環衛車產業概述
根據《城市環境衛生質量標準》，環衛行業涵蓋的作業包括生活垃圾清掃、收集、運輸和建設垃圾中轉站、公共場所環境衛生、道路清掃保潔、公廁運營等。環衛車類型包括掃路車、灑水車、洗掃車、垃圾清運車、霧炮車、除雪車、吸污車、吸塵車等。
根據住建部公布的《2020年城鄉建設統計年鑒》和《2020年城市建設統計年鑒》數據統計顯示，2020年度全國道路清掃保潔面積突破126億平方米，比2019年度增加6.34億平方米。其中，城市（含縣級市）道路清掃保潔面積97.55億平方米，機械化清掃保潔面積74.25億平方米，機械化率76.1%；縣城道路清掃保潔面積28.50億平方米，機械化清掃保潔面積21.06億平方米，機械化率73.9%。如圖1所示。和新加坡環衛車100%機械化率、美國環衛車98%機械化率相比，中國環衛車機械化仍然存在一定差距。
圖1 2018~2020年道路清掃面積及生活垃圾清運量走勢圖
另一方面，市容環衛專用車輛設備數量逐漸擴大，2020年城市環衛專用車輛總數達到30.64萬臺，而2019年和2018年分別是28.15萬臺和25.24萬臺；2020年縣城環衛專用車輛總數達到7.47萬臺，而2019年和2018年分別是6.9萬臺和6.14萬臺。
一是環衛工人普遍薪酬低，從環衛服務公司實際支付給環衛工人的薪酬來看，全國平均值為2326.32元/月，雖然政府部門對環衛工人的收入有硬性要求，部分發達地區的環衛工人實際收入也遠高于政府的相關要求，但對比所在地區的居民平均收入水平，環衛工人收入水平依然普遍較低，對比2020年各省居民人均可支配收入，其差距普遍較大，平均差距在33.37%。而環衛車駕駛員和智能小型環衛裝備操作人員情況要好很多，環衛車駕駛員收入平均 6381.5元/月，高于居民可支配收入18.03%，智能小型環衛裝備操作人員收入平均5718.6元/月，高于居民可支配收入5.77%。
二是環衛工人需求量大，全國現有環衛工人約456.1萬人，其中，駕駛員約45.22萬人。廣東環衛工人數量最多，達70.87萬人，占全國17.25%，駕駛員數量也是最多，達3.41萬人，占全國7.53%。山東、遼寧、河南的環衛工人人數均超過20萬人，分別達到25.80萬人、21.08萬人和20.60萬人。隨著我國城鎮化的進程，我國城鎮的道路面積、清掃保潔面積、年垃圾清運量等都在以每年3%~5%的速度穩定增長。若不升級作業模式，沒有智能小型環衛裝備的普及，背街小巷、人行道等依然依靠人工作業模式，至2025年，全國需要維持環境衛生服務的環衛工人人員數量將有可能達到500~550萬[1]。
三是環衛工人老齡化嚴重，在社會老齡化加劇的背景下，環衛人員老齡化更加嚴重，50歲以上的環衛工人占比達到65%。這意味著未來15年，將有大批環衛工人退休，卻沒有足夠的勞動力替補。
一是環衛企業屬于勞動密集型，作業高度依賴人力，平均凈利潤低于10%，其中人力成本在企業總運營成本中占比達到60%至70%。二是無法有效保證人工作業清掃質效，清掃所需作業時間、作業模式等因實際作業區域而異，人工作業缺乏系統性。
③環衛行業安全隱患難杜絕。環衛作業大多在公路等開放道路，易發生交通事故，環衛工人工作時間長，在凌晨和深夜仍需輪班。而凌晨和深夜行駛的車輛更有可能因疲勞駕駛而發生交通事故，這進一步增加了環衛作業的風險性。并且冬寒夏暑和惡劣天氣，環衛工人仍必須在戶外進行作業，長此以往對身體和心理損傷極大[2]。
在環衛行業面臨以上挑戰的前提下，裝備替代人工不僅是環衛服務行業“機械化、電動化、智能化”的發展趨勢，更是改善環衛工人生存現狀的有效途徑。隨著居民對城鎮環境衛生需求的提高和對環衛服務要求的提升，加之環衛工人老齡化的問題和人工成本的不斷上升，新一代環衛從業者使用低碳節能、環境友好、[敏感詞]降噪、靈活作業的智能環衛裝備進行環衛服務是必然趨勢。
而自動駕駛環衛車可以替代傳統有人駕駛的環衛車，在普通地面道路、街道等開放道路及園區、公園、學校等封閉道路實現道路清潔、灑水、消殺等各類環衛工作。
未來人力成本越來越高，自動駕駛環衛車將環衛工人從簡單重復的勞動中解放出來，補足日益擴大的勞動力缺口。自動駕駛環衛車可為環衛服務節約60%以上的人力，縮減40%以上的成本。
一方面，自動駕駛環衛車作業不受時間限制，可以全天候執行清掃任務，包括深夜、凌晨以及節假日。自動駕駛環衛車除去充電及維護時間，每天有效作業時間可以長達16h。與傳統人工作業相比極大提升了有效清掃作業時間、作業頻次，從而增加作業效率。
另一方面，無人駕駛清掃車嚴格按照規定的路線和作業速度執行貼邊清掃任務，確保清掃區域全覆蓋，與人工方式相比，更能確保清掃質效。
自動駕駛環衛車可以在危險的環境中進行作業，包括有核輻射、化學污染的環境中，也不受惡劣天氣影響（比如重度霧霾、高溫、嚴寒天氣等）。并且還能減少凌晨和深夜，以及高溫、嚴寒等惡劣天氣下作業帶來的安全危害。
⑤在疫情防控常態化下，自動駕駛環衛車可以實現無接觸作業
（二）
5G車聯網賦能環衛車
