在Robotics（機器人學）領域，國際機器人技術與自動化會議（ICRA）是兩大旗艦會議之一，在這裡，全球機器人最具創新性的研究成果彙聚一堂。可以說，ICRA在機器人學的地位堪比奧斯卡之于電影界。

近日，一年一度的ICRA在美國費城落下帷幕。本屆ICRA收到來自全球66個國家及地區的3344份投稿，經過嚴格審核最後收錄論文1428篇。根據導航、自動化等細分賽道特點，今年的ICRA還評選13篇論文作為最佳研究成果進行表彰。其中，美團一篇關于視覺裡程計（VO）和SLAM的研究獲得大會導航領域的年度最佳論文，這也是今年唯一一篇第一作者和第一公司均來自中國的獲獎論文。

據悉，該篇獲獎論文所闡述的技術可提升移動機器人、VR/AR等領域的導航定位效率和精度。值得一提的是，美團另一篇關于視覺慣導（VIO）技術的論文也被ICRA 2022接收，并且該技術同樣可應用于視覺定位，幫助無人機在純視覺飛行時提升近3成的定位精度。兩項新技術後續都将支持以無人機和自動配送車為代表的新業務發展。

獲得ICRA 2022的最佳研究成果獎，證明美團在機器人領域研究能力不俗，但止步于實驗室并不是美團一貫的研究風格，能将技術快速應用到業務場景中才是他們真正期待的結果。

近日有消息稱，剛剛完成升級的美團無人機就飛去了杭州開拓新場景：通過自主飛行能力往返于檢測點與實驗室之間，幫助醫護人員運輸核酸樣本；而更早之前，這支團隊還在深圳實現了社區、商圈、園區等多場景的常态化試運營，參與到這座城市的日常外賣配送工作。

借着獲獎之機，雷峰網與該團隊進行了一輪交流，發現從實驗室到城市，這支不足6歲的隊伍始終在追逐一個問題的答案：如何在中國城市場景下實現高頻短途的自主運行？而套用一句美團人常說的話，“菩薩畏因，凡夫畏果”，探究他們的解題思路，或許能給後來者以更大啟發。

探索無人機配送的背後：運力升維迫切

乘着移動互聯網蓬勃發展的浪潮，過去10年是中國在線外賣市場高速發展的黃金時期。在2011年至2020年之間，中國在線外賣市場用戶規模由0.63億人增長至4.56億人，外賣零售業務範圍也逐漸從餐飲向生鮮、商超、醫藥等萬物擴容。據智研咨詢預測，中國在線外賣市場規模将繼續保持增長趨勢。而美團期待的外賣結果是在2025年能夠每天配送一億單，較去年底增長近一倍。

對于提供在線外賣服務的平台而言，不斷擴展的運送品類使其成為不少用戶的必需品，而基于及時性的需要，中國外賣配送服務整體呈現出高頻、短途的特點：一方面，随着可滿足的需求越多，用戶下單的頻次越多；另一方面，相對更急切的消費場景，使用戶對外賣的時效性要求較快遞配送會更高，在相對固定的供給分布，以及單位時間内運力供給一定的背景下，外賣服務半徑勢必會更短。

所以近年來外賣平台之間的運力博弈更像是一場刺刀白刃戰，盯着要害直來直去，但鮮有質的變化。

大緻來看，解決手段可以是高薪招聘增加騎手數量，但在訂單量暴漲以及人口紅利逐漸消失的背景下，人力始終存在天花闆，從人社部最新發布的百大緊缺職業也能看出，快遞員和網約配送員目前已屬于供給嚴重短缺的崗位；另一種可能是優化調度提高人效，但這種辦法的天花闆就是個體本身，畢竟人力有限。

一面是用戶側希望配送時間盡可能少，另一面是運力提效的天花闆漸近，矛盾之下，美團希望從技術裡找新路。物流無人機是他們想到的一種選擇：利用城市低空場景和新載具的服務能力，配合既有的運力網緩解末端“三公裡”的配送壓力并提高服務體驗，甚至還能節省出人力去服務更有價值的事情。

