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雷鋒網(wǎng)按：作者胡隊(duì)長(zhǎng)，為無(wú)人機(jī)行業(yè)多年老兵，現(xiàn)為一飛架構(gòu)師、項(xiàng)目總監(jiān)。
在國(guó)內(nèi)，“物流無(wú)人機(jī)”長(zhǎng)期被認(rèn)為是一個(gè)飄在云上的概念。而現(xiàn)在，隨著技術(shù)瓶頸的突破，從較早入局的順豐、京東，到厚積薄發(fā)的中國(guó)郵政、蘇寧，各大電商物流企業(yè)紛紛強(qiáng)勢(shì)入場(chǎng)，一場(chǎng)自下而上的無(wú)人機(jī)“智能革命”正向我們走來(lái)。
業(yè)界探討無(wú)人機(jī)智能如火如荼之時(shí)，尚無(wú)一個(gè)有效的定義判斷。為此，筆者專(zhuān)門(mén)從美國(guó)交通部，搜列了無(wú)人駕駛汽車(chē)的等級(jí)判定作為參考。
百度李彥宏曾親自駕駛百度無(wú)人汽車(chē)，行駛在北京環(huán)線(xiàn)
根據(jù)美國(guó)交通部的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，將無(wú)人駕駛汽車(chē)分為0到5個(gè)等級(jí)，分別為無(wú)自動(dòng)化(L0)、駕駛支援(L1)、部分自動(dòng)化(L2)、有條件自動(dòng)化(L3)、高度自動(dòng)化(L4)、完全自動(dòng)化(L5)；基于此借鑒，筆者大膽將無(wú)人機(jī)智能化水平分為以下幾個(gè)階段：
Level 1：遙控階段，飛行器可按照人工遙控指令執(zhí)行特定動(dòng)作；
Level 2：自動(dòng)階段，飛行器可按照預(yù)編程指令完成特定飛行任務(wù)；
Level 3：自主階段，飛行器可按照預(yù)編程指令完成飛行任務(wù)，同時(shí)在執(zhí)行過(guò)程中具備一定的環(huán)境感知能力，基于感知信息實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行任務(wù)做一定的局部調(diào)整；
Level 4：智能階段，飛行器基于預(yù)設(shè)目標(biāo)，自行規(guī)劃任務(wù)，并在任務(wù)執(zhí)行的過(guò)程中進(jìn)行環(huán)境感知及處理，調(diào)整規(guī)劃任務(wù)，最終完成任務(wù)飛行。
總結(jié)：各大廠(chǎng)商都已經(jīng)完成Level2的進(jìn)程，基本處于Level 3階段，少數(shù)處于Level 3向Level 4達(dá)成的道路上。
放眼全球，DHL、谷歌、UPS、亞馬遜等各大巨頭研制旗下物流無(wú)人機(jī)系統(tǒng)已不在是什么秘密。
相反，正是由于他們的加入，物流無(wú)人機(jī)行業(yè)的游戲規(guī)似乎正悄然發(fā)生改變：整個(gè)行業(yè)智能化的推進(jìn)速度不僅大大超過(guò)大家的預(yù)想，黑科技也將物流無(wú)人機(jī)智能化水平再一次提高。
下面，筆者就以幾家有代表性的企業(yè)來(lái)簡(jiǎn)單分析，管中窺豹，一探其發(fā)展脈絡(luò)和進(jìn)程。
Matternet
Matternet是一家致力于實(shí)現(xiàn)將食物、醫(yī)療物資等急需品通過(guò)無(wú)人機(jī)送到偏遠(yuǎn)地方解決方案的無(wú)人機(jī)公司。
在推出其第一款無(wú)人機(jī)物流產(chǎn)品Matternet One后，去年的9月，Matternet宣布作為合作伙伴與奔馳曾共同推出了“Vision Van”物流概念車(chē)。
