无人机物流发展综述

（山东科技大学 交通学院，山东 青岛 266590）

1 引言

近几年，随着经济的快速发展，物流需求加快，物流市场不断扩大。2015年中国社会物流总额度252.8万亿元，社会物流总费用12.1万亿元。2016年中国社会物流总额229.7万亿元，按可比价格计算，同比增长6.1%；社会物流总费用11.1万亿元，同比增长2.9%；2017年中国社会物流总额度252.8万亿元，同比增长6.7%；社会物流总费用12.1万亿元，同比增长9.2%[1]。物流订单的增加给物流配送行业带来极大的压力，人工快递投放的延误率较高，偏远地区投放难度大，物流成本逐年升高，物流配送市场需要更加快捷、方便、现代化的物流配送，这为无人机物流配送提供了条件，各大物流企业物流无人机试运行使得无人机物流的发展向前迈了重大一步。

2 无人机物流发展现状

2.1 无人机物流运营现状

国外无人机物流运营现状见表1；国内无人机物流运营现状见表2。

随着行业的发展，国内外无人机物流已从测试阶段进入试运行阶段。虽然中国通用航空的发展远远落后于欧美国家，但是由于市场广阔，中国的物流无人机的发展进程与发达国家基本持平。2017年起，京东和顺丰相继获得空域批文，进行试运行。各大物流公司积极的进行物流无人机的实验，无人机物流进入试运行阶段。

表1 国外无人机物流运营现状

表2 国内无人机物流运营现状

2.2 无人机物流监管现状

2.2.1 国外无人机物流监管现状。美国1958年以后，设立联邦航空局（Federal Aviation Administration，FAA）,它有权制定飞行器的运行规则。2015年10月，谷歌、亚马逊和沃尔玛三家公司宣布加入了FAA中负责无人机登记制度和识别系统的工作团队。FAA要求在这三家公司在内的25家公司及相关机构为无人机登记制度提供一些方案，并为不需要进行登记的无人机类型推出建议。2016年6月，FAA颁布了首部专门针对小型无人机的管理法“Part107”，该法则适用于在美国领空内飞行的，重量低于55磅（25kg）的小型无人机，而这几乎涵盖了所有的航拍无人机以及大部分的行业无人机。2018年5月美国运输部公布了入选新无人机系统一体化试点项目的10个州和地方政府，开发一部分区域给10家企业启用无人机运送商品[2]。

2016年7月，亚马逊对外宣布获得英国民航局许可，可以在英国测试无人机超视距送货业务。英国民航局批准亚马逊在农村、近郊地区进行测试，内容包括超出视线范围的无人机运营、无人机识别并躲避障碍物及一人操作多部无人机[3]。

2.2.2 国内无人机物流监管现状。《中华人民共和国飞行基本规则》规定空军负责全国的飞行管制。2009年，民航主管部门颁布了《关于民用无人机管理有关问题的暂行规定》和《民用无人机适航管理工作会议纪要》来解决无人机的适航管理问题。2017年5月，中国民航局下发《民用无人驾驶航空器实名制登记管理规定》要求从6月1日起，个人购买的最大起飞重量为250g（含250g）以上的无人机，须在8月31日之前在“中国民用航空局民用无人机实名登记系统”上实名登记[4]。2017年中国民用航空局（CAAC）批准京东和顺丰在某些农村地区启用无人机运送包裹。2018年民航局发布《民用无人驾驶航空器经营性飞行活动管理办法（暂行）》，在《民航法》框架下，规范了无人驾驶航空器从事经营性通用航空飞行活动的准入和监管要求，但是无人驾驶航空器开展载客类和载货类经营性飞行活动暂不适用[5]。2018年5月11日，民航局发布《关于促进航空物流业发展的指导意见》，对无人机物流明确给予支持，提出支持物流企业在空域条件良好、地面交通欠发达地区开展无人机物流配送试点工作；同时，特别提到，物流企业利用通用航空器、无人机等提供航空物流服务发展迅速，需要加快制定和完善有关运行规章制度和安全运行标准体系，规范市场秩序[6]。

目前，不论国内还是国外，对于无人机进行物流配送没有专门的可适用的法律法规，无人机的运营大部分还是遵循通用航空的标准。各个国家和地区正在无人机监管的道路上积极探索，每个国家或地区都相继推出有关民用无人机飞行的监管条例，但是仍存在诸多的问题。

2.3 无人机物流技术现状

2.3.1 物流无人机续航载重能力，见表3。

表3 国内外主流物流无人机续航能力

目前，国内外主流的小型配送无人机航程在25km以内，在来回均负载的情况下，配送无人机的单程航程只能控制在12km左右，载重不超过15kg，主要针对终端物流。该机型主要采用锂聚合物电池作为主要的动力，这是因为无人机需要尽可能减轻起飞重量，无法携带大容量电池，要达到较为理想的航程，其载重也需要更为精准的控制。

