發(fā)布時間：2018-08-07 10:44:33 產業(yè)智能官
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作為與零售、金融并列的“商業(yè)基礎設施”，阿里巴巴的菜鳥網絡成立的四年間里已經建構了一張數據化、智能化和社會化的物流網絡干絡，以支撐全社會的商品配送需求。2017年，阿里稱未來五年繼續(xù)加持1000億投入，加大布局新零售與物流全球化。再1000億未來的背后，有哪些技術實踐能推助智慧物流發(fā)展，又值得我們關注呢？
在近日舉辦的菜鳥網絡2018技術論壇深圳站上，圍繞智慧物流背后的成長和關鍵技術，來自菜鳥網絡的四名技術資深專家與兩百余位開發(fā)者們深度分享了菜鳥網絡物流智能化、自動化、全球化的技術實踐與架構演進。由于完整篇幅有限，僅以介紹關鍵技術內容為主。
菜鳥智慧物流面臨了哪些技術挑戰(zhàn)與機遇
菜鳥網絡國際物流部技術專家唐韌從全球物流格局與機遇、菜鳥網絡業(yè)務及技術全景、菜鳥所面臨的業(yè)務挑戰(zhàn)以及用哪些技術去解決問題、物流未來的技術前瞻等幾個維度進行解析。
全球物流格局與機遇
中國和美國是全球兩大經濟體，但國家的需求密度分布、人口分布差異導致了物流格局的區(qū)別。實際上，中國物流大而不強，其物流成本占到整個GDP的15%;符合現代物流要求倉儲標準只占12%;由于同質化競爭非常嚴重，導致包裹單價的逐年下降;全國2000多萬臺貨車的空駛率加重了環(huán)境的污染;員工的留存率低，導致快遞服務質量參差不齊;物流企業(yè)沒有數據互聯，信息孤島。
未來全球化的趨勢不可阻擋，阿里巴巴鋪設了五個全球戰(zhàn)略，全球買、全球游、全球賣、全球付以及最核心的全球運。馬云曾提出的EWTP概念——即全球電子貿易平臺，在今年的WCO大會上對其進行了升級，改為EWTTP。
菜鳥網絡目前覆蓋了全球224個國家，從2013年初創(chuàng)到至今的五年發(fā)展，雙十一訂單從1.67億突破了2017年8.12億的跨越，且實現了電子訂單的在線化，快遞當日達和次日達，達到了全球通關一體化的平臺。
菜鳥網絡有五大業(yè)務板塊，一是打造端對端一體化體驗的快遞網絡，二是實現全局供應鏈的優(yōu)化倉配網絡，三是實現全球買、全球賣的跨境網絡，四是實現消費者體驗的末端網絡，五是方便農村的巨大海量消費的農村網絡。
業(yè)務挑戰(zhàn)與背后技術
菜鳥物流架構分為三層，底層是實現全球物流最核心的物流基礎設施；中間層是基于基礎設施搭建的智能倉配網絡和配送網絡;最頂層是訂單全局優(yōu)化引擎來實現倉配協同。
菜鳥技術大圖
用戶的購買選擇是基于菜鳥網絡整合的資源、線路以及商品背后的物流屬性相連接，計算出商品服務的物流表達，從而透射到電商的網站上。為了讓大家最直觀的感觸整個鏈路場景，下圖是一個包裹出庫的最優(yōu)決策過程。
消費者選擇商品下單后會進入菜鳥物流大腦，首先是決策層——基于商品的大小、重量、離消費者的路徑調動智能路由，它會獲取相關的履行路由的路徑和線路。拿到線路后可能有很多的侯選集;然后接著是對旅行成本的決策，即基于時效、成本的綜合決策來選擇最終的調度;最后通過所謂的link平臺來調度物流資源的服務商，對整個包裹進行旅行。最終，再把所有的旅行完之后的數據沉淀下來，輸入供應鏈管理的平臺，來實現對商家需求能力的計劃以及供給計劃的優(yōu)化，從而讓商家能夠更好的進行銷量的預測，讓它的倉儲選擇、品類規(guī)劃能夠做更好的優(yōu)化，比如把商品推送到離消費者最近的倉。
