本發明涉及水路運輸與低空物流領域，具體涉及一種在無固定碼頭條件下，利用無人機實現運輸船舶與陸地接收點之間貨物直達轉運的系統。

背景技術：

1、傳統轉運往往依賴固定碼頭與岸橋設備；即便在自動化碼頭場景（如交通運輸部近期驗收的智慧港口試點），其系統也強依賴固定岸線、成套大型裝卸裝備與數字基礎設施，難以在非港口岸段或臨時作業點快速復制推廣。對于無法取得岸線或不具備擴建條件的沿岸企業或工地，現行路徑容易出現“二次倒運+最后一公里效率低”的問題，整體周轉鏈條長、組織成本高。

2、從審批與合規性看，建設碼頭等港口設施在港口總體規劃區內使用岸線，需要辦理港口岸線使用審批；深水岸線實行更高層級的部委聯合審批，且未取得岸線使用批準文件的項目，不得批準初步設計與施工許可，程序性與時效性約束明顯。此外，沿海地區還受圍填海嚴格管控影響：自2018年起，明確嚴控圍填海，強調“除國家重大戰略項目外，全面停止新增圍填海項目審批”，進一步抬升新增或改擴建碼頭的制度門檻。在湖南省，2024年修訂的《湖南省港口岸線使用審批管理辦法》（湘交綜規規〔2024〕3號）已實施，強調岸線分深水與非深水管理、申請材料與審查要點銜接國家辦法執行，體現出省級層面岸線要素從嚴從細管理的趨勢。

3、所以，行業現實困難主要體現為三方面。其一是投入與周期：固定碼頭與岸橋體系投資體量與改造周期長；未獲岸線使用批準文件，初設與施工許可均無法推進，審批鏈條、用地用海等配套要素制約顯著。其二是“最后一公里”成本偏高：多項研究顯示，最后一公里環節可占到運輸總成本的約30%-50%左右（全球城市配送典型情景），其成本結構以人工、網絡密度/失敗派送與時間窗約束為主，車輛里程與能耗占比反而較低（在高密度網絡中車輛全壽命成本<15%）。換言之，僅靠車輛側或能源側優化難以大幅改觀末端成本。其三是地理與水文約束：內湖與河區的水深、水位與通航條件、汛期與枯水期波動，對固定泊位與岸線工程的穩定運營提出更高要求；在湖南推進水運發展的同時（如“一江一湖四水”規劃與配套政策），省級層面對岸線與用地的統籌安排也印證了傳統固定設施的重投入與要素稀缺性，需要更靈活的“去碼頭化”周轉形態與組合式運輸組織。

4、同時，中國快遞規模持續走高，末端壓力剛性存在：國家郵政局數據顯示，2024年快遞業務量達1750.8億件、業務收入1.4萬億元，行業規模再創新高，末端人力、時效與空間資源日益趨緊，這也促使面向廠區、園區、工地等靠水場景的“水域段承運+岸段無人機短距吊裝”成為可選分流路徑。

5、基于此，與以往技術相比，本發明提出的“無碼頭停靠+無人機吊裝”路徑，輔以可選安全邊界與“回程攜帶空箱”的閉環組織，意在降低對固定碼頭與岸橋的依賴，壓縮末端繞行與倒運，在法規約束與要素緊張的現實下提供一條更易部署的水域直達轉運方案（適用河流、近岸海域、大型湖泊等）。這正是本發明與既有專利路線的系統性差異所在。

6、現對與本技術相關的既有方案進行歸納列示（見表1?現有技術對比）。其中，cn105270634b《一種物流無人機的集裝箱吊裝裝置》與本技術在“無人機吊運箱體、掛接與下落放置穩定”方面接近，但其未涉及水域船—岸直達場景、岸側承放結構、安全邊界、虛擬走廊與回程攜帶空箱的往返閉環等關鍵要點。表1附簡要歸納。

7、表1?現有技術對比

8、 對比文件 核心思路 存在問題及與本發明差異 cn105270634b?物流無人機的集裝箱吊裝裝置 在無人機機體上設置定位軌道/吊索/吊耳以提升箱-機吊放穩定性 屬裝置級改進；未涉及水域‘船-岸’直達組織、岸側裝卸地坪結構；無回程攜帶空箱的閉環策略，難以避免空機返航。 cn110325441b?基于無人機的貨物運輸 箱體內置無人機，由箱體控制無人機起降完成配送 側重箱體內部集成與短距配送；非水域的船岸轉運，未公開岸側承放、對位結構與水域安全邊界；無往返閉環組織。 cn111924119b?基于無人機的碼頭智能點檢方法及系統 無人機按預設路線進行遠程智能點檢橋吊等設備，后臺比對異常并預警，用于碼頭設備運維 面向運維檢測，依賴既有碼頭，不解決無碼頭條件下的船-岸轉運流程與結構與箱體下落放置組織。 cn109533997b?自動化碼頭船舶進出智能管理系統 港口內gps或北斗+自動化拖船+管理中心與終端協同，提升既有碼頭效率 屬港區管理與調度系統；前提是固定碼頭與岸線資源；對無人機吊裝箱體上岸與無固定碼頭場景無直接支撐。 cn110979568a?海上物資補給方法 面向艦船間補給；含懸停投遞、波浪補償平臺等措施以提升海上投送適應性 面向艦船間補給，并非岸-船直達；未給出岸側承放結構與回程回箱閉環的運營組織。 cn107791761a?用于快遞的兩棲無人船 使用兩棲無人船在水陸間投送，配置機械臂等完成抓取 走的是水面投送路線，非空運吊裝；對快速對位下落放置與地坪承放無結構性方案，難替代本發明的空運吊裝轉運思路。

