5G车联网如何赋能自动驾驶环卫车？

应用案例|Applied analysis|

2023-03-23 16:42:46 896

（一）

环卫车产业概述

根据《城市环境卫生质量标准》，环卫行业涵盖的作业包括生活垃圾清扫、收集、运输和建设垃圾中转站、公共场所环境卫生、道路清扫保洁、公厕运营等。环卫车类型包括扫路车、洒水车、洗扫车、垃圾清运车、雾炮车、除雪车、吸污车、吸尘车等。

根据住建部公布的《2020年城乡建设统计年鉴》和《2020年城市建设统计年鉴》数据统计显示，2020年度全国道路清扫保洁面积突破126亿平方米，比2019年度增加6.34亿平方米。其中，城市（含县级市）道路清扫保洁面积97.55亿平方米，机械化清扫保洁面积74.25亿平方米，机械化率76.1%；县城道路清扫保洁面积28.50亿平方米，机械化清扫保洁面积21.06亿平方米，机械化率73.9%。如图1所示。和新加坡环卫车100%机械化率、美国环卫车98%机械化率相比，中国环卫车机械化仍然存在一定差距。

图1 2018~2020年道路清扫面积及生活垃圾清运量走势图

另一方面，市容环卫专用车辆设备数量逐渐扩大，2020年城市环卫专用车辆总数达到30.64万台，而2019年和2018年分别是28.15万台和25.24万台；2020年县城环卫专用车辆总数达到7.47万台，而2019年和2018年分别是6.9万台和6.14万台。

（1）环卫行业面临诸多挑战

①环卫工人招聘困难

一是环卫工人普遍薪酬低，从环卫服务公司实际支付给环卫工人的薪酬来看，全国平均值为2326.32元/月，虽然政府部门对环卫工人的收入有硬性要求，部分发达地区的环卫工人实际收入也远高于政府的相关要求，但对比所在地区的居民平均收入水平，环卫工人收入水平依然普遍较低，对比2020年各省居民人均可支配收入，其差距普遍较大，平均差距在33.37%。而环卫车驾驶员和智能小型环卫装备操作人员情况要好很多，环卫车驾驶员收入平均 6381.5元/月，高于居民可支配收入18.03%，智能小型环卫装备操作人员收入平均5718.6元/月，高于居民可支配收入5.77%。

二是环卫工人需求量大，全国现有环卫工人约456.1万人，其中，驾驶员约45.22万人。广东环卫工人数量最多，达70.87万人，占全国17.25%，驾驶员数量也是最多，达3.41万人，占全国7.53%。山东、辽宁、河南的环卫工人人数均超过20万人，分别达到25.80万人、21.08万人和20.60万人。随着我国城镇化的进程，我国城镇的道路面积、清扫保洁面积、年垃圾清运量等都在以每年3%~5%的速度稳定增长。若不升级作业模式，没有智能小型环卫装备的普及，背街小巷、人行道等依然依靠人工作业模式，至2025年，全国需要维持环境卫生服务的环卫工人人员数量将有可能达到500~550万^[1]。

三是环卫工人老龄化严重，在社会老龄化加剧的背景下，环卫人员老龄化更加严重，50岁以上的环卫工人占比达到65%。这意味着未来15年，将有大批环卫工人退休，却没有足够的劳动力替补。

②环卫行业运营管理成本高

一是环卫企业属于劳动密集型，作业高度依赖人力，平均净利润低于10%，其中人力成本在企业总运营成本中占比达到60%至70%。二是无法有效保证人工作业清扫质效，清扫所需作业时间、作业模式等因实际作业区域而异，人工作业缺乏系统性。

③环卫行业安全隐患难杜绝。环卫作业大多在公路等开放道路，易发生交通事故，环卫工人工作时间长，在凌晨和深夜仍需轮班。而凌晨和深夜行驶的车辆更有可能因疲劳驾驶而发生交通事故，这进一步增加了环卫作业的风险性。并且冬寒夏暑和恶劣天气，环卫工人仍必须在户外进行作业，长此以往对身体和心理损伤极大^[2]。