電商交易平臺
菜鳥網絡在2015年推出了電子面單，面單的左側連接著物流合作伙伴，右側連接著商家ERP系統，提供了統一的標準將包裹實現了在線。目前物流的核心環(huán)節(jié)叫倉配。在倉配供應鏈的智能規(guī)劃平臺里，實現了智能選倉、智能分倉、智能預測，從而給商家提供完全無縫連接的智能補貨能力，以及倉儲內部的智能入庫、智能上架，實現分揀和調撥的有序。
全球化的發(fā)展越來越快，國內講究深度，即精細化的物流提升，而國際講究廣度它包括三個平臺，全球倉儲平臺、全球配送平臺、全球通關平臺。菜鳥技術平臺架構分為四大域，最底層是三方域；上一層是平臺域，包括電商平臺、統一物流集成平臺、數據平臺；再往上是業(yè)務云，即菜鳥整個智慧物流的形成核心；最上層是客戶域，包括消費者、商家、物流商。應用視覺下的基礎架構體系從下到上是整個運用的周期，底層是基于物流云和阿里塔內高密度的混合云，實現隨用隨彈;中間層是通過調度決策、成本分析實現能力和計算能力需求的彈性；最上層是應用、托管、編譯、運行等環(huán)境。
未來的指揮物流前瞻
未來5年是智慧物流加速期，將致力于實現可擴展的自動化，實現物流平臺的連接，人工智能和大數據算法是物流智能化的基礎，最終未來物流的大前景是會實現通過系統鏈路以及工業(yè)級IOT的連接，實現整體的柔性自動化。
物流無人技術應用與探討
菜鳥網絡資深技術專家哥德在他的演講中為大家重點介紹了菜鳥的一款智能配送機器人——菜鳥小G背后的技術實現和創(chuàng)新，以及菜鳥ET實驗室對物流無人技術的展望。
如果把包裹定義為物理空間上任意一個物理的移動，那么包裹是無處不在。按照馬云的預測，估計在2025年其包裹量一天將達到10億件。面對包裹配送量激增的挑戰(zhàn)，菜鳥以求以末端配送機器人去應對相應的配送人員不足、人力耗費等情況。2017年，菜鳥發(fā)布了兩款菜鳥小G，第一個是菜鳥小G2代，將其定義為園區(qū)范圍內去進行配送;第二個是小G Plus，將其定義為開放街道環(huán)境中做配送，強調性能、展貨量和速度。
菜鳥小G系統架構
菜鳥小G的系統架構包括：傳感器，即眼睛、耳朵；計算單位，即大腦；執(zhí)行機構，即手腳。
菜鳥小G系統架構
所有的傳感器都有適合的場景和不適合的場景，對于特殊的材質將選用超聲額外的傳感器進行感知;所有的傳感器的數據會輸入計算模塊，其計算模塊有：一是高精度地圖，對靜態(tài)場景的識別和處理；二是定位，處理結構化場景的識別。而識別部分更關心動態(tài)障礙物的檢測、跟蹤、預測，包括分割等等。
關于3D Lidar slam，Slam算法非常注重回環(huán)優(yōu)化的問題，但Slam算法永遠不可能處理非常龐大的場景，需要借助地圖拼接的技術，小塊構建不同Slam的3D點云，進行無縫拼接。關于3D Visual Slam，它是基于攝像機做的Slam室內項目，其視覺對整個特征、紋理、環(huán)境有很高的要求。Slam技術的難點是需要同時做定位和構建地圖，即聯合優(yōu)化問題。
機器人運行過程中需要實時監(jiān)測可以運行的地點，感知交通標志線、倒影、遠處的光斑、看不到里面的紋理等，并進行預測。
菜鳥小G現狀與物流無人技術展望
