王 琰

(福建商學(xué)院 經(jīng)濟(jì)貿(mào)易系，福州 350012)

無人機(jī)快遞服務(wù)系統(tǒng)構(gòu)建和技術(shù)優(yōu)化研究

王 琰

(福建商學(xué)院 經(jīng)濟(jì)貿(mào)易系，福州 350012)

構(gòu)建無人機(jī)快遞服務(wù)系統(tǒng)能夠推動(dòng)無人機(jī)在快遞服務(wù)業(yè)的規(guī)?；瘧?yīng)用。研究認(rèn)為，通過建設(shè)快遞保障系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)和第三方民航監(jiān)管部門管理平臺來構(gòu)建無人機(jī)快遞服務(wù)系統(tǒng)。從續(xù)航能力、衛(wèi)星信號失鎖和通信信號干擾、防水和防強(qiáng)氣流等能力不高、定位精度、電子導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新滯后等方面提出優(yōu)化無人機(jī)快遞服務(wù)系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)從而提升系統(tǒng)快遞服務(wù)能力的對策，分析了技術(shù)優(yōu)化對無人機(jī)快遞運(yùn)營成本的影響。

快遞無人機(jī)；無人機(jī)快遞服務(wù)；快遞保障系統(tǒng)；監(jiān)管；技術(shù)優(yōu)化

國家郵政局公布的行業(yè)統(tǒng)計(jì)信息顯示，2016年上半年，全國快遞服務(wù)企業(yè)業(yè)務(wù)量累計(jì)完成132.5億件，同比增長56.7%，接近2014年全年水平(139.6億件)。然而，在快遞業(yè)務(wù)量高速增長的同時(shí)，服務(wù)質(zhì)量卻令人堪憂。2014年1月至2016年6月，每月各級郵政管理局受理的申訴件中，涉及快遞服務(wù)問題占總申訴量的95%以上。各大快遞企業(yè)一直致力于探索如何在降低成本的同時(shí)還能保證服務(wù)的質(zhì)量，滿足客戶需求。

無人機(jī)快遞的規(guī)?；苡行?yīng)對快遞訂單量的巨額增長，提升快遞的投遞效率和服務(wù)質(zhì)量，降低快件的延誤率、損毀率、丟失率以及快遞投訴率，同時(shí)還能降低運(yùn)營成本、倉庫成本、人力成本等，提升行業(yè)競爭力，使快遞的投送更加安全、可靠、快捷。然而，無人機(jī)快遞服務(wù)還處于研發(fā)、實(shí)驗(yàn)、內(nèi)測和小范圍應(yīng)用階段，快遞服務(wù)領(lǐng)域還沒建立起真正意義上的無人機(jī)系統(tǒng)，無法實(shí)現(xiàn)較為完善的快遞服務(wù)功能和對快遞無人機(jī)的有效監(jiān)管。要推廣無人機(jī)在快遞業(yè)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；仨殬?gòu)建快遞服務(wù)領(lǐng)域的無人機(jī)系統(tǒng)，即構(gòu)建無人機(jī)快遞服務(wù)系統(tǒng)。

1 無人機(jī)快遞服務(wù)系統(tǒng)的體系構(gòu)建

無人機(jī)(unmanned aerial vehicle, UAV) 是指利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。目前，無人機(jī)技術(shù)正得到世界各國生產(chǎn)者和研究者的青睞，在搶險(xiǎn)救災(zāi)分析與災(zāi)后救援、電力巡檢、航空攝影、遙感探礦、環(huán)境監(jiān)測以及公安執(zhí)法等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，這些領(lǐng)域基本已建立起了較為成熟的無人機(jī)系統(tǒng)。無人機(jī)系統(tǒng)(unmanned aerial system, UAS)是一套綜合的技術(shù)支撐系統(tǒng)，它是對UAV概念的擴(kuò)展，它由機(jī)體、機(jī)上載荷和地面設(shè)備等組成，實(shí)現(xiàn)其飛行、操控、數(shù)據(jù)處理和信息傳導(dǎo)等功能[1]。

要建立快遞服務(wù)領(lǐng)域真正意義上的無人機(jī)系統(tǒng)，可根據(jù)其它領(lǐng)域的無人機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，結(jié)合快遞服務(wù)的特點(diǎn)和民航監(jiān)管部門監(jiān)督管理的需求，通過建立快遞保障系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)和第三方(民航監(jiān)管部門)管理平臺三大子系統(tǒng)來完成，如圖1所示。

