CN114881558B - 基于无人机与车辆协同的快递配送方法、装置及电子设备 - Google Patents

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CN114881558B CN202210476277.6A CN202210476277A CN114881558B CN 114881558 B CN114881558 B CN 114881558B CN 202210476277 A CN202210476277 A CN 202210476277A CN 114881558 B CN114881558 B CN 114881558B
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Abstract

本申请涉及无人机运输技术领域，特别涉及一种基于无人机与车辆协同的快递配送方法、装置及电子设备，包括：通过无人机运输待配送快递时，在第一预设时间内搜寻满足第一协同条件的第一车辆，进而控制无人机降落至第一车辆进行充电，并在充电完成后将待配送快递运输至目的地，同时，根据无人机的当前荷电状态规划无人机的返回路径，以控制无人机返回至仓库。由此，解决了在运输快递时因无人机续驶里程短，需要往返物流仓库充电或者更换电池，造成时间及电量的浪费等问题，通过控制平台使无人机寻找到与之运输路径重叠的车辆进行充电，在运输结束后自行计算运行时长及剩余电量从而规划返回路径，以此提高无人机的运输效率。

Description

基于无人机与车辆协同的快递配送方法、装置及电子设备
技术领域
本申请涉及无人机运输技术领域，特别涉及一种基于无人机与车辆协同的快递配送方法、装置及电子设备。
背景技术
近年来随着网络技术的发展，人们足不出户就可以买到自己心仪的商品，既节省了时间又方便了生活。然而这也导致网购需求越来越大，物流快递业务量迅速增长。
相关技术中，很多物流运输企业采用无人机进行快递的配送，这对于减少人力成本、解决偏远地区的配送难题、提高配送效率与服务质量具有重要意义。
然而，采用无人机配送快递还存在着一定的问题，如续驶里程短的问题。如果无人机频繁往返于物流仓库进行充电或者更换电池，那么，将会大大增加配送时间,并造成电量的浪费，严重降低物流快递的配送效率；同时，为了增加无人机的续驶里程，物流企业需要为无人机配置较大容量的电池，这又将导致无人机的重量与单位里程能耗的增加，进而增加物流企业的运营成本。
发明内容
本申请提供一种基于无人机与车辆协同的快递配送方法、装置及电子设备，以解决在运输快递时因无人机续驶里程短，需要往返物流仓库充电或者更换电池，造成时间及电量的浪费等问题，通过控制平台使无人机寻找到与之运输路径重叠的车辆进行充电，在运输结束后自行计算运行时长及剩余电量从而规划返回路径，以此提高无人机的运输效率。
本申请第一方面实施例提供一种基于无人机与车辆协同的快递配送方法，包括：
在通过无人机运输待配送快递时，搜寻满足第一协同条件的第一车辆；
如果在第一预设时间内搜寻到满足所述第一协同条件的第一车辆，则控制所述无人机降落至所述第一车辆进行充电，并在充电完成后将所述待配送快递运输至目的地，否则，在停止第二预设时间后，继续搜寻满足所述第一协同条件的第一车辆，直至搜寻到满足所述第一协同条件的第一车辆；以及
在所述待配送快递运输完成后，获取所述无人机的当前荷电状态，并根据所述无人机的当前荷电状态规划所述无人机的返回路径，以控制所述无人机返回至仓库。
根据本申请的一个实施例，在通过所述无人机运输所述待配送快递之前，还包括：
检测当前时刻是否达到结束运输时刻；
如果所述当前时刻达到所述结束运输时刻，则停止快递运输，否则，获取所述当前时刻的待配送快递数量和可调用无人机数量。
根据本申请的一个实施例，在获取所述当前时刻的待配送快递数量和可调用无人机数量之后，还包括：
判断所述待配送快递数量和/或所述可调用无人机数量是否满足快递运输条件；
如果所述待配送快递数量和/或所述可调用无人机数量不满足所述快递运输条件，则无需执行快递运输服务，否则，搜寻与所述无人机的运行路径重叠的车辆。
根据本申请的一个实施例，在搜寻到满足所述第一协同条件的第一车辆后，还包括：
计算所述无人机降落至所述第一车辆的第一时刻；
计算所述无人机从所述第一车辆起飞的第二时刻；
根据所述第二时刻和所述第一时刻的差值得到搭载时长；
根据所述搭载时长、预设服务费率和预设充电费率计算向所述第一车辆支付的服务费用。
根据本申请的一个实施例，所述获取所述无人机的当前荷电状态，包括：
计算所述无人机从所述仓库起飞时的第三时刻，并计算所述无人机到达所述目的地的第四时刻；
根据所述第三时刻和所述第一时刻计算第一飞行时长，并根据所述第四时刻和所述第二时刻计算第二飞行时长；
根据所述第一飞行时长、所述第二飞行时长、所述无人机的单位时间耗电量、所述第一车辆为所述无人机的充电量计算所述无人机的当前荷电状态。
根据本申请的一个实施例，所述根据所述无人机的当前荷电状态规划所述无人机的返回路径，包括：
基于所述无人机的当前荷电状态搜寻满足第二协同条件的第二车辆；
在所述第一预设时间内搜寻到所述满足所述第二协同条件的第二车辆后，根据所述第二车辆确定第二搭载点，并根据所述第二搭载点确定所述无人机的返回路径；
根据所述返回路径控制所述无人机降落至所述第二车辆进行充电，并在充电完成后返回至所述仓库。
根据本申请的一个实施例，所述第一协同条件，包括：
所述第一车辆的运行路径与所述无人机的运行路径存在交叉，且方向一致；