學校、小區、公園、園區、景區、購物中心等封閉道路：道路保潔要求較低，目前以人工作業為主，正在向機械化過渡，清掃標準要求較低，清掃費用也相對較低。通常采用小型自動駕駛環衛車方案，屬于全封閉作業模式，無需受到路權政策和測試牌照等限制，較容易實現商業化，商業化前景巨大。其中學校約53萬所，小區約30萬個，公園約1.6萬個，園區約1.5萬個，景區約1.2萬個，購物中心約5000個。
普通開放道路、街道場景：相比高速、橋梁、隧道路面垃圾清運量更大，以機械化為主，人工為輔，清潔標準要求較高。受高溫、霧霾和嚴冬等環境因素的影響較大，同樣存在較高的安全性挑戰。通常采用中小型自動駕駛環衛車，屬于開放道路作業，商業價值高，但受限于政策限制和技術挑戰，商業化發展有一定挑戰。
高速高架、橋梁、隧道半封閉道路：清潔標準要求高，人工清掃模式安全性較難保障，目前基本實現機械化。通常采用大型自動駕駛環衛車，屬于半封閉作業模式，商業價值大且前景較好[3]。
在以上三類應用場景，自動駕駛環衛分別實現了不同程度的發展。但是，受技術和法律法規政策限制，環衛車只有在園區等封閉道路實現完全無人駕駛，而在普通開放道路，自動駕駛環衛車仍需配備至少1名安全員才能上路運營。高速高架等半封閉道路由于對環衛車時速有要求，出于安全考慮，自動駕駛環衛車只在示范區試運營。
自動駕駛環衛車（掃路車）的核心功能依靠的是自動駕駛和智能清掃的結合，可根據實際需求提供自動駕駛模式、智能輔助駕駛模式、智能跟隨模式、遠程接管控制模式。實現的是路徑規劃和車輛調度、自動蘇醒、駛出車位、清掃作業（包括路沿石邊緣檢測并貼邊清掃等）、自動循跡前行、通過紅綠燈、繞開路邊障礙和停車、避讓行人和行車、傾倒垃圾、駛回停車位、自動泊車和充電等基本功能。附加功能還包括，智能一鍵召回、遠程遙控、OTA 升級、智能語音交互、厘米級[敏感詞]定位等。
除此之外，自動駕駛環衛車基于成熟的自動駕駛技術，結合城市道路實際需求，可擴展更多功能。具體擴展功能包括智能巡查，替代人工實現道路遠程例行巡查，及時上報特殊情況及區域內可疑人物等；設備檢測，掃描并檢測清掃路線上的設施與設備，記錄病害或缺陷位置，將檢測結果實時傳送至監控中心；事故上報，通過5G和車聯網傳輸到后臺進行交通事故報警，可以有效改善報警延時；環境消毒，無人化道路噴灑消毒有效降低交叉感染風險，覆蓋面廣，無死角消殺；護欄清洗，適用于隧道、高速路等有護欄的場景，無人化運營降低人工清洗風險；隧道壁清洗，加裝側面掃刷，適用于隧道、室內等封閉、半封閉場景。
對應自動駕駛環衛車的基本功能和附加功能，車聯網可以在四大領域賦能自動駕駛環衛車，如圖2所示。
早期自動駕駛環衛車多采用人工駕駛錄入路線后循跡的方式實現無人駕駛，這種技術方式對于快速實現演示有一定的優勢，但無法投入正式運營，整體技術難度比自動駕駛低很多。自動駕駛環衛車能夠投入正式運營的最終解決方案，是自動駕駛系統能夠自動進行路徑規劃，實現區域內全覆蓋清掃，雖然這種方式技術難度更高，但具備多車多場景批量復制能力。
車聯網可以提供車輛、道路、交通、環境等全方位信息，使得自動駕駛環衛車全區域路徑規劃更加合理，提高自動駕駛環衛車全局工作效率。
環衛作業需要合理的調度管理機制，出于清掃面積、作業時間、運營效率等多方面的綜合考慮，需要多輛自動駕駛環衛車、有人駕駛環衛車以及環衛工人配合共同作業。傳統環衛公司普遍是通過項目經理及駕駛員經驗進行排班規劃。自動駕駛環衛科技公司切入環衛運營，則面臨較高的智能化管理要求，包括作業區域內的出車時間安排、整體調度、車輛清掃路線、車輛運行情況實時監控等具體內容，要求后臺能夠具備遠程調配、接管控制等功能，實現位置信息、作業狀態、作業進度、作業路線等智能化管理。
另外，車聯網通過提供車輛、道路、交通、環境等全方位信息，還可以讓自動駕駛環衛車調度管理更加合理，并且能夠和有人駕駛環衛車，以及環衛工人實現有效協同，提升清掃質效，規避人工清掃帶來的管理難題。
環衛作業本身存在路沿、縫隙、坑洼、死角等許多特殊場景，同時作為環衛裝備又必須按照清掃保潔要求保證清掃效果。因此，自動駕駛環衛車也需要面對較高的定位、識別、自動駕駛能力及清掃能力要求。
自動駕駛環衛車需要在不同形態道路邊緣完成精細貼邊清掃。在城市道路清掃保潔作業中，超過90%的路面垃圾都集中在道路的邊沿。因此，掃路車作業要求嚴格貼邊清掃，與Robotaxi通常要求的20厘米定位誤差不同，自動駕駛掃路車定位誤差通常要求≤10厘米，以滿足貼邊清掃的需求。
同時，由于掃路車通常需要完成整條路段的清掃，因此需要嚴格要求保持長時間長距離貼邊清掃，對車輛定位、循跡、路沿石邊緣檢測和橫向控制能力均有較高要求。此外，隧道、公園、園區等不同場景下存在蜿蜒、大曲率、低矮、斷斷續續等不同的邊沿形態，自動駕駛環衛車需要適應這些不同corner case并完成精細貼邊清掃作業。
