КОНЦЕПЦИЯ АРХИТЕКТУРЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ДОСТАВКИ ТОВАРОВ ПРИ ПОМОЩИ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Аннотация. В данной статье обосновывается целесообразность разработки и внедрения автоматизированных систем доставки товаров при помощи беспилотных летательных аппаратов, описываются базовые требования к подобным системам и перечисляются основные трудности, которые должны быть разрешены на пути к их созданию. Статья также содержит описание архитектурных подходов к реализации автоматизированных систем доставки и простейший пример логики функционирования подобной системы.

Ключевые слова: автоматизированная доставка, беспилотные летательные аппараты, электронная торговля.

Введение

В наше время электронная торговля превратилась в колоссальную по своим масштабам индустрию, которая во многих сферах практически полностью вытеснила торговлю традиционную. Очень многие товары гораздо удобнее выбирать и приобретать дистанционно, имея возможность сравнить их характеристики и стоимость с имеющимися аналогами. Электронная торговля не ограничивает нас расписанием работы магазинов, экономит наше время и силы, расходуемые на дорогу до классических учреждений торговли.

Одним из немногих до сих пор полностью не автоматизированных компонентов электронной торговли является доставка приобретенных товаров. В крупном городе путь курьера до покупателя может растянуться на долгие часы, в то время как иногда скорость доставки является очень критичной для клиента магазина. Часто автомобили служб доставки двигаются практически пустыми, перевозя буквально несколько заказов и затрудняя при этом и без того интенсивный городской трафик.

Очень перспективным и актуальным на сегодняшний день решением описанной выше проблемы является использование малых беспилотных летательных аппаратов для доставки небольших грузов, имеющих массу в пределах нескольких килограмм. Сокращенно такие устройства называют БПЛА, также очень распространен термин “дроны”. Разработкой прототипов систем автоматизированной доставки, использующих легкие дроны, заняты крупнейшие в мире электронные торговые площадки, в первую очередь американский гигант “Amazon”.

В то же время сами беспилотные летательные аппараты активно совершенствуются многочисленными компаниями-производителями подобного рода оборудования, среди которых в первую очередь стоит выделить китайскую “DJI”. Технические характеристики наиболее актуальных на сегодняшний день устройств позволяют им находиться в воздухе порядка 20 минут, преодолевать расстояния в десятки километров и перевозить на своем борту грузы, имеющие массу до 2-3 килограмм.

Основные требования к автоматизированной системе доставки

Имеющиеся на данный момент технологии беспроводной связи, геопозиционирования, обработки изображений при помощи искусственного интеллекта позволяют реализовать при помощи дронов полнофункциональную систему автоматизированной доставки, которая практически не будет требовать вмешательства человека в процесс своего функционирования.

Тем не менее, необходимо выделить несколько наиболее существенных трудностей, которые нужно преодолеть на пути создания подобной системы:

• Угроза столкновения беспилотных летательных аппаратов с объектами городской инфраструктуры, друг с другом, а также их падения на тротуары и проезжую часть улиц, что может повлечь за собой тяжелые последствия для пешеходов, транспортных средств и их пассажиров;
• Ограниченная автономность современных БПЛА в масштабах мегаполисов, простирающихся на десятки километров;
• Ограниченная грузоподъемность небольших дронов, исключающая доставку крупногабаритных и массивных предметов;
• Повышенная чувствительность легких летательных аппаратов к неблагоприятным погодным условиям;
• Чувствительность БПЛА к многочисленным радиопомехам и так же вероятность создания таковых самими беспилотниками.

Любую коммерческую систему автоматизированной доставки необходимо проектировать, обязательно учитывая перечисленные выше проблемы. Только решив в максимальной степени каждую из них, можно рассчитывать на экономически целесообразное внедрение и, что самое главное, безопасное использование такой системы.

Исходя из всего вышеизложенного, можно попытаться сформулировать базовые требования к любой перспективной автоматизированной системе доставки товаров:

• Обеспечение доступа максимально большого количества пользователей к системе автоматизированной доставки товаров в пределах территорий, на которых внедряется данный механизм, вне зависимости от района их проживания, типа их жилья и т.п.;
• Процесс доставки должен быть максимально скоростным: минимально возможное время подготовки заказа к отправке, минимальное время полета БПЛА с товаром до покупателя, максимально длительный, а в идеале круглосуточный период работы системы автоматизированной доставки;
• Полная безопасность системы доставки для жителей зон ее функционирования, транспортной и иной инженерной инфраструктуры этих территорий;
• Обеспечение работоспособности и безопасности системы автоматизированной доставки в максимально затрудненных погодных условиях;
• Максимальная автоматизация всех этапов функционирования системы доставки, включая процесс подготовки заказов, обслуживания беспилотных летательных аппаратов и других элементов инфраструктуры системы;
• Минимизация расходов на внедрение, обслуживание и эксплуатацию автоматизированной системы доставки товаров.

Описание концептуальной архитектуры автоматизированной системы доставки

Анализ требований к перспективной системе доставки приводит к концепции реализации подобной системы на основе универсальных узловых модулей, которые будут обеспечивать хранение и обслуживание дронов-доставщиков, контроль и управление процессом полета, а также обработку грузовых потоков, проходящих через данный узел системы.

Использование универсальной модульной архитектуры позволит максимально быстро и наименее затратно масштабировать систему доставки, обучать обслуживающий персонал и производить модернизацию оборудования. Разработанные и испытанные в рамках отдельных модулей решения будут с минимальными корректировками переноситься на другие аналогичные узлы автоматизированных систем доставок, построенных с использованием подобного архитектурного подхода.