9、由表1可見：現有技術要么依賴固定碼頭/岸橋體系、僅在港區內提效（如cn109533997b、cn111924119b），要么停留在箱-機接口或箱內集成層面（如cn105270634b、cn110325441b），或是艦船間補給以及水面投送的不同技術路線（cn110979568a、cn107791761a）。與此相對，本技術針對非固定碼頭的水域場景，在結構與組織層面同時提出：

10、a)岸側裝卸地坪的放置位與定位槽+可選緩沖件實現軟著陸與對位下落放置；

11、b)安全邊界或虛擬走廊的作業約束（可選位置）；

12、c)“去程滿載以及回程回箱”的閉環策略，降低空機返航。

13、因此，本技術與最接近現有技術cn105270634b的關鍵區別在于：其未公開水域船—岸轉運流程、岸側承放結構與安全邊界以及往返閉環的運營組織，上述差異直接對應本技術所要解決的技術問題與技術效果。

技術實現思路

1、發明目的：

2、本發明旨在無固定碼頭或臨時岸段條件下，提供一種可快速部署的船岸直達貨箱轉運系統。通過多架無人機協同吊運，在接收點附近水域完成空中移載，解決現有技術中碼頭依賴強、倒運環節多、末端組織效率低的問題。所述系統兼顧沿岸企業分散、季節性與臨時性需求，在不改變岸線和通航設施的前提下，實現短時落地與可復用。

3、具體目標包括：

4、1）在運輸船舶與岸側接收點之間建立直達轉運路徑，減少“船-碼頭-堆場-公路-工廠”的串聯環節；

5、2）通過裝卸地坪上的放置位或定位槽配合緩沖件，實現穩定下落放置與錯位容忍；

6、3）通過無人機一體化驛站完成任務調度、機群協同承載、擺動抑制、充能、通信與定位基準服務；

7、4）在作業組織上實行“去程滿載、回程回箱”的往返閉環，降低空機返航帶來的時間與能耗損失；

8、5）設置安全邊界與飛行走廊，明確靠泊區域與作業空域，提高作業安全與可復制性。

9、借助上述結構與流程的協同設計，本發明在不同岸段與載荷等級下均可實施，便于按產線節拍或項目周期擴縮，降低到岸時間與綜合運行成本。

10、技術方案：

11、為實現上述目的，本發明提供了一種基于無人機的無碼頭水運貨物轉運系統。系統由運輸船舶、設置有吊裝連接件的貨箱、配備吊運裝置的無人機、岸側裝卸地坪和一體化驛站構成；根據需要，可以配置安全邊界或者虛擬限制區，也可以在裝卸地坪的放置位或定位槽內或周邊配置緩沖件。安全邊界或者虛擬限制區、緩沖件均為可選要素，不作為系統必配條件；當現場環境簡單、風險可控時，可不啟用上述可選要素而正常運行。

12、起始準備與覆蓋:作業開始前，運輸船舶進入靠岸停泊區域，與一體化無人機驛站建立通信并確認裝卸計劃。岸側的裝卸地坪已就位，作業區設置放置位或定位槽，用于引導和限位貨箱在下落放置時的姿態；若預計地面沖擊或對位誤差較大，可在放置位或定位槽內或周邊布置緩沖件，以吸收接觸能量。為提高作業安全并減少與通航、建筑物和人員區域的干擾，可按需要啟用安全邊界或者虛擬限制區，用于越界提示和路徑約束。一體化驛站設置在能夠覆蓋靠泊區域和裝卸地坪的位置，承擔任務分配、路徑引導、落位判定、擺動抑制、通信和定位基準，并提供充能服務。

13、作業流程:作業人員在一體化驛站中發起當班任務并完成自檢與環境評估。無人機依次起飛到指定貨箱上方，利用吊運裝置與貨箱的吊裝連接件掛接，完成掛接確認后開始抬升。抬升過程中，一體化驛站根據姿態和張力反饋指揮多架無人機進行協同承載，抑制擺動并保持抬升平穩。機群沿預先規劃的通道飛往岸側裝卸地坪上方，必要時依據安全邊界或者虛擬限制區進行路徑修正和越界提示。到達裝卸地坪上空后，在落位引導下對準放置位或定位槽，逐步降低高度并緩速下放，貨箱與放置位或定位槽接觸后完成下落放置和解掛。若配置了緩沖件，緩沖件在接觸瞬間吸收能量并提升錯位容忍度。下落放置確認完成后，無人機返回作業端執行下一輪任務準備。

