摘要：無人駕駛技術(shù)的發(fā)展拓寬了無人物流的應(yīng)用場(chǎng)景，解決了園區(qū)物流自動(dòng)化、少人化推進(jìn)的障礙，是目前無人駕駛技術(shù)應(yīng)用的最成熟的場(chǎng)景，也是園區(qū)物流最前沿的應(yīng)用技術(shù)。本文針對(duì)室外無人配送場(chǎng)景，分析了室外場(chǎng)景的環(huán)境特點(diǎn)及難點(diǎn)，分析了室外無人配送設(shè)備的硬件構(gòu)成及軟件架構(gòu)的常規(guī)解決方案，并介紹了目前國(guó)內(nèi)園區(qū)室外無人配送的需求及典型的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：無人駕駛；園區(qū)無人配送；物流；室外配送

中圖分類號(hào)：F407 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

我國(guó)是世界制造業(yè)大國(guó)，截至2024 年1 月，我國(guó)制造業(yè)增加值占全球比重約30%[1]，連續(xù)14 年位居全球首位。我國(guó)傳統(tǒng)制造業(yè)體量大，在制造業(yè)中占比超過80%，是我國(guó)保持全球第一制造業(yè)大國(guó)地位的基本盤[2]。推動(dòng)傳統(tǒng)制造業(yè)向數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)，是主動(dòng)適應(yīng)和引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的戰(zhàn)略選擇[3]。

多年來，制造業(yè)物流配送領(lǐng)域自動(dòng)化是傳統(tǒng)制造業(yè)升級(jí)的熱門領(lǐng)域，AGV、CTU、無人叉車、條碼識(shí)別、RFID、視覺識(shí)別、倉(cāng)儲(chǔ)管理及貨物跟蹤等技術(shù)的廣泛應(yīng)用，極大地提升了物流行業(yè)的自動(dòng)化和智能化水平，推動(dòng)物流業(yè)向數(shù)字化轉(zhuǎn)型[4]。但這些技術(shù)的應(yīng)用，更多的是面向解決倉(cāng)儲(chǔ)、室內(nèi)配送等室內(nèi)場(chǎng)景，而室外場(chǎng)景受限于技術(shù)難度、法規(guī)要求等因素應(yīng)用較少。如何打通室外配送無人化環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)物流配送的全鏈路無人化，打造全新智慧化工廠[5]，成為近年無人配送技術(shù)研究的新方向（圖1）。

1 室外無人物流車應(yīng)用場(chǎng)景的特點(diǎn)及難點(diǎn)

相較于室內(nèi)，室外應(yīng)用環(huán)境更加復(fù)雜多變，主要有以下特點(diǎn)。

（1）室外天氣環(huán)境多變，暴曬、高溫、雨、雪、霧等天氣環(huán)境往往對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定性提出了更大挑戰(zhàn)。夏季正午暴曬的太陽常使得設(shè)備溫度達(dá)到60 ℃以上，使用環(huán)境非常惡劣，這就對(duì)元器件的高溫表現(xiàn)及散熱設(shè)計(jì)提出了更高的要求。而冬天，室外的雨、雪、霧天氣會(huì)對(duì)激光雷達(dá)及視覺信號(hào)造成干擾，系統(tǒng)算法中必須要排除這些環(huán)境噪點(diǎn)才能真正達(dá)到全天候的使用要求。同時(shí)，室外猛烈的陽光易導(dǎo)致外覆蓋件老化損壞褪色，而雨雪天氣對(duì)設(shè)備防水等級(jí)也提出了更高的要求，地面的不平整也對(duì)底盤的通過性及減震能力以及算法對(duì)噪音的過濾要求更高。相較于室內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境，室外對(duì)設(shè)備的要求呈數(shù)量級(jí)的增加。

（2）室外人、車、路的環(huán)境更多變、更復(fù)雜。受限于成本及周期，一套室外無人物流解決方案往往對(duì)外部環(huán)境改動(dòng)需求越小越好落地。這就要求室外無人物流車安全策略更靈敏更準(zhǔn)確，滿足人車混行的運(yùn)行環(huán)境，能夠適應(yīng)與社會(huì)車輛共用車道，不需要隔離出專用車道。有更靈敏的制動(dòng)系統(tǒng)，在高速運(yùn)行及重載牽引情況下能及時(shí)停車避免事故發(fā)生。更大的動(dòng)態(tài)環(huán)境監(jiān)控范圍和更復(fù)雜的決策算法，對(duì)車輛半徑30 m 以上范圍的環(huán)境變化進(jìn)行監(jiān)控以預(yù)判變化趨勢(shì)，以便及時(shí)做出防御性決策。室外環(huán)境（植物生長(zhǎng)變化、臨時(shí)堆放物、臨時(shí)停車和行人等）相較于室內(nèi)更多變，就要求室外無人物流車的定位及導(dǎo)航技術(shù)能夠排除這些變化因素的干擾。

