張釋軒

摘要：當(dāng)今，互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展給物流行業(yè)帶來(lái)了不小的業(yè)務(wù)壓力。受限于傳統(tǒng)運(yùn)輸平臺(tái)的能力，以物流無(wú)人機(jī)為代表的一系列新型智能運(yùn)輸平臺(tái)正成為物流行業(yè)研究的熱點(diǎn)。本文以物流無(wú)人機(jī)為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)的梳理，總結(jié)出其存在的動(dòng)力、安全、監(jiān)管三大關(guān)鍵問(wèn)題，并提出了相應(yīng)的解決途徑。

關(guān)鍵詞：物流;無(wú)人機(jī);動(dòng)力技術(shù);安全性能;監(jiān)管機(jī)制

0? 引言

當(dāng)前，我國(guó)的物流行業(yè)正處于飛速發(fā)展的成長(zhǎng)期，物流需求平穩(wěn)向好。但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，物流的運(yùn)行效率仍有待提升。傳統(tǒng)物流運(yùn)輸主要依靠運(yùn)輸車(chē)輛以及快遞人員進(jìn)行配送：在農(nóng)村，快遞投送的范圍大、一個(gè)地點(diǎn)投送的數(shù)量相對(duì)較少，效率低的問(wèn)題比較明顯;在城市物流配送容易受交通狀況的影響。因此，以無(wú)人機(jī)為代表的智能運(yùn)輸平臺(tái)，正逐步被各物流公司推廣應(yīng)用。自2012年8月Google實(shí)施Project Wing送貨無(wú)人機(jī)研發(fā)項(xiàng)目以來(lái)[1]，國(guó)內(nèi)外公司紛紛在物流無(wú)人機(jī)領(lǐng)域展開(kāi)研究，國(guó)外以Google、Amazon等為代表，國(guó)內(nèi)以順豐、京東等為代表。那么經(jīng)過(guò)近幾年的發(fā)展，物流無(wú)人機(jī)的現(xiàn)狀如何？存在哪些問(wèn)題？又應(yīng)該如何解決？本文即對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行闡述。

1? 物流無(wú)人機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

物流無(wú)人機(jī)作為無(wú)人機(jī)在物流這一專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的特殊應(yīng)用，其配送能力和配送安全一直是圍繞物流無(wú)人機(jī)的兩大核心問(wèn)題，涉及動(dòng)力和避障等諸多關(guān)鍵技術(shù)。本節(jié)即以無(wú)人機(jī)動(dòng)力技術(shù)和避障技術(shù)為代表，闡述物流無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展情況：

1.1 無(wú)人機(jī)動(dòng)力技術(shù)

當(dāng)前無(wú)人機(jī)動(dòng)力技術(shù)已形成電動(dòng)、油動(dòng)并舉的局面，其中典型物流無(wú)人機(jī)的性能參數(shù)如表1所示。

由1表可見(jiàn)，電動(dòng)無(wú)人機(jī)的載重、航程相對(duì)油動(dòng)無(wú)人機(jī)有限，更適合執(zhí)行末端、短距離的配送任務(wù);油動(dòng)無(wú)人機(jī)則有更大的載重量，航程也更遠(yuǎn)，更適合執(zhí)行長(zhǎng)距離的轉(zhuǎn)運(yùn)任務(wù)。另外，城市中的末端配送很可能需要在樓宇間飛行，降落場(chǎng)地狹小，而且配送的包裹數(shù)量也相對(duì)有限，在這種情況下，油動(dòng)無(wú)人機(jī)不僅無(wú)法發(fā)揮自身載重、航程的優(yōu)勢(shì)，反而會(huì)因體積過(guò)大，增加操控難度;同時(shí)，電動(dòng)無(wú)人機(jī)用于末端配送還有噪音小、安全性高等優(yōu)勢(shì)。

1.2 無(wú)人機(jī)避障技術(shù)

目前無(wú)人機(jī)采用的避障方式，從傳感器類(lèi)型來(lái)看，主要包括超聲波、光學(xué)、紅外3種：

1.2.1 超聲波

超聲波測(cè)距裝置包括聲波的發(fā)射和接受裝置，主要用于無(wú)人機(jī)的避障以及降落。目前許多無(wú)人機(jī)已經(jīng)用到了這一技術(shù)，如大疆的精靈4的前避障裝置。但超聲波探測(cè)有效距離較近，遠(yuǎn)距離探測(cè)精度較低。

