無人機(jī)技術(shù)在物流配送環(huán)節(jié)的優(yōu)化研究

文/閆妍 劉雅迪

近年來，電子商務(wù)的飛速發(fā)展推動(dòng)物流業(yè)不斷進(jìn)步和擴(kuò)張，物流配送范圍隨之越來越廣，傳統(tǒng)的物流配送模式已不能滿足人們的實(shí)際需要及企業(yè)的發(fā)展需要。而無人機(jī)能幫助物流企業(yè)提高配送效率、降低配送成本，突破物流企業(yè)面臨的困境。因此，本文以無人機(jī)配送為主要研究對(duì)象，分析無人機(jī)配送的發(fā)展現(xiàn)狀，研究發(fā)現(xiàn)無人機(jī)配送現(xiàn)階段存在續(xù)航能力差、安全性低等方面的問題，并據(jù)此給出了相應(yīng)的解決對(duì)策，以期最大程度上幫助物流企業(yè)實(shí)現(xiàn)無人機(jī)配送的全面推廣和應(yīng)用，進(jìn)而更好地滿足客戶需求，提高客戶滿意度。

1.引言

我國(guó)電商行業(yè)的高速發(fā)展，使得快遞業(yè)務(wù)量持續(xù)增長(zhǎng)，快遞量大增給傳統(tǒng)物流配送帶來了巨大壓力。同時(shí)，一些偏遠(yuǎn)地區(qū)因?yàn)榇彐?zhèn)特點(diǎn)、地理制約、業(yè)務(wù)規(guī)模等因素，導(dǎo)致其物流網(wǎng)點(diǎn)普及度較低、時(shí)效性難以得到滿足、門到門運(yùn)輸服務(wù)更是難以實(shí)現(xiàn)。而傳統(tǒng)的物流配送模式以人工配送為主，需要大量的勞動(dòng)力，但我國(guó)人口紅利持續(xù)消退，用工成本不斷上漲。因此，物流行業(yè)急需使用新興科技解放勞動(dòng)力，改變物流企業(yè)在末端配送服務(wù)的質(zhì)量與效率。物流無人機(jī)具有智能化、信息化、無人化的特點(diǎn)，及距離短、成本低、效率高的優(yōu)勢(shì)，且無人機(jī)“自主定位導(dǎo)航”系統(tǒng)和“智能避障”技術(shù)不斷進(jìn)步，有效擴(kuò)大了物流覆蓋范圍，具備非常大的發(fā)展空間。事實(shí)上，國(guó)內(nèi)外物流企業(yè)已經(jīng)開始將無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用于物流配送中，來解決因地勢(shì)問題無法完成配送、業(yè)務(wù)量過小無法實(shí)現(xiàn)規(guī)模運(yùn)輸?shù)确矫娴膯栴}。2013年電商巨頭亞馬遜公司首次宣布實(shí)施無人機(jī)配送計(jì)劃，并于2017年實(shí)現(xiàn)無人機(jī)配送包裹。2014年谷歌公司開始開發(fā)無人機(jī)配送項(xiàng)目，之后成功啟用商用無人機(jī)快遞服務(wù)。2017年京東集團(tuán)和順豐速運(yùn)有限公司相繼獲得批準(zhǔn)，啟動(dòng)無人機(jī)物流配送試點(diǎn)，打造低空無人機(jī)通用航空物流網(wǎng)絡(luò)。國(guó)內(nèi)快遞龍頭企業(yè)都在不斷探索和完善無人機(jī)配送解決方案，電商物流企業(yè)也紛紛在無人機(jī)市場(chǎng)布局。盡管眾多商業(yè)巨頭利用無人機(jī)技術(shù)提升了物流運(yùn)轉(zhuǎn)效率，但目前無人機(jī)技術(shù)在物流配送中的應(yīng)用仍存在一些問題，本文結(jié)合無人機(jī)配送發(fā)展的現(xiàn)狀分析其存在的問題，并提出針對(duì)性的對(duì)策建議。

