低空物流 | 低空经济背景下无人机的物流配送应用研究
引言2021年，中共中央国务院印发《国家综合立体交通网规划纲要》，首次提出要发展低空经济。低空经济被誉为未来经济增长的重要引擎，而低空物流作为低空经济的重要驱动之一，孕育着巨大的市场空间。以无人机技术为依托的低空物流配送，改善了传统物流配送模式中人工成本高、效率低、覆盖面有限的痛点，借由立体化的配送网络提供更快速、高效的“门到门”配送服务，有助于打通城市物流“最后一公里”。本文针对低空物流中无人机运输的适用场景与面临挑战进行分析，进而对低空物流发展趋势进行探讨与展望。
图1 无人机运输
低空物流的概念与价值
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低空物流的概念
低空一般指距离正下方地平面垂直距离在1000米以内的空域，根据各地区自身特点可延伸至3000米以内的空域。低空经济的发展载体是各种有人驾驶和无人驾驶航空器的低空飞行活动，以此带动相关领域融合发展的综合性经济形态。
低空物流作为一种新兴物流模式，尚未形成标准化定义。现阶段，低空物流的主要形式为以无人驾驶航空器（又称无人机）作为核心载具的物流活动。因此，本文将低空物流定义为借助无人机、大数据、人工智能等技术所进行的物流运输与配送活动。当前低空物流的应用领域比较广泛，如医疗领域的无人机应急配送服务、无人机快递服务、无人机送餐服务等。低空物流的内涵构成如图2所示。
图2 低空物流的内涵构成
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低空物流的价值
高效便捷、受时空限制小
相比于由城市道路构成的运输网络，低空物流最大的优势在于“立体”。依托三维空间发展的物流模式为低空物流容纳更高的运输吞吐量提供了支撑。无人机运输模式具有方便高效、节约土地资源和基础设施的优点。在一些城市的交通瘫痪路段、拥堵区域，或地面交通无法畅行的偏远地区，应用常规物流往往耗时长、成本高；而应用无人机运输则能够通过三维立体的物流线路规划，合理利用闲置的低空资源，有效减轻地面交通的负担，缓解交通拥堵和交通事故等问题，提高运输配送的可达性。
成本低、调度灵活
低空物流所应用的无人机运输，相比于一般的航空运输和直升机运输，具有成本低、调度灵活等优势，其无人驾驶的特点能使机场在建设和营运管理上实现全要素的集约化发展，弥补了传统航空在短距离配送和门到门服务中的不足。
无人机运输采用了性价比最高的方式促进物流效率、提升灵活度。对于农村市场，低空物流开通了无人机物流配送专线以及物资运送绿色通道，充分发挥无人机在交通不便地区的物流配送技术优势；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。对于城市市场，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，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。
推动产能协同和运力优化
在对低空物流进行科学规划的基础上，综合利用“互联网+无人机”、人工智能等技术和方式，能实现产能协同和运力优化。将无人机在盘点、运输和配送等环节中合理的开发利用，衔接配合好其它作业方式，从而发挥协同优势，助力物流行业降本增效。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。例如，为了处理一些快速交货和连续补货的订单，亚马逊、沃尔玛等企业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。
作为落地速度最快、商业前景最好的低空经济商业化场景，低空物流具备方便快捷、智能精准、绿色安全、集约高效等特征，其特点如图3所示。采用无人机进行物流配送业务将成为物流行业的重要发展方向，对于构建智能化、信息化、快捷化、绿色化的现代物流运输体系，挖掘低空经济的“蓝海市场”潜力，促进经济高质量发展具有重要意义。
图3 低空物流特点
低空物流发展的应用场景
无人机在低空物流行业的应用场景多样，包括仓储巡检、干线运输、支线分拨、末端配送、应急递送等。无人机载货可以有效缓解地面交通压力、加快货物流通效率，同时加强城市应急保障体系，不断提升居民生活质量。
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仓储与巡检
低空物流的发展为物流仓储行业带来了新的解决方案，可以利用人工智能和无线传输技术实现物流自动化、高效化和智能化管理。例如大型高架仓库，高架储区的检视和货物盘点；集装箱堆场、散货堆场（比如煤堆场、矿石堆场和垃圾堆场）等货栈堆场的物资盘点或检查巡视。在物流仓储的库存管理上，搭载配备人工智能的无人机仓库库存扫描仪，可以对仓库内的商品进行定位、扫描和检测，实现对库存的便捷管理，从而提高仓库存放运作效率，缩短物流运输配送时效；在物流仓储场所的库房巡检上，无人机搭载多旋翼高清相机等设备可以对库房进行全面监测，利用先进的推理引擎提供数据决策支持，通过巡航识别、扫描仓库存货实现库房的高效管理。
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运输与分拨