（3）室外運(yùn)行距離長(zhǎng)，運(yùn)行范圍大，獨(dú)立建設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)成本過高，更優(yōu)的方案是采用基礎(chǔ)設(shè)施解決通信問題，如通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息的傳輸及信號(hào)的傳遞。受限于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平，網(wǎng)絡(luò)覆蓋信號(hào)強(qiáng)度及網(wǎng)絡(luò)延時(shí)等網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性參數(shù)與獨(dú)立搭建的設(shè)備局域網(wǎng)絡(luò)有較大差距，室外無人物流車必須能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)及網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響，降低對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的依賴。

（4）物流配送是一個(gè)從室外到室內(nèi)的過程，很難將室外配送完全限制于室外場(chǎng)景，設(shè)備往往還需要進(jìn)入雨棚、庫房、甚至生產(chǎn)線旁等室內(nèi)與半室內(nèi)場(chǎng)景，這就要求設(shè)備不僅能夠滿足室外運(yùn)行要求，也要滿足室內(nèi)定位精度高、場(chǎng)地狹小、GPS 無信號(hào)、與其他自動(dòng)化設(shè)備存在交互等場(chǎng)景的使用要求。

綜上，同為無人配送設(shè)備，看似簡(jiǎn)單的使用環(huán)境從室內(nèi)改為室外，對(duì)設(shè)備的要求大大提高。傳統(tǒng)室內(nèi)AGV、無人叉車等設(shè)備技術(shù)的簡(jiǎn)單升級(jí)已無法滿足室外復(fù)雜的使用環(huán)境，必須硬件和軟件全面性提升。

2 室外無人物流車的硬件組成

室外無人物流車的底層硬件形態(tài)為一輛可運(yùn)行的車，其硬件組成包括線控底盤、駕控系統(tǒng)硬件、場(chǎng)景化硬件模塊等幾大模塊，共同組成了面向場(chǎng)景的無人配送硬件解決方案。

2.1 線控底盤硬件組成

線控底盤包括供電系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等幾大部分（圖2），是實(shí)現(xiàn)設(shè)備移動(dòng)的基礎(chǔ)，其作用包括提供穩(wěn)定的電源供電、提供運(yùn)行驅(qū)動(dòng)、實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)向及制動(dòng)，可以說底盤性能是無人車的硬件基礎(chǔ)，其響應(yīng)速度以及精度決定了無人車的的基本性能。

2.2 駕控系統(tǒng)硬件組成

駕控系統(tǒng)是無人物流車硬件的核心。駕控系統(tǒng)以控制器為主控單元，搭載了組合導(dǎo)航定位模塊、激光雷達(dá)傳感器、超聲波雷達(dá)及毫米波雷達(dá)等設(shè)備（圖3），根據(jù)不同的技術(shù)方案，其具體的系統(tǒng)組成、選型及數(shù)量都會(huì)存在較大差異。但其設(shè)計(jì)目標(biāo)都是通過感知融合技術(shù)，為規(guī)劃、決策、執(zhí)行系統(tǒng)提供感知及定位數(shù)據(jù)，滿足復(fù)雜作業(yè)場(chǎng)景任務(wù)需求。

2.3 場(chǎng)景硬件模塊

底盤是硬件基礎(chǔ)，但應(yīng)用場(chǎng)景千變?nèi)f化（圖4），面向不同的應(yīng)用場(chǎng)景及需求，可以通過在底盤上添置定制化場(chǎng)景硬件模塊滿足應(yīng)用需求。在園區(qū)物流配送場(chǎng)景中，常見的需求是在線控底盤基礎(chǔ)上增加貨廂、人工牽引機(jī)構(gòu)、自動(dòng)脫掛鉤機(jī)構(gòu)、移動(dòng)快遞柜、車載輸送機(jī)構(gòu)、車載升降機(jī)構(gòu)等定制化機(jī)構(gòu)，達(dá)到牽引運(yùn)輸、貨廂運(yùn)輸以及與第三方設(shè)備聯(lián)動(dòng)的目的，以足千變?nèi)f化的應(yīng)用需求。

3 室外無人物流設(shè)設(shè)備的軟件架構(gòu)

歸根到底，室外無人物流車是為生產(chǎn)服務(wù)的生產(chǎn)工具，其配套軟件要滿足基本的行駛和控制功能（圖5），同時(shí)還需要面向使用對(duì)象開發(fā)應(yīng)用層軟件工具包，其全套解決方案包括如下功能。

