无人机技术在物流配送环节的优化研究

文/闫妍 刘雅迪

近年来，电子商务的飞速发展推动物流业不断进步和扩张，物流配送范围随之越来越广，传统的物流配送模式已不能满足人们的实际需要及企业的发展需要。而无人机能帮助物流企业提高配送效率、降低配送成本，突破物流企业面临的困境。因此，本文以无人机配送为主要研究对象，分析无人机配送的发展现状，研究发现无人机配送现阶段存在续航能力差、安全性低等方面的问题，并据此给出了相应的解决对策，以期最大程度上帮助物流企业实现无人机配送的全面推广和应用，进而更好地满足客户需求，提高客户满意度。

1.引言

我国电商行业的高速发展，使得快递业务量持续增长，快递量大增给传统物流配送带来了巨大压力。同时，一些偏远地区因为村镇特点、地理制约、业务规模等因素，导致其物流网点普及度较低、时效性难以得到满足、门到门运输服务更是难以实现。而传统的物流配送模式以人工配送为主，需要大量的劳动力，但我国人口红利持续消退，用工成本不断上涨。因此，物流行业急需使用新兴科技解放劳动力，改变物流企业在末端配送服务的质量与效率。物流无人机具有智能化、信息化、无人化的特点，及距离短、成本低、效率高的优势，且无人机“自主定位导航”系统和“智能避障”技术不断进步，有效扩大了物流覆盖范围，具备非常大的发展空间。事实上，国内外物流企业已经开始将无人机技术应用于物流配送中，来解决因地势问题无法完成配送、业务量过小无法实现规模运输等方面的问题。2013年电商巨头亚马逊公司首次宣布实施无人机配送计划，并于2017年实现无人机配送包裹。2014年谷歌公司开始开发无人机配送项目，之后成功启用商用无人机快递服务。2017年京东集团和顺丰速运有限公司相继获得批准，启动无人机物流配送试点，打造低空无人机通用航空物流网络。国内快递龙头企业都在不断探索和完善无人机配送解决方案，电商物流企业也纷纷在无人机市场布局。尽管众多商业巨头利用无人机技术提升了物流运转效率，但目前无人机技术在物流配送中的应用仍存在一些问题，本文结合无人机配送发展的现状分析其存在的问题，并提出针对性的对策建议。

2.无人机配送的相关研究及现状

“无人驾驶飞机”是无人机的全称，英文缩写为'UAV'，是一种由无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的无人驾驶飞机，也可完全地或间歇地由车载计算机自主操作。将无人机应用于物流配送环节一般指无人机快递。无人机快递，即通过利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器，低空飞行并运载包裹，根据操控或程序设定自动送达目的地。解决偏远地区的物流配送问题，提高配送效率，减少人力成本是无人机配送的主要优势。国内外学者对无人机配送模式进行了研究，成果较为显著。在无人机配送体系方面，国内学者提出两种模式。曹珺雯(2018)指出，一种是以京东为代表的“点对多”无人机物流配送模式，拟打造“干线—支线—末端”三级智慧物流航空体系；另一种是以顺丰为代表的“点对点”无人机物流配送模式，着重开展支线无人机的研制与应用。李文(2017)提出，在干线战略层，可采取有人机与无人机混合编队运输模式；刘佳明(2019)提出，在支线战役层和末端战术层，可采取无人机与货车相结合的运输模式或无人机独自配送模式。在无人机任务分配方面，刘长清(2015)考虑了多目标问题，提出应用线性权重法将其转化为单目标无人机任务规划问题，再通过与烟花算法相结合的混合算法求解多目标无人机任务分配问题。刘星辰(2017)综合考虑“货车+无人机”配送模式、多批次拣选、多配送批次、带时间窗等因素的任务分配模型，通过PVRPTW-D遗传算法进行求解。严飞(2019)基于协同粒子群算法和协同函数、协同变量相结合的算法，来探讨任务分配与航迹规划问题。

通过研究发现，国内的无人机配送主要应用于农村及偏远地区的“最后一公里”末端配送以及特殊环境下的配送，应用场景仍有巨大的拓展空间。将无人机技术引入物流配送最大限度地开发了低空的经济价值，改变了传统物流配送模式，对于推动先进物流配送技术的改革创新具有重要意义，但仍存在一些问题使其难以投入实际应用。

3.无人机配送现存问题与分析

无人机配送与传统物流配送方式相较虽然优点诸多，但同时也存在许多问题有待解决。

3.1 物流无人机续航能力不强，配送种类受限。目前市场上的无人机大多以锂电池作为能量来源，动力较弱，同时受电池储量限制，无人机续航时长有限。再加上返程限制，其实际配送范围变得更小，难以满足对于偏远地区的配送里程距离。同时无人机的负重载荷也不能实现大家电的配送或体积较大的商品的配送。因此，如何提高无人机的续航能力和载重能力是我国无人机配送在当前发展中急需解决的难题。

