小型無人機在配送服務中的應用

趙晨陽 陳增 牛智越

在快件收派服務中，近年來也不時出現無人機的身影。如：美國的谷歌、亞馬遜、UPS等科技、物流公司，德國的DHL郵政巨頭以及中國的順豐快遞公司之前所曝光的“無人機快遞”項目的研究項目或者實驗，目前順豐無人機的配送誤差已經控制到了2米以內。盡管目前的實驗都還停留在運載、操控等層面，其“無人機快遞”系統(tǒng)的搭建也還屬于探索階段。但可以肯定的是，隨著這些“科技大佬”和“物流巨頭”的試水，未來快件收派服務的發(fā)展必將呈現科技化和智能化的趨勢。

總而言之，采用無人機在物流終端遞送的服務方式，能有效提高配送效率，使物流公司在競爭激烈的環(huán)境中能夠更好的維護自身的服務特色和優(yōu)勢，保持快遞的本質——“快”，提高服務的品質和質量。另外，通過使用無人機可以減少人力、運力成本、提高服務效率，使物流服務的提供方和接受方能夠獲得雙向的受益。無人機技術在物流領域的使用，不僅是物流產業(yè)發(fā)展的必然趨勢，也是工業(yè)社會4.0 時代物流產業(yè)智能化、智慧化的必然結果。

一、無人機技術在快件配送服務中的應用

1.無人機快遞的概念。無人機快遞，即通過利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的無人駕駛的低空飛行器運載包裹，自動送達目的地，其優(yōu)點主要在于解決偏遠地區(qū)的配送問題，提高配送效率，同時減少人力成本。缺點主要在于惡劣天氣下無人機會送貨無力，在飛行過程中，無法避免人為破壞等。目前順豐快遞已有，但未大范圍使用。

2.無人機快遞的原理及流程。①模塊介紹。a.快遞無人機。無人機采用八旋翼飛行器，配有GPS自控導航系統(tǒng)、IGPS接收器、各種傳感器以及無線信號發(fā)收裝置。無人機具有GPS自控導航、定點懸浮、人工控制等多種飛行模式，集成了三軸加速度計、三軸陀螺儀、磁力計、氣壓高度計等多種高精度傳感器和先進的控制算法。b.自助快遞柜?？爝f柜配備有一臺計算機、無人機排隊決策系統(tǒng)、快遞管理系統(tǒng)、IGPS定位系統(tǒng)、無人機著陸引導系統(tǒng)、一個裝卸快遞停機臺、八個臨時停機臺、一套機械傳送系統(tǒng)、四部自助快遞終端和多個快遞箱等。c.快遞盒?？爝f盒內置藍牙和記憶模塊，主要用于封裝快遞，便于無人機攜帶，以及對快件的身份識別。快遞盒空閑時放置在快遞柜的快遞盒架上，可共用戶自行取用。d.快遞集散分點。分點負責不同區(qū)域間快遞的集散功能。無人機接收調度中心指令，將異地快遞運往分點。根據需求，可以按區(qū)域設立卸貨通道，分點發(fā)出指令引導無人機降落卸貨，卸下的快遞將傳送、聚集、封裝，然后運往機場。同時調度中心將快遞信息發(fā)往各目的區(qū)域的調度中心。此外，分點還負責對無人機的安檢、維修工作，同時也具備無人機臨時停放，快速充電，異?？爝f倉庫等功能。e.快遞集散基地。異地快遞在抵達本區(qū)域后先運往集散基地，基地根據快遞盒記憶模塊中的快件信息將快遞按片區(qū)分類，并運往該片區(qū)的分點，同時基地將所有到達的快遞信息入庫，并同時將信息發(fā)送到調度中心。f.區(qū)域調度中心。調度中心統(tǒng)一管理本區(qū)域所有快遞的接收與投放，同時對無人機進行調度。調度中心同時監(jiān)測無人機運行狀態(tài)和自助快遞柜運行狀態(tài)，對其出現的異?；驌砣鶕呗约皶r的發(fā)送相應指令。

②快遞收發(fā)流程。根據無人機的續(xù)航能力、快遞業(yè)務量的地理分布、通訊的實時可靠性、系統(tǒng)的容積能力以及建設成本等諸多因素的綜合考慮，將整個系統(tǒng)劃分為若干區(qū)域，區(qū)域內部獨立運作，區(qū)域之間協(xié)同運作。a.區(qū)域內快遞收發(fā)。自助快遞柜在接收用戶放入的快遞后向調度中心發(fā)送收件信息，調度系統(tǒng)通過決策挑選出合適的無人機，并向無人機發(fā)送任務指令以及目的坐標，無人機收到指令后飛往目標，快遞柜將引導無人機著陸并自動裝卸快遞，快遞在送達目的快遞柜之后，快遞柜向用戶發(fā)送領件短信。b.區(qū)域間快遞收發(fā)。調度中心在收到發(fā)往其他區(qū)域的快遞信息后，將指引無人機收件后就近送往本區(qū)域的快遞集散分點，分點自動將快遞按區(qū)域分類，并裝箱后送往機場，由大型飛機送往目的區(qū)域的快遞集散基地，基地在收到快遞箱以后拆分，集中將同一片區(qū)的快遞送往該片區(qū)的快遞集散分點，再由調度中心調度無人機送往目的自助快遞柜。

