王辛巖，張智淇，張 翔，龔 栩，郎 春 （西藏大學(xué) 工學(xué)院，西藏 拉薩 850000）

0 引 言

近年來，隨著電子商務(wù)行業(yè)的飛速發(fā)展，線上購(gòu)物已經(jīng)成為時(shí)代的熱潮，尤其在近兩年來各大電商平臺(tái)爭(zhēng)相舉辦線上購(gòu)物銷售活動(dòng)，啟用優(yōu)惠、直播帶貨等方式，2022年，淘寶平臺(tái)一年的成交額達(dá)到了137 900億元，較2021年同比增長(zhǎng)4%。面對(duì)如此巨額的交易量，物流企業(yè)需要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成全部訂單的配送，需要完成巨額的配送任務(wù)，需要大量的人力，這就對(duì)成本提出了較高的要求，此時(shí)，無人機(jī)作為一種新型配送工具起到了舉足輕重的作用。相比于地面運(yùn)輸無人機(jī)具有方便高效、節(jié)約資源等優(yōu)點(diǎn)，在一些交通癱瘓路段、區(qū)域以及部分偏遠(yuǎn)的區(qū)域，合理利用低空資源可以有效地減輕地面交通的負(fù)擔(dān)。在物流行業(yè)中，人工短缺問題一直也是制約物流業(yè)發(fā)展的一大因素，無人機(jī)作為物流機(jī)械化的代表，能在盤點(diǎn)、運(yùn)輸和配送等環(huán)節(jié)中得到最大限度的開發(fā)和利用，可以與其他作業(yè)形式銜接配合，在科學(xué)規(guī)劃的基礎(chǔ)上，綜合利用互聯(lián)網(wǎng)+無人機(jī)的技術(shù)與方式，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能協(xié)同和配送優(yōu)化。

1 現(xiàn)階段無人機(jī)發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)如今，商用無人機(jī)在低空領(lǐng)域的技術(shù)和成本的突破，即將開啟一個(gè)新的商業(yè)狀態(tài)，為人們的生活帶來巨大的改變。在國(guó)外，歐美國(guó)家對(duì)無人機(jī)領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用非?；钴S，無人機(jī)技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。在民用領(lǐng)域，歐美國(guó)家無人機(jī)的應(yīng)用主要集中在配送、工業(yè)、建筑和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，例如風(fēng)力發(fā)電機(jī)的巡檢、橋梁和高樓的檢查等。同時(shí)，無人機(jī)技術(shù)還在不斷創(chuàng)新，如使用傳感器和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)自主飛行、使用太陽能電池板實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間飛行等。在國(guó)內(nèi)，隨著近年來政府對(duì)無人機(jī)產(chǎn)業(yè)的重視和扶持，中國(guó)的無人機(jī)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，無人機(jī)已經(jīng)成為多個(gè)領(lǐng)域的必備工具，中國(guó)成為全球最大的無人機(jī)生產(chǎn)和消費(fèi)市場(chǎng)之一。國(guó)內(nèi)也開發(fā)了一系列高性能無人機(jī)，如彩虹系列、翼龍系列、鯤鵬系列等。在民用領(lǐng)域，中國(guó)的無人機(jī)應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大，涵蓋了航拍、電力巡檢、農(nóng)業(yè)植保、物流配送等多個(gè)領(lǐng)域。近年來，中國(guó)的無人機(jī)企業(yè)不斷涌現(xiàn)，見圖1、圖2，如大疆、中國(guó)航發(fā)、中航工業(yè)等，成為了世界知名的無人機(jī)制造商。總體來看，無人機(jī)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展前景十分廣闊，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用場(chǎng)景的不斷拓展，無人機(jī)將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為各行各業(yè)提供更加高效、精準(zhǔn)、安全的解決方案。同時(shí)，無人機(jī)的應(yīng)用也需要加強(qiáng)法規(guī)制定和管理，確保其安全性與合法性。

圖1 各品牌無人機(jī)銷量占比

圖2 2018—2021 年注冊(cè)無人機(jī)數(shù)量

2 青藏高原獨(dú)特的地域地勢(shì)

青藏地區(qū)平均海拔在4 000米以上，有“世界屋脊”之稱。青藏高原東西長(zhǎng)約2 800千米，南北寬約300千米～1 500千米，總面積約250萬平方千米，地形上可分為羌塘高原、藏南谷地、柴達(dá)木盆地、祁連山地、青海高原和川藏高山峽谷區(qū)6個(gè)部分。西藏牧區(qū)是我國(guó)最大的高寒草甸草原畜牧區(qū)，富有獨(dú)特的高寒農(nóng)業(yè)特色。全自治區(qū)共有天然草場(chǎng)近8 267萬公頃，其中可利用的草場(chǎng)有5 646萬公頃，約占全國(guó)的1/5。在廣袤且基本無障礙物的邊遠(yuǎn)牧區(qū)，無人機(jī)可供飛行的距離相對(duì)較大且安全性較高。

