校園智能無(wú)人配送小車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

周云龍，崔麗冰，陸武志，黃紀(jì)瑩，黃炫榮，劉如軍

（嶺南師范學(xué)院 電子與電氣工程學(xué)院，廣東 湛江 524048）

0 引言

隨著科技的進(jìn)步和5G 時(shí)代的來(lái)臨，無(wú)人駕駛、無(wú)人化智能配送等技術(shù)的應(yīng)用提高了物流處理效率，利用物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了萬(wàn)物間的互聯(lián)互通[1-6]。無(wú)人化智能配送可以借助物聯(lián)網(wǎng)中的全球定位系統(tǒng)，更順暢地完成與客戶接觸的物流末端配送工作。同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)豐富了無(wú)人化配送的商業(yè)模式和運(yùn)營(yíng)流程，無(wú)人化配送借助于智能定位與物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的“萬(wàn)物互聯(lián)”，在配送的過(guò)程中隨時(shí)記錄并存儲(chǔ)相應(yīng)的道路信息，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化智能配送[7]。

目前大學(xué)校園內(nèi)在快遞與外賣上普遍存在“最后一公里”的問(wèn)題，末端配送存在“雜、亂”等現(xiàn)象，由于傳統(tǒng)末端配送高頻、分散的配送作業(yè)模式，產(chǎn)生低效率、高成本的行業(yè)痛點(diǎn)，影響到校園交通的有效管理；傳統(tǒng)的配送方式幾乎無(wú)法避免人與人的直接接觸，不利于目前的疫情防控。然而，校園無(wú)人智能配送小車可以避免人與人之間的直接接觸，降低了病毒傳播風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也節(jié)省了人力資源，解決了運(yùn)力緊張，緩解了部分配送壓力。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能配送小車基于人工智能算法，通過(guò)環(huán)境感知認(rèn)知、路徑?jīng)Q策規(guī)劃、定點(diǎn)尋跡、無(wú)人駕駛、智能操作系統(tǒng)、點(diǎn)單系統(tǒng)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)校園商品運(yùn)送服務(wù)以及寄取件等業(yè)務(wù)。系統(tǒng)整體框架設(shè)計(jì)如圖1所示，系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括電池模塊、主控模塊、WiFi 模塊、雷達(dá)模塊和定位模塊，軟件部分包括識(shí)別模塊和小程序模塊。

圖1 系統(tǒng)框架

用戶通過(guò)軟件端選購(gòu)商品、提交訂單后，商家接受訂單并處理，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將訂單輸入到后端數(shù)據(jù)庫(kù)中[8]。待無(wú)人小車到達(dá)店鋪，后臺(tái)控制端將對(duì)應(yīng)的柜門打開(kāi)，待商家放置商品后便開(kāi)始無(wú)人配送過(guò)程。到達(dá)目的地后，系統(tǒng)后端通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)通知用戶取出商品，智能小車識(shí)別用戶信息后將對(duì)應(yīng)柜門打開(kāi)，待用戶取出商品后智能小車關(guān)閉柜門并返回。

硬件系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案如圖2所示，主控模塊通過(guò)雷達(dá)信號(hào)實(shí)現(xiàn)避障，WiFi 模塊實(shí)現(xiàn)無(wú)人配送小車與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換，GPS 模塊實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位功能。

圖2 硬件框架

無(wú)人配送小車定位系統(tǒng)作用流程如圖3所示。小車通過(guò)GPS 模塊獲取到當(dāng)前的地理位置信息，并上傳給微控制器；微控制器將當(dāng)前地理位置信息和目的地的地理位置信息進(jìn)行對(duì)比，判斷是否已經(jīng)送達(dá)目的地。若已到達(dá)目的地，小車停車，將商品給到客戶并發(fā)送取件信息；否則，小車?yán)^續(xù)前行。

圖3 定位系統(tǒng)作用流程

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案如圖4所示。若用戶信息比對(duì)正確，則進(jìn)入點(diǎn)餐主界面，用戶可進(jìn)行商品選購(gòu)和提交訂單。

圖4 軟件結(jié)構(gòu)框架

2.1 客戶取件流程

取件流程如圖5所示。無(wú)人配送智能小車具備用戶信息比對(duì)功能，當(dāng)客戶提交訂單后，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)根據(jù)訂單信息隨機(jī)生成六位數(shù)字取件碼。小車送貨到目的地后，客戶輸入取件碼驗(yàn)證成功后，由主控模塊控制對(duì)應(yīng)柜門解鎖開(kāi)啟，防止貨物出現(xiàn)錯(cuò)拿、亂拿的現(xiàn)象。當(dāng)柜門出現(xiàn)被人為破壞、意外損壞等情況，小車向后臺(tái)發(fā)出警報(bào)信號(hào)。

