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用瓶 頸和展望未來發(fā)展趨勢。
關鍵詞：無人機； 物流； 應用； 瓶頸； 發(fā)展趨勢
0 引言
隨著智能制造和“互聯(lián)網+”的提出，我國政府推 出一系列標準化和產業(yè)融合政策以來，國內物流業(yè)展現(xiàn) 出較快增長勢頭。根據統(tǒng)計數(shù)據，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 經濟的重要組成部分，其中，電商物流配送迅猛發(fā)展， 龐大的網購訂單量給傳統(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，餓了么獲準開辟第 一批無人機即時配送航線，標志著配送行業(yè)從勞動密集
型向技術密集型進化。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 無人機物流領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50年代， 用于軍事偵查、航空攝影等。目前國內知名制造企業(yè)有 大疆、億航、零度智控等。國內外無人機技術飛速發(fā)展， 種類繁多、用途特點鮮明，致使尺寸、質量、航程、飛行高度、飛行速度、飛行任務等方面有較大差異。按用 途可分為軍用和民用；按飛行任務高度可分為超低空、 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、相關的遙控站、所需的指揮 與管制鏈路以及批準的型號設計規(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 首次進行應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 應地向接收地運輸而進行的規(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 線電遙控設備，操縱無人機進行貨物運送的過程。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絡。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
網無人機物流網絡體系，其中，大型有人運輸機和末端 小型無人機已經試飛完成；京東提出“干線 - 支線 - 末 端配送”三級無人機智慧物流網絡體系，以滿足不同應 用場景下的配送效率最大化，成為引領我國未來無人機 物流領域體系發(fā)展的方向。在產業(yè)實踐方面，隨著第一 架大型貨運無人機下線標志著京東在支線布局上進入落 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，適合于偏遠地域和應急件配送。
2）運用成本低
偏遠山區(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，接納無人機快遞尚需時日。盡管已 出現(xiàn)類似中國科學院無人機應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)會負責民用機的相關管理。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，《關于促進通用航 空業(yè)發(fā)展的指導意見》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，成為國內首家獲得運營許可的無人機企業(yè)。國內 首張由民航管理部門批準運行的無人機航空運營許可證 的發(fā)放，標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，在本土的規(guī)?；逃眠b遙無期。
3）技術需求
小型、超小型物流無人機載重較小，續(xù)航能力小于 1 h，其關鍵技術在于動力源，需要發(fā)展電池技術以提 供強動力；發(fā)展材料技術提供輕便的本體；發(fā)展通信導 航技術實現(xiàn)更準確的航線內飛行；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、群控技術以適應環(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，傳感器技術和躲避技術是物流 無人機運用的關鍵技術。定點投放技術，最后一公里配 送需要無人機準確找到投放地點，打開投遞箱準確投放 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)網技術的融合需建立飛控調度中心、飛服中 心、研發(fā)中心、制造中心等配套技術與設施，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、復雜的智慧物流網絡體系。
5）人才問題
無人機物流需要各種類大量的高級技術技能人才， 例如：物流無人機研發(fā)人才、飛控人才、物聯(lián)網技術人 才、通信技術人才、物流技術人才、無人機維護人才等。 開設無人機專業(yè)的高等院校、職業(yè)院校、培訓機構數(shù)量 較少，相應的師資缺乏，且學習、培訓費用高，缺乏吸 引力。需求高等院校、職業(yè)院校、培訓機構盡快培養(yǎng)出 高質量的物流無人機、無人機物流技術人才。
3 展望無人機物流發(fā)展趨勢
當前，京東地空一體化智慧網絡框架初步完成，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域無人機產業(yè)發(fā)展的年度報告 《世界物流無人機產業(yè)發(fā)展年度報告（2017-2018）》 指出“當前世界物流無人機產業(yè)正處在快速成長期，呈 現(xiàn)出美國領先、歐洲跟隨積極、中國從追趕轉向領跑的 格局”，同時也指出“國內物流無人機尚處于發(fā)展初期 階段”。前瞻產業(yè)研究院《2018-2023 年中國工業(yè)無人 機行業(yè)發(fā)展前景預測與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》數(shù)據顯 示，未來民用無人機發(fā)展較快，到 2023 年市場規(guī)模將 達到 968 億元。
3.1 技術突破
物流無人機本身技術瓶頸主要體現(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 建無人機物流運輸體系的投入。引入電源技術、人工智 能技術、計算機視覺技術、材料技術、通信技術、信息 安全技術等最新成果創(chuàng)新物流無人機的設計。應以飛控 技術為核心，使芯片、傳感器、導航等技術進步、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。 無人機物流體系應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”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)領域融合應用；2017年， 國務院印發(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，基于實際場景進行技術研發(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 流無人機技術標準應從差異走向統(tǒng)一，每一環(huán)節(jié)的運營 場景需要用清晰的標準統(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。各高等學校、職業(yè)院校、培訓機構應設立相關專 業(yè)提高物流機人才的培養(yǎng)質量和數(shù)量。2017 年 12 月， 工信部發(fā)布《關于促進和規(guī)范民用無人機制造發(fā)展的指 導意見》，提出支持有條件的普通高校和職業(yè)院校設立 無人機相關專業(yè)。北京航空航天大學飛行器專業(yè)成立無 人機所，培養(yǎng)無人機人才。西安航空職業(yè)技術學院等高 等職業(yè)技術學院、吉林機械工業(yè)學校等中等職業(yè)技術學 校已經設立無人機應用技術專業(yè)。2017 年，培訓機構北京商鯤教育控股集團無人機飛行學院“雛鷹計劃”集 訓目的是提高無人機專業(yè)綜合素質、專業(yè)技能。一系列 計劃與措施適應無人機行業(yè)，面向無人機操控、維護和 開發(fā)等發(fā)展方向，培養(yǎng)無人機設備編程、維護、生產組 織和管理的高級技術技能人才。
4 結語
以京東、順豐為代表的電商、快遞企業(yè)正在推進我 國無人機物流運輸技術突破、標準體系構建，政府正在 加速推進無人機監(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、健康、有序、規(guī)范的方向發(fā)展。
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