無人駕駛技術在環衛行業的應用

陳凱

石家莊煤礦機械有限責任公司 河北石家莊 050000

1 無人駕駛汽車基本概念

無人駕駛汽車是一種智能汽車，也可以稱之為輪式機器人，主要依靠車內的以計算機系統為主的智能駕駛儀來實現自動駕駛。無人駕駛汽車是通過車載傳感器感知道路環境，自動規劃行車路線并控制車輛到達目的地的智能車輛。自動駕駛汽車通過自身傳感器來感知周圍環境，并根據感知所獲得的車輛、道路信息、障礙信息，控制車輛行駛方向及速度，從而使車輛在道路上安全、可靠地行駛。自動駕駛汽車集自動控制、體系結構、人工智能、視覺計算等眾多技術于一體，是計算機科學、模式識別和智能控制技術高度發展的產物，也是衡量一個國家科研實力和工業水平的重要標志，在國防和國民經濟領域都有廣闊的應用前景。

2 無人駕駛發展現狀

目前，國內的百度、長安等企業以及國防科技大學、軍事交通學院等軍事院校的無人駕駛汽車走在研發的前列。例如長安汽車創造了無人駕駛汽車從重慶出發一路北上到達北京的國內無人駕駛汽車長途駕駛記錄。百度汽車同樣在北京進行了初次無人駕駛汽車道路試驗，并且取得了成功。

國內無人駕駛技術得到了不斷的發展并且取得了長足的進步，無人駕駛汽車已經得到了公眾的認可，但是要實現無人駕駛汽車的普及仍然有很長的路要走。國內無人駕駛技術依然存在關鍵技術水平不高，零部件非國產化嚴重、政策法規空洞等問題，所以依然需要汽車人的不斷努力。

3 環衛領域應用現狀

目前，國內無人駕駛汽車技術一直處于試驗階段，無法做到真實落地。然而，在環衛行業，無人駕駛技術有了新的應用領域。環衛工人一直都是高危職業，我國每年遭遇交通事故的環衛工人有數百人，幾乎每天都有環衛工人因交通事故受傷，尤其夜間作業危險性極高。使用無人駕駛環衛車則可以有效降低人員安全風險，讓機器替代人在高危、惡劣的環境中進行環衛作業，將環衛工人從這些時段和場景中解放出來。除此之外，無人駕駛環衛車還能緩解環衛服務行業用工難、管理難、人力成本高等難題。在環衛具體場景中，道路清掃是最適合于無人環衛車應用的，其行駛速度低、硬件要求低、行駛路線重復固定、不需過分考慮車輛舒適度、人機交互相對簡單。不管是市政道路、背街小巷，還是封閉、半封閉園區內道路，都可以將自動駕駛功能搭載于車輛上實現無人化。

環衛車輛本身作業行駛速度低，行駛道路相對固定，周圍環境復雜程度相對較低。隨著低速無人駕駛技術在環衛行業的落地時機日益成熟，無人駕駛清潔產品線正式涉足環衛領域。現階段無人環衛項目、車輛多由環衛服務公司和自動駕駛科技公司合作研發及運營，老牌環衛服務公司如北京環衛、龍馬環衛、盈峰環境等都已經積極開展無人環衛的相關探索。在無人環衛技術研發和實際運營中，科技公司占據非常重要的位置。

2018 年4月24日，酷哇機器人聯合環衛工程機械行業龍頭企業中聯環境共同發布了全球首臺具備全路況清掃、智能路徑規劃的無人駕駛掃地車；煙臺海德環衛車聯合北京智行者科技以及百度地圖發布無人駕駛掃路機；2018年，北京環衛集團聯合百度發布多款無人駕駛掃路車[1]；2020年9月15日，于萬智駕和龍馬環衛在廈門集美大學召開無人駕駛園區運營項目發布會并簽署戰略合作協議，雙方合作開發的無人駕駛掃路機，具備厘米級精確定位、路沿石邊緣檢測并貼邊清掃、遇障礙物停車或繞行、遙控作業、智能語音交互等功能，可根據實際需求提供智能輔助駕駛模式、智能跟隨模式、無人駕駛模式、遠程接管控制模式，有效解決了環衛行業用工難、效率低、環境差等問題，提高作業效率，降低運營成本，使清掃更加規范高效，進而實現環衛服務精細化、智慧化管理。

目前，已經有無人駕駛環衛車輛在公園、廣場、園區等封閉道路環境下實際應用，低速無人駕駛環衛車是目前無人駕駛技術落地的最佳途徑（見圖1、圖2）。

圖1 無人駕駛掃路機器人

圖2 無人駕駛掃路車

4 無人駕駛環衛車系統組成

在無人駕駛環衛車系統上（見圖3～圖4），主要包括三部分組成：環衛車主機，通過加裝激光雷達、景深攝像頭、毫米波雷達、超聲波等傳感器及行走電氣控制系統，實現環境感知和作業行走控制；無人駕駛解決方案系統，包括智能識別系統、決策規劃系統，通過軟件平臺算法構建作業環境場景，規劃作業路徑，控制車輛行走及避障；百度地圖、高德地圖，配合GPS及北斗定位系統提供高精度地圖和定位技術，為車輛提供實時位置信息。