此外，自動駕駛環衛車還需要應對各類道路狀況下的垃圾清掃需求。相較于其他自動駕駛車輛，掃路車會遇到許多特殊場景且不允許躲避繞行，例如坑坑洼洼的路面、道路縫隙、垃圾桶周邊的邊緣死角等。自動駕駛環衛車需要準確識別這些位置及垃圾，不能躲避繞行，在保證自身車輛安全駕駛的前提下緩速慢行甚至停車清掃，最終保證清掃的干凈程度，不能有明顯漏掃或垃圾灑落的情況。
車聯網即可以一方面提供融合定位輔助能力，實現分米級定位精度，另一方面也可以將預先探知的corner case和各類道路狀況通知到自動駕駛環衛車，保障自動駕駛環衛車高質量完成清掃作業。
自動駕駛環衛車自動循跡前行面臨衛星信號被遮擋的作業場景，比如樹蔭、隧道和高架橋下。自動駕駛環衛車的定位主要通過衛星導航系統結合慣導IMU、激光雷達以及視覺定位實現。不可避免地存在GPS信號或者北斗信號被遮擋現象，因此對其融合定位能力提出很高要求。車聯網可以提供融合定位輔助能力[4]。
自動駕駛環衛車實現自動循跡前行依賴于軟硬件系統的高效配合。通過搭載激光雷達、毫米波雷達、超聲波雷達、攝像頭等多種傳感器，實現對四周環境的多維感知，基于車輛前進方向上的中短距離探測，配合車聯網超視距感知，確保自動駕駛掃路車能夠安全通過紅綠燈、繞開路邊障礙和停車/避讓行人和行車等。
智能一鍵召回、遠程遙控、OTA升級、厘米級[敏感詞]定位等附加功能必須要通過車聯網實現。
（三）
網聯自動駕駛環衛車商業價值
第一種，合作模式，各司其職。自動駕駛科技公司、整車廠、環衛公司以合作模式，各司其職，向客戶提供環衛服務。
自動駕駛科技公司和整車廠聯合打造量產的自動駕駛環衛車，提供給環衛公司。或者自動駕駛科技公司和整車廠聯合后裝融合改裝環衛公司已有環衛車。同時，自動駕駛科技公司還為環衛公司提供自動駕駛技術服務。
環衛公司直接采購自動駕駛環衛車，再依托于自動駕駛科技公司提供的技術支持，向客戶提供環衛服務，收取服務費。如圖3所示。
第二種，成立合資公司負責運營。自動駕駛科技公司和環衛公司、整車廠、投資公司、地方創新機構等成立合資公司，負責向客戶提供環衛服務。如圖4所示。
第三種，自動駕駛公司自主運營。部分自動駕駛科技公司自建環衛車隊，負責環衛運營工作，便于車輛數據的流通和統一管理，可加速技術迭代驗證的速度。一方面直接向客戶提供自動駕駛環衛服務，也可以向環衛公司提供自動駕駛車租賃服務。如圖5所示。
以盈峰環境2019年產品發布會上給出的湖南省長沙市某項目為例，該區域為居民區，包含背街小巷、學校等多種作業場景，以往采取純人力作業方案，需要65名工人。引入8輛智能小型環衛車后，僅需要15名環衛工人和8名安全員。整個作業隊伍人員縮減了64.6%，年度綜合成本降低了38.8%。如表1所示。
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傳統人力方案
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自動駕駛環衛車方案
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環衛作業人數
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65人
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15人
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無人環衛作業車數
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0輛
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8輛
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安全員人數
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0人
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8人
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年人力成本
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260萬元
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108萬元
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年能源消耗成本
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0萬元
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14.4萬元
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人力作業工具維護成本