構(gòu)建快遞保障系統(tǒng)是通過配備相應(yīng)的物流功能單元以完成無人機(jī)快遞服務(wù)任務(wù)，可分為機(jī)載部分和地面部分。除了機(jī)載部分和地面部分均配有常規(guī)的物流信息系統(tǒng)外，在無人機(jī)快遞保障系統(tǒng)的地面部分還需通過建設(shè)無人機(jī)動(dòng)力快速補(bǔ)充站、無人機(jī)快遞配送收發(fā)站或?qū)Ｓ弥悄芸爝f柜來實(shí)現(xiàn)和完善無人機(jī)快遞的服務(wù)功能。當(dāng)前，無人機(jī)快遞配送收發(fā)站還處于內(nèi)測和小范圍使用階段，無人機(jī)動(dòng)力快速補(bǔ)充站和專用智能快遞柜理論上和實(shí)踐上都還沒有正式進(jìn)入人們的視野。

圖1 無人機(jī)快遞服務(wù)系統(tǒng)體系構(gòu)建圖

飛行控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)無人機(jī)精確定位、安全運(yùn)行和合理調(diào)度的有機(jī)集合體[2]，由于其它領(lǐng)域無人機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部均有該子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)的構(gòu)建所需組成部分與其它領(lǐng)域?qū)?yīng)的組成部分相仿，但需要結(jié)合快遞服務(wù)的特點(diǎn)對該子系統(tǒng)涉及的新材料技術(shù)、電池技術(shù)、遙感技術(shù)、GPS、GIS、通信技術(shù)等高科技含量技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以期實(shí)現(xiàn)和提升無人機(jī)快遞服務(wù)系統(tǒng)的關(guān)鍵服務(wù)能力。

在快遞服務(wù)系統(tǒng)中搭建第三方(民航監(jiān)管部門)管理平臺的目的則是實(shí)現(xiàn)中國民用航空局等民航監(jiān)管部門對無人機(jī)快遞的監(jiān)督和管理。

2 無人機(jī)快遞服務(wù)系統(tǒng)的功能剖析

2.1 快遞保障子系統(tǒng)

在快遞保障系統(tǒng)中，常規(guī)的物流信息系統(tǒng)自然是必不可少的，例如巴槍系統(tǒng)，其是利用通信運(yùn)營商成熟的網(wǎng)絡(luò)平臺，以手機(jī)或PDA終端作為數(shù)據(jù)存儲的載體，連接條碼掃描槍，形成的一套數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)。在“最后一公里”配送模式下，快遞員在無人機(jī)配送收發(fā)站降落后，將快件從機(jī)艙內(nèi)取出，用巴槍掃描確認(rèn)航班到達(dá)，無人機(jī)即可自動(dòng)返航或由快遞員放入新快件完成下一項(xiàng)遞送任務(wù)。而除了常規(guī)的物流信息系統(tǒng)外，在無人機(jī)快遞保障系統(tǒng)的地面部分還需建設(shè)無人機(jī)動(dòng)力快速補(bǔ)充站、無人機(jī)快遞配送收發(fā)站或?qū)Ｓ弥悄芸爝f柜。建設(shè)無人機(jī)動(dòng)力快速補(bǔ)充站是在無人機(jī)快遞飛行器各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)沒有得到提升和成本制約下，提高無人機(jī)續(xù)航能力的有效手段。而無人機(jī)快遞配送收發(fā)站和專用智能快遞柜是互相替代的關(guān)系，分別對應(yīng)“最后一公里”和“最后100米”兩種快遞末端模式。