2.無人機(jī)配送的相關(guān)研究及現(xiàn)狀

“無人駕駛飛機(jī)”是無人機(jī)的全稱，英文縮寫為'UAV'，是一種由無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的無人駕駛飛機(jī)，也可完全地或間歇地由車載計(jì)算機(jī)自主操作。將無人機(jī)應(yīng)用于物流配送環(huán)節(jié)一般指無人機(jī)快遞。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飛行器，低空飛行并運(yùn)載包裹，根據(jù)操控或程序設(shè)定自動(dòng)送達(dá)目的地。解決偏遠(yuǎn)地區(qū)的物流配送問題，提高配送效率，減少人力成本是無人機(jī)配送的主要優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)無人機(jī)配送模式進(jìn)行了研究，成果較為顯著。在無人機(jī)配送體系方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者提出兩種模式。曹珺雯(2018)指出，一種是以京東為代表的“點(diǎn)對(duì)多”無人機(jī)物流配送模式，擬打造“干線—支線—末端”三級(jí)智慧物流航空體系；另一種是以順豐為代表的“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”無人機(jī)物流配送模式，著重開展支線無人機(jī)的研制與應(yīng)用。李文(2017)提出，在干線戰(zhàn)略層，可采取有人機(jī)與無人機(jī)混合編隊(duì)運(yùn)輸模式；劉佳明(2019)提出，在支線戰(zhàn)役層和末端戰(zhàn)術(shù)層，可采取無人機(jī)與貨車相結(jié)合的運(yùn)輸模式或無人機(jī)獨(dú)自配送模式。在無人機(jī)任務(wù)分配方面，劉長(zhǎng)清(2015)考慮了多目標(biāo)問題，提出應(yīng)用線性權(quán)重法將其轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃問題，再通過與煙花算法相結(jié)合的混合算法求解多目標(biāo)無人機(jī)任務(wù)分配問題。劉星辰(2017)綜合考慮“貨車+無人機(jī)”配送模式、多批次揀選、多配送批次、帶時(shí)間窗等因素的任務(wù)分配模型，通過PVRPTW-D遺傳算法進(jìn)行求解。嚴(yán)飛(2019)基于協(xié)同粒子群算法和協(xié)同函數(shù)、協(xié)同變量相結(jié)合的算法，來探討任務(wù)分配與航跡規(guī)劃問題。

通過研究發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)的無人機(jī)配送主要應(yīng)用于農(nóng)村及偏遠(yuǎn)地區(qū)的“最后一公里”末端配送以及特殊環(huán)境下的配送，應(yīng)用場(chǎng)景仍有巨大的拓展空間。將無人機(jī)技術(shù)引入物流配送最大限度地開發(fā)了低空的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，改變了傳統(tǒng)物流配送模式，對(duì)于推動(dòng)先進(jìn)物流配送技術(shù)的改革創(chuàng)新具有重要意義，但仍存在一些問題使其難以投入實(shí)際應(yīng)用。

3.無人機(jī)配送現(xiàn)存問題與分析

無人機(jī)配送與傳統(tǒng)物流配送方式相較雖然優(yōu)點(diǎn)諸多，但同時(shí)也存在許多問題有待解決。

3.1 物流無人機(jī)續(xù)航能力不強(qiáng)，配送種類受限。目前市場(chǎng)上的無人機(jī)大多以鋰電池作為能量來源，動(dòng)力較弱，同時(shí)受電池儲(chǔ)量限制，無人機(jī)續(xù)航時(shí)長(zhǎng)有限。再加上返程限制，其實(shí)際配送范圍變得更小，難以滿足對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)的配送里程距離。同時(shí)無人機(jī)的負(fù)重載荷也不能實(shí)現(xiàn)大家電的配送或體積較大的商品的配送。因此，如何提高無人機(jī)的續(xù)航能力和載重能力是我國(guó)無人機(jī)配送在當(dāng)前發(fā)展中急需解決的難題。