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7.8萬元
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1.8萬元
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無人環衛作業車維護成本
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0萬元
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3.2萬元
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年折舊費
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0萬元
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36.5萬元
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年支出總成本
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267.8萬元
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163.9萬元
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總成本縮減
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38.8%
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從單車自動駕駛環衛車變為網聯自動駕駛環衛車，需要完成車端網聯化改造和路端網聯化改造。車端網聯化改造通過前裝或者后裝車聯網車載終端即可實現，而路端車聯網改造需要區分不同的應用場景。對于學校、小區、公園、園區、景區、購物中心等封閉道路，路端網聯化改造范圍可控，易于實施；對于普通開放道路、街道場景，屬于開放場景，路段全面網聯化改造難度高，可部署在重點路段；高速高架、橋梁、隧道半封閉道路，則可以有針對性進行網聯化改造。
由于車聯網可以賦能自動駕駛環衛車路徑規劃和車輛調度、自動駕駛環衛車清掃作業、自動駕駛環衛車安全行駛、自動駕駛環衛車附加功能（智能一鍵召回、遠程遙控、OTA升級、厘米級[敏感詞]定位）等。因此，從商業價值上看，車聯網一方面可以降低單車自動駕駛環衛車車端的投入成本，另外一方面可以提升自動駕駛環衛車的經濟產出效益。
（四）
網聯自動駕駛環衛車典型案例
2019年，仙途智能的自動駕駛清掃車成功在德國威廉港運行。這輛重1.2噸，寬度1.5米的自動駕駛清掃車具備洗刷、垃圾收集、灑水除塵等功能，非常適合室外半封閉環境作業。
威廉港是德國天然水深最深的港口，也是德國唯一的集裝箱深水碼頭。同時，威廉港也與內陸之間有復雜的鐵路運輸相連，路況復雜。港口內除了擁有常規道路以外，還有專供集裝箱擺放的區域，重卡停車區域等，自動駕駛清掃車需要對所有區域進行覆蓋式清掃。這就要求系統除了具有按道路行駛的自動駕駛能力，還需要具備非結構化道路行駛的能力。此外，港口需要清掃的面積較大，一次需要數小時，同時需要進行噴霧防塵等操作[5]。
2019 年盈峰環境組建的“5G+環衛機器人編隊”正式投入深圳市福田區福田街道清掃保潔工作，成為國內[敏感詞]落地運營的5G智能清掃環衛PPP項目，智能設備安裝5G數據終端，基于物聯網進行調動和管理，并通過人工智能技術進一步提升市政環衛作業的效率和效果。
首批在福田投放的智能小型環衛機器人編隊，包括“智能駕駛純電動一體式清掃機器人、智能駕駛純電動一體式沖洗機器人、智能駕駛純電可轉場型潔掃機器人、智能自跟隨環衛洗掃機器人、環衛純電保潔機器人”等，被譽為“城市毛細血管清道夫”，能從事灑水、垃圾清掃、撿拾垃圾、垃圾轉運等任務，可分時段、分區域工作[6]。
參考文獻
[1] 盈峰環境科技集團股份有限公司. 2020年環衛工人收入現狀及環衛裝備替代人工發展潛力白皮書[R]. 2021,5.
[2] 億歐智庫. 2021中國自動駕駛環衛場景商業化應用研究報告[R]. 2021,11.
[3] 中國電動汽車百人會. 自動駕駛應用場景與商業化路徑[R]. 2020,6.
[4] 辰韜資本. 自動駕駛賦能智慧環衛[R]. 2021,1.
[5] 新智元. 中國最牛自動駕駛進軍歐洲！德國運營，拿下全球首張牌照[N]. 2019,5.
[6] 深圳特區報. 深圳福田5G+環衛機器人編隊上崗[N]. 2019,11.
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