(1)無人機(jī)動(dòng)力快速補(bǔ)充站。油動(dòng)無人機(jī)已實(shí)現(xiàn)通過“空中加油”來完成動(dòng)力補(bǔ)充。而民用無人機(jī)，尤其是快遞無人機(jī)，多以電動(dòng)為主?？爝f無人機(jī)飛行器總重量和蓄電池容量是影響其續(xù)航能力的主要因素[3]。目前，已推出無人機(jī)快遞計(jì)劃的快遞企業(yè)研發(fā)的快遞無人機(jī)的承重多為500g—10kg不等，續(xù)航時(shí)間一般不超過1個(gè)小時(shí)。例如，亞馬遜所設(shè)計(jì)采用的8軸無人機(jī)最大可承重2kg(86%的網(wǎng)購商品重量在這個(gè)數(shù)值以下)，運(yùn)送范圍在亞馬遜物流配送中心16km范圍內(nèi)。而德國快遞業(yè)巨頭DHL所設(shè)計(jì)的Paketkopter4軸無人機(jī)承重為1.2kg，飛行時(shí)間最長約為45分鐘。這些指標(biāo)對于無人機(jī)快遞的主要應(yīng)用領(lǐng)域同城小件配送而言，已經(jīng)足以滿足需求。但對于高達(dá)幾十公里到上百公里甚至更遠(yuǎn)的運(yùn)輸距離，在無人機(jī)快遞飛行器各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)沒有得到提升和成本制約下，建設(shè)遠(yuǎn)距離航線中途的無人機(jī)動(dòng)力快速補(bǔ)充站無疑是最直接有效的手段。在選址上，應(yīng)盡可能利用企業(yè)已建成的物流節(jié)點(diǎn)，讓物流節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)多元化功能，避免重復(fù)建設(shè)成本。在無人機(jī)快遞補(bǔ)充站內(nèi)，利用快速充電技術(shù)，通過專用充電樁給無人機(jī)電池充電，可以采用無人自動(dòng)或是人工干預(yù)兩種模式。隨著快速充電技術(shù)的不斷完善，充電時(shí)間將不斷縮短。而隨著無線充電技術(shù)的慢慢成熟，其與快速充電技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)品更會(huì)給無人機(jī)動(dòng)力補(bǔ)充帶來劃時(shí)代的變革。當(dāng)然，對于加急的快遞特殊件，直接給無人機(jī)更換電池，則將動(dòng)力補(bǔ)充時(shí)間的決定因素由充電時(shí)間轉(zhuǎn)換為電池更換時(shí)間。

(2)無人機(jī)快遞配送收發(fā)站?？爝f企業(yè)當(dāng)然可自建專用的無人機(jī)快遞配送收發(fā)站，對于人煙稀少的山區(qū)或是小島，哪怕是城郊，相應(yīng)的成本都是可以接受的。無人機(jī)降落在快遞配送收發(fā)站(一般收發(fā)站要有一定面積的空地)，快遞員從降落的無人機(jī)機(jī)艙中取出快遞包裹，進(jìn)行“最后一公里”的快遞配送。但是，市區(qū)寸土寸金的用地成本將讓快遞企業(yè)對自建無人機(jī)快遞配送收發(fā)站望而卻步，因此應(yīng)尋求與相關(guān)部門的合作，例如與物業(yè)公司合作，由物業(yè)指定經(jīng)過相關(guān)培訓(xùn)的工作人員，在指定的地點(diǎn)待無人機(jī)降落后進(jìn)行取件，隨后進(jìn)行“最后100米”的投遞。對于市區(qū)辦公樓，收發(fā)站可以設(shè)在辦公樓頂樓空地；對于住宅小區(qū)，收發(fā)站可以設(shè)為專用的小區(qū)園區(qū)服務(wù)站。一般而言，物業(yè)公司沒有代收快遞的義務(wù)，這就更加需要通過簽訂相關(guān)協(xié)議，界定好各方的責(zé)任，對各服務(wù)方給予合理的利益分配，才能理順“發(fā)貨方(大多是電商)、快遞企業(yè)、物業(yè)公司、收貨人”這一服務(wù)鏈的各方關(guān)系。

(3)無人機(jī)專用智能快遞柜。智能快遞柜被認(rèn)為是解決包裹“最后100米”的一種較為經(jīng)濟(jì)有效的方式?？爝f員只要將包裹暫時(shí)保存在投遞箱內(nèi)，并將投遞信息通過短信等方式發(fā)送給用戶，提供24小時(shí)自助取件服務(wù)。2015年11月，國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于加快發(fā)展生活性服務(wù)業(yè)促進(jìn)消費(fèi)結(jié)構(gòu)升級的指導(dǎo)意見》強(qiáng)調(diào)了要積極發(fā)展冷鏈物流、倉儲配送一體化等物流服務(wù)新模式，推廣使用智能包裹柜、智能快件箱。在無人工干預(yù)下，無人機(jī)自動(dòng)降落并投放快遞包裹于智能快遞柜，這需要一種無人機(jī)專用的智能快遞柜。在技術(shù)上，研發(fā)無人機(jī)專用快遞柜并不是什么難題，這無疑能提高末端配送效率和節(jié)約人力時(shí)間成本，但同時(shí)也帶來了與無人機(jī)專用智能快遞柜相關(guān)的購置成本、運(yùn)營成本以及維護(hù)成本。如何在上述的物流快遞系統(tǒng)效益背反現(xiàn)象中尋求降低成本和提高客戶滿意度的平衡，快遞企業(yè)、無人機(jī)供應(yīng)商和智能快遞柜供應(yīng)商不但要在研發(fā)技術(shù)上降低軟硬件成本，還需要尋求多元化的盈利模式，例如，可以考慮在提供服務(wù)的基礎(chǔ)上形成寄件傭金、軟硬件服務(wù)以及快遞柜顯示廣告的營收模式。

