“配送车 无人机”智能物流配送模式研究.pdf
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1、TRANSPORT RESEARCHVol.9 No.4收稿日期:2023-08-12作者简介:杨明(1982),男,辽宁盘锦人,硕士,高级经济师,研究方向为邮政物流网络规划。E-mail:Y“配送车+无人机”智能物流配送模式研究杨明(中国邮政速递物流股份有限公司,北京 100808)摘要:针对当前的物流需求和无人机产品技术的发展,对“配送车+无人机”物流配送的现状、配送车和无人机的应用场景及其特点、联合物流配送模式和效益、涉及的软硬件及算法等核心技术进行系统总结,并提出从无人机、载具载荷、智能路径规划、门户网站、安全等方面着手进行系统设计的建议。同时,结合城乡运输场景差异、运输物品类型差异等
2、提出针对性的差异化运营管理模式。对于当前行业面临的法律法规不配套、行业发展不成熟以及运行安全、数据隐私等风险问题进行分析,从法律规范、技术平台、绿色低碳、多场景协同和评估等角度提出了针对性建议。关键词:物流配送;配送车;无人机;智能配送;配送模式设计中图分类号:U492.31文献标识码:A文章编号:2095-9931(2023)04-0125-09Intelligent Logistics Distribution Mode of Delivery Vehicle+DroneYANG Ming(China Postal Express&Logistics,Beijing 100808,Chin
3、a)Abstract:In view of the current logistics needs and the development of drone product technology,this pa-per systematically summarized the current situation of delivery vehicle+drone logistics distribution,theapplication scenarios and characteristics of delivery vehicles and drones,the mode and ben
4、efits of joint lo-gistics distribution,the software,hardware and algorithms involved and other core technologies.Then thepaper made the suggestion of further more design from the aspects of drones,vehicle loads,intelligent pathplanning,portal websites,safety,etc.Combined with the differences in tran
5、sportation scenarios between ur-ban and rural areas,as well as differences in the variety of transportation items,a targeted and differentiat-ed operation and management mode was proposed.The current risks faced by the industry such as un-matched laws and regulations,immature industries,operational
6、security,and data privacy were analyzed,and targeted suggestions were proposed from the perspectives of legal norms,technology platforms,greenand low-carbon,multi-scenario collaboration,and assessment.Key words:logistics distribution;delivery vehicle;drone;intelligent distribution;distribution model
7、design交通运输研究TRANSPORT RESEARCH第9卷 第4期Vol.9No.4杨明.“配送车+无人机”智能物流配送模式研究J.交通运输研究,2023,9(4):125-133.YANG M.Intelligent logistics distribution mode of delivery vehicle+droneJ.Transport Research,2023,9(4):125-133.DOI:10.16503/ki.2095-9931.2023.04.011125交通运输研究第9卷 第4期20230引言随着电子商务的蓬勃发展,物流配送成为现代经济活动中重要的一环,同时促
