无人机在物流行业的应用前景「货运无人机发展可行性分析」

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摘 要：作为智慧物流体系的一个重要分支，无人机物流是机械化、自动化和智能化发展的结果。以电商物流运 输业实际需求为背景，分析物流无人机、无人机系统、无人机物流快递体系及其优势，通过典型案例阐述应用瓶 颈和展望未来发展趋势。

0 引言

随着智能制造和“互联网 ”的提出，我国政府推 出一系列标准化和产业融合政策以来，国内物流业展现 出较快增长势头。根据统计数据，2016 年，全国社会 物流总额229.7 万亿元；2017 年，全国社会物流总额 252.8万亿元，按可比价格计算，比2016年增长6.7%， 增速比 2016 年提高 0.6 个百分点 [1]。物流业已成为国民 经济的重要组成部分，其中，电商物流配送迅猛发展， 庞大的网购订单量给传统物流配送带来了巨大压力。 2018年618全球年中购物节，电商平台京东1天累计下 单金额达到1 592 亿元，天猫、苏宁易购、国美Plus、亚马逊中国等 47 家电商平台总销售额为 2 844.7 亿元。 因此，无论是电商自建物流体系还是与快递公司合作， 发展自动化、智能化的现代物流配送体系是电商当前最 迫切需要解决的问题。无人机物流具有距离短、成本低、 效率高等优势。2018 年 5 月 29 日，饿了么获准开辟第 一批无人机即时配送航线，标志着配送行业从劳动密集

型向技术密集型进化。顺丰、京东、亚马逊、DHL 等 电商均在布局无人机快递配送。近日，作为世界范围内 无人机物流领域的翘楚之一的京东成为首个国家级无人 机物流配送试点企业。本文阐述无人机以及无人机系统 的概念，详细分析物流无人机以及无人机快递物流体系 的优势和瓶颈问题，展望无人机物流配送的发展趋势。

1 无人机和无人机系统

无人机[2]（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）是无 人驾驶航空器，或无人驾驶飞机的简称，是利用无线电 遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器。 在 1914 年第一次世界大战由英国最早开始研究，用于军事侦查活动。自 1917 年美国第一架无人机试飞成功 后发展越来越快。我国的无人机开始于20世纪50年代， 用于军事侦查、航空摄影等。目前国内知名制造企业有大疆、亿航、零度智控等。国内外无人机技术飞速发展， 种类繁多、用途特点鲜明，致使尺寸、质量、航程、飞行高度、飞行速度、飞行任务等方面有较大差异。按用 途可分为军用和民用；按飞行任务高度可分为超低空、 低空、中空、高空和超高空无人机；按飞行平台可分为固定翼、旋翼、伞翼、扑翼无人机；按动力源可分为油 动、电动和油电混合无人机。

从技术角度看，无人机系统 [3]，亦称无人驾驶航空 器系统，由一架无人机、相关的遥控站、所需的指挥 与管制链路以及批准的型号设计规定的任何其他部件组 成。系统主要包括飞行系统、任务载荷系统、地面控制 系统。飞行系统主要包括机体、动力系统、导航系统、电力系统以及其他确保飞行平台正常工作的控制系统； 任务载荷系统包括传感器系统、摄像系统；地面控制系 统包括数据处理中心、起飞/ 降落系统、监控系统、遥 控系统和辅助设备。

2 物流无人机、无人机物流以及无人机物流 快递体系的优势与瓶颈

物流无人机是指用于物流业的无人机，可以解决时 效性、廉价性和可达性几个物流业的重要问题。2013年， 电商和物流业巨头亚马逊采用多旋翼方案开发第一代物 流无人机，随后，又采用多旋翼和固定翼混合方案设计 物流无人机，在2016年完成首单送货。2017年12月， 顺丰研发出大型物流无人机，翼展20 m，载重1.2 t, 并 首次进行应急物资快递投递的演示验证飞行。2018 年 6 月 18 日，真正基于物流运输场景京东自主研发设计的 第一架重型无人机——京东“京鸿”大型货运无人机在西安正式下线。

