非接觸式遞送的無人機研究

摘要：因應電子商務蓬勃發展，已衍生如行動電商、行動支付等先進技術生態鏈。而對比於以車輛為運送載具，無人機在天空可避開地面交通問題，加上速度快與配送彈性可望減少大量勞動力需求。隨著COVID-19的出現，物流業面對消費者及外送員暴露感染風險，所以使用無人機作為遞送的服務研究已日趨重要，但無人機在取放貨物接觸時有較高的風險。因此，非接觸式遞送亦是研究的重點課題。本文將透過文獻整理，完成一非接觸運送模式特色配送模式的分析整理，同時以一實際應用案例說明無人機與起降落平台的協作方式，探討三度空間物流基礎研究，逐步建構空中廊道整合方案。
Abstract：In response to the booming development of e-commerce, advanced technological ecosystems have emerged, such as digital commerce and payments. In contrast to ground vehicles as delivery carriers, in the sky, drones can avoid ground traffic problems. Additionally, thanks to their speed and agility, they can reduce the demand for a large amount of labor. With the advent of COVID-19, the logistics industry is facing infection risks due to exposure between consumers and delivery personnel. Hence, use research on UAVs as delivery vehicles has become a prominent field. Therefore, contactless delivery is also a key research topic. This article will analyze and summarize the characteristics of non-contact delivery modes through literature review. Parallelly, we will use a practical application case to illustrate the collaboration between drones and landing platforms, and exploring the basic research of three-dimensional space logistics and gradually constructing an integrated solution for aerial corridors.

關鍵詞：無人機、物流、遞送、空中廊道、非接觸式
Keywords：Drone, Logistics, Delivery, Air corridor, Contactless

前言
疫情期間加劇了物流業大量缺工問題，為提高物流效率與解決缺工問題，物流最後一哩路的交付變得更加重要[1-2]。以無人機作為載具執行遞送任務，在過往的經驗中，相較發展較為成熟的無人車、無人船等載具，在遞送時有較高的風險在接觸時造成人員的受傷；在疫情期間，為了減少接觸式感染，無人機物流顯示出其重要性和潛力，非接觸式遞送成了後疫情時期各國開始研究的重心[3-5]。
非接觸式係以無人機為載具的貨物運送和配送行為，藉由降落、掛鉤系統、空中投遞等方式實現與人員的零接觸，以提供快速、安全、和減少病毒感染風險的解決方案。然這波疫情改變的除了消費者的習慣，還影響了後疫情時代為減少接觸，使人們將原本實體的消費模式，改變為利用網路購物來解決生活的各項需求，因此造成了電商物流的快速崛起與蓬勃發展。
以日本為例，根據國土交通省汽車局2022年所做的卡車司機需求預測2030年卡車司機短缺人數會由2020年短缺46606人擴大到214086人[6]，卡車司機短缺的問題將影響遞送貨物中很大一環節；勞動人口的的老齡化、生育率的負成長，對物流業造成了很大的衝擊；而這個問題在COVID-19後特別顯著，在未來仍有可能再發生問題，即使在日本政府宣布緊急狀態期間，消費品的需求仍未減少，對於物流的需求將會更大。
非接觸式物流無人機案例與分析
本文分為兩部分，第一部分將探討各國無人機物流案例，並針對各案例傳遞方法進行研究；第二部分為無人機物流配送發展的可行性整合方案與場域應用說明。
1.各國無人機物流案例分析
A.Wing(美)
Wing團隊是Google母公司Alphabet的子公司，專注於無人機送貨服務。2014年在澳大利亞完成了第一次實際交付任務，成功地向農民運送了急救箱、糖果、狗糧和水；並在2016年9月，向維吉尼亞理工大學的學生運送了墨西哥捲餅，這在當時是美國本土規模最大、時間最長的無人機運送測試。一直到了在2019年Wing成為全球第一家獲得FAA批准的無人機送貨公司，開始了商業化試營運，並與地方飲料、食品、雜貨及藥品店家合作，於鄰近商店的停車場或頂樓等空間設置停機坪，提供短程遞送服務。客戶可透過手機應用程式訂貨，商家收到訂單後，指派無人機執行飛行任務送至客戶訂貨地點，同時客戶可透過手機即時追蹤無人機位置及送貨進度[7-9]。
B.UPS與Zipline(美)
由於非洲之地理環境較為空曠缺少醫療設施與藥品提供，為了讓居民在生病時能即時得到醫治和藥品，UPS與Zipline合作提供無人機運送血液、醫療用品和疫苗等服務。目前服務範圍已擴及非洲盧安達、迦納、奈及利亞、象牙海岸等國。為了解決無人機長距離飛行，所使用的無人機載具採用定翼機設計，以彈射方式起飛，其飛行距離可達80公里，飛航高度達300至400呎，飛行至目的地後是採空投方式遞送貨物，最後無人機是以攔截網方式降落[10]。
C.亞馬遜(美)
2022年6月亞馬遜公司開始規劃測試新的無人機送貨服務Amazon Prime Air，將消費者在亞馬遜網站上購買的商品以無人機宅配到家。送貨無人機透過感知和避障系統可以自動避開障礙物，如果識別出前方有障礙物，例如移動中的無人機以及民眾、寵物等，無人機能安全地避開並自動改變飛行方向。未來顧客能夠透過Amazon Prime Air訂購商品，並等待送貨無人機將商品宅配到家，當無人機飛到目的地並確認周遭沒有障礙物，再從安全高度位置放下包裹，然後折返[11-13]。
D.順豐無人機(中)
順豐與極飛無人機製造公司共同發展空中物流系統，此系統包括全天候飛行器、遠程調度系統、地面收發站點和第三方（民航監管部門）管理平台等四個部分。其系統運作模式是由物流員將貨物放置在無人機的機艙中，然後將無人機放在起飛位置上，接著透過物流員配備的物流PDA (Personal Digital Assistant)掃描無人機上的二維碼確認航班信息，然後等待無人機校對無誤後自動起飛，此時物流無人機調度中心將會通知收貨站的物流員做好無人機降落的準備，最後無人機抵達接收點降落後，物流員從機艙內取出貨物，並用物流PDA掃描確認航班已到達並完成取貨；當無人機每完成一次物流配送後，就會自動返航。順豐快遞所開發無人機規格如下，軸距550 mm，槳長14吋，重量1.95 kg，最大載重1 kg，空載最大飛行時間31 min，最大飛行時間16 min [14]。
E.DHL/億航(德/中)
2019年5月16日德國 DHL Express與中國無人機製造商億航（EHang）合作，已在廣州億航指揮控制中心完成首次試飛，為廣東省DHL物流中心附近居民提供定期無人機送貨服務。送貨服務是用4軸無人機，機體長度3英尺，重21磅，最大可負重12磅包裹，飛行速度達每小時40英里，DHL團隊宣稱運輸時間將由原本的40分鐘大幅縮減至8分鐘，有效減低80%總成本與碳足跡[15]。