无人机配送中心布局优化研究

文/汪芸芳 刘粉

无人机配送中心布局优化研究

文/汪芸芳 刘粉

随着京东、顺丰、亚马逊等企业的无人机快递实践愈演愈热，作为一个在物流行业新颖且极具前瞻性的课题，无人机快递在配送领域万众瞩目。本文研究无人机配送在医药物流领域的应用，以陕西省渭南市临渭区六家医院药品配送为对象，应用重心法拟建立一个医药配送中心。通过研究结果认为无人机快递可推广至更多的特殊领域，解决偏远地区配送及“最后一公里”等物流难题。

无人机快递；医药物流；配送布局优化

1.引言

近几年，随着我国经济的飞速发展，电子商务也高速运转起来，带动了与之相互依存的行业——快递业。我国快递业务量正急速膨胀，给物流行业带来了挑战，在如此规模的业务量下，物流配送面临巨大的压力，未来的物流不仅仅靠人力来解决的，必定会向智慧物流转型。无人机快递目前是许多国家研究的热门话题，国内外众多企业纷纷尝试无人机配送模式，试图建立无人机快递运营体系。

国外亚马逊、7～11等企业均在进行无人机快递的实践研究，2016年12月21日7～11便利店在美国内达华州里诺市使用无人机送货。2017年亚马逊首次使用无人机向消费者快递包裹。同时，国内京东、顺丰等企业也致力于无人机快递的研发与构建。在2017年2月22日，京东与陕西省政府达成合作，开展基于智慧物流体系、无人机通航物流体系、传统物流体系升级等方面的全面战略合作，并将在陕西打造低空无人机通用航空物流网络。

鉴于中国地大物博，偏远地区实现高效、快速的配送一直是物流配送领域的亟待解决的问题。医药物流具有周转率高，保质期较短，部分药品储存成本高的特点。运用无人机实施小批量多次的药品配送，可使偏远地区医院的运输及仓储综合物流成本有效降低，减少药品浪费现象。因此本文以陕西省渭南市为例，将无人机快递应用于药品的配送，对其可行性进行分析研究。

2.无人机药品配送

根据目前的现状和实际情况，本文研究旨在解决无人机快递配送中，与地面的配合问题，这其中重要一环是地面站点的布局优化。本文运用案例研究法，在选择的试验区域建立模型，通过重心法建立一个配送中心。

2．1无人机配送区域

渭南市是陕西省一个经济发展缓慢且水平欠发达的城市，选其作为试验区域的原因有以下几个方面：（1）经济发展水平具有普遍性，代表性。作为一个经济欠发达城市的城镇，渭南市临渭区可以代表我国大部分地区的经济发展状况，同时设施设备也同样代表我国绝大部分小城镇的情况。（2）地理及周边环境有利于试验的进行。鉴于快递无人机飞行高度的局限性，所选取的区域不宜有太高的建筑或是障碍物来干扰影响实验的进行。临渭区及周边乡镇，周围没有林立的高楼和茂盛高大的树木，可以方便进行试验。（3）环境区域较小，方便结果数据的统计，有利于试验的进行。

2．2配送对象及目的

本文在陕西省临渭区，选取5所偏远的乡镇医院（A南师医院、B官道医院、C孝义医院、D阎村医院、E崇凝医院）和1所市中心的三甲医院（F试验区渭南中心医院）。根据6所医院之间的位置及其各自每年的药品供求量建立一个模型，对其使用无人机配送的监管模式等方面进行分析。

根据六家医院的位置分布，通过重心法在试验区域内计算出一个最佳位置，可以布置地面站点，作为一个区域调度中心。根据建立的配送中心，对试验中的六家医院配送一批药品。实际中药品单位重量相对较轻，我们假设在试验中的药品需求量无人机一次性完成运输，不超过其最大载重。

3.无人机配送中心布局优化

3．1所需配送的药品数量及无人机参数

通过调研，根据渭南市临渭区六家医院2016年抗生素药物的使用情况，分别给出六家医院在试验中一次配送如下数量的药品，如表1所示。

表1 六家医院单次配送的药品数量

京东预计未来推出油动力无人机，飞行更稳定，续航时间长。未来预期最大载重以吨计，最大飞行里程300公里，飞行高度1000米，可更广泛地应用于多种商品的配送。本文采用现阶段已存在的油动力直驱无人机型，参数设定最大载重30公斤，最大飞行距离100公里。

3．2建立医药配送中心（地面控制中心）

我们假设无人机的飞行在无障碍空旷领域，可以按照预定路径飞行完成配送任务，该位置坐标可以作为无人机配送的地面控制中心。依据医院的区域距离关系，构建一个大致的直角坐标系，在不考虑单位运费成本的情况下，应用重心法，建立一个医药配送中心，并通过计算取得医药配送中心的位置坐标。

表2 六家医院的需求与地理数据

其中，Ci——从配送中心分别到六家医院的单位运费；

Qi——六家医院各自的药品需求量；

Di——从配送中心分别到六家医院的距离。

根据各医院的药品需求数量，求系统重心（X0，Y0）

根据公式求得，医药配送中心P（X0，Y0）的坐标为（10．7，15．2）。

应用重心法求得的配送中心距各医院距离最优，如遇药品突发需求，无人机可从药品配送中心（地面控制中心），以最短距离最快时间送达需求医院，这时可选择体积更轻、成本更低的电池驱动无人机或油电混合驱动无人机，满足不同类型的药品配送需要。

目前的无人机飞行技术可自主越过障碍物，在高空领域直线飞行，而车辆在行进过程中，受到地理环境、路况的限制，其行驶里程必定大于假设的直线距离，无人机飞行的里程小于车辆行驶的里程。无人机飞行不受外界地理因素的影响，在地震及洪水发生时也可启动无人机进行配送，对于医药等急需物品、无人机快递配送具有明显优势，以更低的成本为需求者赢得时间。

4.总结与展望

本文通过小范围无人机配送案例研究希望推广及更多的地区，鉴于无人机快递的造价成本等，批量使用无人机配送可取得规模收益，验证无人机快递在更多地区应用的可能。现阶段民用无人机实施配送地面控制中心需考虑天气影响，同时载重和运输距离还可改进，因此需要整个体系飞行控制系统、地面保障系统以及第三方监管部门相互配合才能在将来广泛应用于物流配送。但无人机配送仍然是物流前沿技术的发展方向之一，是智慧物流框架的重要组成部分。

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

2．吴刚，周斌，杨连康． 国内外民用无人机行业发展回顾与展望[J]．经济研究导刊．2016，（12）：160～162．

3．Henri Eisenbeiss， Martin Sauerbier． Investigation of UAV systems and flight modes for photogrammetric applications [J]．The Photogrammetric Record．2015，26（136）：400～421．

国家自然科学基金（71772016）；北京市社会科学基金研究基地项目（2017JDGLB016）；中国物流学会面上项目（2017CSLKT3～002）

（作者单位：北京物资学院物流学院）