無人機(jī)物流快遞配送系統(tǒng)設(shè)計

陳俊羽

（河南省實驗文博學(xué)校，河南鄭州，450000）

0 引言

現(xiàn)階段無人機(jī)行業(yè)快速發(fā)展,各個無人機(jī)機(jī)構(gòu)之間的競爭也日益激烈,無人機(jī)技術(shù)具有廣闊的市場、良好的發(fā)展前景,也能滿足國人對快遞物流業(yè)的高需求,同時也彌補(bǔ)了傳統(tǒng)物流方式的主要缺點,比如受地形空間的限制；而在網(wǎng)購需求量大[1]的今天,用傳統(tǒng)的物流方式更是耗時耗力,用無人機(jī)派件減少人力的消耗, 成本小，不受地形的限制,運送時間短；能更機(jī)動靈活、快速高效的運送快件, 而在邊遠(yuǎn)的山區(qū)以及鄉(xiāng)村地區(qū),無人機(jī)也能夠快速送達(dá),更能推動物流企業(yè)的發(fā)展，所以無人機(jī)快遞物流無疑備受矚目[2]。

無人機(jī)是為了縮短快遞物流的時間和面對山地或者邊遠(yuǎn)地區(qū)等傳統(tǒng)運送方式無法運達(dá)的地方從而引入的一種新型快遞物流方式.無人機(jī)分為無人直升機(jī)、無人飛艇、固定翼無人機(jī)、多旋翼無人機(jī)和無人傘翼機(jī)。無人機(jī)不需要人工操縱,收到指令后就可以直接運送貨物,降低了運送成本,不受交通因素的制約;但是無人機(jī)配送也有缺點,無人機(jī)的續(xù)航里程較短,一般運送一次就需要充一次電,而對于較遠(yuǎn)的路程,無人機(jī)配送顯然不合適,而且關(guān)于無人機(jī)配送的安全性也需要考慮,同時,無人機(jī)投資成本也不小.由此可見,要想將無人機(jī)配送技術(shù)成熟的運用到快遞配送中還需要一段時間[3]。

對此,本論文進(jìn)行了無人機(jī)物流系統(tǒng)總體方案的設(shè)計，具體包括各種配送方式的介紹與分析、無人機(jī)配送可行性分析、無人機(jī)快遞原理介紹、無人機(jī)送貨流程設(shè)計等方面，最后對無人機(jī)配送子系統(tǒng)部分進(jìn)行了任務(wù)需求分析。

1 無人機(jī)配送背景介紹

1.1 各種配送方式的介紹與分析

隨著電商的快速發(fā)展，物流行業(yè)也得到了迅猛的發(fā)展。現(xiàn)階段物流的配送方式有：面包車，電動車，摩托車，電動三輪車，中型貨車，大型集裝箱貨車，飛機(jī)以及無人機(jī)等。面包車優(yōu)點為成本低，載獲量大；其缺點為有人擅自使用改裝面包車運送快件件，而這些車缺乏明確的指示信息、統(tǒng)一的標(biāo)示。電動車優(yōu)點為成本低，耐用，方便; 缺點為缺乏統(tǒng)一的標(biāo)示信息。摩托車優(yōu)點為便宜，速度快，馬力大; 缺點為耗油多，笨重，修理麻煩，運量小。電動三輪車優(yōu)點為載重量大，配送效率高，都具有明顯統(tǒng)一的標(biāo)示; 缺點為監(jiān)管政策的限制。中型貨車優(yōu)點為運載量大，機(jī)動靈活快速，企業(yè)形象識別率較高; 缺點為笨重，受距離限制。大型集裝箱貨車優(yōu)點為運載量大，機(jī)動靈活，快速高效; 缺點為受運載距離限制。飛機(jī)優(yōu)點為快速，運載量大，機(jī)動靈活，高效;缺點為成本高，受環(huán)境因素限制。無人機(jī)優(yōu)點為靈活，高效，速度快; 缺點為成本高，沒有應(yīng)變性.

