無人機物流發(fā)展綜述

（山東科技大學(xué) 交通學(xué)院，山東 青島 266590）

1 引言

近幾年，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，物流需求加快，物流市場不斷擴大。2015年中國社會物流總額度252.8萬億元，社會物流總費用12.1萬億元。2016年中國社會物流總額229.7萬億元，按可比價格計算，同比增長6.1%；社會物流總費用11.1萬億元，同比增長2.9%；2017年中國社會物流總額度252.8萬億元，同比增長6.7%；社會物流總費用12.1萬億元，同比增長9.2%[1]。物流訂單的增加給物流配送行業(yè)帶來極大的壓力，人工快遞投放的延誤率較高，偏遠地區(qū)投放難度大，物流成本逐年升高，物流配送市場需要更加快捷、方便、現(xiàn)代化的物流配送，這為無人機物流配送提供了條件，各大物流企業(yè)物流無人機試運行使得無人機物流的發(fā)展向前邁了重大一步。

2 無人機物流發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 無人機物流運營現(xiàn)狀

國外無人機物流運營現(xiàn)狀見表1；國內(nèi)無人機物流運營現(xiàn)狀見表2。

隨著行業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)外無人機物流已從測試階段進入試運行階段。雖然中國通用航空的發(fā)展遠遠落后于歐美國家，但是由于市場廣闊，中國的物流無人機的發(fā)展進程與發(fā)達國家基本持平。2017年起，京東和順豐相繼獲得空域批文，進行試運行。各大物流公司積極的進行物流無人機的實驗，無人機物流進入試運行階段。

表1 國外無人機物流運營現(xiàn)狀

表2 國內(nèi)無人機物流運營現(xiàn)狀

2.2 無人機物流監(jiān)管現(xiàn)狀

2.2.1 國外無人機物流監(jiān)管現(xiàn)狀。美國1958年以后，設(shè)立聯(lián)邦航空局（Federal Aviation Administration，F(xiàn)AA）,它有權(quán)制定飛行器的運行規(guī)則。2015年10月，谷歌、亞馬遜和沃爾瑪三家公司宣布加入了FAA中負(fù)責(zé)無人機登記制度和識別系統(tǒng)的工作團隊。FAA要求在這三家公司在內(nèi)的25家公司及相關(guān)機構(gòu)為無人機登記制度提供一些方案，并為不需要進行登記的無人機類型推出建議。2016年6月，F(xiàn)AA頒布了首部專門針對小型無人機的管理法“Part107”，該法則適用于在美國領(lǐng)空內(nèi)飛行的，重量低于55磅（25kg）的小型無人機，而這幾乎涵蓋了所有的航拍無人機以及大部分的行業(yè)無人機。2018年5月美國運輸部公布了入選新無人機系統(tǒng)一體化試點項目的10個州和地方政府，開發(fā)一部分區(qū)域給10家企業(yè)啟用無人機運送商品[2]。

2016年7月，亞馬遜對外宣布獲得英國民航局許可，可以在英國測試無人機超視距送貨業(yè)務(wù)。英國民航局批準(zhǔn)亞馬遜在農(nóng)村、近郊地區(qū)進行測試，內(nèi)容包括超出視線范圍的無人機運營、無人機識別并躲避障礙物及一人操作多部無人機[3]。

