0 引言
随着电子商务的蓬勃发展，物流配送成为现代经济活动中重要的一环，同时促进了物流行业的快速发展。然而，传统物流配送方式已难以满足日益增长的市场需求。此时，无人机物流应运而生。林舒仪等[1]对无人机物流配送的产业特性、新型无人机、行业挑战等问题进行了探究，指出民用无人驾驶航空器综合管理平台（Integrated Management Platform of Civil Unmanned Aerial Vehicle, UOM）已经成为产业竞争的核心。邓永蕤等[2]在对无人机与卡车联合运输物流网络的研究中，尝试采用无人机和卡车实现山区冷链物流运输。周斯斯[3]在对城市物流无人机配送的研究中，对飞行安全、负重、能源、人为干扰、竞争和合作等问题进行了定性分析，强调技术创新和管理创新的重要性。
当前无人机运量小、安全要求高，因此“配送车+无人机”成为一种新型的物流配送模式，不仅可以满足人口稠密的城市内物流配送，也能对偏远地区的物流配送起到一定帮助。低空物流快速发展的趋势下[4]，“配送车+无人机”这一物流配送模式逐渐成为热点，但是关于该模式对物流业的影响以及未来的发展前景，目前还未见系统的研究。
本文主要从“配送车+无人机”物流配送模式的目标设计、实施方案、技术核心、法律法规等方面进行探讨，旨在为推进现代智能物流配送的发展提供理论依据和实践参考。
1 “配送车+无人机”物流配送的现状
近年来，随着人们生活水平的不断提高，对商品的需求量也不断增加。物流配送作为连接生产和消费的重要环节，扮演着至关重要的角色。传统物流配送模式人工成本高、效率低、覆盖面有限，已经不能满足当前的需求。此时，“配送车+无人机”物流配送模式应运而生，在物流配送行业中的应用前景广阔，市场需求越来越大。
在当前的物流仓储行业中，“配送车+无人机”物流配送已经被广泛使用，无人配送系统凭借其高速度、高精度等特征受到许多物流企业的青睐。最早将无人机引入物流领域的是亚马逊于2013年提出的Prime Air业务，2016年12月，亚马逊的Prime Air无人机在英国完成了第一次送货任务[5]，2019年开始进入批量运营阶段。2015年，阿里巴巴与圆通速递合作进行了国内首次无人机配送[6]。顺丰速运在2018年3月获得国内首张无人机航空运营（试点）许可证[7]，将无人机与配送车结合，实现了从配送车上起飞、飞行到目的地并降落的全流程配送。2018年6月，京东第一台重型无人机京鸿完成最后组装，开启了京东三级无人机智能物流网络在支线段的发展[8]。
目前，“配送车+无人机”物流配送的应用推广对于经济社会发展的促进作用已凸显。一方面，其在物流配送中的优化已见成效，从无人机看守仓库货物，到续航更稳定、载量更大的无人机出现，配送质量和效率都得到了很大的提高。另一方面，它给物流仓储的老企业、新创企业以及个体工商户带来了新的盈利模式，可以借助这种新模式来打造新的物流配送标准解决传统配送难题。
2 基于应用场景及运输物品类型的差异化物流配送模式
2.1 配送车和无人机的应用场景及其特点
“配送车+无人机”物流配送技术是将无人机与配送车相结合的一种新型物流技术。该技术将一种适用于均匀地形的干线配送车与多个小型无人机的智能化配送系统相结合，针对不同的物流配送环境和需求，灵活调配无人机和干线配送车，通过数据分析和智能调度提高配送效率，以达到物流配送效率和服务质量总体最大化的运营模式。
配送车是一种用于供货、采购和物流配送的智能车辆，主要应用于物流配送行业中的中长程配送。在行驶过程中，它通过GPS、导航器、射频识别（Radio Frequency Identification, RFID）等技术，实时获得路况信息，从而更加准确地规划配送路线。此外，它还可以通过车载传感器监测货物的温度、湿度、氧气及二氧化碳浓度等指标，确保货物在途安全。配送车的主要优势在于批量配送，可以满足分布范围较大、单次运载量较大的配送需求，适用于中长距离的运输。但是在交通繁忙的城市道路上，配送车常常受到交通拥堵的影响，降低了配送效率，造成运输成本的增加。