1.2.2 光學(xué)

①單目視覺(jué)?；趩文恳曈X(jué)的無(wú)人機(jī)避障主要有2種應(yīng)用方式，一是利用光流原理，二是利用相似三角形原理，具體如下：所謂光流是指運(yùn)動(dòng)物體或場(chǎng)景表面的光學(xué)特征部位在投影平面的瞬時(shí)速度，包含了物體或場(chǎng)景的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和豐富的三維結(jié)構(gòu)信息。單目視覺(jué)只適用于探測(cè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體間的距離，對(duì)相對(duì)靜止的物體之間則無(wú)法感知，可信度不高。而相似三角形的原理，在測(cè)距時(shí)需依靠GPS、慣性導(dǎo)航、氣壓計(jì)等測(cè)定相機(jī)的高度，之后進(jìn)行距離的解算。②雙目視覺(jué)。雙目視覺(jué)測(cè)距類(lèi)似于人眼判斷距離的原理，利用兩部攝像機(jī)產(chǎn)生的視差，可以判斷物體的距離。視差越小，距離越遠(yuǎn)，景深越深。該技術(shù)目前主要應(yīng)用于無(wú)人機(jī)低空（<15m）的輔助定位、降落時(shí)的定位。

1.2.3 紅外

當(dāng)前紅外傳感器主要有2種應(yīng)用方式，一是TOF原理，二是結(jié)構(gòu)光原理，具體如下：所謂TOF原理即通過(guò)紅外發(fā)射器發(fā)射調(diào)制過(guò)的光脈沖，接收器（CMOS傳感器）接收偏移后的脈沖波計(jì)算時(shí)間來(lái)測(cè)定距離。因?yàn)閷?duì)時(shí)間的測(cè)定要求，TOF系統(tǒng)的計(jì)算功耗較高。但其結(jié)構(gòu)相對(duì)緊湊。而結(jié)構(gòu)光原理為紅外傳感器投射出一個(gè)具有特定形狀的紅外光圖形，遇到物體后，紅外光圖形反射至傳感器，根據(jù)反射回來(lái)結(jié)構(gòu)光圖案在攝像機(jī)上的位置和形變程度來(lái)測(cè)算出前方物體的三維深度圖信息，當(dāng)前，該技術(shù)在一些手機(jī)攝像頭以及體感游戲機(jī)上已有成熟應(yīng)用。

2? 物流無(wú)人機(jī)當(dāng)前存在的問(wèn)題

由物流無(wú)人機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀可見(jiàn)，雖然當(dāng)前在技術(shù)層面以取得了較為快速的發(fā)展，但仍存在諸多不足。另外，要使無(wú)人機(jī)最終得以廣泛應(yīng)用于物流行業(yè)，還和管理層面密不可分。因此，綜合技術(shù)因素和管理因素，以下將物流無(wú)人機(jī)當(dāng)前存在的問(wèn)題總結(jié)為3個(gè)方面：

2.1 動(dòng)力性能有待提升

由動(dòng)力技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀可見(jiàn)，當(dāng)前以鋰電池為主的電動(dòng)無(wú)人機(jī)，其技術(shù)發(fā)展已進(jìn)入瓶頸期，短時(shí)間內(nèi)電池性能很難有大幅提升，因此新型電動(dòng)能源形式有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā);同時(shí)，燃油發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用雖然解決了巡航狀態(tài)的能耗問(wèn)題，無(wú)法應(yīng)對(duì)突然機(jī)動(dòng)等短時(shí)高功耗場(chǎng)景。

2.2 安全性能有待增強(qiáng)

物流無(wú)人機(jī)飛行的低空區(qū)域存在的障礙較多。當(dāng)前的避障技術(shù)還不足以完美應(yīng)對(duì)所有威脅，無(wú)人機(jī)撞樓、撞樹(shù)等新聞時(shí)有發(fā)生。

