物流配送無人機及其配送系統的設計研究

劉星辰+張美

摘 要：本文基于物聯網迅猛發展的時代背景，通過多方面分析、探究無人機在物流配送中的巨大作用與意義，并在論證無人機在最后一公里配送中可行性的基礎上展開深入研究，創造性的提出針對物流配送的無人機的使用環境、客戶群體屬性及其在造型、功能、載重能力、續航時間、安全性等設計方面上的要求明細。最后，對最后一公里無人機配送系統的設計給出相關建議。

關鍵詞：物聯網 無人機配送 最后一公里

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（c）-0012-05

隨著信息技術的發展，作為互聯網的延伸和擴展，物聯網更強調通信和物與物之間的信息交換，逐漸成為新一代信息技術的核心，迎來了發展的浪潮。

可以說物聯網是推動世界市場發展的又一重大生產力，它的提出體現了大融合的理念，并強化了融合圈內各要素之間的聯系，打破了傳統的將物理設施和信息設施分開的模式，極大程度上解決了交通、運輸、醫療等行業的中的諸多現實問題。這其中，物聯網與快遞業務的結合被認為是一次傳統快遞業向智能快遞業轉型的良好契機，研究物聯網下快遞服務的問題和需求點，對于我國快遞業的發展具有極大的意義。

1 物聯網影響下的快遞業

1.1 物聯網概念

物聯網，指的是通過射頻識別、紅外感應器、激光掃描器以及全球定位系統等信息傳感設備，按照約定的協議，將任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，從而實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡[1]。

1.2 物聯網影響下快遞業的發展與需求現狀

物聯網的迅猛發展逐漸為快遞業的發展奠定堅實的基礎?？梢哉f，物聯網和快遞服務已經融入大眾生活的方方面面，并逐漸成為現代生產流通的基礎要素，未來有著巨大的協同發展空間。因此，加大物聯網與快遞業的融合，促進智能物流發展，對于我國經濟社會發展、產業升級轉型具有極大的推動作用。

根據中國快遞協會年會發布的數據顯示，見圖1，我國在2015年完成快遞業務量206億件，實現快遞業務收入2760億元，全國通郵率達到驚人的94%。伴隨著快遞業的持續高速發展，中國快遞業務量近幾年年均增長率超40%，預計未來幾年這種發展勢頭仍會持續[2]。

我國快遞業發展正處于從傳統快遞向現代智能快遞的過渡，急需現代發展理念的引導、前沿科技指導改造、現代經營模式推進以及新型科技產品的裝備，相信隨著物聯網的發展，不僅會為我國快遞業的發展提供國際領先的新平臺，也將極大推動傳統產業的升級再造。

2 無人機在最后一公里配送中的可行性

隨著信息技術和計算機技術的發展和普及應用，電商之間的競爭實際上已經從產品質量、價格的競爭轉為物流服務的競爭。因此，作為物流配送的關鍵環節，最后一公里配送的質量極大程度上決定電商企業的競爭成敗。

2.1 最后一公里物流概念及發展現狀

作為快遞配送的最后一個環節，最后一公里物流可以實現按時按需的配送到家。解決最后一公里配送的問題，既方便用戶，提高用戶滿意度，又可以擴大客戶群。目前現有的最后一公里配送方式有快遞員配送上門、用戶到店取件、自助取件以及無人機配送等。

當前我國在最后一公里物流配送上仍存在諸多現實問題。自動化程度低、依靠人力進行派送、監管不到位等。由于交通狀況的日益復雜惡化，導致物流配送效率低下，尤其在大訂單量時，貨物往往不能及時送達客戶指定地點。此外，投遞過程的不規范，貨物被置于地上進行分派，客戶自行取件，加大了貨物丟失、損毀的可能性?？梢哉f，這些問題嚴重制約了最后一公里物流配送的進一步發展。

2.2 無人機配送的作用與現實意義

在日益注重時間價值觀念的今天，為了滿足消費者即時使用的心理需求，快遞企業更注重服務速度的提升。諸如京東、阿里巴巴等電商平臺也都相繼推出“當日達、極速達”等服務。

另一方面，自從無人機派送貨物的想法提出后，各方不斷加大科研投入，以期盡早實現無人機配送進而在整個快遞服務市場占得先機。無人機配送突破了傳統的地域空間限制，使得快遞配送由地面進入低空領域，有效的解決因交通擁堵造成的限制，大大減少了遞送過程的時間遲滯。

2.3 無人機配送的環境與人群分析

偏遠地區由于位置偏僻，缺乏完整的道路交通系統，且人員居住密度小，快遞派送的成本一直居高不下。而且偏遠地區快遞派送量有逐年增加的趨勢，高額的成本代價一直是物流企業的心結。

針對快遞派送設計的無人機，需配備有最新的導航系統，操控人員只需預先設置目的地，無人機便會自動匹配最優飛行路線，快速將包裹送達指定地點。根據企業反饋，對偏遠地區的快遞派送工作，由無人機派送造成的單個包裹的投遞成本遠低于目前物流企業所付出的交通和人力成本。