无人机是一种用于物品空中运输的智能设备，主要满足运行路线较短的物流配送需求。它采用无线监控、导航、定位等先进技术，具有速度性、灵活、安全、能耗低等优点，可以快速穿越城市繁忙的交通流，灵活到达一些配送车无法到达的地方。此外，无人机的成本较低，更加适用于简单、小件的配送服务。然而，由于无人机半径较小、单次运载量较小，因此难以完成大件物品的运输。在使用的过程中，还需要考虑天气影响，这也是限制无人机运输发展的瓶颈之一。
2.2 差异化的联合物流配送模式
基于上述分析，本文提出基于应用场景及运输物品类型的差异化联合物流配送模式，作为解决思路：重量较大、体积较大的货物通过配送车配送；重量较小、体积较小的物品通过无人机配送。这种差异化的配送模式，既可以实现更高效的配送，又可以降低配送成本。不仅如此，差异化的物流配送模式也会带来新的商业机会，比如：一些小型物流配送服务商可以通过单个配送无人机在社区等较小范围内较快地配送物品，大型物流配送服务商可以通过车载无人机配送模式，在特定地区发挥智能终端平台统一管控的优势[9]，实现高效配送。
2.3 “配送车+无人机”物流配送技术的优势
“配送车+无人机”物流配送技术的优势主要体现在以下四个方面。
1）提高效率。传统的物流配送方式存在大量人工参与的流程环节，而无人机技术将人的干预降至最低程度，大幅提高了物流配送效率。无人机搭载高分辨率的传感器和高精度的定位系统，可以在短时间内完成大量的物流配送任务，与人工物流配送方式相比，效率显著提高。
2）降低成本。传统的物流配送方式需要大量人工和车辆，物流配送成本高昂。而无人机技术的应用可以降低人工和车辆调度成本。同时，无人机可以直接从空中投送物品到目标区域，垂直起降方式也大大减少了无人机的消耗。
3）精准配送。无人机与配送车联合配送，可以将包裹分送到不同空间层次，实现精准配送。例如，对于收件地址为城市中某大楼高楼层的，可通过无人机将包裹送达高楼层的某一个阳台，对于收件地址为该大楼低楼层的，则由地面的快递车负责将货物送达（快递员配送）。
4）增大配送范围。“配送车+无人机”物流配送技术可以将物流配送的范围扩大到较偏远的地区，满足更多的物流配送需求。无人机可以在规划范围较大、配送车难以到达的地区提供物流配送服务，并且缩短物流配送时间，提高配送效率。
通过上述分析可以看出，无人机与配送车联合配送的优势明显。在利用无人机配送的同时，传统的物流配送模式仍然可以在无人机与配送车之间无缝衔接，提供更完善的配送方案。在这种融合的环境下，物流配送可以实时调整、最大程度地满足客户需求，进一步促进物流配送服务的智能化、精细化，并带动物流配送行业的转型升级。
3 “配送车+无人机”物流智能配送的核心技术
3.1 硬件技术
配送车辆应当具备较好的适应性，包括自动驾驶技术与驾驶员的配合、车辆的机动性等。在适应性的基础上，车辆还应配备GPS定位系统和交通安全器材等，以满足运输需求和安全要求。
无人机的硬件技术是其飞行安全和稳定性的重要保障。无人机需要飞行控制器、电机、电池、称重传感器、自动驾驶仪等硬件，以实现自主避障、精准定位。
3.2 软件技术
软件是无人机与配送车的联合智能操作系统。配送车主要通过集成车载台式和移动式终端、惯导、车载摄像头等设备，实现无人机作业任务的调度、路线规划、数据传输以及支付等操作。
无人机的软件技术主要由任务规划、姿态稳控、实时飞行数据等组成，主要实现自主飞行、物件“接收→抓取→起飞→航飞→降落→继续启动”等一系列工作，实现无人化绿色物流配送。
3.3 算法优化
