ПРИМЕНЕНИЕ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ В ЛОГИСТИКЕ: ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

APPLICATION OF DRONES IN LOGISTICS: LITERATURE REVIEW

Yuan Liang

Student, Department of Robotics Systems and Mechatronics, Bauman Moscow State Technical University,

Russia, Moscow

Irina Romanova-Bolshakova

Scientific supervisor, doctor of Technical Sciences, associate professor, Bauman Moscow State Technical University,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

Цель данной статьи - представить обзор применения беспилотников в логистике. Быстрое развитие технологии беспилотников является причиной названия данной статьи. Технология беспилотников имеет большое значение для логистической отрасли. С течением времени логистическая отрасль сталкивается с меняющимися проблемами. Применение беспилотников в логистике может помочь продвинуть отрасль вперед. В логистической отрасли методы планирования пути и методы распределения задач являются важными технологиями, необходимыми для БПЛА. В данной статье рассматривается прогресс в исследовании этих технологий.

ABSTRACT

The purpose of this paper is to provide an overview of the application of drones in logistics. The rapid development of drone technology is the origin of the title of this paper. Drone technology is of great importance to the logistics industry. Over time, the logistics industry has been faced with changing challenges. The application of drones in logistics can help drive the industry forward. In the logistics industry, path planning techniques and task assignment techniques are important technologies necessary for UAVs. This paper discusses the research progress of these technologies.

Ключевые слова: логистика; БПЛА; применение; обзор литературы.

Keywords: logistics; UAV; application; literature review.

1. Концепция беспилотной логистической системы

Беспилотная логистическая система — это система, использующая беспилотную платформу и соответствующие технологии для реализации логистических операций, таких как транспортировка, распределение, управление хранением и экологический мониторинг товаров. Она охватывает такие ключевые технологии, как разработка и производство БПЛА, автономное управление полетом, управление нагрузкой и управление логистической информацией, направленные на повышение эффективности, точности и надежности логистических перевозок, и предоставление инновационных решений для различных сценариев применения.

2. Рыночная стоимость БПЛА

Как инновационная технология, беспилотники имеют широкий спектр применения и огромную рыночную стоимость. Следующая рисунка показывает, насколько велик потенциал рынка беспилотников.

Рисунок 1. Потенциальная стоимость рынка беспилотников [1]

Ниже перечислены основные аспекты применения беспилотников и их рыночная стоимость:

1. Электронная коммерция и логистическое распределение: Применение дронов в области электронной коммерции и логистического распределения очень перспективно. Беспилотники позволяют быстро и эффективно доставлять товары, экономя человеческие ресурсы и сокращая временные задержки из-за пробок на дорогах, повышая эффективность логистики и удовлетворенность клиентов.

2. Строительство и управление зданиями и инфраструктурой: дроны могут использоваться для мониторинга и проверки безопасности на строительных площадках, например, для проверки внешнего вида зданий на предмет повреждений и необходимости технического обслуживания. Кроме того, беспилотники могут выполнять аэрофотосъемку и 3D-моделирование для предоставления данных для городского планирования и управления инфраструктурой.

3. Сельское хозяйство и управление сельским хозяйством: дроны могут использоваться для точного управления сельским хозяйством в области сельского хозяйства, например, для распыления средств защиты растений, мониторинга урожая и анализа почвы.

4. Мониторинг окружающей среды и реагирование на стихийные бедствия: БПЛА оснащены различными датчиками и камерами и могут отслеживать такие показатели окружающей среды, как качество воздуха, загрязнение воды и лесные пожары, обеспечивая своевременную поддержку данных и реагирование на чрезвычайные ситуации.

5. СМИ и индустрия развлечений: беспилотники могут использоваться в таких областях, как съемки фильмов, спортивные мероприятия и туристические достопримечательности, обеспечивая уникальные перспективы и инновационный опыт для СМИ и индустрии развлечений.

В целом, потенциал применения беспилотников огромен и охватывает практически все отрасли. По мере развития технологий и внедрения инновационных бизнес-моделей ценность рынка беспилотников будет расти.

3. Логистические системы с БПЛА

Под влиянием сочетания таких факторов, как резкое увеличение спроса на распределение, растущие затраты на рабочую силу и сложные сценарии обслуживания, вместе с достижениями в области аппаратных и программных технологий, связанных с БПЛА, беспилотники отвечают основным требованиям практичности и в совокупности привели к «переменам» в инновациях логистики – логистика с БПЛА. Логистическая система с БПЛА – это инновационное решение, основанное на технологии беспилотников, позволяющее осуществлять транспортировку товаров. Благодаря быстрому реагированию и гибкости дронов, беспилотные летательные аппараты могут преодолеть проблемы, с которыми сталкиваются традиционные логистические системы. В будущем логистические беспилотники станут незаменимой инфраструктурой для современной логистической отрасли.