8、进了物流行业的快速发展。然而,传统物流配送方式已难以满足日益增长的市场需求。此时,无人机物流应运而生。林舒仪等1对无人机物流配送的产业特性、新型无人机、行业挑战等问题进行了探究,指出民用无人驾驶航空器综合管理平台(IntegratedManagement Platform of Civil Unmanned Aerial Vehicle,UOM)已经成为产业竞争的核心。邓永蕤等2在对无人机与卡车联合运输物流网络的研究中,尝试采用无人机和卡车实现山区冷链物流运输。周斯斯3在对城市物流无人机配送的研究中,对飞行安全、负重、能源、人为干扰、竞争和合作等问题进行了定性分析,强调技术创新和管理创新的重要
9、性。当前无人机运量小、安全要求高,因此“配送车+无人机”成为一种新型的物流配送模式,不仅可以满足人口稠密的城市内物流配送,也能对偏远地区的物流配送起到一定帮助。低空物流快速发展的趋势下4,“配送车+无人机”这一物流配送模式逐渐成为热点,但是关于该模式对物流业的影响以及未来的发展前景,目前还未见系统的研究。本文主要从“配送车+无人机”物流配送模式的目标设计、实施方案、技术核心、法律法规等方面进行探讨,旨在为推进现代智能物流配送的发展提供理论依据和实践参考。1“配送车+无人机”物流配送的现状近年来,随着人们生活水平的不断提高,对商品的需求量也不断增加。物流配送作为连接生产和消费的重要环节,扮演着至
10、关重要的角色。传统物流配送模式人工成本高、效率低、覆盖面有限,已经不能满足当前的需求。此时,“配送车+无人机”物流配送模式应运而生,在物流配送行业中的应用前景广阔,市场需求越来越大。在当前的物流仓储行业中,“配送车+无人机”物流配送已经被广泛使用,无人配送系统凭借其高速度、高精度等特征受到许多物流企业的青睐。最早将无人机引入物流领域的是亚马逊于2013年提出的 Prime Air业务,2016年 12月,亚马逊的Prime Air无人机在英国完成了第一次送货任务5,2019年开始进入批量运营阶段。2015年,阿里巴巴与圆通速递合作进行了国内首次无人机配送6。顺丰速运在2018年3月获得国内首张
11、无人机航空运营(试点)许可证7,将无人机与配送车结合,实现了从配送车上起飞、飞行到目的地并降落的全流程配送。2018年6月,京东第一台重型无人机京鸿完成最后组装,开启了京东三级无人机智能物流网络在支线段的发展8。目前,“配送车+无人机”物流配送的应用推广对于经济社会发展的促进作用已凸显。一方面,其在物流配送中的优化已见成效,从无人机看守仓库货物,到续航更稳定、载量更大的无人机出现,配送质量和效率都得到了很大的提高。另一方面,它给物流仓储的老企业、新创企业以及个体工商户带来了新的盈利模式,可以借助这种新模式来打造新的物流配送标准解决传统配送难题。2基于应用场景及运输物品类型的差异化物流配送模式2
12、.1配送车和无人机的应用场景及其特点“配送车+无人机”物流配送技术是将无人机与配送车相结合的一种新型物流技术。该技术将一种适用于均匀地形的干线配送车与多个小型无人机的智能化配送系统相结合,针对不同的物流配送环境和需求,灵活调配无人机和干线配送车,通过数据分析和智能调度提高配送效率,以达到物流配送效率和服务质量总体最大化的运营模式。配送车是一种用于供货、采购和物流配送的智能车辆,主要应用于物流配送行业中的中长程配送。在行驶过程中,它通过GPS、导航器、射126TRANSPORT RESEARCHVol.9 No.4杨明:“配送车+无人机”智能物流配送模式研究频识别(Radio Frequency
13、 Identification,RFID)等技术,实时获得路况信息,从而更加准确地规划配送路线。此外,它还可以通过车载传感器监测货物的温度、湿度、氧气及二氧化碳浓度等指标,确保货物在途安全。配送车的主要优势在于批量配送,可以满足分布范围较大、单次运载量较大的配送需求,适用于中长距离的运输。但是在交通繁忙的城市道路上,配送车常常受到交通拥堵的影响,降低了配送效率,造成运输成本的增加。无人机是一种用于物品空中运输的智能设备,主要满足运行路线较短的物流配送需求。它采用无线监控、导航、定位等先进技术,具有速度性、灵活、安全、能耗低等优点,可以快速穿越城市繁忙的交通流,灵活到达一些配送车无法到达的地方。
14、此外,无人机的成本较低,更加适用于简单、小件的配送服务。然而,由于无人机半径较小、单次运载量较小,因此难以完成大件物品的运输。在使用的过程中,还需要考虑天气影响,这也是限制无人机运输发展的瓶颈之一。2.2差异化的联合物流配送模式基于上述分析,本文提出基于应用场景及运输物品类型的差异化联合物流配送模式,作为解决思路:重量较大、体积较大的货物通过配送车配送;重量较小、体积较小的物品通过无人机配送。这种差异化的配送模式,既可以实现更高效的配送,又可以降低配送成本。不仅如此,差异化的物流配送模式也会带来新的商业机会,比如:一些小型物流配送服务商可以通过单个配送无人机在社区等较小范围内较快地配送物品,大