“配送车+无人机”智能物流配送算法包括路径规划、任务调度和资源分配等三个主要方面。当前，国内一些学者从不同角度对相关的算法进行了研究，重点是路径规划、智能配送和选型等，但不够系统。熊兴隆等[10]以“无人机-旅行商”问题（Travelling Salesman Problem with Drone, TSP-D）作为配送车与无人机的路由优化主要模型，以新型优化迭代算法对模型进行了优化，但是仍然受到诸多实际约束条件的限制以及存在规模小的局限性。胡春丽[11]则通过分析无人机飞行时的惯性规律，提出了一种基于深度学习的自动化感知方法，可以更加准确地感知无人机物流配送环境。韩睿等[12]对不同环境和运载重量下无人机物流配送的选型进行了比较分析。
1）路径规划
路径规划是指根据配送需求和道路网络等信息，确定配送车和无人机的最优路径。首先，通过分析配送需求和订单信息，确定配送区域和配送节点。然后，根据道路网络和交通状况，利用最短路径算法或最优路径算法，确定配送车和无人机的路径。以常用的启发式搜索算法为例，通过估计从起点到终点的距离来选择下一步前往的节点，以找到最短路径。该算法结合Dikstra算法的广度优先搜索和贪婪算法的启发式搜索，同时考虑了节点的实际代价和启发式函数的评估值，从而找到最优解。
2）任务调度
任务调度是指将配送需求分配给配送车和无人机，使其能够高效地完成配送任务。该算法的主要原理是对配送车和无人机进行任务分配，并使用线性规划和贪心算法等优化方法来实现任务的最优化分配。在任务调度过程中，需要考虑配送车和无人机的容量限制、充电/加油需求、无人机的航程等因素，以保证配送任务顺利完成。具体而言，该算法需要重点考虑以下因素。
①将物流配送区域划分为若干个子区域，便于后续任务分配和路径规划。可以根据地理位置、交通条件等因素进行划分，确保每个子区域能够被配送车或无人机覆盖。
②订单属性。根据订单的属性，如紧急订单或普通订单，对其进行优先级排序。
③距离和成本。根据订单的收货地址和配送车/无人机的位置，计算订单的运输距离和运营成本，以便选择最佳的配送方式。
④容量限制。确保配送车和无人机的容量符合订单的需求，避免超载或浪费。
3）资源分配
资源分配是指根据配送需求和配送车/无人机的可用情况，合理分配配送车和无人机的资源，以提高配送效率。首先，根据配送需求和配送车/无人机的性能参数，确定资源的分配方式，包括配送车和无人机的数量、型号、充电/加油设施等。然后，根据配送需求和资源分配方式，进行资源分配，在满足配送需求的同时，最大限度地利用资源。
可以参考的算法为：
式（1）中： 表示将订单i分配给配送方式j时的得分； 分别为权重系数，用于调节不同因素在任务分配中的重要程度； 表示订单i的优先级，根据订单属性（紧急订单或普通订单）的不同进行赋值； 表示订单i的收货地址与配送方式j的位置之间的距离，可以通过GIS计算得出； 表示订单i在配送方式j上的运营成本，包括燃料费用、人力成本等，可以根据实际情况进行估算； 表示配送方式j的容量与订单i的需求量之间的匹配程度，如果配送方式的容量超过订单的需求量，则容量匹配度为1，否则容量匹配度为配送方式容量与订单需求量的比值。
4 “配送车+无人机”智能物流配送设计
4.1 设计建议
1）设计适应性强的无人机
由于“配送车+无人机”物流配送服务的特殊性，所使用的无人机必须能够应对多种状况，避免受到玻璃、金属等物体撞击，并且具有防盗、固定等特征；配送车则主要考虑与地面基础设施配套，能够给无人机提供规范的起降、充电、收放货物等服务即可。
2）设计恰当的运物载荷和载荷箱
针对不同的物流配送需求，设计相应的运物载荷。有些物品可能过重，有些却需兼顾虚实和压力限制，合理配荷对于无人机配送至关重要。另外，根据荷载重量、运输温度、颠簸程度等情况，可以设计特定的载荷箱并形成一定的组合运输模式，匹配智能算法，从而最大程度地保证物流效率。
3）设计智能路径规划系统
“配送车+无人机”物流配送应搭配智能化的“地上+空中飞行”的路径规划。要求规划系统能够对交通网络进行实时监控，并根据交通流量、交通速度等因素对配送线路进行优化。“配送车+无人机”物流配送的规划流程包括三个阶段：选择路线及配送手段→配送数据分析及智能调度→“配送车+无人机”配送方案的实施。各个阶段应无缝对接，并可动态调整等。