所述第一车辆愿意搭载所述无人机，并为所述无人机提供充电服务；
所述无人机搭载所述第一车辆后的总行程时长小于或等于所述无人机直接飞行至所述目的地所需时长的预设倍数；
所述第一车辆从当前位置至第一搭载点的时长大于或等于所述无人机从所述仓库至所述第一搭载点的时间；
所述无人机从所述仓库起飞时的剩余电量大于或等于所述无人机从所述仓库至所述第一搭载点的第一所需电量与所述无人机从所述第一车辆起飞时的起飞位置至所述目的地的第二所需电量之和。
根据本申请的一个实施例，所述第二协同条件，包括：
所述第二车辆的运行路径与所述无人机的运行路径存在交叉，且方向一致；
所述第二车辆愿意搭载所述无人机，并为所述无人机提供充电服务；
所述无人机搭载所述第二车辆后的总行程时长小于或等于所述无人机直接飞行至所述仓库所需时长的预设倍数；
所述第二车辆从当前位置至所述第二搭载点的时长大于或等于所述无人机从所述目的地至所述第二搭载点的时间；
所述无人机从所述目的地起飞时的剩余电量大于或等于所述无人机从所述目的地至所述第二搭载点的第三所需电量与所述无人机从所述第二车辆起飞时的起飞位置至所述仓库的第四所需电量之和。
根据本申请实施例的基于无人机与车辆协同的快递配送方法，通过无人机运输待配送快递时，在第一预设时间内搜寻满足第一协同条件的第一车辆，进而控制无人机降落至第一车辆进行充电，并在充电完成后将待配送快递运输至目的地，同时，根据无人机的当前荷电状态规划无人机的返回路径，以控制无人机返回至仓库。由此，解决了在运输快递时因无人机续驶里程短，需要往返物流仓库充电或者更换电池，造成时间及电量的浪费等问题，通过控制平台使无人机寻找到与之运输路径重叠的车辆进行充电，在运输结束后自行计算运行时长及剩余电量从而规划返回路径，以此提高无人机的运输效率。
本申请第二方面实施例提供一种基于无人机与车辆协同的快递配送装置，包括：
搜寻模块，用于在通过无人机运输待配送快递时，搜寻满足第一协同条件的第一车辆；
运输模块，用于如果在第一预设时间内搜寻到满足所述第一协同条件的第一车辆，则控制所述无人机降落至所述第一车辆进行充电，并在充电完成后将所述待配送快递运输至目的地，否则，在停止第二预设时间后，继续搜寻满足所述第一协同条件的第一车辆，直至搜寻到满足所述第一协同条件的第一车辆；以及
控制模块，用于在所述待配送快递运输完成后，获取所述无人机的当前荷电状态，并根据所述无人机的当前荷电状态规划所述无人机的返回路径，以控制所述无人机返回至仓库。
根据本申请的一个实施例，在通过所述无人机运输所述待配送快递之前，所述搜寻模块，还用于：
检测当前时刻是否达到结束运输时刻；
如果所述当前时刻达到所述结束运输时刻，则停止快递运输，否则获取所述当前时刻的待配送快递数量和可调用无人机数量。
根据本申请的一个实施例，在获取所述当前时刻的待配送快递数量和可调用无人机数量之后，所述搜寻模块，还用于：
判断所述待配送快递数量和/或所述可调用无人机数量是否满足快递运输条件；
如果所述待配送快递数量和/或所述可调用无人机数量不满足所述快递运输条件，则无需执行快递运输服务，否则，搜寻与所述无人机的运行路径重叠的车辆。
根据本申请的一个实施例，所述搜寻模块，具体用于：
计算所述无人机降落至所述第一车辆的第一时刻；
计算所述无人机从所述第一车辆起飞的第二时刻；
根据所述第二时刻和所述第一时刻的差值得到搭载时长；
根据所述搭载时长、预设服务费率和预设充电费率计算向所述车辆支付的服务费用。
根据本申请的一个实施例，所述控制模块，具体用于：
计算所述无人机从所述仓库起飞时的第三时刻，并计算所述无人机到达所述目的地的第四时刻；
根据所述第三时刻和所述第一时刻计算第一飞行时长，并根据所述第四时刻和所述第二时刻计算第二飞行时长；
根据所述第一飞行时长、所述第二飞行时长、所述无人机的单位时间耗电量、所述第一车辆为所述无人机的充电量计算所述无人机的当前荷电状态。
根据本申请的一个实施例，所述控制模块，具体用于：
基于所述无人机的当前荷电状态搜寻满足第二协同条件的第二车辆；
在所述第一预设时间内搜寻到所述满足所述第二协同条件的第二车辆后，根据所述第二车辆确定第二搭载点，并根据所述第二搭载点确定所述无人机的返回路径；
根据所述返回路径控制所述无人机降落至所述第二车辆进行充电，并在充电完成后返回至所述仓库。
根据本申请的一个实施例，所述第一协同条件，包括：
所述第一车辆的运行路径与所述无人机的运行路径存在交叉，且方向一致；
所述第一车辆愿意搭载所述无人机，并为所述无人机提供充电服务；
所述无人机搭载所述第一车辆后的总行程时长小于或等于所述无人机直接飞行至所述目的地所需时长的预设倍数；
所述第一车辆从当前位置至第一搭载点的时长大于或等于所述无人机从所述仓库至所述第一搭载点的时间；
所述无人机从所述仓库起飞时的剩余电量大于或等于所述无人机从所述仓库至所述第一搭载点的第一所需电量与所述无人机从所述第一车辆起飞时的起飞位置至所述目的地的第二所需电量之和。
根据本申请的一个实施例，所述第二协同条件，包括：
所述第二车辆的运行路径与所述无人机的运行路径存在交叉，且方向一致；
所述第二车辆愿意搭载所述无人机，并为所述无人机提供充电服务；
所述无人机搭载所述第二车辆后的总行程时长小于或等于所述无人机直接飞行至所述仓库所需时长的预设倍数；
所述第二车辆从当前位置至所述第二搭载点的时长大于或等于所述无人机从所述目的地至所述第二搭载点的时间；
