物流无人机的发展与应用

2019-02-28 10:26

  顺丰在2012年提出无人机物流概念。2015年与成都中科航空成立朗星无人机公司2017年,顺丰在无人机物流方面取得进一步进展,当年6月21日,与江西赣州市南康区联合申报的物流无人机示范运行的空域申请得到正式批复,成为国内第一家获得正式审批的物流无人机示范空域企业;当年6月29日,在获批空域内进行了首次运营飞行。

  

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  2017年10月30日,由陕西炼石有色资源股份有限公司、顺丰控股(集团)股份有限公司、北京汽车集团有限公司、中科院工程热物理研究所共同研发的全球首款吨位级货运无人机AT200完成首次公开飞行。

  2018年3月,顺丰获批国内首张无人机航空运营许可证(试点),这也标志无人机送货常态化和商业化正式进入合法运营阶段。

  2018年10月24日,顺丰获批了阳澄湖空域的无人机应用许可,这是继赣州后顺丰拿下的又一空域,现已用于大闸蟹等特色生鲜水产的无人机运输。

  按照顺丰的规划,未来要通过“大型有人运输机+支线大型无人机+末端小型无人机”三段式空运网,实现36小时通达全国。

  2.中通

  目前中通快递无人机主要聚焦末端配送及支线运输,利用末端配送无人机对跋山涉水、孤岛等地形地势复杂地区的快件进行收派服务,提升网络覆盖率,提高整体服务时效。在末端配送方面,相对于人工配送,无人机具有不受地形限制、直线距离短、调度灵活、速度快效、率高等特点。以2017年7月在浙江乐清的配送为例,试运行路线是从乐清天成工业园区天工二路到乐清第一经济开发区,全程直线距离14.1公里。如果由快递员派送,在全程不堵车的情况下最快需要50分钟,而采用无人机投放,只需要20分钟时间,配送时效提高60%。

  2018年10月,中通快递在陕西获得军方在内的相关监管部门的空域批文,正式启动常态化运行;2018年11月,中通快递第一代油电混合物流无人机——普罗米修斯1600A发布,并同西安航空基地、西部机场集团签署战略合作协议,就共同打造西北地区空中救援机场网络布局达成合作。

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  中通快递发布第一代油电混合物流无人机——普罗米修斯 1600A

  普罗米修斯1600A无人机是为实现偏远山区快递投送研制的第一代末端物流无人机系统,创新采用了油电混合动力,并采用一台2.4千瓦燃油发电机对无人机进行供电,使用汽油作为燃料,通过燃油转换成电力,配备双供电冗余动力系统,最长可提供满负载1.5小时的续航飞行,突破里程限制,有效解决无人机续航短的痛点,该款无人机于2018年12月7日在国家级贫困县陕西旬阳完成山区恶劣天气条件下首次载货飞行。

  未来,中通快递会根据业务及管理需求与无人机公司深度合作,共同研发多种型号的无人机以满足多种场景的应用需求,打造物流无人机自有平台,探索更多的运营模式。

  3.京东

  2016年5月京东成立X事业部,规划建设了“干线—支线—末端”三级无人机通航物流体系,2016年6月18日在中国宿迁进行了首次无人机配送试运营,2017年京东智慧物流全国运营调度中心在宿迁正式投入使用,在西安和宿迁实现常态化运营。此外,京东官网称已获得了覆盖陕西省全境的无人机空域书面批文,目前,京东已在陕西、福建、海南等地开展了大规模的无人机验证飞行。

  五、物流无人机主要构成及技术难点

  1.主要构成

  飞控系统、导航系统、动力系统、通信链路系统均是无人机的核心技术,也是现阶段无人机厂商获取核心竞争力的重要因素。

  (1)飞控系统:无人机的“大脑”,更精确、更清晰

  飞控系统是无人机完成起飞、空中飞行、执行任务等整个飞行过程的核心系统,相当于飞行器的“大脑”。飞控一般包括传感器、机载计算机和伺服作动设备三大部分,主要实现无人机姿态稳定和控制、无人机任务设备管理和应急控制三大功能(见图3)。

  

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  (2)导航系统:无人机的“眼睛”,未来多技术融合是发展方向

  导航系统为无人机提供参考坐标系的位置、速度、飞行姿态等信息,引导无人机按照指定航线飞行,相当于无人机的“眼睛”。无人机机载导航系统主要分GPS和惯性制导两种,但分别有易受干扰和误差积累增大的缺点。未来无人机的发展要求障碍回避、物资或武器投放、自动进场着陆等功能,需要高精度、高可靠性、高抗干扰性能,因此多种导航技术结合的“惯性+多传感器+GPS+光电导航系统”将是未来发展的方向。

  (3)动力系统:涡轮有望逐步取代活塞,新能源发动机提升续航能力

  动力系统通常有电动机和内燃机(活塞发动机、涡轴发动机、涡喷发动机)两种类型。小型无人机主要以电动机为主,中、大型无人机以内燃机为主。不同用途的无人机对动力装置的要求不同,但都希望发动机体积小、成本低、工作可靠。

  无人机目前广泛采用的动力装置为活塞式发动机,但活塞式只适用于低速低空小型无人机。低空无人直升机一般使用涡轴发动机,高空长航时的大型无人机一般使用涡扇发动机。微型无人机(多旋翼)一般使用电池驱动的电动机,一般起飞质量小于10kg、续航时间小于1小时。

  随着涡轮发动机推重比、寿命提高、油耗降低,涡轮将取代活塞成为无人机的主要动力机型,太阳能、氢能等新能源电动机也有望为小型无人机提供更持久的生存力(见图4)。

  

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  (4)通信链路系统:“放风筝的线”,向高速率、高带宽发展

  通信链路系统是无人机的重要技术之一,负责完成对无人机遥控、遥测、跟踪定位和传感器传输,上行数据链实现对无人机遥控、下行数据链执行遥测、数据传输功能。普通无人机大多采用定制视距数据链,而中高空、长航时,无人机则都会采用视距和超视距卫通数据链。

  现代数据链技术的发展推动着无人机数据链向着高速、宽带、保密、抗干扰的方向发展,无人机实用化能力将越来越强。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,对数据链的带宽提出了很强的要求,未来随着机载高速处理器的突飞猛进,预计几年后现有射频数据链的传输速率将翻倍,未来在全天候要求低的领域可能还将出现激光通讯方式。

  2.技术难点

  (1)路线规划和自动避障

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