無人駕駛系統的核心可以概述為三個部分：感知層、規劃層和控制層。感知是指無人駕駛系統從環境中收集信息并從中提取相關知識的能力。其中，環境感知特指對于環境的場景理解能力，例如障礙物的位置，道路標志/標記的檢測，行人車輛的檢測等數據的語義分類。 一般來說，定位也是感知的一部分，定位是無人車確定其相對于環境位置的能力。

規劃是無人車為了某一目標而作出一些有目的性決策的過程，對于無人駕駛車輛而言，這個目標通常是指從出發地到達目的地，同時避免障礙物，并且不斷優化駕駛軌跡和行為以保證乘客的安全舒適。規劃層相當于人類駕駛員的大腦，對感知層的信息進行分析計算，得到如何對無人車進行控制的輸出。規劃層通常又被細分為任務規劃、行為規劃和動作規劃三層。規劃層首先要做的是任務規劃，它解決的是沿什么路徑行駛的問題，任務規劃根據設定的起始點和終點，采用算法規劃出由起點到終點的路徑，用于導引無人車行駛。行為規劃的作用是對無人車在執行任務時的各種行為進行規劃。運動規劃是對行為規劃出來的行為的實現過程進行規劃，無人車需要規劃出一系列的動作，來實現行為規劃的結果。

最后，控制層則是無人車精準地執行規劃好的動作的能力，這些動作來源于更高的層。控制層相當于人類駕駛員的手和腳，用來直接控制線控的無人車，它解決的是規劃層輸出的期望值如何實現的問題。

圖3 無人駕駛環衛車系統示意圖

圖4 無人駕駛控制系統示意圖

無人駕駛掃路車的硬件配置融合了激光雷達、毫米波雷達、攝像頭、超聲波雷達等多種傳感器組合，來全時偵測障礙物[2]。另外，還有一整套穩健的底盤運動執行策略來跨越或繞過障礙。激光雷達是一類使用激光進行探測和測距的設備，它能夠每秒鐘向環境發送數百萬光脈沖，它的內部是一種旋轉的結構，這使得激光雷達能夠實時地建立起周圍環境的三維地圖。掃路車使用激光雷達技術，以攝像頭視覺為主做雙目識別，激光雷達為輔，配合超聲波等傳感器避障，最終實現的效果是，掃地車可以全自動完成受限區域的清掃任務，比如馬路牙子識別、沿路邊清掃、S形清掃和避障繞障等。無人駕駛掃地車通過感知跟環境建立熟悉的過程，然后根據感知提取結構化特征，將圖像分割和歸類，最后進行存儲和記憶，形成駕駛場景數據模型。無人駕駛掃路車可以實現園區內自動避障、自主循跡、定點起停、自主掃地等智能功能，并通過WEB端，展示無人駕駛掃路機全局地圖及行駛路徑，操作人員在值班室可對無人駕駛掃路機進行安全監控，真正實現環衛行業的無人化、智能化發展。

5 無人駕駛環衛車應用前景

無人駕駛技術的發展不斷加快，商業化步伐日益臨近。目前，業內普遍將貨運與客運兩大場景視為無人駕駛車輛規模化普及的落腳點，無人駕駛貨車和無人駕駛出租車因此受到了多方關注。不過，在現有技術及法律條件下，應用于封閉式場景的無人駕駛環衛車、無人駕駛擺渡車或許更值得期待。加之近年來，隨著全球氣候變暖、環境污染日趨嚴重，各國對于環保問題都愈加重視，我國自然也不例外。為了不斷推進環保事業發展，保護人類生存環境，促進環保產業轉型升級、引導環保領域與科技領域深入融合就成為重要渠道。具體到環衛領域而言，傳統的環衛設備及作業方式亟需變革，而無人駕駛技術的巨大優勢無疑值得利用。

同其他無人駕駛車輛類似，無人駕駛環衛車一樣依賴于人工智能系統，需要借助圖像識別、機器視覺等技術實現對周邊事物的感知和識別。因而，無人駕駛環衛車的基礎安全性能較為可靠，能夠承擔在一些場景的環衛工職責。從應用范圍來看，無人駕駛環衛車將主要用于公園、小區、辦公園區、廣場、步行街、高鐵站和機場等封閉式或半封閉式場景當中。無人駕駛環衛車的應用，顯然將推動傳統環衛領域加速變革，不僅能提高安全性、便捷性，也能減少人力成本投入。 使用無人駕駛環衛車可以有效降低人員安全風險，讓機器替代人在高危、惡劣的環境中進行環衛作業，將環衛工人從這些時段和場景中解放出來。除此之外，無人駕駛環衛車還能緩解環衛服務行業用工難、管理難、人力成本高等難題。

隨著5G技術的商用及無人駕駛環衛車等智能環衛設備的發展，無人駕駛產業及整個環衛產業都將迎來積極影響。而人工智能熱潮的繼續深入推進，將促使這一趨勢更為顯著。未來無人駕駛環衛車將成為環衛作業中的重要助手，無人駕駛商業化形勢也將呈現嶄新局面。