蘭德公司：無人機運輸對城市的影響

DinK發表於2018-01-13

貨運無人機在未來五到十年內可能會逐漸普及，特別是對於所謂的小型輕型物品的“最後一英里”物流。像亞馬遜、谷歌、UPS快遞（UPS）、DHL和阿里巴巴等公司一直在進行高效能無人機配送系統的測試實驗，2015年7月17日美國聯邦航空局首次稽核通過了商業無人機送貨，這對於這一系統的開發具有了里程碑式的意義。未來，無人機可能會取代貨運車隊，並可能對能源消耗、公共安全、個人隱私、空氣汙染、城市噪音、空中交通管理、城市道路擁擠、城市規劃以及商品和服務消費模式產生重大影響。

為了支援這一領域的發展，蘭德公司發起了一項探索性研究，彙集了蘭德在無人機（UAV）運營、運輸研究、系統分析和行為分析方面的專長，並將其應用於這個新興和未開發的研究領域。

該研究包括多項輔助性研究工作，重點是提升貨運無人機系統各方面效能及減少其對公眾的可能影響。在本報告中，我們將探討無人駕駛作業對城市規模影響的以下幾個方面：能源消耗、基礎設施要求、空中擁堵、隱私和噪音。

總能耗

本節將送貨無人機與傳統貨運卡車進行對比，從運輸路線、前往運輸區方式、能源利用效率以及總能耗幾個方面進行。分析結果顯示：貨運無人機的能量消耗隨著包裝數量和無人機運送的包裹的百分比的變化呈線性增長，並且隨著無人機中心數量的平方根而減少。卡車能量隨包裹數量增加的增長關係在平方根和線性之間，其趨勢主要取決於城市道路的複雜情況。隨著無人機中心數量的增加，貨運無人機的能源密集度降低，對於小城市而言，無人機貨運使用的能源遠低於卡車。

基礎設施和無人機編隊的規模

除了提供能源有效的利好措施，如增設無人機中心外，發展無人機貨運還必須考慮無人機編隊所需規模和侵佔人口或其他佔用空間的程度等問題。我們沒有無人機中心或無人機成本的資料，但建立額外的無人機中心的成本可能至少部分被所需無人機數量的減少所抵消，同時也可節省大量能源。

空中交通擁擠與隱私

無人機中心數量越少，同一時間內在城市飛行的無人機數量越多，資料顯示，以洛杉磯城市規模為例，如果只有一個無人機中心，有一半的時間以上幾乎1/4的城市都在無人機攝像頭之下，或在大約一個街區的範圍內。隨著無人機中心數量的增加，這一數字急劇下降。將無人機中心置於人口稠密地區附近可能會降低人們見到無人機的可能性，但其相應弊端是無人機不能穿越這一區域到城市的其他區域。

噪音

估算城市中貨運無人駕駛系統噪音是有挑戰性的工作，因為這些無人機的噪聲產生或聲學特性的資料尚無記錄，並且它們將來還會有技術進步。但我們可以使用一些簡單的近似來獲得關於問題的關鍵描述從而做出初步判斷。影響噪音感受的因素包括無人機產生噪音的大小、頻率以及同一時間內有多少架無人機在附近空中飛行等，而且飛行噪音的分佈範圍與影響大小都在動態改變。靠近無人機中心處會感受到明顯的噪音。改變運貨無人機巡航高度會影響噪音，即便是巡航高度的小幅上升也會大幅降低噪音的產生。另一種方法是嘗試設計噪音更低的無人飛行器。

結論

除了設計更安靜的無人機的可能性外，還有許多意想不到的方法改變分析的結果，如革命性商業模式或新型車輛設計。例如，本報告沒有考慮無人機-卡車混合模式，其中卡車作為移動的無人機中心。此外，我們沒有考慮任何可能發生的需求變化，如增加了便利性，只為部分城市服務的業務計劃，或重點關注非常重要的包裹或乘客，我們也沒有考慮無人機攜帶多個包裹的可能性。

雖然還有很多工作要做，同時政策、規定、商業計劃都面臨高度不確定性，但是我們已經展示了發展無人機運貨時應該考慮的幾個重要關係。在某些情況下（如能源消耗），與現狀相比，變化可能達到一個數量級。通過使用多個無人機中心，可以顯著減少能耗的增加。事實上，使用多個無人機中心還能帶來許多好處，不僅可以減少車隊規模、空中擁堵，還能消除無人機造成的隱私和噪音問題。在一個城市建造許多無人機中心可能具有挑戰性，因為居民區可能會反對新建，但這樣做會為這些居民區帶來顯著的好處。