低空物流能够应用于跨地区的货运（采取固定航线、固定班次，标准化运营管理）、边防哨所、海岛等物资运输、以及物流中心之间的货运分拨等场景，送货的直线距离一般在100km-1000km左右，吨级载重，续航时间达数小时。无人机在物流过程中搭载传感器和摄像头等设备，可以实时监测货物状态、位置及运输环境等，有助于运输过程中的精细化管理，提高货物跟踪和安全性，减少货物丢失和损坏的风险。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如图4所示。
图4 飞行器参数
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末端配送
低空物流末端配送的空中直线距离一般在10km以内（对应地面路程可能达到20km-30km左右，受具体地形地貌的影响），载重在5kg-20kg左右，单程飞行时间在15-20分钟左右（受天气等因素影响），快递配送和外卖配送为低空物流目前城市末端配送中商业应用最广泛的场景。
快递配送场景——航线和时刻固定，配送场景为固定航线、不固定时刻，配送货品种类包括网购生活用品、餐饮、药品、试剂样本等，在短期呈爆发式增长。顺丰集团旗下丰翼科技已在深圳常态化运营部分路线，重点聚集快递件及包括疫苗、血清等医疗物资，实现中转场和单元区域之间、医院与检测中心直飞。
外卖配送场景——航线时刻均不固定，目前体量较小，以即时物流配送、外卖的形式为主，配送货品种类包括餐饮、药品、电子消费品等物资。针对外卖配送场景，美团以核心商圈为中心，开通由商场至周边社区的航线，截止2023年5月，在深圳、上海常态化运营15条航线，累计完成超过单量达十万级。现阶段，美团外卖利用无人机进行配送的流程如图5所示。
图5 美团外卖配送流程
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应急递送
应急递送主要用于在紧急救援中运输急救物资和医疗用品等。应急物资配送与普通货物配送不同，运输物资相对单一，所处交通及环境复杂恶劣，时效性要求高。无人机运输能够发挥常规运输工具无法比拟的优势，并能将现场信息第一时间传至指挥中心，能够无惧路面交通情况，配送速度快，通过无人机可将救援物资快速送至受困人员手中，这也改变了以往只能将受困人员救出至救灾安置点才能向其提供食品药品的情况，更大程度地保障人身安全。
无人机低空物流案例
近年来，快件业务量每年持续攀升，人力资源昂贵、密集劳动力、管理粗放等问题不断显现，传统地面运输和人力已经无法满足快递企业的需求。顺丰、京东、中通等快递物流企业纷纷展开无人机低空物流的研究，应用领域包括外卖、电商快递等。
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顺丰“三段式空运网”模式
顺丰自主研发的用于派送快件的无人机完成了内部测试，在局部地区试运行。下设载物区，飞行高度约100米，内置导航系统，无人机自动到达目的地，误差在2米以内。顺丰将通过“大型有人运输机+支线大型无人机+末端小型无人机”三段式空运网，实现36小时通达全国。
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中通“末端配送”模式
目前中通快递无人机主要聚焦末端配送及支线运输，利用末端配送无人机对地形地势复杂地区的快件进行收派服务，提升网络覆盖率，提高整体服务时效。2017年7月试运行，从浙江乐清天成工业园区天工二路到第一经济开发区，全程直线距离14.1公里，配送时间仅需20分钟，配送时效提高60%。
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京东“三级物流体系”模式
京东规划建设了“干线—支线—末端”三级无人机通航物流体系，在陕西、江苏等地实现了常态化配送运营，并建立了无人机全国运营调度中心，有效解决了广大农村、道路不便地区最后一公里配送难题。同时，京东自主研发的京鸿无人货运大飞机首飞成功，对于京东构建空地一体化三级物流体系，融合多种物流配送方式具有重要意义。
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美团“即时配送”模式
美团无人机外卖配送服务的运营模式采用了航线规划、自助充电、自主着陆等现代化技术。采用专注于城市外卖配送场景的全新多旋翼无人机新机型，载重2.5kg，最大飞行重量达9.5kg，满载最大配送半径（往返）为5km，满载最大配送距离达10公里。截至2023年8月，美团无人机在深圳、上海等城市7个商圈、17条航线实现常态化运营，累计完成订单超18.4万单，配送效率提升150%。
现阶段，各物流企业已经对无人机低空物流展开测试与应用，并取得良好成效，目前低空物流应用依然处在起步阶段，仍存在许多问题与挑战。
低空物流发展的问题与挑战
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无人机技术开发不成熟
目前的无人机产品仍然存在技术不成熟，性能不稳定等问题，无法全方位满足使用需求，制约无人机低空物流商业应用，阻碍市场需求释放。
● 路线规划和自动避障能力弱
由于路况复杂，无人机难以进行自主路线规划，如何安全避开障碍物，同时又不偏离航线，是无人机目前面临的主要难题之一，未来需重点解决如GPS信号丢失后无人机漂移问题、网络连接不稳定等问题。
● 续航能力有待提升
物流无人机必须保证长时间、大航程的作业，其电力供应和续航能力一直是限制其配送能力的关键因素之一。目前，大部分无人机采用锂电池工作，存在电池能量密度限制问题，这就意味着电池在有限的体积内存储更多的能量变得困难，如果增加电池体积便会增加无人机的负载，导致更高功耗和能量的消耗，使得飞行效率下降，飞行时间变短等问题的出现。
