CN110472794A - 一种无人机协同加速物流调度优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无人机协同加速物流调度优化方法，在此方法中，当配送员需要到一个区域多个地点取包裹时，调度中心根据该区域内可用无人机数量、位置和当前状态，规划无人机到指定多个地点的取货路线、监控无人机取货并送达离配送员行进路线最近的停机坪处等待，直到送货员到达指定阈值范围内后，无人机与配送员经过身份认证后将包裹交接给配送员，从而提高配送员的取货效率，加速配送流程，并进一步地提高消费者的满意度。

Description

一种无人机协同加速物流调度优化方法
技术领域
本发明涉及物流配送、无人机与调度优化领域，在物流取货环节中提出一种利用无人机协同加速取货的方法。
背景技术
近年来，我国无人机制造业发展迅速。无人机不仅在军事领域应用广泛，还在民用方面快速发展，被广泛应用于航拍、植保、抗震救灾等各个方面(如宋杭宇."论述物流无人机技术和发展趋势."中国战略新兴产业12(2018)所述)。随着电子商务越来越流行，需要运送的商品数量和种类越来越多。鉴于无人机操作灵活，可以垂直起降；低空飞行，可以两点之间直线飞行，不受交通拥堵等情况影响，递送效率高，所以无人机应用于物流领域的潜力巨大。但是无人机受限于负载重量、电池续航能力等，仅在小范围区域内得到较为成功的应用，例如企业园区内部、社区、校园等。
利用无人机可以使配送过程更加高效从而节约人工成本，但是现有研究一般针对如何利用无人机将货物送至收货方手中，然而现在的无人机的操作大都使用无人机专用操控器，需要由专业人员完成；而且无人机降落时，对降落场地有一定要求，且不易精确控制降落地点，且在超视距情况下，无人机依靠自身导航飞行，单方面远程控制降落，容易发生意外。闵科在"一种手机遥控与接收的无人机快递"一文中提出手机遥控无人机接收物品，当无人机到达时将无人机的操控权通过网络转交给接收方。但是这种方法要求接收方必须有一定的无人机操控经验，这显然是不容易做到的。从无人机的角度来说，此种方法也有可能导致无人机被人为的损毁，或者使无人机在飞行过程中发生意外从而损害商家利益；而通常情况下，配送员待取的订单不止一个，配送员必须依次去固定区域内的多个取货点(商家)取货，路程耗费时间较长，所以更加现实且更加安全的配送方式是由具有操纵经验的配送员与无人机进行货物交接，最终由配送员将货物送至买家手中。
因此，合理利用无人机有限的配送能力，由调度中心统一调度无人机在固定区域内协助配送员，是一种可以加速物流配送过程的方法。
发明内容
为了使接收货物—配送货物的过程更高效，本发明提供了一种无人机协同加速物流配送的方法，其步骤为：
S01、调度中心收到来自同一区域的一组订单，根据订单的取货点和收货点的位置分布、当前各个配送员位置与工作状态进行订单分配，确定每个配送员分配的新订单集合并向配送员发送配送方案；
S02、调度中心预估当前配送员已分配但尚未完成的订单的完成时间，将完成时间超过指定阈值的订单所在配送方案标记为待优化方案D，根据订单超期程度设置待优化方案D的优先级；
S03、判断是否存在待优化方案D，若存在待优化方案D，则执行S04，若不存在待优化方案D，则执行S01；
S04、对每一个待优化方案D，调度中心按照优先级次序，依次对待优化方案D进行加速优化；调度中心根据该区域内可用无人机的数量和位置，为每一个待优化方案D计算加速方案D’，该加速方案包含两个子方案：配送员配送方案 D1和无人机协同配送方案D2，D1指定了配送员需要自己去取货的订单和取货优化路径；D2则指定了无人机取货的订单和取货优化路径，加速方案D’需至少能令一个超期订单完成时间低于原方案中完成时间；否则该待优化方案D不可优化，由配送员独立完成；
S05、对每一个加速方案D’，调度中心向配送员发送配送指令，指令包含配送方案D1，D1包含配送员所要取货的订单信息集合、取货路线和预计无人机交接区域范围；
S06、调度中心向D2方案中指定的无人机发送取货指令，指令包含无人机协同配送方案D2，D2包含无人机所需取货的订单信息集合、无人机取货路线、预计离与配送员交接区域范围最近的停机坪；
S07、调度中心实时监控每个配送员执行其所分配的D1方案和每台无人机执行D2方案的情况；
S08、调度中心判断配送员是否先完成D1方案中订单的取货，如果配送员先完成D1方案中订单的取货，则执行S09；如果无人机先完成D2方案中订单的取货，则执行S10；
S09、调度中心向配送员发送等待指令，指定配送员带指定区域等待与无人机交接，并向无人机发送配送员等待位置；
S10、调度中心向无人机发送等待指令，指定无人机到指定停机坪停靠等待，并向配送员发送无人机等待位置；
