BME KJK | Anyagmozgatási és Logisztikai Rendszerek Tanszék

Drónok city logisztikai alkalmazásának vizsgálata, az alkalmazással kapcsolatos modellezési kérdések feltárása

A koncentrált igénypont-halmazokhoz, illetve a modellezéshez kapcsolódó kutatások részben az EFOP-3.6.3-VEKOP-16-2017-00001 programban voltak támogatva: “The research was supported by the Hungarian Government and co-financed by the European Social Fund through the project ”Talent management in autonomous vehicle control technologies” (EFOP-3.6.3-VEKOP-16-2017-00001).”

A projekt résztvevői: Sárdi Dávid Lajos, Dr. Bóna Krisztián

A projektben aktuális részt vevő hallgatók: Kovács Dóra (BSc-hallgató), Kovács Petra (BSc-hallgató)

A projekt korábbi résztvevői: Font István, Kerekes Márk

A city logisztikai kutatások területén egy fontos, újszerű terület az ún. városi koncentrált igénypont-halmazok logisztikai rendszereinek vizsgálata. Ezek olyan igénypont-halmazok, ahol rendkívül kis területen, nagyszámú igénypont helyezkedik el, nagy áruforgalmi igényekkel és vevőforgalommal, ilyenek például a bevásárlóközpontok, piacok, vagy bevásárlóövezetek. Ezeken a rendszereken belül számos kis méretű, cargo kerékpárokkal vagy drónokkal is szállítható kisebb méretű és tömegű szállítási egység fordul elő, a házhozszállítások és üzletek közötti szállítások során pedig még több feladatra lehetnek alkalmasak ezek a kisméretű áruszállító eszközök. Ezek miatt fontos lenne megvizsgálni, hogy ezen igénypont-halmazok innovatív, gateway-koncepció alapú új city logisztikai rendszereibe hogyan illeszkedhetnének a különbözőfajta áruszállító drónok, milyen feladatokat láthatnának el, valamint milyen módon változtatna a korábban a közúti, illetve kötött pályás szállítási módokra kidolgozott modelleken a drónok rendszerbe történő integrálása. Természetesen egy ilyen rendszerben a drónok kapcsán rendkívül fontos kérdés lehetne esetleges az autonóm működés, szabályozási és jogszabályi oldalról is számos kérdést vetne fel ezek alkalmazása, azonban a munkaerő és a működtetési költségek szempontjából is komoly hatása lehetne.

Ebben a projektben jelenleg a működő, drónokat alkalmazó megoldások feltárása és értékelése, valamint a szakirodalom vizsgálata zajlik. A következő hónapokban drónokat alkalmazó rendszerkoncepciók kidolgozása és vizsgálata lesz a fő feladatunk.

Érdemes itt kitérni a tanszék Logisztikai Dróntechnológiai Kutatócsoportjának munkáira is. A drónokkal foglalkozó kutatásban az Anyagmozgatási és Logisztikai Rendszerek Tanszéken Dr. Bóna Krisztián, Bertalan Marcell és Bertalan Bálint vesznek részt, hallgatóként pedig Juhász Roland, Mészáros Bálint és Kerekes Márk foglalkoztak különböző feladatokkal. A kutatás elsősorban az intralogisztikai alkalmazásokra koncentrál, ennek keretei között TDK-dolgozat, több diplomaterv és egy cikk is elkészült.

