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无人机快递“从天而降” 不仅要快更要“稳”

来源:科技日报2020-04-30 15:40

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  作者:陈曦

  近些年,人工智能重要落地场景之一的智慧物流体系加速发展,而作为智慧物流体系的一个重要分支,无人机物流正是机械化、自动化和智能化发展的结果。虽然使用无人机进行货物运输已经不是什么新鲜事,但是距离空中物流真正走入日常似乎还有一段距离。

  新冠肺炎疫情的发展无疑正加快这一进程。近日,美国亚马逊快递配送人员称因为在配送过程中无法保持安全距离,担心感染新冠病毒,纷纷罢工。而与之相对的是,谷歌无人机派上了大用场,业务量翻倍。

  生活节奏不断加快,人们对物流配送的运输效率要求越来越高,越来越多的企业开始尝试利用无人机进行配送,以突破地面运输的限制。这次疫情中,在物资运输压力剧增、无接触配送需求爆发的背景下,无人机展现出的灵活、便捷、安全、高效等配送价值令人瞩目。未来,伴随着技术、成本、政策等方面瓶颈的打破,无人机送货时代或将渐行渐近。

  三大关键技术支撑无人机物流配送

  面向高动态、实时、不透明的任务环境,无人机能够做到感知周边环境并规避障碍物、机动灵活并容错飞行;按照任务要求无人机可以自主规划飞行路径、自主识别目标属性、用自然语言与人交流……

  事实上,要实现上述操作无人机离不开三项技术的支持。“目前无人机数据链系统、无人机飞行控制导航系统(飞控)、无人机自主控制技术是实现无人机物流配送最关键的三大技术。”天津华鼎科技有限公司科技飞行技术部部长毕晔表示。

  据介绍,无人机数据链是飞行器与地面系统联系的纽带,负责完成对无人机的遥控、遥测、跟踪定位和传感器传输。它是一个多模式的智能通信系统,能够感知其工作区域的电磁环境特征,并根据环境特征和通讯要求,实时动态调整通信系统工作参数,达到可靠通信的目的。“这项技术是满足未来无人机组群物流配送的关键支撑。随着机载传感器、定位的精准程度和执行任务的复杂程度不断上升,未来在全天候执行任务中,可能还将出现激光通讯方式。”毕晔说。

  “飞控是无人机完成起飞、空中飞行、执行任务和返场回收等整个飞行过程的核心系统,相当于驾驶员。导航系统向无人机提供参考坐标系的位置、速度、飞行姿态,引导无人机按照指定航线飞行,相当于有人机系统中的领航员。”毕晔介绍。

  自主控制技术也是无人机关键技术,包括态势感知技术、规划与协同技术、自主决策技术等方面。这套系统通过各种信息获取,设备自主地对任务环境进行建模,包括对三维环境特征的提取、态势的评估等,从而实现路径规划和协同控制。毕晔表示,无人机路径选择与重新规划能力,是无人机自主控制系统必须具有的。

  政策、技术双瓶颈制约商业化步伐

  早在2014年,谷歌X部门便首次推出无人机送货服务,2019年年底谷歌无人机送货服务获得美国联邦航空管理局的认证。而在我国,2019年10月,中国民用航空局向迅蚁公司所属的杭州送吧物流科技有限公司颁发了《无人机物流配送经营许可》,是国内首张城市物流无人机试运行“牌照”,随后,京东、顺丰等研发的大型固定翼无人机也投入使用。

  “从全国范围看,无人机物流配送市场刚刚启动。”法国欧洲科学院荣誉院士、世界无人机

  联合会主席、深圳市无人机行业协会会长杨金才表示,目前实现商业化的无人机物流公司不超过10家。

  天津华鼎科技有限公司总经理白子龙介绍,从技术层面看,无人机物流配送除了“快”还需要“稳”。续航问题一直是无人机的痛点所在,而将无人机运用到物流配送领域,续航能力更是重中之重。动力电池的比能量(单位质量/体积的器件可提供的能量)是一个重要指标,每增加一公斤载重,无人机航时会成倍缩短。此外,在不同飞行环境下,不同用途的无人机对传感器的配置要求也不同。通过加装避障功能模块,整合迫近传感器与飞控系统,可以避免无人机坠毁。

  在导航方面,目前无人机载导航系统主要分非自主(GPS等)和自主(惯性制导)两种,但分别有易受干扰和误差积累增大的缺点,多种导航技术(惯性+多传感器+GPS+光电导航系统),采用滤波器运行方式将是未来发展的方向。

  “从政策来看,无人机的应用避免不了空域管理的问题。”白子龙认为,在相当长的时间内,无人机配送还难以实现大规模的商业化运作。“目前开辟航线必须经过严格的日审批,也就是除航线审批外,起飞的前一天需要获得许可,然后起飞的当天还必须再次确认审批。从实践情况来看,城市地区空域管理更为严格,空域和飞行计划审批程序也存在着较大优化空间。”

  此外,无人机在空中飞行也需要进行交通管理。比如无人机送货离不开超视距飞行和在人群上空飞行,目前国外在立法上普遍禁止无人机超视距飞行和在人群上空飞行,除非能够得到监管机构的豁免。因此,无人机物流配送法律法规、运营标准、管理制度等方面尚需进一步探索。

  无接触配送或成未来发展趋势

  疫情期间,湖北武汉的快递企业用无人机把医疗防疫物资成功地降落在武汉金银潭医院,说明无人机在交通限行、封闭管理等情况下进行物流运输有其优势,而且对于避免交叉感染也有独特作用。杨金才表示:“疫情带来了机遇和挑战,为下一步无人机普及奠定了基础,疫情过后无人机物流配送肯定会有大发展。”

  “无人机物流配送在疫情防控中大展身手,也令这一行业吸引了更多资本与人才的关注,为未来发展奠定了良好基础。”白子龙表示,无接触配送或将成为未来发展趋势。在近日国务院联防联控机制召开的新闻发布会上,国家邮政局市场监管司副司长边作栋介绍,无人配送,包括智能快件箱、无人机、无人车等形式,将成为邮政快递末端服务的一个发展趋势之一。

  最近,广西贺州政府找到深圳市无人机行业协会,提出了协助解决无人机物流配送问题的需求:当地黄金珠宝产业园因业务需要,每天要送大量珠宝到深圳罗湖,时效性要求很强,货运汽车走公路需要六七个小时,不仅慢,还风险很大,需要派员押运,如果通过无人机物流,航程大概只需一个多小时,非常便捷。

  “在合适的情景下使用无人机配送,效率能提升60%—70%,成本节约60%以上。从目前实际情况来看,商业化批量中距离运输,采用无人机配送最为高效,原来因为距离问题无法空运的商品也可以空运了。”白子龙展望未来无人机应用时表示,特色生鲜、医疗冷链的物流业将因为无人机的逐渐普及,进入到全新的速度等级;地质条件相对复杂的地区,无论是高山还是海岛,甚至难以修路的地方,用无人机可以完成更多物资运输和补给。未来城市无人机物流配送会面向B端(组织或企业)配送一些对时效性要求较高的高价值物品。

  “5G可以支撑无人机采集的4K高清视频等数据的实时传输,飞到哪看到哪,也可使无人机飞行控制时延大大缩短,满足了远程操控无人机飞行的性能需求。”杨金才表示,随着未来低空开放,加上5G时代的到来,这个行业会有很大的提升和拓展。无人机物流配送,是通往下一时代的入场券,而随着技术的不断进步,无人机业务落地的步伐相信会越来越快,新的物流时代也即将到来。(陈曦)

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