2.3.2 无人机物流安全性。无人机物流的安全涉及无人机自身安全、快件安全、公众安全三个方面。

（1）无人机自身安全。目前，物流无人机只允许飞固定的航线，飞行之前已经确定了航线内没有障碍物、不和民航冲突、没有高压线、途径地人烟稀少。亚马逊采用的是在用户庭院前放置标志点，无人机定位到标志点后将货物放置在上面。2017年，京东无人机在宿迁部分地区实现常态化运营，京东无人机并非直接将货物送到顾客手中，而是京东在农村的城镇设置服务点，然后由京东工作人员接手将货物送到顾客手中[7]。

无人机的抗风抗雨能力有限，很容易受恶劣天气的影响。2017年8月，京东位于宿迁的无人机调度中心的无人机受到雨季的影响基本无法起飞。而在NASA和无人机公司进行的一次现场测试中，几架无人机被风吹离预定航线100多英尺，迫使它们离开其工作区域[8]。

（2）快件安全。目前，主流的物流无人机基本都通过快递盒携带快递，防止无人机在飞行过程中快递跌落对地面行人、建筑物等造成危害。

（3）公众安全。物流无人机送货途中是否会偏离航线、乱飞影响航空飞行等问题涉及到公众安全。2014年5月到2015年4月英国民航局已经查到六起在英国各机场发生的无人机与民航机差点相撞事件。2016年5月成都双流机场因无人机在起降空域内活动，导致55个航班延误。同年10月，宁波发生一起“黑飞”失控坠落事件，导致两人受伤[9]。各种无人机“黑飞”事件引起社会、民众的担忧。

2.3.3 物流无人机空域管理技术

（1）无人机监管云系统。U-Care是国家民航局权威批准运营的国内首个基于民用航空行业标准、符合空管雷达数据传输规范的无人机管控系统。U-care系统通过身份验证、计划申请、实施监管、电子围栏等功能对无人机的飞行活动进行监管，只要通过U-care系统申请的飞行活动，飞行动态实时情况会同步传送给空域管理部门，超出申报范围，系统会自动报警。对于不按监管飞行的用户，将会被记录，对其账号进行限制，影响后续计划的申请和其他功能的使用，并将处罚移交监管部门处理。U-care系统于2015年7月在青岛试运行。2016年空域管理部门使其参与保障了2016年中韩溢油联合演习[10]。

U-Cloud是由中国航空器拥有者及驾驶员协会推出的轻小型无人机监管系统。2016年3月4日获得中国民用航空局飞行标准司的批文，批准其试运行两年[11]。U-Cloud类似于SIM卡追踪管理，所有的无人机上都需要装一个SIM卡或者类似的装置。飞行时的航迹、高度、速度、位置、航向等都会被实时纳入云数据库。公安、民航、空管及空军等方面，可以根据采集到的数据，对升空的无人机监控和执法[12]。

（2）京东智慧物流运营调度中心。2017年6月全球首个已建成的无人机运营调度中心—京东智慧物流运营调度中心投入使用。京东智慧物流运营调度中心是京东自主研发的无人机飞控中心。通过调度中心的大屏幕可以清晰地看到每一架无人机的坐标位置和飞行参数。运营调度中心可以对航线、配送无人机的性能和状态、订单数据等进行全面管理与实施监控。有了基于飞控中心的调度，将实现无人机自动装载、起飞、巡航、着陆、卸货、配送、返航等覆盖物流配送的全部流程。京东无人机运营调度中心可以保障飞行安全性及运送便捷准确性。

U-care、U-cloud等无人机云系统获得中国民用航空局飞行标准司的批准运营，无人机监管进入云时代，通过大数据分析为空域监管和飞行安全提供保障。京东物流运营调度中心的使用则进一步推进无人机物流的发展。虽然无人机空域管理技术取得很大的突破，但是目前，国内外的无人机云系统只在部分的地区运行，由于设备技术的差异没有统一的标准，而且目前各个云系统并没有实现数据的共享。

3 无人机物流存在问题

3.1 法规政策不完善

目前，国内外对无人机物流都没有明确且完善的法规政策，无人机物流面临监管难题。目前，国外在立法上普遍禁止无人机超视距飞行和在人群上空飞行，除非能够得到监管机构的豁免。这就成为了无人机物流在国外发展的一大障碍。国内无人机物流起步较晚，法规政策跟不上运营发展，空域归空军统一管理，空军仅将航路航线、进近（终端）和机场管制地带的空域划拨给民航局管理。虽然《中华人民共和国民用航空法》（以下简称《航空法》）中，无人机飞行被划分到通用航空飞行类别，并且在《航空法》第十部分对通用航空飞行管理有原则性的规定，但是在绝大多数情况下，飞行无人机仍然需要遵守空军的相关规定[13]。《航空法》、《中华人民共和国飞行基本规则》、《通用航空飞行管制条例》、《民用航空空中交通管理规则》这些法律条令中，都没有专门针对物流无人机制订飞行管制和空中交通管理相关规定。2018年6月1日起实施的《民用无人驾驶航空器经营性飞行活动管理办法（暂行）》虽然规范了无人驾驶航空器从事经营性通用航空飞行活动的准入和监管要求，但是无人驾驶航空器开展载客类和载货类经营性飞行活动不适用。物流无人机运营和监管没有明确且完善的法规政策，出台的一些管理办法虽然规范了经营性通用航空飞行活动的准入和监管要求，但对于物流无人机并不适用，物流无人机面临监管难题，运营不能保证有序进行。

