無人機快遞

無人機快遞系統的組成有許多種，介紹一種較為常見的系統

核心模塊主要功能如下：

一、 快遞無人機。無人機採用八旋翼飛行器，配有GPS自控導航系統、iGPS接收器、各種傳感器以及無線信號發收裝置。無人機具有GPS自控導航、定點懸浮、人工控制等多種飛行模式，集成了三軸加速度計、三軸陀螺儀、磁力計、氣壓高度計等多種高精度傳感器和先進的控制算法。無人機配有黑匣子，以記錄狀態信息。同時無人機還具有失控保護功能，當無人機進入失控狀態時將自動保持精確懸停，失控超時將就近飛往快遞集散分點。無人機通過4G網絡和無線電通信遙感技術與調度中心和自助快遞櫃等進行數據傳輸，實時的向調度中心發送自己的地理座標和狀態信息，接收調度中心發來的指令，在接收到目的座標以後採用GPS自控導航模式飛行，在進入目標區域後向目的快遞櫃發出着陸請求、本機任務報告和本機運行狀態報告，在收到着陸請求應答之後，由快遞櫃指引無人機在快遞櫃頂端停機平台着陸、裝卸快遞、以及進行快速充電。無人機在發出請求無應答超時之後再次向目的收發櫃發送請求，三次超時以後向調度中心發送着陸請求異常報告、本機任務狀態報告和本機運行狀態報告，請求指令。無人機在與調度中心失去聯繫或者出現異常故障之後將自行飛往快遞集散分點。

二、自助快遞櫃。快遞櫃配備有一台計算機、無人機排隊決策系統、快遞管理系統、iGPS定位系統[5]、無人機着陸引導系統、一個裝卸快遞停機台、八個臨時停機台、一套機械傳送系統、四部自助快遞終端和多個快遞箱等。快遞櫃頂部的所有停機台都具有快速充電功能。無人機向快遞櫃發送着陸請求、本機任務報告和本機運行狀態報告後，快遞櫃將無人機編號、該機任務以及任務優先權等信息輸入系統，由排隊決策系統分配停機平台，再由無人機着陸引導系統引導無人機降落，或者向無人機發出懸停等待指令。無人機收到快遞櫃接受着陸指令後，將持續的將本機上iGPS接收器收到紅外激光定位信號和本機編號回傳給快遞櫃，快遞櫃將精確掌握無人機座標信息，並引導無人機精準着陸。當快遞櫃出現無人機隊列擁擠狀態時，將向調度中心發送隊列擁擠報告，調度中心將停止向無人機發送此快遞櫃的裝卸指令。快遞櫃將實時的向調度中心發送該櫃的快遞列表信息，包括快遞基本信息、快遞優先權、快遞接收時間，本櫃快遞擁塞狀態報告。快遞櫃可根據業務開展的程度以及成本的考量以住宅小區為單位架設，或者架設在部分大樓的樓頂快遞櫃還配備有攝像頭，實時的監控記錄快遞櫃周圍的環境狀況，以保障用户快遞以及系統設施的安全。用户通過快遞櫃投送快遞：當用户按下投件按鈕後，如果快遞櫃未滿將彈開一個空的投件箱箱門，用户從快遞盒架上取出一個快遞盒，並將快遞放入快遞盒內，然後將快遞盒放入投件箱中並關上箱門，投件箱將檢測快遞是否達標，包括重量、危險度等方面的檢測，如果檢測達標，將提示用户輸入投遞信息和投遞等級，在確認目的地可達以後，將根據快遞重量、送件距離和投遞優先級給出價格，用户可現場支付，也可以根據需求由快遞收取方網上支付或者貨到付款。快遞櫃完全接受快遞以後將通過藍牙向快遞盒發送快件信息，快遞盒將記錄下快件信息，用於快件的身份識別。無人機與快遞櫃對接後卸載快遞盒，快遞盒由機械傳送裝置帶入快遞箱中，快遞櫃將根據無人機任務報告和快遞盒記憶模塊中的信息核實快遞，並向用户發送手機短信，提醒快遞已經抵達，並給出取件密碼和温馨提示。如果用户超過了收取快遞的時限將根據超時長交付快遞箱佔用費，如果超過系統預設時限，快遞將被退回或者轉移至快遞集散分點。

