物流配送无人机及其配送系统的设计研究

刘星辰+张美

摘 要：本文基于物联网迅猛发展的时代背景，通过多方面分析、探究无人机在物流配送中的巨大作用与意义，并在论证无人机在最后一公里配送中可行性的基础上展开深入研究，创造性的提出针对物流配送的无人机的使用环境、客户群体属性及其在造型、功能、载重能力、续航时间、安全性等设计方面上的要求明细。最后，对最后一公里无人机配送系统的设计给出相关建议。

关键词：物联网 无人机配送 最后一公里

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）07（c）-0012-05

随着信息技术的发展，作为互联网的延伸和扩展，物联网更强调通信和物与物之间的信息交换，逐渐成为新一代信息技术的核心，迎来了发展的浪潮。

可以说物联网是推动世界市场发展的又一重大生产力，它的提出体现了大融合的理念，并强化了融合圈内各要素之间的联系，打破了传统的将物理设施和信息设施分开的模式，极大程度上解决了交通、运输、医疗等行业的中的诸多现实问题。这其中，物联网与快递业务的结合被认为是一次传统快递业向智能快递业转型的良好契机，研究物联网下快递服务的问题和需求点，对于我国快递业的发展具有极大的意义。

1 物联网影响下的快递业

1.1 物联网概念

物联网，指的是通过射频识别、红外感应器、激光扫描器以及全球定位系统等信息传感设备，按照约定的协议，将任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，从而实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络[1]。

1.2 物联网影响下快递业的发展与需求现状

物联网的迅猛发展逐渐为快递业的发展奠定坚实的基础。可以说，物联网和快递服务已经融入大众生活的方方面面，并逐渐成为现代生产流通的基础要素，未来有着巨大的协同发展空间。因此，加大物联网与快递业的融合，促进智能物流发展，对于我国经济社会发展、产业升级转型具有极大的推动作用。

根据中国快递协会年会发布的数据显示，见图1，我国在2015年完成快递业务量206亿件，实现快递业务收入2760亿元，全国通邮率达到惊人的94%。伴随着快递业的持续高速发展，中国快递业务量近几年年均增长率超40%，预计未来几年这种发展势头仍会持续[2]。

我国快递业发展正处于从传统快递向现代智能快递的过渡，急需现代发展理念的引导、前沿科技指导改造、现代经营模式推进以及新型科技产品的装备，相信随着物联网的发展，不仅会为我国快递业的发展提供国际领先的新平台，也将极大推动传统产业的升级再造。

2 无人机在最后一公里配送中的可行性

随着信息技术和计算机技术的发展和普及应用，电商之间的竞争实际上已经从产品质量、价格的竞争转为物流服务的竞争。因此，作为物流配送的关键环节，最后一公里配送的质量极大程度上决定电商企业的竞争成败。

2.1 最后一公里物流概念及发展现状

作为快递配送的最后一个环节，最后一公里物流可以实现按时按需的配送到家。解决最后一公里配送的问题，既方便用户，提高用户满意度，又可以扩大客户群。目前现有的最后一公里配送方式有快递员配送上门、用户到店取件、自助取件以及无人机配送等。

当前我国在最后一公里物流配送上仍存在诸多现实问题。自动化程度低、依靠人力进行派送、监管不到位等。由于交通状况的日益复杂恶化，导致物流配送效率低下，尤其在大订单量时，货物往往不能及时送达客户指定地点。此外，投递过程的不规范，货物被置于地上进行分派，客户自行取件，加大了货物丢失、损毁的可能性。可以说，这些问题严重制约了最后一公里物流配送的进一步发展。

2.2 无人机配送的作用与现实意义

在日益注重时间价值观念的今天，为了满足消费者即时使用的心理需求，快递企业更注重服务速度的提升。诸如京东、阿里巴巴等电商平台也都相继推出“当日达、极速达”等服务。

另一方面，自从无人机派送货物的想法提出后，各方不断加大科研投入，以期尽早实现无人机配送进而在整个快递服务市场占得先机。无人机配送突破了传统的地域空间限制，使得快递配送由地面进入低空领域，有效的解决因交通拥堵造成的限制，大大减少了递送过程的时间迟滞。

2.3 无人机配送的环境与人群分析

偏远地区由于位置偏僻，缺乏完整的道路交通系统，且人员居住密度小，快递派送的成本一直居高不下。而且偏远地区快递派送量有逐年增加的趋势，高额的成本代价一直是物流企业的心结。

针对快递派送设计的无人机，需配备有最新的导航系统，操控人员只需预先设置目的地，无人机便会自动匹配最优飞行路线，快速将包裹送达指定地点。根据企业反馈，对偏远地区的快递派送工作，由无人机派送造成的单个包裹的投递成本远低于目前物流企业所付出的交通和人力成本。