在环卫行业面临以上挑战的前提下，装备替代人工不仅是环卫服务行业“机械化、电动化、智能化”的发展趋势，更是改善环卫工人生存现状的有效途径。随着居民对城镇环境卫生需求的提高和对环卫服务要求的提升，加之环卫工人老龄化的问题和人工成本的不断上升，新一代环卫从业者使用低碳节能、环境友好、极致降噪、灵活作业的智能环卫装备进行环卫服务是必然趋势。

而自动驾驶环卫车可以替代传统有人驾驶的环卫车，在普通地面道路、街道等开放道路及园区、公园、学校等封闭道路实现道路清洁、洒水、消杀等各类环卫工作。

（2）自动驾驶环卫车可以有效降低环卫行业的风险

①自动驾驶环卫车可以减少对环卫工人的人力需求

未来人力成本越来越高，自动驾驶环卫车将环卫工人从简单重复的劳动中解放出来，补足日益扩大的劳动力缺口。自动驾驶环卫车可为环卫服务节约60%以上的人力，缩减40%以上的成本。

②自动驾驶环卫车可以提升作业效率

一方面，自动驾驶环卫车作业不受时间限制，可以全天候执行清扫任务，包括深夜、凌晨以及节假日。自动驾驶环卫车除去充电及维护时间，每天有效作业时间可以长达16h。与传统人工作业相比极大提升了有效清扫作业时间、作业频次，从而增加作业效率。

另一方面，无人驾驶清扫车严格按照规定的路线和作业速度执行贴边清扫任务，确保清扫区域全覆盖，与人工方式相比，更能确保清扫质效。

③自动驾驶环卫车可以提升安全性

自动驾驶环卫车可以在危险的环境中进行作业，包括有核辐射、化学污染的环境中，也不受恶劣天气影响（比如重度雾霾、高温、严寒天气等）。并且还能减少凌晨和深夜，以及高温、严寒等恶劣天气下作业带来的安全危害。

④自动驾驶环卫车多为新能源汽车，可以有效降低污染

⑤在疫情防控常态化下，自动驾驶环卫车可以实现无接触作业

（二）

5G车联网赋能环卫车

自动驾驶环卫车主要应用场景有3类。

学校、小区、公园、园区、景区、购物中心等封闭道路：道路保洁要求较低，目前以人工作业为主，正在向机械化过渡，清扫标准要求较低，清扫费用也相对较低。通常采用小型自动驾驶环卫车方案，属于全封闭作业模式，无需受到路权政策和测试牌照等限制，较容易实现商业化，商业化前景巨大。其中学校约53万所，小区约30万个，公园约1.6万个，园区约1.5万个，景区约1.2万个，购物中心约5000个。

普通开放道路、街道场景：相比高速、桥梁、隧道路面垃圾清运量更大，以机械化为主，人工为辅，清洁标准要求较高。受高温、雾霾和严冬等环境因素的影响较大，同样存在较高的安全性挑战。通常采用中小型自动驾驶环卫车，属于开放道路作业，商业价值高，但受限于政策限制和技术挑战，商业化发展有一定挑战。

高速高架、桥梁、隧道半封闭道路：清洁标准要求高，人工清扫模式安全性较难保障，目前基本实现机械化。通常采用大型自动驾驶环卫车，属于半封闭作业模式，商业价值大且前景较好^[3]。

在以上三类应用场景，自动驾驶环卫分别实现了不同程度的发展。但是，受技术和法律法规政策限制，环卫车只有在园区等封闭道路实现完全无人驾驶，而在普通开放道路，自动驾驶环卫车仍需配备至少1名安全员才能上路运营。高速高架等半封闭道路由于对环卫车时速有要求，出于安全考虑，自动驾驶环卫车只在示范区试运营。