2017年，美團内部開始探索城市低空場景無人機配送的可行性。不過，當時市面上并沒有一款能滿足外賣需求的無人機：美團希望它既有足夠的經濟性，同時也能穩定安全高效地服務高頻短途配送場景。

于是，美團嘗試自研無人機，以及與之配套的自動化調度系統、社區自動化起降機場。

比遙控飛機難3-4個數量級：

高頻配送下的自主飛行與自動化調度

對于無人機配送流程，美團的設想是：在商家相對集中的區域設置一個自動化起降機場，一兩位駐點工作人員承包起将區域内所有商家貨品配送到機場的工作。當貨物放入專為無人機配送設計的貨箱并固定好後，無人機會在自動化調度系統的指揮下，根據用戶設定的取餐點沿着規劃航線自主飛行。當無人機抵達社區起降機場後，自動解鎖貨物至取餐櫃等待用戶取走，或是配合樓宇内機器人送達家門口。

如果用一句話形容角色分工，無人機是空中的外賣員，自動化調度系統是調度員，社區自動化起降機場是服務員。

而在看似簡單的流程中，如何實現無人機自主安全飛行以及自動化調度，是其中最大的難題。

美團資深科學家黃國權教授向雷峰網介紹，美團無人機得以實現自主飛行，主要是具備了高精度高魯棒的導航定位、感知避障、三維視覺建圖和規劃控制四大能力。其中，魯棒自适應飛控是美團無人機實現安全可靠自主飛行的基礎，美團為此耗費了兩年多時間進行重構自研。

無人機的感知能力，主要通過立體環繞機身的攝像頭及數顆毫米波雷達，輔以自建的3D高精地圖實現。目前，面向未來全天候全天時的無人機配送，美團也在積極探索其它新型傳感器，以期進一步提升多源融合精度和可靠性，而此次獲ICRA 2022最佳導航論文的研究成果也是服務于此。

此外，為了保證無人機的穩定性及安全性，美團為一架無人機配備了6個電調、6套螺旋槳和6個電機，構成6個獨立動力總成，确保有足夠的冗餘能力降低因單個零部件損壞而帶來的風險。

美團無人機自主飛行配送訂單

不過，除了自身搭載較多傳感器以及冗餘設備之外，無人機還需額外承受餐盒重量，這是否會影響其飛行的安全性和穩定性？

對此，黃國權解釋，美團無人機在設計時就以高集成度為出發點，在保證安全穩定運行的前提下，以克為單位不斷試驗，逐漸減少PC闆和元器件的重量，乃至通過調整布線和螺絲選擇的方式減重。

當單架無人機具備自主飛行能力後，接下來的目标是由點及面，确保更多無人機在一個小範圍區域内協同作業時，依然能夠有條不紊地高效安全飛行。

在專業人士看來，用遙控器指揮一架無人機配送，和全自動化系統調度多架無人機運送，之間的技術難度相差至少是3-4個數量級。同時從全球來看，無人機全自動化系統背後的科技含量，可以說是處在這個領域的珠峰峰頂。

為了讓無人機能夠穩定協同作業，美團專門打造了一套空中調度系統（UTM），配合自動化調度系統為服務區域内的無人機自動規劃航線，安排派送任務。

美團UTM系統工作狀态

而與傳統外賣調度系統固定派送路線的設計思路不同，考慮到無人機配送可能出現航線占用的情況，新系統加入了實時重新規劃航線的功能，确保整體效率最優。

黃國權還進一步分析稱，空中調度系統的真正難點在于算法和工程兩個方面：

算法方面，當城市低空無人機配送真正走入生活時，美團可能就要面對每天超百萬筆的無人機配送訂單，這就要求系統必須在高并發情況下，快速得到最優決策規劃，解決大規模調度優化問題， “而這個快速的概念一般就是幾百毫秒”。除此之外，無人機在自主飛行過程中會受到天氣、空域、地理環境等因素變化影響，也會大幅增加實時規劃調度的難度。

