无人驾驶技术在环卫行业的应用

陈凯

石家庄煤矿机械有限责任公司 河北石家庄 050000

1 无人驾驶汽车基本概念

无人驾驶汽车是一种智能汽车，也可以称之为轮式机器人，主要依靠车内的以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现自动驾驶。无人驾驶汽车是通过车载传感器感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达目的地的智能车辆。自动驾驶汽车通过自身传感器来感知周围环境，并根据感知所获得的车辆、道路信息、障碍信息，控制车辆行驶方向及速度，从而使车辆在道路上安全、可靠地行驶。自动驾驶汽车集自动控制、体系结构、人工智能、视觉计算等众多技术于一体，是计算机科学、模式识别和智能控制技术高度发展的产物，也是衡量一个国家科研实力和工业水平的重要标志，在国防和国民经济领域都有广阔的应用前景。

2 无人驾驶发展现状

目前，国内的百度、长安等企业以及国防科技大学、军事交通学院等军事院校的无人驾驶汽车走在研发的前列。例如长安汽车创造了无人驾驶汽车从重庆出发一路北上到达北京的国内无人驾驶汽车长途驾驶记录。百度汽车同样在北京进行了初次无人驾驶汽车道路试验，并且取得了成功。

国内无人驾驶技术得到了不断的发展并且取得了长足的进步，无人驾驶汽车已经得到了公众的认可，但是要实现无人驾驶汽车的普及仍然有很长的路要走。国内无人驾驶技术依然存在关键技术水平不高，零部件非国产化严重、政策法规空洞等问题，所以依然需要汽车人的不断努力。

3 环卫领域应用现状

目前，国内无人驾驶汽车技术一直处于试验阶段，无法做到真实落地。然而，在环卫行业，无人驾驶技术有了新的应用领域。环卫工人一直都是高危职业，我国每年遭遇交通事故的环卫工人有数百人，几乎每天都有环卫工人因交通事故受伤，尤其夜间作业危险性极高。使用无人驾驶环卫车则可以有效降低人员安全风险，让机器替代人在高危、恶劣的环境中进行环卫作业，将环卫工人从这些时段和场景中解放出来。除此之外，无人驾驶环卫车还能缓解环卫服务行业用工难、管理难、人力成本高等难题。在环卫具体场景中，道路清扫是最适合于无人环卫车应用的，其行驶速度低、硬件要求低、行驶路线重复固定、不需过分考虑车辆舒适度、人机交互相对简单。不管是市政道路、背街小巷，还是封闭、半封闭园区内道路，都可以将自动驾驶功能搭载于车辆上实现无人化。

环卫车辆本身作业行驶速度低，行驶道路相对固定，周围环境复杂程度相对较低。随着低速无人驾驶技术在环卫行业的落地时机日益成熟，无人驾驶清洁产品线正式涉足环卫领域。现阶段无人环卫项目、车辆多由环卫服务公司和自动驾驶科技公司合作研发及运营，老牌环卫服务公司如北京环卫、龙马环卫、盈峰环境等都已经积极开展无人环卫的相关探索。在无人环卫技术研发和实际运营中，科技公司占据非常重要的位置。

2018 年4月24日，酷哇机器人联合环卫工程机械行业龙头企业中联环境共同发布了全球首台具备全路况清扫、智能路径规划的无人驾驶扫地车；烟台海德环卫车联合北京智行者科技以及百度地图发布无人驾驶扫路机；2018年，北京环卫集团联合百度发布多款无人驾驶扫路车[1]；2020年9月15日，于万智驾和龙马环卫在厦门集美大学召开无人驾驶园区运营项目发布会并签署战略合作协议，双方合作开发的无人驾驶扫路机，具备厘米级精确定位、路沿石边缘检测并贴边清扫、遇障碍物停车或绕行、遥控作业、智能语音交互等功能，可根据实际需求提供智能辅助驾驶模式、智能跟随模式、无人驾驶模式、远程接管控制模式，有效解决了环卫行业用工难、效率低、环境差等问题，提高作业效率，降低运营成本，使清扫更加规范高效，进而实现环卫服务精细化、智慧化管理。

目前，已经有无人驾驶环卫车辆在公园、广场、园区等封闭道路环境下实际应用，低速无人驾驶环卫车是目前无人驾驶技术落地的最佳途径（见图1、图2）。

图1 无人驾驶扫路机器人

图2 无人驾驶扫路车

4 无人驾驶环卫车系统组成

在无人驾驶环卫车系统上（见图3～图4），主要包括三部分组成：环卫车主机，通过加装激光雷达、景深摄像头、毫米波雷达、超声波等传感器及行走电气控制系统，实现环境感知和作业行走控制；无人驾驶解决方案系统，包括智能识别系统、决策规划系统，通过软件平台算法构建作业环境场景，规划作业路径，控制车辆行走及避障；百度地图、高德地图，配合GPS及北斗定位系统提供高精度地图和定位技术，为车辆提供实时位置信息。