自动驾驶环卫车（扫路车）的核心功能依靠的是自动驾驶和智能清扫的结合，可根据实际需求提供自动驾驶模式、智能辅助驾驶模式、智能跟随模式、远程接管控制模式。实现的是路径规划和车辆调度、自动苏醒、驶出车位、清扫作业（包括路沿石边缘检测并贴边清扫等）、自动循迹前行、通过红绿灯、绕开路边障碍和停车、避让行人和行车、倾倒垃圾、驶回停车位、自动泊车和充电等基本功能。附加功能还包括，智能一键召回、远程遥控、OTA 升级、智能语音交互、厘米级精确定位等。

除此之外，自动驾驶环卫车基于成熟的自动驾驶技术，结合城市道路实际需求，可扩展更多功能。具体扩展功能包括智能巡查，替代人工实现道路远程例行巡查，及时上报特殊情况及区域内可疑人物等；设备检测，扫描并检测清扫路线上的设施与设备，记录病害或缺陷位置，将检测结果实时传送至监控中心；事故上报，通过5G和车联网传输到后台进行交通事故报警，可以有效改善报警延时；环境消毒，无人化道路喷洒消毒有效降低交叉感染风险，覆盖面广，无死角消杀；护栏清洗，适用于隧道、高速路等有护栏的场景，无人化运营降低人工清洗风险；隧道壁清洗，加装侧面扫刷，适用于隧道、室内等封闭、半封闭场景。

对应自动驾驶环卫车的基本功能和附加功能，车联网可以在四大领域赋能自动驾驶环卫车，如图2所示。

图2自动驾驶环卫车功能和车联网赋能

（1）车联网赋能自动驾驶环卫车路径规划和车辆调度

早期自动驾驶环卫车多采用人工驾驶录入路线后循迹的方式实现无人驾驶，这种技术方式对于快速实现演示有一定的优势，但无法投入正式运营，整体技术难度比自动驾驶低很多。自动驾驶环卫车能够投入正式运营的最终解决方案，是自动驾驶系统能够自动进行路径规划，实现区域内全覆盖清扫，虽然这种方式技术难度更高，但具备多车多场景批量复制能力。

车联网可以提供车辆、道路、交通、环境等全方位信息，使得自动驾驶环卫车全区域路径规划更加合理，提高自动驾驶环卫车全局工作效率。

环卫作业需要合理的调度管理机制，出于清扫面积、作业时间、运营效率等多方面的综合考虑，需要多辆自动驾驶环卫车、有人驾驶环卫车以及环卫工人配合共同作业。传统环卫公司普遍是通过项目经理及驾驶员经验进行排班规划。自动驾驶环卫科技公司切入环卫运营，则面临较高的智能化管理要求，包括作业区域内的出车时间安排、整体调度、车辆清扫路线、车辆运行情况实时监控等具体内容，要求后台能够具备远程调配、接管控制等功能，实现位置信息、作业状态、作业进度、作业路线等智能化管理。

另外，车联网通过提供车辆、道路、交通、环境等全方位信息，还可以让自动驾驶环卫车调度管理更加合理，并且能够和有人驾驶环卫车，以及环卫工人实现有效协同，提升清扫质效，规避人工清扫带来的管理难题。

（2）车联网赋能自动驾驶环卫车清扫作业

环卫作业本身存在路沿、缝隙、坑洼、死角等许多特殊场景，同时作为环卫装备又必须按照清扫保洁要求保证清扫效果。因此，自动驾驶环卫车也需要面对较高的定位、识别、自动驾驶能力及清扫能力要求。

自动驾驶环卫车需要在不同形态道路边缘完成精细贴边清扫。在城市道路清扫保洁作业中，超过90%的路面垃圾都集中在道路的边沿。因此，扫路车作业要求严格贴边清扫，与Robotaxi通常要求的20厘米定位误差不同，自动驾驶扫路车定位误差通常要求≤10厘米，以满足贴边清扫的需求。