③系統(tǒng)調動策略。調動策略的核心是建立無人機狀態(tài)列表，包括無人機編號、當前坐標、當前任務狀態(tài)、運行狀態(tài)、續(xù)航能力等。建立自助快遞柜狀態(tài)列表，包括快遞柜編號、地理坐標、運轉狀態(tài)、擁塞程度等。其具體方法為關聯無人機狀態(tài)列表和快遞柜狀態(tài)列表為每一部快遞柜生成一張預設半徑范圍內無人機到達時刻表，此表包括：無人機編號、預計到達時間（通過對停泊裝卸時間、平均飛行速度的統(tǒng)計，以及無人機當前坐標、當前任務和快遞柜坐標估算求得）、預計無人機續(xù)航能力、停機位狀態(tài)等，停機位包括三種狀態(tài)：停在裝卸平臺、停在臨時平臺以及懸浮態(tài)。該表按到達時間、續(xù)航能力和停機位排序。半徑的設定視無人機群規(guī)模統(tǒng)計優(yōu)化而定，目的在于優(yōu)化系統(tǒng)、縮減響應時間，無人機群規(guī)模較小的情況下可設為全區(qū)域。建立快遞投送隊列表，包括：快遞編碼、所在快遞柜編號、目的快遞柜編號、所需續(xù)航能力、快遞優(yōu)先級等，按優(yōu)先級排序，優(yōu)先級由快遞等級和收件時間確定。

二、無人機在配送中的應用案例

在四川省的某地有一個偏遠的小山村，村里住著45戶人家，某日因發(fā)生地震，導致村里的基礎設施完全癱瘓。在離村子5公里遠的地方有京東的一家物流公司，該公司擁有小型八旋翼無人機60架，由于交通不便，山路崎嶇，政府的救援物資無法在三天之內趕到，京東公司知道該村發(fā)生地震后決定用本公司的無人機為該村配送三天的食物和水，等到三天過后政府的救援物資和人員一到，該村的危機就解決了。

京東公司的趙總首先估算了這個村的人口數，45戶人家，每戶大概4人，總共是45×4=180人，接著估算了運送貨物的總量，每人每天三個面包，三瓶礦泉水，總共需要3×3×180=1620個面包和1620瓶礦泉水。需要派出兩輛貨車，一輛貨車裝面包和無人機，一輛裝水和無人機。然后趙總從手機上打開本地地圖，看了看該村的戶口分布，發(fā)現每戶之間最遠為10米，確定了9個無人機的降落位置，每個降落位置為5戶居民提供面包和礦泉水，無人機的飛行速度為4米每秒，河的寬度為5米，村莊最北邊居民距離河邊的距離為1400米，無人機需要飛行大約6分鐘，加上裝貨和起飛的3分鐘，以及到達目的地懸空停留落地時間3分鐘，無人機一次送貨往返時間為24分鐘。無人機每次能運送三個面包三瓶水，1620個面包和1620瓶礦泉水由這60架無人機運送，則每臺無人機需要運送1620÷（3×60）=9次，每臺無人機的續(xù)航時間為1小時，所以需要為每臺無人機準備兩塊備用電源。

把這些都想清楚了以后趙總開始下命令出發(fā)了，首先兩輛貨車分別拉著面包、水、無人機和備用電池，行駛到了木成河的南岸，下車以后有工作人員將9個無人機降落位置的坐標輸入到了無人機的控制系統(tǒng)，設置好了飛行速度4米每秒，打開了無人機的定位系統(tǒng)進行監(jiān)控，然后有操作人員給每架無人機裝好貨物，當操作人員給無人機一個起飛信號后無人機開始載著貨物平穩(wěn)而緩慢的升空，升高到二百米的高度無人機向著村中的方向飛去，到達指定坐標后，無人機開始懸停飛行，然后緩慢下降最終將面包和礦泉水投到指定位置。隨著一個小時過后，為每臺無人機換下電源后，無人機又開始起飛了，在經過4小時左右的時間，1620個面包和1620瓶礦泉水被全部投送到9個坐標點。保證了村里人三天基本的飲食要求。三天后政府的救援物資趕到，村里人得救。

三、小結

本文通過對于小型無人機原理的介紹，以及功能模塊的分析，設計出了無人機在配送中的方法，并通過無人機在救災中的案例講解，體現了無人機在配送中的應用。這是無人機技術在商業(yè)背景下的一個新的領域內的實踐探索。無人機的應用使得配送按時定點得以實現，在一些偏遠多山路、多河流、交通不便的地區(qū)發(fā)生自然災害時諸如地震、洪水等，無人機的使用在救災中配送的優(yōu)勢極其突出和必要。

（作者單位：北京物資學院）