所述无人机从所述目的地起飞时的剩余电量大于或等于所述无人机从所述目的地至所述第二搭载点的第三所需电量与所述无人机从所述第二车辆起飞时的起飞位置至所述仓库的第四所需电量之和。
根据本申请实施例的基于无人机与车辆协同的快递配送装置，通过无人机运输待配送快递时，在第一预设时间内搜寻满足第一协同条件的第一车辆，进而控制无人机降落至第一车辆进行充电，并在充电完成后将待配送快递运输至目的地，同时，根据无人机的当前荷电状态规划无人机的返回路径，以控制无人机返回至仓库。由此，解决了在运输快递时因无人机续驶里程短，需要往返物流仓库充电或者更换电池，造成时间及电量的浪费等问题，通过控制平台使无人机寻找到与之运输路径重叠的车辆进行充电，在运输结束后自行计算运行时长及剩余电量从而规划返回路径，以此提高无人机的运输效率。
本申请第三方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的基于无人机与车辆协同的快递配送方法。
本申请第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现如上述实施例所述的基于无人机与车辆协同的快递配送方法。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本申请实施例提供的一种基于无人机与车辆协同的快递配送方法的流程示意图；
图2为根据本申请一个实施例提供的基于无人机与车辆协同的快递配送方法的配送过程流程图；
图3为根据本申请实施例提供的基于无人机与车辆协同的快递配送装置的示意图；
图4为根据本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面参考附图描述本申请实施例的基于无人机与车辆协同的快递配送方法。针对上述背景技术中提到的无人机在运输快递时，因无人机续驶里程短，需要往返物流仓库充电或者更换电池，造成时间及电量的浪费的问题，本申请提供了一种基于无人机与车辆协同的快递配送方法，在该方法中，通过无人机运输待配送快递时，在第一预设时间内搜寻满足第一协同条件的第一车辆，进而控制无人机降落至第一车辆进行充电，并在充电完成后将待配送快递运输至目的地，同时，根据无人机的当前荷电状态规划无人机的返回路径，以控制无人机返回至仓库。由此，解决了在运输快递时因无人机续驶里程短，需要往返物流仓库充电或者更换电池，造成时间及电量的浪费等问题，通过控制平台使无人机寻找到与之运输路径重叠的车辆进行充电，在运输结束后自行计算运行时长及剩余电量从而规划返回路径，以此提高无人机的运输效率。
具体而言，图1为根据本申请实施例提供的一种基于无人机与车辆协同的快递配送方法的流程示意图。
如图1所示，该基于无人机与车辆协同的快递配送方法包括以下步骤：
在步骤S101中，在通过无人机运输待配送快递时，搜寻满足第一协同条件的第一车辆。
进一步地，在一些实施例中，在通过无人机运输待配送快递之前，还包括：检测当前时刻是否达到结束运输时刻；如果当前时刻达到结束运输时刻，则停止快递运输，否则获取当前时刻的待配送快递数量和可调用无人机数量。
进一步地，在一些实施例中，获取当前时刻的待配送快递数量和可调用无人机数量之后，还包括：判断待配送快递数量和/或可调用无人机数量是否满足快递运输条件；如果待配送快递数量和/或可调用无人机数量不满足快递运输条件，则无需执行快递运输服务，否则，搜寻与无人机的运行路径重叠的车辆。
其中，当使用无人机进行运输快递时，需要设置以下几个基本参数，包括：以Δt秒为基本单元，将时间划分为多个时间间隔，其中，Δt可以取值为5秒；当前时刻用T表示，当天物流仓库结束快递运输服务的时刻用T*表示，即当超过T*时刻后，物流企业不再从仓库向外释放无人机进行快递运输，但是已经释放出去的无人机将继续完成快递运输直至返回仓库；物流仓库需要运输的快递数量为QT以及可以调用的无人机数量IT；无人机编号为i；本次运输的快递为q，快递q的目的地用Dq表示；物流仓库所在位置用O表示；满足搜索条件的车辆用x表示。
具体的，若检测到当前时刻达到结束运输时刻，则停止快递运输，即当T≥T*时，物流企业不再向外释放无人机进行快递运输，并当所有无人机返回仓库后，结束当天的运营；否则，物流企业管理人员需要统计在T时刻该物流仓库需要运输的快递数量QT以及可以调用的无人机数量IT。如果QT＝0或者IT＝0，则T时刻待配送快递数量和/或可调用无人机数量不满足快递运输条件，即无需执行快递运输；否则，QT＝1且IT＝1，物流企业管理人员需要挑选编号为i的无人机执行本次快递q的运输任务，并搜寻与无人机的运行路径重叠的车辆。其中，1≤i≤IT，1≤q≤QT；快递q的重量为Wikg。
进一步地，在一些实施例中，在搜寻到满足第一协同条件的第一车辆后，还包括：计算无人机降落至第一车辆的第一时刻；计算无人机从第一车辆起飞的第二时刻；根据第二时刻和第一时刻的差值得到搭载时长；根据搭载时长、预设服务费率和预设充电费率计算向车辆支付的服务费用。
进一步地，在一些实施例中，第一协同条件，包括：第一车辆的运行路径与无人机的运行路径存在交叉，且方向一致；第一车辆愿意搭载无人机，并为无人机提供充电服务；无人机搭载第一车辆后的总行程时长小于或等于无人机直接飞行至目的地所需时长的预设倍数；第一车辆从当前位置至第一搭载点的时长大于或等于无人机从仓库至第一搭载点的时间；无人机从仓库起飞时的剩余电量大于或等于无人机从仓库至第一搭载点的第一所需电量与无人机从第一车辆起飞时的起飞位置至目的地的第二所需电量之和。
具体而言，第一协同条件包括以下几方面：