圖5 取件流程

2.2 點(diǎn)餐界面

2.2.1 用戶界面

用戶界面如圖6所示，通過(guò)獲取用戶微信權(quán)限獲取用戶的信息，并顯示訂單、評(píng)價(jià)、反饋等頁(yè)面。

圖6 用戶界面

2.2.2 商品模塊

商品首頁(yè)的設(shè)計(jì)主要是顯示最近的商品推薦、各商家的最新消息等，如圖7所示。用戶進(jìn)入菜單頁(yè)后可以看到菜單的分類情況，如“經(jīng)典套餐”“面食”“飲品”等。還可以看到相關(guān)菜品的圖片、價(jià)格、銷量等，點(diǎn)擊某個(gè)菜品右下角的加號(hào)按鈕，可以看到份數(shù)就會(huì)實(shí)現(xiàn)“+1”操作；點(diǎn)擊減號(hào)按鈕，相關(guān)份數(shù)就會(huì)實(shí)現(xiàn)“-1”操作。商家可以通過(guò)CMS 內(nèi)容管理進(jìn)入到Web 管理后臺(tái)，對(duì)菜品進(jìn)行添加、修改和下架等操作。圖8所示為菜單頁(yè)顯示模塊，代碼1 為獲取菜品信息的相關(guān)代碼。

圖7 商品界面

圖8 菜單頁(yè)面

2.2.3 訂單模塊

系統(tǒng)會(huì)將用戶訂單號(hào)、付款金額、商品名稱、商品信息、商品數(shù)量、商品價(jià)格等內(nèi)容展示在訂單內(nèi)以供用戶查看與保存（如圖9所示），同時(shí)將信息保存至數(shù)據(jù)庫(kù)供后端進(jìn)行邏輯處理等操作時(shí)使用[9]。在選擇商品而未進(jìn)行結(jié)算時(shí)會(huì)將商品放置于用戶的購(gòu)物車中，如圖10所示。

圖9 訂單界面

圖10 購(gòu)物車界面

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與分析

3.1 訂單處理

用戶掃碼后小程序會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)至菜單的頁(yè)面，用戶對(duì)菜品進(jìn)行瀏覽、選擇，將選中后的菜品加入購(gòu)物車中。用戶選好菜品后創(chuàng)建訂單，訂單確認(rèn)的頁(yè)面中需要用戶去輸入相應(yīng)的用餐人數(shù)和用餐備注。訂單確認(rèn)完成后，用戶點(diǎn)擊提交訂單會(huì)跳出訂單支付的頁(yè)面，待用戶支付完成后訂單創(chuàng)建成功。這時(shí)系統(tǒng)會(huì)將用戶提交的訂單發(fā)送到后臺(tái)，后臺(tái)的訂單表會(huì)自動(dòng)生成相應(yīng)的記錄，并且相關(guān)菜品的銷量也會(huì)相應(yīng)地增加。下單的流程如圖11所示。相關(guān)代碼如下：

圖11 購(gòu)買流程

商家處理訂單流程如圖12所示。商家登錄小程序接收用戶的訂單需求，對(duì)訂單進(jìn)行處理后，將對(duì)應(yīng)商品放置于校園智能配送小車對(duì)應(yīng)柜門。校園智能配送小車開(kāi)始配送，到達(dá)指定停車點(diǎn)位置后，系統(tǒng)后端進(jìn)行邏輯處理，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)通知用戶收取商品。用戶到達(dá)小車停車點(diǎn)位置進(jìn)行驗(yàn)證，校園智能配送小車將通過(guò)后端返回的數(shù)據(jù)與用戶進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證成功則將對(duì)應(yīng)柜門打開(kāi)，待用戶獲取商品，訂單完成。

圖12 訂單處理流程

管理員可以登錄系統(tǒng)后臺(tái)進(jìn)行查看、修改商品的信息，同時(shí)也能通過(guò)評(píng)價(jià)等功能接收用戶的反饋并做出調(diào)整，完善系統(tǒng)功能并解決一些細(xì)節(jié)上的缺陷[10]，如圖13所示。

圖13 后臺(tái)界面

3.2 軟件系統(tǒng)測(cè)試

軟件系統(tǒng)測(cè)試分別見(jiàn)圖14、圖15 和圖16。圖14 為系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)概圖，圖15 為后臺(tái)商品數(shù)據(jù)圖，圖16 為系統(tǒng)獲取的用戶信息。由圖可知，點(diǎn)餐小程序可準(zhǔn)確獲取用戶信息，系統(tǒng)后臺(tái)的商品數(shù)據(jù)與菜品等匹配，配送程序正常運(yùn)行。

圖14 系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)概圖

圖15 后臺(tái)商品數(shù)據(jù)

圖16 獲取用戶信息

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)校園快遞和外賣配送“最后一公里 ”的難題，提出了一種校園智能無(wú)人配送小車的設(shè)計(jì)方案。該校園智能無(wú)人配送小車具有無(wú)人駕駛、避障、實(shí)時(shí)監(jiān)控等多種功能，同時(shí)具有配送時(shí)間靈活、配送地點(diǎn)準(zhǔn)確、配送服務(wù)個(gè)性化等優(yōu)點(diǎn)，有利于減少配送人員需求，解決快遞員流動(dòng)大、雇傭難等問(wèn)題，也有利于交通環(huán)境治理，消除道路與社區(qū)安全隱患，提高配送效率。