小型無人機(jī)在配送服務(wù)中的應(yīng)用

趙晨陽(yáng) 陳增 牛智越

在快件收派服務(wù)中，近年來也不時(shí)出現(xiàn)無人機(jī)的身影。如：美國(guó)的谷歌、亞馬遜、UPS等科技、物流公司，德國(guó)的DHL郵政巨頭以及中國(guó)的順豐快遞公司之前所曝光的“無人機(jī)快遞”項(xiàng)目的研究項(xiàng)目或者實(shí)驗(yàn)，目前順豐無人機(jī)的配送誤差已經(jīng)控制到了2米以內(nèi)。盡管目前的實(shí)驗(yàn)都還停留在運(yùn)載、操控等層面，其“無人機(jī)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(wù)的發(fā)展必將呈現(xiàn)科技化和智能化的趨勢(shì)。

總而言之，采用無人機(jī)在物流終端遞送的服務(wù)方式，能有效提高配送效率，使物流公司在競(jìng)爭(zhēng)激烈的環(huán)境中能夠更好的維護(hù)自身的服務(wù)特色和優(yōu)勢(shì)，保持快遞的本質(zhì)——“快”，提高服務(wù)的品質(zhì)和質(zhì)量。另外，通過使用無人機(jī)可以減少人力、運(yùn)力成本、提高服務(wù)效率，使物流服務(wù)的提供方和接受方能夠獲得雙向的受益。無人機(jī)技術(shù)在物流領(lǐng)域的使用，不僅是物流產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是工業(yè)社會(huì)4.0 時(shí)代物流產(chǎn)業(yè)智能化、智慧化的必然結(jié)果。

一、無人機(jī)技術(shù)在快件配送服務(wù)中的應(yīng)用

1.無人機(jī)快遞的概念。無人機(jī)快遞，即通過利用無線電遙控設(shè)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(yùn)載包裹，自動(dòng)送達(dá)目的地，其優(yōu)點(diǎn)主要在于解決偏遠(yuǎn)地區(qū)的配送問題，提高配送效率，同時(shí)減少人力成本。缺點(diǎn)主要在于惡劣天氣下無人機(jī)會(huì)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(jī)快遞的原理及流程。①模塊介紹。a.快遞無人機(jī)。無人機(jī)采用八旋翼飛行器，配有GPS自控導(dǎo)航系統(tǒng)、IGPS接收器、各種傳感器以及無線信號(hào)發(fā)收裝置。無人機(jī)具有GPS自控導(dǎo)航、定點(diǎn)懸浮、人工控制等多種飛行模式，集成了三軸加速度計(jì)、三軸陀螺儀、磁力計(jì)、氣壓高度計(jì)等多種高精度傳感器和先進(jìn)的控制算法。b.自助快遞柜。快遞柜配備有一臺(tái)計(jì)算機(jī)、無人機(jī)排隊(duì)決策系統(tǒng)、快遞管理系統(tǒng)、IGPS定位系統(tǒng)、無人機(jī)著陸引導(dǎo)系統(tǒng)、一個(gè)裝卸快遞停機(jī)臺(tái)、八個(gè)臨時(shí)停機(jī)臺(tái)、一套機(jī)械傳送系統(tǒng)、四部自助快遞終端和多個(gè)快遞箱等。c.快遞盒。快遞盒內(nèi)置藍(lán)牙和記憶模塊，主要用于封裝快遞，便于無人機(jī)攜帶，以及對(duì)快件的身份識(shí)別。快遞盒空閑時(shí)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(diǎn)。分點(diǎn)負(fù)責(zé)不同區(qū)域間快遞的集散功能。無人機(jī)接收調(diào)度中心指令，將異地快遞運(yùn)往分點(diǎn)。根據(jù)需求，可以按區(qū)域設(shè)立卸貨通道，分點(diǎn)發(fā)出指令引導(dǎo)無人機(jī)降落卸貨，卸下的快遞將傳送、聚集、封裝，然后運(yùn)往機(jī)場(chǎng)。同時(shí)調(diào)度中心將快遞信息發(fā)往各目的區(qū)域的調(diào)度中心。此外，分點(diǎn)還負(fù)責(zé)對(duì)無人機(jī)的安檢、維修工作，同時(shí)也具備無人機(jī)臨時(shí)停放，快速充電，異常快遞倉(cāng)庫(kù)等功能。e.快遞集散基地。異地快遞在抵達(dá)本區(qū)域后先運(yùn)往集散基地，基地根據(jù)快遞盒記憶模塊中的快件信息將快遞按片區(qū)分類，并運(yùn)往該片區(qū)的分點(diǎn)，同時(shí)基地將所有到達(dá)的快遞信息入庫(kù)，并同時(shí)將信息發(fā)送到調(diào)度中心。f.區(qū)域調(diào)度中心。調(diào)度中心統(tǒng)一管理本區(qū)域所有快遞的接收與投放，同時(shí)對(duì)無人機(jī)進(jìn)行調(diào)度。調(diào)度中心同時(shí)監(jiān)測(cè)無人機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和自助快遞柜運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)其出現(xiàn)的異常或擁塞根據(jù)策略及時(shí)的發(fā)送相應(yīng)指令。