Vision Van的概念車(chē)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)與貨運(yùn)車(chē)輛的結(jié)合，車(chē)上集成其最新一代無(wú)人機(jī)系統(tǒng)“MatternetM2”，這款無(wú)人機(jī)具備搭載2公斤貨物實(shí)現(xiàn)20公里范圍的貨運(yùn)飛行的能力，整套系統(tǒng)將用于與解決貨運(yùn)“最后一公里”的問(wèn)題；同時(shí)高度集成定制的貨運(yùn)車(chē)輛將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)掃描、分揀上架、裝車(chē)等流程，簡(jiǎn)化了快遞員的送貨流程，提高了人員的工作效率。
同時(shí)，值得注意的是，Matternet已經(jīng)獲得了瑞士 FOCA 的認(rèn)證，意味著 Matternet能夠在瑞士順利的展開(kāi)真正的運(yùn)行工作，不過(guò)可預(yù)見(jiàn)的是在實(shí)現(xiàn)其最終目標(biāo)過(guò)程當(dāng)中Matternet仍然面對(duì)著各種巨大的挑戰(zhàn)。
德國(guó)DHL
德國(guó)DHL算是各個(gè)巨頭當(dāng)中物對(duì)物流無(wú)人機(jī)的“瘋狂追捧者”。
近期發(fā)布的物流無(wú)人機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)是其第三代解決方案，該無(wú)人機(jī)系統(tǒng)包含可攜帶2公斤以?xún)?nèi)、不大于4.4L的無(wú)人機(jī)平臺(tái)，以及自動(dòng)起降平臺(tái)；其中無(wú)人機(jī)系統(tǒng)不同之處在于它采用了可傾轉(zhuǎn)機(jī)翼設(shè)計(jì)，具備垂直起降，固定翼模式高速巡航等多種模式，相對(duì)于常規(guī)布局多旋翼無(wú)人機(jī)具備了更大的飛行半徑。
另外，其自動(dòng)起降平臺(tái)也讓人眼前一亮，在無(wú)人看管的情況下可實(shí)現(xiàn)貨物自動(dòng)裝填、貨物自動(dòng)拆卸、飛機(jī)電池自動(dòng)更換，并在平臺(tái)中對(duì)更換的貨物、電池等進(jìn)行自動(dòng)管理，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)平臺(tái)無(wú)人看管的情況下連續(xù)工作。
UPS
做為世界最大的快遞承運(yùn)商，UPS在無(wú)人機(jī)物流方面當(dāng)然也不甘示弱。
UPS在佛羅里達(dá)州坦帕市展示了將物流無(wú)人機(jī)與物流卡車(chē)結(jié)合的方案，方案采用了一款名叫 HorseFly 的八旋翼無(wú)人機(jī)，最大可載重10磅的貨物，該方案定位在居民區(qū)的快遞運(yùn)送，用于提高最后一公里的派送效率。
亞馬遜
亞馬遜的物流解決方案是一種采用物流無(wú)人機(jī)與無(wú)人倉(cāng)結(jié)合的方式。
客戶(hù)在亞馬遜完成購(gòu)物并選擇Prime Air 送貨服務(wù)后，系統(tǒng)將會(huì)選擇在附近的倉(cāng)庫(kù)，在完成自動(dòng)揀貨、自動(dòng)裝填無(wú)人機(jī)后，自主飛向用戶(hù)目的地，客戶(hù)僅需要將標(biāo)記物放在附近空地即可完成對(duì)物流無(wú)人機(jī)的引導(dǎo)降落及拋物。
同時(shí)，這款無(wú)人機(jī)還具備一定的感知避障能力，無(wú)論在空中還是降落過(guò)程都能夠?qū)崟r(shí)對(duì)障礙物及接近的物體進(jìn)行檢測(cè)，保證整個(gè)過(guò)程的安全性。
亞馬遜的物流無(wú)人機(jī)“王巢”
近期，亞馬遜在美國(guó)專(zhuān)利商標(biāo)局上公布了其最新的無(wú)人機(jī)專(zhuān)利。在這組專(zhuān)利中，亞馬遜向世人展示這種類(lèi)似“蜂巢”設(shè)計(jì)的配送站。