三、快遞盒。快遞盒內置藍牙和記憶模塊，主要用於封裝快遞，便於無人機攜帶，以及對快件的身份識別。快遞盒空閒時放置在快遞櫃的快遞盒架上，可供用户自行取用

四、快遞集散分點。分點負責不同區域間快遞的集散功能。無人機接收調度中心指令，將異地快遞運往分點。根據需求，可以按區域設立卸貨通道，分點發出指令引導無人機降落卸貨，卸下的快遞將傳送、聚集、封裝，然後運往機場。同時調度中心將快遞信息發往各目的區域的調度中心。此外，分點還負責對無人機的安檢、維修工作，同時也具備無人機臨時停放，快速充電，異常快遞倉庫等功能。

五、快遞集散基地。異地快遞在抵達本區域後先運往集散基地，基地根據快遞盒的記憶模塊中的快件信息將快遞按片區分類，並運往該片區的分點，同時基地將所有到達的快遞信息入庫，並同時將信息發送到調度中心。

六、區域調度中心。調度中心統一管理本區域所有快遞的接收與投放，同時對無人機進行調度。調度中心同時監測無人機運行狀態和自助快遞櫃運行狀態，對其出現的異常或擁塞根據策略及時的發送相應指令。 ^[4] 

根據無人機的續航能力、快遞業務量的地理分佈、通訊的實時可靠性、系統的容積能力以及建設成本等諸多因素的綜合考慮，將整個系統劃分為若干區域，區域內部獨立運作，區域之間協同運作。

一：區域內快遞收發。自助快遞櫃在接收用户放入的快遞後向調度中心發送收件信息，調度系統通過決策挑選出合適的無人機，並向無人機發送任務指令以及目的座標，無人機收到指令後飛往目標，快遞櫃將引導無人機着陸並自動裝卸快遞，快遞在送達目的快遞櫃之後，快遞櫃向用户發送領件短信。

流程如圖1所示

二、區域間快遞收發。調度中心在收到發往其他區域的快遞信息後，將指引無人機收件後就近送往本區域的快遞集散分點，分點自動將快遞按區域分類，並裝箱後送往機場，由大型飛機送往目的區域的快遞集散基地，基地在收到快遞箱以後拆分，集中將同一片區的快遞送往該片區的快遞集散分點，再由調度中心調度無人機送往目的自助快遞櫃。

流程如圖2所示

調動策略的核心是建立無人機狀態列表，包括無人機編號、當前座標、當前任務狀態、運行狀態、續航能力等。建立自助快遞櫃狀態列表，包括快遞櫃編號、地理座標、運轉狀態、擁塞程度等。

其具體方法為關聯無人機狀態列表和快遞櫃狀態列表為每一部快遞櫃生成一張預設半徑範圍內無人機到達時刻表，此表包括：無人機編號、預計到達時間（通過對停泊裝卸時間、平均飛行速度的統計，以及無人機當前座標、當前任務和快遞櫃座標估算求得）、預計無人機續航能力、停機位狀態等，停機位包括三種狀態：停在裝卸平台、停在臨時平台以及懸浮態。該表按到達時間、續航能力和停機位排序。半徑的設定視無人機羣規模統計優化而定，目的在於優化系統、縮減響應時間，無人機羣規模較小的情況下可設為全區域。建立快遞投送隊列表，包括：快遞編碼、所在快遞櫃編號、目的快遞櫃編號、所需續航能力、快遞優先級等，按優先級排序，優先級由快遞等級和收件時間確定。