● 安全性问题
在物流运输配送过程中，为克服复杂的地形、气候、通讯等问题，保证物品安全和传输的准确性，需要提高底层硬件的稳定性。恶劣天气下无人机物流配送过程中的安全飞行也是当下亟需解决的重要问题，由于无人机的大部分控制系统由电子元件构成，在降雨天气下，需保证各部件的防水性能，否则易导致无人机短路，中断工作任务甚至危害他人的生命安全。
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应用市场潜力有待挖掘
目前低空物流所需依托的无人机产品成本还较高，技术水平相对落后，导致国产无人机接受程度低、受众规模小，推广工业级民用无人机依靠政府补贴和项目扶持的模式不可持续，应用市场潜力有待挖掘，使得低空物流的性价比无法大幅提升，在一定程度上制约了我国低空物流产业的发展。
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基础设施不完善
低空物流配送为了实现从无人机到人的货物连接，除了分布式控制系统以外，还需要地面系统的协调，包括无人机起降点、充电站和仓库等。上述基础设施需要与现有的城市规划和交通系统结合，构建高效的无人机送货网络。目前，低空物流运行模式中对于地面基础设施的建设尚未形成完整体系，存在起降站点规划不完善，无法保障无人机起降环境的稳定性；储物柜、仓储等收货设施不健全，无法解决发送和接受时间不一致等问题。基础设施方面的巨大差距成为了低空物流行业发展过程中最大的障碍，只有当“起降站—无人机—云管控”三者合为一体时，物流配送才能够实现日常运行。
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监管政策不健全
我国针对无人机政策的管理条例尚未完善，法律属性尚不明晰，规定内容较笼统，且缺乏强制执行效力和可操作性，无法解决低空物流配送可能带来的安全问题，因此需要进一步完善对于低空物流相关的法律法规。随着无人机数量的增加，现有的空中交通管理系统还无法适应大规模无人机送货的需求，亟需开发更先进的无人机交通管理系统，确保无人机之间的安全距离和飞行路径，减少碰撞引发的一系列风险。此外，无人机在低空进行拍摄和监测时可能涉及个人隐私问题，需要采取适当措施确保数据收集和使用的合法性及合规性。
低空物流发展的趋势与展望
总体来看，我国低空物流发展潜能充足，前景广阔，未来低空物流发展将会呈现出如下一些趋势性特点：
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无人机将继续成为低空物流的主导
无人机产业发展在低空物流发展中的牵引和带动作用日益增强，“无人机产业化”和“产业无人机化”可能会是未来低空物流发展的基本方向。无人机将进一步实现规模化应用，对各行业的渗透程度也会日益提升，对人们生产生活的支撑力度越来越大，主导作用越来越强。
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低空物流应用场景将进一步拓展
随着各个领域对时效和速度的追求逐步提高，未来借助低空飞行手段产生的应用场景将越来越丰富，例如旅游航拍、农林植保、应急救灾、电力巡检、客运等。尤其是无人机以其便捷、高效、低成本、适用面广的特点，将助推低空经济向更广泛的领域拓展。
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科技是低空物流发展的重要驱动力
低空物流产业发展的根本支撑是科技创新。利用人工智能、5G等高新技术，通过智能感知周边环境，自主决策飞行路线、实现智能避障是目前无人机产品的大趋势。关键核心技术的不断突破，创新链和产业链的有机结合，改善操作中的困难，保证安全性，将进一步拓展低空物流发展的市场空间，有力推动低空物流实现持续高质量发展。
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低空物流绿色低碳化升级将不断增强
推动绿色发展是国家经济社会发展的基本方向。低空物流与传统物流相比，其物流过程中各环节所产生的污染更小。作为国家产业体系的重要组成部分，低空物流产业将在“双碳”战略约束下进一步助推物流绿色化、低碳化转型升级。
总结
随着对低空物流领域应用价值的挖掘与认知程度的加深，低空物流逐渐向更长航程、更大载荷、更宽领域方向发展，亟需制定更加完善的标准与规范，发挥技术和人才两方面优势，更好地帮助低空物流突破瓶颈，实现低空物流的飞速发展。未来，低空物流技术设备的应用将成为推进物流行业结构优化升级、发展提速增效的强大支持，低空物流模式的推广将成为我国物流实现智能化、绿色化转型升级，促进物流行业跨越式发展的重要动力。
参考文献
林振强.无人机在物流领域加快推广应用.物流技术与应用,2023,28(S2):18-21.
林舒仪,张斌.无人机物流配送行业未来发展研究——基于美团发布自研新型无人机的分析.物流工程与管理,2022,44(05):104-106.
张英贤.低空物流起网,无人时代已来.中国交通报,2021-10-20(007).
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文案：王心怡
编辑：王心怡
审核：马骏驰 方佳悦
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