2.2.2 國內(nèi)無人機物流監(jiān)管現(xiàn)狀。《中華人民共和國飛行基本規(guī)則》規(guī)定空軍負(fù)責(zé)全國的飛行管制。2009年，民航主管部門頒布了《關(guān)于民用無人機管理有關(guān)問題的暫行規(guī)定》和《民用無人機適航管理工作會議紀(jì)要》來解決無人機的適航管理問題。2017年5月，中國民航局下發(fā)《民用無人駕駛航空器實名制登記管理規(guī)定》要求從6月1日起，個人購買的最大起飛重量為250g（含250g）以上的無人機，須在8月31日之前在“中國民用航空局民用無人機實名登記系統(tǒng)”上實名登記[4]。2017年中國民用航空局（CAAC）批準(zhǔn)京東和順豐在某些農(nóng)村地區(qū)啟用無人機運送包裹。2018年民航局發(fā)布《民用無人駕駛航空器經(jīng)營性飛行活動管理辦法（暫行）》，在《民航法》框架下，規(guī)范了無人駕駛航空器從事經(jīng)營性通用航空飛行活動的準(zhǔn)入和監(jiān)管要求，但是無人駕駛航空器開展載客類和載貨類經(jīng)營性飛行活動暫不適用[5]。2018年5月11日，民航局發(fā)布《關(guān)于促進航空物流業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，對無人機物流明確給予支持，提出支持物流企業(yè)在空域條件良好、地面交通欠發(fā)達地區(qū)開展無人機物流配送試點工作；同時，特別提到，物流企業(yè)利用通用航空器、無人機等提供航空物流服務(wù)發(fā)展迅速，需要加快制定和完善有關(guān)運行規(guī)章制度和安全運行標(biāo)準(zhǔn)體系，規(guī)范市場秩序[6]。

目前，不論國內(nèi)還是國外，對于無人機進行物流配送沒有專門的可適用的法律法規(guī)，無人機的運營大部分還是遵循通用航空的標(biāo)準(zhǔn)。各個國家和地區(qū)正在無人機監(jiān)管的道路上積極探索，每個國家或地區(qū)都相繼推出有關(guān)民用無人機飛行的監(jiān)管條例，但是仍存在諸多的問題。

2.3 無人機物流技術(shù)現(xiàn)狀

2.3.1 物流無人機續(xù)航載重能力，見表3。

表3 國內(nèi)外主流物流無人機續(xù)航能力

目前，國內(nèi)外主流的小型配送無人機航程在25km以內(nèi)，在來回均負(fù)載的情況下，配送無人機的單程航程只能控制在12km左右，載重不超過15kg，主要針對終端物流。該機型主要采用鋰聚合物電池作為主要的動力，這是因為無人機需要盡可能減輕起飛重量，無法攜帶大容量電池，要達到較為理想的航程，其載重也需要更為精準(zhǔn)的控制。

2.3.2 無人機物流安全性。無人機物流的安全涉及無人機自身安全、快件安全、公眾安全三個方面。

（1）無人機自身安全。目前，物流無人機只允許飛固定的航線，飛行之前已經(jīng)確定了航線內(nèi)沒有障礙物、不和民航?jīng)_突、沒有高壓線、途徑地人煙稀少。亞馬遜采用的是在用戶庭院前放置標(biāo)志點，無人機定位到標(biāo)志點后將貨物放置在上面。2017年，京東無人機在宿遷部分地區(qū)實現(xiàn)常態(tài)化運營，京東無人機并非直接將貨物送到顧客手中，而是京東在農(nóng)村的城鎮(zhèn)設(shè)置服務(wù)點，然后由京東工作人員接手將貨物送到顧客手中[7]。

無人機的抗風(fēng)抗雨能力有限，很容易受惡劣天氣的影響。2017年8月，京東位于宿遷的無人機調(diào)度中心的無人機受到雨季的影響基本無法起飛。而在NASA和無人機公司進行的一次現(xiàn)場測試中，幾架無人機被風(fēng)吹離預(yù)定航線100多英尺，迫使它們離開其工作區(qū)域[8]。

