無人機快遞“從天而降” 三大關(guān)鍵技術(shù)支撐無人機物流配送

近些年，人工智能重要落地場景之一的智慧物流體系加速發(fā)展，而作為智慧物流體系的一個重要分支，無人機物流正是機械化、自動化和智能化發(fā)展的結(jié)果。雖然使用無人機進行貨物運輸已經(jīng)不是什么新鮮事，但是距離空中物流真正走入日常似乎還有一段距離。

新冠肺炎疫情的發(fā)展無疑正加快這一進程。近日，美國亞馬遜快遞配送人員稱因為在配送過程中無法保持安全距離，擔心感染新冠病毒，紛紛罷工。而與之相對的是，谷歌無人機派上了大用場，業(yè)務(wù)量翻倍。

生活節(jié)奏不斷加快，人們對物流配送的運輸效率要求越來越高，越來越多的企業(yè)開始嘗試利用無人機進行配送，以突破地面運輸?shù)南拗啤＿@次疫情中，在物資運輸壓力劇增、無接觸配送需求爆發(fā)的背景下，無人機展現(xiàn)出的靈活、便捷、安全、高效等配送價值令人矚目。未來，伴隨著技術(shù)、成本、政策等方面瓶頸的打破，無人機送貨時代或?qū)u行漸近。

三大關(guān)鍵技術(shù)支撐無人機物流配送

面向高動態(tài)、實時、不透明的任務(wù)環(huán)境，無人機能夠做到感知周邊環(huán)境并規(guī)避障礙物、機動靈活并容錯飛行;按照任務(wù)要求無人機可以自主規(guī)劃飛行路徑、自主識別目標屬性、用自然語言與人交流……

事實上，要實現(xiàn)上述操作無人機離不開三項技術(shù)的支持。“目前無人機數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)、無人機飛行控制導(dǎo)航系統(tǒng)(飛控)、無人機自主控制技術(shù)是實現(xiàn)無人機物流配送最關(guān)鍵的三大技術(shù)。”天津華鼎科技有限公司科技飛行技術(shù)部部長畢曄表示。

據(jù)介紹，無人機數(shù)據(jù)鏈是飛行器與地面系統(tǒng)聯(lián)系的紐帶，負責完成對無人機的遙控、遙測、跟蹤定位和傳感器傳輸。它是一個多模式的智能通信系統(tǒng)，能夠感知其工作區(qū)域的電磁環(huán)境特征，并根據(jù)環(huán)境特征和通訊要求，實時動態(tài)調(diào)整通信系統(tǒng)工作參數(shù)，達到可靠通信的目的。“這項技術(shù)是滿足未來無人機組群物流配送的關(guān)鍵支撐。隨著機載傳感器、定位的精準程度和執(zhí)行任務(wù)的復(fù)雜程度不斷上升，未來在全天候執(zhí)行任務(wù)中，可能還將出現(xiàn)激光通訊方式。”畢曄說。

“飛控是無人機完成起飛、空中飛行、執(zhí)行任務(wù)和返場回收等整個飛行過程的核心系統(tǒng)，相當于駕駛員。導(dǎo)航系統(tǒng)向無人機提供參考坐標系的位置、速度、飛行姿態(tài)，引導(dǎo)無人機按照指定航線飛行，相當于有人機系統(tǒng)中的領(lǐng)航員。”畢曄介紹。

自主控制技術(shù)也是無人機關(guān)鍵技術(shù)，包括態(tài)勢感知技術(shù)、規(guī)劃與協(xié)同技術(shù)、自主決策技術(shù)等方面。這套系統(tǒng)通過各種信息獲取，設(shè)備自主地對任務(wù)環(huán)境進行建模，包括對三維環(huán)境特征的提取、態(tài)勢的評估等，從而實現(xiàn)路徑規(guī)劃和協(xié)同控制。畢曄表示，無人機路徑選擇與重新規(guī)劃能力，是無人機自主控制系統(tǒng)必須具有的。

政策、技術(shù)雙瓶頸制約商業(yè)化步伐

早在2014年，谷歌X部門便首次推出無人機送貨服務(wù)，2019年年底谷歌無人機送貨服務(wù)獲得美國聯(lián)邦航空管理局的認證。而在我國，2019年10月，中國民用航空局向迅蟻公司所屬的杭州送吧物流科技有限公司頒發(fā)了《無人機物流配送經(jīng)營許可》，是國內(nèi)首張城市物流無人機試運行“牌照”，隨后，京東、順豐等研發(fā)的大型固定翼無人機也投入使用。