目前，快递配送针对的人群可以划分为两种：其一，年轻人是网络购物的主力军，需求空间大，且其在接受新鲜事物能力上较强。其二，中老年人在快递需求方面中可谓异军突起，中老年人是备受社会关注的群体，有些时髦的老年人也會网上购物；此外，年轻人现在更懂得体贴孝顺父母，虽不在身边但会网上购物寄给他们，尤其以在外务工人员居多，他们的父母也大都居住在偏远地带。

2.4 无人机配送的影响因素分析

2.4.1 技术因素

目前，在无人机领域已经具备成熟的能够精准避开障碍物的技术，借助GPS定位系统，即便是在高密度的建筑聚集区，无人机也能准确无误的实现快速的投递，见图2。

2.4.2 经济因素

从经济因素来考虑，物流配送无人机要投入使用必须先要构筑成熟的系统和运营管理体系。这其中，无人机的购置、派送系统的搭建、无人机的使用与维护以及专业操控人员的培训等费用不菲，与其能够配送的快递总量相比，单位物品的投递成本还是比较高的。endprint

纵观国内物流企业的发展，大多尚处于向自动化转型的阶段，虽然无人机配送快递能够降低成本，但这需要大量的前期投入。相较而言，传统的配送模式不仅不需要过多资金投入，且在配送单位物品上的平均成本更低。为使无人机配送快递能够尽快实现推广，无人机配送系统的构建成本、专业操控维护团队的运作成本必须要大幅下降，而这依赖于无人机及其相关配套服务的产业化。

2.4.3 社会因素

无人机在配送快递的过程中，安全因素是其运营中的主要影响因素。包括以下几个方面：一是无人机在配送途中受到诸如飞禽之类的无意碰撞或是人为的有意用弹弓攻击；二是天气状况、机械故障等不可抗力因素引发的安全问题；三是在配送途中出现的物品坠落对路面行人的意外伤害。

因此，我们要保证社会广大群体对于无人机配送的接受度，并制定完善的体系机制来保障无人机配送过程中的安全性。这其中，既有无人机本身的飞行安全，也有无人机飞行路径下人群的安全。当然，用户隐私的安全也要得到保证。

2.4.4 国家政策

目前，我国在无人机配送快递这一领域尚没有相关明确的实施细则，这也是影响其推广使用的最大因素。用无人机配送快递的发展前景有很大的不确定性，因此有关监管部门秉持着谨慎的态度也合乎情理。无人机进入商业应用势必会对现行的相关民法规范有所冲击，但这并不代表要被禁止，无人机的使用及配套设施的建立实施都需要单独适用的法律法规予以规范[3]。

2.5 无人机配送针对的环境、人群及其可行性分析总结

随着工业4.0的深化发展，“智能工厂、智能生产”和“智能物流”的应用发展得到不断推进。各行业开始加大对科技的投入，以期用智能化逐步代替人力来减少成本，获取最大效益。在智能化的大时代背景下，企业若始终停留在现有模式固步自封，那么其盈利将是有限的。只有紧跟科技发展的潮流，加快实现智能化才能实现真正的发展，自身的竞争力才能得到质的飞跃。

无论是从技术角度、经济因素还是安全方面看，最后一公里采用无人机配送货物都是可行的。虽然国家对于这方面目前还没有出台具体的实施细则，但并不代表会禁止。相信日后伴随着相关法律法规的出台和完善，国家肯定会予以支持。当然，无人机的在商业领域的使用也要有所约束，要在尊重他人生命和人身安全的前提下谋求合法的发展空间。

由此可见，无人机未来应用于物流行业是大势所趋。相信随着无人机在快递配送中的应用，智能物流将会得到不断发展，人们的生活也将走向更好程度的智能化。

3 物流配送无人机设计明细

在论证了物流配送无人机可行性的基础上，开展针对此类快递配送无人机的相关设计明细，为实现无人机配送货物提供理论基础和形式借鉴。

3.1 造型设计要求明细

物流配送无人机的整体造型要求动感流畅，结构紧凑、明确。合理的把各个部件的功能与形式结合起来进行设计，并最终能够融于一体。

针对不同尺寸、重量的货物，在设计时要设有预留的空间，使无人机能够灵活运作，适用于携带、配送不同大小的货物。另外，要将快递企业的形象完美融合进来，使收件人清晰明了的知道提供快递服务的对象，从而提升快递企业的形象，增加其知名度，见图3。

3.2 功能设计明细

该无人机主要针对最后一公里中货物配送问题进行设计，主要功能便是实现无人机载物飞行，并绕过障碍物将货物送达客户手中。在现有无人机技术的基础上，要考虑到载重后无人机飞行的安全性。因此，该物流配送无人机要具备载物、智能遥感控制、智能躲避障碍物、平稳飞行等功能。