Рассмотрим основные компоненты перспективного узлового модуля автоматизированной системы доставки товаров:

1. Система обслуживания дронов-доставщиков

Система обслуживания БПЛА, осуществляющих доставку грузов, должна обеспечивать постоянную готовность к вылету достаточного количества дронов, готовых удовлетворить все потребности зоны доставки, обслуживаемой данным узловым модулем. Наиболее важным для этой цели является поддержание аккумуляторов дронов-доставщиков в заряженном состоянии, а также ремонт незначительных дефектов летательных аппаратов, таких как, например, повреждения их лопастей.

2. Система управления и контроля за полетами БПЛА

Система управления полетами должна обеспечивать непрерывный контроль за всеми летательными аппаратами, находящимися в зоне ответственности данного узлового модуля. В случае если все используемые дроны являются полностью автономными, система управления и контроля должна включать в себя оборудование для слежения за всеми находящимися в воздухе летательными аппаратами и сбора всех телеметрических данных о происходящих в текущий момент полетах. Если же БПЛА нуждаются в постоянном управлении с земли, то данная система также должна предоставлять оборудование для персонала, пилотирующего контролируемые данным узлом дроны.

3. Система обработки грузовых потоков

При необходимости доставки товаров на существенные расстояния нужно переправлять их транзитом через несколько узлов, поскольку каждый из узлов автоматизированной системы доставки способен обслуживать ограниченную характеристиками имеющихся на нем дронов территорию. При этом в каждом из узлов должна происходить перегрузка грузов с исчерпавшего свой запас энергии дрона на полностью обслуженный и готовый к продолжению процесса доставки дрон. Вместе с тем должен происходить учет перевозимых товаров и контроль за их текущим состоянием.

Как можно видеть, каждый из описанных компонентов универсального узлового модуля автоматизированной системы доставки может быть обслужен человеком или автоматизирован в отдельности. Многомодульная архитектура позволяет также комбинировать более или менее автоматизированные узлы в зависимости от сложности и затратности процессов автоматизации конкретного модуля системы.

Простейший пример территориальной организации многомодульной автоматизированной системы доставки

Как уже упоминалось ранее, территория, обслуживаемая отдельным узловым модулем автоматизированной системы доставки, ограничена характеристиками дронов, которыми этот узел оборудован. В первую очередь, здесь идет речь о времени автономного полета и радиусе действия систем управления, имеющихся в наличии БПЛА.

Очевидно, что расстояние между отдельными узловыми модулями системы не должно превышать максимальной дистанции полета обслуживающих данные узлы дронов. При этом при необходимости доставить товар на расстояние, превышающее радиус применения БПЛА и невозможности для него вернуться в точку вылета, он должен направиться к ближайшему соседнему узлу, где груз с него будет передан на новый подготовленный к полету дрон. Данный дрон также либо перенесет груз на соседний узел, либо доставит его получателю в случае попадания адреса доставки в радиус своего применения.

Рассмотрим описанную выше архитектуру на элементарном примере доставки груза из точки “A” в точку “B”:

Рисунок 1. Пример автоматизированной доставки груза

На приведенной иллюстрации окружности меньшего радиуса обозначают зоны, внутри которых груз может быть доставлен дроном “Dx”, вылетевшим из узлового модуля “Mx”, с выполнением условия его возвращения в исходный узел. Окружности большего радиуса обозначают зоны безвозвратного полета дрона “Dx”, при котором он обязательно должен достигнуть соседний узловой модуль “My”.

Согласно рисунку, точка отправки груза “A” находится в радиусе досягаемости дронов-доставщиков с узлового модуля “M1”, а конечная точка доставки попадает в зону ответственности модуля “M3”. Для осуществления доставки дрон “D1” отправляется в точку “A” и по причине невозможности прямой доставки товара в точку “B” возвращается в узловой модуль “M1”. Затем груз перегружается на полностью подготовленный к полету БПЛА “D2”, который летит с ним на узловой модуль “M2”, поскольку он, исходя из своих технических характеристик, также не может достигнуть точки “B”. На узловом модуле “M2” груз переводится на новый дрон “D3”, который летит к узловому модулю “M3”, т.к. также не имеет возможности добраться до конечной точки доставки. И, наконец, успешно доставленный на узел “M3” груз отправляется полностью заряженным дроном “D4” в точку “B”, которая является досягаемой с узлового модуля “M3”, после чего БПЛА “D4” возвращается в узел “M3”.

Выводы

Разработка автоматизированных систем доставки товаров является чрезвычайно перспективным способом повышения эффективности сферы электронной торговли. На данный момент имеется вся необходимая технологическая база для реализации подобных систем на практике. В то же время, в процессе проектирования инженерам необходимо преодолеть массу трудностей, мешающих быстрому внедрению и распространению автоматизированной доставки.

Использование модульной архитектуры с закладыванием в нее ресурса для дальнейшей модернизации и автоматизации может оказаться эффективным подходом к решению как имеющихся на данный момент проблем, так и трудностей, которым еще только предстоит возникнуть на сложном пути практической реализации по-настоящему автономной автоматизированной системы доставки товаров при помощи беспилотных летательных аппаратов.

Список литературы:

1. Биард P., МакЛэйн Т. Малые беспилотные летательные аппараты: теория и практика. — Москва: Техносфера, 2015. — 312 c.
2. Джонс М. Т. Программирование искусственного интеллекта в приложениях. — Москва: ДМК Пресс, 2011. — 312 с.
3. Левкин Г. Г.  Логика распределения: учебное пособие. — Москва, Берлин: Директ-Медиа, 2018. — 253 с.