基于物流配送的无人机基础设施选址研究

1 引言

随着智能物流技术的迅速发展，无人机物流配送凭借机动性、响应速度与成本优势，成为解决城市“最后一公里”配送难题的重要技术路径，因此成为研究重点与难点。

国外已构建试验性无人机配送系统，如 Sustainability 通过模块化起降点与航线管理平台实现小规模区域化物流配送[1]；Ghelichi 探索无人机在医疗物资、高价值产品领域的即时配送服务[2]。国内无人机起降点布局规划研究较少，杜茂康提出“飞行侧踢”路径规划模型，将无人机与地面车辆协同建模，引出设施布局对物流效率的影响[3]；李松锐等人结合 GIS 数据构建城市中无人机起降点与空域资源之间的互动模型[4]；张洪海等人结合GIS 平台提出城市多场景下无人机起降点布设方法[5]；

综上所述，国外在无人机物流选址建模方面已建立较为完善的理论体系且注重模型与实际系统融合，而国内研究尚处于起步阶段，缺乏综合性建模框架与多目标调和机制。未来研究应引入动态选址、协同调度、空域约束等关键要素，构建更具通用性与可操作性的选址优化模型，以支撑智慧城市低空物流网络的科学部署。

2 研究概述

2.1 无人机配送系统与基础设施分类

无人机基础设施包括起降点、充电站与中转节点，分别用于无人机的起降、续航保障和货物中继与航线切换。其选址影响配送效率、服务覆盖和运营成本。与地面设施不同，无人机布局需考虑空中直线距离、障碍物和禁飞区，因此选址模型需结合飞行特性和城市空域环境，建立适应性优化框架。

2.2 选址问题的理论基础

设施选址是运筹学关键问题，旨在选最优位置，实现成本最小或服务最大。经典模型如P-中位数、最大覆盖模型和重心法，广泛用于地面物流。然而，无人机独特运行特性，如飞行半径、续航和空域管制，使其选址逻辑有别于传统设施。因此，需构建适应性模型，采用多目标优化方法，平衡建设成本、服务覆盖与运输效率，通过加权求和或 Pareto 优化等手段实现平衡。无人机基础设施选址问题虽基于经典理论，但需结合其运行环境调整建模和求解方法。

3 理论分析与讨论

3.1 模型结构与目标权衡分析

以往研究构建的无人机选址模型多采用成本最小与服务最大两类目标的加权组合形式。数学上，成本项含固定建设费用和运营运输成本，服务项以覆盖用户点数量为指标，二者呈非线性冲突。通过调节权重 a 和 β ，模型可在经济性和覆盖率间灵活切换：当 α>β 时，倾向选低成本位置，可能牺牲边缘区域覆盖；当 β>α 时，倾向广覆盖区域，可能导致成本上升。该模型适合多元利益主体协同决策场景，能提供基于偏好的解集供选择。

3.2 空域因素与可行性讨论

与地面选址不同，无人机选址必须考虑城市空域结构对飞行路径和起降点的限制。因此，在模型分析中，应利用 GIS 数据预处理可建点，排除不适宜或受管制的区域，以确保选址方案实际可行。此外，无人机航线必须遵守民航法规和城市监管标准，这些标准（如高度、时间、频次）因城市而异。忽略这些制度性约束会使模型脱离现实。因此，建议在扩展模型时加入这些制度约束，以确保选址方案符合政策要求。

4 结论

本文围绕物流无人机基础设施选址问题，分析高效配送目标的多目标优化模型，并从系统特征与理论拓展等方面进行了深入探讨。首先，本文明确了这些基础设施的功能及其选址对提升系统效率、覆盖能力和安全性的关键作用。其次，分析了包含成本最小与服务最大双目标的优化建模框架，通过纳入资源约束、可达性限制等现实条件，使模型更贴合城市空中物流环境。该模型在理论上是混合整数线性规划问题，具有较好的扩展性和解释力。总之，本文在无人机物流选址建模方面建立了一定的理论体系，为智能配送系统的设施部署研究提供了积极的理论支持。

参 考 文 献

[1]Rosenberg， Leonardo N.， et al. "Introducing the Shared Micro-Dep ot Network for Last-Mile Logistics." Sustainability （2021）.

[2]Ghelichi， Zabih， Monica Gentili， and P. Mirchandani. "Logistics fo r a fleet of drones for medical item delivery： A case study for Louisville， KY." Comput. Oper. Res. （2021）.

[3]杜茂康，罗娟，李博文.基于多车场的车载无人机协同配送路径优化[J].系统工程，2021，39（06）：90-98.

[4]李松锐，张明，王蒙蒙等.直升机释放无人机的选址问题研究[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2022，46（03）：416-421.

[5]张洪海，冯棣坤，张晓玮等.城市物流无人机起降点布局规划研究[J].交通运输系统工程与信息，2022，22（03）：207-214.DOI：10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.03.023.