過程如圖3所示

調度流程的步驟如下：

（1）無人機實時地向調度中心發送狀態信息，調度中心實時更新無人機狀態列表；

（2）快遞櫃收到快遞後向調度中心發送收件信息，調度中心更新快遞投送表；

（3）從投送表中取出優先級最高的快遞編碼，及其所在的快遞櫃編號和目的快遞櫃編號；

（4）從此部快遞櫃的無人機到達時刻表中取出具備續航能力且最快到達的無人機編號；

（5）調度中心此無人機發送指令，給出收件座標位置和投件座標位置；

（6）無人機到達目標位後，向快遞櫃發送着陸請求；

（7）利用iGPS定位系統，快遞櫃精確引導無人機對接着陸裝卸快件；

（8）無人機裝卸後將向調度中心發送快遞到位報告（或無人機收件成功、或快件送達目的地）；

（9）無人機如任務未完，或有其他任務將繼續進行，如：飛往目的快遞櫃投送快遞、在此快遞櫃收件、或飛離此快遞櫃；

（10）無人機如無其他任務，將接收快遞櫃引導停靠臨時停機台的讓位指令，快遞櫃會在收到其他無人機發出着陸請求時發出讓位指令；

（11）快遞櫃在快遞入櫃後將向調度中心發送快遞到位確認報告，並同時向用户發送手機短信，提醒用户及時收取，內容包括提取密碼以及超時收費和退還原地的温馨提示

（12）超過系統設定時限未被取走的快遞將按照無人查收的方式退回原地，並短信通知用户。退回後超時無人取走的快遞將送往就近的集散分點儲存 ^[4] 

分析表明，為了避免系統出現擁塞狀態以至系統崩潰，在一個區域內吞吐快遞的極限速率與區域無人機總量成正比，與區域的自助快遞櫃總量也成正比。

如式（1）所示V1=k1×N+k2×M；

（1）式中：V1為吞吐快遞的極限速率；k1、k2為係數；N為無人機總量；M為快遞櫃總量。進一步分析表明，無人機最大總量可以由快遞櫃的總量、快遞櫃應對無人機最大量、無人機極限飛行速度以及區域面積來確定，

如式（2）所示：Nmax=K×M+k3×（S/V2）；

（2）式中：Nmax為無人機最大總量；K為快遞櫃應對無人機最大量；M為快遞櫃總量；k3為係數；V2為無人機極限飛行速度；S為區域面積。由此我們可以得出結論，自動化無人機快遞系統的重點在於自助快遞櫃的佈局與建設上，系統的吞吐量最終由快遞的數量確定，合理地規劃快遞櫃、提高快遞櫃應對無人機的能力、以及提升無人機飛行速度可以有效應對快遞的增長速度，以及優化各種成本資源。 ^[4] 

2013年6月，美國Matternet公司在海地和多米加共和國測試了無人機網絡，無人機能夠攜載2公斤物體飛行9.7公里。該公司希望建立一個龐大的國際無人機運輸網絡和無人機配件全球供應系統，同時，還計劃建立充電基站，使無人機可以沿途降落進行充電。 ^[5] 

2013年9月，順豐自主研發的用於派送快件的無人機完成了內部測試，在局部地區試運行。這種無人機採用八旋翼，下設載物區，飛行高度約100米，內置導航系統，工作人員預先設置目的地和路線，無人機將自動到達目的地，誤差在2米以內。 ^[6] 

2013年12月，亞馬遜表示在測試一個叫作”Prime Air“的無人機快遞項目，通過使用8槳遙控無人機實現鞋盒包裝以下大小貨物的配送，所有訂單從發貨開始預計會在30分鐘內送達1.6公里範圍內的客户手中。與此同時，UPS也在試驗類似的無人機設備。 ^[7-8] 

2014年8月，谷歌公佈了悄然實施了兩年的“翼計劃”送貨無人機研發項目，表示希望在幾年內推出小型無人機快遞服務。谷歌送貨無人機的原型機寬約1.5米，高約0.8米，有4個推進器，能從距地約46米的高度向地面遞送包裹。 ^[9] 

2014年10月，DHL宣佈將在德國實現無人機送貨。該公司的四旋翼無人機可運載1.2公斤的貨物，飛行時間可達45分鐘，時速最高可達65千米，但該無人機並非完全脱離人力，依然受到地面工作人員的控制。 ^[10] 

2015年2月，淘寶聯合圓通速遞，在北京、上海、廣州部分區域開展的無人機快遞實驗。該螺旋槳驅動無人機的型號為黑白機身，佔地約0.25平方米。 ^[11] 

2015年6月30日，以色列公司推出送快遞無人機，價格不足4000元。 ^[12] 