2.2 飛行控制子系統(tǒng)

無人機(jī)快遞服務(wù)系統(tǒng)中的飛行控制子系統(tǒng)主要由機(jī)載部分和地面部分組成。機(jī)載部分主要由計(jì)算機(jī)控制與導(dǎo)航系統(tǒng)、飛行數(shù)據(jù)記錄儀、動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)、高精度差分GPS、氣象傳感器、小型雷達(dá)探測障礙系統(tǒng)、數(shù)字加密通信系統(tǒng)機(jī)上部分和起降系統(tǒng)機(jī)上部分組成，主要功能是控制快遞無人機(jī)嚴(yán)格按預(yù)先設(shè)定地址和線路飛行，控制航速和航高、規(guī)避航路障礙和惡劣氣象風(fēng)險(xiǎn)以及精準(zhǔn)控制無人機(jī)快遞起降；地面部分主要由遠(yuǎn)程調(diào)度系統(tǒng)、數(shù)字加密通信系統(tǒng)地面部分以及起降系統(tǒng)地面部分組成，主要功能是負(fù)責(zé)快遞調(diào)度控制和實(shí)時(shí)通信服務(wù)。飛行控制系統(tǒng)能夠穩(wěn)定無人機(jī)飛行姿態(tài)，能夠控制無人機(jī)自主或半自主飛行，并能在飛行過程中智能規(guī)避危險(xiǎn)，是無人機(jī)的大腦。

2.3 “第三方(民航監(jiān)管部門)管理平臺”子系統(tǒng)

無人機(jī)使用的監(jiān)管目前在國內(nèi)有三種形式：一是無人機(jī)通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，目前已有中國(深圳)無人機(jī)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)布的《民用無人機(jī)系統(tǒng)通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》；二是無人機(jī)飛行的空域管理，可參照中國民用航空局頒布的《民用無人機(jī)空中交通管理規(guī)定》、《低空域使用管理規(guī)定》等；三是無人機(jī)飛行操作管理，可參照中國民用航空局頒布的《民用無人機(jī)駕駛航空器系統(tǒng)駕駛員管理暫行規(guī)定》。

然而無人機(jī)應(yīng)用在快遞服務(wù)中還存在著難以有效監(jiān)管的幾個(gè)主要問題：首先，快遞服務(wù)無人機(jī)飛行有關(guān)參數(shù)還無法做到有效監(jiān)控，如飛行范圍、飛行高度、飛行速度、搭載限制等，這些作業(yè)規(guī)程的具體要求目前還沒有體現(xiàn)在無人機(jī)快遞服務(wù)系統(tǒng)中。其次，飛行空域?qū)徟鷷r(shí)效較長，往往需要一兩周以上時(shí)間，對于物流行業(yè)來說，這個(gè)周期顯然太長，無法滿足快遞企業(yè)的快速運(yùn)轉(zhuǎn)需求；最后，無人機(jī)技術(shù)專業(yè)性較高，而快遞服務(wù)人員流動(dòng)性較大，造成快遞企業(yè)對無人機(jī)操控人員的培訓(xùn)動(dòng)力不足，流于形式。