自動化方面包括結構化環(huán)境和非結構化環(huán)境，菜鳥小G處理非結構化環(huán)境，對每一個單個機器人來說，它比結構化環(huán)境要難，因為相比結構化環(huán)境中，其碰到的技術挑戰(zhàn)是不同的。
關于菜鳥小G跑在街上被人抱走的疑問。首先，機器人后臺有非常完備的監(jiān)控措施，其所有傳感器都有完備的監(jiān)控;其次，機器人在地圖上有實時跟蹤的定位。最后，視頻監(jiān)控。而關于機器人或者無人駕駛有三個要素：一是Scalability，這取決于規(guī)模大小，不同的規(guī)模有不一樣的概念；二是Robustness；三是Adaptive，自適應性。在中小規(guī)模、靜態(tài)化的、相對單一的環(huán)境里，問題已經解決得相對比較好；但超大規(guī)模、動態(tài)的、異構化的環(huán)境里面問題的解決，其挑戰(zhàn)非常巨大。
機器人的技術比無人駕駛更難。無人駕駛在結構化環(huán)境跑，其要解決的問題僅僅是相對決策和選擇有限，此外，很少會面臨人為阻攔的問題，但末端機器人卻不一定。相對于街道的配送服務，學校的配送更加困難。首先，復雜在于人車不分流，沒有機動車道和非機動車道的概念；第二，十字路口沒有紅綠燈，沒有紅燈停、綠燈行的概念；第三，不需要考慮逆行的事情。而在街道中，會自行檢測紅綠燈信號燈情況，進行選擇是否穿過馬路，進行提供最基礎的配送服務。
未來除了對末端機器人做商業(yè)化的探索和末端場景之外，菜鳥還會對卡車高速公路配送技術進行拓展性研究。而對終局的判斷，菜鳥ET實驗室預測，未來10億級包裹的配送中可能有超過50%以上的包裹將由智能配送機器人完成。
物流自動化創(chuàng)新應用和技術實踐
接下來的演講中，菜鳥網絡資深專家元享就為大家分享了菜鳥在物流自動化方面的創(chuàng)新研究和應用，以及實現物流自動化的技術體系、技術難點和相對應的解決方案。
人工智能技術給物流帶來了新的自動化機會，同時，物流的快速發(fā)展也反過來給人工智能技術帶來了新的藍海。在新的物流、電商時代，也出現了該行業(yè)尚未出現過的特點，一是促銷多、訂單量起伏大；二是發(fā)展迅速，擴展性要求高；三是定制化需求多；四是網絡結構變化快。所以新的物流智能時代，柔性自動化是關鍵。
柔性自動化特點有：一是拓展性強，魯棒性強；二是模塊化設計，易部署和搬遷；三是便于根據業(yè)務的變化迭代作業(yè)流程；四，最重要的技術是多智能體之間的感知和協同，因為時效性;五是在全鏈路大部分自動化的情況下，作業(yè)的可預測性加強。
柔性自動化的存在多項關鍵技術：首先它屬于軟硬結合的技術，需要端到端的設計和優(yōu)化；其次，涉及IoT和邊緣計算技術，因為每個機器人有自己的傳感器，便于對數據做收集、分析及預測;然后，機器人技術有三個重要的方面，感知、計劃、實施;最后，還會涉及大規(guī)模多智能體規(guī)劃和調度技術進行優(yōu)化。
全鏈路柔性自動化中從上游到下游的總體流程自動化，上下游的數據打通和協同是關鍵。自動化系統架構分成X層，底層是倉庫里的各種設備，包括立體庫、輸送線、AGV、分揀機等等；再上層是統一的設備管理系統，管理整個設備要做的任務和要做好的調度；更上層是自動化的WAS系統，管理指令、組裝成支持業(yè)務。菜鳥網絡自動化系統架構如下圖所示。
菜鳥網絡自動化技術架構
菜鳥自動化創(chuàng)新技術實踐