目前，受限于無(wú)人機(jī)自身的續(xù)航限制，一個(gè)獨(dú)立的配送站很難實(shí)現(xiàn)大范圍的配貨服務(wù)，而這種接力配送站則能夠在這個(gè)問(wèn)題上提供一定幫助。在專(zhuān)利中，無(wú)人機(jī)通過(guò)配送接力中轉(zhuǎn)站，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)與無(wú)人機(jī)、或是無(wú)人機(jī)與車(chē)、人之前的接力；同時(shí)，還描述了所要建造的“蜂巢”巨大無(wú)比，可在郊區(qū)、城市中建造，極大提升配送效率。
相對(duì)于單獨(dú)無(wú)人機(jī)它所解決的“痛點(diǎn)”：
微小型平臺(tái)有限的續(xù)航能力與龐大物流網(wǎng)絡(luò)融合問(wèn)題；
無(wú)人機(jī)平臺(tái)與車(chē)、人等其他物流手段實(shí)現(xiàn)快速交接問(wèn)題；
在未來(lái)的3到5年，物流的人力及交通成本會(huì)上漲20%-50%，物流無(wú)人機(jī)系統(tǒng)正是為了解決這樣的問(wèn)題而出現(xiàn)的。
在整個(gè)貨運(yùn)過(guò)程中，物流無(wú)人機(jī)負(fù)責(zé)向外輸送，自動(dòng)基站負(fù)責(zé)貨物挑揀、更換，電池更換、維護(hù)，可以連續(xù)二十四小時(shí)工作不休息；一個(gè)主內(nèi)，一個(gè)主外，其樂(lè)融融。
自動(dòng)基站更像是一個(gè)加速規(guī)?；?yīng)的倍增器，也是實(shí)現(xiàn)物流貨運(yùn)徹底無(wú)人機(jī)話(huà)的一條必經(jīng)之路。
1. 高精度、高魯棒性、高可靠性的飛行控制技術(shù)
a) 邁過(guò)物流無(wú)人機(jī)的第一道坎就是如何精確的將無(wú)人機(jī)按照預(yù)設(shè)配送線(xiàn)路飛行并降落在指定降落區(qū)域范圍內(nèi)，同時(shí)還不會(huì)因?yàn)轱w行控制偏差導(dǎo)致降落失敗、甚至誤傷民眾的問(wèn)題。
因而，這就需要飛行器的“大腦”具備更加“聰明”：比如，如何在樓宇間保持精確控制，而不至漂移發(fā)生碰撞事故；如何在大風(fēng)天氣實(shí)現(xiàn)精確降落至地面指定區(qū)域或車(chē)輛降落區(qū)，這是各家廠(chǎng)商首要面臨的挑戰(zhàn)。
b) 為了擴(kuò)大無(wú)人機(jī)的任務(wù)半徑，各家廠(chǎng)商使出渾身解數(shù)，復(fù)合翼、傾轉(zhuǎn)機(jī)翼、傾轉(zhuǎn)機(jī)翼等各類(lèi)新型布局飛行器孕育而生，這類(lèi)無(wú)人機(jī)大多同時(shí)具備垂直起降、高速巡航的特性，很好的迎合了物流行業(yè)的需求，但這也對(duì)飛行控制系統(tǒng)的控制魯棒性提出了要求。
以德國(guó)DHL第三代無(wú)人機(jī)為例，它采用雙發(fā)傾轉(zhuǎn)機(jī)翼布局，在機(jī)翼傾轉(zhuǎn)90°狀態(tài)下可實(shí)現(xiàn)垂直起降，在該形態(tài)下飛機(jī)的俯仰控制主要通過(guò)機(jī)翼舵面同步運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，為了增大俯仰的操縱功效，盡可能的將機(jī)翼舵面后置，以便增大機(jī)翼舵面氣動(dòng)力的力臂；
同時(shí)，機(jī)翼傾轉(zhuǎn)也會(huì)帶來(lái)一些負(fù)面問(wèn)題，由于機(jī)翼傾轉(zhuǎn)后前向迎風(fēng)面積較大，前向風(fēng)力帶來(lái)的擾動(dòng)將更大，增大了控制的難度；在無(wú)人機(jī)轉(zhuǎn)入高速巡航模式前，它需要進(jìn)行一段過(guò)度模式飛行，在這當(dāng)中飛行器將逐步傾轉(zhuǎn)機(jī)翼，將原由兩個(gè)螺旋槳產(chǎn)生的拉力逐步轉(zhuǎn)移到機(jī)翼產(chǎn)生的升力上。此時(shí)飛行器處于一種極不穩(wěn)定的狀態(tài)，這類(lèi)似于一個(gè)卸力轉(zhuǎn)移過(guò)程，好比原來(lái)你正挑著一個(gè)扁擔(dān)，在你邊走邊挑的過(guò)程中另外一個(gè)人要接過(guò)你的扁擔(dān)，一旦這個(gè)人接的不好就會(huì)把桶里的水撒出來(lái)。