針對上述無人機(jī)快遞監(jiān)管存在的問題，必須在監(jiān)管部門和快遞企業(yè)之間搭起一座橋梁，即無人機(jī)快遞服務(wù)系統(tǒng)中的另一個(gè)子系統(tǒng)——第三方(民航監(jiān)管部門)管理平臺，由相關(guān)的軟硬件設(shè)備組成，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)如下監(jiān)管功能：首先，該平臺嚴(yán)格按照民航總局頒布的有關(guān)規(guī)定來限定無人機(jī)快遞服務(wù)系統(tǒng)中的各參數(shù)，如飛行的高度、飛行路線、貨物載重、飛行速度等，并能及時(shí)監(jiān)控到各種違規(guī)行為做出相應(yīng)處罰。其次，監(jiān)管部門可以要求運(yùn)營服務(wù)中的快遞服務(wù)無人機(jī)必須進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化編碼(實(shí)現(xiàn)一機(jī)一碼)和飛行許可定期認(rèn)證，而所屬快遞企業(yè)更要進(jìn)行實(shí)名認(rèn)證，而對于上述認(rèn)證申請和無人機(jī)快遞飛行空域申請，可以采取網(wǎng)絡(luò)在線和現(xiàn)場相結(jié)合的申請方式，避免無效申請，所有申請都通過第三方管理平臺完成，節(jié)約了申請和審批時(shí)間，簡化了手續(xù)流程；最后，監(jiān)管部門可要求快遞企業(yè)把無人機(jī)操作規(guī)范和航空安全知識納入到快遞無人機(jī)操控培訓(xùn)中，強(qiáng)制無人機(jī)操控人員定期參加培訓(xùn)，并通過考核取得資格證書來規(guī)范行業(yè)安全有序發(fā)展，操控人員的實(shí)名認(rèn)證信息和資格證書信息都要錄入第三方管理平臺。第三方(民航監(jiān)管部門)管理平臺的開發(fā)和有效運(yùn)行需要監(jiān)管部門和快遞企業(yè)的協(xié)同運(yùn)作，而平臺的優(yōu)化和發(fā)展也有賴于民航監(jiān)管部門加快制定和完善無人機(jī)分類標(biāo)準(zhǔn)，包括技術(shù)制造標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)、安全等級標(biāo)準(zhǔn)等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，健全無人機(jī)監(jiān)管體系。

3 基于提升無人機(jī)快遞服務(wù)系統(tǒng)關(guān)鍵服務(wù)能力的技術(shù)優(yōu)化

為了提高無人機(jī)快遞服務(wù)系統(tǒng)關(guān)鍵服務(wù)能力，尤其是是續(xù)航能力、安全性和智能化水平，須在無人機(jī)快遞服務(wù)運(yùn)營成本控制下，優(yōu)化無人機(jī)快遞服務(wù)系統(tǒng)中的相關(guān)技術(shù)或通過管理創(chuàng)新彌補(bǔ)技術(shù)的不足。

3.1 優(yōu)化對策

3.1.1 聚焦無人機(jī)供應(yīng)鏈改進(jìn)續(xù)航能力

就純技術(shù)而言，無人機(jī)的續(xù)航能力在工程界已有各種較好的解決方案。只是當(dāng)前快遞無人機(jī)在工程預(yù)算和安全性的制約下，大多為多旋翼電動(dòng)無人機(jī)且采用鋰電池，而鋰電池能量密度提升存在的技術(shù)瓶頸、飛行器體積的限制(影響無人機(jī)自重和安全性)等因素限制了快遞無人機(jī)的續(xù)航能力。常見快遞無人機(jī)續(xù)航時(shí)間一般不超過一個(gè)小時(shí)，最遠(yuǎn)投遞距離一般也不超過20公里。而對于更遠(yuǎn)的投遞距離，快遞無人機(jī)續(xù)航能力不足的問題就突顯出來。

提高快遞無人機(jī)的續(xù)航能力有賴于無人機(jī)供應(yīng)鏈上各方的努力?？爝f企業(yè)一方，可建設(shè)遠(yuǎn)距離航線中途的無人機(jī)動(dòng)力快速補(bǔ)充站給無人機(jī)補(bǔ)充動(dòng)力后繼續(xù)航行，在站內(nèi)通過專用充電樁給無人機(jī)電池充電，對于某些特殊情況，還可直接給無人機(jī)更換電池；同時(shí)快遞企業(yè)還要用需求拉動(dòng)無人機(jī)供應(yīng)商研發(fā)和生產(chǎn)出各項(xiàng)參數(shù)尤其是電池的性能參數(shù)更盡如人意的快遞無人機(jī)。無人機(jī)供應(yīng)商一方，可改進(jìn)機(jī)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并采用輕質(zhì)高強(qiáng)度復(fù)合材料減輕快遞無人機(jī)自重；同時(shí)，也要致力于積極推進(jìn)無人機(jī)供應(yīng)鏈上游電池廠商的技術(shù)改進(jìn)，緊跟世界能源和電池高科技的步伐。而伴隨著電池技術(shù)和新材料技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，快遞無人機(jī)供應(yīng)鏈各方既是推動(dòng)者，更是受惠者。

