摘 要：作為智慧物流體系的一個重要分支，無人機物流是機械化、自動化和智能化發(fā)展的結(jié)果。以電商物流運 輸業(yè)實際需求為背景，分析物流無人機、無人機系統(tǒng)、無人機物流快遞體系及其優(yōu)勢，通過典型案例闡述應(yīng)用瓶 頸和展望未來發(fā)展趨勢。

  關(guān)鍵詞：無人機； 物流； 應(yīng)用； 瓶頸； 發(fā)展趨勢

  0 引言

  隨著智能制造和“互聯(lián)網(wǎng)+”的提出，我國政府推 出一系列標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)融合政策以來，國內(nèi)物流業(yè)展現(xiàn) 出較快增長勢頭。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2016 年，全國社會 物流總額229.7 萬億元；2017 年，全國社會物流總額 252.8萬億元，按可比價格計算，比2016年增長6.7%， 增速比 2016 年提高 0.6 個百分點 [1]。物流業(yè)已成為國民 經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，其中，電商物流配送迅猛發(fā)展， 龐大的網(wǎng)購訂單量給傳統(tǒng)物流配送帶來了巨大壓力。 2018年618全球年中購物節(jié)，電商平臺京東1天累計下 單金額達(dá)到1 592 億元，天貓、蘇寧易購、國美Plus、 亞馬遜中國等 47 家電商平臺總銷售額為 2 844.7 億元。 因此，無論是電商自建物流體系還是與快遞公司合作， 發(fā)展自動化、智能化的現(xiàn)代物流配送體系是電商當(dāng)前最 迫切需要解決的問題。無人機物流具有距離短、成本低、 效率高等優(yōu)勢。2018 年 5 月 29 日，餓了么獲準(zhǔn)開辟第 一批無人機即時配送航線，標(biāo)志著配送行業(yè)從勞動密集

  型向技術(shù)密集型進(jìn)化。順豐、京東、亞馬遜、DHL 等 電商均在布局無人機快遞配送。近日，作為世界范圍內(nèi) 無人機物流領(lǐng)域的翹楚之一的京東成為首個國家級無人 機物流配送試點企業(yè)。本文闡述無人機以及無人機系統(tǒng) 的概念，詳細(xì)分析物流無人機以及無人機快遞物流體系 的優(yōu)勢和瓶頸問題，展望無人機物流配送的發(fā)展趨勢。

  1 無人機和無人機系統(tǒng)

  無人機[2]（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）是無 人駕駛航空器，或無人駕駛飛機的簡稱，是利用無線電 遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛行器。 在 1914 年第一次世界大戰(zhàn)由英國最早開始研究，用于 軍事偵查活動。自 1917 年美國第一架無人機試飛成功 后發(fā)展越來越快。我國的無人機開始于20世紀(jì)50年代， 用于軍事偵查、航空攝影等。目前國內(nèi)知名制造企業(yè)有 大疆、億航、零度智控等。國內(nèi)外無人機技術(shù)飛速發(fā)展， 種類繁多、用途特點鮮明，致使尺寸、質(zhì)量、航程、飛行高度、飛行速度、飛行任務(wù)等方面有較大差異。按用 途可分為軍用和民用；按飛行任務(wù)高度可分為超低空、 低空、中空、高空和超高空無人機；按飛行平臺可分為 固定翼、旋翼、傘翼、撲翼無人機；按動力源可分為油 動、電動和油電混合無人機。

  從技術(shù)角度看，無人機系統(tǒng) [3]，亦稱無人駕駛航空 器系統(tǒng)，由一架無人機、相關(guān)的遙控站、所需的指揮 與管制鏈路以及批準(zhǔn)的型號設(shè)計規(guī)定的任何其他部件組 成。系統(tǒng)主要包括飛行系統(tǒng)、任務(wù)載荷系統(tǒng)、地面控制 系統(tǒng)。飛行系統(tǒng)主要包括機體、動力系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、 電力系統(tǒng)以及其他確保飛行平臺正常工作的控制系統(tǒng)； 任務(wù)載荷系統(tǒng)包括傳感器系統(tǒng)、攝像系統(tǒng)；地面控制系 統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理中心、起飛/ 降落系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、遙 控系統(tǒng)和輔助設(shè)備。

