明泽观察|物流无人机-低空经济的先导
前言：随着电子商务的迅猛发展，物流行业面临着巨大的配送压力，催生了物流无人机的应用场景：物流无人机是一种利用无人机技术进行货物运输的新型物流方式，它在提高运输效率、降低成本、拓展物流服务范围等方面具有显著优势；美团、京东、顺丰等公司均已发布物流无人机产品。政策方面，深圳宝安区、广州黄埔区、珠海市分别于2023年8月、2023年12月、2024年3月发布补贴政策，其中深圳宝安区和珠海市对货运的起飞重量超过25kg的中大型无人机给予90元/架次的补贴，广州黄埔区对载物飞行1万架次以上的示范项目给予90元/架次的补贴，单个企业年补贴上限分别为1000万元、500万元、500万元。总体来看，低空经济物流先行，物流无人机有助于打通城市物流“最后一公里”，本文将针对低空物流中无人机运输的技术特点、适用场景与面临挑战进行分析，对发展前景进行探讨与展望。具体内容详见正文。一、物流无人机的技术特点无人机对电池的能量密度、放电倍率、安全性等技术要求更高。从技术指标角度看，（1）能量密度：无人机对能量密度的需求远远超过汽车，以目前的eVTOL电池为285Wh/kg举例，对比乘用车三元电池（200Wh/kg）高出四成；（2）放电倍率：由于起降的特殊场景要求，eVTOL电池的瞬间充放电倍率须在5C以上，而乘用车动力电池在倍率性方面仍处在从 1.3C至1.7C 向1.7C至2.5C 的迈进阶段；（3）安全性：无人机适航审定对电池安全性要求极高，美国FAA认证要求为发生事故的概率在千万分之一，而欧盟EASA要求控制在十亿分之一；（4）定制化：无人机有测绘、检测、植保、物流等各种用途，不同领域的无人机任务模块及外形均有不同，且无人机电池舱较小，所以需要根据电池舱尺寸定制化电池。概括来看，无人机主要是对电池的能量密度和放电倍率有较高要求，以保证飞行的持久性和动力。
图表1：无人机对电池的能量密度和放电倍率要求高
（资料来源：GGII）
由于锂电池能量密度、倍率、循环寿命的不可能三角（提高能量密度或充放电倍率会降低锂电池循环寿命），无人机电池的循环寿命较低——电池循环寿命仅在 300 次左右，具有耗材属性。原理上，无人机目前主要采用锂聚合物电池作为主要动力，设计的续航能力一般在20分钟至30分钟之间，覆盖单次飞行任务要求；同时，为了提升无人机飞行过程中的安全冗余，并且通过换电提升无人机的使用效率，通常无人机需要携带3-4块电池。但无人机电池的携带量增加后，又会遇到轻量化设计问题，即为了提高运输效率，“无人机需要尽可能减轻自身重量，以实现更长的续航时间和更好的性能”这一要求。
图表2：锂电池能量密度、倍率、循环寿命的不可能三角
（资料来源：Understanding the trilemma of fast charging, energy density and cycle life of lithium-ion batteries）
此外，技术层面还需要注意对智能化控制系统的优化，包括飞行控制系统、路径规划系统、避障系统等，确保无人机能够安全、准确地完成运输任务。对应到进行低空物流的基础科学规划上，产业需要综合利用“互联网+无人机”、人工智能等技术和方式，实现产能协同和运力优化。对应到空域层面，2023年12月21日国家空管委组织制定了《国家空域基础分类方法》，2024年1月1日民用无人驾驶航空器综合管理平台（UOM）已上线运行，针对无人机在真高120米以下的飞行空域，全国人群稀疏地区已大部分放开，其中深圳已开放龙华区以北的大部分城区，所以物流无人机在城区的飞行空域有望陆续落地。从法规角度补充，由于物流机器人载重较大，属于大中型无人机，所以还需要符合相关适航标准的要求。
图表3：深圳大部分区域已开放飞行
（资料来源：民用无人驾驶航空器综合管理平台官网）
从技术落地角度看，中国航空工业集团研制的翼龙-2是固定翼无人机的典型产品，其成功完成了我国大型固定翼无人机货运物流的首次飞行试验，为低空物流运输提供了新的解决方案。注：固定翼无人机巡航时间长，载荷大、航程远、飞行速度快、飞行高度高，但需要起飞跑道。
图表4：适航审定的无人机分类
（资料来源：中国民航局）
二、物流无人机的应用场景物流无人机的应用场景正在从试点运营逐渐向常态化多场景方向扩展，如在特定区域提供快速配送服务，以及在医疗救援、巡检、应急任务等行业的应用：（1）即时配送：在城市中，无人机可以用于快速配送小件物品，如外卖、紧急药品等。因为电商与外卖行业蓬勃发展，城市人口密度大，物流需求量更大，面对城市道路错综复杂的物流环境与交通情况，通过人机协同的形式，物流无人机可以帮助骑手实现短时间、长距离订单配送，降低骑手工作难度，补缺人工配送工作死角，更可以帮助骑手解决极端天气等情况下的配送难题，为消费者提供更加便利的服务。（2）偏远地区配送：在交通不便的山区、海岛等地区，无人机可以提供更快捷的物流服务。例如，联合国家邮政局，将无人机物流纳入“快递进村、村村通邮”服务，提升航空物流的覆盖广度、深度，巩固脱贫攻坚成果，助力乡村产业升级。（3）农业物资运输：无人机可以用于运输种子、化肥等农业物资，提高农业生产效率。（4）应急救援：在自然灾害发生时，无人机可以快速运送救援物资。