3.1.2 衛(wèi)星信號失鎖和通信信號干擾及其對策

由于快遞服務(wù)中的無人機(jī)飛行路線有可能靠近城市中的高樓、山區(qū)的峽谷和電磁感應(yīng)較大的高壓電線，這就可能會(huì)使GPS的衛(wèi)星信號失鎖，從而嚴(yán)重影響無人機(jī)定位的連續(xù)性。如果長時(shí)間無人機(jī)上的導(dǎo)航設(shè)備無法重新定位，就可能導(dǎo)致運(yùn)行中的無人機(jī)墜毀。除了衛(wèi)星信號失鎖，通信信號干擾也是一個(gè)不可忽視的問題。

針對衛(wèi)星信號可能失鎖問題，在預(yù)算許可下，無人機(jī)供應(yīng)商可在快遞無人機(jī)上加裝慣性導(dǎo)航系統(tǒng)有效解決較短時(shí)間內(nèi)GPS信號失鎖問題。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)是一種不依賴外部信息、也不向外部輻射能量的自主式導(dǎo)航系統(tǒng)，其短期精度和穩(wěn)定性好，但長期精度卻不如GPS[4]。 因此，GPS和INS兩者的有效組合可以優(yōu)勢互補(bǔ)，解決短期失鎖問題和提高瞬間位置精度。

針對通信信號干擾問題，無人機(jī)工程師還可在飛行控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)兩種以上的通信方式，其中一種可以作為專用通信網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)的應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)。而快遞企業(yè)則可通過與國內(nèi)通信運(yùn)營商合作，有償使用其信號發(fā)射塔，使地面通信系統(tǒng)能夠遠(yuǎn)程傳播持續(xù)穩(wěn)定的信號，這樣，快遞無人機(jī)在相合作的通信運(yùn)營商的信號網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)內(nèi)就不再有通信盲區(qū)，甚至有較強(qiáng)的信號，不易受其它信號干擾。

3.1.3 防水、防強(qiáng)氣流等能力不高及對策

快遞無人機(jī)的飛行需要螺旋槳高速旋轉(zhuǎn)，而當(dāng)前市面上的螺旋槳和轉(zhuǎn)軸都是裸露在外面的，如果遇到雨水，雨水就可能經(jīng)過轉(zhuǎn)軸流到電機(jī)，產(chǎn)生電路短路而燒毀；而城市中高樓和山區(qū)有時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬間高級別的對流強(qiáng)風(fēng)，可能使快遞無人機(jī)的瞬時(shí)姿態(tài)失去控制。

針對目前快遞無人機(jī)防水能力不高問題，無人機(jī)工程師在設(shè)計(jì)時(shí)可使用輕質(zhì)硅膠材料對無人機(jī)的上表面密封包裹。而對于瞬間強(qiáng)氣流引起的無人機(jī)機(jī)體姿態(tài)較嚴(yán)重傾斜，無人機(jī)供應(yīng)商可通過配備的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，即時(shí)得到無人機(jī)平臺姿態(tài)的三個(gè)角度數(shù)值，通過飛行控制系統(tǒng)進(jìn)行姿態(tài)自我糾偏。除了技術(shù)上的改進(jìn)，快遞企業(yè)和無人機(jī)供應(yīng)商在設(shè)計(jì)航線時(shí)，可通過本地區(qū)的氣象部門進(jìn)行專業(yè)評估，從多條備選航線中擇優(yōu)選取以盡可能避免氣象干擾。對于優(yōu)選出來的航線，在正式啟用后，快遞企業(yè)還要向本地區(qū)氣象部門定制航線上日常飛行的氣象預(yù)報(bào)，以有效選擇航線或在惡劣天氣下停止航飛。

3.1.4 提升現(xiàn)有定位精度對策

民用小型無人機(jī)的GPS定位是碼定位，理論精度為2.9米，實(shí)際情況受周邊的實(shí)時(shí)氣流影響，在降落位置上與預(yù)先控制降落點(diǎn)距離差可能達(dá)到5米以上，這樣的定位精度對于快遞配送收發(fā)站的末端配送模式是足夠的，因?yàn)闊o人機(jī)是降落在快遞配送收發(fā)站的降落場地上來由快遞員人工把包裹取下來的。而對于無人機(jī)自動(dòng)投遞專用智能快遞柜的末端配送模式，這樣的精度卻無法滿足要求。