首先是機械臂。機械臂的主要作用是運用于抓取包裹，包括碼垛、拆垛和揀選。它最核心內容是感知、規(guī)劃和執(zhí)行。感知主要是3D視覺，基于3D視覺，利用魯棒算法將包裹分開，對包裹進行圖象分割，找到最佳抓取點。
二是揀選AGV。它主要運用場景是拆領訂單的揀選，它有兩個模式，貨到人模式與車到人模式。貨到人揀選AGV主要進行資源分配優(yōu)化問題，要最小化揀選站的等待時間。 資源分配問題的求解方法有兩種：中央規(guī)劃和分布式競價。中央規(guī)劃一般是用方程和模型來描述整個系統，找到最優(yōu)的資源分配的描述，即MIP。分布式競價是把整個分配資源過程中每個參與者當成一個Agent，通過競價的方式去搶這個任務。對于非常復雜的環(huán)境且上下游非常緊密的情況下，分布式競價會更好。車到人揀選AGV適合銷量較高的商品，算法目標一般是人效率的最大化，訂單完成時間的最短化以及AGV效率的最高化。
多智能體路徑規(guī)劃問題
如上圖所示，在多智能體路徑規(guī)劃問題中，每個機器人規(guī)劃的路徑要互不沖突，進行全局路徑規(guī)劃。在傳統的啟發(fā)式算法里，阿爾法狗的首席工程師發(fā)明的Cooperative A*是隨機的讓AGV有順序，互相之間可以躲避?；蛘呤荳HCA算法，讓每一個機器人規(guī)劃自己路徑的時候只看前W步。還包括全局搜索算法，比如A*算法是試圖讓每一個機器人的行動組合都做一個規(guī)劃。在非勻速網絡中，在真實物理環(huán)境下，機器人的移動無法用勻速運動近似，它面臨著兩個挑戰(zhàn)，一是經過同一個點的速度不相同，經過同一條邊所需時間不相同；二是時間表達從離散時間片變?yōu)檫B續(xù)時間。
多智能體路徑規(guī)劃問題2
最后，元享還為大家總結了柔性自動化技術所面臨的多項挑戰(zhàn)：一是IoT的技術和端計算，需要高效的技術采集和處理的系統;二是機器視覺，包裹識別和跟蹤、抓取點的識別、物體的分割;三是單個機器人的運動規(guī)劃要可控;四是大規(guī)模的資源分配問題;五是多智能體調度、路徑規(guī)劃問題以及環(huán)境、流程設計、交通控制、避障相關的技術;在新的物流時代，柔性自動化一定是未來重要的發(fā)展方向，新的人工智能技術肯定能讓物流行業(yè)產生一個新的變革。
全球物流一體化平臺下的技術架構與實踐
菜鳥國際物流技術部高級技術專家虛懷分享的是菜鳥全球物流一體化平臺下的技術架構與實踐。
在全球化、全球買、全球賣和新零售的業(yè)務戰(zhàn)略下，各個階段的全球物流業(yè)務快速發(fā)展，菜鳥網絡技術架構正面臨著這四個挑戰(zhàn)與困難：一是系統架構如何靈活的支持整個業(yè)務的快速發(fā)展；二是如何組織全球服務商的物流能力打造可靈活復用物流網絡；三是國際化架構和部署的方案;四是菜鳥各物流服務商網絡如何更高效互聯互通。
因此，從2013年到現在，菜鳥技術架構的經歷了三個不同階段的演進：1.0階段是煙囪式垂直簡單協同模式；2.0階段是平臺的多段精細化協同模式；3.0是未來國際化、全球化、區(qū)域化的協同模式。
1.0階段目標或者業(yè)務需求很簡單，通過C1、C2兩個合作伙伴的運輸方式將包裹從A點賣家送至B點買家。但這模式存在三個問題，重復建設、對外接口不統一、運維成本高。
1.0的系統架構