②快遞收發(fā)流程。根據(jù)無人機(jī)的續(xù)航能力、快遞業(yè)務(wù)量的地理分布、通訊的實(shí)時(shí)可靠性、系統(tǒng)的容積能力以及建設(shè)成本等諸多因素的綜合考慮，將整個(gè)系統(tǒng)劃分為若干區(qū)域，區(qū)域內(nèi)部獨(dú)立運(yùn)作，區(qū)域之間協(xié)同運(yùn)作。a.區(qū)域內(nèi)快遞收發(fā)。自助快遞柜在接收用戶放入的快遞后向調(diào)度中心發(fā)送收件信息，調(diào)度系統(tǒng)通過決策挑選出合適的無人機(jī)，并向無人機(jī)發(fā)送任務(wù)指令以及目的坐標(biāo)，無人機(jī)收到指令后飛往目標(biāo)，快遞柜將引導(dǎo)無人機(jī)著陸并自動(dòng)裝卸快遞，快遞在送達(dá)目的快遞柜之后，快遞柜向用戶發(fā)送領(lǐng)件短信。b.區(qū)域間快遞收發(fā)。調(diào)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(jī)收件后就近送往本區(qū)域的快遞集散分點(diǎn)，分點(diǎn)自動(dòng)將快遞按區(qū)域分類，并裝箱后送往機(jī)場(chǎng)，由大型飛機(jī)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(diǎn)，再由調(diào)度中心調(diào)度無人機(jī)送往目的自助快遞柜。

③系統(tǒng)調(diào)動(dòng)策略。調(diào)動(dòng)策略的核心是建立無人機(jī)狀態(tài)列表，包括無人機(jī)編號(hào)、當(dāng)前坐標(biāo)、當(dāng)前任務(wù)狀態(tài)、運(yùn)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(hào)、地理坐標(biāo)、運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、擁塞程度等。其具體方法為關(guān)聯(lián)無人機(jī)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(yù)設(shè)半徑范圍內(nèi)無人機(jī)到達(dá)時(shí)刻表，此表包括：無人機(jī)編號(hào)、預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間（通過對(duì)停泊裝卸時(shí)間、平均飛行速度的統(tǒng)計(jì)，以及無人機(jī)當(dāng)前坐標(biāo)、當(dāng)前任務(wù)和快遞柜坐標(biāo)估算求得）、預(yù)計(jì)無人機(jī)續(xù)航能力、停機(jī)位狀態(tài)等，停機(jī)位包括三種狀態(tài)：停在裝卸平臺(tái)、停在臨時(shí)平臺(tái)以及懸浮態(tài)。該表按到達(dá)時(shí)間、續(xù)航能力和停機(jī)位排序。半徑的設(shè)定視無人機(jī)群規(guī)模統(tǒng)計(jì)優(yōu)化而定，目的在于優(yōu)化系統(tǒng)、縮減響應(yīng)時(shí)間，無人機(jī)群規(guī)模較小的情況下可設(shè)為全區(qū)域。建立快遞投送隊(duì)列表，包括：快遞編碼、所在快遞柜編號(hào)、目的快遞柜編號(hào)、所需續(xù)航能力、快遞優(yōu)先級(jí)等，按優(yōu)先級(jí)排序，優(yōu)先級(jí)由快遞等級(jí)和收件時(shí)間確定。