為了能夠準(zhǔn)確“卸力”，就要進(jìn)行精確的過(guò)渡態(tài)飛行控制律設(shè)計(jì)，這里就涉及了全包線(xiàn)的飛行動(dòng)力學(xué)模型建模技術(shù)，多模態(tài)模型縫合技術(shù)、魯棒控制算法等，才能成就高魯棒性的飛行控制品質(zhì)；
c) 根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，導(dǎo)致小型無(wú)人機(jī)事故的原因當(dāng)中三分之一是因?yàn)楹诵摹按竽X”出的問(wèn)題。
飛控對(duì)于無(wú)人機(jī)至關(guān)重要
因而，對(duì)于無(wú)人機(jī)的大腦來(lái)說(shuō)，不光要飛得穩(wěn)、飛得準(zhǔn)，還得保證極低的故障率。為此，各家廠(chǎng)商都有自己的“獨(dú)門(mén)絕活兒”：工業(yè)器件篩選、完整的高低溫、振動(dòng)、電磁兼容環(huán)境試驗(yàn)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)、余度管理及控制技術(shù)等，這些都需要各個(gè)廠(chǎng)商進(jìn)行多年的技術(shù)積累。
2. 自主環(huán)境感知及避障技術(shù)
所謂自主環(huán)境感知技術(shù)之余人來(lái)說(shuō)就是人的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)，而一個(gè)沒(méi)有視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)的人來(lái)說(shuō)是很難在一個(gè)陌生環(huán)境中行動(dòng)的。
對(duì)于無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，自主環(huán)境感知技術(shù)就是借助“大腦”的“各種覺(jué)”解決“我在哪”和“前面有沒(méi)有路的”的問(wèn)題。對(duì)于一架物流無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，要成功的將一件包裹送到最終客戶(hù)手中，常常是要經(jīng)過(guò)跋山涉水、翻山越嶺的過(guò)程。
基于成熟的GPS導(dǎo)航技術(shù)能夠基本解決“我在哪”的問(wèn)題，但飛行過(guò)程中的非預(yù)期目標(biāo)感知?jiǎng)t需要借助雙目視覺(jué)、激光雷達(dá)等設(shè)備；雙目視覺(jué)類(lèi)似人類(lèi)的眼睛，在高清的圖像碼流數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上獲取實(shí)時(shí)深度圖并結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)的方法識(shí)別非預(yù)期目標(biāo)的距離、形狀等信息。同時(shí)，完成任務(wù)飛行后需要實(shí)現(xiàn)對(duì)地面或車(chē)輛降落點(diǎn)的智能識(shí)別，以及非預(yù)期的人、動(dòng)物、車(chē)輛目標(biāo)的智能識(shí)別；因而，這就對(duì)各家環(huán)境感知技術(shù)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性提出了更高的要求。