(1)第一车辆的运行路径与无人机的运行路径存在交叉，且方向一致；
(2)第一车辆愿意搭载无人机并为无人机提供充电服务；
(3)无人机搭载第一车辆后的总行程时长小于或等于无人机直接飞行至目的地所需时长的预设倍数，预设倍数为λ倍，优选地，0≤λ≤2.0，即：
ti(O,ax)+ti(ax,bx)+ti(bx,Dq)≤λ·t(O,Dq)；           (1)
其中，t(O,Dq)为无人机直接配送快递所需的飞行时间(s)；ti(O,ax)为无人机从仓库起飞至降落在第一车辆上所需的飞行时间(s)；ti(ax,bx)为无人机从降落在第一车辆上至起飞离开第一车辆的行程时间(s)；ti(bx,Dq)为无人机从起飞离开第一车辆至到达快递配送目的地的行程时间(s)；t为行程时间(s)；ti为无人机i的行程时间(s)；ax为第一搭载点的位置；bx为无人机从第一车辆起飞时的起飞位置。
(4)第一车辆从T时刻当前位置至第一搭载点的时长tx(ex,ax)大于或等于无人机从仓库至第一搭载点的时间ti(O,ax)，即：
ti(O,ax)≤tx(ex,ax)；                         (2)
其中，ax为第一搭载点的位置，即无人机降落至第一车辆车顶的位置；ex为当前T时刻第一车辆所在的位置，tx为第一车辆的行程时间(s)。
(5)无人机从仓库起飞时的剩余电量大于或等于无人机从仓库至第一搭载点的所需电量与无人机从飞离第一车辆至到达目的地所需电量之和，即：
[ti(O,ax)+ti(bx,Dq)]/3600·μi(q)≤Ei·(Si-Slow)+ηi(ax,bx)；           (3)
ηi(ax,bx)＝min[ti(O,ax)/3600·μi(q),ti(ax,bx)/3600·γi(O,ax)]；       (4)
其中，[ti(O,ax)+ti(bx,Dq)]为无人机在运输快递阶段自己的总飞行时间(s)；μi(q)为无人机在搭载快递情况下的单位时间耗电量(kWh/h)；Slow为无人机电池荷电状态的下限值，一般取20％；ηi(ax,bx)为第一车辆向无人机的充电量(kWh)；Ei为无人机的额定电池容量；Si为T时刻电池荷电状态(0≤Si≤100％)，γi(O,ax)为第一车辆向无人机的充电功率(kW)。需要说明的是，[ti(O,ax)+ti(bx,Dq)]受第一车辆运行路径的影响，当无人机能够在第一车辆上搭载较长时间时，[ti(O,ax)+ti(bx,Dq)]的值较小，则无人机需要消耗的电量就比较少，反之则需要消耗较多的电量。
在步骤S102中，如果在第一预设时间内搜寻到满足第一协同条件的第一车辆，则控制无人机降落至第一车辆进行充电，并在充电完成后将待配送快递运输至目的地，否则，在停止第二预设时间后，继续搜寻满足第一协同条件的第一车辆，直至搜寻到满足第一协同条件的第一车辆。
其中，第一预设时间和第二预设时间均可以是用户预先设定的时间，可以是通过有限次实验获取的时间，也可以是通过有限次计算机仿真得到的时间，并且，第二预设时间可以和第一预设时间相同也可以不同，具体地可以由本领域技术人员进行设定，在此不做具体限制，例如，第一预设时间为5分钟，第二预设时间为1分钟。
具体的，无人机在运输快递的过程中，若无人机到达目的地所需要的剩余电量不足以支撑无人机继续运送快递，则搜寻满足第一协同条件的第一车辆，即在Δt秒内搜寻满足第一协同条件的第一车辆，若在Δt秒内没有搜寻到满足条件的第一车辆，则在当前时刻T加上Δt秒，即T＝T+Δt；若在Δt秒内搜寻到满足条件的第一车辆，则在当前时刻T加上Δt1，即T＝T+Δt1。其中，Δt1为搜寻到满足条件的第一车辆所需的时间(单位：s)，且Δt1≤Δt。
进一步地，在搜寻到满足第一协同条件的第一车辆后，计算无人机降落至第一车辆的第一时刻T2以及无人机从第一车辆起飞的第二时刻T3，其表达式分别为：
T2＝T+tx(ex,ax)；                                           (5)
T3＝T2+ti(ax,bx)；                                           (6)
其中，T为当前时刻，tx(ex,ax)为第一车辆从T时刻当前位置至第一搭载点的时长；ti(ex,ax)为无人机从降落在第一车辆上至起飞离开第一车辆的行程时间(s)。
进一步地，根据上述计算得到的第二时刻和第一时刻的差值得到搭载时长。
进一步地，当第一车辆搭载无人机的行程时间所产生的费用，即物流企业向第一车辆所要支付的服务费用可用Px1表示，其表达式为：
Px1＝θ1·ti(ax,bx)；                          (7)
其中，ti(ax,bx)为无人机从降落在第一车辆上至起飞离开第一车辆的行程时间(s)，θ1为物流企业向第一车辆所要支付的服务费率(元/s)。
进一步地，当第一车辆搭载无人机充电时所产生的费用，即物流企业向第一车辆所要支付的服务费用可用Px2表示，其表达式为：
Px2＝θ2·ηi(ax,bx)；                          (8)
其中，ηi(ax,bx)为第一车辆向无人机的充电量(kWh)；θ2为物流企业向第一车辆所要支付的充电费率(元/kWh)。
进一步地，根据上述计算得到的搭载时长、预设服务费率和预设充电费率可以计算出物流企业向车辆支付的服务费用，用Px表示，其表达式为：
Px＝Px1+Px2；                                  (9)