15、型物流配送服务商可以通过车载无人机配送模式,在特定地区发挥智能终端平台统一管控的优势9,实现高效配送。2.3“配送车+无人机”物流配送技术的优势“配送车+无人机”物流配送技术的优势主要体现在以下四个方面。1)提高效率。传统的物流配送方式存在大量人工参与的流程环节,而无人机技术将人的干预降至最低程度,大幅提高了物流配送效率。无人机搭载高分辨率的传感器和高精度的定位系统,可以在短时间内完成大量的物流配送任务,与人工物流配送方式相比,效率显著提高。2)降低成本。传统的物流配送方式需要大量人工和车辆,物流配送成本高昂。而无人机技术的应用可以降低人工和车辆调度成本。同时,无人机可以直接从空中投送物品到目
16、标区域,垂直起降方式也大大减少了无人机的消耗。3)精准配送。无人机与配送车联合配送,可以将包裹分送到不同空间层次,实现精准配送。例如,对于收件地址为城市中某大楼高楼层的,可通过无人机将包裹送达高楼层的某一个阳台,对于收件地址为该大楼低楼层的,则由地面的快递车负责将货物送达(快递员配送)。4)增大配送范围。“配送车+无人机”物流配送技术可以将物流配送的范围扩大到较偏远的地区,满足更多的物流配送需求。无人机可以在规划范围较大、配送车难以到达的地区提供物流配送服务,并且缩短物流配送时间,提高配送效率。通过上述分析可以看出,无人机与配送车联合配送的优势明显。在利用无人机配送的同时,传统的物流配送模式仍
17、然可以在无人机与配送车之间无缝衔接,提供更完善的配送方案。在这种融合的环境下,物流配送可以实时调整、最大程度地满足客户需求,进一步促进物流配送服务的智能化、精细化,并带动物流配送行业的转型升级。3“配送车+无人机”物流智能配送的核心技术3.1硬件技术配送车辆应当具备较好的适应性,包括自动驾驶技术与驾驶员的配合、车辆的机动性等。在适应性的基础上,车辆还应配备GPS定位系统和交通安全器材等,以满足运输需求和安全要求。无人机的硬件技术是其飞行安全和稳定性的重要保障。无人机需要飞行控制器、电机、电127交通运输研究第9卷 第4期2023池、称重传感器、自动驾驶仪等硬件,以实现自主避障、精准定位。3.2
18、软件技术软件是无人机与配送车的联合智能操作系统。配送车主要通过集成车载台式和移动式终端、惯导、车载摄像头等设备,实现无人机作业任务的调度、路线规划、数据传输以及支付等操作。无人机的软件技术主要由任务规划、姿态稳控、实时飞行数据等组成,主要实现自主飞行、物件“接收抓取起飞航飞降落继续启动”等一系列工作,实现无人化绿色物流配送。3.3算法优化“配送车+无人机”智能物流配送算法包括路径规划、任务调度和资源分配等三个主要方面。当前,国内一些学者从不同角度对相关的算法进行了研究,重点是路径规划、智能配送和选型等,但不够系统。熊兴隆等10以“无人机-旅行商”问题(Travelling Salesman P
19、roblem with Drone,TSP-D)作为配送车与无人机的路由优化主要模型,以新型优化迭代算法对模型进行了优化,但是仍然受到诸多实际约束条件的限制以及存在规模小的局限性。胡春丽11则通过分析无人机飞行时的惯性规律,提出了一种基于深度学习的自动化感知方法,可以更加准确地感知无人机物流配送环境。韩睿等12对不同环境和运载重量下无人机物流配送的选型进行了比较分析。1)路径规划路径规划是指根据配送需求和道路网络等信息,确定配送车和无人机的最优路径。首先,通过分析配送需求和订单信息,确定配送区域和配送节点。然后,根据道路网络和交通状况,利用最短路径算法或最优路径算法,确定配送车和无人机的路径。
20、以常用的启发式搜索算法为例,通过估计从起点到终点的距离来选择下一步前往的节点,以找到最短路径。该算法结合Dikstra算法的广度优先搜索和贪婪算法的启发式搜索,同时考虑了节点的实际代价和启发式函数的评估值,从而找到最优解。2)任务调度任务调度是指将配送需求分配给配送车和无人机,使其能够高效地完成配送任务。该算法的主要原理是对配送车和无人机进行任务分配,并使用线性规划和贪心算法等优化方法来实现任务的最优化分配。在任务调度过程中,需要考虑配送车和无人机的容量限制、充电/加油需求、无人机的航程等因素,以保证配送任务顺利完成。具体而言,该算法需要重点考虑以下因素。将物流配送区域划分为若干个子区域,便于
21、后续任务分配和路径规划。可以根据地理位置、交通条件等因素进行划分,确保每个子区域能够被配送车或无人机覆盖。订单属性。根据订单的属性,如紧急订单或普通订单,对其进行优先级排序。距离和成本。根据订单的收货地址和配送车/无人机的位置,计算订单的运输距离和运营成本,以便选择最佳的配送方式。容量限制。确保配送车和无人机的容量符合订单的需求,避免超载或浪费。3)资源分配资源分配是指根据配送需求和配送车/无人机的可用情况,合理分配配送车和无人机的资源,以提高配送效率。首先,根据配送需求和配送车/无人机的性能参数,确定资源的分配方式,包括配送车和无人机的数量、型号、充电/加油设施等。然后,根据配送需求和资源分
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