无人机卡车协同配送研究综述

无人机卡车协同配送研究综述

霍宁静

重庆交通大学 交通运输学院  重庆 400074

摘要：近些年来，关于无人机方向的研究，在城镇“最后一公里”的配送环节中愈渐突出。无人机自身在续航、载重方面仍有较大局限，而卡车与无人机的协同配合可以大大提升配送效率。对于不同模式推出针对性的研究方法，并对协同配送的未来可能发展趋势进行分析与总结。

关键词：无人机配送；车辆路径问题；协同配送；研究综述

0引言

作为整个物流链条中的“最后一公里”，城市末端配送在成本和时间上的花费占整个配送作业的30%以上[1]。有效提升完成效率，对于整个物流业的发展尤为重要。一方面，随着社会发展，客户对末端配送即时性要求越来越高，配送货物呈现高频次、小批量的特征；另一方面，末端配送需要连接分布在城市各区域商家和消费者，配送服务呈现空间分散、时间分散特征。随着无人机、无人车技术逐步成熟，越来越多公司将无人机、无人车用于城市配送[2]。

1国内外无人机协同配送研究现状

1.1无人机与卡车协同配送研究进展

1.1.1无人机辅助卡车配送

无人机辅助卡车配送是指卡车搭载一架或多架无人机，在卡车执行配送任务途中，无人机也辅助卡车为部分客户提供送货服务。由于无人机自身存在续航能力差、飞行范围较小等局限，无法完成长距离运送，所以卡车需为无人机提供存储货物与充换电服务。无人机每执行完毕一次配送任务，回到卡车上充换电，然后继续完成配送任务[3]。

1.1.2卡车与无人机并行配送

卡车与无人机并行配送是指车辆与无人机均参与配送，但是二者是互不干扰的运输单元，各自作业，互不影响。无人机单独往返配送中心，“点到点”服务配送中心周围的客户；而卡车一次性配齐货物，服务距离较远的客户。在这一模式下，无人机只在配送中心取货和充电。

1.1.3卡车支持无人机配送

卡车支持无人机配送是指仅由无人机完成配送工作，卡车为无人机提供货物存储和充电等服务。卡车与无人机的对接点设定为一些临时停靠点，用来帮助无人机起降、充电和取货过程。无人机往返于卡车与不同客户之间，负责将货物从车上取出再送给客户。在无人机工作途中，卡车前往下一个对接点或停在原地等待无人机飞回[4]。

1.1.4无人机支持卡车配送

无人机支持卡车配送是指车辆在为客户服务过程中，由无人机为卡车提供补货支持。无人机通过陆续从配送中心取货，实现为工作中的卡车供应货物，使卡车能够实现时间窗内完成更多次的配送工作。无人机先将待配送的货物运到中转处，然后卡车在中转点处提货，在规定的工作范围完成配送工作。

1.1.5混合策略配送

混合模式是指采用两种及以上配送模式为客户节点提供配送服务。针对城市配送提出结合两种配送方法的混合策略：一方面采用无人机辅助卡车配送策略，为城市周边卡车不易到达的客户节点配送；另一方面，充分发挥卡车的优势为城内客户配送[5]。

1.2无人车与卡车协同配送研究进展

1.2.1卡车支持无人车配送

依据卡车支持 L2 级别自动驾驶车辆配送的策略，建立相应的混合整数规划模型和基于大规模邻域搜索算法的混合启发式算法。

依据卡车支持 L4 级别自动驾驶车辆配送的策略，建立两级城市物流服务网络的混合整数规划模型并设计相应的启发式求解算法[6]。

1.2.2卡车与无人车并行配送

考虑无人车在过渡阶段面临的部分路径禁行、收货时间限制、载重量限制等因素，提出了一种卡车与无人车并行配送的策略。提升无人车的载重量和去除无人车在配送环节中的时间窗约束，能切实推进无人车在配送中的应用，并能有效降低配送成本。考虑了固定成本、续航里程、充电设备对混合车队路径结果的影响，提出混合车队配置及路径优化模型，证明了提出方法的有效性。