S11、调度中心判断配送员与无人机是否完成货物交接，如果配送员与指定的无人机已经完成货物交接，则执行S01；如果配送员与指定的无人机仍未完成货物交接，执行S07。
其中，配送员执行配送方案D1并与无人机交接货物的步骤为：
D1-1、配送员收到调度中心发送的配送方案D1，按照指定路线去取货点取货；
D1-2、配送员完成取货，向调度中心发送完成取货消息；
D1-3、配送方案如果不是无人机协同优化方案D2，则配送员按照配送方案 D1指定路线送货，然后回到D1-1；配送方案如果是无人机协同优化方案D2，则配送员等待调度中心命令，执行D1-4；
D1-4、配送员收到调动中心发送的等待指令，前往指令指定区域等待无人机交接；如果配送员收到的不是等待指令，则说明无人机在停机坪等待，指令中包含了无人机所在停机坪，配送员前往无人机所在停机坪；
D1-5、配送员与无人机位于同一位置后，配送员通过通信设备向无人机发送交接请求，获得无人机操纵权，操作无人机取走货物；
D1-6、配送员继续执行配送方案D1，将所有货物按照指定路线送达。
其中，无人机执行D2方案并与配送员交接货物的步骤为：
D2-1、无人机收到调度中心发送的配送方案D2，按照指定路线去取货点取货；
D2-2、无人机完成取货，向调度中心发送完成取货信息；
D2-3、无人机等待调度中心命令；
D2-4、无人机收到指令，且指令为等待指令，则无人机前往指令所指定的停机坪等待交接；如果无人机收到的指令不是等待指令，即配送员已经在指定区域等待，无人机根据指令飞往该区域余配送员交接；
D2-5、无人机收到配送员的交接请求，通过配送员身份验证，赋予配送员操纵权，交接完成后收回操纵权，飞回最近停机坪等待并充电，等待调度中心下次调度。
进一步的，S04中，订单待优化优先级按照估计的超期程度排序，超期程度越高则待优化订单的优先级越高；
进一步的，在进行订单优化时所选择无人机需满足距离订单取货位置直线距离最近、当前空闲且电量足以支持无人机取货、与配送员完成货物交接并飞回最近充电桩；
进一步的，配送员与无人机交接区域范围应该为无人机与配送员距离足以进行身份认证等通信行为的范围。
本发明的有益效果为，调度中心可以在配送员送货的时候安排无人机提前完成配送员下一趟需要运送的货物，即无人机去多个取货点取货后飞行到指定地点等待，配送员送完上一批货物后直接到调度中心指定地点与无人机进行货物交接，取出无人机携带的货物统一配送。此方案中无人机与配送员进行货物交接时只需要配送员有一定的无人机操作经验，既可以大大节省配送员取货的时间，提高配送员取货的效率，也不需要担心因无人机送货而产生的一系列危险。
附图说明
为了更加清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单的介绍。
图1是本发明无人机协同加速的取货优化调度方法流程示意图；
图2是本发明配送员执行D1方案并与无人机交接货物的流程示意图；
图3是本发明无人机执行D2方案并与配送员交接货物的流程。
图4是本发明人机协作配送路线示例图。
具体实施方式
本发明提供一种无人机协同加速的取货优化调度方法，旨在利用无人机缩短配送员取件时间，以下进行详细说明。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完善地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出劳动成果的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
图1为本发明一种无人机协同加速的取货优化调度方法示意图，具体包括如下步骤：
S01：调度中心收到来自同一区域的一组订单，根据订单的取货点和收货点的位置分布、当前各个配送员位置与工作状态进行订单分配，确定每个配送员分配的新订单集合并向配送员发送配送方案；
以外卖配送为例。调度中心收到来自同一区域的一组外卖订单，订单信息至少包括商家位置信息、收货人位置信息、外卖种类信息。调度中心根据外卖订单的取货点和收货任的位置分布、当前各个配送员位置与工作状态进行订单分配，确定每个配送员分配的新订单集合并向配送员发送配送方案。配送方案如表1 所示。如图4，为了简化起见，用x、y坐标标识无人机、配送员以及商家的位置。
表1：配送方案
商家 位置 货物信息 取货路径 收货人信息
A (6,7) *** x1 ***
I (10,13) *** x2 ***
G (5,9) *** y1 ***
S02：调度中心预估当前配送员已分配但尚未完成订单的完成时间，将完成时间超过指定阈值的订单所在配送方案标记为待优化方案，根据订单超期程度设置待优化方案的优先级，超期程度越高则待优化方案优先级越高；