在步骤S103中，在待配送快递运输完成后，获取无人机的当前荷电状态，并根据无人机的当前荷电状态规划无人机的返回路径，以控制无人机返回至仓库。
进一步地，在一些实施例中，获取无人机的当前荷电状态，包括：计算无人机从仓库起飞时的第三时刻，并计算无人机到达目的地的第四时刻；根据第三时刻和第一时刻计算第一飞行时长，并根据第四时刻和第二时刻计算第二飞行时长；根据第一飞行时长、第二飞行时长、无人机的单位时间耗电量、第一车辆为无人机的充电量计算无人机的当前荷电状态。
具体的，无人机从仓库起飞时的第三时刻可用T1表示，其表达式为：
T1＝T+tx(ex,ax)-ti(O,ax)；                        (10)
其中，tx(ex,ax)为第一车辆从T时刻当前位置至第一搭载点的时长；ti(O,ax)为无人机从仓库起飞至降落在第一车辆上所需的飞行时间(s)。
进一步地，第四时刻可表示为当无人机充电完成后将快递运输至目的地的时刻，可用T4表示，即无人机在T4时刻完成对快递的运输任务，其表达式为：
T4＝T3+ti(bx,Dq)；                                (11)
其中，ti(bx,Dq)为无人机从起飞离开第一车辆x到达快递运输目的地的行程时间(s)。
进一步地，第一飞行时长可通过第三时刻T1和第一时刻T2计算得出，第二飞行时长可通过第四时刻和第二时刻计算得出，无人机的单位时间耗电量以及第一车辆为无人机的充电量可由上述公式(4)得出。需要说明的是，以上参数均在上述实施例中具体说明，在此不再详细赘述。
进一步地，在一些实施例中，根据无人机的当前荷电状态规划无人机的返回路径，包括：基于无人机的当前荷电状态搜寻满足第二协同条件的第二车辆；在第一预设时间内搜寻到满足第二协同条件的第二车辆后，根据第二车辆确定第二搭载点，并根据第二搭载点确定无人机的返回路径；根据返回路径控制无人机降落至第二车辆进行充电，并在充电完成后返回至仓库。
进一步地，在一些实施例中，第二协同条件，包括：第二车辆的运行路径与无人机的运行路径存在交叉，且方向一致；第二车辆愿意搭载无人机，并为无人机提供充电服务；无人机搭载第二车辆后的总行程时长小于或等于无人机直接飞行至仓库所需时长的预设倍数；第二车辆从当前位置至第二搭载点的时长大于或等于无人机从目的地至第二搭载点的时间；无人机从目的地起飞时的剩余电量大于或等于无人机从目的地至第二搭载点的第三所需电量与无人机从第二车辆起飞时的起飞位置至仓库的第四所需电量之和。
其中，无人机在完成配送快递的任务后，需要进行搜寻满足第二协同条件的第二车辆，第二协同条件与上述的第一协同条件相同，在此不做详细赘述。
具体的，无人机的配送任务完成后，令T＝T4，此时无人机的电池荷电状态Si的表达式为：
Figure BDA0003625697650000111
其中，Ei为无人机的额定电池容量，ti(O,ax)为无人机从仓库起飞至降落在第一车辆上所需的飞行时间(s)；ti(bx,Dq)为无人机从起飞离开第一车辆至到达快递运输目的地的行程时间(s)；μi(q)为无人机在搭载快递情况下的单位时间耗电量(kWh/h)；ηi(ax,bx)为第一车辆向无人机的充电量(kWh)。
当无人机的运输任务完成后，物流企业管理人员则会根据无人机的当前荷电状态规划无人机的返回路径，包括无人机的起飞时刻、匹配满足第二协同条件的第二车辆并确定第二搭载点、根据第二搭载点确定无人机的返回路径、控制无人机降落至第二车辆进行充电、并在充电完成后返回至仓库。
综上，为便于本领域技术人员更好理解基于无人机与车辆协同的快递配送方法的完整流程，下面根据具体流程图进行详细说明，如图2所示：
S201，开始。
S202，物流企业从仓库释放无人机进行快递运输。
S203，判断是否T≥T*，若是，直接跳转执行S215，否则，执行S204。
S204，统计在T时刻该物流仓库需要运输的快递数量QT以及可以调用的无人机数量IT。
S205，判断QT＝0或者IT＝0，若是，则执行S206，否则，执行S207。
S206，T＝T+Δt。
S207，挑选编号为i的无人机执行本次快递q的运输任务。
S208，通过控制平台搜寻与快递q运输路径存在重叠的社会车辆。
S209，判断Δt秒内是否搜寻到满足条件的社会车辆，若是，则执行S210，否则，执行S206。
S210，T＝T+Δt1。
S211，计算T1，T2，PX，T3，T4，Si。
S212，令T＝T4。
S213，判断是否完成运输任务，若是，则执行S214，否则，执行S206。
S214，返回仓库。
S215，物流企业不再向外释放无人机进行快递运输；当所有无人机返回仓库后，结束当天的运营。
S216，结束。
通过对上述实施例的分析，本申请带来的有益效果如下：
(1)减少无人机在配送过程中的飞行距离，同时物流企业还可以为无人机配备容量较小的电池以减轻无人机的重量与单位能耗，进而降低运输成本；
(2)通过搭载无人机以及向无人机供电，社会车辆可以从物流企业收取费用，以增加收入；
(3)物流企业可以减少对无人机充电设施的配置，降低运营成本。
根据本申请实施例的基于无人机与车辆协同的快递配送方法，通过无人机运输待配送快递时，在第一预设时间内搜寻满足第一协同条件的第一车辆，进而控制无人机降落至第一车辆进行充电，并在充电完成后将待配送快递运输至目的地，同时，根据无人机的当前荷电状态规划无人机的返回路径，以控制无人机返回至仓库。由此，解决了在运输快递时因无人机续驶里程短，需要往返物流仓库充电或者更换电池，造成时间及电量的浪费等问题，通过控制平台使无人机寻找到与之运输路径重叠的车辆进行充电，在运输结束后自行计算运行时长及剩余电量从而规划返回路径，以此提高无人机的运输效率。