同时，由于扫路车通常需要完成整条路段的清扫，因此需要严格要求保持长时间长距离贴边清扫，对车辆定位、循迹、路沿石边缘检测和横向控制能力均有较高要求。此外，隧道、公园、园区等不同场景下存在蜿蜒、大曲率、低矮、断断续续等不同的边沿形态，自动驾驶环卫车需要适应这些不同corner case并完成精细贴边清扫作业。

此外，自动驾驶环卫车还需要应对各类道路状况下的垃圾清扫需求。相较于其他自动驾驶车辆，扫路车会遇到许多特殊场景且不允许躲避绕行，例如坑坑洼洼的路面、道路缝隙、垃圾桶周边的边缘死角等。自动驾驶环卫车需要准确识别这些位置及垃圾，不能躲避绕行，在保证自身车辆安全驾驶的前提下缓速慢行甚至停车清扫，最终保证清扫的干净程度，不能有明显漏扫或垃圾洒落的情况。

车联网即可以一方面提供融合定位辅助能力，实现分米级定位精度，另一方面也可以将预先探知的corner case和各类道路状况通知到自动驾驶环卫车，保障自动驾驶环卫车高质量完成清扫作业。

（3）车联网赋能自动驾驶环卫车安全行驶

自动驾驶环卫车自动循迹前行面临卫星信号被遮挡的作业场景，比如树荫、隧道和高架桥下。自动驾驶环卫车的定位主要通过卫星导航系统结合惯导IMU、激光雷达以及视觉定位实现。不可避免地存在GPS信号或者北斗信号被遮挡现象，因此对其融合定位能力提出很高要求。车联网可以提供融合定位辅助能力^[4]。

自动驾驶环卫车实现自动循迹前行依赖于软硬件系统的高效配合。通过搭载激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达、摄像头等多种传感器，实现对四周环境的多维感知，基于车辆前进方向上的中短距离探测，配合车联网超视距感知，确保自动驾驶扫路车能够安全通过红绿灯、绕开路边障碍和停车/避让行人和行车等。

（4）车联网赋能自动驾驶环卫车附加功能

智能一键召回、远程遥控、OTA升级、厘米级精确定位等附加功能必须要通过车联网实现。

（三）

网联自动驾驶环卫车商业价值

目前自动驾驶环卫车主要有三种商业运营模式。

第一种，合作模式，各司其职。自动驾驶科技公司、整车厂、环卫公司以合作模式，各司其职，向客户提供环卫服务。

自动驾驶科技公司和整车厂联合打造量产的自动驾驶环卫车，提供给环卫公司。或者自动驾驶科技公司和整车厂联合后装融合改装环卫公司已有环卫车。同时，自动驾驶科技公司还为环卫公司提供自动驾驶技术服务。

环卫公司直接采购自动驾驶环卫车，再依托于自动驾驶科技公司提供的技术支持，向客户提供环卫服务，收取服务费。如图3所示。

图3自动驾驶环卫服务合作模式

第二种，成立合资公司负责运营。自动驾驶科技公司和环卫公司、整车厂、投资公司、地方创新机构等成立合资公司，负责向客户提供环卫服务。如图4所示。

图4自动驾驶环卫服务合资公司模式

第三种，自动驾驶公司自主运营。部分自动驾驶科技公司自建环卫车队，负责环卫运营工作，便于车辆数据的流通和统一管理，可加速技术迭代验证的速度。一方面直接向客户提供自动驾驶环卫服务，也可以向环卫公司提供自动驾驶车租赁服务。如图5所示。

图5自动驾驶环卫服务自主运营模式

以盈峰环境2019年产品发布会上给出的湖南省长沙市某项目为例，该区域为居民区，包含背街小巷、学校等多种作业场景，以往采取纯人力作业方案，需要65名工人。引入8辆智能小型环卫车后，仅需要15名环卫工人和8名安全员。整个作业队伍人员缩减了64.6%，年度综合成本降低了38.8%。如表1所示。

表1自动驾驶环卫车和传统人力方案对比[3]