无人机物流是指以无人机为主要工具实现物品从供 应地向接收地运输而进行的规划、实施和控制过程。无 人机物流主要分为无人机运输、无人机末端配送、无人 机救援和无人机巡检, 以无人机运输和无人机末端配送 为主要形式。无人机运输是指通过自备的程序控制或无 线电遥控设备，操纵无人机进行货物运送的过程。按照 运输距离、载重、续航可分为支线无人机运输、末端无 人机配送 ( 最后一公里 ) 等类型。 无人机物流快递体系是指以智能化平台为核心，通 过无人机建立的智慧物流网络。顺丰提出“大型有人运 输机 支线大型无人机 末端小型无人机”三段式空运

网无人机物流网络体系，其中，大型有人运输机和末端 小型无人机已经试飞完成；京东提出“干线 - 支线 - 末 端配送”三级无人机智慧物流网络体系，以满足不同应 用场景下的配送效率最大化，成为引领我国未来无人机 物流领域体系发展的方向。在产业实践方面，随着第一 架大型货运无人机下线标志着京东在支线布局上进入落 地阶段。

2.1 无人机物流的优势

1）距离短

无人机飞行没有传统配送的运输线路上的高山、河 流、桥梁、建筑等局限性，适合于偏远地域和应急件配送。

2）运用成本低

偏远山区、运载效能需求较低，无人机配送具有较 强的运营成本优势。据京东测算，在定型和规模化以后， 配送成本将下降 40%~50%。

3）速度快

无人机主流速度在每小时几十公里到上百公里不 等，速度较快能够拓展空间使用效率，由平面到立体， 大幅度提升配送效率。

4）实用性强

快递件中的85% 质量在2.7 kg 左右，可以通过无 人机完成配送，无人机适用于小批量、高频次飞行。将 小批量的配送任务交给无人机可以充分发挥人力的灵活 性、减少人力成本和体力消耗。

2.2 无人机物流瓶颈问题

尽管京东、阿里巴巴、苏宁易购等电商以及顺丰、 菜鸟等快递公司纷纷涉足无人机物流，但目前都是在探 索阶段，还有诸多问题需要解决。

1）安全问题

所述的安全问题是指无人机本身的安全、快件的安 全、信息安全、航线安全、公众人身及财产安全，还包 括民航安全等。“黑飞”事件、“伤人”事件的报道触 动国人的安全神经，接纳无人机快递尚需时日。尽管已 出现类似中国科学院无人机应用与管控研究中心试验基 地的测试场所，无人机物流仍缺乏一个国家或行业认可 的公共试验与测试环境。

2）监管问题

从国家政策来看，国家持开放态度。2013年，《民 用无人机驾驶航空器系统驾驶员管理暂行规定》由中国 AOPA 协会负责民用机的相关管理。2014 年，《低空域 使用管理规定（试行）》征求意见稿将低空空域分为管 制空域、监视空域和报告空域，其中涉及监视、报告空 域的飞行计划，企业需向空军和民航局报备。2015年，《 轻 小型无人机运行试行规定》起飞全重7 kg 以上无人机 必须接入“电子围栏”。2016 年，《关于促进通用航 空业发展的指导意见》首次将低空开放限制由1 000 m 以下，提升至 3 000 m 以下。2017 年，《民用无人驾驶 航空器实名制登记管理规定》起飞质量超过250 g 以上 的无人机必须实施登记注册。2018 年 3 月，顺丰控股 发布公告称子公司江西丰羽顺途科技有限公司获中国民 用航空华东地区管理局颁发无人机航空运营（试点）许 可证，成为国内首家获得运营许可的无人机企业。国内 首张由民航管理部门批准运行的无人机航空运营许可证 的发放，标志着中国正式步入无人机运输的新阶段。然 而，目前并没有试用章程、相关许可管理和明确的环境 要求。在美国，亚马逊物流机也因缺乏美国联邦航空管 理局的政策批准，在本土的规模化商用遥遥无期。

3）技术需求

小型、超小型物流无人机载重较小，续航能力小于 1 h，其关键技术在于动力源，需要发展电池技术以提 供强动力；发展材料技术提供轻便的本体；发展通信导 航技术实现更准确的航线内飞行；在单个或多个无人机 飞过人群、飞跃建筑、河流、高山等送货条件苛刻的环 境，发展人机协作飞控技术、群控技术以适应环境能力。 由于长距离配送缺乏视野，仅通过无人机装备的一系列 传感器完成避障，因此，传感器技术和躲避技术是物流 无人机运用的关键技术。定点投放技术，最后一公里配 送需要无人机准确找到投放地点，打开投递箱准确投放 到指定位置。