图表5：不同类型飞行器在运输与分拨过程中的适配范围与飞行参数
（资料来源：公开资料）
物流无人机也可以归类为三种细分应用模式：（1）末端物流无人机配送空中直线距离一般在10km以内，载重在5kg至20kg左右，单程飞行时间在15至20 分钟左右，主要解决“最后一公里”配送效率和时效性问题，配套层面：目前DHL公司、西北工业大学等都已研制出适合无人机停放的智能快递柜，通过RFID射频技术识别无人机底部的条码进行货物接收、分拣；（2）转运物流无人机主要实现城市内的快速转运，可以实现同城2小时达、跨城半日达，针对100KM以内的紧急快递配送场景；（3）支线物流无人机机载重量在200公斤到2吨之间，主要实现300公里的区域仓到仓的支线物流快速调拨。
图表6：物流无人机的三种细分应用模式（备注：以下内容均来自公开资料，不构成投资建议）
（资料来源：物流产品网、界面新闻等）
一些公司已在物流无人机领域取得了显著进展，如大疆、顺丰、京东等，这些公司不仅在技术研发上投入巨大，而且在商业模式探索上也走在了前列：美团：无人机主要定位商圈-社区的低空外卖配送，将外卖配送时间从30分钟缩短至15分钟。公司早在2023年7月就发布了第四代无人机产品，其采用多旋翼构型（注：具有三个及以上旋翼轴提供升力和推进力的可垂直起降无人机），最大载重2.5KG，满载航程10KM。随后同年9月19日，美团在深圳市龙华区落地了无人机智能制造中心，并于当日正式投产。据悉，该中心承担公司自研无人机及配套智能模组等装备的研发验证、试制、量产及维修等工作，具备年产超万台智能装备的能力。顺丰集团：一方面通过旗下的丰鸟科技的大型无人机解决区域枢纽间的支线运输，另一方面通过旗下的丰翼科技的中小型无人机解决城市枢纽及营业网点之间的末端配送，整体上正形成“大型有人运输机+大型支线无人机+末端投送无人机”共同构建的三段式航空运输网络，从而实现快件最短时间通达全国。其中，公司旗下的丰翼科技已正式推出两款无人机物流产品，分别是“同城即时送”和“跨城急送”，这标志着无人机寄递服务在中国开始进入常态化商业运营阶段。目前，丰翼科技的无人机每天飞行近千架次，运输快件超过1.2万件，已在大湾区实现常态化运营。除了顺丰集团之外，其他快递公司如中通也在积极探索无人机配送服务：2024年3月22日晚，中通快递与峰飞航空签订V2000CG大型eVTOL航空器购机协议，订单量30架。再以中通“海燕”电动六旋翼无人机为例测算，我们预计无人机配送可以显著降低运营成本：中通“海燕”电动六旋翼无人机最大载重达15公斤，假设无人机运输的包裹单件平均重量为0.5公斤，一个架次无人机可运输30个包裹；考虑我们在文章前言部分所说的补贴（深圳宝安区/珠海市/广州黄埔区）后，企业的中型物流无人机在前5.5万次飞行中单次飞行大概可获得 45元净收益。
图表7：已发布的物流无人机产品（备注：以下内容均来自公开资料，不构成投资建议）
（资料来源：《无人机在物流领域加快推广应用》、新浪财经、焦点杂志、开源证券研究所）
最新进展：河南无人机物流航线首秀11分钟飞完8.7公里。2024年5月18日，河南首批低空无人机物流配送航线启动仪式在郑州举行：一架无人机载着用户下单购买的手机，从河南科技市场数码港启程，用时11分钟抵达新天地通讯大厦，被安全送到8.7公里外的用户手中。据了解，此次航线使用的是国内先进的小型物流无人机，具备出色的性能和稳定性，配备有应对紧急情况的降落伞。该无人机最大载重9公斤，可在6级风下正常运行，搭载了40×30×20cm的货箱，最大航程为15公里，最大设计时速为60公里/小时。
国际企业层面，亚马逊、沃尔玛等企业也在建设先进的信息系统、智能仓储系统优化业务流程的基础上，规划了智能、高效的无人机城市配送中心（例如亚马逊的无人机塔），以及“无人机航母”（空中配送基地）等，用以提升配送效率和物流服务能力。三、物流无人机的发展前景
随着技术的成熟和政策的支持，物流无人机有望在未来几年内实现规模化应用。根据开源证券和东方财富的报告，物流无人机市场空间巨大，预计中小型物流无人机电池市场中期和远期每年市场空间分别有望达到73、250亿元。中金公司预测到2030年物流无人机市场规模有望突破2000亿元：假设中国同城快递/跨城快递业务量保持1.5%/5%复合增速，参考L.E.K.咨询估计2040年的无人机配送渗透率为30%，假设无人机物流2030年的乐观/中性/悲观渗透率分别为15%/10%/5%，并预计随无人机物流客单价随规模化应用有望进一步降低2030年的8元/12元，由此测算得2030年中国无人机配送的乐观/中性/悲观市场规模分别为3104亿/2069亿/1035亿元。