二、無人機(jī)在配送中的應(yīng)用案例

在四川省的某地有一個(gè)偏遠(yuǎn)的小山村，村里住著45戶人家，某日因發(fā)生地震，導(dǎo)致村里的基礎(chǔ)設(shè)施完全癱瘓。在離村子5公里遠(yuǎn)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(jī)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(nèi)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(jī)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(jī)就解決了。

京東公司的趙總首先估算了這個(gè)村的人口數(shù)，45戶人家，每戶大概4人，總共是45×4=180人，接著估算了運(yùn)送貨物的總量，每人每天三個(gè)面包，三瓶礦泉水，總共需要3×3×180=1620個(gè)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(jī)，一輛裝水和無人機(jī)。然后趙總從手機(jī)上打開本地地圖，看了看該村的戶口分布，發(fā)現(xiàn)每戶之間最遠(yuǎn)為10米，確定了9個(gè)無人機(jī)的降落位置，每個(gè)降落位置為5戶居民提供面包和礦泉水，無人機(jī)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(jī)需要飛行大約6分鐘，加上裝貨和起飛的3分鐘，以及到達(dá)目的地懸空停留落地時(shí)間3分鐘，無人機(jī)一次送貨往返時(shí)間為24分鐘。無人機(jī)每次能運(yùn)送三個(gè)面包三瓶水，1620個(gè)面包和1620瓶礦泉水由這60架無人機(jī)運(yùn)送，則每臺(tái)無人機(jī)需要運(yùn)送1620÷（3×60）=9次，每臺(tái)無人機(jī)的續(xù)航時(shí)間為1小時(shí)，所以需要為每臺(tái)無人機(jī)準(zhǔn)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(jī)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(gè)無人機(jī)降落位置的坐標(biāo)輸入到了無人機(jī)的控制系統(tǒng)，設(shè)置好了飛行速度4米每秒，打開了無人機(jī)的定位系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，然后有操作人員給每架無人機(jī)裝好貨物，當(dāng)操作人員給無人機(jī)一個(gè)起飛信號(hào)后無人機(jī)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(jī)向著村中的方向飛去，到達(dá)指定坐標(biāo)后，無人機(jī)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(gè)小時(shí)過后，為每臺(tái)無人機(jī)換下電源后，無人機(jī)又開始起飛了，在經(jīng)過4小時(shí)左右的時(shí)間，1620個(gè)面包和1620瓶礦泉水被全部投送到9個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)。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(jié)

本文通過對(duì)于小型無人機(jī)原理的介紹，以及功能模塊的分析，設(shè)計(jì)出了無人機(jī)在配送中的方法，并通過無人機(jī)在救災(zāi)中的案例講解，體現(xiàn)了無人機(jī)在配送中的應(yīng)用。這是無人機(jī)技術(shù)在商業(yè)背景下的一個(gè)新的領(lǐng)域內(nèi)的實(shí)踐探索。無人機(jī)的應(yīng)用使得配送按時(shí)定點(diǎn)得以實(shí)現(xiàn)，在一些偏遠(yuǎn)多山路、多河流、交通不便的地區(qū)發(fā)生自然災(zāi)害時(shí)諸如地震、洪水等，無人機(jī)的使用在救災(zāi)中配送的優(yōu)勢(shì)極其突出和必要。

（作者單位：北京物資學(xué)院）