2.3 監(jiān)管機(jī)制有待完善

物流無(wú)人機(jī)監(jiān)管涉及到監(jiān)管部門(mén)、法律體系等諸多方面，僅從法律體系來(lái)看，物流無(wú)人機(jī)的監(jiān)管機(jī)制便存在很多不足。國(guó)內(nèi)外針對(duì)無(wú)人機(jī)的法律較少，且大多數(shù)法律只是針對(duì)禁飛區(qū)的規(guī)定，并沒(méi)有更加細(xì)化的規(guī)定;同時(shí)，無(wú)人機(jī)的管理涉及的部門(mén)較多，各部門(mén)的管理范圍之間存在重合與空擋，也是無(wú)人機(jī)管理的一大難題。

3? 問(wèn)題解決途徑探討

對(duì)于上一節(jié)所提出的3大問(wèn)題，本節(jié)針對(duì)性地提出相應(yīng)解決途徑以供參考：

3.1 動(dòng)力技術(shù)發(fā)展途徑

3.1.1 開(kāi)發(fā)燃料電池

目前，燃料電池已經(jīng)被安裝在無(wú)人機(jī)上，且獲得了較好的使用效果：新加坡HUS公司Hycopter是世界首個(gè)使用氫燃料電池的多軸無(wú)人機(jī)，無(wú)載重時(shí)能連續(xù)飛行4小時(shí)[2]。當(dāng)前以質(zhì)子交換膜燃料電池的發(fā)展前景較好，其能量密度、轉(zhuǎn)化效率高，可快速補(bǔ)充燃料;但其存在交換膜制作困難、成本高等問(wèn)題。盡管如此，在目前蓄電池發(fā)展受限的情況下，燃料電池的應(yīng)用可以大大提升無(wú)人機(jī)的續(xù)航能力。

3.1.2 深化混合動(dòng)力

混合動(dòng)力無(wú)人機(jī)是通過(guò)不同能源形式的結(jié)合，將瞬時(shí)功率高和持續(xù)功率穩(wěn)定持久的能源形式進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)在飛行、盤(pán)旋時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間、小功率提供能量，在起飛、爬升、降落、抗湍流等工況下提供短時(shí)間、大功率的輸出，最終提升無(wú)人機(jī)的動(dòng)力性能。

表2中列舉了部分目前已研制完成，或正在進(jìn)行研制的混合動(dòng)力無(wú)人機(jī)。

由表2可以看出，混合動(dòng)力無(wú)人機(jī)類(lèi)型多種多樣，特點(diǎn)也不同。與單一動(dòng)力形式相比，混合動(dòng)力無(wú)人機(jī)環(huán)境適應(yīng)能力更強(qiáng)，但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，因此技術(shù)難度也較大。

綜上所述，混合動(dòng)力無(wú)人機(jī)能夠發(fā)揮各種動(dòng)力形式的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)整體性能的優(yōu)化。因此深化混合動(dòng)力，提高混合動(dòng)力的技術(shù)成熟度，是提高物流無(wú)人機(jī)動(dòng)力性能的一個(gè)途徑。

3.2 避障性能改善途徑

3.2.1 單傳感器優(yōu)化

各種傳感器技術(shù)都有其提升的空間，此處以光學(xué)傳感器為例。目前的光學(xué)傳感器多為單、雙目視覺(jué)傳感器，而更為先進(jìn)的三目視覺(jué)技術(shù)[4]，在原有視覺(jué)傳感器的基礎(chǔ)上利用中間的相機(jī)可以去掉雙目視覺(jué)中的陰影，通過(guò)對(duì)每個(gè)像素的多次計(jì)算減小誤差。但三目視覺(jué)技術(shù)相對(duì)不成熟，計(jì)算量大的問(wèn)題也較為突出。

3.2.2 多傳感器融合

不同類(lèi)型傳感器的性能對(duì)比如表3所示。

由表3可見(jiàn)，各種傳感器的性能特點(diǎn)不同，且僅使用單一傳感器無(wú)法應(yīng)對(duì)所有工況。在單傳感器性能提升受限的情況下，將不同的傳感器結(jié)合，使它們的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，以滿足物流無(wú)人機(jī)對(duì)環(huán)境感知的需求，也不失為一種很好的應(yīng)對(duì)策略。

3.3 監(jiān)管機(jī)制健全途徑

3.3.1 明確部門(mén)的監(jiān)管職責(zé)