其次参照附图描述根据本申请实施例提出的基于无人机与车辆协同的快递配送装置。
图3是本申请实施例的基于无人机与车辆协同的快递配送装置的方框示意图。
如图3所示，该基于无人机与车辆协同的快递配送装置10包括：搜寻模块100、运输模块200和控制模块300。
其中，搜寻模块100用于在通过无人机运输待配送快递时，搜寻满足第一协同条件的第一车辆；
运输模块200用于如果在第一预设时间内搜寻到满足第一协同条件的第一车辆，则控制无人机降落至第一车辆进行充电，并在充电完成后将待配送快递运输至目的地，否则，在停止第二预设时间后，继续搜寻满足第一协同条件的第一车辆，直至搜寻到满足第一协同条件的第一车辆；以及
控制模块300用于在待配送快递运输完成后，获取无人机的当前荷电状态，并根据无人机的当前荷电状态规划无人机的返回路径，以控制无人机返回至仓库。
进一步地，在一些实施例中，在通过无人机运输待配送快递之前，搜寻模块100，还用于：
检测当前时刻是否达到结束运输时刻；
如果当前时刻达到结束运输时刻，则停止快递运输，否则获取当前时刻的待配送快递数量和可调用无人机数量。
进一步地，在一些实施例中，获取当前时刻的待配送快递数量和可调用无人机数量之后，搜寻模块100，还用于：
判断待配送快递数量和/或可调用无人机数量是否满足快递运输条件；
如果待配送快递数量和/或可调用无人机数量不满足快递运输条件，则无需执行快递运输服务，否则，搜寻与无人机的运行路径重叠的车辆。
进一步地，在一些实施例中，搜寻模块100，具体用于：
计算无人机降落至第一车辆的第一时刻；
计算无人机从第一车辆起飞的第二时刻；
根据第二时刻和第一时刻的差值得到搭载时长；
根据搭载时长、预设服务费率和预设充电费率计算向车辆支付的服务费用。
进一步地，在一些实施例中，控制模块300，具体用于：
计算无人机从仓库起飞时的第三时刻，并计算无人机到达目的地的第四时刻；
根据第三时刻和第一时刻计算第一飞行时长，并根据第四时刻和第二时刻计算第二飞行时长；
根据第一飞行时长、第二飞行时长、无人机的单位时间耗电量、第一车辆为无人机的充电量计算无人机的当前荷电状态。
进一步地，在一些实施例中，控制模块300，具体用于：
基于无人机的当前荷电状态搜寻满足第二协同条件的第二车辆；
在第一预设时间内搜寻到满足第二协同条件的第二车辆后，根据第二车辆确定第二搭载点，并根据第二搭载点确定无人机的返回路径；
根据返回路径控制无人机降落至第二车辆进行充电，并在充电完成后返回至仓库。
进一步地，在一些实施例中，第一协同条件，包括：
第一车辆的运行路径与无人机的运行路径存在交叉，且方向一致；
第一车辆愿意搭载无人机，并为无人机提供充电服务；
无人机搭载第一车辆后的总行程时长小于或等于无人机直接飞行至目的地所需时长的预设倍数；
第一车辆从当前位置至第一搭载点的时长大于或等于无人机从仓库至第一搭载点的时间；
无人机从仓库起飞时的剩余电量大于或等于无人机从仓库至第一搭载点的第一所需电量与无人机从第一车辆起飞时的起飞位置至目的地的第二所需电量之和。
进一步地，在一些实施例中，第二协同条件，包括：
第二车辆的运行路径与无人机的运行路径存在交叉，且方向一致；
第二车辆愿意搭载无人机，并为无人机提供充电服务；
无人机搭载第二车辆后的总行程时长小于或等于无人机直接飞行至仓库所需时长的预设倍数；
第二车辆从当前位置至第二搭载点的时长大于或等于无人机从目的地至第二搭载点的时间；
无人机从目的地起飞时的剩余电量大于或等于无人机从目的地至第二搭载点的第三所需电量与无人机从第二车辆起飞时的起飞位置至仓库的第四所需电量之和。
根据本申请实施例的基于无人机与车辆协同的快递配送装置，通过无人机运输待配送快递时，在第一预设时间内搜寻满足第一协同条件的第一车辆，进而控制无人机降落至第一车辆进行充电，并在充电完成后将待配送快递运输至目的地，同时，根据无人机的当前荷电状态规划无人机的返回路径，以控制无人机返回至仓库。由此，解决了在运输快递时因无人机续驶里程短，需要往返物流仓库充电或者更换电池，造成时间及电量的浪费等问题，通过控制平台使无人机寻找到与之运输路径重叠的车辆进行充电，在运输结束后自行计算运行时长及剩余电量从而规划返回路径，以此提高无人机的运输效率。
图4为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。该电子设备可以包括：
存储器401、处理器402及存储在存储器401上并可在处理器402上运行的计算机程序。
处理器402执行程序时实现上述实施例中提供的基于无人机与车辆协同的快递配送方法。
进一步地，电子设备还包括：
通信接口403，用于存储器401和处理器402之间的通信。
存储器401，用于存放可在处理器402上运行的计算机程序。
存储器401可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
如果存储器401、处理器402和通信接口403独立实现，则通信接口403、存储器401和处理器402可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，简称为ISA)总线、外部设备互连(PeripheralComponent，简称为PCI)总线或扩展工业标准体系结构(Extended Industry StandardArchitecture，简称为EISA)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图4中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