（2）快件安全。目前，主流的物流無人機基本都通過快遞盒攜帶快遞，防止無人機在飛行過程中快遞跌落對地面行人、建筑物等造成危害。

（3）公眾安全。物流無人機送貨途中是否會偏離航線、亂飛影響航空飛行等問題涉及到公眾安全。2014年5月到2015年4月英國民航局已經(jīng)查到六起在英國各機場發(fā)生的無人機與民航機差點相撞事件。2016年5月成都雙流機場因無人機在起降空域內(nèi)活動，導(dǎo)致55個航班延誤。同年10月，寧波發(fā)生一起“黑飛”失控墜落事件，導(dǎo)致兩人受傷[9]。各種無人機“黑飛”事件引起社會、民眾的擔(dān)憂。

2.3.3 物流無人機空域管理技術(shù)

（1）無人機監(jiān)管云系統(tǒng)。U-Care是國家民航局權(quán)威批準(zhǔn)運營的國內(nèi)首個基于民用航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、符合空管雷達數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范的無人機管控系統(tǒng)。U-care系統(tǒng)通過身份驗證、計劃申請、實施監(jiān)管、電子圍欄等功能對無人機的飛行活動進行監(jiān)管，只要通過U-care系統(tǒng)申請的飛行活動，飛行動態(tài)實時情況會同步傳送給空域管理部門，超出申報范圍，系統(tǒng)會自動報警。對于不按監(jiān)管飛行的用戶，將會被記錄，對其賬號進行限制，影響后續(xù)計劃的申請和其他功能的使用，并將處罰移交監(jiān)管部門處理。U-care系統(tǒng)于2015年7月在青島試運行。2016年空域管理部門使其參與保障了2016年中韓溢油聯(lián)合演習(xí)[10]。

U-Cloud是由中國航空器擁有者及駕駛員協(xié)會推出的輕小型無人機監(jiān)管系統(tǒng)。2016年3月4日獲得中國民用航空局飛行標(biāo)準(zhǔn)司的批文，批準(zhǔn)其試運行兩年[11]。U-Cloud類似于SIM卡追蹤管理，所有的無人機上都需要裝一個SIM卡或者類似的裝置。飛行時的航跡、高度、速度、位置、航向等都會被實時納入云數(shù)據(jù)庫。公安、民航、空管及空軍等方面，可以根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)，對升空的無人機監(jiān)控和執(zhí)法[12]。

（2）京東智慧物流運營調(diào)度中心。2017年6月全球首個已建成的無人機運營調(diào)度中心—京東智慧物流運營調(diào)度中心投入使用。京東智慧物流運營調(diào)度中心是京東自主研發(fā)的無人機飛控中心。通過調(diào)度中心的大屏幕可以清晰地看到每一架無人機的坐標(biāo)位置和飛行參數(shù)。運營調(diào)度中心可以對航線、配送無人機的性能和狀態(tài)、訂單數(shù)據(jù)等進行全面管理與實施監(jiān)控。有了基于飛控中心的調(diào)度，將實現(xiàn)無人機自動裝載、起飛、巡航、著陸、卸貨、配送、返航等覆蓋物流配送的全部流程。京東無人機運營調(diào)度中心可以保障飛行安全性及運送便捷準(zhǔn)確性。

U-care、U-cloud等無人機云系統(tǒng)獲得中國民用航空局飛行標(biāo)準(zhǔn)司的批準(zhǔn)運營，無人機監(jiān)管進入云時代，通過大數(shù)據(jù)分析為空域監(jiān)管和飛行安全提供保障。京東物流運營調(diào)度中心的使用則進一步推進無人機物流的發(fā)展。雖然無人機空域管理技術(shù)取得很大的突破，但是目前，國內(nèi)外的無人機云系統(tǒng)只在部分的地區(qū)運行，由于設(shè)備技術(shù)的差異沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而且目前各個云系統(tǒng)并沒有實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。

