[发明专利]一种智能道路清扫车及其道路污染物识别方法和控制方法

权利要求书

1.一种智能道路清扫车的道路污染物识别方法，其特征在于，

所述智能道路清扫车包括：道路清扫车车体、激光雷达(1)、摄像头(2)、编码器(3)、粉尘浓度探测器(5)、惯性传感器(6)、GPS(7)和处理控制器；

激光雷达(1)安装于道路清扫车车体的顶部且能够旋转扫描；

摄像头(2)为多个，分别安装于道路清扫车车体顶部的四周；

编码器(3)安装于道路清扫车的驱动桥壳内，用于检测道路清扫车的实时速度；

GPS(7)和惯性传感器(6)安装于道路清扫车车体上，用于获取道路清扫车的运行轨迹及姿态；

粉尘浓度探测器(5)安装于道路清扫车的扫盘的上方，用于检测扫盘上方的灰尘浓度；

激光雷达(1)、摄像头(2)、编码器(3)、粉尘浓度探测器(5)、惯性传感器(6)和GPS(7)的信号输出分别与处理控制器的信号接收端相连接，处理控制器的信号输出端分别与道路清扫车的清扫装置(4)和驱动装置的信号接收端相连接；

道路清扫车还包括喷水装置，处理控制器的信号输出端与喷水装置的信号接收端相连接；

所述道路污染物识别方法包括以下步骤：

步骤1，模型训练，获取待清扫道路的干净路面及道路设施的RGB图像，将获取的RGB图像转化到HSV空间，获得干净路面及道路设施图像的色调、饱和度和亮度三个线性无关的信息值，将获得的三个线性无关的信息值作为BP神经网络模型的输入对模型进行训练，获得能够识别干净路面及道路设施的BP神经网络模型；

步骤2，待清扫道路的污染物识别，采集待清扫路面的实时图像，将采集的实时图像信息输入到步骤1获得的BP神经网络模型进行识别；识别的方法具体包括：将干净路面及道路设施从采集的图像信息中分割出来，图像信息中剩余部分即为污染物；

步骤3，待清扫道路的路面图像污染度指标的确定，对步骤2采集的图像中的像素点施以不同的权值，距离道路清扫车近的像素点比距离道路清扫车远的像素点施加的权值小，将施加权值后污染物的像素点之和与施加权值后整个图像的像素点之和作比，得到待清扫道路的路面图像污染度指标P_i，关系式为：

式中P_i为待清扫道路的路面图像污染度指标，P_污为加权后污染物像素点之和，P_总为加权后整个图像的像素点之和，s_i为在图像的第i行污染物所占的像素点数，S_i为第i行图像像素点数，w_i为第i行像素点的权值；

步骤4，待清扫道路的综合污染度指标的确定，采集待清扫道路的灰尘浓度，将灰尘浓度与步骤3获得的图像污染度指标叠加获得待清扫道路的综合污染度指标，叠加计算公式为：

其中，C_i表示待清扫道路的综合污染度指标，P_i为待清扫道路的路面图像污染度指标，D_i为采集的待清扫道路的灰尘浓度，p_基为图像污染指标的归一因子，默认取值为1％；d_基为灰尘浓度归一因子，默认取值为100mg/m³；

其中，步骤1中，将获得的三个线性无关的信息值分别进行2层小波包分解，获得每个信息值分量4个频率段的能量值，将获得的12个能量值参数作为BP神经网络模型的输入对模型进行训练；步骤3中像素点的权值确定的具体方法包括：将摄像头采集的道路图像分为n行，每行包括m行像素点，m行像素点的权值相同；图像中第m×n行的像素点的权值根据其与道路清扫车距离从近到远为w₁、w₂……w_i……w_n，采用一个预设面积的物体对权值进行校准，预设面积的物体在道路图像的第i行所占像素点的个数综合为，a_i预设面积的物体在道路图像第1行所占像素点个数的总和为a₁，预设面积的物体在道路图像第n行所占像素点个数的总和为a_n；相同面积的物体置于摄像区域的不同位置，满足a₁w₁＝a_iw_i＝a_nw_n；当w₁为1时满足

基于所述污染物识别方法的智能道路清扫车控制方法，包括以下步骤：

步骤S1，通过激光雷达和摄像头获取道路清扫车周围的信息，通过GPS系统和惯性传感器获取道路清扫车自身的行驶参数，根据采集的周围信息和行驶参数，处理控制器控制道路清扫车的行驶装置实现道路清扫车在待清扫道路上的自动行驶；

步骤S2，通过激光雷达和摄像头采集待清扫道路的图像信息，通过粉尘浓度探测器采集待清扫道路的灰尘浓度信息，根据图像信息和灰尘浓度信息获取待清扫道路的综合污染度指标；

步骤S3，根据步骤S2获得综合污染度指标，处理控制器调节道路清扫车的行驶速度并控制道路清扫车的清扫装置对待清扫道路进行清扫；

步骤S3中，处理控制器调节道路清扫车的行驶速度的具体方法包括，待清扫道路的综合污染度等级与道路清扫车的行驶速度满足关系式中V_i为道路清扫车的行驶速度，V_max为最大允许速度，g为待清扫道路的综合污染度等级；

g的确定方法为：

其中，C_i表示待清扫道路的综合污染度指标，P_i为待清扫道路的路面图像污染度指标，D_i为采集的待清扫道路的灰尘浓度，p_基为图像污染指标的归一因子，默认取值为1％；d_基为灰尘浓度归一因子，默认取值为100mg/m³；当C_i≤10时，道路综合污染度指标g＝1，即一级污染程度；当C_i≤100时，道路综合污染度指标g＝3，即三级污染程度；当10C_i1OO时，道路综合污染度指标g＝2，此时为二级污染程度；

步骤S3中，处理控制器控制道路清扫车的清扫装置对待清扫道路进行清扫时，满足关系式中S为清扫强度，g为待清扫道路的综合污染度等级，S_min为道路清扫车所需的最小的清扫强度；

S_min为最小的清扫强度，对应扫盘马达的所需最小转速n_min扫盘，风机所需最小转速n_min风机，及扫盘与地面所需最小的接地压力P_min力；

S为清扫强度，对应的扫盘马达转速n_扫盘、风机转速n_风机和扫盘与地面的接地压力P_力；即：

通过扫盘马达的转速、风机的转速及扫盘与路面的接触压力的调节来实现清扫强度的调节；

g的确定方法为：

式中，C_i表示待清扫道路的综合污染度指标，P_i为待清扫道路的路面图像污染度指标，D_i为采集的待清扫道路的灰尘浓度，p_基为图像污染指标的归一因子，默认取值为1％；d_基为灰尘浓度归一因子，默认取值为100mg/m³；当C_i≤10时，道路综合污染度指标g＝1，即一级污染程度；当C_i≤100时，道路综合污染度指标g＝3，即三级污染程度；当10C_i1OO时，道路综合污染度指标g＝2，此时为二级污染程度。