[论文解读] Zero-Emission Delivery for Logistics and Transportation: Challenges, Research Issues, and Opportunities

J. Bukhari, A. G. Somanagoudar+3 more|arXiv (Cornell University)|May 31, 2022

Transportation and Mobility Innovations被引用 5

一句话总结

本文系统综述了城市物流中使用电动汽车、氢燃料电池卡车和无人飞行器（UAV）的零排放配送系统。分析了整合这些技术在技术、环境、经济和政策方面面临的挑战，提出了基于人工智能的UAV-车辆协同策略，并指出了绿色物流规划与设计中的关键研究空白与机遇。

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.

研究动机与目标

• 分析零排放车辆（ZEV）在城市包裹配送系统中的可行性与影响。
• 识别在物流中采用ZEV所面临的工程技术、环境、经济和政策挑战。
• 探讨UAV与电动地面车辆在超视距运行中的集成方法。
• 研究人工智能与多智能体系统在优化绿色配送网络中的作用。
• 突出在设计可持续、零排放物流框架方面存在的研究空白与未来机遇。

提出的方法

• 开展系统性文献综述，聚焦多种车型在包裹配送中ZEV应用的研究。
• 比较不同载重类别下电动汽车、氢燃料电池卡车和UAV的性能与排放表现。
• 提出一种混合配送模型，将UAV与电动地面车辆结合，以扩展作业范围。
• 采用多智能体系统（MAS）框架，模拟UAV与地面车辆之间的协调机制。
• 分析支持超视距UAV运行的无线通信技术。
• 整合人工智能与优化技术，以提升ZEV网络中的路径规划、能效与配送计划。

实验结果

研究问题

• RQ1 在包裹配送中部署零排放车辆所面临的关键技术、环境、经济与政策挑战是什么？
• RQ2 如何协调UAV与电动地面车辆以提升配送效率并降低排放？
• RQ3 人工智能在优化零排放物流系统规划与运行中可发挥何种作用？
• RQ4 在建模、设计与实施以ZEV为基础的绿色物流网络方面，当前存在哪些研究空白？
• RQ5 不同车型（UAV、电动汽车、氢燃料电池卡车）在排放、成本与运行可行性方面如何比较？

主要发现

• 交通运输部门占全球温室气体排放的16.2%，因此实现零排放物流对达成气候目标至关重要。
• 当UAV与电动地面车辆集成到协调配送网络中时，可显著减少排放。
• 下一代无线技术使超视距UAV运行成为可能，从而扩大了配送覆盖范围。
• 人工智能与多智能体系统为优化ZEV物流中的路径规划、能源使用与协同作业提供了有前景的解决方案。
• 在可扩展的零排放配送系统建模、规划与政策整合方面，仍存在显著的研究空白。
• 经济与政策障碍，包括基础设施投资与监管框架，仍是广泛采用ZEV的主要障碍。