  2 物流無人機、無人機物流以及無人機物流 快遞體系的優(yōu)勢與瓶頸

  物流無人機是指用于物流業(yè)的無人機，可以解決時 效性、廉價性和可達(dá)性幾個物流業(yè)的重要問題。2013年， 電商和物流業(yè)巨頭亞馬遜采用多旋翼方案開發(fā)第一代物 流無人機，隨后，又采用多旋翼和固定翼混合方案設(shè)計 物流無人機，在2016年完成首單送貨。2017年12月， 順豐研發(fā)出大型物流無人機，翼展20 m，載重1.2 t, 并 首次進(jìn)行應(yīng)急物資快遞投遞的演示驗證飛行。2018 年 6 月 18 日，真正基于物流運輸場景京東自主研發(fā)設(shè)計的 第一架重型無人機——京東“京鴻”大型貨運無人機在 西安正式下線。

  無人機物流是指以無人機為主要工具實現(xiàn)物品從供 應(yīng)地向接收地運輸而進(jìn)行的規(guī)劃、實施和控制過程。無 人機物流主要分為無人機運輸、無人機末端配送、無人 機救援和無人機巡檢, 以無人機運輸和無人機末端配送 為主要形式。無人機運輸是指通過自備的程序控制或無 線電遙控設(shè)備，操縱無人機進(jìn)行貨物運送的過程。按照 運輸距離、載重、續(xù)航可分為支線無人機運輸、末端無 人機配送 ( 最后一公里 ) 等類型。 無人機物流快遞體系是指以智能化平臺為核心，通 過無人機建立的智慧物流網(wǎng)絡(luò)。順豐提出“大型有人運 輸機 + 支線大型無人機 + 末端小型無人機”三段式空運

  網(wǎng)無人機物流網(wǎng)絡(luò)體系，其中，大型有人運輸機和末端 小型無人機已經(jīng)試飛完成；京東提出“干線 - 支線 - 末 端配送”三級無人機智慧物流網(wǎng)絡(luò)體系，以滿足不同應(yīng) 用場景下的配送效率最大化，成為引領(lǐng)我國未來無人機 物流領(lǐng)域體系發(fā)展的方向。在產(chǎn)業(yè)實踐方面，隨著第一 架大型貨運無人機下線標(biāo)志著京東在支線布局上進(jìn)入落 地階段。

  2.1 無人機物流的優(yōu)勢

  1）距離短

  無人機飛行沒有傳統(tǒng)配送的運輸線路上的高山、河 流、橋梁、建筑等局限性，適合于偏遠(yuǎn)地域和應(yīng)急件配送。

  2）運用成本低

  偏遠(yuǎn)山區(qū)、運載效能需求較低，無人機配送具有較 強的運營成本優(yōu)勢。據(jù)京東測算，在定型和規(guī)?；院?， 配送成本將下降 40%~50%。

  3）速度快

  無人機主流速度在每小時幾十公里到上百公里不 等，速度較快能夠拓展空間使用效率，由平面到立體， 大幅度提升配送效率。

  4）實用性強

  快遞件中的85% 質(zhì)量在2.7 kg 左右，可以通過無 人機完成配送，無人機適用于小批量、高頻次飛行。將 小批量的配送任務(wù)交給無人機可以充分發(fā)揮人力的靈活 性、減少人力成本和體力消耗。

  2.2 無人機物流瓶頸問題

  盡管京東、阿里巴巴、蘇寧易購等電商以及順豐、 菜鳥等快遞公司紛紛涉足無人機物流，但目前都是在探 索階段，還有諸多問題需要解決。

  1）安全問題

  所述的安全問題是指無人機本身的安全、快件的安 全、信息安全、航線安全、公眾人身及財產(chǎn)安全，還包 括民航安全等。“黑飛”事件、“傷人”事件的報道觸 動國人的安全神經(jīng)，接納無人機快遞尚需時日。盡管已 出現(xiàn)類似中國科學(xué)院無人機應(yīng)用與管控研究中心試驗基 地的測試場所，無人機物流仍缺乏一個國家或行業(yè)認(rèn)可 的公共試驗與測試環(huán)境。

