5G的发展与物流无人机应用

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  摘要:第五代移动通信技术是现有无线通信技术的一个融合,提供人与人、人与物、物与物之间高速、安全、自由的连接。本文首先介绍了5G的概念和特点,然后阐述了当前我国5G的发展和5G的三大主要应用场景,最后重点对物流无人机在电商领域的的应用情况进行了分析和展望。
  关键词:5G;物联网;5G应用;物流无人机
  1、概念
  5G指的是第五代移动通信技术。与前四代不同,5G并不是一个单一的无线技术,而是对现有无线接入技术(包括2G、3G、4G、WiFi)的技术演进与新增补充性无线接入技术集成后的解决方案的总称,5G将是一个真正意义上的融合网络。这个融合统一的标准将提供人与人、人与物、物与物之间高速、安全、自由的连接。目前,现有的4G网络处理自发能力有限,LTE峰值速率仅达到100Mb/s,而5G将引入更加先进的技术,通过更加高的频谱效率、更多的频谱资源以及更加密集的小区等共同满足移动业务流量增长的需求。5G的峰值速率将达到10Gb/s,比4G提升了100倍。
  2、5G的特点
  5G具有以下特点:a)5G的网络架构在4G的基础上扁平化,它将是由功能强大的基站叠加的一个大服务器集群;更加新型化;b)5G的基站将更加小型化,可以安装于各种场景;具备更强大的功能,将去除传统的汇聚节点;c)5G网络应满足超大带宽、超高容量、超密站点、超可靠性、随时随地接入的要求;d)更加绿色节能的5G系统,通信能源消耗将是目前网络的十分之一。
  3、我国5G的推进进程
  为了迎接新一轮的技术、标准以及市场竞争,中国开始全方位布局 5G 技术的研发工作。2013年2月,由科学技术部、工业和信息化部、国家发展和改革委员会三部委联合组织成立了IMT-2020(5G)推进组,同时,科学技术部将投入1.6亿元人民币,正式启动国家“863计划”、“第五代移动通信系统研究开发一期”重大项目,以前瞻性地部署5G需求、技术、标准、频谱、知识产权等研究。
  当前我国5G研究进展情况:a)推进组已基本完成5G愿景和需求研究,并发布了白皮书,b)初步完成了5G潜在关键技术的研究分析工作。c)布了四个白皮书,其中包括《5G的愿景和需求》、《5G的概念》、《5G的无线技术架构》和2016年6月发布的《5G的网络技术架构》。d)完成了2020年我国移动通信频谱需求预测和6GHz以下候选频段的研究工作。
  目前中国5G推进组已经有55个成员,包括运营商、厂商、研究院及大专院校;其中以华为公司为首的中国厂商在2016年国际无线标准化机构3GPP的RAN1(无线物理层)87次会议上主推的PolarCode(极化码)方案从美国LDPC和法国Turbo2.0两大竞争对手中脱颖而出,成为5G控制信道eMBB场景编码方案。这是中国在5G移动通信技术研究和标准化上的重要进展,意味着中国公司首次进入基础通信框架协议领域。在运营商方面,2016年5月,中国移动就已宣布在5个城市进行场外测试。中国电信则按规划已在成都、雄安、深圳、上海、苏州、兰州等六大城市开通了5G试点。中国联通在2018年1月则向国家提交了申请,要在七大城市开启5G模式。2018年4月2日中国移动联手中兴通讯打通国内首个5G电话,这意味着一个上万亿元人民币的产业已经逐步拉开序幕。
  4、5G的应用场景展望
  移动互联网和物联网是5G发展的主要驱动力,其在应用层面主要体现在以下三个场景:
  增强移动宽带(eMBB)
  未来的5G愿景最强烈的一个方面就是用户体验到的网络速率。4G现在已经很快了,但是还不够,5G要做到的是10Gbps,5G将满足人们在居住、工作、休闲和交通等各种区域的多样化业务需求,即便在密集住宅区、办公室、体育场、露天集会、地铁、快速路、高铁和广域覆盖等具有超高流量密度、超高连接数密度、超高移动性特征的场景,也可以为用户提供超高清视频、虚拟现实、增强现实、云桌面、在线游戏等极致业务体验。
  低功耗大连接(mMTC)
