要是采用相机作为传感器，提供车辆在当前行驶地图中的位置，帮助无人驾驶车辆遵守交通规则，为自主行驶清洁车提供导向，提高行车的稳定性。

道路路沿检测模块将道路路面与四周的环境进行区分，然后快速精确地检测行驶处道路，为清洁车的自主驾驶选择最小风险的可通行区域。清洁车采用三维激光雷 达来进行道路边界的检测。

车辆检测模块测试通过对图像进行处理来将环境中的车辆检测出来。

障碍物检测模块是通过分析处理各种激光雷达返回的数据，将这些数据进行栅格化处理，投影到栅格地图中，从而实现对环境中障碍物的检测。

多传感器信息融合与环境建模模块是将各种传感器获取的环境信息进行融合，建立起道路模型并最终用栅格地图进行表示。

(二)控制执行系统。控制执行系统由全局路径规划、局部路径规划、底层控制三部分组成。在这其中，全局路径规划用来判断车辆当前所在的位置，然后依据车辆的位置信息给出车辆的路径控制要求，它会将当前的位置信息与计算机中的数据库结合，把横向与纵向控制模块的要求分别发送到局部路径规划；局部路径规划有纵向控制和横向控制，其中纵向控制是对智能车辆的速度或者加速度进行控制，横向控制是对车辆的行进转向部分进行控制，它将依据收到的信息与北斗高精度导航定位、激光雷达检测到的信息相结合，得到前轮转角指令和速度指令，发送给底层控制模块；底层控制模块包括控制速度和前轮转向，依据局部路径规划所发送的指令控制。

1.全局路径规划。对于全局路径规划，此模块主要接收交通标志与交通信号灯检测、减速带和停车线的检测以及北斗定位模块的运行结果，然后依据这些检测结果判断目前智能车在全局中的位置，将此相关信息发送给控制性能要求模块，控制性能要求模块再根据智能车目前的信息，结合储存在计算机中的数据，分别给出横向控制要求和纵向控制要求，最后将其发送给局部路径规划。

2.局部路径规划。对于全局路径规划，此模块主要接收交通标志与交通信号灯检测、减速带和停车线的检测以及北斗定位模块的运行结果，然后依据这些检测结果判断目前智能车在全局中的位置，将此相关信息发送给控制性能要求模块，控制性能要求模块再根据智能车目前的信息，结合储存在计算机中的数据，分别给出横向控制要求和纵向控制要求，最后将其发送给局部路径规划。

3.底层控制系统。底层控制是智能车的一个基础系统，所有规划系统的处理结果都需要依靠底 层控制来实现，其主要控制智能车的运动，包括：前进、后退、转向、掉头以及刹车。它接收由局部路径规划系统发送来的指令，然后依照这些指令执行相应的动作，从而控制清洁车的驾驶。从功能上来说，环境感知系统相当于“眼 睛”和“耳朵”，上层规划系统相当于“大脑”，底层控制系统则相当于“手” 和“脚”，是清洁车的动作执行机构。

四、创新点及应用

在经济性方面，该清洁车采用无人驾驶技术，维护简单，可大大减少在道路清洁中耗费的人力资源和管理费用,同时可以减少清洁工人在工作中发生车祸的危险。

在智能性方面，该清洁车采用智能控制系统、全方位感知系统、基于北斗定位的无人驾驶智能系统，使该清洁车不仅可以下降环卫人员的劳动强度，又可以作为移动的智能终端，成为建设现代化城市的重要载体。

在高效性方面，在导航系统的帮助下，该清洁车可以智能规划各自的清理区 域，并且相比于人力清扫，无人车可以保证更高的的出勤率和更稳定的工作质量，大大提高工作效率。

在可靠性方面，在导航系统、相机和激光雷达和识别系统的帮助下，清洁车 可以对周围环境进行准确感知并建立模型，再由计算机规划出合理的行驶路径，保证无人驾驶的可靠性。