谷歌無人機已申請快遞包裹專利 自從亞馬遜和沃爾瑪相繼進軍了物流業並推出無人機配送包裹服務之後，從不甘落人後的谷歌，也在近期申請了關於無人機送快遞包裹的專利。據悉，根據 美國專利商標局公佈的一項專利申請顯示可以看出，谷歌研發的這個項目，是一個安裝在“航空配送設備”上的“快遞接收容器”，方便用來把包裹安全的送到目的 地。 ^[13] 

2016年9月19日，國內初創公司迅蟻無人機與中國郵政浙江安吉分公司聯合開通了中國第一條無人機快遞郵路，也就是“杭垓鎮—七管村”無人機郵路，開通之後，由於不需要行走在蜿蜒曲折的公路上，無人機郵路縮短到了10公里，飛行時間約15分鐘。 ^[14] 

2019年4月23日，美國聯邦航空局宣佈，向谷歌母公司“字母表”旗下的無人機配送公司“翼航空”發放美國首個無人機配送許可。 ^[15] 

自動化無人機快遞系統利用無人機替代人工投送快遞，旨在實現快遞投送的自動化、無人化、信息化，提升快遞的投遞效率和服務質量，以便緩解快遞需求與快遞服務能力之間的矛盾。本系統的實現能有效應對訂單量的鉅額增長，消除快遞“爆倉”的危險，提升快遞行業的服務質量，降低快件的延誤率、損毀率、丟失率，以及快遞投訴率，同時還能降低運營成本、倉庫成本、人力成本等，提升行業競爭力，使快遞的投送更加的安全、可靠、快捷。 ^[4] 

在技術上，無人機快遞還處於試驗階段，其可靠性與飛行安全性還要面臨考驗。無人機的載重量一般不超過3公斤，續航時間僅20分鐘上下，其最遠也不超過10公里。此外，一旦遇到狂風暴雨，無人機會被颳得找不着北。如果無人機受到電磁干擾失去控制，只能機毀貨亡。 ^[16] 

其次，如果不能實現比較徹底的高度自主，還需要人員地面遙控，那麼這產生的人力成本也會讓企業望而卻步。因此，成熟可靠的人工智能是技術上的關鍵所在，而不論國內外，這些技術距離實用化都還有一定距離。 ^[17] 

無人機快遞的實質是對低空空域的廣泛使用，個別試驗性運行尚無大礙，當無人機快遞廣泛普及形成比較密集的低空交通流的時候，空域管理與管制就必不可少。

然而，微型飛行器的雷達探測與通訊聯絡在技術上都屬於空白，低空和超低空空域的管制與管理也很不成熟，相關管理部門在這方面少有成熟管理體系與操作經驗。因此，無人機快遞恐怕還沒有普及就會狀況頻發乃至被叫停。 ^[17] 

美國亞馬遜宣佈無人機快遞服務計劃後，有民眾對無人機表示反感。美國科羅拉多州迪爾特雷爾地區探討是否通過允許射擊無人機的法案，一位當地居民甚至已經開始開設“如何射擊無人機”的課程。有網友説：“我可不想每天聽到無人機的噪音。” ^[18] 

對於無人機快遞測試，業內普遍並不看好，因為其立即實施還有一定的難度。

從覆蓋區域上看，採用無人機派收件的形式，

確實會彌補一些不足。但是，在部分偏遠地區，快件帶來的收益可能遠遠不夠進行無人機網點建設、支付維修費用。雖然採用“無人機”能有效提高配送效率，減少人力、運力成本，但是，前期要支出相當高的成本。

儘管從技術上講無人機快遞可以實現，但在政策層面存在一定推廣風險。此類飛行器上天，至少還要解決低空運輸管制問題，這還需要相應的政策出台。 ^[19] 

不過，無論無人機的駕駛控制還是低空空域的管理與控制問題，其實都可以用人工智能的程序管理來解決。假以時日，相信高度發展成熟的智能系統可以解決從物流管理到無人機駕駛，再到空域管制的一系列全系統的難題，當然這有賴於科技人員的努力。 ^{[17]  [20]} 

無人機送快遞成本幾何？低的嚇人

在持續測試下，亞馬遜在無人機方面優勢不斷提升。

日前，有研究公司發佈研究報告稱，亞馬遜通過無人機配送快件成本能降低到約1美元/件，僅相當於當日達業務的零頭。在業內人士看來，無人機未來在快件配送方面將大有可為，但由於受政策、安全等因素影響，中國難在五年內實現大範圍商用。