4）成本问题

从成本来看，物流无人机、无人机物流运输体系不 像陆运那样大批量的运输，所以成本无法摊薄。无人机 物流与物联网技术的融合需建立飞控调度中心、飞服中 心、研发中心、制造中心等配套技术与设施，无人机物 流运输成本居高不下，靠单个企业是无法建立庞大、复杂的智慧物流网络体系。

5）人才问题

无人机物流需要各种类大量的高级技术技能人才， 例如：物流无人机研发人才、飞控人才、物联网技术人 才、通信技术人才、物流技术人才、无人机维护人才等。 开设无人机专业的高等院校、职业院校、培训机构数量 较少，相应的师资缺乏，且学习、培训费用高，缺乏吸 引力。需求高等院校、职业院校、培训机构尽快培养出 高质量的物流无人机、无人机物流技术人才。

3 展望无人机物流发展趋势

当前，京东地空一体化智慧网络框架初步完成，末 端无人机正走向成熟、支线无人机即将运营、干线无人 机开始研发，无人机物流快递体系布局完成。由京东发 布的全球首个聚焦物流领域无人机产业发展的年度报告 《世界物流无人机产业发展年度报告（2017-2018）》 指出“当前世界物流无人机产业正处在快速成长期，呈 现出美国领先、欧洲跟随积极、中国从追赶转向领跑的 格局”，同时也指出“国内物流无人机尚处于发展初期 阶段”。前瞻产业研究院《2018-2023 年中国工业无人 机行业发展前景预测与投资战略规划分析报告》数据显 示，未来民用无人机发展较快，到 2023 年市场规模将 达到 968 亿元。

3.1 技术突破

物流无人机本身技术瓶颈主要体现在续航时间、载 荷大小、可靠性、视觉感知、定点投放以及作业半径上。 京东、顺丰、小米等电商加大了对研发物流无人机、构 建无人机物流运输体系的投入。引入电源技术、人工智 能技术、计算机视觉技术、材料技术、通信技术、信息 安全技术等最新成果创新物流无人机的设计。应以飞控 技术为核心，使芯片、传感器、导航等技术进步、成本 下降。开发高度集成化芯片降低制造成本。未来的物流 无人机要完全符合安全和监管设计、具有更好的人机协 作能力、智能驾驶模式、自动起飞/着陆以及执行任务。 无人机物流体系应具有平台与有效载荷互换性。

3.2 政策监管

物流无人机、无人机物流的发展离不开监管政策的支持。2016年，《“互联网”人工智能三年实施方案》 指出推动人工智能在无人机系统领域融合应用；2017年， 国务院印发《新一代人工智能发展规划》发展消费类无 人机，建立试验鉴定、测试、竞技等专业化服务体系， 完善空域、水域管理措施。为推动物流无人机、无人机 物流安全、有序的发展，未来政府应从物流无人机系统、 物流无人机驾驶员管理、物流无人机运行空域三方面出 台更加明确的管理条例。国际物流无人机及无人机物流 运输体系研发、应用整体还处于初级阶段，需要大量的 资本、人力、物力投入，基于实际场景进行技术研发和 商业模式孵化是整个行业实现跨越的必由之路。未来物 流无人机技术标准应从差异走向统一，每一环节的运营 场景需要用清晰的标准统一推动物流无人机的发展。

3.3 人才培养

物流无人机和无人机物流运输体系发展离不开各级 人才。各高等学校、职业院校、培训机构应设立相关专 业提高物流机人才的培养质量和数量。2017 年 12 月， 工信部发布《关于促进和规范民用无人机制造发展的指 导意见》，提出支持有条件的普通高校和职业院校设立 无人机相关专业。北京航空航天大学飞行器专业成立无 人机所，培养无人机人才。西安航空职业技术学院等高 等职业技术学院、吉林机械工业学校等中等职业技术学 校已经设立无人机应用技术专业。2017 年，培训机构北京商鲲教育控股集团无人机飞行学院“雏鹰计划”集 训目的是提高无人机专业综合素质、专业技能。一系列 计划与措施适应无人机行业，面向无人机操控、维护和 开发等发展方向，培养无人机设备编程、维护、生产组 织和管理的高级技术技能人才。

4 结语

以京东、顺丰为代表的电商、快递企业正在推进我 国无人机物流运输技术突破、标准体系构建，政府正在 加速推进无人机监管，职业院校正在加速人才培养。我 国无人机物流正朝着先进、健康、有序、规范的方向发展。