為了提高快遞無人機(jī)位置精度，無人機(jī)供應(yīng)商要積極引入高精度的動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，如加裝實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分GPS(RTK)設(shè)備，定位精度基本實(shí)現(xiàn)亞米級，可以有效實(shí)現(xiàn)投放的精準(zhǔn)位置[5]。同時(shí)，快遞企業(yè)對于專用智能快遞柜供應(yīng)商也要提出相應(yīng)參數(shù)的要求，例如在專用智能快遞柜安裝感應(yīng)器，該感應(yīng)器能夠在10米之內(nèi)與無人機(jī)相互感應(yīng)，引導(dǎo)快遞無人機(jī)自動(dòng)投遞包裹于專用智能快遞柜。

3.1.5 電子導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新滯后及其對策

無人機(jī)飛行要靠電子導(dǎo)航系統(tǒng)才能工作，但電子導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、全面更新。例如剛搭起的電線和電塔、新移植的樹木、新建的樓房，這些短期變化在電子導(dǎo)航系統(tǒng)中不一定會(huì)馬上更新顯示。由于快遞無人機(jī)常用飛行高度從幾十米到幾百米不等，在飛行過程中，尤其是在全自動(dòng)化的起飛或降落時(shí)，上述未更新的電子導(dǎo)航系統(tǒng)規(guī)劃的飛行路線會(huì)引發(fā)無法控制的風(fēng)險(xiǎn)。

為了應(yīng)對電子導(dǎo)航系統(tǒng)可能存在的數(shù)據(jù)更新滯后，快遞企業(yè)可利用無人機(jī)的航拍功能，定期對快遞無人機(jī)航線進(jìn)行檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)航線上可能對飛行安全產(chǎn)生影響的新變化并對航線或飛行高度做出調(diào)整。對于飛行過程的意外墜落，快遞企業(yè)可以調(diào)出無人機(jī)上配備的飛行數(shù)據(jù)記錄儀，俗稱飛機(jī)“黑匣子”， 查看飛行日志，檢查電路板是否存在異常情況，如果問題確實(shí)出在飛行器本身或是航線規(guī)劃不當(dāng)，須向客戶賠付貨物在內(nèi)的全部損失，而飛行日志也同時(shí)成為保險(xiǎn)理賠的有效依據(jù)。

3.2 技術(shù)優(yōu)化對無人機(jī)快遞運(yùn)營成本影響分析

據(jù)金融研究公司ARK Invest的研究顯示，亞馬遜無人機(jī)送快遞每件成本約1美元，只相當(dāng)于當(dāng)前其當(dāng)日達(dá)快遞服務(wù)7.99美元的一個(gè)零頭。而國內(nèi)快遞巨頭順豐的當(dāng)日達(dá)，只承諾非高峰期上午10點(diǎn)前快件到達(dá)快遞員手中的情況下當(dāng)晚8點(diǎn)前可以送達(dá)，2kg貨物的費(fèi)用為14元?？爝f無人機(jī)運(yùn)營成本主要包含無人機(jī)飛行器采購成本、保險(xiǎn)費(fèi)、充電電費(fèi)、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)和地面人力支持成本等五部分(詳見表1)。表1對載重量平均2kg、航程10km的快遞無人機(jī)按每天平均運(yùn)營60次計(jì)算其平均單次運(yùn)營成本，根據(jù)采購無人機(jī)飛行器成本1萬元、2萬元和4萬元這三個(gè)級別，按第三者責(zé)任險(xiǎn)保額20萬元和機(jī)身全保進(jìn)行計(jì)算對應(yīng)保費(fèi)分別約為5000元、7000元和9000元，并設(shè)定每天設(shè)備維護(hù)費(fèi)按采購成本的4‰計(jì)算，經(jīng)過攤銷每單無人機(jī)快遞運(yùn)營成本分別為6.42元、7.41元、9.29元，都低于國內(nèi)外當(dāng)日達(dá)業(yè)務(wù)的成本。其中人力支持成本占總成本比例分別為77.8%、67.5%、53.8%，而飛行器采購成本、保費(fèi)和維護(hù)成本合計(jì)占比為17.5%、28.5%、43%。

表1 無人機(jī)運(yùn)營成本分析(表中以平均值計(jì)算)