假定指定阈值为20分钟。假设配送员完成订单的时间预计28分钟，则将此订单所在配送方案标记为待优化方案，即待优化优先级非0。如表2，订单超期程度越高则待优化方案优先级越高，即优先级数字越大。不需要优化的方案优先级为0。
表2待优化方案D
配送方案 预计完成时间 待优化优先级
1 17 0
2 24 1
3 28 2
… … …
S03：判断是否存在待优化方案；
若存在待优化方案，则执行S04，若不存在待优化方案，则执行S01。如表 2所示，存在待优化方案，执行S04。
S04：对每一个待优化方案D，调度中心按照优先级次序，依次对方案进行加速优化。调度中心根据该区域内可用无人机的数量和位置，计算加速方案D’，该加速方案包含两个子方案：配送员配送方案D1和无人机协同配送方案D2，D1 指定了配送员需要自己去取货的订单和取货优化路径；D2则指定了无人机取货的订单和取货优化路径。加速方案需至少能令一个超期订单完成时间低于原方案中完成时间；否则该方案不可优化，由配送员独立完成。
无人机信息如表3所示。根据可用无人机的数量和位置，调度中心为每一个待优化方案D计算加速方案D’，即使用无人机协同配送方案，减少配送员取货时间。如表2所示，按照配送方案待优化优先级高低，首先为配送方案3计算加速方案。假设配送方案3的加速方案预计完成时间不比原方案预计完成时间短，则将此配送方案优先级变更为0，仍按照原方案由配送员亲自取货。
然后为配送方案2计算加速方案。加速方案D’包括配送员配送方案D1和无人机协同配送方案D2，如表4所示。D1为配送员指定需要自己去取货的订单和取货路径；D2则指定了无人机取货的订单和取货路径。在此加速方案下，订单预计完成时间为19分钟，小于原方案预计完成时间，则执行此加速方案。
表3无人机信息
编号 电量(％) 位置 状态
U<sub>1</sub> 63 (6,14) 空闲
U<sub>2</sub> 17 (17,9) 空闲
U<sub>3</sub> 78 (12,4) 忙碌
U<sub>4</sub> 92 (4,8) 空闲
U<sub>5</sub> 86 (12,15) 忙碌
表4加速方案D’
S05：对每一个加速方案D’，调度中心向配送员发送配送指令，指令包含配送方案D1，D1包含配送员所要取货的订单信息集合、取货路线和预计无人机交接区域范围；
调度中心向配送员发送配送方案D1，告知配送员取货商家地点(商家I，位置(10,13))，外卖品种信息(套餐1)、取货路线(路线i)等，并且告知配送员预计与无人机交接货物的区域范围(停机坪1附近)。配送员与无人机交接后，拿到无人机协助取到的外卖后继续完成外卖配送。
S06：调度中心向D2方案中指定的无人机发送取货指令，指令包含D2，D2 包含无人机所需取货的订单信息集合、无人机取货路线、预计离与配送员交接区域范围最近的停机坪；
调度中心向无人机U1发送配送方案D2，告知无人机U1取货商家地点(商家 A，位置(6,7)；商家G，位置(5,9))，外卖品种信息(套餐1、套餐4)、取货路线(路线a、路线b)等，并且告知预计与配送员交接货物的地点(停机坪1)。无人机U1飞行至与配送员交接区域范围最近的停机坪(位置(8,8))，将取到的外卖与配送员进行交接。
S07：调度中心实时监控每个配送员执行其所分配的D1方案和每台无人机执行D2方案的情况；
调度中心实时监控配送员对方案D1的执行情况和无人机U1对方案D2的执行情况。
S08：调度中心判断配送员是否先完成D1方案中订单的取货
调度中心判断配送员是否先完成D1方案中订单的取货。如果配送员先完成 D1方案中订单的取货，则执行S09；如果无人机先完成D2方案中订单的取货，则执行S10。
S09：调度中心向配送员发送等待指令，指定配送员带指定区域等待与无人机交接，并向无人机发送配送员等待位置；
如果配送员先完成方案D1中的订单取货任务，并按照D1方案到达停机坪1 附近，调度中心向则配送员发送等待指令，令配送员等待无人机到来，并向无人机发送配送员当前位置信息。
S10：调度中心向无人机发送等待指令，指定无人机到指定停机坪停靠等待，并向配送员发送无人机等待位置；
如果无人机U1先完成方案D2中的取货任务，并按照D2方案到达停机坪1，调度中心向则无人机U1发送等待指令，并向配送员发送配送员当前位置信息。
S11：调度中心判断配送员与无人机是否完成货物交接。
调度中心判断配送员与无人机是否完成货物交接，如果配送员与无人机U1已经完成货物交接，则执行S01；如果配送员与无人机U1仍未完成货物交接，执行 S07。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims (6)