2分析无人机协同配送的影响因素

2.1无人机与卡车协同配送研究与实际应用场景契合度不高

现有研究大多数都忽略了卡车和无人机的区别，多数研究未引入空域、飞行高度、允许飞行时间段及其他不确定性因素[7]。以单一配送策略为主，而将两种或两种以上策略进行结合，构成混合配送策略，才能更适配不同地域、环境、客户需求和配送规模的应用场景。

2.2无人车与卡车协同配送研究不足

受限于无人车技术水平、政策及运行环境，无人车配送只能局限于离散校园、社区等简单应用场景，其配送需要卡车协同，但无人车与卡车协同配送相关研究极少。现有卡车与无人车协同的策略主要为卡车支持无人车、卡车与无人车并行配送策略，由于无人车的配送服务局限于固定区域而灵活性不高[8]。

2.3未考虑更环保的电动汽车参与

目前国内外研究学者在无人机、无人车与传统燃油卡车协同配送问题的模型及求解算法方面已取得大量成果，但电动汽车参与的无人车配送相关研究尚未发现，需要做进一步研究。

3关于无人机协同配送的分析评述

综上所述，车辆与无人机组合配送一般有两个问题：一类是决策问题，主要的内容是车辆与无人机的服务节点和配送路径，通常采用精确算法、启发式算法或元启发式算法来求解；另一类是基于问题本身，探究问题包含的参数对结果的影响，一般使用连续近似法分析

[9]。协同配送更适合采用邻域搜索算法，在并行配送模式下，算法以精确算法和启发式算法为主。当前主要的配送策略是多级仓储配送策略，这一配送策略实际上是通过增加配送点、增加配送人员、增加配送车辆的“三增”方式来满足客户需求，但代价是配送效率低、配送成本高。

4结语

在可预见的未来，无人机、无人车的应用将受制于技术和安全原因。在无人机配送中，一方面，其低空飞行政策法规并不完善，某些区域未划设无人机飞行空域；另一方面，现有电池技术尚不支持无人机长时间作业，负载能力还需要提升[10]。此外，无人配送车的大规模全域应用仍需要大量配套法律法规和标准支持，这使得无人车只能应用于校园、社区等简单场景，难于全域应用。电动汽车与无人机、无人车的协同配送能够有效整合区域配送客户、车辆、人员等物流资源，达到提升配送效率、降低配送成本，促进城市绿色发展的目标。

参考文献（references）

[1]农村“最后一公里”无人机配送的应用研究[J].任晓秀.商场现代化.2019(09)

[2]基于集群的卡车与无人机联合配送调度研究[J].曹英英,陈淮莉.计算机工程与应用.2022(11)

[3]动态车辆路径问题的研究进展及发展趋势[J].周鲜成,王莉,周开军,黄兴斌.控制与决策.2019(03)

[4]无人机城市配送受扰延误后调度研究[J].武彤,苟利珍,王佳雪,任新惠.计算机工程与应用.

[5]杨双鹏,郭秀萍,高娇娇.“无接触”式卡车+无人机联合配送问题研究[J].工业工程与管理,2022,27(1):184-194.

[6]基于三支决策的无人机-车协同规划算法研究[J].刘委青,曲明成,吴翔虎.智能计算机与应用.2019(04)

[7]考虑动态需求的外卖配送路径优化模型及算法[J]. 李桃迎,吕晓宁,李峰,陈燕.控制与决策.2019(02)

[8]不确定同时取送货车辆路径问题及粒子群算法研究[J].马艳芳,闫芳,康凯,李宗敏.运筹与管理.2018(12)

[9]动态规划在物流配送最短路径问题中的应用[J].李杰,费时龙,刘兆鹏.吉林化工学院学报.2016(11).

[10]基于无人机与卡车协作的封控社区生活物资配送方法[J].季金华,刘亚君,别一鸣,王琳虹.交通运输系统工程与信息.2022(05).