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六、區(qū)域調度中心
調度中心統(tǒng)一管理本區(qū)域所有快遞的接收與投放,同時對無人機進行調度。調度中心同時監(jiān)測無人機運行狀態(tài)和自助快遞柜運行狀態(tài),對其出現的異?;驌砣鶕呗约皶r的發(fā)送相應指令。
快遞收發(fā)流程
根據無人機的續(xù)航能力、快遞業(yè)務量的地理分布、通訊的實時可靠性、系統(tǒng)的容積能力以及建設成本等諸多因素的綜合考慮,將整個系統(tǒng)劃分為若干區(qū)域,區(qū)域內部獨立運作,區(qū)域之間協(xié)同運作。
一、區(qū)域內快遞收發(fā)
自助快遞柜在接收用戶放入的快遞后向調度中心發(fā)送收件信息,調度系統(tǒng)通過決策挑選出合適的無人機,并向無人機發(fā)送任務指令以及目的坐標,無人機收到指令后飛往目標,快遞柜將引導無人機著陸并自動裝卸快遞,快遞在送達目的快遞柜之后,快遞柜向用戶發(fā)送領件短信。
流程如圖1所示
二、區(qū)域間快遞收發(fā)
調度中心在收到發(fā)往其他區(qū)域的快遞信息后,將指引無人機收件后就近送往本區(qū)域的快遞集散分點,分點自動將快遞按區(qū)域分類,并裝箱后送往機場,由大型飛機送往目的區(qū)域的快遞集散基地,基地在收到快遞箱以后拆分,集中將同一片區(qū)的快遞送往該片區(qū)的快遞集散分點,再由調度中心調度無人機送往目的自助快遞柜。
流程如圖2所示
系統(tǒng)調動策略
調動策略的核心是建立無人機狀態(tài)列表,包括無人機編號、當前坐標、當前任務狀態(tài)、運行狀態(tài)、續(xù)航能力等。建立自助快遞柜狀態(tài)列表,包括快遞柜編號、地理坐標、運轉狀態(tài)、擁塞程度等。
其具體方法為關聯(lián)無人機狀態(tài)列表和快遞柜狀態(tài)列表為每一部快遞柜生成一張預設半徑范圍內無人機到達時刻表,此表包括:無人機編號、預計到達時間(通過對停泊裝卸時間、平均飛行速度的統(tǒng)計,以及無人機當前坐標、當前任務和快遞柜坐標估算求得)、預計無人機續(xù)航能力、停機位狀態(tài)等,停機位包括三種狀態(tài):停在裝卸平臺、停在臨時平臺以及懸浮態(tài)。該表按到達時間、續(xù)航能力和停機位排序。半徑的設定視無人機群規(guī)模統(tǒng)計優(yōu)化而定,目的在于優(yōu)化系統(tǒng)、縮減響應時間,無人機群規(guī)模較小的情況下可設為全區(qū)域。建立快遞投送隊列表,包括:快遞編碼、所在快遞柜編號、目的快遞柜編號、所需續(xù)航能力、快遞優(yōu)先級等,按優(yōu)先級排序,優(yōu)先級由快遞等級和收件時間確定。
過程如圖3所示
調度流程的步驟如下:
(1)無人機實時地向調度中心發(fā)送狀態(tài)信息,調度中心實時更新無人機狀態(tài)列表;
(2)快遞柜收到快遞后向調度中心發(fā)送收件信息,調度中心更新快遞投送表;
(3)從投送表中取出優(yōu)先級最高的快遞編碼,及其所在的快遞柜編號和目的快遞柜編號;
(4)從此部快遞柜的無人機到達時刻表中取出具備續(xù)航能力且最快到達的無人機編號;
(5)調度中心此無人機發(fā)送指令,給出收件坐標位置和投件坐標位置;
(6)無人機到達目標位后,向快遞柜發(fā)送著陸請求;
(7)利用iGPS定位系統(tǒng),快遞柜精確引導無人機對接著陸裝卸快件;
(8)無人機裝卸后將向調度中心發(fā)送快遞到位報告(或無人機收件成功、或快件送達目的地);
(9)無人機如任務未完,或有其他任務將繼續(xù)進行,如:飛往目的快遞柜投送快遞、在此快遞柜收件、或飛離此快遞柜;
(10)無人機如無其他任務,將接收快遞柜引導??颗R時停機臺的讓位指令,快遞柜會在收到其他無人機發(fā)出著陸請求時發(fā)出讓位指令;
(11)快遞柜在快遞入柜后將向調度中心發(fā)送快遞到位確認報告,并同時向用戶發(fā)送手機短信,提醒用戶及時收取,內容包括提取密碼以及超時收費和退還原地的溫馨提示
(12)超過系統(tǒng)設定時限未被取走的快遞將按照無人查收的方式退回原地,并短信通知用戶。退回后超時無人取走的快遞將送往就近的集散分點儲存
系統(tǒng)分析
分析表明,為了避免系統(tǒng)出現擁塞狀態(tài)以至系統(tǒng)崩潰,在一個區(qū)域內吞吐快遞的極限速率與區(qū)域無人機總量成正比,與區(qū)域的自助快遞柜總量也成正比。
如式(1)所示V1=k1×N+k2×M;
(1)式中:V1為吞吐快遞的極限速率;k1、k2為系數;N為無人機總量;M為快遞柜總量。進一步分析表明,無人機最大總量可以由快遞柜的總量、快遞柜應對無人機最大量、無人機極限飛行速度以及區(qū)域面積來確定,
如式(2)所示:Nmax=K×M+k3×(S/V2);
(2)式中:Nmax為無人機最大總量;K為快遞柜應對無人機最大量;M為快遞柜總量;k3為系數;V2為無人機極限飛行速度;S為區(qū)域面積。由此我們可以得出結論,自動化無人機快遞系統(tǒng)的重點在于自助快遞柜的布局與建設上,系統(tǒng)的吞吐量最終由快遞的數量確定,合理地規(guī)劃快遞柜、提高快遞柜應對無人機的能力、以及提升無人機飛行速度可以有效應對快遞的增長速度,以及優(yōu)化各種成本資源。
發(fā)展歷程
2013年6月,美國Matternet公司在海地和多米加共和國測試了無人機網絡,無人機能夠攜載2公斤物體飛行9.7公里。該公司希望建立一個龐大的國際無人機運輸網絡和無人機配件全球供應系統(tǒng),同時,還計劃建立充電基站,使無人機可以沿途降落進行充電。
2013年9月,順豐自主研發(fā)的用于派送快件的無人機完成了內部測試,在局部地區(qū)試運行。這種無人機采用八旋翼,下設載物區(qū),飛行高度約100米,內置導航系統(tǒng),工作人員預先設置目的地和路線,無人機將自動到達目的地,誤差在2米以內。