1.一种无人机协同加速物流调度优化方法，其步骤为：
S01、调度中心收到来自同一区域的一组订单，根据订单的取货点和收货点的位置分布、当前各个配送员位置与工作状态进行订单分配，确定每个配送员分配的新订单集合并向配送员发送配送方案；
S02、调度中心预估当前配送员已分配但尚未完成的订单的完成时间，将完成时间超过指定阈值的订单所在配送方案标记为待优化方案D，根据订单超期程度设置待优化方案D的优先级；
S03、判断是否存在待优化方案D，若存在待优化方案D，则执行S04，若不存在待优化方案D，则执行S01；
S04、对每一个待优化方案D，调度中心按照优先级次序，依次对待优化方案D进行加速优化；调度中心根据该区域内可用无人机的数量和位置，为每一个待优化方案D计算加速方案D’，该加速方案包含两个子方案：配送员配送方案D1和无人机协同配送方案D2，D1指定了配送员需要自己去取货的订单和取货优化路径；D2则指定了无人机取货的订单和取货优化路径，加速方案D’需至少能令一个超期订单完成时间低于原方案中完成时间；否则该待优化方案D不可优化，由配送员独立完成；
S05、对每一个加速方案D’，调度中心向配送员发送配送指令，指令包含配送方案D1，D1包含配送员所要取货的订单信息集合、取货路线和预计无人机交接区域范围；
S06、调度中心向D2方案中指定的无人机发送取货指令，指令包含无人机协同配送方案D2，D2包含无人机所需取货的订单信息集合、无人机取货路线、预计离与配送员交接区域范围最近的停机坪；
S07、调度中心实时监控每个配送员执行其所分配的D1方案和每台无人机执行D2方案的情况；
S08、调度中心判断配送员是否先完成D1方案中订单的取货，如果配送员先完成D1方案中订单的取货，则执行S09；如果无人机先完成D2方案中订单的取货，则执行S10；
S09、调度中心向配送员发送等待指令，指定配送员带指定区域等待与无人机交接，并向无人机发送配送员等待位置；
S10、调度中心向无人机发送等待指令，指定无人机到指定停机坪停靠等待，并向配送员发送无人机等待位置；
S11、调度中心判断配送员与无人机是否完成货物交接，如果配送员与指定的无人机已经完成货物交接，则执行S01；如果配送员与指定的无人机仍未完成货物交接，执行S07。
2.如权利要求1所述的一种无人机协同加速物流调度优化方法，其特征在于，配送员执行配送方案D1并与无人机交接货物的步骤为：
D1-1、配送员收到调度中心发送的配送方案D1，按照指定路线去取货点取货；
D1-2、配送员完成取货，向调度中心发送完成取货消息；
D1-3、配送方案如果不是无人机协同优化方案D2，则配送员按照配送方案D1指定路线送货，然后回到D1-1；配送方案如果是无人机协同优化方案D2，则配送员等待调度中心命令，执行D1-4；
D1-4、配送员收到调动中心发送的等待指令，前往指令指定区域等待无人机交接；如果配送员收到的不是等待指令，则说明无人机在停机坪等待，指令中包含了无人机所在停机坪，配送员前往无人机所在停机坪；
D1-5、配送员与无人机位于同一位置后，配送员通过通信设备向无人机发送交接请求，获得无人机操纵权，操作无人机取走货物；
D1-6、配送员继续执行配送方案D1，将所有货物按照指定路线送达。
3.如权利要求1所述的一种无人机协同加速物流调度优化方法，其特征在于，无人机执行D2方案并与配送员交接货物的步骤为：
D2-1、无人机收到调度中心发送的配送方案D2，按照指定路线去取货点取货；
D2-2、无人机完成取货，向调度中心发送完成取货信息；
D2-3、无人机等待调度中心命令；
D2-4、无人机收到指令，且指令为等待指令，则无人机前往指令所指定的停机坪等待交接；如果无人机收到的指令不是等待指令，即配送员已经在指定区域等待，无人机根据指令飞往该区域余配送员交接；
D2-5、无人机收到配送员的交接请求，通过配送员身份验证，赋予配送员操纵权，交接完成后收回操纵权，飞回最近停机坪等待并充电，等待调度中心下次调度。
4.如权利要求1所述的一种无人机协同加速物流调度优化方法，其特征在于，S04中，订单待优化优先级按照估计的超期程度排序，超期程度越高则待优化订单的优先级越高。
5.如权利要求1所述的一种无人机协同加速物流调度优化方法，其特征在于，在进行订单优化时所选择无人机需满足距离订单取货位置直线距离最近、当前空闲且电量足以支持无人机取货、与配送员完成货物交接并飞回最近充电桩。
6.如权利要求1所述的一种无人机协同加速物流调度优化方法，其特征在于，配送员与无人机交接区域范围应该为无人机与配送员距离足以进行身份认证等通信行为的范围。
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