3.1 Применение беспилотников в логистике

Беспилотники могут использоваться как в внутренней логистике, так и в внешней логистике.

Во внутренней логистике одной из основных потенциальных областей применения беспилотников является управление запасами, в частности, инвентаризация и аудит. Эта тема изучалась Mészáros и др., которые подтверждают, что беспилотники могут принести значительные преимущества в этой деятельности, поскольку их требования соответствуют их высокой мобильности, маневренности и низкой стоимости [2].

Существует также широкий спектр применения дронов во внешней логистике. Примеры включают использование беспилотников для курьерской доставки, включая доставку посылок в отдаленные сельские районы, а также доставку посылок и медицинских товаров в городских и пригородных районах.

Логистическая система БПЛА, рассматриваемая далее в этой статье, нацелена на использование дронов для внешней логистики, в частности, для курьерской работы в городских районах.

Дроны станут основой будущих систем внешней логистики. На самом деле, технология беспилотников помогает логистической отрасли соответствовать таким мегатрендам общества, как цифровизация, автономное вождение, "умные" города, более высокие требования к доставке, более короткие циклы доставки, сложные дорожные пробки и экологические проблемы [3].

3.2 Текущее состояние логистической доставки с БПЛА в городских районах

Применение БПЛА в логистике является важным направлением развития технологии логистики, на которое в последние годы уделяется значительное внимание. Ускорение процесса урбанизации и быстрое развитие индустрии электронной коммерции ставят перед традиционными методами логистики ряд вызовов, таких как транспортные заторы, высокое энергопотребление и растущие расходы на доставку. Как новый вид логистической дистрибуции, логистика с использованием БПЛА обладает преимуществами быстроты, гибкости и низких затрат, и считается перспективным подходом для решения проблем, с которыми сталкиваются традиционные методы логистики [4,5].

В настоящее время логистическое распределение БПЛА в городских районах фактически опробовано и применяется в некоторых странах и регионах. Например, компания Amazon в США осуществила пилотные проекты по доставке дронами в некоторых городах, используя дроны для доставки небольших посылок к порогу дома пользователей [6]. Кроме того, некоторые новые компании, занимающиеся логистикой и дистрибуцией дронов, также реализовали пилотные проекты в городах, пытаясь обеспечить более быструю и удобную логистику и услуги по дистрибуции с помощью дронов.

Тем не менее, распространение логистики дронами в городских районах по-прежнему сталкивается с рядом технических, юридических и социальных проблем. В первую очередь необходимо решить такие вопросы, как безопасность полетов и управление воздушным движением дронов. Во-вторых, логистика и распространение БПЛА связаны с такими вопросами, как защита конфиденциальности, безопасность данных, законы и правила воздушного движения, и необходимо создать соответствующую нормативно-правовую систему [7].

Ожидается, что в будущем распределение логистики с БПЛА в городских районах совершит прорыв в технологиях, праве, обществе и других аспектах и предоставит более интеллектуальные, эффективные и устойчивые услуги по распределению логистики. Например, с непрерывным развитием технологии дронов дальность и грузоподъемность дронов будут продолжать увеличиваться, что может удовлетворить больше типов потребностей в логистике. В то же время, на основе применения таких технологий, как искусственный интеллект и большие данные, можно добиться улучшений в оптимизации маршрутов, управлении грузами и пользовательском опыте для распределения логистики с БПЛА. Кроме того, с постоянным совершенствованием законов и правил и постепенным углублением осведомленности общества о дронах перспективы применения логистического распределения дронов будут расширяться, и ожидается, что в будущем он станет важным методом в области логистического распределения.

4. Ключевые технологии в логистических системах

4.1 Модуль планирования пути

В сценариях доставки грузов в городах БПЛА необходимо использовать системы планирования пути для поиска траекторий, избегания пространственных препятствий и поиска приемлемых путей. По мере развития исследований сценарии применения траекторного планирования становятся все более сложными, в основном по количеству летательных аппаратов, от планирования траектории одиночного БПЛА до скоординированного планирования для нескольких БПЛА. С точки зрения пространства, сценарии варьируются от двухмерного до трехмерного планирования траектории. Что касается пейзажей, то здесь происходит переход от открытых горных и сельских сцен к более сложным городским сценам на небольшой высоте. Что касается ограничений, то основное внимание уделяется динамике полета, сложным препятствиям, плохой погоде и т.д.