14、往返組織與空箱回帶:為減少無效飛行并提高周轉效率，系統采用“去程運貨箱、回程帶空箱”的組織方式。在回程階段，無人機優先吊運上一輪作業產生的空箱返回出發側，作為返程載荷，避免空機返航。當現場暫時沒有空箱需要回帶時，無人機可以空載返回，但系統會在下一輪優先安排空箱回帶。

15、充能策略:充能不要求每個流程都進行，采用按需觸發的方式執行。一體化驛站在每輪任務結束時對剩余電量進行能量預算評估：當判斷剩余電量不足以安全完成下一次往返并留有必要的安全余量時，指令無人機返回一體化驛站進行充能；當判斷剩余電量仍能支持下一輪往返，則直接分派下一輪任務。若出現環境突變、溫度異常、載荷變化或路徑調整等情況，系統允許提前充能以確保安全與節拍穩定。充能方式可為充電，也可為換電，依據班次密度和現場條件選擇。

16、吊運裝置與掛接方式:吊運裝置可以采用絞盤加吊繩的方式，便于柔和下放與軟著陸；也可以采用吊索或其他軟連接，結構簡單、維護方便。無論采用何種方式，均應與貨箱的吊裝連接件可靠掛接并可快速解掛，以配合多架無人機的協同抬升與下落放置。

17、控制與感知選型:系統的定位和感知可根據現場條件進行選配，可以使用衛星差分定位(rtk)、地面無線定位或地面視覺標記中的一種或多種組合。一體化驛站根據定位與姿態信息進行路徑引導、落位判定和擺動抑制，不限定具體品牌或型號。

18、適用場景與搭建:系統不限定作業水域類型，適用于河流、近岸海洋和大型湖泊等具備運輸條件的水域。岸側的裝卸地坪可按現場條件以簡易方式搭建，放置位或定位槽的形狀優選為錐形或梯形，以增強導向與限位效果。系統在不依賴固定碼頭和大型起重設備的條件下，實現船岸直達轉運，并通過空箱回帶與按需充能，形成穩定的重復化連續運行。

19、有益效果：

20、本發明以船岸直達為組織主線，通過多架無人機在靠泊區域與裝卸地坪之間協同抬升，將貨箱在放置位或定位槽上完成穩定下落放置。一體化驛站集中承擔任務分配、路徑引導、姿態與擺動抑制、通信與定位基準，并按需提供充能。作業流程采用去程運貨箱、回程帶空箱的閉環方式，必要時可以啟用安全邊界或者虛擬限制區作為外部安全線，并按需要配置緩沖件。上述結構與組織共同作用，在不依賴固定碼頭的條件下形成可復用的綜合效果。

21、首先，船到岸側的直達下落放置減少了傳統“船到碼頭、堆場短倒、再上公路”的多次裝卸與搬移，直接壓縮了末端路徑中最貴的一段。多項城市配送研究顯示，末端交付在很多網絡中占到整體運費的大頭，2024年的城市物流報告給出的測算值是近年約占總運輸成本約一半，從成本結構上支撐了“減少末端環節即可見效”的判斷，這也是本發明選擇直達組織的理由之一。

22、其次，回程帶空箱把本來需要另外組織的空箱回收融入主流程，提升往返裝載率并減少二次調運。國際貿易失衡長期導致空箱必須跨區域重新定位，聯合國貿發會議統計顯示，2021年亞美航線存在以千萬標準箱計的空箱不平衡量，需通過回運彌補。本發明在作業域內把空箱回帶做成固定步驟，可以在本地范圍內直接縮短這部分空返鏈條。

23、再次，一體化驛站把調度與保障集中在一體化驛站，節拍更可控。充能不要求每一輪都進行，而是由能量預算觸發：當判斷下一次往返在留有必要安全余量的前提下仍不足以完成時才返回充能；若余量充足則直接進入下一輪任務。主流無人機驛站的公開指標顯示，從約20%補到約90%約需30分鐘，采用換電可進一步縮短時間，同時也說明按需充能可以兼顧安全與效率。

24、同時，放置位或定位槽提供被動導向與限位，能在風擾、船體微動或定位誤差存在時，幫助貨箱更快達到可接受的姿態并完成下落放置；在需要時配置緩沖件可吸收接觸能量，提高對位誤差的容錯性，減少反復調整。為便于復制與協同，安全邊界或者虛擬限制區可按需要啟用，用來明確靠泊范圍和飛行走廊，提供越界提示和路徑限制，降低進入敏感區域的風險，并便于劃清現場責任范圍。

25、綜合來看，本發明以直達下落放置、回程回箱、按需補能為核心，配合簡化的岸側承放結構，在非港口岸段實現連續周轉。方案可以縮短末端路徑、減少空返、穩定作業節拍；安全邊界或者虛擬限制區與緩沖件可按場景選擇啟用，在保證安全的同時兼顧效率與成本。