  由于受限于终端的功耗以及无线网络的覆盖,物联网仍处于萌芽的状态,但伴随着5G网络的出现,未来的物联网必将迎来全面发展。5G是低功耗大连接的网络,因此我们认为在5G时代,物联网的应用需求是非常大的,而且物联网可以利用现有NB-IoT等蜂窝物联网发展起来,比如像智慧城市、智能家居、智慧农业、工业互联网、森林防火等以传感和数据采集为目标的应用;这类应用具有小数据包、低功耗等特点,且终端分布范围广、数量众多,不仅要求网络具备超千亿连接的支持能力,而且还要保证终端的超低功耗和超低成本。
  低时延高可靠(uRLLC)
  4G网络的出现使移动网络的时延达到了100ms,使对实时性要求比较高的应用如游戏,视频,数据电话成为可能。而5G网络,将会使时延降到极致,时延小于5ms,可实现450km/h高速环境下通信。一方面,5G让消费者可以随时随地享受高清视频传输、体验VR 360度全景直播和娱乐、享受AR游戏和购物、实时观看无人机航拍画面等应用;另一方面,5G将带动各垂直行业的创新应用,比如网联无人机、自动驾驶和远程驾驶、智能電网、工业互联网,这类应用对时延和可靠性具有极高的指标要求,需要为用户提供毫秒级的端到端时延和接近100%的业务可靠性保证。
  5、5G典型应用之物流无人机
  当前业界将5G和无人机看作是最好的“搭档”。在没有遇见5G之前,无人机还只是以个人娱乐应用为主,还经常饱受安全诟病。而5G的无处不在联网、更高的速率、更低的时延使得无人机的应用范围不断拓展。5G物流无人机便被认为是一种非常有前景的5G用例。
  物流无人机现在被业界看好,主要由于其相对于传统物流运输有以下四大优势:1)提升流转效率:相对于传统汽车、电动车地面运输系统,无人机可以大幅度提升配送效率;2)降低运营成本:由汽车等交通工具和人员配送货物改为汽车加无人机的话,那么物流费用将至少下降70%。”无人机还可以解决偏远山区农产品运出来的问题。无人机上下游产业链整合日趋完善,随着大规模应用,将节省更多时间、人力、能源及仓储资源;3)打破道路限制:无人机航线相对是直线,距离相对最近,突破了空间、区域、环境上的限制,针对偏远农村及交通不便地区,有效解决物流配送“最后一公里”难题,在拥堵的城市和偏远山区运送急需物品,则可能比陆运节省80%的时间;4)助推产业转型:以无人机为代表的“智能物流”将助力物流产业升级转型。   2016年5月,德国DHL宣布成为全球首家无人机快递公司,成功运送了130件包裹,历经了130次自动装货与卸货的循环飞行,解决了变化无常的天气状况和严峻的温差波动的干扰问题。在合理设置“包裹站”和当地居民的配合下,整个快递和交付工作完全是由无人机自主完成,无人机的飞行时速最高可达70公里,可以携带2.2公斤的货物,航程最远可达8.3km。
  我国物流行业也紧跟国际趋势,不断尝试新的物流形式,现在的无人机技术可以实现运用GPS和视频等方式进行地理定位,可以实现货物的机械化装运,并按照条形码推送,即便是在建筑密集的高层楼宇,无人机从窗户进入指定地点也不是问题。至于避开天线、建筑物等高空障碍物,目前无人机领域已经有一套成熟的技术精准避开障碍物。而5G的商用,能极大的推动这种新的物流形式。
  6、电商领域的物流无人机
  近两年来,国内物流行业对于无人机的热衷来源于传统快递物流方式已出现瓶颈。未来汽车饱和度将进一步加大,传统地面运输将受到越来越多的制约,打造高效、快速的物流体系迫在眉睫。国内多家物流与电商企业纷纷入局物流无人机行业,大力推动无人机配送体系的构建。无论是京东、苏宁、菜鸟等公司,基本都已经实现了物流无人机的首飞,有些还获得了无人机空域批文,并不断深化和地方政府的合作,加快促进无人机项目的落地。2018年5月中国国家民航局发布了《民航局关于促进航空物流业发展的指导意见》,从九个方面阐述了促进航空物流业发展的政策措施。意见提出,支持物流企业在空域条件良好、地面交通欠发达地区开展无人机配送示范工程。如此可见,无人机配送的发展不再局限于市场的自我追逐,而是更进一步得到了国家政策的高度支持。到目前为止,物流与电商企业在无人机领域的布局已经初现轮廓。