3.2 技术上存在问题

无人机的续航时间和载重限制了物流无人机的应用范围。无人机进行物流配送时所配送的货物的体积、重量、目的地都有特定的要求。虽然目前物流无人机可以实现无人情况下的自主送货和返航，但是物流无人机的航线和降落点是固定的，需要提前确认没有安全隐患。无人机进行物流配送容易受天气影响，必须做好两手准备，一旦因天气无人机无法起飞，需要立马进行地面运输。物流配送降落点的选择也十分重要，目前采用的是由无人机配送到村镇上的服务点，然后再由专人配送的方式，并没有真正解决“最后一公里”的问题。技术上存在的问题制约了无人机物流的规模发展，无人机物流想要继续发展，技术上的难题必须克服。

3.3 安全问题

国内外对于无人机物流已经进行了一系列的研发和实验，但是仍然处于试运行阶段，即使京东在宿迁和西安开始“常态化运营”，也仅开通四条航线，并且固定航线和降落点，主要服务于周边的农村用户。无人机进行物流配送时属于远程操控，操作员不可能全面掌握所有的情况，无人机可能受到有意或者无意的攻击，如飞鸟、弹弓等，甚至被不法分子拦截。飞行过程中遇到大风、大雨等天气，也会威胁到无人机的安全。如果飞行过程一旦因为外界环境或者自身原因造成无法正常飞行，将对地面人员、建筑、物品造成巨大的危害。

4 无人机物流发展趋势

通过分析国内外无人机物流的现状和存在问题，总体上可以看出，未来无人机物流的研究发展方向和研究热点将集中在以下几个方面：

4.1 以云系统为基础的监管系统

未来无人机物流的发展是电子围栏技术和物流云监管系统的结合。电子围栏为无人机提供禁飞区域，2017年实施的《无人机围栏》对围栏的范围、构型、数据结构、性能要求和测试要求做出了基础标准。物流云监管系统为无人机提供航线、气象等服务，同时能够将获取的无人机数据实时地传输给航空监管部门，对物流无人机进行监管。未来监管云系统将是开放的、在不同物流公司间共享的，可以通过监管系统直接向空管部门进行航线申请，申请批准后云系统根据实际情况规划路线，不同物流公司的无人机可以通过接入监管云系统，获取相关信息。

4.2 物流无人机技术性能

为解决无人机的续航载重问题，2017年亚马逊通过“空中物流中心”专利，希望在空中完成无人机的配货和运输，以期实现大规模、长距离运输的无人机发货功能[14]。

为解决无人机续航短与送货时长的问题，2017年亚马逊获得专利“无人机配送运营中心”，希望打造一个可以在市中心建造的垂直方向建造无人机专用的物流中心。IBM也通过“无人机飞行期间进行包裹转换”专利，有助于扩展无人机从仓库运输包裹到客户家里的范围，能够将包裹更精准地送到用户的手中[14]。

为了解决物流无人机货物投递方式的问题，2017年亚马逊获批无人机快递包裹标签内置降落伞的专利，将相关感应器和折叠式降落伞内置包裹的标签内，可以分离式包装，震动吸收器，随时追踪包裹位置。无人机可以在空中释放包裹，让包裹自动完成投递过程，提高快递投送效率[14]。

未来物流无人机可以通过无人机+移动无人机中心的方式实现充电和包裹运输，不再受续航和载重限制；并通过标签内置系统实现快递的准确、高效的投递，真正解决无人机物流的“最后一公里”问题。

4.3 无人机物流安全性

为了解决因人为破坏造成无人机自身安全问题，2017年，亚马逊获得“对自动驾驶工具的敌意操控和攻击规避”的专利，当无人机出现意外时能够重新获得对无人机控制，或将无人机降落在安全位置。旨在保护无人机不受窃取货物、毁坏系统或者其他类型破坏的干扰[15]。

为了解决物流无人机携带快件的安全问题，2017年亚马逊通过一项关于无人机安全降落到地面的专利，无人机将拥有自主分析周围环境的功能，根据检测的实际情况让包裹下降过程中打开降落伞、压缩空气罐或陆襟翼，使包裹在落地时得到缓冲，确保快件准确安全降落[15]。

为了解决无人机坠毁保护问题，2017年亚马逊获得“无人机定向碎片化”专利，即让无人机掉落时在空中自行解体,最大限度地减少对地面上人、动物或物体的潜在影响[16]。

物流无人机相关技术的发展使其能够自主应对突发情况，能够预知坠毁，坠毁时实现定向碎片化，快递盒则根据实际情况打开安全装置减缓快递盒下落速度，将危害降到最低，将无人机事故风险控制在合理的范围内，尽可能减少对地面的危害。