A drónok last-mile jellegű feladatokban történő alkalmazását vizsgáló projekt egyik legfontosabb célkitűzése annak megállapítása volt, hogy a drónokkal való kiscsomagszállítás városi környezetben valós alternatívája lehet-e a jelenlegi közúton történő kiscsomagszállításnak. Ennek első lépése annak vizsgálata volt, hogy jelenleg a drónokat milyen területen implementálták sikeresen az intra-és extralogisztikán belül. Az intralogisztikán belül már több éve jelen vannak példák működő rendszerekre, valamint folyamatos ezek kiépítése és fejlesztése is, ezzel szemben az extralogisztikai területen még csak napjainkban indulnak el az első már működő rendszerek, viszont Magyarországon még mindig nincsenek működő megoldások. Ennek egyik oka, hogy a drónok szabad téri működésével kapcsolatban számos kérdés jelenleg is megválaszolásra vár. A kapcsolódó kihívásokat alapvetően három kategóriába lehet besorolni: technológiai, törvényi (szabályozási) és operatív jellegű kérdések. Amennyiben szeretnénk megbizonyosodni arról, hogy az adott rendszerbe megéri-e a csúcstechnológiásnak mondható drónok implementálása, úgy modellt kell építeni, amivel a környezetet leegyszerűsítve egy megbízható becslést tudunk adni a jövőre nézve. Viszont véleményünk szerint még túl sok megválaszolatlan kérdés van, ami miatt nem lehet megfelelő pontosságú modelleket alkotni, ezért 2021-ben elkezdődött egy kutatás, amely a városi áruszállítási feladatok drónokkal történő támogatásának modellezési kihívásait vizsgálja. A kutatás során sikerült bemutatni, hogy milyen technológiai különbségek vannak az extra- és intralogisztikában használatos drónok között, ezzel felhívva a figyelmet a technológiai nehézségekre. Csoportosításra kerültek a legjelentősebb jogi korlátok és megfogalmaztuk a közvetlenül a modellezéshez kapcsolódó kihívásokat, melyek a következők:

    • bemeneti adatok pontossága
    • repülési idő túlzó leegyszerűsítése
    • légiforgalmi irányítás
    • rajokban való operáció (ezt szemlélteti a következő ábra)

Rajokban történő operáció

A kutatás egy korábbi fázisában a különböző szállítási módok összehasonlítása érdekében modellek építésére volt szükség. A modellek segítségével lehetővé vált az adott szállítási rendszer működésének szimulálása. A modellalkotás első lépésében a vizsgálatok és elemzések peremfeltételei lettek meghatározva. A peremfeltételek között definiálásra került a szállítási feladatok last-mile jellege, a drónokkal kapcsolatos megkötések és a vizsgált terület, melyen belül az összehasonlításhoz szükséges adatok generálódnak. Ezek figyelembevételével megalkotásra került egy drónokat használó szállítási rendszer modellje is.

Bár a két szállítási rendszer funkcióját tekintve azonos, a működési hátterük jelentősen eltér, ezért a közúti modellek alkotásánál ügyelni kellett arra, hogy egzakt és összehasonlítható maradjon a rendszer. Ennek figyelembevételével bemutatásra került két szcenárió. Az első szcenárióban a közúti szállítás során minden egyes vevő címet közvetlenül fel kell keresni. A drónok esetében a közvetlen házhozszállítás egyelőre jelentős akadályokba ütközik, így itt egy közvetett megoldást kellett választani, ez a megoldás pedig a pick-up pontok igénybevétele. A második szcenárióban a közúti szállítás során az igények egy része pick-up pontra helyeződik át, így nem szükséges mindegyik igénypont követlen felkeresése.

Drónos kiszállítás modellje

A drónokat működtető rendszerek esetében felmerült a kérdés, hogy adott mennyiségű és elhelyezkedésű igények teljesítéséhez hány darab erőforrást, azaz mennyi drónt érdemes használni. Erre egy egyedi modell lett elkészítve, amely a szállítási feladatokat, mint tömegkiszolgáló rendszert vizsgálja.  A modelleket megtöltve adatokkal lehetővé vált a különböző szállítási feladatok szimulációs vizsgálata. Ennek eredményei különböző kritériumok mentén lettek elemezve. Ilyen kritériumok voltak a rendszerek üzemeltetési költségei és a szállításokból eredő károsanyag kibocsátás.