亞馬遜作為最早一批測試無人機派送快件的商業企業，在此方面投入了極大的精力和熱情。亞馬遜不僅成為技術最成熟的企業之一，也在實際應用中積累了大量數據和經驗。

金融研究公司ARK Invest日前在一項研究中表示，亞馬遜無人機送快遞每件成本能降低到僅約1美元(約6元人民幣)，配送時效也提升至最快30分鐘送達。

亞馬遜在無人機方面的測試頗為堅定，甚至推動着美國政府政策的制定。

亞馬遜CEO傑夫·貝索斯在2013年底首次對外透露了亞馬遜的“Prime Air”物流計劃，即希望通過遙控無人機運送小型包裹。此後亞馬遜在無人機方面的測試信息不斷，但受美國政策方面影響，亞馬遜甚至將測試搬到了澳大利亞、加拿大等地區。

隨着亞馬遜測試的不斷深入，日前，美國聯邦航空局FAA表示，亞馬遜可以在美國自由測試貨運無人機，前提是飛行高度不得超過400英尺，時速不得超過100英里/小時。

吸引亞馬遜耗費重金測試無人機項目的是其無可比擬的天然優勢。在業內看來，無人機配送不僅能大幅降低配送成本，還可提高效率，解決偏遠地區的配送難題。包括亞馬遜、DHL、順豐在內的企業均在大量測試無人機配送快件。

據瞭解，企業測試用的無人機主要為四旋翼或八旋翼式，飛行高度在1000米以下，飛行半徑在10公里上下，承重在10公斤以內。

在業內看來，無人機非常適用於偏遠地區和緊急件的派送，同時能有效提高配送效率，減少人力、運力成本。據瞭解，亞馬遜每單的配送成本平均為2-8美元，如果大幅度採用無人機送貨，配送成本將降至每件約1美元的最低水平。9月，DHL曾在一個月時間內利用無人機向德國北海一個名為Juist的小島運送藥品，解決陸運不便等難題。

亞馬遜曾表示，最終目標是利用200-500英尺高度的天空進行無人機快遞業務，通過低於55鎊的高度自動化無人機，以飛行距離10公里以上、飛行速度50英里/小時的效率為消費者提供5鎊以下的快件配送。

巨頭的決定總有着驚人的相似，在無人機方面同樣如此。順豐作為國內民營快遞巨頭，也是最專注無人機的快遞企業。順豐正在珠三角地區大量測試無人機，收集飛行數據，為將來整體運營、調試系統的搭建提供數據支撐。據瞭解，順豐無人機測試點航線包括山區、大型湖泊水庫、偏遠鄉村等。

雖然國內快遞企業使用無人機配送快件消息不斷，但多為營銷之舉，並無太大實際運用意義。此前甚至傳出遙控員坐在電動三輪車上遙控頭頂的無人機配送快件。有業內人士向北京商報記者坦言，雖然國內無人機技術與美國等地尚存在較大差距，但最關鍵的還是政策問題，國內無人機投入快件配送至少要到4-5年以後。

據瞭解，國內2009年相關部門下發的《民用無人機空中交通管理辦法》並未涉及商業應用的相關內容。上述業內人士表示，國內無人機應用範圍控制在500米以內，飛行高度一旦超過1000米即有可能危及飛機航線安全。無人機的大規模應用意味着需要申請大量航線，情況下並不現實。

安全問題是相關部門和企業必須重視的一個因素。在相關部門看來，無人機的商用將使恐怖襲擊安全隱患加大。在上述業內人士看來，受天氣等因素影響，無人機也存在隨時墜落的可能。此外，無人機旋翼等部件也存在傷人的概率。

但無人機市場的繁榮已經促使國內相關部門加速制定相關飛行標準。據瞭解，以中國航空器擁有者及駕駛者協會(AOPA)為代表的組織，正在推動無人機行業的飛行標準，以及合規化。同時我國的《無人機飛行管理規定》正在制定當中，可能將對此類飛行器的商業應用做出明確規定。