園區(qū)室外無人物流技術及解決方案探索

摘要：無人駕駛技術的發(fā)展拓寬了無人物流的應用場景，解決了園區(qū)物流自動化、少人化推進的障礙，是目前無人駕駛技術應用的最成熟的場景，也是園區(qū)物流最前沿的應用技術。本文針對室外無人配送場景，分析了室外場景的環(huán)境特點及難點，分析了室外無人配送設備的硬件構成及軟件架構的常規(guī)解決方案，并介紹了目前國內園區(qū)室外無人配送的需求及典型的應用情況。

關鍵詞：無人駕駛；園區(qū)無人配送；物流；室外配送

中圖分類號：F407 文獻標識碼：A

0 引言

我國是世界制造業(yè)大國，截至2024 年1 月，我國制造業(yè)增加值占全球比重約30%[1]，連續(xù)14 年位居全球首位。我國傳統(tǒng)制造業(yè)體量大，在制造業(yè)中占比超過80%，是我國保持全球第一制造業(yè)大國地位的基本盤[2]。推動傳統(tǒng)制造業(yè)向數(shù)字化、智能化轉型升級，是主動適應和引領新一輪科技革命和產業(yè)變革的戰(zhàn)略選擇[3]。

多年來，制造業(yè)物流配送領域自動化是傳統(tǒng)制造業(yè)升級的熱門領域，AGV、CTU、無人叉車、條碼識別、RFID、視覺識別、倉儲管理及貨物跟蹤等技術的廣泛應用，極大地提升了物流行業(yè)的自動化和智能化水平，推動物流業(yè)向數(shù)字化轉型[4]。但這些技術的應用，更多的是面向解決倉儲、室內配送等室內場景，而室外場景受限于技術難度、法規(guī)要求等因素應用較少。如何打通室外配送無人化環(huán)節(jié)實現(xiàn)物流配送的全鏈路無人化，打造全新智慧化工廠[5]，成為近年無人配送技術研究的新方向（圖1）。

1 室外無人物流車應用場景的特點及難點

相較于室內，室外應用環(huán)境更加復雜多變，主要有以下特點。

（1）室外天氣環(huán)境多變，暴曬、高溫、雨、雪、霧等天氣環(huán)境往往對設備的穩(wěn)定性提出了更大挑戰(zhàn)。夏季正午暴曬的太陽常使得設備溫度達到60 ℃以上，使用環(huán)境非常惡劣，這就對元器件的高溫表現(xiàn)及散熱設計提出了更高的要求。而冬天，室外的雨、雪、霧天氣會對激光雷達及視覺信號造成干擾，系統(tǒng)算法中必須要排除這些環(huán)境噪點才能真正達到全天候的使用要求。同時，室外猛烈的陽光易導致外覆蓋件老化損壞褪色，而雨雪天氣對設備防水等級也提出了更高的要求，地面的不平整也對底盤的通過性及減震能力以及算法對噪音的過濾要求更高。相較于室內相對穩(wěn)定的環(huán)境，室外對設備的要求呈數(shù)量級的增加。

（2）室外人、車、路的環(huán)境更多變、更復雜。受限于成本及周期，一套室外無人物流解決方案往往對外部環(huán)境改動需求越小越好落地。這就要求室外無人物流車安全策略更靈敏更準確，滿足人車混行的運行環(huán)境，能夠適應與社會車輛共用車道，不需要隔離出專用車道。有更靈敏的制動系統(tǒng)，在高速運行及重載牽引情況下能及時停車避免事故發(fā)生。更大的動態(tài)環(huán)境監(jiān)控范圍和更復雜的決策算法，對車輛半徑30 m 以上范圍的環(huán)境變化進行監(jiān)控以預判變化趨勢，以便及時做出防御性決策。室外環(huán)境（植物生長變化、臨時堆放物、臨時停車和行人等）相較于室內更多變，就要求室外無人物流車的定位及導航技術能夠排除這些變化因素的干擾。

（3）室外運行距離長，運行范圍大，獨立建設通信網絡成本過高，更優(yōu)的方案是采用基礎設施解決通信問題，如通過移動網絡實現(xiàn)信息的傳輸及信號的傳遞。受限于基礎設施建設水平，網絡覆蓋信號強度及網絡延時等網絡穩(wěn)定性參數(shù)與獨立搭建的設備局域網絡有較大差距，室外無人物流車必須能夠適應網絡延時及網絡波動對系統(tǒng)運行的影響，降低對網絡環(huán)境的依賴。

（4）物流配送是一個從室外到室內的過程，很難將室外配送完全限制于室外場景，設備往往還需要進入雨棚、庫房、甚至生產線旁等室內與半室內場景，這就要求設備不僅能夠滿足室外運行要求，也要滿足室內定位精度高、場地狹小、GPS 無信號、與其他自動化設備存在交互等場景的使用要求。