2020 őszétől kezdődően elkezdtük vizsgálni a drónok alkalmazási lehetőségeit a koncentrált igénypont-halmazok city logisztikai rendszerében. A projekt során az alábbi lépésekkel készültünk el:

    • Drónokat alkalmazó működő és pilot city logisztikai megoldások áttekintése, logisztikai rendszerkoncepciók összegyűjtése, releváns áruszállító drón-technológiák összegyűjtése
    • Korábbi kapcsolódó tanszéki kutatások áttekintése, megismerése, felhasználási és továbbfejlesztési lehetőségek vizsgálata
    • Drónok city logisztikai alkalmazásaival kapcsolatos szakirodalom áttekintése, részletes irodalomkutatás
    • Koncentrált igénypont-halmazokkal kapcsolatos valós adatok elemzése (1 budapesti piac, 4 budapesti bevásárlóközpont és a Váci utca bevásárlóövezet adatainak elemzése), különböző méretű, jellegű és kapacitású áruszállító drónok lehetséges alkalmazási területeinek (beszállítások, házhozszállítások, üzletek közötti szállítások, szervízbe történő szállítások stb.) kijelölése a városi koncentrált igénypont-halmazok city logisztikai rendszerében
    • Drónok city logisztikai alkalmazási lehetőségeinek kijelölése és city logisztikai koncepciók kidolgozása a koncentrált igénypont-halmazok rendszerében (a korábban kidolgozott tehergépkocsikat, cargo kerékpárokat, kötött pályás áruszállítást és/vagy vízi áruszállítást is alkalmazó koncepciók alapján, áruszállító drónok helyének kijelölése a korábban kidolgozott koncepciókban)
    • A korábbi tanszéki kutatások során elkészült modellek adaptációs lehetőségeinek vizsgálata, és amennyiben lehetséges, adaptálása a koncentrált igénypont-halmazok city logisztikai rendszerére; a korábbi kutatások során elkészült, cargo kerékpárok alkalmazási lehetőségeit vizsgáló geometriai modell adaptációs lehetőségeinek vizsgálata
    • Drónos szállítási lánc elemeinek feltárása és definiálása: beszállítások konszolidációs központból, üzletek közti szállítások (koncentrált igénypont-halmazok között, valamint koncentrált igénypont-halmaz és külső üzletek közt), házhozszállítások házhozszállítási igénypontokra és csomagautomaták kiszolgálása
    • A szállítási láncok kritikus elemeinek feltárása
    • A drón mini-hubok fogalmának bevezetése
    • Drón mini-hubok technológiai koncepciójának kidolgozása, jelenlegi megoldások és a releváns technológiai lehetőségek feltárása, technológiai verziók összeállítása és elemzése

Drón mini-hubok elhelyezkedése és technológiai koncepciója

A projekt következő fázisában 2023 tavaszától a drónok forgalomszervezési megoldásaival kezdtünk el foglalkozni. Ekkor arra kerestük a megoldást, hogy néhány évtized múlva, amikor feltehetően már minden csomagszállítással foglalkozó komplex logisztikai szolgáltató fog drónokat alkalmazni az ellátási lánc last mile szakaszában a küldemények továbbítására, hogyan lesznek megoldhatók a forgalomszervezés kérdései. Hipotézisünk szerint egy-egy dróntömeg kezelésében is nyertes stratégia lehet a rajszerű forgalomszervezési logikák alkalmazása, így erre fektettük a hangsúlyt. A drónok rajokba rendezéséhez érdemes az élővilágot megvizsgálni, ugyanis számos fajnál megfigyeltek valamilyen szabályszerűségen alapuló, több egyedet érintő rendezett mozgást, amelyet hasznosítottak bonyolult problémák megoldásához. Bár számos élőlénynek ez a fajta mozgás a génjeiben van, a drónoknak ezt meg kell tanítani, kommunikálniuk kell egymással és össze kell hangolniuk a mozgásukat, illetve további számos megválaszolatlan kérdést (pl. rajok mérete, rajalkotási szabályok, csatlakozási-kiválási problémák stb.) kell kezelni a rajszerű mozgások realizálása során. 