3 無人機(jī)＋配送小車組合配送方式的可行性

高原擁有廣闊的地域供無人機(jī)飛行和小車移動(dòng)，基于無人機(jī)掃描三維成像的路徑優(yōu)化系統(tǒng)可支持路徑優(yōu)化服務(wù)，見圖3，該系統(tǒng)開發(fā)的功能包含：云臺(tái)控制；端口設(shè)置；航拍基本設(shè)置；手動(dòng)控制。軟件運(yùn)行穩(wěn)定無插件，下載后便可直接使用。擁有多種安全訪問控制機(jī)制，同時(shí)支持多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。軟件實(shí)時(shí)性強(qiáng)，備份數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)刻獲取最新的更新數(shù)據(jù)。且可同時(shí)在PC端和手機(jī)端實(shí)時(shí)觀測(cè)無人機(jī)的所在位置及周邊處境等信息[1]，見圖4、圖5。

圖3 無人機(jī)Pixhawk 原理圖

圖4 電腦端實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)無人機(jī)位置圖像

圖5 實(shí)驗(yàn)所用無人機(jī)

配送小車由Arduino開發(fā)，具有簡(jiǎn)單的緊急避險(xiǎn)功能，兩者采取相結(jié)合的方式，以在能量消耗方面達(dá)到最優(yōu)。

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)可得出無人機(jī)懸停時(shí)[2]，電機(jī)所需提供的最大拉力Lmax。

設(shè)懸停狀態(tài)下單個(gè)電機(jī)的拉力為L(zhǎng)α，式中α為安全裕量，在實(shí)際應(yīng)用中α一般大于或等于0.3。

如表1所示，如此可得出無人機(jī)在懸停狀態(tài)下的最大拉力為5 720g。

表1 四旋翼無人機(jī)采用配件

4 配送筐的設(shè)計(jì)

針對(duì)西藏地區(qū)多變且氣溫波動(dòng)大的天氣，選取適宜的配送筐包裹材料顯得尤為重要，現(xiàn)對(duì)三種材料進(jìn)行研究。第一種，橡塑海綿，其導(dǎo)熱系數(shù)低，具有細(xì)致的獨(dú)立氣泡結(jié)構(gòu)，無空氣對(duì)流，完全閉孔結(jié)構(gòu)，絕熱效果持久且良好。在89 ℃以上、-60 ℃以下環(huán)境中物理性質(zhì)不會(huì)發(fā)生變化，不吸水，不凝露，使用壽命長(zhǎng)。第二種，巖棉保溫氈，以玄武石及其他天然礦石等為主要原料，經(jīng)高溫熔融而成纖，加入適量粘接劑加工而成，也是導(dǎo)熱系數(shù)低的一種優(yōu)質(zhì)隔熱保溫材料。第三種，硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，是一種新型高分子合成材料，具有重量輕、比強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)小、隔熱性能好等優(yōu)點(diǎn)，是一種應(yīng)用很廣的保溫材料。在西藏晝夜溫差大、紫外線強(qiáng)烈、多雨多雪多冰雹的自然條件下，應(yīng)選擇合適的包裹材料。

5 無人機(jī)配送的前景分析及發(fā)展意義

在不久的將來，無人機(jī)送貨無疑會(huì)成為一種高科技且令人興奮的物流解決方案，能夠大幅減少交通擁堵、事故和溫室氣體排放。無人機(jī)配送可以大幅提高物流配送的效率，減少配送時(shí)間和成本。無人機(jī)可以在人力難以到達(dá)的地方進(jìn)行配送，如山區(qū)、島嶼、雪山等，提高了配送的覆蓋范圍和效率。無人機(jī)配送可以減少人力和物力成本，使配送成本降低。無人機(jī)配送還可以減少配送過程對(duì)道路和交通的依賴，減少了交通擁堵和污染問題。無人機(jī)配送可以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷配送，為消費(fèi)者提供更加方便快捷的服務(wù)。特別是在緊急救援、醫(yī)療配送等方面，無人機(jī)配送可以大幅提高配送的效率和準(zhǔn)確性。無人機(jī)配送離不開多個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)支持，如航空、通信、控制等，可以促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。無人機(jī)與騎手是協(xié)同關(guān)系，是對(duì)現(xiàn)有人力的補(bǔ)充。然而，盡管它看起來極具吸引力，但我們絕不能輕易忽視其中潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。作為一種新興的物流方式，無人機(jī)送貨在其發(fā)展進(jìn)程中面臨著一些關(guān)鍵性的挑戰(zhàn)。安全問題是其中首要的挑戰(zhàn)，無人機(jī)在復(fù)雜的空中環(huán)境中飛行，可能會(huì)遭遇各種意想不到的風(fēng)險(xiǎn)，如惡劣天氣、電線、高樓等，也可能碰撞到其他飛行器或鳥類；而且，無人機(jī)還需要解決自身的技術(shù)挑戰(zhàn)，比如穩(wěn)定性、電池續(xù)航能力、抗干擾能力、載重能力等；此外，無人機(jī)的防御性也存在漏洞，在運(yùn)輸過程中，無人機(jī)可能會(huì)面臨各種安全威脅，如黑客攻擊、信號(hào)干擾或惡意捕獲等。因此我們需要更好的技術(shù)來提升無人機(jī)的各項(xiàng)能力，需要更強(qiáng)的防護(hù)措施來防范黑客攻擊，還需要更完善的隱私保護(hù)政策，來確保無人機(jī)物流更安全、高效地發(fā)展[3]。