工程方面，無人機飛行會涉及到監管問題、信息安全問題、與其它無人機和地勤人員通訊及交互問題等，并非僅通過技術即可解決。這些問題的複雜程度甚至堪比現實生活中的民航系統。

盡管業務規模還未達到日均百萬單的水平，但黃國權他們希望能最先按照這個思路，打造出一套标準的空中調度系統供行業參考，推動整個城市低空經濟的發展。

為中國城市低空場景編織無人機安全網

發展城市低空經濟的挑戰，當然不會隻限于産業經濟系統内部。

根據飛行高度，國内無人機可分為低空無人機（100米-1000米之間）、中空無人機（1000米至7000米之間）、高空無人機（7000米至18000米之間）以及超高空無人機（高于18000米）。美團無人機的主要工作環境，大約在100米附近。

而按照主流應用場景進行劃分，無人機還可大緻分為航拍、植物保護、電力巡檢、環保檢測等專業無人機。但相比城市低空場景，上述無人機的作業環境确實會更簡單，且對飛行安全性的挑戰更低。

具體而言，上述無人機飛行環境大多位于郊區及空曠場所，周圍人類活動少，無人機受到的影響就少。而移至城市内，複雜的建築物分布以及密布的人群，都會讓無人機的飛行難度成指數級增長。所以行業側公認，在無人機所有的應用場景中，城市低空物流是最難的。

極低的飛行高度以及複雜的城市環境，為美團的無人機配送發展帶來不少挑戰，而結合業務特點，團隊目前給出技術對策主要是強化避障能力和自主迫降能力。

避障能力方面，美團首先考慮的是因區域内訂單暴漲，導緻大量無人機同時密集飛行的情況。如對此不加幹預，極易導緻同一航線内發生無人機碰撞。為了避免此類情況發生，除了為無人機增加實時重新規劃航線的功能外，美團還為每架無人機設置了一個“時空膠囊”。

時空膠囊，即為調度系統所處的三維空間加入時間參數。目前，美團會根據無人機實時飛行狀态，設置導航誤差、控制誤差等參數，将綜合誤差範圍作為每架無人機飛行的安全區域，将無人機當前位置、幾秒前及幾秒後所在的位置以一顆膠囊的模樣呈現，隻要同一時間内膠囊之間不互相重疊，就能避免碰撞事故。

至于自主迫降能力，美團内部稱之為“安全降落”功能。盡管已為無人機配備多套安全冗餘設備，但在實際飛行過程中，可能因一些特殊原因需要在未知場景進行臨時迫降。結合各種可能的需要，美團在兩個月前完成了這套“安全降落”功能的開發，在穩定性及安全性方面都有所突破。

降落傘打開狀态的美團無人機

比如為了防止迫降時餐盒掉落，設計師在無人機與餐盒的連接處加裝懸挂鎖定，隻有在停止飛行時才主動解鎖放開貨物；至于在迫降過程中，無人機會通過自身機器視覺感知、對環境的實時三維建圖，以及自主動态路徑規劃等能力選擇降落點，盡可能降落在安全地帶；此外，即便無人機出現故障從空中掉落，無人機的最後一重保護——由中國航天508所研發的降落傘将最大程度降低無人機的降落速度，保證地面人員及财産安全。

美團無人機系統架構師陳天健還告訴雷峰網，無人機在運營狀态下目前未出現“炸機”情況，隻在測試狀态下出現過少量故障。長期以來的安全飛行主要得益于美團常在動力受損、槳葉斷裂等極端情況下測試無人機穩定性，而這一測試次數更是超過了40萬架次。