3.3 载重能力设计明细

物流配送无人机的设计要考虑到载重，针对不同重量、尺寸的货物，设计有相对较大的载重能力。当然，并不是所有货物都要用无人机来配送，一些大型的货物还是需要人工配送，无人机只针对中小型快件进行配送。因此，在快递寄件市场充分调研的基础上设定物流配送无人机的载重范围为0～10kg。

3.4 续航能力设计明细

京东自曝所设计的无人机目标是实现载重30kg飞行30km，不管是噱头还是怎样，从某种角度也反映了对于物流配送无人机续航能力的高要求。同样，在2016年上半年，科比特航空发布的HYDrone-1800化氢燃料多旋翼无人机，见图4，续航时间长达273mm，在消费无人机领域中已属佼佼者。

虽然本文涉及的是最后一公里物流配送，但由于配送环境的不同，尤其是考虑到村镇以及偏远山区等地带，在无人机已经载有重物的基础上，还是要尽力提升它的续航能力，做到适应中远距离的配送要求。

3.5 安全性设计明细

无人机配送快递的过程中，要保证无人机本身的安全性，确保其可以安全抵达目的地，天气变化、动物撞击、人为破坏等自然和人为因素都要考虑周全。通过技术设计解决自然因素带来的影响，同时建立健全相关法律机制来约束对于配送无人机的人为破坏行为，构建完善的机制体系保障无人机在快递配送中涉及到的各种要素的安全性。当然，也要做好用户隐私安全的保护工作。

3.6 物流配送无人机设计

在上述論述的基础上，对物流配送无人机进行设计细化，效果图如图5所示。

设计的这款无人机造型轻巧灵动，动感十足，设计有360°全方位监控系统，环形旋翼保护壳罩以及智能夹持支架。此外，在立足实现快递配送的基础上，该款无人机也设计有智能、人性化的信息系统支撑，以保证此系统与整体物流信息系统的实时交互。

4 最后一公里无人机配送系统研究与设计明细

4.1 无人机配送系统设计研究

利用无人机进行最后一公里的货物配送，要有较为完善的配套体系辅助相应工序的完成，这就需要搭载和构建无人机配送的系统。从客户下单、货物打包出仓、无人机配送、客户确认签收直至无人机返回的整个流程中，通过构建的系统模型确保每一步的准确实施与顺利进行。endprint

4.2 无人机配送系统设计明细

针对无人机配送过程以及前期各项流程进行研究总结，以各项工序安全无误的展开为基础，对无人机配送系统进行设计明确，构建流程，见图6。

无人机配送系统构建后，对各环节具体实施中可能出现的问题进行预测并有针对性的提出相关建议和解决方案：

（1）客户下单后要确认配送时间以便无人机将货物准确送达。

（2）主调度控制室要做好系统安排，实现各环节、流程高效有序的开展。

（3）货物在仓库中的挑拣和分配也要实现智能化，完全由机器实现操作控制，加快整个配送系统进行时的效率。

（4）无人机在配送过程中要进行全程监控，确保无人机的使用安全以及不影响社会大众的人身安全，并确保配送货物的安全以保障顾客隐私。

（5）无人机将货物配送至指定地点后，客户确认货物无误后要即刻通过手机客户端确认货物送达，以便调度室后续工作的安排布置。

5 结语

在立足实现货物配送的基础上，无人机也需要更加智能、人性化的信息系统支撑，还需保证此系统与整体物流信息系统的实时交互。在这其中，操作员必须掌握较先进的技术，后台还需具备充分的数据分析能力，系统规划和实施也需要丰富的经验。否则，难以使飞行系统与整个物流系统结合。

另外，在本文提出物流配送无人机设计的相关设计明细，虽然各类技术已经存在且有所应用，但大多应用于军事领域战争环境，在民用物流系统中能否精准完成所述流程仍存在不确定性。现实中还没有此类的商业化产品，无人机配送快递也仍停留在测试阶段，尚未形成成熟完善的应用商业化系统。因而本文所提的物流配送无人机设计的具体实施仍待進一步研究论证。

相信随着人们对物流认识的深入，物流需求逐渐趋于理性，当不以简单的时速论效率时，最后一公里配送问题或可成为提升物流服务水平的机遇。相信智能化尝试将会更多，惊喜也将接连不断。

参考文献

[1] 宁焕生.RFID重大工程与国家物联网[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2] 中国电子商务研究中心.2014年电商快件量为100亿件[EB/OL].http：//www.100ec.cn/detail-6239953.html，2015.2.2.

[3] 林鹰.无人机进军空中快递业[J].交通与运输，2014（1）：41-42.endprint