第壹,快遞無人機。無人機是壹種八旋翼飛行器,裝備有GPS自動導航系統、iGPS接收機、各種傳感器和無線信號收發器。無人機有多種飛行模式,如GPS自控導航、定點懸掛、手動控制等。,並集成了三軸加速度計、三軸陀螺儀、磁力計、氣壓高度計等多種高精度傳感器和先進控制算法。無人機配備了壹個黑匣子來記錄狀態信息。同時,無人機還具有失控保護功能。當無人機進入失控狀態時,會自動保持精準懸停,失控時會飛到最近的快遞配送點。無人機通過4G網絡和無線通信遙感技術與調度中心和自助快遞櫃傳輸數據,實時向調度中心發送自身地理坐標和狀態信息,接收調度中心指令,接收目的地坐標後以GPS自動導航模式飛行,進入目標區域後向目的地快遞櫃發送落地請求、本地任務報告和本地作業狀態報告,接收落地請求響應後, 快遞櫃引導無人機降落在快遞櫃頂部的平臺上,裝卸快遞,快速充電。 無人機超時無響應後再次向目的收發機櫃發送請求,超時三次後向調度中心發送著陸請求異常報告、本地任務狀態報告和本地運行狀態報告,請求指示。與調度中心失去聯系或出現異常故障後,無人機會自行飛到快遞配送點。
第二,自助快遞櫃。快遞櫃配有電腦、無人機排隊決策系統、快遞管理系統、iGPS定位系統[5]、無人機落地引導系統、壹個裝卸快遞停靠平臺、八個臨時停靠平臺、壹個機械傳動系統、四個自助快遞終端和多個快遞箱。快遞櫃頂部的所有擋塊都有快充功能。無人機向快遞櫃發送落地請求、本地任務報告、本地運行狀態報告後,快遞櫃將無人機編號、無人機的任務、任務優先級輸入系統,排隊決策系統分配停放平臺,然後無人機落地引導系統引導無人機落地,或者向無人機發送懸停等待指令。無人機收到快遞櫃的落地指令後,會不斷將紅外激光定位信號及其iGPS接收器接收到的本地號碼傳回快遞櫃,快遞櫃會準確掌握無人機的坐標信息,引導無人機準確落地。當快遞櫃擠滿無人機時,會向調度中心發送隊列擁堵報告,調度中心會停止向無人機發送裝卸指令。快遞櫃會實時向調度中心發送該櫃的快遞單信息,包括快遞基本信息、快遞優先級、快遞接收時間、該櫃的快遞擁堵狀態報告。可以根據業務發展程度和成本考慮,在住宅小區設置快遞櫃,或者在部分樓宇樓頂設置的快遞櫃也配備攝像頭,實時監控記錄快遞櫃周圍的環境狀況,確保用戶的快遞和系統設施安全。用戶通過快遞櫃投遞快遞:當用戶按下投遞按鈕時,如果快遞櫃未滿,會彈出壹個空的投遞箱門,用戶從快遞箱架上取出壹個快遞箱,將快遞箱放入快遞箱,然後將快遞箱放入快遞箱,關閉箱門。快遞盒會檢測快遞是否達標,包括重量和危險的檢測。如果符合標準,會提示用戶輸入發貨信息和發貨等級。在確認可以到達目的地後,根據快遞重量、配送距離、配送優先級給出價格。用戶可以當場支付,也可以快遞員根據需求在線支付或貨到付款。快遞櫃完全接受快遞後,會通過藍牙將快遞信息發送到快遞盒,快遞盒會記錄快遞信息,用於快件的識別。無人機與快遞櫃對接後卸載快遞箱,快遞箱由機械傳動裝置帶入快遞箱。快遞櫃會根據無人機任務報告和快遞盒記憶模塊中的信息對快遞進行驗證,並向用戶發送短信提醒快遞已到,並給出取件密碼和溫馨提示。用戶超過領取快遞時限的,按照超時時長支付快遞箱占用費。超過時限的,快遞將被退回或轉運至快遞配送點。
第三,快遞盒。快遞盒內置藍牙和記憶模塊,主要用於包裹快遞,方便無人機攜帶,識別快件。快遞箱空閑時,放在快遞櫃的快遞箱架上,用戶可自行取用。
第四,快遞配送點。分撥點負責不同地區之間快遞的分撥功能。無人機接收調度中心的指令,將異地快遞運送到配送點。根據需求,可以按區域設置卸貨通道,在不同點發出指令,引導無人機降落卸貨。卸下來的快遞會被傳送、聚集、打包,然後運送到機場。同時,調度中心將快件信息發送到各個目的地區域的調度中心。此外,分電還負責無人機的安檢和維護,還具有無人機臨時停放、快速充電、異常快遞倉等功能。
五、快遞配送基地。到達這個區域後,異地快遞會被運送到配送基地。基地會根據快遞箱內存模塊中的快遞信息對快遞進行分類,運送到這個區域的分點。同時,基地會將所有到達的快遞信息入庫,並將信息發送到調度中心。