Ahhoz, hogy minél tovább rajként tudjuk kezelni az egyedeket, fontos, hogy az úticéljuk közel azonos legyen. Ennek megfelelően a csomagautomatákba (vagy a korábbiakban vizsgált drón mini-hubokra) történő szállításban látjuk a jövőt, mégpedig úgy, hogy egy nagyobb települést kisebb körzetekre bontunk, elsősorban a hatótávolságot figyelembe véve, és a drónokból álló rajt mindig az aktuális kiszállítási feladatok alapján szervezzük meg és indítjuk el. A speciális, drónokat kiszolgálni képes csomagautomaták a városban jól elosztva helyezkednek el, amiknek az ellátásához szükségesek olyan depók, ahonnan a például multikritériumos döntési modell segítségével szortírozott csomagokkal elindítjuk a drónrajt. A különböző időpontokban befejezett tranzakciók után az eszközök egy ponton találkoznak, újraszerveződik a raj és visszarepül a depóba.

A kutatásunk ezen fázisában az előbbi folyamat lépéseivel kapcsolatban felmerülő döntési és technológiai problémákra kerestük a lehetséges megoldásokat. A problémákat körbejárva elmondhatjuk, hogy a drónokkal támogatott tömeges áruszállítás megvalósítása még egy meglehetősen újszerű és utópisztikusnak tűnő gondolat, amit még kevéssé vizsgáltak. Emiatt számos kérdés merül fel, melyek megválaszolása kísérleteket, pilot rendszerek létrehozását, további kutatásokat és különböző szakterületek bevonását igénylik. Az általunk létrehozott forgalomszervezési keretrendszer számos új gondolatot tartalmaz és kihívást fogalmaz meg, ami további lendületet adhat az ezekből kiinduló kutatásoknak.

  A rajszerű forgalomszervezési modell működési logikája

A projekttel kapcsolatban eddig elkészült kiemelt dokumentumok

Kerekes Márk (Témavezető: Dr. Bóna Krisztián). Drónok alkalmazása last-mile jellegű feladatok megoldásában: a forgalomszervezés kérdései és optimalizálási eljárásai (2019).
BME KJK TDK 2019, Logisztika szekció.
URL: http://tdk.bme.hu/KSK/L1/Dronok-alkalmazasa-lastmile-jellegu-feladatok

Dr. Bóna Krisztián, Sárdi Dávid Lajos. Áruszállító drónok alkalmazása a városi koncentrált igénypont-halmazok city logisztikai rendszerében (2021).
Közlekedéstudományi Szemle, LXXI. évfolyam 4. szám (2021. augusztus), pp. 19-38.
DOI: 10.24228/KTSZ.2021.4.2
URL: http://real-j.mtak.hu/15645/25/ktsz_2021_04.pdf#page=19
ISSN: 0023-4362

Dávid Lajos Sárdi, Krisztián Bóna, PhD. Application possibilities of delivery drones in the case of concentrated sets of delivery locations in Budapest (2021).
19th European Transport Congress of the EPTS Foundation e.V, Maribor. – Conference proceedings: European Green Deal Challenges and Solutions for Mobility and Logistics in Cities. Szerkesztette: Tomislav Letnik. pp. 127-142.
URL: https://www.fgpa.um.si/wp-content/uploads/2021/12/Conference-Proceedings.pdf
ISBN: 978-961-95633-0-4

Font István (Témavezetők: Dr. Bóna Krisztián, Sárdi Dávid Lajos). Modellezési kihívások feltárása a városi áruszállítási feladatok drónokkal történő támogatása esetén (2021).
BME KJK TDK 2021, Logisztika szekció.
URL: https://tdk.bme.hu/KSK/LOG5/Modellezesi-kihivasok-feltarasa-a-varosi

Sárdi Dávid Lajos, Dr. Bóna Krisztián. Drón mini-hubok technológiai koncepciójának kidolgozása a városi koncentrált igénypont-halmazok city logisztikai rendszerében (2022).
Logisztikai Évkönyv 2023, pp. 88-96.
DOI: 10.23717/LOGEVK.2023.8
URL: https://drive.google.com/file/d/12BnQndqiqM-Ip1w-qyHzaS31Mss674CF/view
ISSN: 1218-3849

Kovács Petra, Kovács Dóra (Témavezető: Dr. Bóna Krisztián). Forgalomszervezési stratégiák drónokkal támogatott tömeges áruszállítási feladatok esetén (2023).
BME KJK TDK 2023.
TDK: https://tdk.bme.hu/KSK/LOG6/Forgalomszervezesi-strategiak-dronokkal1