基于北斗導(dǎo)航定位和GIS的道路環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)

何克福

摘 要：本文依據(jù)北斗導(dǎo)航定位的基本原理，對垃圾車進(jìn)行實時定位和最短路徑的選擇；利用GIS分析技術(shù)對時空數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、挖掘和可視化；利用計算機科學(xué)建立城市生活區(qū)道路環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)，實時監(jiān)測生活區(qū)垃圾投放點垃圾的情況；利用智能感應(yīng)技術(shù)，實現(xiàn)垃圾車自動打開垃圾箱蓋，實現(xiàn)垃圾的智能回收。

關(guān)鍵詞：北斗導(dǎo)航定位；智能化；GIS；環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)；計算機科學(xué)

1引言

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

2系統(tǒng)理論基礎(chǔ)

2.1環(huán)衛(wèi)管理系統(tǒng)

2.1.1垃圾箱位置信息及垃圾箱的實時狀況

運用GIS系統(tǒng)，將垃圾箱的位置信息（經(jīng)度，緯度，高程）準(zhǔn)確的輸入到地圖中，便于垃圾箱位置的統(tǒng)一規(guī)劃和垃圾車行駛的最短路線規(guī)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(nèi)置的傳感器裝置會自動監(jiān)測箱內(nèi)的垃圾高度。當(dāng)箱內(nèi)垃圾已經(jīng)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(jiān)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(fā)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(tǒng)對垃圾回收車進(jìn)行實時定位監(jiān)控，在電子地圖上顯示各車的實時位置，并由系統(tǒng)自動規(guī)劃實時行駛路線，由導(dǎo)航定位系統(tǒng)指導(dǎo)無人駕駛垃圾回收車按規(guī)劃路徑行駛。

2.2北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)

2.2.1垃圾回收車導(dǎo)航定位系統(tǒng)

BDS模塊選用國產(chǎn)的K500/GNSS主板和AT300天線，該板卡優(yōu)點在于支持BDSB1、GPSL1、GLONASSG1三系統(tǒng)聯(lián)合定位或單系統(tǒng)定位，支持單頻RTK。利用RTK技術(shù)實現(xiàn)車輛的基于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的厘米級定位，在BDS車載智能終端系統(tǒng)中，將天線放置車頂可以有較好的定位效果。通信網(wǎng)絡(luò)部分中，采用GSM/GPRS通信實現(xiàn)車與管理中心的聯(lián)系。智能車載終端的內(nèi)置GSM模塊可以方便的利用GSM網(wǎng)進(jìn)行通信，可以實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送。智能車載終端利用GSM/GPRS功能負(fù)責(zé)上傳管理中心需要的各種數(shù)據(jù)，也可以接收并分析管理中心發(fā)送的各種命令，并進(jìn)行相應(yīng)的操作。

2.2.2GIS地理信息處理子系統(tǒng)

根據(jù)需求，能夠從地圖數(shù)據(jù)庫中快速檢索相關(guān)區(qū)域的地圖文件，實現(xiàn)電子地圖的可視化顯示和各項操作。實現(xiàn)定位與導(dǎo)航信息的接受、存儲和圖形顯示，根據(jù)需要將垃圾回收車的各類信息分階段加以展現(xiàn)，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(jìn)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(cè)式導(dǎo)軌式，主要由末端手爪， X向?qū)к墮C構(gòu)、Y向?qū)к墮C構(gòu)、Z向?qū)к墮C構(gòu)、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)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(qū)可回收和不可回收垃圾的裝載處。

2.3.2智能垃圾箱

當(dāng)人或物體接近感應(yīng)區(qū)范圍內(nèi)（應(yīng)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(guān)閉。垃圾袋發(fā)放機上具有特定的二維碼，只要掃一掃分發(fā)垃圾袋設(shè)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(fā)放的垃圾袋上有相應(yīng)的二維碼圖標(biāo)，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(nèi)積分最高的用戶給予一定的獎勵。

3系統(tǒng)平臺構(gòu)架

信號接收與數(shù)據(jù)處理中心是整個系統(tǒng)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(wù)模塊和系統(tǒng)維護(hù)模塊。

通過Web發(fā)布到環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)上，環(huán)衛(wèi)工作人員通過Internet瀏覽器實現(xiàn)操作與查看等功能，環(huán)衛(wèi)管理員接入環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)的管理端。選擇Web端作為用戶端是因其具有平臺無關(guān)性，無論是何種操作系統(tǒng)，只要支持通用標(biāo)準(zhǔn)的Internet瀏覽器就可以訪問服務(wù)器中的數(shù)據(jù)和實現(xiàn)其功能。同時其具有較強的互操作性，一個系統(tǒng)可以調(diào)用另一個系統(tǒng)的功能實現(xiàn)邏輯上的統(tǒng)一。另外在系統(tǒng)建設(shè)上成本較低，操作簡單。

4技術(shù)設(shè)計

4.1數(shù)據(jù)的接收解譯與存儲

服務(wù)器接收數(shù)據(jù)包后解析包，得到位置數(shù)據(jù)包和垃圾分類數(shù)據(jù)包，位置數(shù)據(jù)包為經(jīng)緯度數(shù)據(jù)無需進(jìn)一步加工，垃圾分類數(shù)據(jù)包需對照環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中居民用戶對照表來確定居民用戶信息。

4.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

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

4.3 信息發(fā)布

利用ArcGIS Server 發(fā)布相關(guān)結(jié)果。ArcGIS Server提供了三種應(yīng)用程序接口，服務(wù)器API、.NET Web控件和Java Web控件。服務(wù)器API是一組包含連接GIS Server以及調(diào)用服務(wù)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(yīng)用開發(fā)框架。

5應(yīng)用

環(huán)衛(wèi)管理者可以通過系統(tǒng)實現(xiàn)：（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(fā)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(huán)衛(wèi)工作人員去處理故障；（4）通過系統(tǒng)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(xiàn)良好者，哪些用戶不按要求分類垃圾。

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