可选的，在具体实现上，如果存储器401、处理器402及通信接口403，集成在一块芯片上实现，则存储器401、处理器402及通信接口403可以通过内部接口完成相互间的通信。
处理器402可能是一个中央处理器(Central Processing Unit，简称为CPU)，或者是特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称为ASIC)，或者是被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的基于无人机与车辆协同的快递配送方法。
根据本申请实施例的计算机可读存储介质，通过执行计算机程序，实现了基于无人机与车辆协同的快递配送，解决了在运输快递时因无人机续驶里程短，需要往返物流仓库充电或者更换电池，造成时间及电量的浪费等问题，通过控制平台使无人机寻找到与之运输路径重叠的车辆进行充电，在运输结束后自行计算运行时长及剩余电量从而规划返回路径，以此提高无人机的运输效率，并且，本申请实施例不仅适用于快递的运输，还可以用于紧急物资的运输(比如医疗设备、血液、器官等)，都可以缩短运输时间。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或N个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (14)

1.一种基于无人机与车辆协同的快递配送方法，其特征在于，包括以下步骤：
在通过无人机运输待配送快递时，搜寻满足第一协同条件的第一车辆；
如果在第一预设时间内搜寻到满足所述第一协同条件的第一车辆，则控制所述无人机降落至所述第一车辆进行充电，并在充电完成后将所述待配送快递运输至目的地，否则，在停止第二预设时间后，继续搜寻满足所述第一协同条件的第一车辆，直至搜寻到满足所述第一协同条件的第一车辆；以及
在所述待配送快递运输完成后，获取所述无人机的当前荷电状态，并根据所述无人机的当前荷电状态规划所述无人机的返回路径，以控制所述无人机返回至仓库；
其中，所述第一协同条件，包括：所述第一车辆的运行路径与所述无人机的运行路径存在交叉，且方向一致；所述第一车辆愿意搭载所述无人机，并为所述无人机提供充电服务；所述无人机搭载所述第一车辆后的总行程时长小于或等于所述无人机直接飞行至所述目的地所需时长的预设倍数；所述第一车辆从当前位置至第一搭载点的时长大于或等于所述无人机从所述仓库至所述第一搭载点的时间；所述无人机从所述仓库起飞时的剩余电量大于或等于所述无人机从所述仓库至所述第一搭载点的第一所需电量与所述无人机从所述第一车辆起飞时的起飞位置至所述目的地的第二所需电量之和；
在搜寻到满足所述第一协同条件的第一车辆后，还包括：计算所述无人机降落至所述第一车辆的第一时刻；计算所述无人机从所述第一车辆起飞的第二时刻；根据所述第二时刻和所述第一时刻的差值得到搭载时长；根据所述搭载时长、预设服务费率和预设充电费率计算向所述第一车辆支付的服务费用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在通过所述无人机运输所述待配送快递之前，还包括：
检测当前时刻是否达到结束运输时刻；
如果所述当前时刻达到所述结束运输时刻，则停止快递运输，否则，获取所述当前时刻的待配送快递数量和可调用无人机数量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在获取所述当前时刻的待配送快递数量和可调用无人机数量之后，还包括：
判断所述待配送快递数量和/或所述可调用无人机数量是否满足快递运输条件；
如果所述待配送快递数量和/或所述可调用无人机数量不满足所述快递运输条件，则无需执行快递运输服务，否则，搜寻与所述无人机的运行路径重叠的车辆。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述无人机的当前荷电状态，包括：
计算所述无人机从所述仓库起飞时的第三时刻，并计算所述无人机到达所述目的地的第四时刻；
根据所述第三时刻和所述第一时刻计算第一飞行时长，并根据所述第四时刻和所述第二时刻计算第二飞行时长；
根据所述第一飞行时长、所述第二飞行时长、所述无人机的单位时间耗电量和所述第一车辆为所述无人机的充电量计算所述无人机的当前荷电状态。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述无人机的当前荷电状态规划所述无人机的返回路径，包括：
基于所述无人机的当前荷电状态搜寻满足第二协同条件的第二车辆；
在所述第一预设时间内搜寻到所述满足所述第二协同条件的第二车辆后，根据所述第二车辆确定第二搭载点，并根据所述第二搭载点确定所述无人机的返回路径；
根据所述返回路径控制所述无人机降落至所述第二车辆进行充电，并在充电完成后返回至所述仓库。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二协同条件，包括：
所述第二车辆的运行路径与所述无人机的运行路径存在交叉，且方向一致；
所述第二车辆愿意搭载所述无人机，并为所述无人机提供充电服务；
