小型无人机在配送服务中的应用

赵晨阳 陈增 牛智越

在快件收派服务中，近年来也不时出现无人机的身影。如：美国的谷歌、亚马逊、UPS等科技、物流公司，德国的DHL邮政巨头以及中国的顺丰快递公司之前所曝光的“无人机快递”项目的研究项目或者实验，目前顺丰无人机的配送误差已经控制到了2米以内。尽管目前的实验都还停留在运载、操控等层面，其“无人机快递”系统的搭建也还属于探索阶段。但可以肯定的是，随着这些“科技大佬”和“物流巨头”的试水，未来快件收派服务的发展必将呈现科技化和智能化的趋势。

总而言之，采用无人机在物流终端递送的服务方式，能有效提高配送效率，使物流公司在竞争激烈的环境中能够更好的维护自身的服务特色和优势，保持快递的本质——“快”，提高服务的品质和质量。另外，通过使用无人机可以减少人力、运力成本、提高服务效率，使物流服务的提供方和接受方能够获得双向的受益。无人机技术在物流领域的使用，不仅是物流产业发展的必然趋势，也是工业社会4.0 时代物流产业智能化、智慧化的必然结果。

一、无人机技术在快件配送服务中的应用

1.无人机快递的概念。无人机快递，即通过利用無线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的无人驾驶的低空飞行器运载包裹，自动送达目的地，其优点主要在于解决偏远地区的配送问题，提高配送效率，同时减少人力成本。缺点主要在于恶劣天气下无人机会送货无力，在飞行过程中，无法避免人为破坏等。目前顺丰快递已有，但未大范围使用。

2.无人机快递的原理及流程。①模块介绍。a.快递无人机。无人机采用八旋翼飞行器，配有GPS自控导航系统、IGPS接收器、各种传感器以及无线信号发收装置。无人机具有GPS自控导航、定点悬浮、人工控制等多种飞行模式，集成了三轴加速度计、三轴陀螺仪、磁力计、气压高度计等多种高精度传感器和先进的控制算法。b.自助快递柜。快递柜配备有一台计算机、无人机排队决策系统、快递管理系统、IGPS定位系统、无人机着陆引导系统、一个装卸快递停机台、八个临时停机台、一套机械传送系统、四部自助快递终端和多个快递箱等。c.快递盒。快递盒内置蓝牙和记忆模块，主要用于封装快递，便于无人机携带，以及对快件的身份识别。快递盒空闲时放置在快递柜的快递盒架上，可共用户自行取用。d.快递集散分点。分点负责不同区域间快递的集散功能。无人机接收调度中心指令，将异地快递运往分点。根据需求，可以按区域设立卸货通道，分点发出指令引导无人机降落卸货，卸下的快递将传送、聚集、封装，然后运往机场。同时调度中心将快递信息发往各目的区域的调度中心。此外，分点还负责对无人机的安检、维修工作，同时也具备无人机临时停放，快速充电，异常快递仓库等功能。e.快递集散基地。异地快递在抵达本区域后先运往集散基地，基地根据快递盒记忆模块中的快件信息将快递按片区分类，并运往该片区的分点，同时基地将所有到达的快递信息入库，并同时将信息发送到调度中心。f.区域调度中心。调度中心统一管理本区域所有快递的接收与投放，同时对无人机进行调度。调度中心同时监测无人机运行状态和自助快递柜运行状态，对其出现的异常或拥塞根据策略及时的发送相应指令。

②快递收发流程。根据无人机的续航能力、快递业务量的地理分布、通讯的实时可靠性、系统的容积能力以及建设成本等诸多因素的综合考虑，将整个系统划分为若干区域，区域内部独立运作，区域之间协同运作。a.区域内快递收发。自助快递柜在接收用户放入的快递后向调度中心发送收件信息，调度系统通过决策挑选出合适的无人机，并向无人机发送任务指令以及目的坐标，无人机收到指令后飞往目标，快递柜将引导无人机着陆并自动装卸快递，快递在送达目的快递柜之后，快递柜向用户发送领件短信。b.区域间快递收发。调度中心在收到发往其他区域的快递信息后，将指引无人机收件后就近送往本区域的快递集散分点，分点自动将快递按区域分类，并装箱后送往机场，由大型飞机送往目的区域的快递集散基地，基地在收到快递箱以后拆分，集中将同一片区的快递送往该片区的快递集散分点，再由调度中心调度无人机送往目的自助快递柜。