2.0階段即平臺化多段精細化協同模式。這個階段的技術的命題是，將不同業(yè)務包裹，選取C(x)、C(y)、C(z)，不同的路徑從A點送到B，并達到方案最優(yōu)，因此需要搭建整個平臺化的架構方案來支持靈活的協同調度的引擎，并達到方案最優(yōu)。
2.0平臺化系統架構圖
如上圖所示，各核心平臺需關注的重點包括：1.路由平臺。路由平臺的職責是通過智能算法優(yōu)選來識別網絡路徑的最優(yōu)解；2.履行平臺。在計劃計算出來之后，履行平臺進行調度；3.可視化營運管理平臺。通過核心領域模型的抽象，將它抽象到系統里，過可視化的營運平臺連接(串聯)，提供路由平臺和履行平臺使用。全球履約監(jiān)控系統的職責是讓整個包裹從端到端時效更高，更穩(wěn)定，成本更低，它必須細化到每筆訂單的狀態(tài)和履約的情況，并且做到實時報警，并進行回饋機制。為進行整體的平臺化，需考慮：一是按照問題域拆分整個應用，不同的域使用不同的架構和系統解決問題；二是對問題進行建模；三是統一對外交互標準;四是建設好周邊的配套體系。
關于服務化和平臺化。服務化按域將一個應用拆成多個應用，解決的是功能耦合的問題。例如，接單域，表達域，結算域等；平臺化按業(yè)務將一個應用的代碼拆成多塊，解決的是業(yè)務耦合的問題。例如，速賣通業(yè)務，天貓國際業(yè)務，淘海外業(yè)務等；一般情況下，先實施服務化，再實施平臺化。
平臺與業(yè)務解耦的技術，其解耦目標是平臺不依賴業(yè)務代碼，但要調用業(yè)務代碼;核心思想是穩(wěn)定的中介，平臺和業(yè)務通過第三方中介進行交互。第三方中介在業(yè)務里只需要實現擴展點、功能點即可。
3.0全球區(qū)域化協同的模式，其架構目標是A和B兩種業(yè)務相互復用對方的物流網絡和能力。而采用技術開啟新市場之時需要考慮代碼的復用還是代碼的再次擴展開發(fā)。市場國際化需從這幾方面考慮問題： 1、區(qū)域化的業(yè)務特點，因地制宜，注重解決物流的問題；2、應用依賴的解耦，如何進行部署；3、國際化基礎套件，不同的組件同時具備國際化的能力；4、海外部署架構方案的升級，其包括應用部署、中間件部署，以及基礎支撐。
國際化部署方案：應用部署分級
虛懷在現場以Lazada的國際化部署為案例講解了以下方面的考慮：1、業(yè)務的拓展分布；2、網絡時延的考慮；3、應用部署升級。為提升時延、保證吞吐量而構建的全球數據集成網絡有兩個思路：1、要去中心化。2、就近接入。全球數據集成網絡解決方案有三層，第一層布站，搭建全球的網絡，第二層基于站點構建數據集成云產品，第三層基于混合云架構，搭建全球站點網絡，接入對應端。
菜鳥混合云架構圖主要的思想就是通過多國化，打好基礎架構，對應用端和運維體系，而數據能夠通過專線進行跨機房同步使用。
菜鳥技術未來的挑戰(zhàn)
菜鳥技術未來要面臨復雜、多樣的場景，因此需要解決全球組網的協同，包括國際化本對本的業(yè)務，需要有效進行組織，進行抽象建模、設計；同時還要面臨全局的智慧大腦，以達到最優(yōu)；此外，菜鳥還計劃對海量數據進行處理以挖掘和分析數據，為業(yè)務賦能，以及在終端系統建設的深度上，結合海關系統進行整個調度和壓測。簡單來說，要有廣度，又有深度，才能同時把菜鳥的快遞、倉配、跨境、末端、農村這復雜的業(yè)務場景解決好，實現全球24小時、全球72小時必達的目標。
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