4）建立完善的物流门户网站
建立“配送车+无人机”物流配送门户网站，及时发布并更新物流配送的道路状况、进度、需求等信息，方便用户进行信息查询。
5）考虑智能物流配送的安全等因素
在“配送车+无人机”智能物流配送模式中，还需要考虑安全、节能和环保等因素。例如，可以通过预测配送需求和交通状况，优化配送路径，减少行驶里程和时间，从而降低能耗、减少排放。同时，可以利用传感器和监控系统对配送车和无人机进行实时监测和管理，以确保配送过程的安全性。另外，由于各种原因（例如天气、交通状况等），可能会出现某个订单无法按时配送到达的情况。为了提高物流配送的可靠性和客户满意度，需要制定针对异常情况的处理规范，以合理分配资源和重新安排配送路径，有效应对物流配送过程中出现的异常情况，以提高订单的交付成功率和客户满意度。
4.2 模式设计
要更好地实现“配送车+无人机”智能物流配送，不仅需要从配送车辆、无人机设备、调度方案、数据管理系统以及安全保障机制等多个方面进行设计和优化，而且要充分考虑应用场景和运输物品类型的差异化。
1）城市和农村物流配送模式设计
混合物流配送模式是通过将配送车与无人机相结合，实现城市物流和农村物流的高效配送模式。该模式基于以下主要原则：①配送车负责长距离和大容量货物的运输，适用于城市物流配送和中长途物流运输；②无人机负责短距离和小规模货物的运输，适用于农村地区和偏远地区的物流配送。
对于城市内的短途配送，可以采用“配送车+无人机”协同配送模式。具体而言，在城市内的物流中心设立控制中心，由配送车负责物品的集中装载和分发，而无人机则负责最后一公里的配送服务。这种配送模式可以减少人力成本，避免受到交通拥堵的影响，提高配送效率和服务质量。
对于农村地区的远程配送，可以采用“固定基地+移动站点+无人机”配送模式。具体而言，在农村地区设立固定的物流配送基地，由移动站点负责在各个村庄之间进行中转和分发，而无人机则负责从移动站点飞往各个村庄进行最后一公里的配送服务。这种配送模式可以充分利用无人机在远程空间的优势，实现对偏远地区物品配送的覆盖并提高配送效率。黎聪等[13]对无人机农村物流配送的应用可行性进行了研究，指出高效率的物流模式分配、高科技的配送硬件支持、高水平的物流配送体系和高学历的物流配送人才储备，是形成一套适合农村物流的运作模式的关键。
2）不同品类物品物流配送模式设计
对于轻小件物品，可以采用“小型无人机+快递柜”配送模式。该模式利用小型无人机的优势，能够快速、准确地将小件物品送达指定的快递柜，提高了配送效率和服务质量。
对于大件重物品，可以采用“配送车+无人机”协同配送模式。该模式利用配送车的载重能力和无人机的灵活性，实现了大件物品的集中装载和分发，然后由无人机进行最后一公里的配送服务。
对于高价值物品，则需要采用更为安全可靠的物流配送模式。可以使用“特种运输车+无人机”协同配送模式，对高价值物品进行专门运输，并在无人机的配送过程中加强安全保障，如加密通信、设立限制区域等措施。
3）共性的管理运营模式要求
“配送车+无人机”智能物流配送模式的管理和运营，应当包括作业计划、维护保养、人员培训、安全管理等共性要求。
①作业计划方面，需要制定合理的配送路线和计划，确保配送车和无人机高效运行，并满足客户的物流需求。同时，还需要考虑交通、天气等因素对物流配送的影响，以及如何应对突发情况。
②维护保养方面，需要建立完善的维修和保养体系，确保配送车和无人机能够持续稳定地运行，避免由于设备故障或损坏而导致物流延误和成本增加。
③人员培训方面，需要针对不同岗位的工作人员进行专业化的培训和考核，提高其技术水平和工作效率，从而保证物流配送服务的高质量和稳定性。程晓磊等[14]以京东无人机快递为例，研究提出以三级通航物流体系的构建为契机提升传统配送车司机和快递员的技能，增加无人机的操作技能培训，为提升从业人员的职业化水平提供了参考。