С точки зрения областей применения, большинство исследований по планированию траектории БПЛА было сосредоточено на военном секторе, в основном на том, как снизить фактор риска военных самолетов в ходе их миссий с помощью планирования траектории.

Zhao [8] применил планирование траекторий для локального планирования пути с логистическим распределением БПЛА в качестве сценария применения и использовал муравьиный алгоритм растрового метода для решения, который мог найти кратчайший путь, но он рассматривал только двумерную задачу обхода препятствий, не учитывая сложные ограничения, такие как динамика полета, и не имел определенной практичности.

Xu [9] изучил алгоритм 3D-траекторного планирования логистических БПЛА с использованием алгоритма A*, а также разработал алгоритм динамического 3D-траекторного планирования БПЛА на основе алгоритма искусственного потенциального поля, который в основном реализовал интеллектуальное избегание препятствий БПЛА, но изучал только планирование траектории БПЛА во время непрерывного полета, что не включает взлет и посадку БПЛА и значительно отличается от логистического сценария.

4.2 Модуль распределения задач

Технология назначения задач логистическими дронами включает в себя многие аспекты, такие как экономика, общество и окружающая среда, и является важной частью логистического распределения дронов и оказывает огромное влияние на эффективность систем логистического распределения с несколькими БПЛА. Прежде всего, проблема распределения задач включает в себя совместную работу нескольких БПЛА и связана с проблемой планирования пути и проблемой TSP робота. Во-вторых, при назначении логистических задач БПЛА в городских районах необходимо учитывать множество ограничений, таких как временные окна, правила полетов, загруженность дорог и т. д., что предъявляет более высокие требования к разработке и оптимизации алгоритмов назначения задач. Кроме того, при постановке задач логистики БПЛА также необходимо учитывать неопределенные факторы, такие как погодные условия, колебания производительности БПЛА и т. д., которые создают проблемы с надежностью и адаптируемостью алгоритмов постановки задач.

5. Заключение

Эта статья рассматривается история исследований по теме логистической системы с БПЛА. Название данной работы обусловлено стремительным развитием технологии БПЛА. С момента зарождения идеи беспилотников технология дронов использовалась сначала в военной, а затем во многих отраслях промышленности.

В логистической отрасли технология беспилотников представляет большой интерес. Логистическая отрасль сталкивается с вызовами, которые приходят с течением времени. Применение беспилотников в логистике помогает логистической отрасли развиваться.

С развитием беспилотников соответствующие технологии изучаются многими учеными. В логистической отрасли технология планирования пути и технология распределения задач являются важными необходимыми технологиями для интеллектуальных устройств, таких как беспилотники. В этой статье рассматриваются исследования этих технологий.

Список литературы:

1. Otto A., Agatz N., Campbell J., Golden B., Pesch E. Optimization approaches for civil applications of unmanned aerial vehicles (UAVs) or aerial drones: A survey // Wiley Online Library. - 2018. 72. P.411-458.
2. Mészáros B., Bóna K., Bertalan M. Monitoring of production line supply systems with drones // XXIII International Conference on Manufacturing. - 2018.
3. Paolo L. D. Applications of drones in logistics: a literature review. Politecnico di Milano. School of industrial and information engineering. – M., 2019.
4. Benarbia T., Kyamakya K. A Literature Review of Drone-Based Package Delivery Logistics Systems and Their Implementation Feasibility // Sustainability. – 2022. -14(1), 360.
5. D'Andrea R. Guest Editorial Can Drones Deliver? // IEEE Transactions on Automation Science and Engineering. -2014. -vol. 11, no. 3, P. 647-648.
6. Amazon.com. Letter to the FAA: Amazon Petition for Exemption. -2014. 9(July)TS
7. Robin R., Tobias B., Liliann F. Drones for parcel and passenger transportation: A literature review // Transportation Research Interdisciplinary Perspectives. -2020.
8. Zhao Q. Attitude Control And Trajectory Optimization Of Variable-Pitch Quadrotor. Nanjing University of Aeronautics and Astronautics. -., 2018.
9. Xu H. The Study about the Track Planning of Express Unmanned Aerial Vehicle (UAV) for Interlligent Obstacle Avoidance. Beijing Jiaotong University. -M., 2019.