[논문 리뷰] Zero-Emission Delivery for Logistics and Transportation: Challenges, Research Issues, and Opportunities

J. Bukhari, A. G. Somanagoudar외 3명|arXiv (Cornell University)|2022. 05. 31.

Transportation and Mobility Innovations인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 도시 물류를 위한 전기차, 연료전지 트럭, 무인 항공기(UAV)를 활용한 탄소배출 제로 배송 시스템에 대한 체계적 리뷰를 제시한다. 이는 이러한 기술의 통합 과정에서 발생하는 기술적, 환경적, 경제적, 정책적 과제를 분석하고, UAV-차량 협업을 위한 인공지능 기반 조율 전략을 제안하며, 녹색 물류 계획 및 설계 분야의 핵심 연구 격차와 기회를 규명한다.

ABSTRACT

Greenhouse gas, produced from various industries such as Power, Manufacturing, Transport, Chemical, or Agriculture, is the major source of global warming. While the transport industry is among the top three major contributors, accounting for 16.2% of global emissions. To counter this, many countries are responding actively to achieve net or absolute zero-emission goals by replacing fossil fuel with renewable energy sources. In response to this initiative, this chapter provides a systematic review of the use of zero-emission vehicles for a specific use case of package delivery. It first compares different green delivery systems that use unmanned aerial vehicles, electric vehicles, and fuel-cell trucks for certain weight categories. Specifically, a coordination of unmanned aerial vehicle and ground-based electric truck envisions a new paradigm of ground-based zero-emission vehicles where unmanned aerial vehicles can fly in the air beyond the visual line of sight empowered by future-generation wireless technologies. The integration of zero-emission vehicles for package delivery will encounter many challenges in analyzing, modelling, planning, and designing a green logistics system. This chapter investigates these challenges in the adoption of zero-emission vehicles with the existing research issues from a technical, environmental, economic, and political point of view. In addition, this study also sheds a new research perspective on artificial intelligence and integrated solutions for zero-emission deliveries.

연구 동기 및 목표

• 도시 소포 배송 시스템에서 탄소배출 제로 차량(ZEV)의 타당성과 영향을 분석하기 위해.
• 물류 분야에서 ZEV를 도입함에 있어 기술적, 환경적, 경제적, 정치적 과제를 규명하기 위해.
• 비시각선을 초월하는 운영을 위한 UAV와 전기 지상 차량 간의 통합을 탐색하기 위해.
• 인공지능과 다중 에이전트 시스템이 녹색 배송 네트워크 최적화에 어떻게 기여할 수 있는지 검토하기 위해.
• 지속 가능하고 탄소배출 제로의 물류 프레임워크 설계 분야에서의 연구 격차와 향후 기회를 부각하기 위해.

제안 방법

• 다양한 차량 유형에 걸쳐 소포 배송 분야에서 ZEV 응용에 중점을 둔 체계적 문헌 리뷰를 수행한다.
• 다양한 적재 중량 범주에서 전기 트럭, 연료전지 트럭, UAV의 성능 및 배출량을 비교한다.
• 확장된 운영 범위를 확보하기 위해 UAV를 전기 지상 차량과 통합하는 하이브리드 배송 모델을 제안한다.
• 다중 에이전트 시스템(MAS) 프레임워크를 활용해 UAV와 지상 차량 간의 조율를 모델링한다.
• 비시각선을 초월한 UAV 운영을 가능하게 하는 무선 통신 기술을 분석한다.
• AI 및 최적화 기법을 통합해 ZEV 네트워크 내 라우팅, 에너지 효율성, 배송 계획을 향상시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 소포 배송을 위한 탄소배출 제로 차량을 구현함에 있어 핵심적인 기술적, 환경적, 경제적, 정책적 과제는 무엇인가요?
• RQ2 UAV와 전기 지상 차량은 어떻게 조율되어야 배송 효율성을 높이고 배출량을 줄일 수 있나요?
• RQ3 인공지능은 탄소배출 제로 물류 시스템의 계획 및 운영 최적화에 어떤 역할을 할 수 있나요?
• RQ4 ZEV를 활용한 녹색 물류 네트워크의 모델링, 설계, 구현 분야에서 현재 존재하는 연구 격차는 무엇인가요?
• RQ5 UAV, 전기 트럭, 연료전지 트럭 등 다양한 차량 유형 간에 배출량, 비용, 운영 가능성 측면에서의 비교는 어떻게 이루어지나요?

주요 결과

• 운송 부문은 전 세계 온실가스 배출량의 16.2%를 차지하며, 탄소배출 제로 물류가 기후 목표 달성에 필수적이다.
• UAV와 전기 지상 차량이 조율된 배송 네트워크에 통합될 경우 배출량을 크게 감소시킬 수 있다.
• 비시각선을 초월한 UAV 운영은 차세대 무선 기술 덕분에 가능해져 배송 커버리지가 확장된다.
• 인공지능과 다중 에이전트 시스템은 ZEV 물류에서 라우팅, 에너지 사용, 조율 최적화에 유망한 해결책을 제공한다.
• 확장 가능한 탄소배출 제로 배송 시스템을 위한 모델링, 계획 수립, 정책 통합 분야에 여전히 중요한 연구 격차가 존재한다.
• 인프라 투자와 규제 프레임워크를 포함한 경제적 및 정치적 장벽은 광범위한 ZEV 도입을 가로막는 주요 장애물로 남아 있다.