綜上，同為無人配送設備，看似簡單的使用環(huán)境從室內改為室外，對設備的要求大大提高。傳統(tǒng)室內AGV、無人叉車等設備技術的簡單升級已無法滿足室外復雜的使用環(huán)境，必須硬件和軟件全面性提升。

2 室外無人物流車的硬件組成

室外無人物流車的底層硬件形態(tài)為一輛可運行的車，其硬件組成包括線控底盤、駕控系統(tǒng)硬件、場景化硬件模塊等幾大模塊，共同組成了面向場景的無人配送硬件解決方案。

2.1 線控底盤硬件組成

線控底盤包括供電系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、轉向系統(tǒng)等幾大部分（圖2），是實現(xiàn)設備移動的基礎，其作用包括提供穩(wěn)定的電源供電、提供運行驅動、實現(xiàn)運動轉向及制動，可以說底盤性能是無人車的硬件基礎，其響應速度以及精度決定了無人車的的基本性能。

2.2 駕控系統(tǒng)硬件組成

駕控系統(tǒng)是無人物流車硬件的核心。駕控系統(tǒng)以控制器為主控單元，搭載了組合導航定位模塊、激光雷達傳感器、超聲波雷達及毫米波雷達等設備（圖3），根據(jù)不同的技術方案，其具體的系統(tǒng)組成、選型及數(shù)量都會存在較大差異。但其設計目標都是通過感知融合技術，為規(guī)劃、決策、執(zhí)行系統(tǒng)提供感知及定位數(shù)據(jù)，滿足復雜作業(yè)場景任務需求。

2.3 場景硬件模塊

底盤是硬件基礎，但應用場景千變萬化（圖4），面向不同的應用場景及需求，可以通過在底盤上添置定制化場景硬件模塊滿足應用需求。在園區(qū)物流配送場景中，常見的需求是在線控底盤基礎上增加貨廂、人工牽引機構、自動脫掛鉤機構、移動快遞柜、車載輸送機構、車載升降機構等定制化機構，達到牽引運輸、貨廂運輸以及與第三方設備聯(lián)動的目的，以足千變萬化的應用需求。

3 室外無人物流設設備的軟件架構

歸根到底，室外無人物流車是為生產服務的生產工具，其配套軟件要滿足基本的行駛和控制功能（圖5），同時還需要面向使用對象開發(fā)應用層軟件工具包，其全套解決方案包括如下功能。

3.1 實現(xiàn)無人運行的駕控系統(tǒng)軟件

駕控系統(tǒng)軟件是車輛運行的底層控制軟件和核心，其功能是實現(xiàn)車輛底盤的無人駕駛，主要包括線控底盤的運動控制、任務控制、定位及導航、路線規(guī)劃、感知及決策等幾大功能，以保證對車輛的基本控制，實現(xiàn)對車輛運行軌跡的規(guī)劃及定位、對車輛運行策略的決策及執(zhí)行。算法的完善程度直接決定了設備的可靠性，一套完善的駕控系統(tǒng)要保證排除環(huán)境干擾、定位可靠、響應迅速、避障及時且決策邏輯合理。

3.2 調度系統(tǒng)

調度系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)任務派發(fā)、路線管理和交通管制，以達到準確安排任務響應車輛、合理規(guī)劃路線、路口管理及交通沖突管理等目的。室外使用場景由于路線范圍大，車與車之間物理距離分散，相較于室內場景，室外對于調度決策響應的及時性及交通管制復雜性要求及響應速度偏低，設備運行對于調度系統(tǒng)的依賴性相較于室內場景也會偏低。但即便如此，調度系統(tǒng)依然是整體解決方案中的重要一環(huán)，特別是同一場景下多車多線路運行時，調度系統(tǒng)能否準確實現(xiàn)任務派發(fā)、路線管理、交通管制的功能，對于多車場景使用的穩(wěn)定性非常重要。

3.3 數(shù)字化管理系統(tǒng)及客戶端

駕控系統(tǒng)及調度系統(tǒng)是解決方案的后臺，十分重要。但用戶在使用中并不會直接接觸到，只會通過使用過程中系統(tǒng)運行的“聰明”程度、運行故障率、穩(wěn)定性等間接體驗到，而真正面向使用者的是數(shù)字化管理系統(tǒng)及客戶端等終端。終端系統(tǒng)直接影響了客戶的使用體驗，其重要性不言而喻。根據(jù)開發(fā)者、維護者、管理者、使用者的不同需求和特點，大體包括車輛及路線管理、報表管理、故障管理等幾大模塊，通常會根據(jù)不同的角色進行權限管理，以避免低權限人員的越權操作造成系統(tǒng)運行事故。

