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系统|除冰融雪有神器——无人驾驶汽车融雪剂喷洒系统研究( 二 )


智能喷洒系统
本方案主要实现的功能：一是无人驾驶汽车根据智能识别系统分析路况，并控制车辆到达指定位置（此段也可以人工驾驶）；二是无人驾驶汽车人工智能识别系统，通过与喷洒系统建立通讯，到达指定大桥路面喷洒位置开启喷洒装置，完成路面防结冰作业，并在终止位置关闭喷洒系统。三是可以随时切换到人工驾驶模式，实现一车多用，提高使用效率，降低使用成本。监控室实现对车辆的远程监视。智能喷洒汽车系统见图2。
系统|除冰融雪有神器——无人驾驶汽车融雪剂喷洒系统研究
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图2 智能喷洒汽车系统
1.软件部分
智能识别系统：智能识别系统包括视觉传感器、车载电脑等。主要功能包括两部分——一是智能识别系统中视觉传感器，它像人的眼睛一样通过识别前进方向及障碍物，产生车辆环境数据进行路径规划，智能识别系统是车辆正常行驶的前提；二是智能识别系统通过识别标志物，判断是否到达指定作业位置，控制喷洒系统的开启与关闭；三是在无喷洒作业时，可通过有人驾驶完成其他作业。
融雪剂装卸控制系统：融雪剂装卸控制系统主要实现对融雪剂的加载。融雪剂一般是桶装或罐装，需要抽取加载到散布车上。需要时，可以将剩余的融雪剂返回到容器中，需根据储存容器设计。
定位系统：定位系统主要利用GPS卫星定位，实现车辆自身的定位以及监控室对远程车辆的准确定位，实时追踪。
网络系统：采用互联网+技术作为车辆和监控室的媒介，在定位系统的基础上反馈车辆作业效果信息，不断改进、提高精准化作业水平。
2.硬件部分
车辆运动系统主要包括车辆控制器和车辆可控底盘。车辆可控底盘包含车辆的驱动和执行部分，通过车载电脑将路面状况的环境数据转换成一定的信号，传达给车辆控制器，进而控制车辆的驱动、转向和制动，实现自动驾驶。
系统|除冰融雪有神器——无人驾驶汽车融雪剂喷洒系统研究
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图3 车辆运动系统
在本课题中，喷洒系统主要包括喷洒控制器、驱动电机、水罐、水泵、喷管系统等。此喷洒系统不仅可以用于桥面融雪剂的喷洒，也可适用于道路喷水清洗等。
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图4 喷洒系统
车的喷洒功能主要通过喷洒控制器与人工智能识别系统建立信号联系。智能识别系统拍摄到路面指定标志物时，立刻向喷洒控制器传递信号，以此控制喷洒系统的开启和关闭，实现定点喷洒功能。通过远程控制或自动驾驶实现喷洒车定速功能，调节喷洒系统实现定宽度功能。通过上述功能，既减少融雪剂的浪费，又使融雪剂均匀喷洒。
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图5 无人驾驶汽车喷洒系统作业效果图
人工驾驶的切换
采用无人驾驶喷洒车在一定程度上提高了作业效率、降低了安全隐患、确保了车速与喷洒量的关系。无人驾驶喷洒车作业优势主要有四个方面：一是自动驾驶车可避免交通事故；二是随车驾驶员随时可以对车辆行驶方向、速度，喷洒系统的监视和控制，方便对车辆的错误状态进行及时调整；三是本车夏季可以洒水作业，平时参与巡检作业；四是手动优先，可一键切换至人工驾驶模式，手动驾驶与普通车辆完全相同。技术路线原理如图6。
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图6 技术路线原理
低成本、低功耗的智能方案
本文研究了无人驾驶汽车实现融雪剂喷洒的各项功能，在定位系统智能算法；远程控制的车速与喷洒联动装置；人工识别智能算法；可控底盘控制算法等方面有创新。
目前，大桥使用的有机融雪剂达8000元一吨。经计算，仅主桥双向车道，一遍融雪操作，融雪剂用量大约6吨，一场中雪至少喷洒4遍，合计约20万元。因此，合理节约使用融雪剂意义重大。笔者团队研发的无人驾驶汽车智能喷洒系统，雪天可以喷洒融雪剂，平时可以洒水作业，融雪剂喷洒均匀，作业快捷、便利，时间节省50%以上，融雪剂节省40%以上，并且融雪效果好，安全可靠值得推广。按投资120万元估算，平均每年三次降雪，每次可节省8万元，五年可以收回成本。如果考虑到洒水和巡检作业效益，综合效益更好、效果更佳。
系统|除冰融雪有神器——无人驾驶汽车融雪剂喷洒系统研究
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节能环保
在《山东省节能环保产业发展规划2006-2020》中指出，节能环保产业是国家加快培育发展的战略性新兴产业。加快发展节能环保产业，对于推动我省节能减排和产业转型升级，促进绿色发展和民生改善，实现经济社会可持续发展，具有十分重要的意义。本车设计在喷洒作业时可以做到喷洒均匀，节约喷洒液体。另外本车的功能是多方面的，不仅可以进行道路防结冰喷洒作业，对道路清洁、洒水除尘、桥梁养护巡检都可使用，真正意义上做到了一车多用，不仅降低了劳动成本，也节约了大桥养护的成本，符合《山东省节能环保产业发展规划2006-2020》的政策要求。
新旧动能转换
在《山东省新旧动能转换重大工程实施规划发布》中指出，加快新旧动能转换，新旧动能的原则是产业智慧化、智慧产业化、跨界融合化；山东省力争每年总结一批可复制可推广的经验模式，为全国新旧动能转换作贡献。本车设计将人工智能识别、互联网+（5G技术）、控制系统与喷洒系统跨界融合创新，实现自动驾驶，远程控制，可完成多项工作，大大提高了喷洒车的利用率，既节约又智能。充分满足我省新旧动能转换和振兴计划的要求。


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