基于北斗导航定位和GIS的道路环卫系统

何克福

摘 要：本文依据北斗导航定位的基本原理，对垃圾车进行实时定位和最短路径的选择；利用GIS分析技术对时空数据进行分析、挖掘和可视化；利用计算机科学建立城市生活区道路环卫系统，实时监测生活区垃圾投放点垃圾的情况；利用智能感应技术，实现垃圾车自动打开垃圾箱盖，实现垃圾的智能回收。

关键词：北斗导航定位；智能化；GIS；环卫系统；计算机科学

1引言

垃圾实现智能分类，无人驾驶车智能回收垃圾；GNSS（GPS）/GIS 技术的集成，可广泛获得时间和空间上的大数据；同时，GIS在对实时复杂数据的管理、整合、建模和可视化能力上的进步，都为先进的时空分析和建模、复杂环境和社会系统研究的一体化提供了很好的发展机遇。

2系统理论基础

2.1环卫管理系统

2.1.1垃圾箱位置信息及垃圾箱的实时状况

运用GIS系统，将垃圾箱的位置信息（经度，纬度，高程）准确的输入到地图中，便于垃圾箱位置的统一规划和垃圾车行驶的最短路线规划，垃圾箱以点的形式保存，通过点击可以显示出垃圾箱位置信息。

垃圾箱内置的传感器装置会自动监测箱内的垃圾高度。当箱内垃圾已经高于一定高度时，它就会提醒工作人员此垃圾箱已满，需要及时处理。此外，还能实时监控垃圾箱的各类异常情况，比如温度过高或者是异常的移动，防止丢失或者发生意外情况。

2.1.2垃圾回收车的实时状况

通过北斗定位系统对垃圾回收车进行实时定位监控，在电子地图上显示各车的实时位置，并由系统自动规划实时行驶路线，由导航定位系统指导无人驾驶垃圾回收车按规划路径行驶。

2.2北斗导航定位系统

2.2.1垃圾回收车导航定位系统

BDS模块选用国产的K500/GNSS主板和AT300天线，该板卡优点在于支持BDSB1、GPSL1、GLONASSG1三系统联合定位或单系统定位，支持单频RTK。利用RTK技术实现车辆的基于北斗导航系统的厘米级定位，在BDS车载智能终端系统中，将天线放置车顶可以有较好的定位效果。通信网络部分中，采用GSM/GPRS通信实现车与管理中心的联系。智能车载终端的内置GSM模块可以方便的利用GSM网进行通信，可以实现无线数据的接收与发送。智能车载终端利用GSM/GPRS功能负责上传管理中心需要的各种数据，也可以接收并分析管理中心发送的各种命令，并进行相应的操作。

2.2.2GIS地理信息处理子系统

根据需求，能够从地图数据库中快速检索相关区域的地图文件，实现电子地图的可视化显示和各项操作。实现定位与导航信息的接受、存储和图形显示，根据需要将垃圾回收车的各类信息分阶段加以展现，提供各类信息的定量显示功能，方便指挥中心的量化查询需求，并可用多种方式多图形终端进行分类批量的属性查询和编辑。

2.3智能垃圾回收车及配套垃圾分类垃圾箱

2.3.1带有机械手的智能垃圾回收车

智能垃圾回收车的机械手采用侧式导轨式，主要由末端手爪， X向导轨机构、Y向导轨机构、Z向导轨机构、液压系统和控制系统组成。垃圾回收车上分四部分，其中左上和右上分别为街道的可回收和不可回收垃圾的装载处，左下和右下分别为居民区可回收和不可回收垃圾的装载处。

2.3.2智能垃圾箱

当人或物体接近感应区范围内（应感窗），箱盖便会自动开启，待垃圾投入3-4秒后箱盖便会自动关闭。垃圾袋发放机上具有特定的二维码，只要扫一扫分发垃圾袋设备上面的二维码，身份审核通过后，就会自动吐出垃圾袋。垃圾分类仅靠自觉还不够，因此，在发放的垃圾袋上有相应的二维码图标，住户的信息和二维码会绑定在一起，每投递成功一次，就赠与积分，每个月内积分最高的用户给予一定的奖励。

3系統平台构架

信号接收与数据处理中心是整个系统的核心，处理中心可以接受属于其管理范围的垃圾回收车的位置信息及车的状况信息，也能接受垃圾箱的反馈信息（垃圾箱是否装满的信息及垃圾箱异常信息），该部分包括信息传输模块、服务模块和系统维护模块。

通过Web发布到环卫系统上，环卫工作人员通过Internet浏览器实现操作与查看等功能，环卫管理员接入环卫系统的管理端。选择Web端作为用户端是因其具有平台无关性，无论是何种操作系统，只要支持通用标准的Internet浏览器就可以访问服务器中的数据和实现其功能。同时其具有较强的互操作性，一个系统可以调用另一个系统的功能实现逻辑上的统一。另外在系统建设上成本较低，操作简单。

4技术设计

4.1数据的接收解译与存储

服务器接收数据包后解析包，得到位置数据包和垃圾分类数据包，位置数据包为经纬度数据无需进一步加工，垃圾分类数据包需对照环卫系统数据库中居民用户对照表来确定居民用户信息。

4.2 数据库设计

本系统的数据可分为空间数据和专题属性数据。空间数据包括定位点的位置数据、城市生活区平面图、各种路径或轨迹的可视化数据等，采用关系数据库存储，利用GIS软件编辑处理，通过ArcSDE与数据库连接。专题属性数据主要包括垃圾车基本情况数据（系统ID号）、居民用户基本情况数据（电话号、地址，单元号、房号、姓名）、各种统计分析数据等，通过关系数据库管理。

4.3 信息发布

利用ArcGIS Server 发布相关结果。ArcGIS Server提供了三种应用程序接口，服务器API、.NET Web控件和Java Web控件。服务器API是一组包含连接GIS Server以及调用服务器对象的ArcObjects组件对象库，同时提供了面向.NET和Java的Web控件，以及应用开发框架。

5应用

环卫管理者可以通过系统实现：（1）从时刻、地点、回收车三个方面的定向查询；（2）通过位置定位功能，可以随时查询垃圾车的位置信息。（3）在垃圾回收车发生意外情况下，可以很清楚的查询到垃圾回收车的路径和位置点，便于环卫工作人员去处理故障；（4）通过系统可以查询垃圾的分类情况，能了解到哪些用户是垃圾分类表现良好者，哪些用户不按要求分类垃圾。

参考文献：

[1] 崔陆军，尚会超，李上.基于红外感应原理的垃圾桶系统设计[J].机械与电子.2013（01）

[2] 陶有朋.垃圾车导轨式机械手动力学仿真及结构优化[D].湖南大学.2013

[3] 陈捷，王红州.基于变胞原理的自动垃圾车装车机械手的设计与分析[J].制造业自动化.2014（16）

[4] 纪宗南.红外线遥控发射器的原理和应用[J].集成电路通讯.2000（2）：25-30

[5] 姜岩，赵熙俊，龚建伟，熊光明，陈慧岩. 简单城市环境下地面无人驾驶系统的设计研究[J].北京理工大学机械与车辆学院中国兵器科学研究院[J].机械工程学报.2012（20）

[6] 潘怡骋，孙浩然，徐国晟，董潇阳.自动分类垃圾回收箱[J].科技创新与应用.2016（27）