③系统调动策略。调动策略的核心是建立无人机状态列表，包括无人机编号、当前坐标、当前任务状态、运行状态、续航能力等。建立自助快递柜状态列表，包括快递柜编号、地理坐标、运转状态、拥塞程度等。其具体方法为关联无人机状态列表和快递柜状态列表为每一部快递柜生成一张预设半径范围内无人机到达时刻表，此表包括：无人机编号、预计到达时间（通过对停泊装卸时间、平均飞行速度的统计，以及无人机当前坐标、当前任务和快递柜坐标估算求得）、预计无人机续航能力、停机位状态等，停机位包括三种状态：停在装卸平台、停在临时平台以及悬浮态。该表按到达时间、续航能力和停机位排序。半径的设定视无人机群规模统计优化而定，目的在于优化系统、缩减响应时间，无人机群规模较小的情况下可设为全区域。建立快递投送队列表，包括：快递编码、所在快递柜编号、目的快递柜编号、所需续航能力、快递优先级等，按优先级排序，优先级由快递等级和收件时间确定。

二、无人机在配送中的应用案例

在四川省的某地有一个偏远的小山村，村里住着45户人家，某日因发生地震，导致村里的基础设施完全瘫痪。在离村子5公里远的地方有京东的一家物流公司，该公司拥有小型八旋翼无人机60架，由于交通不便，山路崎岖，政府的救援物资无法在三天之内赶到，京东公司知道该村发生地震后决定用本公司的无人机为该村配送三天的食物和水，等到三天过后政府的救援物资和人员一到，该村的危机就解决了。

京东公司的赵总首先估算了这个村的人口数，45户人家，每户大概4人，总共是45×4=180人，接着估算了运送货物的总量，每人每天三个面包，三瓶矿泉水，总共需要3×3×180=1620个面包和1620瓶矿泉水。需要派出两辆货车，一辆货车装面包和无人机，一辆装水和无人机。然后赵总从手机上打开本地地图，看了看该村的户口分布，发现每户之间最远为10米，确定了9个无人机的降落位置，每个降落位置为5户居民提供面包和矿泉水，无人机的飞行速度为4米每秒，河的宽度为5米，村庄最北边居民距离河边的距离为1400米，无人机需要飞行大约6分钟，加上装货和起飞的3分钟，以及到达目的地悬空停留落地时间3分钟，无人机一次送货往返时间为24分钟。无人机每次能运送三个面包三瓶水，1620个面包和1620瓶矿泉水由这60架无人机运送，则每台无人机需要运送1620÷（3×60）=9次，每台无人机的续航时间为1小时，所以需要为每台无人机准备两块备用电源。

把这些都想清楚了以后赵总开始下命令出发了，首先两辆货车分别拉着面包、水、无人机和备用电池，行驶到了木成河的南岸，下车以后有工作人员将9个无人机降落位置的坐标输入到了无人机的控制系统，设置好了飞行速度4米每秒，打开了无人机的定位系统进行监控，然后有操作人员给每架无人机装好货物，当操作人员给无人机一个起飞信号后无人机开始载着货物平稳而缓慢的升空，升高到二百米的高度无人机向着村中的方向飞去，到达指定坐标后，无人机开始悬停飞行，然后缓慢下降最终将面包和矿泉水投到指定位置。随着一个小时过后，为每台无人机换下电源后，无人机又开始起飞了，在经过4小时左右的时间，1620个面包和1620瓶矿泉水被全部投送到9个坐标点。保证了村里人三天基本的饮食要求。三天后政府的救援物资赶到，村里人得救。

三、小结

本文通过对于小型无人机原理的介绍，以及功能模块的分析，设计出了无人机在配送中的方法，并通过无人机在救灾中的案例讲解，体现了无人机在配送中的应用。这是无人机技术在商业背景下的一个新的领域内的实践探索。无人机的应用使得配送按时定点得以实现，在一些偏远多山路、多河流、交通不便的地区发生自然灾害时诸如地震、洪水等，无人机的使用在救灾中配送的优势极其突出和必要。

（作者单位：北京物资学院）