第六,區域調度中心。調度中心統壹管理本區域所有快遞的收寄,同時調度無人機。調度中心同時監控無人機和自助快遞櫃的運行狀態,針對其異常或擁堵情況,根據策略及時發出相應指令。根據無人機續航能力、快遞業務的地理分布、通信的實時可靠性、系統的體積容量、建設成本等諸多因素的綜合考慮,將整個系統劃分為若幹個區域,區域內獨立運行,相互配合。
壹:區內快遞。自助快遞櫃收到用戶投遞的快遞後,將收件信息發送給調度中心。調度系統通過決策選擇合適的無人機,將任務指令和目的地坐標發送給無人機。無人機接到指令後飛向目標,快遞櫃會引導無人機降落,自動裝卸快遞。快遞送到目的地快遞櫃後,快遞櫃會向用戶發送取件信息。
流程如圖所示。
第二,跨區域快遞。調度中心收到發往其他地區的快遞信息後,會引導無人機送到這個區域最近的快遞配送點,會自動按照區域對快遞進行分類,裝箱送到機場,由大飛機送到目的地區域的快遞配送基地。基地收到快遞箱後會進行分割,將同壹區域的快遞送到本區域的快遞配送點,再由調度中心將無人機調度到目的地自助快遞櫃。
流程圖所示部署策略的核心是建立無人機狀態列表,包括無人機編號、當前坐標、當前任務狀態、運行狀態、續航能力等。建立自助快遞櫃狀態清單,包括快遞櫃號、地理坐標、運行狀態、擁堵程度等。
具體方法是通過將無人機狀態列表與快遞櫃狀態列表關聯,為每個快遞櫃生成預設半徑內的無人機到達時刻表,包括:無人機數量、預計到達時間(通過統計停機裝卸時間、平均飛行速度、無人機當前坐標、當前任務、快遞櫃坐標獲得)、預計無人機續航時間、停機位狀態等。停放位置包括三種狀態:停放在裝卸平臺上、停放在臨時平臺上和浮動狀態。該表按到達時間、續航時間和停車位排序。半徑的設定依賴於無人機群規模的統計優化,旨在優化系統,縮短響應時間。當無人機群規模較小時,可以設置為全區域。建立快遞派送團隊列表,包括快遞員編碼、快遞櫃號、目的地快遞櫃號、所需耐力、快遞優先級等。,按優先級排序,優先級由快遞員等級和配送時間決定。
流程如圖所示。
調度過程的步驟如下:
(1)無人機實時向調度中心發送狀態信息,調度中心實時更新無人機狀態列表;
(2)快遞櫃收到快遞後向調度中心發送收件信息,調度中心更新快遞派送表;
(3)從投遞表中取出優先級最高的快遞編碼,以及快遞櫃編號和目的地快遞櫃編號;
(4)從該快遞櫃的無人機到達時間表中取出續航能力和最快到達的無人機編號;
(5)調度中心的無人機發出指令,給出接收的坐標位置和投放的坐標位置;
(6)無人機到達目標位置後,向快遞櫃發送落地請求;
(7)利用iGPS定位系統,快遞櫃精確引導無人機對接降落裝卸快件;
(8)無人機裝卸貨後,向調度中心發送快遞報告(或無人機收貨成功,或快件送達目的地);
(9)如果無人機的任務沒有完成,或者有其他任務要繼續,比如:飛到目的地快遞櫃投遞快遞,在這個快遞櫃收貨,或者飛離這個快遞櫃;
(10)如果無人機沒有其他任務,會收到快遞櫃引導並停靠在臨時停放平臺的指令,快遞櫃會在收到其他無人機的降落請求時發出指令;
(11)快遞櫃會在快遞入櫃後向調度中心發送快遞到達確認報告,同時給用戶發送手機短信,提醒用戶及時領取。內容包括密碼提取,超時收費提示,返回原地。
(12)超過系統設定的時限未被取走的快遞,將以無人查看的方式退回原處,並短信通知用戶。分析表明,為了避免系統擁塞和系統崩潰,壹個區域的快遞限速率與該區域的無人機總數和自助快遞櫃總數成正比。
如公式(1)所示,v 1 = k 1×N+k2×M;
(1),其中:V1為吞吐量快遞的極限速率;K1和k2為系數;n是無人機總數;m為快遞櫃總數。進壹步分析表明,無人機的最大總數可以由快遞櫃總數、快遞櫃處理的無人機最大數量、無人機的極限飛行速度和面積決定。
如公式(2)所示:nmax = k×m+k3×(s/v2);
(2)其中:Nmax為無人機最大總數;k是快遞櫃無人機最大數量;m是快遞櫃的總量;K3是系數;V2是無人機的極限飛行速度;s是面積的面積。由此可以得出結論,自動化無人機快遞系統的重點在於自助快遞櫃的布局和建設,系統的吞吐量最終由快遞數量決定。合理規劃快遞櫃,提高快遞櫃應對無人機的能力,提高無人機的飛行速度,可以有效應對快遞的增長速度,優化各種成本資源。