盡管做好了一切能想到的技術保障，但實驗室與城市之間的壁壘不隻限于技術本身，真實落地仍會有許多其他挑戰。

據雷峰網了解，美團無人機業務目前已在深圳、杭州等城市實現真實場景落地，其中在深圳的常态化試運營更是超過了一年。

而回憶選擇率先在深圳提供無人機配送服務的原因，大家直言與深圳優越的政策環境及産業基礎相關。

近年來，深圳被譽為“無人機之都”，當地政府早在2019年就出台了《深圳市民用微輕型無人機管理暫行辦法》，成為國内第一個科學管理無人機的城市。

随後出台的《深圳市民用無人機管理辦法（征求意見稿）》，更是首次在地方立法中規範了城市場景下無人機的物流配送運營行為，這也意味着法律政策開始承認城市無人機物流配送的地位，無人機配送也從商業模式暢享開始進入試點落地和逐步推廣實施階段。

此外，目前深圳70%空域可用于無人機飛行，且有大量無人機公司及相關産業分布，甚至有專為無人機生産PC闆的公司，相對成熟的政策制度以及完整的産業鍊條，可以極大縮短無人機從實驗室到城市的距離。同樣值得關注的是，深圳的外賣訂單量巨大，且人力成本較高，無人機價值可以更加快速顯著地體現。以上種種利好吸引了美團無人機選擇在深圳邁出第一步。

還有一個偶然因素——疫情爆發，讓無人機配送的服務價值有了新的延展，美團無人機團隊也順勢将業務從深圳拓展到杭州，嘗試在應急場景下常态化配送特需貨品。

有知情人士曾給雷峰網算了一筆賬：僅以在杭州配送核酸樣本為例，相比汽車運輸，無人機配送可以把運輸時間從20多分鐘下降到6分鐘，配送周期也可從1小時壓縮到2分鐘，這對正在試點建設15分鐘核酸“采樣圈”的杭州來說，吸引力無疑巨大，并且在運輸成本方面，無人機配送也會更低。

另外從美團視角來看，從深圳到杭州，某種程度上可被視為外界對其近一年數萬單真實配送經驗的認可，而落地後最大的收益莫過于技術得到了更多城市管理者的認可，政策攔路石有了松動的空間。

“眨眼燒光過億元”

一次無例可循的中國式創新

衆所周知，研究國内科技公司的新業務發展，對标亞馬遜、谷歌等國外公司其實是一個不錯的路徑。在國内各大科技公司中，美團更是以像素級學習亞馬遜著稱，小到工作流程、彙報制度，大到邊界擴展、新業務探索，都能從中找到大量痕迹。

但有意思的是，雖然無人機配送業務亞馬遜也有，美團能學到的卻着實不多。比如在實踐層面，有知情人士就曾透露，亞馬遜探索無人機配送雖已有10年之久，但在過去18個月裡仍然是一直在俄勒岡州和加利福尼亞州的一些農村地區悄悄測試Prime Air無人機快遞，隻是希望在今年晚些時候可以将測試範圍擴大到1300名購物者；而截至2022年5月底，美團無人機在深圳落地10個社區、4個商圈，服務覆蓋近8000戶居民，完成面向真實用戶的訂單超5.4萬單。

當然，在北半球西部的美國，比美團跑得快的玩家也有，比如數個家境殷實的商超巨頭、科技公司，他們都已建立各自的無人機物流網絡多年。

其中，領先一些的譬如Google Wing，在2019年就實現了無人機快遞商用，為美國弗吉尼亞州城鎮克裡斯琴斯堡運輸食品、藥物。截至去年8月，Wing在美國多個偏遠城鎮配送快遞超10萬次。

而沃爾瑪則在近日宣布與無人機創業公司Drone Up合作，為美國6個州部分地區的400萬個家庭服務，預計年遞送量超100萬單，其配送時間限制為上午八點至晚上八點。

但基于兩國配送環境不同，美國巨頭與美團對物流無人機的性能要求有着顯著差别。

美國無人機配送服務地區大多集中于地廣人稀的區域，且建築物普遍不高，這使得以Wing無人機為代表的載具，通過兩顆攝像頭就能實現視覺感知的基本需要。而美團無人機大部分時間穿梭在高樓之間，且在多天時多天候場景下服務，對感知精度要求極高，因此需要攝像頭配合毫米波雷達，甚至更多種類的傳感器，實現不同傳感器優勢互補，提高感知能力。