目前，快遞配送針對的人群可以劃分為兩種：其一，年輕人是網絡購物的主力軍，需求空間大，且其在接受新鮮事物能力上較強。其二，中老年人在快遞需求方面中可謂異軍突起，中老年人是備受社會關注的群體，有些時髦的老年人也會網上購物；此外，年輕人現在更懂得體貼孝順父母，雖不在身邊但會網上購物寄給他們，尤其以在外務工人員居多，他們的父母也大都居住在偏遠地帶。

2.4 無人機配送的影響因素分析

2.4.1 技術因素

目前，在無人機領域已經具備成熟的能夠精準避開障礙物的技術，借助GPS定位系統，即便是在高密度的建筑聚集區，無人機也能準確無誤的實現快速的投遞，見圖2。

2.4.2 經濟因素

從經濟因素來考慮，物流配送無人機要投入使用必須先要構筑成熟的系統和運營管理體系。這其中，無人機的購置、派送系統的搭建、無人機的使用與維護以及專業操控人員的培訓等費用不菲，與其能夠配送的快遞總量相比，單位物品的投遞成本還是比較高的。endprint

縱觀國內物流企業的發展，大多尚處于向自動化轉型的階段，雖然無人機配送快遞能夠降低成本，但這需要大量的前期投入。相較而言，傳統的配送模式不僅不需要過多資金投入，且在配送單位物品上的平均成本更低。為使無人機配送快遞能夠盡快實現推廣，無人機配送系統的構建成本、專業操控維護團隊的運作成本必須要大幅下降，而這依賴于無人機及其相關配套服務的產業化。

2.4.3 社會因素

無人機在配送快遞的過程中，安全因素是其運營中的主要影響因素。包括以下幾個方面：一是無人機在配送途中受到諸如飛禽之類的無意碰撞或是人為的有意用彈弓攻擊；二是天氣狀況、機械故障等不可抗力因素引發的安全問題；三是在配送途中出現的物品墜落對路面行人的意外傷害。

因此，我們要保證社會廣大群體對于無人機配送的接受度，并制定完善的體系機制來保障無人機配送過程中的安全性。這其中，既有無人機本身的飛行安全，也有無人機飛行路徑下人群的安全。當然，用戶隱私的安全也要得到保證。

2.4.4 國家政策

目前，我國在無人機配送快遞這一領域尚沒有相關明確的實施細則，這也是影響其推廣使用的最大因素。用無人機配送快遞的發展前景有很大的不確定性，因此有關監管部門秉持著謹慎的態度也合乎情理。無人機進入商業應用勢必會對現行的相關民法規范有所沖擊，但這并不代表要被禁止，無人機的使用及配套設施的建立實施都需要單獨適用的法律法規予以規范[3]。

2.5 無人機配送針對的環境、人群及其可行性分析總結

隨著工業4.0的深化發展，“智能工廠、智能生產”和“智能物流”的應用發展得到不斷推進。各行業開始加大對科技的投入，以期用智能化逐步代替人力來減少成本，獲取最大效益。在智能化的大時代背景下，企業若始終停留在現有模式固步自封，那么其盈利將是有限的。只有緊跟科技發展的潮流，加快實現智能化才能實現真正的發展，自身的競爭力才能得到質的飛躍。

無論是從技術角度、經濟因素還是安全方面看，最后一公里采用無人機配送貨物都是可行的。雖然國家對于這方面目前還沒有出臺具體的實施細則，但并不代表會禁止。相信日后伴隨著相關法律法規的出臺和完善，國家肯定會予以支持。當然，無人機的在商業領域的使用也要有所約束，要在尊重他人生命和人身安全的前提下謀求合法的發展空間。

由此可見，無人機未來應用于物流行業是大勢所趨。相信隨著無人機在快遞配送中的應用，智能物流將會得到不斷發展，人們的生活也將走向更好程度的智能化。

3 物流配送無人機設計明細

在論證了物流配送無人機可行性的基礎上，開展針對此類快遞配送無人機的相關設計明細，為實現無人機配送貨物提供理論基礎和形式借鑒。

3.1 造型設計要求明細

物流配送無人機的整體造型要求動感流暢，結構緊湊、明確。合理的把各個部件的功能與形式結合起來進行設計，并最終能夠融于一體。

針對不同尺寸、重量的貨物，在設計時要設有預留的空間，使無人機能夠靈活運作，適用于攜帶、配送不同大小的貨物。另外，要將快遞企業的形象完美融合進來，使收件人清晰明了的知道提供快遞服務的對象，從而提升快遞企業的形象，增加其知名度，見圖3。

3.2 功能設計明細

該無人機主要針對最后一公里中貨物配送問題進行設計，主要功能便是實現無人機載物飛行，并繞過障礙物將貨物送達客戶手中。在現有無人機技術的基礎上，要考慮到載重后無人機飛行的安全性。因此，該物流配送無人機要具備載物、智能遙感控制、智能躲避障礙物、平穩飛行等功能。