“從全國范圍看，無人機物流配送市場剛剛啟動。”法國歐洲科學院榮譽院士、世界無人機

聯(lián)合會主席、深圳市無人機行業(yè)協(xié)會會長楊金才表示，目前實現(xiàn)商業(yè)化的無人機物流公司不超過10家。

天津華鼎科技有限公司總經(jīng)理白子龍介紹，從技術(shù)層面看，無人機物流配送除了“快”還需要“穩(wěn)”。續(xù)航問題一直是無人機的痛點所在，而將無人機運用到物流配送領(lǐng)域，續(xù)航能力更是重中之重。動力電池的比能量(單位質(zhì)量/體積的器件可提供的能量)是一個重要指標，每增加一公斤載重，無人機航時會成倍縮短。此外，在不同飛行環(huán)境下，不同用途的無人機對傳感器的配置要求也不同。通過加裝避障功能模塊，整合迫近傳感器與飛控系統(tǒng)，可以避免無人機墜毀。

在導(dǎo)航方面，目前無人機載導(dǎo)航系統(tǒng)主要分非自主(GPS等)和自主(慣性制導(dǎo))兩種，但分別有易受干擾和誤差積累增大的缺點，多種導(dǎo)航技術(shù)(慣性+多傳感器+GPS+光電導(dǎo)航系統(tǒng))，采用濾波器運行方式將是未來發(fā)展的方向。

“從政策來看，無人機的應(yīng)用避免不了空域管理的問題。”白子龍認為，在相當長的時間內(nèi)，無人機配送還難以實現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化運作。“目前開辟航線必須經(jīng)過嚴格的日審批，也就是除航線審批外，起飛的前一天需要獲得許可，然后起飛的當天還必須再次確認審批。從實踐情況來看，城市地區(qū)空域管理更為嚴格，空域和飛行計劃審批程序也存在著較大優(yōu)化空間。”

此外，無人機在空中飛行也需要進行交通管理。比如無人機送貨離不開超視距飛行和在人群上空飛行，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。因此，無人機物流配送法律法規(guī)、運營標準、管理制度等方面尚需進一步探索。

無接觸配送或成未來發(fā)展趨勢

疫情期間，湖北武漢的快遞企業(yè)用無人機把醫(yī)療防疫物資成功地降落在武漢金銀潭醫(yī)院，說明無人機在交通限行、封閉管理等情況下進行物流運輸有其優(yōu)勢，而且對于避免交叉感染也有獨特作用。楊金才表示：“疫情帶來了機遇和挑戰(zhàn)，為下一步無人機普及奠定了基礎(chǔ)，疫情過后無人機物流配送肯定會有大發(fā)展。”

“無人機物流配送在疫情防控中大展身手，也令這一行業(yè)吸引了更多資本與人才的關(guān)注，為未來發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。”白子龍表示，無接觸配送或?qū)⒊蔀槲磥戆l(fā)展趨勢。在近日國務(wù)院聯(lián)防聯(lián)控機制召開的新聞發(fā)布會上，國家郵政局市場監(jiān)管司副司長邊作棟介紹，無人配送，包括智能快件箱、無人機、無人車等形式，將成為郵政快遞末端服務(wù)的一個發(fā)展趨勢之一。

最近，廣西賀州政府找到深圳市無人機行業(yè)協(xié)會，提出了協(xié)助解決無人機物流配送問題的需求：當?shù)攸S金珠寶產(chǎn)業(yè)園因業(yè)務(wù)需要，每天要送大量珠寶到深圳羅湖，時效性要求很強，貨運汽車走公路需要六七個小時，不僅慢，還風險很大，需要派員押運，如果通過無人機物流，航程大概只需一個多小時，非常便捷。

“在合適的情景下使用無人機配送，效率能提升60%—70%，成本節(jié)約60%以上。從目前實際情況來看，商業(yè)化批量中距離運輸，采用無人機配送最為高效，原來因為距離問題無法空運的商品也可以空運了。”白子龍展望未來無人機應(yīng)用時表示，特色生鮮、醫(yī)療冷鏈的物流業(yè)將因為無人機的逐漸普及，進入到全新的速度等級;地質(zhì)條件相對復(fù)雜的地區(qū)，無論是高山還是海島，甚至難以修路的地方，用無人機可以完成更多物資運輸和補給。未來城市無人機物流配送會面向B端(組織或企業(yè))配送一些對時效性要求較高的高價值物品。

“5G可以支撐無人機采集的4K高清視頻等數(shù)據(jù)的實時傳輸，飛到哪看到哪，也可使無人機飛行控制時延大大縮短，滿足了遠程操控無人機飛行的性能需求。”楊金才表示，隨著未來低空開放，加上5G時代的到來，這個行業(yè)會有很大的提升和拓展。無人機物流配送，是通往下一時代的入場券，而隨著技術(shù)的不斷進步，無人機業(yè)務(wù)落地的步伐相信會越來越快，新的物流時代也即將到來。(陳 曦)