项目	传统人力方案	自动驾驶环卫车方案
环卫作业人数	65人	15人
无人环卫作业车数	0辆	8辆
安全员人数	0人	8人
年人力成本	260万元	108万元
年能源消耗成本	0万元	14.4万元
人力作业工具维护成本	7.8万元	1.8万元
无人环卫作业车维护成本	0万元	3.2万元
年折旧费	0万元	36.5万元
年支出总成本	267.8万元	163.9万元
总成本缩减	38.8%

从单车自动驾驶环卫车变为网联自动驾驶环卫车，需要完成车端网联化改造和路端网联化改造。车端网联化改造通过前装或者后装车联网车载终端即可实现，而路端车联网改造需要区分不同的应用场景。对于学校、小区、公园、园区、景区、购物中心等封闭道路，路端网联化改造范围可控，易于实施；对于普通开放道路、街道场景，属于开放场景，路段全面网联化改造难度高，可部署在重点路段；高速高架、桥梁、隧道半封闭道路，则可以有针对性进行网联化改造。

由于车联网可以赋能自动驾驶环卫车路径规划和车辆调度、自动驾驶环卫车清扫作业、自动驾驶环卫车安全行驶、自动驾驶环卫车附加功能（智能一键召回、远程遥控、OTA升级、厘米级精确定位）等。因此，从商业价值上看，车联网一方面可以降低单车自动驾驶环卫车车端的投入成本，另外一方面可以提升自动驾驶环卫车的经济产出效益。

（四）

网联自动驾驶环卫车典型案例

案例1：德国威廉港自动驾驶清扫车

2019年，仙途智能的自动驾驶清扫车成功在德国威廉港运行。这辆重1.2吨，宽度1.5米的自动驾驶清扫车具备洗刷、垃圾收集、洒水除尘等功能，非常适合室外半封闭环境作业。

威廉港是德国天然水深最深的港口，也是德国唯一的集装箱深水码头。同时，威廉港也与内陆之间有复杂的铁路运输相连，路况复杂。港口内除了拥有常规道路以外，还有专供集装箱摆放的区域，重卡停车区域等，自动驾驶清扫车需要对所有区域进行覆盖式清扫。这就要求系统除了具有按道路行驶的自动驾驶能力，还需要具备非结构化道路行驶的能力。此外，港口需要清扫的面积较大，一次需要数小时，同时需要进行喷雾防尘等操作^[5]。

案例2：“5G+环卫机器人编队”

2019 年盈峰环境组建的“5G+环卫机器人编队”正式投入深圳市福田区福田街道清扫保洁工作，成为国内首个落地运营的5G智能清扫环卫PPP项目，智能设备安装5G数据终端，基于物联网进行调动和管理，并通过人工智能技术进一步提升市政环卫作业的效率和效果。

首批在福田投放的智能小型环卫机器人编队，包括“智能驾驶纯电动一体式清扫机器人、智能驾驶纯电动一体式冲洗机器人、智能驾驶纯电可转场型洁扫机器人、智能自跟随环卫洗扫机器人、环卫纯电保洁机器人”等，被誉为“城市毛细血管清道夫”，能从事洒水、垃圾清扫、捡拾垃圾、垃圾转运等任务，可分时段、分区域工作^[6]。

参考文献

[1] 盈峰环境科技集团股份有限公司. 2020年环卫工人收入现状及环卫装备替代人工发展潜力白皮书[R]. 2021,5.

[2] 亿欧智库. 2021中国自动驾驶环卫场景商业化应用研究报告[R]. 2021,11.

[3] 中国电动汽车百人会. 自动驾驶应用场景与商业化路径[R]. 2020,6.

[4] 辰韬资本. 自动驾驶赋能智慧环卫[R]. 2021,1.

[5] 新智元. 中国最牛自动驾驶进军欧洲！德国运营，拿下全球首张牌照[N]. 2019,5.

[6] 深圳特区报. 深圳福田5G+环卫机器人编队上岗[N]. 2019,11.

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