無(wú)人機(jī)的監(jiān)管涉及到國(guó)務(wù)院、中央軍委空中管理委員會(huì)、空軍、地方飛行管制部門(mén)、民用航空局、公安部等一系列部門(mén)、單位。無(wú)人機(jī)涉及到的部門(mén)、單位多，管理關(guān)系復(fù)雜，在監(jiān)管的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)管理界限不清晰、責(zé)任劃分不明確等問(wèn)題。本文認(rèn)為，國(guó)務(wù)院作為國(guó)家最高行政機(jī)關(guān)，應(yīng)逐步制定完善的行政法規(guī)引導(dǎo)物流無(wú)人機(jī)的發(fā)展，并推進(jìn)人大在該領(lǐng)域的立法進(jìn)程;中央軍委空中管理委員會(huì)全面領(lǐng)導(dǎo)國(guó)家的飛行管制工作，并由空軍統(tǒng)一組織實(shí)施，二者應(yīng)合理統(tǒng)籌我國(guó)的航空資源，為物流無(wú)人機(jī)的發(fā)展提供保障;民用航空局、地方飛行管制部門(mén)作為具體的空中交通管制服務(wù)部門(mén)，則應(yīng)在上級(jí)部門(mén)的領(lǐng)導(dǎo)下落實(shí)各項(xiàng)管制政策，協(xié)調(diào)解決物流無(wú)人機(jī)在應(yīng)用過(guò)程中存在的實(shí)際困難;公安部則應(yīng)領(lǐng)導(dǎo)各基層公安單位，著重解決物流無(wú)人機(jī)可能因安全問(wèn)題等引發(fā)的民事糾紛。

3.3.2 制定完善的法律法規(guī)

無(wú)人機(jī)在物流行業(yè)的應(yīng)用涉及到生產(chǎn)、銷(xiāo)售、使用等一系列環(huán)節(jié)，同時(shí)也和無(wú)人機(jī)操作員的管理密不可分。為規(guī)范物流無(wú)人機(jī)的健康發(fā)展，相關(guān)的法律法規(guī)應(yīng)做到對(duì)所有環(huán)節(jié)的全覆蓋：在生產(chǎn)方面，應(yīng)針對(duì)原材料、加工工藝等方面進(jìn)行規(guī)范，并要求出廠前綜合驗(yàn)證無(wú)人機(jī)的性能，確保質(zhì)量過(guò)關(guān)、性能可靠;在銷(xiāo)售方面，應(yīng)建立跟蹤制度，確保無(wú)人機(jī)出現(xiàn)安全問(wèn)題或事故時(shí)責(zé)任可溯，同時(shí)應(yīng)明確物流無(wú)人機(jī)合法持有者的范圍;在使用方面，應(yīng)明確物流無(wú)人機(jī)所有者的權(quán)利義務(wù)，例如飛行數(shù)據(jù)上傳、強(qiáng)制險(xiǎn)繳納等;另外，在飛行員管理方面應(yīng)進(jìn)行分級(jí)，例如不同等級(jí)、類(lèi)型的無(wú)人機(jī)駕駛員可使用的無(wú)人機(jī)的尺寸、類(lèi)型不同等。

4? 結(jié)論與展望

本文以物流無(wú)人機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)其發(fā)展脈絡(luò)進(jìn)行了梳理。通過(guò)分析，指出了存在動(dòng)力性能、安全性能、監(jiān)管機(jī)制3方面的關(guān)鍵問(wèn)題;進(jìn)而，本文提出了相應(yīng)的解決途徑，其中，針對(duì)物流無(wú)人機(jī)續(xù)航里程的問(wèn)題，本文提出開(kāi)發(fā)燃料電池等新能源以及深化混合動(dòng)力;針對(duì)安全性能問(wèn)題，本文提出通過(guò)單傳感器的優(yōu)化及多傳感器的融合提升傳感器性能;針對(duì)監(jiān)管機(jī)制不健全的問(wèn)題，本文在明確部門(mén)監(jiān)管職責(zé)、完善法律法規(guī)兩方面提出了相應(yīng)的建議。

未來(lái)的物流無(wú)人機(jī)仍有待長(zhǎng)足發(fā)展，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)在物流無(wú)人機(jī)上的應(yīng)用，同時(shí)結(jié)合新材料、新能源的開(kāi)發(fā)，勢(shì)必能使物流無(wú)人機(jī)獲得到更廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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