  今年4月,顺丰拿到了国内首张无人机航空运营(试点)许可证。此番取得首张运营牌照,让顺丰一跃成为国内物流无人机的领先者。根据许可证的规定,顺丰可在民航局批准的试点区域内使用无人机开展物流配送。对于无人机,顺丰的构想是用无人机实现航空物流网络干支对接,辅以陆运以及快递员在配送末端的到门服务,以完成对大部分城市的空网覆盖。换言之,顺丰的无人机不仅仅针对末端最后一公里,更是针对支线无人机运输。顺丰的无人机短期内并不会直接面向客户,而是进行顺丰速运不同网点之间的配送。以此次获取牌照的试点区域为例,顺丰无人机主要用于将货物送往人力配送较难、较慢的偏远地区,以提高效率、减少人力成本。
  去年10月菜鸟网络的无人机群组,满载六箱货品,耗时9分钟,飞越近5公里的海峡,为农村淘宝提供物流服务。这是国内首次完成无人机群组跨海快递飞行。菜鸟无人机可荷载7公斤包裹,实现空中到家、精准投递的运作。
  京东无人机是京东空地一体三级智慧物流体系的重要组成部分,京东无人机经过两年多的时间的不断研发,成为京东黑科技的一张名片。目前,京东无人机已经出动了2万余架次,飞行总里程10万多公里,积累了大量运营经验。除了常态化运营,一年来京东无人机还飞过河北、浙江等省,为无人机运营场景的持续开拓和更大规模应用进行探索。在无人机的优势上面,京东的优势在于“走得快”,同时京东自建物流,拥有非常多的应用场景,正常情况下,每天都有无人机在飞行。
  2018年6月苏宁物流无人机乡村飞行距离超5万公里。为适应于不同场景的配送,苏宁物流空中智慧网建成机型多样的无人机部队。目前,末端小型无人机基本可以常态化运营,支线和干线无人机正在研发测试。比如在支线,苏宁正研发一款载重200公斤和一款载重1.5吨的无人机。
  上述电商的无人机已经可以按照已编程的飞行路线行事,但迄今尚无法通过移动通信高效地控制无人机,在这种情况下,5G的使用为创新的无人机应用打开了全新的空间。5G低时延、高速率、大连接的技术特征为无人机智慧物流提供了完美解决方案,包括航线规划、智能避障、集群作业等。
  当然,除了5G网络外,未来无人机在物流领域的发展还有三个问题有待解决:一是无人机的安全性问题,如何将无人机的事故风险概率控制在合理范围,目前的技术还无法完全消除大众担忧;二是稳定性问题,与民航客机或者货机相同,无人机尤其小型无人机对天气影响更敏感,无论是可见的风、雨、雪、雾等大范围天气因素,还是晴空风切变、突发气流等难以预见的情况,都会对无人机产生较大影响;三是政策因素,在无人机应用方面,监管仍处于摸索阶段,不确定性较强。
  7、结束语
  随着未来移动互联网和物联网业务的井喷式增长,3G、4G和其他通信网络已无法满足社会日益增长的通信需求。5G将以其显著特征和技术优势及可持续发展的模式,满足未来超千倍的移动数据增长需求,并将为用户提供光纤般的接入速率、零时延的使用体验、千亿设备的连接能力、超高的流量密度和连接数密度、超高的移动性和多场景的服务,使各类业务和用户感知智能优化,并为未来的网络带来百倍的能效提升。5G的到来必将极大地推动国家传统产业转型升级與供给侧结构改革,在鼓励创业创新的大背景下,极具市场价值的无人机行业将继续保持高速增长。前瞻产业研究院发布的《2018-2023年中国无人机行业市场需求预测及投资战略规划分析报告》预测,我国民用无人机产品销售和服务总体市场规模到2020年将达到465亿元,2025年将达到750亿元。
  无人机的发展离不开5G的技术支持,5G也需要无人机来配合发展,两者相辅相成,互相成就。随着科技进步,相信5G技术的普及将成为必然,5G无人机成就通信新时代的目标也很快就会实现。因此,我们可以预计在不久的将来,当我们打开门窗,收到无人机递上的包裹将成为我们生活的日常。
  参考文献:
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  作者简介:佘炳涛(1979-),男,广东潮州,硕士研究生,高级经济师,研究方向:经济管理.
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