3 無人機物流存在問題

3.1 法規(guī)政策不完善

目前，國內(nèi)外對無人機物流都沒有明確且完善的法規(guī)政策，無人機物流面臨監(jiān)管難題。目前，國外在立法上普遍禁止無人機超視距飛行和在人群上空飛行，除非能夠得到監(jiān)管機構(gòu)的豁免。這就成為了無人機物流在國外發(fā)展的一大障礙。國內(nèi)無人機物流起步較晚，法規(guī)政策跟不上運營發(fā)展，空域歸空軍統(tǒng)一管理，空軍僅將航路航線、進近（終端）和機場管制地帶的空域劃撥給民航局管理。雖然《中華人民共和國民用航空法》（以下簡稱《航空法》）中，無人機飛行被劃分到通用航空飛行類別，并且在《航空法》第十部分對通用航空飛行管理有原則性的規(guī)定，但是在絕大多數(shù)情況下，飛行無人機仍然需要遵守空軍的相關(guān)規(guī)定[13]。《航空法》、《中華人民共和國飛行基本規(guī)則》、《通用航空飛行管制條例》、《民用航空空中交通管理規(guī)則》這些法律條令中，都沒有專門針對物流無人機制訂飛行管制和空中交通管理相關(guān)規(guī)定。2018年6月1日起實施的《民用無人駕駛航空器經(jīng)營性飛行活動管理辦法（暫行）》雖然規(guī)范了無人駕駛航空器從事經(jīng)營性通用航空飛行活動的準(zhǔn)入和監(jiān)管要求，但是無人駕駛航空器開展載客類和載貨類經(jīng)營性飛行活動不適用。物流無人機運營和監(jiān)管沒有明確且完善的法規(guī)政策，出臺的一些管理辦法雖然規(guī)范了經(jīng)營性通用航空飛行活動的準(zhǔn)入和監(jiān)管要求，但對于物流無人機并不適用，物流無人機面臨監(jiān)管難題，運營不能保證有序進行。

3.2 技術(shù)上存在問題

無人機的續(xù)航時間和載重限制了物流無人機的應(yīng)用范圍。無人機進行物流配送時所配送的貨物的體積、重量、目的地都有特定的要求。雖然目前物流無人機可以實現(xiàn)無人情況下的自主送貨和返航，但是物流無人機的航線和降落點是固定的，需要提前確認(rèn)沒有安全隱患。無人機進行物流配送容易受天氣影響，必須做好兩手準(zhǔn)備，一旦因天氣無人機無法起飛，需要立馬進行地面運輸。物流配送降落點的選擇也十分重要，目前采用的是由無人機配送到村鎮(zhèn)上的服務(wù)點，然后再由專人配送的方式，并沒有真正解決“最后一公里”的問題。技術(shù)上存在的問題制約了無人機物流的規(guī)模發(fā)展，無人機物流想要繼續(xù)發(fā)展，技術(shù)上的難題必須克服。

3.3 安全問題

國內(nèi)外對于無人機物流已經(jīng)進行了一系列的研發(fā)和實驗，但是仍然處于試運行階段，即使京東在宿遷和西安開始“常態(tài)化運營”，也僅開通四條航線，并且固定航線和降落點，主要服務(wù)于周邊的農(nóng)村用戶。無人機進行物流配送時屬于遠程操控，操作員不可能全面掌握所有的情況，無人機可能受到有意或者無意的攻擊，如飛鳥、彈弓等，甚至被不法分子攔截。飛行過程中遇到大風(fēng)、大雨等天氣，也會威脅到無人機的安全。如果飛行過程一旦因為外界環(huán)境或者自身原因造成無法正常飛行，將對地面人員、建筑、物品造成巨大的危害。

4 無人機物流發(fā)展趨勢

通過分析國內(nèi)外無人機物流的現(xiàn)狀和存在問題，總體上可以看出，未來無人機物流的研究發(fā)展方向和研究熱點將集中在以下幾個方面：

4.1 以云系統(tǒng)為基礎(chǔ)的監(jiān)管系統(tǒng)