好了，搞明白“我在哪”、“前面有沒(méi)有路”的問(wèn)題后，下一步要解決的就是“往哪走”的問(wèn)題。
對(duì)于一架無(wú)人機(jī)像往常一樣在熟悉的路線(xiàn)上歡快的奔向目的地，正在接近目的地時(shí)，一條剛拉的電線(xiàn)被聰明的“大腦”發(fā)覺(jué)，時(shí)不我待，“大腦”需要在分秒之間做出判斷。因此，具備高實(shí)時(shí)性、并且能夠在嵌入式這類(lèi)有限計(jì)算設(shè)備中運(yùn)行的最優(yōu)規(guī)劃算法就是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。
a. 海量的感知數(shù)據(jù)處理
以雙目視覺(jué)為例，一個(gè)采用720P60FPS配置的雙目每秒會(huì)產(chǎn)生3M字節(jié)的數(shù)據(jù)，那么飛行10分鐘的話(huà)就會(huì)產(chǎn)生1.75G的數(shù)據(jù)，你可能會(huì)說(shuō)“這也不大啊，隨便找個(gè)電腦都能搞定”，但在無(wú)人機(jī)有限的體積、功率條件下，所能運(yùn)行的嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)量已將非常龐大了。
b. 多種感知數(shù)據(jù)融合評(píng)估
多種感知數(shù)據(jù)融合顧名思義就是將多種感知數(shù)據(jù)融合起來(lái)。上面說(shuō)了這么多，無(wú)人機(jī)的“各種覺(jué)”都是高度發(fā)達(dá)的，但又各有優(yōu)略勢(shì)，比如視覺(jué)感知系統(tǒng)，基于深度信息能夠獲取物體的距離、形狀、方位等信息，但在強(qiáng)光、弱光狀態(tài)下的使用又有所限制；而三維激光雷達(dá)這類(lèi)感知系統(tǒng)，能夠在不分晝夜的情況下對(duì)物體進(jìn)行識(shí)別，但在物體形狀信息獲取上又有所欠缺。可見(jiàn)在感知系統(tǒng)中通過(guò)數(shù)據(jù)融合評(píng)估算法解決“相信誰(shuí)”、“不相信誰(shuí)”的問(wèn)題將是重要的一點(diǎn)。
3. 基于大數(shù)據(jù)的智能云端系統(tǒng)
每一架物流無(wú)人機(jī)、無(wú)人基站背后都有著成千上萬(wàn)條信息，而成千上萬(wàn)架物流無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)所蘊(yùn)含的信息量將更加巨大。作為物流行業(yè)各大巨頭，這才是他們的拿手好戲，基于自身多年大數(shù)據(jù)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，同樣適用于物流無(wú)人機(jī)及基站群的使用經(jīng)驗(yàn)。基于大數(shù)據(jù)的云端系統(tǒng)更像是一張緊密的大網(wǎng)，能夠有效的組織管理者節(jié)點(diǎn)上每一架飛機(jī)、每一個(gè)基站、倉(cāng)庫(kù)，借助云端強(qiáng)大的計(jì)算能力物流系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)更加高效的運(yùn)作。
筆者預(yù)測(cè)，隨著智能化程度的不斷提高，在不久的將來(lái)，物流無(wú)人機(jī)將能夠?qū)崿F(xiàn)真正走入大家的日常生活，可能生活中一半以上網(wǎng)購(gòu)的貨物將經(jīng)過(guò)物流無(wú)人機(jī)的“上帝之手”。
科技最終的目的是服務(wù)人類(lèi)的生活，改變?nèi)藗兊纳盍?xí)慣。相信抽根煙的功夫剛給娃買(mǎi)的奶粉從天而降將不在是新聞，而是大家日常生活的一部分。
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