3.1 實(shí)現(xiàn)無人運(yùn)行的駕控系統(tǒng)軟件

駕控系統(tǒng)軟件是車輛運(yùn)行的底層控制軟件和核心，其功能是實(shí)現(xiàn)車輛底盤的無人駕駛，主要包括線控底盤的運(yùn)動(dòng)控制、任務(wù)控制、定位及導(dǎo)航、路線規(guī)劃、感知及決策等幾大功能，以保證對(duì)車輛的基本控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛運(yùn)行軌跡的規(guī)劃及定位、對(duì)車輛運(yùn)行策略的決策及執(zhí)行。算法的完善程度直接決定了設(shè)備的可靠性，一套完善的駕控系統(tǒng)要保證排除環(huán)境干擾、定位可靠、響應(yīng)迅速、避障及時(shí)且決策邏輯合理。

3.2 調(diào)度系統(tǒng)

調(diào)度系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)任務(wù)派發(fā)、路線管理和交通管制，以達(dá)到準(zhǔn)確安排任務(wù)響應(yīng)車輛、合理規(guī)劃路線、路口管理及交通沖突管理等目的。室外使用場(chǎng)景由于路線范圍大，車與車之間物理距離分散，相較于室內(nèi)場(chǎng)景，室外對(duì)于調(diào)度決策響應(yīng)的及時(shí)性及交通管制復(fù)雜性要求及響應(yīng)速度偏低，設(shè)備運(yùn)行對(duì)于調(diào)度系統(tǒng)的依賴性相較于室內(nèi)場(chǎng)景也會(huì)偏低。但即便如此，調(diào)度系統(tǒng)依然是整體解決方案中的重要一環(huán)，特別是同一場(chǎng)景下多車多線路運(yùn)行時(shí)，調(diào)度系統(tǒng)能否準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)任務(wù)派發(fā)、路線管理、交通管制的功能，對(duì)于多車場(chǎng)景使用的穩(wěn)定性非常重要。

3.3 數(shù)字化管理系統(tǒng)及客戶端

駕控系統(tǒng)及調(diào)度系統(tǒng)是解決方案的后臺(tái)，十分重要。但用戶在使用中并不會(huì)直接接觸到，只會(huì)通過使用過程中系統(tǒng)運(yùn)行的“聰明”程度、運(yùn)行故障率、穩(wěn)定性等間接體驗(yàn)到，而真正面向使用者的是數(shù)字化管理系統(tǒng)及客戶端等終端。終端系統(tǒng)直接影響了客戶的使用體驗(yàn)，其重要性不言而喻。根據(jù)開發(fā)者、維護(hù)者、管理者、使用者的不同需求和特點(diǎn)，大體包括車輛及路線管理、報(bào)表管理、故障管理等幾大模塊，通常會(huì)根據(jù)不同的角色進(jìn)行權(quán)限管理，以避免低權(quán)限人員的越權(quán)操作造成系統(tǒng)運(yùn)行事故。

4 應(yīng)用案例及場(chǎng)景介紹

相較于公開道路無人駕駛技術(shù)普及應(yīng)用所需要面對(duì)的法規(guī)、路權(quán)、基建等方面的挑戰(zhàn)，園區(qū)由于其封閉性及管理責(zé)任的相對(duì)明確，是更適合無人駕駛技術(shù)快速實(shí)現(xiàn)商業(yè)化落地的場(chǎng)景。目前，國(guó)內(nèi)大型工業(yè)園區(qū)及大型制造企業(yè)生產(chǎn)園區(qū)數(shù)量龐大，這些園區(qū)物流在倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸、搬運(yùn)等環(huán)節(jié)仍以傳統(tǒng)的人工設(shè)備為主，人力使用極度依賴。然而，隨著我國(guó)人口結(jié)構(gòu)及員工觀念的的轉(zhuǎn)變，企業(yè)用工荒、招工難等現(xiàn)象日益凸顯，用人成本也不斷提升，此外還有人工疲勞、操作誤差、效率不穩(wěn)定、貨物流轉(zhuǎn)信息不透明等問題，這些都使得物流管理成本居高不下，傳統(tǒng)物流體系亟待轉(zhuǎn)型升級(jí)。