3.2 無人機(jī)配送過程中存在安全風(fēng)險(xiǎn)。眾所周知，無人機(jī)配送屬于無人駕駛的一種，其運(yùn)行主要依靠智能技術(shù)、GPS技術(shù)等相關(guān)信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)。就目前已知的無人機(jī)智能避障技術(shù)（超聲波探測(cè)障礙物法、TOF探測(cè)障礙物法、結(jié)構(gòu)光測(cè)距方法等）的優(yōu)缺點(diǎn)來看，任意一種單一方法都不能完全滿足無人機(jī)配送的所有場(chǎng)景。其次，無人機(jī)配送屬于空中運(yùn)行，若其在飛行過程中出現(xiàn)故障或因電力不足等原因發(fā)生墜落，極有可能會(huì)砸傷路人。同時(shí)，無人機(jī)會(huì)受到黑客技術(shù)帶來的潛在威脅。有些不法分子會(huì)通過篡改無人機(jī)程序劫持貨物或改變配送路線，造成不必要的損失和麻煩。

3.3 無人機(jī)配送研發(fā)成本高。我國(guó)無人機(jī)配送目前整體上處于試驗(yàn)階段，現(xiàn)有的無人機(jī)技術(shù)如智能識(shí)障技術(shù)尚不能滿足物流配送的需求。然而物流無人機(jī)本身造價(jià)就不低，加之技術(shù)研發(fā)成本和其運(yùn)行需要搭配的調(diào)度系統(tǒng)的開發(fā)成本，很可能會(huì)違背無人機(jī)配送提升效率、降低成本的初衷。因此，如何降低無人機(jī)配送過程中的研發(fā)成本仍是目前物流企業(yè)需要面對(duì)的問題。

3.4 相關(guān)法律法規(guī)不健全。雖然我國(guó)目前對(duì)無人機(jī)的發(fā)展持開放態(tài)度，先后頒布了《輕小型無人機(jī)運(yùn)行試行規(guī)定》、《民用無人駕駛航空器實(shí)名制登記管理規(guī)定》等相關(guān)管理?xiàng)l例，但目前并沒有關(guān)于無人機(jī)落地實(shí)施細(xì)則、無人機(jī)配送等相關(guān)法律法規(guī)的出臺(tái)，也并沒有明確的政策支持無人機(jī)配送的發(fā)展。而無人機(jī)配送屬于民用無人機(jī)的一個(gè)延伸，目前既存的民用法則關(guān)于無人機(jī)商用方面也處于模糊階段，因此在一些行業(yè)法規(guī)面前，無人機(jī)配送的應(yīng)用也受到了質(zhì)疑，如我國(guó)快遞法規(guī)要求快遞配送要求本人簽收，但使用無人機(jī)配送時(shí)如何實(shí)現(xiàn)這一要求仍有待商榷。

綜上所述，我國(guó)物流無人機(jī)配送在大規(guī)模實(shí)施應(yīng)用階段仍存在許多問題，如何突破這些難題，使無人機(jī)技術(shù)真正為物流業(yè)錦上添花仍是我國(guó)物流企業(yè)需要考慮的問題。

4.優(yōu)化無人機(jī)配送的對(duì)策建議

4.1 對(duì)無人機(jī)企業(yè)的建議

4.1.1 提升無人機(jī)的續(xù)航能力。無人機(jī)續(xù)航能力直接影響到配送能力，因此無人機(jī)企業(yè)要重點(diǎn)突破選擇何種燃料作為動(dòng)力來源的問題。在燃油、電池或者混合動(dòng)力中選取既續(xù)航又安全的方式。

4.1.2 保障無人機(jī)配送安全。普通無人機(jī)不攜帶物品尚且會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)出事故甚至傷人事件，攜帶配送物品的無人機(jī)更需要采取措施保障安全，這就需要無人機(jī)企業(yè)加大這方面的研發(fā)投入。例如提升改進(jìn)智能避障系統(tǒng)和糾錯(cuò)能力?？梢詤⒖紵o人駕駛汽車和普通民航客機(jī)的相關(guān)技術(shù)。保證無人機(jī)在飛行過程中，某些系統(tǒng)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)可以及時(shí)改正并且安全執(zhí)行配送任務(wù)?；蛘咴黾觽溆孟到y(tǒng)和備用電池以防萬一。要盡可能多地做好防范措施保證其安全飛行。