图表8：2024 年快递物流等无人机需求有望快速提升
（单位：亿元资料来源：Frost & Sullivan、公司招股说明书）
具体而言，从技术优势来看增长的来源主要是来源于配送效率的显著提升：无人机送货在城市环境中的平均速度可达每小时40-60公里,而传统快递车辆的速度仅为20-30公里/小时，加之无人机可以实现快速多点配送，从而明显提升物流的配送效率。根据谷歌母公司Alphabet在澳大利亚进行的一项Wing试点项目显示，无人机配送的成本相比传统车辆降低30%；对于小型包裹的配送，无人机比汽车能减少60%以上的能源消耗及碳排放。
从产业链角度看，无人机产业链包括飞行平台、动力装置、航电系统、任务载荷系统、地面系统、综合保障系统等。其中，动力装置主要有涡轮螺旋桨发动机、电动机等；航电系统主要包含飞控系统、导航系统、机载电源及空中交管等系统，系保证无人机完成拟定任务的关键系统；任务载荷系统指无人机携带的完成指定任务的设备或装置；地面系统主要包括指挥控制、起降控制、地面终端及通信链路等系统。各个系统也会涉及到无人机的不同构型，包括我们在前文已经提过了固定翼无人机，此外还有无人直升机、多旋翼无人机、混合无人机（注：混合两种或多种平台构造形成的无人机）。其中，混合无人机拥有两个动力系统，可以同时实现垂直起降、空中悬停和高速巡航飞行，有望在物流等中大型无人机展开应用。而无人直升机、多旋翼无人机各自存在些许问题，前者结构复杂、故障率较高、飞行速度较低、油耗高、载荷小、航程及续航时间短，后者有效载荷较小、续航时间较短。
图表9：无人机产业链
（资料来源：开源证券研究所）
同时，物流无人机的发展受到政策和法规的影响。本身无人机飞行应受到空域管理的监管，需要遵守相关的法律法规。而随着中大型货运无人机适航管理的加速，有望帮助物流无人机商业化的快速实现。例如，中国民用无人驾驶航空器综合管理平台（UOM）的上线运行，以及民航局发布的《中国民用航空规章第92部运营许可的申请和颁发（征求意见稿）》，都为物流无人机的适航审批提供了明确的流程和评估要点。同时，我国通过《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》等法规进一步规范无人机产业发展，鼓励发展与无人驾驶等结合的物流新模式。地方政府层面：长沙开通了首条常态化低空物流应用航线，预计今年将开通5至10条无人机物流配送航线，实现不低于1万架次的飞行量；2023年内深圳市开通无人物流航线77条，全年载货无人机飞行61万架次，无人机物流配送业务延伸到城市商圈与社区。
图表10：无人机政策催化密集
（资料来源：中国政府官网）
风险与挑战：包括物流无人机需要通过严格的适航认证，以确保飞行安全，以及在技术成熟度方面，无人机技术需要进一步提高，特别是在电池续航、载重能力等方面。就目前而言，最主要制约货运无人机应用的一个重要问题就是续航时间短、载重能力有限，无法与现今的快递单量匹配，后续电池能量密度的持续迭代有望推动无人机物流商业化。
由此来看，物流无人机的未来发展将朝着以下几个方向：（1）配送能力提升：随着电池技术的进步，物流无人机的配送能力，例如续航和载重能力将进一步提升。（2）智能化升级：无人机的智能化水平将不断提高，包括自主飞行、自动避障等可以期待。（3）服务模式创新：物流无人机将与现有的物流体系相结合，形成更加高效的物流服务模式。
结论：物流无人机大概率作为低空经济的先导
低空物流是对传统物流的有益补充，传统的公路、航空、铁路、管道、水运，加上无人机的末端配送和支线运输，将形成更高效的多式联运模式，推动现代物流的整体效率、成本和运力得到优化和重构。作为一种新兴的物流方式，无人机货运具有效率、成本、环保三大优势，无人机+快递柜的配送模式也有望兴起，为消费者提供更加便利的服务，同时物流无人机有望提升快递最后一公里的配送效率，也使得物流无人机具有广阔的市场前景和巨大的发展潜力。2024年受益于无人机的低空空域开放、中大型无人机适航审批加速、地方政府补贴、商业模式跑通，物流无人机有望成为低空经济中率先放量的场景。投资层面，可关注布局较早的整机公司、动力系统、运营、空管基建等。未来，随着技术的进步和政策的支持，物流无人机有望在未来几年内实现规模化应用，为物流行业带来革命性的变化。
文章观点仅供参考，不构成投资建议
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