由此可見，對無人機(jī)快遞服務(wù)系統(tǒng)尤其是飛行控制子系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)化，快遞企業(yè)可以通過對無人機(jī)適當(dāng)配置必要的先進(jìn)設(shè)備和新材料，例如在無人機(jī)上使用輕質(zhì)高強(qiáng)度復(fù)合機(jī)身材料，配備高性能電池、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分GPS(RTK)和“黑匣子”等設(shè)備，這些能夠提高無人機(jī)快遞服務(wù)系統(tǒng)的飛行續(xù)航能力、飛行安全性和智能化程度，盡管這些配置也提高了無人機(jī)的采購成本、保費(fèi)和維護(hù)成本，然而即使由此所帶來的成本成倍提高，對單件攤銷成本影響有限(如表1所示)，對運(yùn)營成本影響不大?？刂七\(yùn)營成本需要抓住的是降低人力支持成本這個(gè)主要矛盾，即將無人機(jī)快遞服務(wù)系統(tǒng)中人機(jī)協(xié)作的人盡可能釋放出來，這也是無人機(jī)快遞服務(wù)系統(tǒng)發(fā)展的長遠(yuǎn)目標(biāo)。

4 結(jié)語及進(jìn)一步研究方向

無人機(jī)快遞服務(wù)系統(tǒng)的構(gòu)建需要三大子系統(tǒng)——快遞保障系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)和第三方(民航監(jiān)管部門)管理平臺互融協(xié)同發(fā)展。本文利用系統(tǒng)論、根據(jù)三大子系統(tǒng)在實(shí)踐中開發(fā)和應(yīng)用程度的不同，對三大子系統(tǒng)進(jìn)行研究并各有側(cè)重點(diǎn)。本文研究分析的“在構(gòu)建快遞保障系統(tǒng)的體系中建設(shè)無人機(jī)動(dòng)力快速補(bǔ)充站、無人機(jī)快遞配送收發(fā)站或無人機(jī)專用智能快遞柜并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能”，以及本文提出的“搭建第三方(民航監(jiān)管部門)管理平臺對無人機(jī)快遞進(jìn)行監(jiān)管”，在實(shí)證研究上幾乎還是空白，上述的探索性研究指明了無人機(jī)快遞服務(wù)領(lǐng)域的進(jìn)一步的研究方向：第一，構(gòu)建快遞保障系統(tǒng)體系中建設(shè)的各軟硬件設(shè)施設(shè)備對物流企業(yè)的成本影響；第二，快遞企業(yè)如何與民航監(jiān)管部門合作開發(fā)并協(xié)同運(yùn)作第三方管理平臺。

[1] 李德仁,李明.無人機(jī)遙感系統(tǒng)的研究進(jìn)展與應(yīng)用前景[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版)，2014(5)：505-508.

[2] 劉樹鋒,陳欣,劉標(biāo).小型化無人機(jī)實(shí)時(shí)飛行仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].兵工自動(dòng)化,2014(6)：27-31.

[3] Hua Min Zhang,Li Li.A Flight Evaluating System Using Flight Gear[J].Applied Mechanics and Materials,2013,2560(347):891-894.

[4] 李銘.無人機(jī)在海外市場中新建通信基站無線設(shè)計(jì)勘察中的運(yùn)用探討[J].信息通信，2016(2)：229-230.

[5] 林鷹.無人機(jī)進(jìn)軍空中快遞業(yè)[J].交通與運(yùn)輸，2014(1):41-42.

責(zé)任編輯：張曉輝

Research on the Construction and Technology Optimization of UAV Express Service System

WANG Yan

(Department of Economics and Trade， Fujian Commercial College, Fuzhou 350012, China)

The building of UAV express service system can promote the scale applications of UAV in the express service industry. This study considers that the building of UAV express service system can be implemented through the construction of the express safeguard system, flight control system and management platform of the third-party civil aviation regulatory authorities.This paper analyzes the functions of these subsystems. From the endurance ability, loss of lock and communication interferences of satellite signals, poor resistance against water and strong turbulence, positioning accuracy, lag of data updating in electronic navigation system and other aspects，measures to improve the related technologies of UAV express services system are put forward so as to enhance express service capacity, and the impact of technology optimization on UAV express operating costs is explored.

UAV for express; UAV express services; express safeguard system; supervision; technology optimization

2016-04-06

福建省中青年教師教育科研項(xiàng)目(JAS160664)

王琰(1981-)，女，福建福州人，講師，碩士，主要從事物流管理研究。

C931

A

1009-3907(2016)12-0081-05