1.2 無人機(jī)配送可行性分析

現(xiàn)階段我國快遞業(yè)正處于迅速發(fā)展的時期，面對時間短效率高等用戶提出的要求，當(dāng)然需要科學(xué)技術(shù)的支撐與創(chuàng)新，而無人機(jī)的引進(jìn)滿足了廣大用戶的需求，無人機(jī)配送不受地形影響，也不受交通因素的限制，在極大程度上縮短了快遞運送的時間。而且無人機(jī)運送的成本也要遠(yuǎn)低于現(xiàn)物流所需的成本。而技術(shù)方面，無人機(jī)技術(shù)也已取得成就并逐漸完善，成熟；確保無人機(jī)能夠精準(zhǔn)的運送。由此可見采用無人機(jī)進(jìn)行配送具有很高的可行性。

1.3 無人機(jī)快遞原理

無人機(jī)快遞系統(tǒng)的主要組成部分有：快遞無人機(jī)，自助快遞柜，快遞盒，快遞集散分點，快遞集散基地，區(qū)域調(diào)度中心。無人機(jī)用于將快遞配送到指定地點；自助快遞柜用于收取和發(fā)放快遞；快遞盒為通過標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的快遞存儲裝置，便于無人機(jī)進(jìn)行運送；快遞集散分點用于不同區(qū)域間快遞的集中與發(fā)放，也可對無人機(jī)進(jìn)行維修與充電；快遞集散基地對異地快遞進(jìn)行分類并將其運往快遞集散分點；區(qū)域調(diào)度中心用于派出無人機(jī)以及快件的接受與投放。

圖1 區(qū)域內(nèi)快遞收發(fā)流程圖

圖2 區(qū)域間快遞收發(fā)流程圖

2 無人機(jī)送貨流程

無人機(jī)快遞收發(fā)流程為：由無人機(jī)快遞系統(tǒng)自動劃分為的若干區(qū)域內(nèi)部獨立運作以及區(qū)域之間協(xié)同運作來實現(xiàn)快遞的運送。下面就這兩種運送方式分別進(jìn)行介紹。

區(qū)域內(nèi)快遞收發(fā)流程如圖1所示。自助快遞柜收到要派放的快件后會向所在區(qū)域的調(diào)度中心發(fā)送收件信息，然后由此區(qū)的調(diào)度中心派出無人機(jī)到快遞柜取出并運送快件，在接收到運送目的地的終端自助快遞柜的著陸許可后進(jìn)行著陸，然后由自助快遞柜接收快件，最終客戶在終端自助快遞柜領(lǐng)取快遞。

區(qū)域間快遞收發(fā)如圖2所示。自助快遞柜收到運往其他區(qū)域的快件后會向該區(qū)的調(diào)度中心發(fā)送消息，該區(qū)的調(diào)度中心會派無人機(jī)取出快件并運往該區(qū)的集散分點，分類裝箱后運往機(jī)場，再由飛機(jī)運送到目的區(qū)域的集散基地經(jīng)分類后運往目的區(qū)域的集散分點，向目的區(qū)域的調(diào)度中心發(fā)送收件信息后調(diào)度中心派出無人機(jī)取貨后運往目的自助快遞柜。

無人機(jī)快遞工作原理如下：無人機(jī)采用四旋翼飛行器裝置，配有自動導(dǎo)航系統(tǒng)和無線信號發(fā)收裝置。快件由自助快遞柜被用戶收發(fā)，裝卸快件時無人機(jī)與自助快遞柜對接并由自助快遞柜發(fā)出著陸許可，無人機(jī)由調(diào)度中心派往不同的自助快遞柜。