3.3 載重能力設計明細

物流配送無人機的設計要考慮到載重，針對不同重量、尺寸的貨物，設計有相對較大的載重能力。當然，并不是所有貨物都要用無人機來配送，一些大型的貨物還是需要人工配送，無人機只針對中小型快件進行配送。因此，在快遞寄件市場充分調研的基礎上設定物流配送無人機的載重范圍為0～10kg。

3.4 續航能力設計明細

京東自曝所設計的無人機目標是實現載重30kg飛行30km，不管是噱頭還是怎樣，從某種角度也反映了對于物流配送無人機續航能力的高要求。同樣，在2016年上半年，科比特航空發布的HYDrone-1800化氫燃料多旋翼無人機，見圖4，續航時間長達273mm，在消費無人機領域中已屬佼佼者。

雖然本文涉及的是最后一公里物流配送，但由于配送環境的不同，尤其是考慮到村鎮以及偏遠山區等地帶，在無人機已經載有重物的基礎上，還是要盡力提升它的續航能力，做到適應中遠距離的配送要求。

3.5 安全性設計明細

無人機配送快遞的過程中，要保證無人機本身的安全性，確保其可以安全抵達目的地，天氣變化、動物撞擊、人為破壞等自然和人為因素都要考慮周全。通過技術設計解決自然因素帶來的影響，同時建立健全相關法律機制來約束對于配送無人機的人為破壞行為，構建完善的機制體系保障無人機在快遞配送中涉及到的各種要素的安全性。當然，也要做好用戶隱私安全的保護工作。

3.6 物流配送無人機設計

在上述論述的基礎上，對物流配送無人機進行設計細化，效果圖如圖5所示。

設計的這款無人機造型輕巧靈動，動感十足，設計有360°全方位監控系統，環形旋翼保護殼罩以及智能夾持支架。此外，在立足實現快遞配送的基礎上，該款無人機也設計有智能、人性化的信息系統支撐，以保證此系統與整體物流信息系統的實時交互。

4 最后一公里無人機配送系統研究與設計明細

4.1 無人機配送系統設計研究

利用無人機進行最后一公里的貨物配送，要有較為完善的配套體系輔助相應工序的完成，這就需要搭載和構建無人機配送的系統。從客戶下單、貨物打包出倉、無人機配送、客戶確認簽收直至無人機返回的整個流程中，通過構建的系統模型確保每一步的準確實施與順利進行。endprint

4.2 無人機配送系統設計明細

針對無人機配送過程以及前期各項流程進行研究總結，以各項工序安全無誤的展開為基礎，對無人機配送系統進行設計明確，構建流程，見圖6。

無人機配送系統構建后，對各環節具體實施中可能出現的問題進行預測并有針對性的提出相關建議和解決方案：

（1）客戶下單后要確認配送時間以便無人機將貨物準確送達。

（2）主調度控制室要做好系統安排，實現各環節、流程高效有序的開展。

（3）貨物在倉庫中的挑揀和分配也要實現智能化，完全由機器實現操作控制，加快整個配送系統進行時的效率。

（4）無人機在配送過程中要進行全程監控，確保無人機的使用安全以及不影響社會大眾的人身安全，并確保配送貨物的安全以保障顧客隱私。

（5）無人機將貨物配送至指定地點后，客戶確認貨物無誤后要即刻通過手機客戶端確認貨物送達，以便調度室后續工作的安排布置。

5 結語

在立足實現貨物配送的基礎上，無人機也需要更加智能、人性化的信息系統支撐，還需保證此系統與整體物流信息系統的實時交互。在這其中，操作員必須掌握較先進的技術，后臺還需具備充分的數據分析能力，系統規劃和實施也需要豐富的經驗。否則，難以使飛行系統與整個物流系統結合。

另外，在本文提出物流配送無人機設計的相關設計明細，雖然各類技術已經存在且有所應用，但大多應用于軍事領域戰爭環境，在民用物流系統中能否精準完成所述流程仍存在不確定性?，F實中還沒有此類的商業化產品，無人機配送快遞也仍停留在測試階段，尚未形成成熟完善的應用商業化系統。因而本文所提的物流配送無人機設計的具體實施仍待進一步研究論證。

相信隨著人們對物流認識的深入，物流需求逐漸趨于理性，當不以簡單的時速論效率時，最后一公里配送問題或可成為提升物流服務水平的機遇。相信智能化嘗試將會更多，驚喜也將接連不斷。

參考文獻

[1] 寧煥生.RFID重大工程與國家物聯網[M].北京：機械工業出版社，2010.

[2] 中國電子商務研究中心.2014年電商快件量為100億件[EB/OL].http：//www.100ec.cn/detail-6239953.html，2015.2.2.

[3] 林鷹.無人機進軍空中快遞業[J].交通與運輸，2014（1）：41-42.endprint