3.2 无人机配送过程中存在安全风险。众所周知，无人机配送属于无人驾驶的一种，其运行主要依靠智能技术、GPS技术等相关信息技术实现。就目前已知的无人机智能避障技术（超声波探测障碍物法、TOF探测障碍物法、结构光测距方法等）的优缺点来看，任意一种单一方法都不能完全满足无人机配送的所有场景。其次，无人机配送属于空中运行，若其在飞行过程中出现故障或因电力不足等原因发生坠落，极有可能会砸伤路人。同时，无人机会受到黑客技术带来的潜在威胁。有些不法分子会通过篡改无人机程序劫持货物或改变配送路线，造成不必要的损失和麻烦。

3.3 无人机配送研发成本高。我国无人机配送目前整体上处于试验阶段，现有的无人机技术如智能识障技术尚不能满足物流配送的需求。然而物流无人机本身造价就不低，加之技术研发成本和其运行需要搭配的调度系统的开发成本，很可能会违背无人机配送提升效率、降低成本的初衷。因此，如何降低无人机配送过程中的研发成本仍是目前物流企业需要面对的问题。

3.4 相关法律法规不健全。虽然我国目前对无人机的发展持开放态度，先后颁布了《轻小型无人机运行试行规定》、《民用无人驾驶航空器实名制登记管理规定》等相关管理条例，但目前并没有关于无人机落地实施细则、无人机配送等相关法律法规的出台，也并没有明确的政策支持无人机配送的发展。而无人机配送属于民用无人机的一个延伸，目前既存的民用法则关于无人机商用方面也处于模糊阶段，因此在一些行业法规面前，无人机配送的应用也受到了质疑，如我国快递法规要求快递配送要求本人签收，但使用无人机配送时如何实现这一要求仍有待商榷。

综上所述，我国物流无人机配送在大规模实施应用阶段仍存在许多问题，如何突破这些难题，使无人机技术真正为物流业锦上添花仍是我国物流企业需要考虑的问题。

4.优化无人机配送的对策建议

4.1 对无人机企业的建议

4.1.1 提升无人机的续航能力。无人机续航能力直接影响到配送能力，因此无人机企业要重点突破选择何种燃料作为动力来源的问题。在燃油、电池或者混合动力中选取既续航又安全的方式。

4.1.2 保障无人机配送安全。普通无人机不携带物品尚且会经常出现出事故甚至伤人事件，携带配送物品的无人机更需要采取措施保障安全，这就需要无人机企业加大这方面的研发投入。例如提升改进智能避障系统和纠错能力。可以参考无人驾驶汽车和普通民航客机的相关技术。保证无人机在飞行过程中，某些系统发生错误时可以及时改正并且安全执行配送任务。或者增加备用系统和备用电池以防万一。要尽可能多地做好防范措施保证其安全飞行。

4.2 对物流企业的建议

4.2.1 为无人机配送设计配送信息系统。根据无人机的配送特点和容易出现的问题，设计更合适的配送调度系统，

4.2.2 成立无人机配送协会。物流企业可以与发展同业务的同行企业进行合作、成立无人机协会，建立行业共同标准，同时反馈给无人机生产设计企业，有针对性的改造设计无人机，优化无人机工作效率、节约生产成本。

4.2.3 制定风险管控措施。由于技术有限，无人机在作业过程中还是会面临各种各样突发情况，例如坠机。制定分析管控措施可以规避突发情况是非常有必要的。在事前，企业要密切关注航线情况，综合天气等多种因素来判断是否可以起飞；在事中，时刻监管飞行情况，这样当天气突变或者遭遇劫机时，物流企业能及时知晓并做出反应。在事后，针对发生问题的无人机进行分析，根据黑匣子判断出事原因，并积极改善解决类似问题。

4.3 对有关部门的建议。为了加快无人机配送应用进程，避免出现问题争端、保障无人机服务配送过程顺利、广泛进行，中国民航局、邮政局等相关部门应建立适当法规，对无人机的生产、使用和监管等各个方面都要做出规定。

4.3.1 尽快建立完善无人机配送相关的指导文件和标准体系。例如完善适航标准和适航管理体系、专业技术标准、无人机配送规范、质量监管体系等。

4.3.2 加大对物流企业和无人机企业的支持。为了激励企业进行无人机研发和配送，政府可以对无人机生产企业提供研发补贴、为物流企业建立配送系统提供专项的税收优惠。

4.3.3 与高等学校、无人机企业、物流企业进行合作，培养无人机物流专业人才。政府要发挥桥梁作用，以无人机配送市场为导向，为高校教师和学生构建与企业深入交流学习的机会，培养对口专业人才，解决人力资源不足、业界人才储备缺乏的问题。

5.结论：

无人机配送在物流领域的实际应用中主要存在续航能力不强、配送中存在安全风险、成本较高等问题，本文从无人机企业、物流企业、相关部门三个角度分别探讨解决措施，并提出相关对策建议，对于推动无人机配送在物流领域的应用，对无人机技术的发展及物流行业都具有重大的理论意义和现实意义。C