④安全管理方面，需要建立科学的安全管理机制，包括飞行安全、数据安全、隐私保护等方面。在实际应用中，需要严格执行安全标准和规程，防范各类风险，消除安全隐患。
4）差异化的管理运营模式补充
无人机物流配送的应用场景和运输物品类型具有较大的差异性，因此需要针对不同的应用场景和运输物品类型设计差异化的物流配送模式。
在城市内的短途配送中，可以采用集中控制的管理模式，由物流中心设立控制中心统一管理无人机和配送车的任务安排和调度，从而实现效率最大化。
在农村地区的远程配送中，则需要采用分布式管理的模式，将控制中心和移动站点设置在不同地方，通过协调配合，实现物流配送的覆盖和服务质量的提升。
针对运输物品类型的不同，需要根据物品特征确定相应的管理和运营模式，如：对于高价值物品，需要加强安全保障，采用封闭式管理模式，严格限制物品转移过程中的人员操作，并增强安全检查和流程监控。
5 风险分析及对策建议
5.1 存在的风险
1）法律法规不配套
由于涉及交通安全、数据安全、个人隐私等问题，对于无人机与配送车的联合配送需要有相应的法律法规，防止产生相关的社会问题和安全问题。由于物流配送的不同领域存在区别以及特殊情况，各行业还需制订专门的细则，以完善服务。只有在法律法规的保障下，物流配送行业才能做好各项服务工作，满足消费者和社会的需求。
2）行业尚未成熟
物流配送具有高度的规模性和复杂性，在不断发展壮大的过程中，需要有相应的行业规范来引领和保障。在运用无人机配送技术、智能配送车等新兴技术和设备的初期，物流配送企业需要制定严格的标准，以确保配送过程的安全性和规范性。只有在基本的行业规范和技术标准下，才能够针对市场变化和消费者需求变化，不断进行技术革新和服务优化，最终促进行业智能化发展。
3）交通安全风险
无人机的实际运作中面临一定的交通安全风险，突发故障、意外天气、违规飞行和不当操作都会影响无人机的正常飞行，甚至导致严重的后果。另外，由于一些特殊因素，如行政区的划分、无人机飞行空域管理等，无人机的飞行区域受到限制。对于“配送车+无人机”配送模式而言，主要的安全隐患是在无人机起飞、飞行、降落过程中出现的意外事故，如碰撞、掉落等。这类问题可以通过引入先进技术和优化配送路线等方式解决。
4）数据安全风险
物流配送过程中，数据信息非常重要，包括货主信息、物流流程等。然而，配送过程中的数据容易受到黑客攻击或发生数据泄漏等问题，给物流公司造成重大损失。因此，数据安全非常重要，需要有稳妥的解决方案，采取一系列的措施防范风险。
5.2 对策建议
1）建立健全法律法规，规范管理
为了推动“配送车+无人机”智能物流配送模式的发展，必须制定相应的行业规范，包括：配送车标准，盲飞、导航和自动驾驶技术标准，配送车和无人机的使用和管理标准，等等。同时，还需要建立一系列的评估、测试和审核机制。
应尽快制定关于“配送车+无人机”物流配送模式的法律法规，为“配送车+无人机”物流配送模式的健康稳定发展提供法律保障。
在无人机相关标准规范方面，《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》《民用轻小型无人机系统安全性通用要求》（GB/T 38931—2020）、《民用轻小型无人直升机飞行控制系统通用要求》（GB/T 38911—2020）、《轻小型多旋翼无人机飞行控制与导航系统通用要求》（GB/T 38997—2020）等虽然对无人机的飞行行为、飞行器构造、飞行器性能、电池管理、通信导航频率使用范围等进行了规范，但是没有对与其他载具的协同，尤其是与配送车的物流配送协同等进行规定。因此，需要继续推动相关标准规范的完善。
在配送车相关标准规范方面，《危险货物道路运输安全管理办法》《机动车运行安全技术条件》（GB 7258—2017）、《道路车辆 牵引车与挂车之间的电气和气动连接位置》（GB/T 32861—2016）等规定了机动车的设计指标、性能指标、安全配置、车辆车身标识、驾驶员资质、配送车与挂车之间的连接装置等方面的要求，但这些内容尚不能有效运用到与无人机的协同上，需要进一步修订甚至重新制定相关标准规范。