无人驾驶系统的核心可以概述为三个部分：感知层、规划层和控制层。感知是指无人驾驶系统从环境中收集信息并从中提取相关知识的能力。其中，环境感知特指对于环境的场景理解能力，例如障碍物的位置，道路标志/标记的检测，行人车辆的检测等数据的语义分类。 一般来说，定位也是感知的一部分，定位是无人车确定其相对于环境位置的能力。

规划是无人车为了某一目标而作出一些有目的性决策的过程，对于无人驾驶车辆而言，这个目标通常是指从出发地到达目的地，同时避免障碍物，并且不断优化驾驶轨迹和行为以保证乘客的安全舒适。规划层相当于人类驾驶员的大脑，对感知层的信息进行分析计算，得到如何对无人车进行控制的输出。规划层通常又被细分为任务规划、行为规划和动作规划三层。规划层首先要做的是任务规划，它解决的是沿什么路径行驶的问题，任务规划根据设定的起始点和终点，采用算法规划出由起点到终点的路径，用于导引无人车行驶。行为规划的作用是对无人车在执行任务时的各种行为进行规划。运动规划是对行为规划出来的行为的实现过程进行规划，无人车需要规划出一系列的动作，来实现行为规划的结果。

最后，控制层则是无人车精准地执行规划好的动作的能力，这些动作来源于更高的层。控制层相当于人类驾驶员的手和脚，用来直接控制线控的无人车，它解决的是规划层输出的期望值如何实现的问题。

图3 无人驾驶环卫车系统示意图

图4 无人驾驶控制系统示意图

无人驾驶扫路车的硬件配置融合了激光雷达、毫米波雷达、摄像头、超声波雷达等多种传感器组合，来全时侦测障碍物[2]。另外，还有一整套稳健的底盘运动执行策略来跨越或绕过障碍。激光雷达是一类使用激光进行探测和测距的设备，它能够每秒钟向环境发送数百万光脉冲，它的内部是一种旋转的结构，这使得激光雷达能够实时地建立起周围环境的三维地图。扫路车使用激光雷达技术，以摄像头视觉为主做双目识别，激光雷达为辅，配合超声波等传感器避障，最终实现的效果是，扫地车可以全自动完成受限区域的清扫任务，比如马路牙子识别、沿路边清扫、S形清扫和避障绕障等。无人驾驶扫地车通过感知跟环境建立熟悉的过程，然后根据感知提取结构化特征，将图像分割和归类，最后进行存储和记忆，形成驾驶场景数据模型。无人驾驶扫路车可以实现园区内自动避障、自主循迹、定点起停、自主扫地等智能功能，并通过WEB端，展示无人驾驶扫路机全局地图及行驶路径，操作人员在值班室可对无人驾驶扫路机进行安全监控，真正实现环卫行业的无人化、智能化发展。

5 无人驾驶环卫车应用前景

无人驾驶技术的发展不断加快，商业化步伐日益临近。目前，业内普遍将货运与客运两大场景视为无人驾驶车辆规模化普及的落脚点，无人驾驶货车和无人驾驶出租车因此受到了多方关注。不过，在现有技术及法律条件下，应用于封闭式场景的无人驾驶环卫车、无人驾驶摆渡车或许更值得期待。加之近年来，随着全球气候变暖、环境污染日趋严重，各国对于环保问题都愈加重视，我国自然也不例外。为了不断推进环保事业发展，保护人类生存环境，促进环保产业转型升级、引导环保领域与科技领域深入融合就成为重要渠道。具体到环卫领域而言，传统的环卫设备及作业方式亟需变革，而无人驾驶技术的巨大优势无疑值得利用。

同其他无人驾驶车辆类似，无人驾驶环卫车一样依赖于人工智能系统，需要借助图像识别、机器视觉等技术实现对周边事物的感知和识别。因而，无人驾驶环卫车的基础安全性能较为可靠，能够承担在一些场景的环卫工职责。从应用范围来看，无人驾驶环卫车将主要用于公园、小区、办公园区、广场、步行街、高铁站和机场等封闭式或半封闭式场景当中。无人驾驶环卫车的应用，显然将推动传统环卫领域加速变革，不仅能提高安全性、便捷性，也能减少人力成本投入。 使用无人驾驶环卫车可以有效降低人员安全风险，让机器替代人在高危、恶劣的环境中进行环卫作业，将环卫工人从这些时段和场景中解放出来。除此之外，无人驾驶环卫车还能缓解环卫服务行业用工难、管理难、人力成本高等难题。

随着5G技术的商用及无人驾驶环卫车等智能环卫设备的发展，无人驾驶产业及整个环卫产业都将迎来积极影响。而人工智能热潮的继续深入推进，将促使这一趋势更为显著。未来无人驾驶环卫车将成为环卫作业中的重要助手，无人驾驶商业化形势也将呈现崭新局面。