未來無人機物流的發(fā)展是電子圍欄技術(shù)和物流云監(jiān)管系統(tǒng)的結(jié)合。電子圍欄為無人機提供禁飛區(qū)域，2017年實施的《無人機圍欄》對圍欄的范圍、構(gòu)型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、性能要求和測試要求做出了基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。物流云監(jiān)管系統(tǒng)為無人機提供航線、氣象等服務(wù)，同時能夠?qū)@取的無人機數(shù)據(jù)實時地傳輸給航空監(jiān)管部門，對物流無人機進行監(jiān)管。未來監(jiān)管云系統(tǒng)將是開放的、在不同物流公司間共享的，可以通過監(jiān)管系統(tǒng)直接向空管部門進行航線申請，申請批準(zhǔn)后云系統(tǒng)根據(jù)實際情況規(guī)劃路線，不同物流公司的無人機可以通過接入監(jiān)管云系統(tǒng)，獲取相關(guān)信息。

4.2 物流無人機技術(shù)性能

為解決無人機的續(xù)航載重問題，2017年亞馬遜通過“空中物流中心”專利，希望在空中完成無人機的配貨和運輸，以期實現(xiàn)大規(guī)模、長距離運輸?shù)臒o人機發(fā)貨功能[14]。

為解決無人機續(xù)航短與送貨時長的問題，2017年亞馬遜獲得專利“無人機配送運營中心”，希望打造一個可以在市中心建造的垂直方向建造無人機專用的物流中心。IBM也通過“無人機飛行期間進行包裹轉(zhuǎn)換”專利，有助于擴展無人機從倉庫運輸包裹到客戶家里的范圍，能夠?qū)珳?zhǔn)地送到用戶的手中[14]。

為了解決物流無人機貨物投遞方式的問題，2017年亞馬遜獲批無人機快遞包裹標(biāo)簽內(nèi)置降落傘的專利，將相關(guān)感應(yīng)器和折疊式降落傘內(nèi)置包裹的標(biāo)簽內(nèi)，可以分離式包裝，震動吸收器，隨時追蹤包裹位置。無人機可以在空中釋放包裹，讓包裹自動完成投遞過程，提高快遞投送效率[14]。

未來物流無人機可以通過無人機+移動無人機中心的方式實現(xiàn)充電和包裹運輸，不再受續(xù)航和載重限制；并通過標(biāo)簽內(nèi)置系統(tǒng)實現(xiàn)快遞的準(zhǔn)確、高效的投遞，真正解決無人機物流的“最后一公里”問題。

4.3 無人機物流安全性

為了解決因人為破壞造成無人機自身安全問題，2017年，亞馬遜獲得“對自動駕駛工具的敵意操控和攻擊規(guī)避”的專利，當(dāng)無人機出現(xiàn)意外時能夠重新獲得對無人機控制，或?qū)o人機降落在安全位置。旨在保護無人機不受竊取貨物、毀壞系統(tǒng)或者其他類型破壞的干擾[15]。

為了解決物流無人機攜帶快件的安全問題，2017年亞馬遜通過一項關(guān)于無人機安全降落到地面的專利，無人機將擁有自主分析周圍環(huán)境的功能，根據(jù)檢測的實際情況讓包裹下降過程中打開降落傘、壓縮空氣罐或陸襟翼，使包裹在落地時得到緩沖，確保快件準(zhǔn)確安全降落[15]。

為了解決無人機墜毀保護問題，2017年亞馬遜獲得“無人機定向碎片化”專利，即讓無人機掉落時在空中自行解體,最大限度地減少對地面上人、動物或物體的潛在影響[16]。

物流無人機相關(guān)技術(shù)的發(fā)展使其能夠自主應(yīng)對突發(fā)情況，能夠預(yù)知墜毀，墜毀時實現(xiàn)定向碎片化，快遞盒則根據(jù)實際情況打開安全裝置減緩快遞盒下落速度，將危害降到最低，將無人機事故風(fēng)險控制在合理的范圍內(nèi)，盡可能減少對地面的危害。