  2）監(jiān)管問題

  從國家政策來看，國家持開放態(tài)度。2013年，《民 用無人機駕駛航空器系統(tǒng)駕駛員管理暫行規(guī)定》由中國 AOPA 協(xié)會負(fù)責(zé)民用機的相關(guān)管理。2014 年，《低空域 使用管理規(guī)定（試行）》征求意見稿將低空空域分為管 制空域、監(jiān)視空域和報告空域，其中涉及監(jiān)視、報告空 域的飛行計劃，企業(yè)需向空軍和民航局報備。2015年，《 輕 小型無人機運行試行規(guī)定》起飛全重7 kg 以上無人機 必須接入“電子圍欄”。2016 年，《關(guān)于促進(jìn)通用航 空業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》首次將低空開放限制由1 000 m 以下，提升至 3 000 m 以下。2017 年，《民用無人駕駛 航空器實名制登記管理規(guī)定》起飛質(zhì)量超過250 g 以上 的無人機必須實施登記注冊。2018 年 3 月，順豐控股 發(fā)布公告稱子公司江西豐羽順途科技有限公司獲中國民 用航空華東地區(qū)管理局頒發(fā)無人機航空運營（試點）許 可證，成為國內(nèi)首家獲得運營許可的無人機企業(yè)。國內(nèi) 首張由民航管理部門批準(zhǔn)運行的無人機航空運營許可證 的發(fā)放，標(biāo)志著中國正式步入無人機運輸?shù)男码A段。然 而，目前并沒有試用章程、相關(guān)許可管理和明確的環(huán)境 要求。在美國，亞馬遜物流機也因缺乏美國聯(lián)邦航空管 理局的政策批準(zhǔn)，在本土的規(guī)?；逃眠b遙無期。

  3）技術(shù)需求

  小型、超小型物流無人機載重較小，續(xù)航能力小于 1 h，其關(guān)鍵技術(shù)在于動力源，需要發(fā)展電池技術(shù)以提 供強動力；發(fā)展材料技術(shù)提供輕便的本體；發(fā)展通信導(dǎo) 航技術(shù)實現(xiàn)更準(zhǔn)確的航線內(nèi)飛行；在單個或多個無人機 飛過人群、飛躍建筑、河流、高山等送貨條件苛刻的環(huán) 境，發(fā)展人機協(xié)作飛控技術(shù)、群控技術(shù)以適應(yīng)環(huán)境能力。 由于長距離配送缺乏視野，僅通過無人機裝備的一系列 傳感器完成避障，因此，傳感器技術(shù)和躲避技術(shù)是物流 無人機運用的關(guān)鍵技術(shù)。定點投放技術(shù)，最后一公里配 送需要無人機準(zhǔn)確找到投放地點，打開投遞箱準(zhǔn)確投放 到指定位置。

  4）成本問題

  從成本來看，物流無人機、無人機物流運輸體系不 像陸運那樣大批量的運輸，所以成本無法攤薄。無人機 物流與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合需建立飛控調(diào)度中心、飛服中 心、研發(fā)中心、制造中心等配套技術(shù)與設(shè)施，無人機物 流運輸成本居高不下，靠單個企業(yè)是無法建立龐大、復(fù)雜的智慧物流網(wǎng)絡(luò)體系。

  5）人才問題

  無人機物流需要各種類大量的高級技術(shù)技能人才， 例如：物流無人機研發(fā)人才、飛控人才、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)人 才、通信技術(shù)人才、物流技術(shù)人才、無人機維護(hù)人才等。 開設(shè)無人機專業(yè)的高等院校、職業(yè)院校、培訓(xùn)機構(gòu)數(shù)量 較少，相應(yīng)的師資缺乏，且學(xué)習(xí)、培訓(xùn)費用高，缺乏吸 引力。需求高等院校、職業(yè)院校、培訓(xùn)機構(gòu)盡快培養(yǎng)出 高質(zhì)量的物流無人機、無人機物流技術(shù)人才。

  3 展望無人機物流發(fā)展趨勢

  當(dāng)前，京東地空一體化智慧網(wǎng)絡(luò)框架初步完成，末 端無人機正走向成熟、支線無人機即將運營、干線無人 機開始研發(fā)，無人機物流快遞體系布局完成。由京東發(fā) 布的全球首個聚焦物流領(lǐng)域無人機產(chǎn)業(yè)發(fā)展的年度報告 《世界物流無人機產(chǎn)業(yè)發(fā)展年度報告（2017-2018）》 指出“當(dāng)前世界物流無人機產(chǎn)業(yè)正處在快速成長期，呈 現(xiàn)出美國領(lǐng)先、歐洲跟隨積極、中國從追趕轉(zhuǎn)向領(lǐng)跑的 格局”，同時也指出“國內(nèi)物流無人機尚處于發(fā)展初期 階段”。前瞻產(chǎn)業(yè)研究院《2018-2023 年中國工業(yè)無人 機行業(yè)發(fā)展前景預(yù)測與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》數(shù)據(jù)顯 示，未來民用無人機發(fā)展較快，到 2023 年市場規(guī)模將 達(dá)到 968 億元。