無人機(jī)快遞通信原理如圖3所示。無人機(jī)同調(diào)度中心以及自助快遞柜等進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸用4G網(wǎng)絡(luò)和無線電通信遙感技術(shù)，其所在的地理坐標(biāo)和狀態(tài)信息會發(fā)送到調(diào)度中心，并接收由調(diào)度中心發(fā)來的指令，接收到目的坐標(biāo)后用GPS導(dǎo)航模式飛行，接近目的地時向目的快遞柜發(fā)出著陸請求，收到許可后，無人機(jī)經(jīng)快遞柜指引在快遞柜頂端停機(jī)臺著陸、裝卸快遞，也可快速充電。如無人機(jī)失聯(lián)或發(fā)生故障，無人機(jī)會自行飛往就近的快遞集散分點。

無人機(jī)快遞集散中心流程如圖4所示。首先物件在信息掃描區(qū)卸下,分揀,再由區(qū)域調(diào)度中心發(fā)配到自動倉庫，自動倉庫收到區(qū)域調(diào)度中心的信息進(jìn)行快件裝載，信息掃描之后由無人機(jī)裝載快件起飛運送；無人機(jī)運送結(jié)束返回降落時先經(jīng)過信息掃描區(qū)后停放，停放期間進(jìn)行充電維修工作。

3 無人機(jī)配送子系統(tǒng)任務(wù)分析

以上即為采用無人機(jī)進(jìn)行快遞物流配送的

系統(tǒng)組成以及工作原理的介紹。在具體使用無人機(jī)進(jìn)行快遞物流配送的過程中，需要對現(xiàn)有無人機(jī)本體進(jìn)行改造，使其適應(yīng)快遞送貨的需求[4]；同時還需要對無人機(jī)送貨路徑以及中心站點的位置進(jìn)行分析，通過計算優(yōu)選出成本最低的路徑和中心站點位置[5]；最后還需要設(shè)計不同的終端貨物收取裝置[6]。

圖3 無人機(jī)快遞通信原理示意圖

針對無人機(jī)本體的設(shè)計，由于快遞盒有大小的區(qū)分，因此需要無人機(jī)本體的尺寸跟隨快遞盒大小的變化而進(jìn)行調(diào)整；除此之外，無人機(jī)本體上抓取快遞盒的機(jī)構(gòu)也需要具有放大縮小的功能，以保證不同大小的快遞盒均能裝載。

圖4 集散中心工作流程圖

無人機(jī)進(jìn)行快遞配送時，運輸成本和運輸距離具有直接關(guān)系，而運輸距離又和配送的路徑有關(guān)；除此之外，中心站點的位置同樣對整體的運輸距離有影響，因此需要對配送路徑和中心站點位置進(jìn)行設(shè)計。

無人機(jī)將快遞送達(dá)指定位置時，一種為針對別墅的單個快遞柜，另一種為針對公寓的多個快遞柜；針對這兩種不同的終端收取裝置需要分別進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計，以保證快遞能夠安全準(zhǔn)確的送達(dá)客戶。

4 總結(jié)

無人機(jī)快遞物流系統(tǒng)雖然具有良好的發(fā)展前景,但是其中也有許多的挑戰(zhàn)阻礙需要克服,面對區(qū)域間和區(qū)域內(nèi)兩種不同的情況,本論文首先介紹了不同配送方式的優(yōu)缺點，對無人機(jī)配送的優(yōu)點和可行性進(jìn)行了分析，并介紹了無人機(jī)配送的原理；接下來分別提出了兩種物流配送方式,并用4G網(wǎng)絡(luò)和無線電遙感技術(shù)實現(xiàn)無人機(jī)、調(diào)度中心、自助快遞柜之間的數(shù)據(jù)傳輸,以確保配送的精準(zhǔn)；最后還對無人機(jī)配送子系統(tǒng)進(jìn)行了任務(wù)分析，分別包括無人機(jī)本體設(shè)計、配送路徑優(yōu)化、終端收取裝置等。

本論文設(shè)計的無人機(jī)快遞物流系統(tǒng)能更機(jī)動靈活，快速高效的運送快件；具有良好的發(fā)展前景，也能夠推動物流企業(yè)的發(fā)展。