4 應用案例及場景介紹

相較于公開道路無人駕駛技術普及應用所需要面對的法規(guī)、路權、基建等方面的挑戰(zhàn)，園區(qū)由于其封閉性及管理責任的相對明確，是更適合無人駕駛技術快速實現(xiàn)商業(yè)化落地的場景。目前，國內大型工業(yè)園區(qū)及大型制造企業(yè)生產園區(qū)數(shù)量龐大，這些園區(qū)物流在倉儲、運輸、搬運等環(huán)節(jié)仍以傳統(tǒng)的人工設備為主，人力使用極度依賴。然而，隨著我國人口結構及員工觀念的的轉變，企業(yè)用工荒、招工難等現(xiàn)象日益凸顯，用人成本也不斷提升，此外還有人工疲勞、操作誤差、效率不穩(wěn)定、貨物流轉信息不透明等問題，這些都使得物流管理成本居高不下，傳統(tǒng)物流體系亟待轉型升級。

以汽車行業(yè)為例，即使生產產線已通過工業(yè)機器人等設備的大量使用逐步實現(xiàn)了極高的自動化率，但物流環(huán)節(jié)仍有大量人工在操作，特別是室外配送環(huán)節(jié)：從外部物流零部件運輸?shù)呢涇嚾雸?，到叉車裝卸，再到牽引車將貨物從室外運輸?shù)绞覂龋罱K到貨物在室內倉儲或者上線，整個物流配送鏈路上除了AGV 小車的運用已經趨于成熟，其他環(huán)節(jié)目前還仍處于人工操作狀態(tài)。因此工業(yè)園區(qū)物流對無人駕駛技術落地需求最為迫切，而且在落地實現(xiàn)上也有明顯的優(yōu)勢。

上汽通用五菱在室外無人配送應用上做了大量嘗試。從2020 年起，在國內四大生產基地已部署室外無人物流車近400 輛，截至目前為止，累計運行里程已超過160 萬km，百公里故障率低于0.5，整體運行效率高于70%，整體運行效果良好，降本效果明顯。其中最大的單一應用場景應用車輛超150 臺，運行路線30 條，系統(tǒng)在多車多路線環(huán)境下運行穩(wěn)定，經受住了時間及環(huán)境變化的壓力測試，也切實地為企業(yè)實現(xiàn)了降本增效。

5 結束語

無人駕駛技術的快速發(fā)展已吸引了大量的風投資本布局，是近年技術發(fā)展的熱門話題。隨著法規(guī)的完善和國家政策的引導，也已逐步有了落地應用案例，如蘿卜快跑近年在武漢投放的出租車等，無論是熱度還是話題度都十足吸引了一波流量，但話題過后如何產生商業(yè)價值并落地才是能夠推動技術和行業(yè)健康發(fā)展的重點。

縱觀近年無人駕駛項目落地的經典商業(yè)案例，還是以特定環(huán)境、低速、載貨為主，其最主要的使用場景包括礦山、港口、封閉園區(qū)等封閉區(qū)域，產品形態(tài)包括無人小巴、無人環(huán)衛(wèi)車、無人巡邏車、無人配送車等。整體來看，受限于法規(guī)的開放程度和技術成熟度，目前的無人駕駛并沒有達到廣泛鋪開應用的程度，而有限場景下的應用就成了當前技術商業(yè)化應用的切入口。

本文介紹的技術方案已有了大量應用案例，經過實際驗證，無論產品還是場景都已經具備了快速復制的能力，目前整體運行效果已超出預期，其平穩(wěn)性、安全性及可靠性經過了多年應用測試的考驗。經過多次迭代，其成本也具備了一定的優(yōu)勢，讓無人駕駛技術的落地不再高高在上可望不可及，真正成為了一門應用技術。我們也期待著能夠快速孵化應用到其他園區(qū)，達成運營效率提升和綜合成本的降低，為客戶創(chuàng)造更多的價值。

【參考文獻】

[1] 金壯龍. 全面貫徹落實黨的二十大精神大力推進新型工業(yè)化[J]. 新型工業(yè)化理論與實踐，2024，1（02）：1-10.

[2] 楊潔， 董添， 段芳媛. 錨定高端化智能化綠色化 制造業(yè)加速轉型[N].2024-03-08（A04）.

[3] 何玥頤. 智能制造提速， 行業(yè)變革迅猛來襲[N]. 新華日報，2024-05-20（011）.

[4] 搜狐網. RFID 技術革命：無人叉車、倉儲機器人、AGV 與AMR 引領智能倉儲新時代[EB/OL].（2024-05-28）（2024-10-11）. https：//news.sohu.com/a/782040210_121773385.

[5] 搜狐網. 如何打造智能化物流園區(qū)：實現(xiàn)高效運營與優(yōu)質服務[EB/OL].（2023-10-19）[2024-10-11]. https：//www.sohu.com/a/729589068_121675129.

作者簡介：

龔晶晶，本科，高級工程師，研究方向為智能物流技術應用。