中外城市無人機飛行環境對比

談及單一傳感器與多種傳感器融合的區别，顯然後者技術難度更高，不僅需要快速将不同傳感器的感知信息綜合處理，還必須降低誤差以防誤判。

另一方面，美國物流無人機在相對空曠地區飛行，其螺旋槳運轉發生的噪音對周邊影響小，因此其噪音要求相對較低。而美團在設計無人機時，就必須考慮噪音對社區居民生活的影響，一起投訴對這個仍在襁褓中的業務傷害也是無比巨大。為此美團對比不同材質螺旋槳、試驗不同飛行路線找到最大程度降低飛行噪音的方法。

此外，很多美國家庭居所場會有庭院等足夠大的空地，Wing和沃爾瑪的配送方式可以隻用繩索勾連貨物，當無人機達到客戶的住宅或是車道上方後，由一名認證飛行員遠程控制，緩慢下放繩索直至貨物落地，繩索再自動斷開。而美團無人機所在的城市住宅及商圈區域普遍人流密集且寸土寸金，為了滿足各方的需要，美團必須将起降策略設計得更加完善，目前采用的配送策略是無人機自主飛行到自動起降機場，将貨物安放在取貨櫃中等待用戶取餐。

而基于高頻場景的需要，美團無人機的飛行控制需要一名工作人員能同時負責管理多台無人機，而沃爾瑪等公司的物流無人機送貨大多可以安排專人負責。

據黃國權透露，為了提升效率和配送體驗，美團還在探索将無人機和地面移動機器人結合的配送服務模式：無人機将外賣運輸至目的地後，再由自動配送車配送，實現高度自動化配送服務。

目前，美團自動配送車也已在北京落地運營近2年，并在最近參與了上海抗疫保供工作。在上海，數十台自動配送車僅用不到2個月的時間，就完成了超50萬單的配送任務。

在黃國權看來，兩國不同的服務環境導緻無人機的各項指标确實存在差異，但這确實不能得出現階段技術層面孰強孰弱的結論。不過他堅信，在中國城市低空場景提供配送服務會要求無人機有更高的技術指标，挑戰相對更大。

某種程度上，美團如果在難度更高的城市低空能夠安全運營物流無人機，同樣就能将技術及運營經驗應用在更多地區和領域。倚靠規模龐大且仍在增長的外賣市場，美團是有潛力在無人機配送領域實現對其師亞馬遜的趕超。

但也不可否認，中國複雜的城市環境和場景需要，讓無人機的研發需要更高的投入，即便是美團，面對當前無人機的研發投入，也時常會産生顧慮，畢竟“好幾個億眼睛一睜一閉就沒了。”

目前，在全國範圍内鮮有玩家推動城市低空物流網絡落地的背景下，美團能否最終彎道超車，最後考驗的一定是其戰略定力到底有多堅定。

小結

需要注意的是，美團研發無人機隻是其機器人版圖中的冰山一角。除了技術突破與場景落地，近年來，美團對機器人領域的投資也明顯增多。僅在自動配送領域，有不完全統計其近年來的投入就已超過數十億元。

去年10月，美團還提出了全新的“零售 科技”戰略，并在随後半年多時間持續加大關鍵領域科技研發投入。在最新一季财報中，僅單季研發支出同比增長40%至49億元，企業研發費用占收入比接近11%。

在财報電話會議上，美團CEO王興還曾表示，美團雖然是軟件起家，但業務發展不僅需要軟件，還需要硬件。而這也是美團近年持續投資機器人領域的根本原因。

他同時認為，在包括機器人在内的各種先進技術驅動下，生活服務領域在提高效率、降低成本方面還有巨大潛力可挖。

而這巨大潛力自然就包括了自動配送在疫情期間所發揮的獨特價值——在人力有限的極端場景下，讓用戶仍然能體驗到所見即所得的服務。如果在更高層面上看，美團對多個機器人垂直領域加碼投資，未來也會為中國、乃至世界零售行業帶來新的選擇，至于最終能走向何方，讓我們拭目以待。

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