在无人机飞行管理、道路交通安全、数据隐私保护等方面，也亟需在《中华人民共和国民用航空法》《中华人民共和国道路交通安全法》《中华人民共和国网络安全法》等法律框架下对“配送车+无人机”的飞行许可、禁飞区域、速度限制、交通信号、数据采集和传输过程管控等作细化规定。
2）推动技术成熟和平台统一
随着5G、人工智能、大数据等技术的不断进步，相关领域的高科技设备不断完善，为物流业的智能化和集成化提供了更好的平台和条件。因此，物流行业需要紧紧把握科技发展机遇，不断引进更先进的配送技术。在未来，物流公司可以利用人工智能等技术，提高货物的分拣、配送效率。
由于低空领域无人机的使用限制（《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》），需要在地方政府的指导和统一管理下，推动各个物流配送企业在本地建设一个统一的“配送车+无人机”智能物流配送平台，既和本地的智慧城市治理平台进行对接，也方便各个快递企业接入，加速新型智能物流业态应用和商用部署进程。
其中最重要的抓手是“配送车+无人机”物流智能配送的统一管控平台规划建设，涉及以下内容。
①技术基础建设。建立统一的数据平台和云计算中心，实现数据的实时采集、传输和存储，为后续的管控系统提供数据支持。
②管控系统开发和多平台接入。开发针对配送车辆和无人机的管控系统，包括路线规划、任务调度、资源管理、实时监控等功能，实现对物流配送过程的全面智能管控。同时满足政府管控需求，并且可以将各类物流企业平台接入，实现统一管控。
③通信网络建设。构建稳定可靠的无线通信网络，确保配送车辆与无人机之间的实时通信，实现数据传输和指令下达。
④设备配置与安装。配置相关的设备，如GPS定位装置、摄像头、传感器等，安装在配送车辆和无人机上，实现位置跟踪、行驶状态监测等功能。
⑤数据安全与隐私保护。建立完善的数据安全保护措施，确保配送过程中数据传输和存储的安全性，同时合法合规地处理个人隐私信息。
在平台的建设过程中可能面临技术、法规、安全等方面的挑战，可以通过与相关部门和专家合作，采取有效措施保障系统的安全和合规性。
3）探索绿色低碳多场景配送
绿色低碳多场景配送的规划设计要点如下。
①使用电动车、混合动力车等清洁能源驱动的配送车辆，减少尾气排放和噪声污染。
②高效使用无人机进行短距离的快速配送，减少配送车辆的行驶里程和交通拥堵。
③利用智能绿色调度系统，通过实时路况监控和数据分析，合理规划配送路线，提高车辆利用率和运输效率。
④建设“配送车+无人机”的共用充电基础设施，形成城乡一体的网络体系。国外有学者研究提出了以公交车作为无人机移动充电站的思路，对无人机配送的路由模型进行效益推算[15]，证明无人机在最后一公里配送的节能潜力很大。
⑤微型仓储设施建设。在城市区域布局微型仓储设施，以减少最后一公里配送的时间和能耗。
4）建立评估机制
针对“配送车+无人机”智能物流配送中的各类标准规范、技术体系、风险处置、效益评估等问题建立不同层级、不同侧面的评估机制，为行业的发展提供全面的基础保障。
6 结束语
综上所述，“配送车+无人机”物流配送模式的应用极大地提高了物流配送效率和质量，大幅降低了人力、物力成本且方便快捷。然而，该模式的推广也面临难题，即建设“配送车+无人机”物流配送模式需要大量投资，从硬件设备到软件系统的升级都需要成本，监管和管理等方面亟需更清晰、更完善的制度规范，等等。
本文重点探讨了相关的法律法规和规范引领下“配送车+无人机”物流配送模式下的应用场景和技术问题，并提出了对策建议，旨在推动行业发展，实现更高效、更安全的物流配送。未来，智能化、快速化和绿色化将会成为“配送车+无人机”物流配送模式的主要发展趋势，还需要基于更多的典型应用场景分析并解决其中的关键问题。