所述无人机搭载所述第二车辆后的总行程时长小于或等于所述无人机直接飞行至所述仓库所需时长的预设倍数；
所述第二车辆从当前位置至所述第二搭载点的时长大于或等于所述无人机从所述目的地至所述第二搭载点的时间；
所述无人机从所述目的地起飞时的剩余电量大于或等于所述无人机从所述目的地至所述第二搭载点的第三所需电量与所述无人机从所述第二车辆起飞时的起飞位置至所述仓库的第四所需电量之和。
7.一种基于无人机与车辆协同的快递配送装置，其特征在于，包括：
搜寻模块，用于在通过无人机运输待配送快递时，搜寻满足第一协同条件的第一车辆；
运输模块，用于如果在第一预设时间内搜寻到满足所述第一协同条件的第一车辆，则控制所述无人机降落至所述第一车辆进行充电，并在充电完成后将所述待配送快递运输送至目的地，否则，在停止第二预设时间后，继续搜寻满足所述第一协同条件的第一车辆，直至搜寻到满足所述第一协同条件的第一车辆；以及
控制模块，用于在所述待配送快递运输完成后，获取所述无人机的当前荷电状态，并根据所述无人机的当前荷电状态规划所述无人机的返回路径，以控制所述无人机返回至仓库；
其中，所述第一协同条件，包括：所述第一车辆的运行路径与所述无人机的运行路径存在交叉，且方向一致；所述第一车辆愿意搭载所述无人机，并为所述无人机提供充电服务；所述无人机搭载所述第一车辆后的总行程时长小于或等于所述无人机直接飞行至所述目的地所需时长的预设倍数；所述第一车辆从当前位置至第一搭载点的时长大于或等于所述无人机从所述仓库至所述第一搭载点的时间；所述无人机从所述仓库起飞时的剩余电量大于或等于所述无人机从所述仓库至所述第一搭载点的第一所需电量与所述无人机从所述第一车辆起飞时的起飞位置至所述目的地的第二所需电量之和；
在搜寻到满足所述第一协同条件的第一车辆后，所述搜寻模块，还用于：计算所述无人机降落至所述第一车辆的第一时刻；计算所述无人机从所述第一车辆起飞的第二时刻；根据所述第二时刻和所述第一时刻的差值得到搭载时长；根据所述搭载时长、预设服务费率和预设充电费率计算向所述第一车辆支付的服务费用。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，在通过所述无人机运输所述待配送快递之前，所述搜寻模块，还用于：
检测当前时刻是否达到结束运输时刻；
如果所述当前时刻达到所述结束运输时刻，则停止快递运输，否则，获取所述当前时刻的待配送快递数量和可调用无人机数量。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，在获取所述当前时刻的待配送快递数量和可调用无人机数量之后，所述搜寻模块，还用于：
判断所述待配送快递数量和/或所述可调用无人机数量是否满足快递运输条件；
如果所述待配送快递数量和/或所述可调用无人机数量不满足所述快递运输条件，则无需执行快递运输服务，否则，搜寻与所述无人机的运行路径重叠的车辆。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制模块，具体用于：
计算所述无人机从所述仓库起飞时的第三时刻，并计算所述无人机到达所述目的地的第四时刻；
根据所述第三时刻和所述第一时刻计算第一飞行时长，并根据所述第四时刻和所述第二时刻计算第二飞行时长；
根据所述第一飞行时长、所述第二飞行时长、所述无人机的单位时间耗电量和所述第一车辆为所述无人机的充电量计算所述无人机的当前荷电状态。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述控制模块，具体用于：
基于所述无人机的当前荷电状态搜寻满足第二协同条件的第二车辆；
在所述第一预设时间内搜寻到所述满足所述第二协同条件的第二车辆后，根据所述第二车辆确定第二搭载点，并根据所述第二搭载点确定所述无人机的返回路径；
根据所述返回路径控制所述无人机降落至所述第二车辆进行充电，并在充电完成后返回至所述仓库。
12.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二协同条件，包括：
所述第二车辆的运行路径与所述无人机的运行路径存在交叉，且方向一致；
所述第二车辆愿意搭载所述无人机，并为所述无人机提供充电服务；
所述无人机搭载所述第二车辆后的总行程时长小于或等于所述无人机直接飞行至所述仓库所需时长的预设倍数；
所述第二车辆从当前位置至所述第二搭载点的时长大于或等于所述无人机从所述目的地至所述第二搭载点的时间；
所述无人机从所述目的地起飞时的剩余电量大于或等于所述无人机从所述目的地至所述第二搭载点的第三所需电量与所述无人机从所述第二车辆起飞时的起飞位置至所述仓库的第四所需电量之和。
13.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如权利要求1-6任一项所述的基于无人机与车辆协同的快递配送方法。
14.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求1-6任一项所述的基于无人机与车辆协同的快递配送方法。
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基于无人快递车下物流服务模式创新;曾一鸣等;《山东工业技术》;20190426;第全文卷(第12期);全文 *

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