基于北斗導航定位和GIS的道路環衛系統

何克福

摘 要：本文依據北斗導航定位的基本原理，對垃圾車進行實時定位和最短路徑的選擇；利用GIS分析技術對時空數據進行分析、挖掘和可視化；利用計算機科學建立城市生活區道路環衛系統，實時監測生活區垃圾投放點垃圾的情況；利用智能感應技術，實現垃圾車自動打開垃圾箱蓋，實現垃圾的智能回收。

關鍵詞：北斗導航定位；智能化；GIS；環衛系統；計算機科學

1引言

垃圾實現智能分類，無人駕駛車智能回收垃圾；GNSS（GPS）/GIS 技術的集成，可廣泛獲得時間和空間上的大數據；同時，GIS在對實時復雜數據的管理、整合、建模和可視化能力上的進步，都為先進的時空分析和建模、復雜環境和社會系統研究的一體化提供了很好的發展機遇。

2系統理論基礎

2.1環衛管理系統

2.1.1垃圾箱位置信息及垃圾箱的實時狀況

運用GIS系統，將垃圾箱的位置信息（經度，緯度，高程）準確的輸入到地圖中，便于垃圾箱位置的統一規劃和垃圾車行駛的最短路線規劃，垃圾箱以點的形式保存，通過點擊可以顯示出垃圾箱位置信息。

垃圾箱內置的傳感器裝置會自動監測箱內的垃圾高度。當箱內垃圾已經高于一定高度時，它就會提醒工作人員此垃圾箱已滿，需要及時處理。此外，還能實時監控垃圾箱的各類異常情況，比如溫度過高或者是異常的移動，防止丟失或者發生意外情況。

2.1.2垃圾回收車的實時狀況

通過北斗定位系統對垃圾回收車進行實時定位監控，在電子地圖上顯示各車的實時位置，并由系統自動規劃實時行駛路線，由導航定位系統指導無人駕駛垃圾回收車按規劃路徑行駛。

2.2北斗導航定位系統

2.2.1垃圾回收車導航定位系統

BDS模塊選用國產的K500/GNSS主板和AT300天線，該板卡優點在于支持BDSB1、GPSL1、GLONASSG1三系統聯合定位或單系統定位，支持單頻RTK。利用RTK技術實現車輛的基于北斗導航系統的厘米級定位，在BDS車載智能終端系統中，將天線放置車頂可以有較好的定位效果。通信網絡部分中，采用GSM/GPRS通信實現車與管理中心的聯系。智能車載終端的內置GSM模塊可以方便的利用GSM網進行通信，可以實現無線數據的接收與發送。智能車載終端利用GSM/GPRS功能負責上傳管理中心需要的各種數據，也可以接收并分析管理中心發送的各種命令，并進行相應的操作。

2.2.2GIS地理信息處理子系統

根據需求，能夠從地圖數據庫中快速檢索相關區域的地圖文件，實現電子地圖的可視化顯示和各項操作。實現定位與導航信息的接受、存儲和圖形顯示，根據需要將垃圾回收車的各類信息分階段加以展現，提供各類信息的定量顯示功能，方便指揮中心的量化查詢需求，并可用多種方式多圖形終端進行分類批量的屬性查詢和編輯。

2.3智能垃圾回收車及配套垃圾分類垃圾箱

2.3.1帶有機械手的智能垃圾回收車

智能垃圾回收車的機械手采用側式導軌式，主要由末端手爪， X向導軌機構、Y向導軌機構、Z向導軌機構、液壓系統和控制系統組成。垃圾回收車上分四部分，其中左上和右上分別為街道的可回收和不可回收垃圾的裝載處，左下和右下分別為居民區可回收和不可回收垃圾的裝載處。

2.3.2智能垃圾箱

當人或物體接近感應區范圍內（應感窗），箱蓋便會自動開啟，待垃圾投入3-4秒后箱蓋便會自動關閉。垃圾袋發放機上具有特定的二維碼，只要掃一掃分發垃圾袋設備上面的二維碼，身份審核通過后，就會自動吐出垃圾袋。垃圾分類僅靠自覺還不夠，因此，在發放的垃圾袋上有相應的二維碼圖標，住戶的信息和二維碼會綁定在一起，每投遞成功一次，就贈與積分，每個月內積分最高的用戶給予一定的獎勵。

3系統平臺構架

信號接收與數據處理中心是整個系統的核心，處理中心可以接受屬于其管理范圍的垃圾回收車的位置信息及車的狀況信息，也能接受垃圾箱的反饋信息（垃圾箱是否裝滿的信息及垃圾箱異常信息），該部分包括信息傳輸模塊、服務模塊和系統維護模塊。

通過Web發布到環衛系統上，環衛工作人員通過Internet瀏覽器實現操作與查看等功能，環衛管理員接入環衛系統的管理端。選擇Web端作為用戶端是因其具有平臺無關性，無論是何種操作系統，只要支持通用標準的Internet瀏覽器就可以訪問服務器中的數據和實現其功能。同時其具有較強的互操作性，一個系統可以調用另一個系統的功能實現邏輯上的統一。另外在系統建設上成本較低，操作簡單。

4技術設計

4.1數據的接收解譯與存儲

服務器接收數據包后解析包，得到位置數據包和垃圾分類數據包，位置數據包為經緯度數據無需進一步加工，垃圾分類數據包需對照環衛系統數據庫中居民用戶對照表來確定居民用戶信息。

4.2 數據庫設計

本系統的數據可分為空間數據和專題屬性數據。空間數據包括定位點的位置數據、城市生活區平面圖、各種路徑或軌跡的可視化數據等，采用關系數據庫存儲，利用GIS軟件編輯處理，通過ArcSDE與數據庫連接。專題屬性數據主要包括垃圾車基本情況數據（系統ID號）、居民用戶基本情況數據（電話號、地址，單元號、房號、姓名）、各種統計分析數據等，通過關系數據庫管理。

4.3 信息發布

利用ArcGIS Server 發布相關結果。ArcGIS Server提供了三種應用程序接口，服務器API、.NET Web控件和Java Web控件。服務器API是一組包含連接GIS Server以及調用服務器對象的ArcObjects組件對象庫，同時提供了面向.NET和Java的Web控件，以及應用開發框架。

5應用

環衛管理者可以通過系統實現：（1）從時刻、地點、回收車三個方面的定向查詢；（2）通過位置定位功能，可以隨時查詢垃圾車的位置信息。（3）在垃圾回收車發生意外情況下，可以很清楚的查詢到垃圾回收車的路徑和位置點，便于環衛工作人員去處理故障；（4）通過系統可以查詢垃圾的分類情況，能了解到哪些用戶是垃圾分類表現良好者，哪些用戶不按要求分類垃圾。

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