以汽車行業(yè)為例，即使生產(chǎn)產(chǎn)線已通過工業(yè)機(jī)器人等設(shè)備的大量使用逐步實(shí)現(xiàn)了極高的自動(dòng)化率，但物流環(huán)節(jié)仍有大量人工在操作，特別是室外配送環(huán)節(jié)：從外部物流零部件運(yùn)輸?shù)呢涇嚾雸?chǎng)，到叉車裝卸，再到牽引車將貨物從室外運(yùn)輸?shù)绞覂?nèi)，最終到貨物在室內(nèi)倉(cāng)儲(chǔ)或者上線，整個(gè)物流配送鏈路上除了AGV 小車的運(yùn)用已經(jīng)趨于成熟，其他環(huán)節(jié)目前還仍處于人工操作狀態(tài)。因此工業(yè)園區(qū)物流對(duì)無人駕駛技術(shù)落地需求最為迫切，而且在落地實(shí)現(xiàn)上也有明顯的優(yōu)勢(shì)。

上汽通用五菱在室外無人配送應(yīng)用上做了大量嘗試。從2020 年起，在國(guó)內(nèi)四大生產(chǎn)基地已部署室外無人物流車近400 輛，截至目前為止，累計(jì)運(yùn)行里程已超過160 萬km，百公里故障率低于0.5，整體運(yùn)行效率高于70%，整體運(yùn)行效果良好，降本效果明顯。其中最大的單一應(yīng)用場(chǎng)景應(yīng)用車輛超150 臺(tái)，運(yùn)行路線30 條，系統(tǒng)在多車多路線環(huán)境下運(yùn)行穩(wěn)定，經(jīng)受住了時(shí)間及環(huán)境變化的壓力測(cè)試，也切實(shí)地為企業(yè)實(shí)現(xiàn)了降本增效。

5 結(jié)束語

無人駕駛技術(shù)的快速發(fā)展已吸引了大量的風(fēng)投資本布局，是近年技術(shù)發(fā)展的熱門話題。隨著法規(guī)的完善和國(guó)家政策的引導(dǎo)，也已逐步有了落地應(yīng)用案例，如蘿卜快跑近年在武漢投放的出租車等，無論是熱度還是話題度都十足吸引了一波流量，但話題過后如何產(chǎn)生商業(yè)價(jià)值并落地才是能夠推動(dòng)技術(shù)和行業(yè)健康發(fā)展的重點(diǎn)。

縱觀近年無人駕駛項(xiàng)目落地的經(jīng)典商業(yè)案例，還是以特定環(huán)境、低速、載貨為主，其最主要的使用場(chǎng)景包括礦山、港口、封閉園區(qū)等封閉區(qū)域，產(chǎn)品形態(tài)包括無人小巴、無人環(huán)衛(wèi)車、無人巡邏車、無人配送車等。整體來看，受限于法規(guī)的開放程度和技術(shù)成熟度，目前的無人駕駛并沒有達(dá)到廣泛鋪開應(yīng)用的程度，而有限場(chǎng)景下的應(yīng)用就成了當(dāng)前技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用的切入口。

本文介紹的技術(shù)方案已有了大量應(yīng)用案例，經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證，無論產(chǎn)品還是場(chǎng)景都已經(jīng)具備了快速?gòu)?fù)制的能力，目前整體運(yùn)行效果已超出預(yù)期，其平穩(wěn)性、安全性及可靠性經(jīng)過了多年應(yīng)用測(cè)試的考驗(yàn)。經(jīng)過多次迭代，其成本也具備了一定的優(yōu)勢(shì)，讓無人駕駛技術(shù)的落地不再高高在上可望不可及，真正成為了一門應(yīng)用技術(shù)。我們也期待著能夠快速孵化應(yīng)用到其他園區(qū)，達(dá)成運(yùn)營(yíng)效率提升和綜合成本的降低，為客戶創(chuàng)造更多的價(jià)值。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 金壯龍. 全面貫徹落實(shí)黨的二十大精神大力推進(jìn)新型工業(yè)化[J]. 新型工業(yè)化理論與實(shí)踐，2024，1（02）：1-10.

[2] 楊潔， 董添， 段芳媛. 錨定高端化智能化綠色化 制造業(yè)加速轉(zhuǎn)型[N].2024-03-08（A04）.

[3] 何玥頤. 智能制造提速， 行業(yè)變革迅猛來襲[N]. 新華日?qǐng)?bào)，2024-05-20（011）.

[4] 搜狐網(wǎng). RFID 技術(shù)革命：無人叉車、倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人、AGV 與AMR 引領(lǐng)智能倉(cāng)儲(chǔ)新時(shí)代[EB/OL].（2024-05-28）（2024-10-11）. https：//news.sohu.com/a/782040210_121773385.

[5] 搜狐網(wǎng). 如何打造智能化物流園區(qū)：實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)營(yíng)與優(yōu)質(zhì)服務(wù)[EB/OL].（2023-10-19）[2024-10-11]. https：//www.sohu.com/a/729589068_121675129.

作者簡(jiǎn)介：

龔晶晶，本科，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)橹悄芪锪骷夹g(shù)應(yīng)用。