  3.1 技術(shù)突破

  物流無人機本身技術(shù)瓶頸主要體現(xiàn)在續(xù)航時間、載 荷大小、可靠性、視覺感知、定點投放以及作業(yè)半徑上。 京東、順豐、小米等電商加大了對研發(fā)物流無人機、構(gòu) 建無人機物流運輸體系的投入。引入電源技術(shù)、人工智 能技術(shù)、計算機視覺技術(shù)、材料技術(shù)、通信技術(shù)、信息 安全技術(shù)等最新成果創(chuàng)新物流無人機的設(shè)計。應(yīng)以飛控 技術(shù)為核心，使芯片、傳感器、導(dǎo)航等技術(shù)進(jìn)步、成本 下降。開發(fā)高度集成化芯片降低制造成本。未來的物流 無人機要完全符合安全和監(jiān)管設(shè)計、具有更好的人機協(xié) 作能力、智能駕駛模式、自動起飛/著陸以及執(zhí)行任務(wù)。 無人機物流體系應(yīng)具有平臺與有效載荷互換性。

  3.2 政策監(jiān)管

  物流無人機、無人機物流的發(fā)展離不開監(jiān)管政策的支持。2016年，《“互聯(lián)網(wǎng)”人工智能三年實施方案》 指出推動人工智能在無人機系統(tǒng)領(lǐng)域融合應(yīng)用；2017年， 國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》發(fā)展消費類無 人機，建立試驗鑒定、測試、競技等專業(yè)化服務(wù)體系， 完善空域、水域管理措施。為推動物流無人機、無人機 物流安全、有序的發(fā)展，未來政府應(yīng)從物流無人機系統(tǒng)、 物流無人機駕駛員管理、物流無人機運行空域三方面出 臺更加明確的管理條例。國際物流無人機及無人機物流 運輸體系研發(fā)、應(yīng)用整體還處于初級階段，需要大量的 資本、人力、物力投入，基于實際場景進(jìn)行技術(shù)研發(fā)和 商業(yè)模式孵化是整個行業(yè)實現(xiàn)跨越的必由之路。未來物 流無人機技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)從差異走向統(tǒng)一，每一環(huán)節(jié)的運營 場景需要用清晰的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一推動物流無人機的發(fā)展。

  3.3 人才培養(yǎng)

  物流無人機和無人機物流運輸體系發(fā)展離不開各級 人才。各高等學(xué)校、職業(yè)院校、培訓(xùn)機構(gòu)應(yīng)設(shè)立相關(guān)專 業(yè)提高物流機人才的培養(yǎng)質(zhì)量和數(shù)量。2017 年 12 月， 工信部發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)和規(guī)范民用無人機制造發(fā)展的指 導(dǎo)意見》，提出支持有條件的普通高校和職業(yè)院校設(shè)立 無人機相關(guān)專業(yè)。北京航空航天大學(xué)飛行器專業(yè)成立無 人機所，培養(yǎng)無人機人才。西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院等高 等職業(yè)技術(shù)學(xué)院、吉林機械工業(yè)學(xué)校等中等職業(yè)技術(shù)學(xué) 校已經(jīng)設(shè)立無人機應(yīng)用技術(shù)專業(yè)。2017 年，培訓(xùn)機構(gòu)北京商鯤教育控股集團(tuán)無人機飛行學(xué)院“雛鷹計劃”集 訓(xùn)目的是提高無人機專業(yè)綜合素質(zhì)、專業(yè)技能。一系列 計劃與措施適應(yīng)無人機行業(yè)，面向無人機操控、維護(hù)和 開發(fā)等發(fā)展方向，培養(yǎng)無人機設(shè)備編程、維護(hù)、生產(chǎn)組 織和管理的高級技術(shù)技能人才。

  4 結(jié)語

  以京東、順豐為代表的電商、快遞企業(yè)正在推進(jìn)我 國無人機物流運輸技術(shù)突破、標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建，政府正在 加速推進(jìn)無人機監(jiān)管，職業(yè)院校正在加速人才培養(yǎng)。我 國無人機物流正朝著先進(jìn)、健康、有序、規(guī)范的方向發(fā)展。