4.2 對(duì)物流企業(yè)的建議

4.2.1 為無人機(jī)配送設(shè)計(jì)配送信息系統(tǒng)。根據(jù)無人機(jī)的配送特點(diǎn)和容易出現(xiàn)的問題，設(shè)計(jì)更合適的配送調(diào)度系統(tǒng)，

4.2.2 成立無人機(jī)配送協(xié)會(huì)。物流企業(yè)可以與發(fā)展同業(yè)務(wù)的同行企業(yè)進(jìn)行合作、成立無人機(jī)協(xié)會(huì)，建立行業(yè)共同標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)反饋給無人機(jī)生產(chǎn)設(shè)計(jì)企業(yè)，有針對(duì)性的改造設(shè)計(jì)無人機(jī)，優(yōu)化無人機(jī)工作效率、節(jié)約生產(chǎn)成本。

4.2.3 制定風(fēng)險(xiǎn)管控措施。由于技術(shù)有限，無人機(jī)在作業(yè)過程中還是會(huì)面臨各種各樣突發(fā)情況，例如墜機(jī)。制定分析管控措施可以規(guī)避突發(fā)情況是非常有必要的。在事前，企業(yè)要密切關(guān)注航線情況，綜合天氣等多種因素來判斷是否可以起飛；在事中，時(shí)刻監(jiān)管飛行情況，這樣當(dāng)天氣突變或者遭遇劫機(jī)時(shí)，物流企業(yè)能及時(shí)知曉并做出反應(yīng)。在事后，針對(duì)發(fā)生問題的無人機(jī)進(jìn)行分析，根據(jù)黑匣子判斷出事原因，并積極改善解決類似問題。

4.3 對(duì)有關(guān)部門的建議。為了加快無人機(jī)配送應(yīng)用進(jìn)程，避免出現(xiàn)問題爭(zhēng)端、保障無人機(jī)服務(wù)配送過程順利、廣泛進(jìn)行，中國(guó)民航局、郵政局等相關(guān)部門應(yīng)建立適當(dāng)法規(guī)，對(duì)無人機(jī)的生產(chǎn)、使用和監(jiān)管等各個(gè)方面都要做出規(guī)定。

4.3.1 盡快建立完善無人機(jī)配送相關(guān)的指導(dǎo)文件和標(biāo)準(zhǔn)體系。例如完善適航標(biāo)準(zhǔn)和適航管理體系、專業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、無人機(jī)配送規(guī)范、質(zhì)量監(jiān)管體系等。

4.3.2 加大對(duì)物流企業(yè)和無人機(jī)企業(yè)的支持。為了激勵(lì)企業(yè)進(jìn)行無人機(jī)研發(fā)和配送，政府可以對(duì)無人機(jī)生產(chǎn)企業(yè)提供研發(fā)補(bǔ)貼、為物流企業(yè)建立配送系統(tǒng)提供專項(xiàng)的稅收優(yōu)惠。

4.3.3 與高等學(xué)校、無人機(jī)企業(yè)、物流企業(yè)進(jìn)行合作，培養(yǎng)無人機(jī)物流專業(yè)人才。政府要發(fā)揮橋梁作用，以無人機(jī)配送市場(chǎng)為導(dǎo)向，為高校教師和學(xué)生構(gòu)建與企業(yè)深入交流學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)對(duì)口專業(yè)人才，解決人力資源不足、業(yè)界人才儲(chǔ)備缺乏的問題。

5.結(jié)論：

無人機(jī)配送在物流領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用中主要存在續(xù)航能力不強(qiáng)、配送中存在安全風(fēng)險(xiǎn)、成本較高等問題，本文從無人機(jī)企業(yè)、物流企業(yè)、相關(guān)部門三個(gè)角度分別探討解決措施，并提出相關(guān)對(duì)策建議，對(duì)于推動(dòng)無人機(jī)配送在物流領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展及物流行業(yè)都具有重大的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。C