考量無人機軌跡規劃之貨車與無人機混合配送模式最佳化

Abstract

電商的崛起使得物流需求大幅增加，營運者希望可以滿足日漸增長的需求，同時開拓服務範圍，維持服務水準並減少配送過程中產生的負面環境成本，於是興起使用貨車搭配無人機配送的想法，無人機搭載在貨車上，於顧客點自貨車提取貨物進行配送並降落至貨車進行補給及下一次配送準備，無人機的高機動性可以提高整體送貨效率，同時飛行時較不會排放有害氣體，移動之貨車可使具有電量限制的無人機拓展服務範圍，彌補續航力不足的問題，然而當空中配送愈加發達時，無人機間之交互關係提升，需考慮無人機移動軌跡以避免碰撞發生的可能性。 本研究提出多貨車與多無人機之混合配送模式，無人機可於不同貨車執行起降作業，可提供較高的配送彈性與效率，但相對之下碰撞的風險越高，於是求解時將路徑規劃與軌跡規劃結合，求取一安全路徑，如此配送過程中無人機之間便不會發生碰撞，目標是為求取最小營運成本。本研究在時空網路架構下使用數學規劃模型求解，因為數學規劃求解時間成本較高，故進而開發加速求解之啟發式演算法，其將數學規劃模型分解為數個小問題求解並迭代求取較佳之可行解，首先求取僅由貨車配送之路網，並逐漸加入無人機運送以優化結果，完成路線排定後求取無碰撞軌跡。 本研究對不同規模大小及顧客分佈之案例進行測試，結果顯示演算法在運算速度上有顯著的提升，可以在較短時間內求取能夠作為營運規劃之可行解，配送分配結果顯示無人機有助於輔助貨車送貨，此外多貨車與多無人機混合配送可以使配送模式更有彈性，而不同顧客分佈會有不同的無人機互動狀況，藉由相對距離的討論可以看出無人機之間的互動關係，顯示迴避碰撞之發生可以有效提升配送安全性。